KR20130140106A - 태양전지 및 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 및 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

적어도 pn 접합을 갖는 결정 실리콘 기판 위에 패시베이션막이 형성되고, 도전성 페이스트의 인쇄와 열처리의 공정을 거쳐 전극이 형성되는 태양전지에 있어서, 광 생성된 캐리어를 실리콘 기판으로부터 꺼내는 취출 전극이 실리콘 기판에 접촉하도록 형성되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에서 모아진 캐리어를 모으는 집전극이 상기 제 1 전극에 접촉하도록 형성되는 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극과 실리콘 기판이, 적어도 제 1 전극과 제 2 전극의 접촉점 이외에서 부분적으로밖에 또는 전혀 접하고 있지 않은 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 집전극과 실리콘 사이에 패시베이션막을 완전하게 또는 부분적으로 남김으로써, 전극/실리콘 계면에서의 전하 손실을 저감시켜, 단락 전류, 개방 전압이 개선되어, 태양전지 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 공정은 종래의 스크린 인쇄 기술 등으로 실현 가능하여, 비용 삭감에 대단히 유효하다.

Description

태양전지 및 태양전지 모듈{SOLAR CELL AND SOLAR-CELL MODULE}
본 발명은 저렴하고 고효율인 태양전지 및 태양전지 모듈에 관한 것이다.
단결정이나 다결정 실리콘 기판을 사용한 일반적인 양산형 태양전지의 개관을 도 1에 나타낸다. 이 태양전지는, 실리콘 기판(101)에 불순물을 고농도 확산하여 확산층(102)을 형성함과 동시에 pn 접합이 형성되고, 수광면의 전극으로서 취출 전극(104)이라 불리는 수백∼수십㎛ 폭의 전극을 다수 갖고, 또한 취출 전극을 집약하고 태양전지 셀을 연결하기 위한 전극으로서 집전극(105)을 여러 개 갖는다. 이 전극의 형성 방법으로서는 비용의 면에서 Ag 등의 금속 미립자를 유기 바인더에 섞은 금속 페이스트를 스크린판 등을 사용하여 인쇄하고, 수백도로 열처리를 행하여 기판과 접착하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한 수광면의 반대면에는, 수광면과 역극성이 되는 이면 전극(106)이, Al 등의 금속 미립자를 유기 바인더에 섞은 금속 페이스트의 스크린 인쇄와 700∼850℃ 정도에서의 소성에 의해 형성된다. 광이 태양전지에 입사되는 영역에는 보다 효율적으로 광을 받아들이기 위한 반사방지막(103)이 형성되어 있다. 반사방지막은 화학 증착 등으로 형성되는 실리콘질화막 등이 널리 사용된다.
반사방지막에 사용하는 재료의 더욱 중요한 기능으로서 실리콘 표면의 종단화(passivating)가 있다. 결정 내부의 실리콘 원자는 인접하는 원자끼리 공유결합하여, 안정한 상태에 있다. 그렇지만, 원자배열의 말단인 표면에서는 결합할 인접 원자가 존재하지 않게 됨으로써 미결합수 또는 댕글링 본드라고 불리는 불안정한 에너지 준위가 출현한다. 댕글링 본드는 전기적으로 활성이기 때문에, 실리콘 내부에서 광 생성된 전하를 붙잡아 소멸시켜 버려, 태양전지의 특성이 손상된다. 이 손실을 억제하기 위하여, 태양전지에서는 어떠한 표면 종단화 처리를 시행하여 댕글링 본드를 저감하고 있다.
한편, 금속과 실리콘이 접촉하는 계면에서는, 댕글링 본드가 종단화되지 않아, 캐리어의 재결합 속도가 대단히 큰 것이 알려져 있다. 즉, 실리콘 표면에는 광 생성한 캐리어를 꺼내기 위한 전극을 접촉시킬 필요가 있지만, 이 실리콘/전극 계면은 태양전지 특성의 큰 손실 요소로 되어 있다. 그 때문에 고효율 태양전지에서는 실리콘과 전극의 접촉 면적을 최소한으로 하는 연구가 시도되고 있다. 구체적으로는, 내로우 접촉형이나 포인트 접촉형 등의 구조이다. 이것들의 구조를 만드는 경우, 포토리소그래피(예를 들면, J. Knobloch, A. Noel, E. Schaffer, U. Schubert, F. J. Kamerewerd, S. Klussmann, W. Wettling, Proc. the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, p.271, 1993.)나 에칭 페이스트 인쇄에 의해 패시베이션막을 부분적으로 제거하여 실리콘을 노출시키고, 그 위에 금속의 증착 또는 인쇄 등을 행한다. 또 다른 방법에서는, 패시베이션막 위에 금속막을 형성하고, 그 위에 레이저광을 점 모양으로 조사함으로써 금속을 가열하고, 패시베이션막을 관통시킴으로써 실리콘/전극 접촉을 형성한다(예를 들면, S. W. Glunz, R. Preu, S. Schaefer, E. Schneiderlochner, W. Pfleging, R. Ludemann, G. Willeke, Proc. the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, p.168, 2000.).
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그렇지만, 내로우 접촉형이나 포인트 접촉형의 형성은 공정수뿐만 아니라, 패터닝을 위해 레지스트 재료나 에칭 페이스트 등이 새롭게 필요하게 되므로 비용이 높으며, 패시베이션의 효과에 의한 이득을 충분히 얻을 수 없다. 또 레이저를 사용하는 방법은 장치가 고가이며, 또한 금속막의 형성에 증착 등의 번잡한 공정이 필요하게 되므로, 역시 비용적 메리트가 저감되어 버린다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 전극/실리콘 계면에서의 전하손실이 적고, 단락 전류, 개방 전압이 개선되어, 태양전지 특성이 향상된 비용적으로 저렴하게 제조할 수 있는 태양전지 및 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 하기 태양전지 및 태양전지 모듈을 제공한다.
[1]:
적어도 pn 접합을 갖는 결정 실리콘 기판 위에 패시베이션막이 형성되고, 도전성 페이스트의 인쇄와 열처리의 공정을 거쳐 전극이 형성되는 태양전지에 있어서, 광 생성된 캐리어를 실리콘 기판으로부터 꺼내는 취출 전극이 실리콘 기판에 접촉하도록 형성되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에서 모아진 캐리어를 모으는 집전극이 상기 제 1 전극에 접촉하도록 형성되는 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극과 실리콘 기판이 적어도 제 1 전극과 제 2 전극의 접촉점 이외에서 부분적으로밖에 또는 전혀 접하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 태양전지.
[2]:
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 접촉하는 부분의 면적을 제외한 제 2 전극과 실리콘 기판의 비접촉부의 면적 비율이 제 2 전극의 폭과 총길이로 정해지는 면적으로부터 제 1 전극과 이 제 2 전극이 접촉하는 부분의 면적을 제외한 면적에 대하여 20% 이상인 [1] 기재의 태양전지.
[3]:
상기 제 1 전극은 제 2 전극과 부분적으로 접촉해 있거나, 또는 전체가 겹쳐 있는 [1] 또는 [2] 기재의 태양전지.
[4]:
상기 제 1 전극은 B, Al, Ga, P, As, In, Sb의 단체 또는 화합물을 함유하는 도전성 페이스트로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 이 전극 아래 부분에 이 원소가 고농도로 확산된 영역을 갖는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 태양전지.
[5]:
상기 패시베이션막은 산화실리콘, 질화실리콘, 탄화실리콘, 산화알루미늄, 아몰포스 실리콘, 미세결정 실리콘, 산화티탄 중 어느 하나 또는 그 조합으로 이루어지는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 태양전지.
[6]:
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 조합으로 이루어지는 집전극이 태양전지의 수광면 또는 비수광면 혹은 그 양쪽에 형성되어 있는 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 태양전지.
[7]:
[1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 태양전지를 전기적으로 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
집전극과 실리콘 사이에 패시베이션막을 완전하게 또는 부분적으로 남김으로써, 전극/실리콘 계면에서의 전하손실을 저감시켜, 단락 전류, 개방 전압이 개선되어, 태양전지 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 공정은 종래의 스크린 인쇄 기술 등으로 실현 가능하여, 비용 삭감에 대단히 유효하다.
도 1은 종래기술에 의한 일반적인 태양전지의 구조를 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일반적인 태양전지의 구조의 1 예를 도시한 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일반적인 태양전지의 구조의 다른 예를 도시한 개략 사시도이다.
도 4(a)∼(c)는 각각 본 발명의 전극 형성에 사용하는 인쇄 제판의 예를 도시한 평면도로, (a)는 취출 전극만의 패턴, (b)는 집전극만의 패턴, (c)는 취출 전극과 집전극의 양쪽이 패터닝된 예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 특성에의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 유리 프리트 첨가량의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 전극 아래에서의 패시베이션 면적을 설명한 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 2는 본 발명의 1실시예를 도시하는 태양전지이며, 이 태양전지는 실리콘 기판(201)에 불순물을 고농도 확산하여 확산층(202)을 형성함과 동시에 pn 접합이 형성되고, 이것에 의해 적어도 pn 접합을 갖는 실리콘 기판(201) 위에 패시베이션막(203)이 형성되고, 도전성 페이스트의 인쇄와 열처리의 공정을 거쳐 전극이 형성되는 태양전지로서, 광 생성된 캐리어를 실리콘 기판으로부터 꺼내는 취출 전극이 실리콘 기판에 접촉하도록 형성되는 제 1 전극(204)과, 제 1 전극(204)에서 모아진 캐리어를 모으는 집전극이 제 1 전극(204)에 접촉하도록 형성되는 제 2 전극(205)을 갖고, 적어도 제 2 전극(205)과 고농도 확산층(202)이 제 1 전극(204)과 제 2 전극(205)의 접촉점 이외에서 부분적으로밖에 또는 전혀 접하고 있지 않음으로써 제 2 전극(205)하에서의 실리콘 표면 패시베이션이 가능하게 된다. 또한, 206은 이면 전극이다.
이 경우, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 접촉하는 부분의 면적을 제외한 제 2 전극과 실리콘 기판의 비접촉부의 면적비율이 제 2 전극의 폭과 총길이로 정해지는 면적으로부터 제 1 전극과 이 제 2 전극이 접촉하는 부분의 면적을 제외한 면적에 대하여 20% 이상, 특히 40∼100%인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극에 사용하는 도전성 페이스트의 유리 프리트 함유 비율보다도 적은 유리 프리트 함유량의 도전성 페이스트로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제 2 전극은 유리 프리트 함유량이 적어도 2질량% 이하, 바람직하게는 1질량% 이하인 도전성 페이스트로 형성되는 것이 바람직하고, 0질량%이어도 된다.
이 경우, 제 1 전극에 사용하는 도전성 페이스트의 유리 프리트 함유량은 8∼20질량%, 특히 8∼10질량%로 하는 것이 바람직하다. 8질량%보다 적으면 고농도 확산층과의 접촉이 불충분하게 되어, 전기 저항이 증가하여 태양전지의 특성이 저하되는 경우가 있다. 또한 20질량%보다 많으면 전기적으로 절연물인 유리 성분이 과잉으로 되어, 전극 자체의 도전율이 저하되거나, 전극과 고농도 확산층 사이에 유리 성분이 과잉으로 들어가거나 하여 전기 저항이 증가하여 태양전지의 특성이 저하되는 경우가 있다.
도 2의 태양전지는 제 1 전극(204)이 제 2 전극(205)과 부분적으로 접촉되어 있는 것이지만, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(304) 전체를 제 2 전극(305)과 겹치도록 형성할 수 있다. 또한, 도 3에서, 301은 실리콘 기판, 302는 고농도 확산층, 303은 패시베이션막이며, 306은 이면 전극이다.
상기 제 1 전극은 B, Al, Ga, P, As, In, Sb의 단체 또는 화합물을 함유하는 도전성 페이스트로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 이 전극 아래 부분에 이 원소가 고농도로 확산된 영역을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극의 도전율은 상기 제 1 전극의 도전율보다도 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 패시베이션막은 산화실리콘, 질화실리콘, 탄화실리콘, 산화알루미늄, 아몰포스 실리콘, 미세결정 실리콘, 산화티탄 중 어느 하나 또는 그 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 조합으로 이루어지는 집전극이 태양전지의 수광면 또는 비수광면 혹은 그 양쪽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지의 제작 방법의 일례를 이하에 기술한다. 단, 본 발명은 이 방법으로 제작된 태양전지에 한정되는 것은 아니다.
고순도 실리콘에 B 혹은 Ga와 같은 III족 원소를 도핑하여, 저항률 0.1∼5Ω·cm로 한 절단 상태 단결정 {100}p형 실리콘 기판을 그 표면의 슬라이스 데미지를 제거하기 위해, 농도 5∼60질량%의 수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 고농도의 알칼리, 혹은, 불산과 질산의 혼합산 등을 사용하여 에칭한다. 단결정 실리콘 기판은 CZ법, FZ법의 어느 방법에 의해 제작되어도 좋다. 또한 고순도 실리콘에 P 혹은 Sb와 같은 V족 원소를 도핑하고, 저항률 0.1∼5Ω·cm로 한 단결정 {100}n형 실리콘 기판을 사용해도 된다. 또한 단결정 실리콘에 한하지 않고, 캐스트법이나 리본 성장법 등으로 얻어지는 다결정 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.
계속해서, 기판 표면에 텍스처라고 불리는 미소한 요철 형성을 행한다. 텍스처는 태양전지의 반사율을 저하시키기 위한 유효한 방법이다. 텍스처는 가열한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 등의 알칼리 용액(농도 1∼10질량%, 온도 60∼100℃) 중에 10∼30분 정도 침지함으로써 용이하게 제작된다. 상기 용액 중에, 소정량의 2-프로판올을 용해시켜, 반응을 제어하는 경우가 많다.
텍스처 형성 후, 염산, 황산, 질산, 불산 등, 혹은 이들 혼합액의 산성 수용액 중에서 세정한다. 비용적 및 특성적 관점에서, 염산 중에서의 세정이 바람직하다. 청정도를 향상하기 위하여, 염산 용액 중에, 0.5∼5질량%의 과산화수소를 혼합시키고, 60∼90℃로 가온하여 세정해도 된다.
이 기판 위에, 옥시염화인을 사용한 기상 확산법에 의해 고농도 확산층을 형성한다. 한편, n형 기판을 사용하는 경우의 고농도 확산층은 브롬화붕소의 기상 확산 등에 의해 형성한다. 일반적인 실리콘 태양전지는 pn 접합을 수광면측에만 형성할 필요가 있고, 이것을 달성하기 위하여 기판끼리를 2매 포갠 상태에서 확산하거나, 편면의 확산층을 알카리 수용액 등으로 에칭하거나 하여, 이면에 pn 접합이 방지되어야 한다. 확산 후, 표면에 생긴 유리를 불산 등으로 제거한다.
다음에 수광면의 반사방지·패시베이션막을 형성한다. 성막에는 화학 증착 장치를 사용하여 질화실리콘막 등을 약 100nm 정도 성막한다. 반응 가스로서 모노실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 혼합하여 사용하는 경우가 많지만, NH3 대신에 질소를 사용하는 것도 가능하고, 또한 H2 가스에 의한 성막종의 희석이나 프로세스 압력의 조정, 반응 가스의 희석을 행하여, 원하는 굴절률을 실현한다. 질화실리콘에 한하지 않고, 열처리나 원자층 증착 등의 방법에 의한 산화실리콘, 탄화실리콘, 산화알루미늄, 아몰포스 실리콘, 미세결정 실리콘, 산화티탄 등을 대신에 사용해도 된다.
패시베이션막은 질화실리콘막에 한정되지 않고, 상기한 바와 같이, 산화실리콘, 탄화실리콘, 산화알루미늄, 아몰포스 실리콘, 미세결정 실리콘, 산화티탄 등이나 이것들의 조합이어도 좋고, 이것들은 통상의 방법에 의해 성막할 수 있다.
이어서, 상기 기판의 수광면에 제 1 전극에 해당하는 취출 전극만을 도 4(a)에 도시하는 바와 같은 패터닝의 제판으로 스크린 인쇄한다. Ag 분말과 유리 프리트를 유기 바인더와 혼합한 Ag 페이스트를 인쇄하고, 이 후, 열처리에 의해 실리콘 질화막 등의 패시베이션막에 Ag 분말을 관통시켜, 전극과 실리콘을 도통시킨다. 또한, 도 4 중, 401은 제 1 전극 인쇄 패턴이며, 402은 제 2 전극 인쇄 패턴이다.
제 1 전극과 실리콘 기판의 옴 접촉을 보다 저저항으로 하여 태양전지의 곡선 인자를 높이기 위해서는, 제 1 전극 아래의 실리콘 기판에 고농도의 불순물 확산층을 형성하면 된다. 제 1 전극용 도전성 페이스트에 B, Al, Ga, P, As, In, Sb의 단체 또는 화합물을 미리 첨가해 둠으로써 전극 인쇄 후의 소성과 동시에 실리콘 기판에 고농도 확산층을 형성하는 것이 가능하다. 도전성 페이스트에의 불순물 첨가량은, 도전성 페이스트의 조성에 따라 다르지만, 금속과 실리콘의 일함수의 관계로부터, 일반적으로는 실리콘 기판에 형성되는 고농도 불순물 확산층에 있어서의 최대 불순물 농도가 2×1019atoms/cm3 이상, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이상이 되도록 조정하는 것이 좋다. 또한, 그 상한은 2×1022atoms/cm3이다.
제 1 전극을 형성한 뒤에, 제 2 전극에 해당하는 집전극을 스크린 인쇄한다. 제 2 전극의 제판은, 도 4(b)에 도시하는 바와 같은 집전극만의 패턴이어도 되고, 도 4(c)와 같이, 취출 전극과 집전극 양쪽의 패터닝이 되어 있는 것을 사용하여, 제 1 전극을 포개어 도포해도 된다. 후자의 경우에 있어서, 제 2 전극의 도전율을 제 1 전극의 도전율보다 높게 함으로써, 전극의 저항 손실을 저감시켜, 태양전지의 특성을 더 개선하는 것이 가능하다.
제 2 전극용 Ag 페이스트에는, 제 1 전극 형성 영역 이외의 패시베이션막을 남기기 위해, 제 1 전극용 Ag 페이스트에 비해 패시베이션막의 관통 성능이 낮아지도록 첨가물을 조정한 것을 사용한다.
도전성 페이스트의 패시베이션막 관통 성능은 도전성 페이스트 중의 유리 프리트 함유량에 의해 제어가 가능하다. 유리 프리트에는 B-Pb-O계, B-Si-Pb-O계, B-Si-Pb-Al-O계, B-Si-Bi-Pb-O계, B-Si-Zn-O계 등의 유리 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이면 전극은 Al 분말을 유기물 바인더로 혼합한 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성한다. 인쇄 후, 5∼30분간, 700∼850℃의 온도에서 소성하고, 이면 전극과 제 2 전극이 형성된다. 이면 전극 및 수광면 전극의 소성은 한번에 행하는 것도 가능하다. 또 각 면의 전극을 형성하는 순서는 바꾸어도 된다.
또한 전극의 형성 방법은 스크린 인쇄에 한하지 않고, 디스펜서나 에어 졸 퇴적 등의 방법으로도 가능하다.
(실시예)
이하, 실험예와 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실험예]
<제 2 전극 아래 패시베이션막 면적 및 도전성 페이스트의 유리 프리트 함유량의 검토>
제 2 전극 아래에 남는 패시베이션막의 면적(즉, 이 전극과 실리콘의 비접촉 면적)과 태양전지 특성의 관계를 조사했다.
Ag 분말과 유기 바인더와 B-Pb-O계 유리 프리트를 혼합하여 제작한 페이스트를, 고농도 확산층과 그 위에 실리콘 질화막(패시베이션막)을 100nm 형성한 실리콘 기판 위에 인쇄하고, 소성을 행했다.
이와 같이 하여 생긴 태양전지셀로부터 모든 전극을 왕수로 용해하고, 전극형성 영역을 다이싱으로 잘라내고, 평가시료로 했다. 이 시료 양면에 프로브를 대고, 수광면에 에어 매스 1.5의 의사 태양광을 조사하고, 개방 전압을 측정했다.
도 5는 전극 아래에 남는 패시베이션막의 면적 비율과 개방 전압과의 관계를 나타낸다. 이 패시베이션막 면적 비율은 도전성 페이스트 조건마다 6샘플의 평균값으로 하고, 개방 전압은 평균값 및 최대값과 최소값을 플롯했다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 전극 아래 패시베이션 면적이 20%인 부근부터 개방 전압의 상승률은 둔화되고, 40% 이상에서 거의 포화되었다. 이 결과로부터, 제 2 전극 아래 패시베이션 면적은 이 전극 면적에 대하여 20% 이상, 바람직하게는 40% 이상인 것이 바람직하다고 할 수 있다.
도 6은 상기 검토에 사용한 Ag 페이스트의 유리 프리트 함유량을 가로축에 잡고, 제 2 전극 아래에 남는 패시베이션막의 면적 비율을 세로축에 나타낸다. 제 2 전극 아래 패시베이션 면적이 20% 및 40%가 되는 Ag 페이스트의 유리 프리트 함유량은 각각 약 2질량% 및 1질량%이었다.
또한, 상기 제 2 전극 아래에서의 패시베이션 면적은 도 7에서 설명된다.
도 7은 상기 전극 용해 후의 태양전지셀에 있어서의 제 2 전극형성 영역의 시료 표면을 모식적으로 나타낸다. 이 패시베이션 면적은, 제 2 전극형성 영역(701)의 내측에서, 제 1 전극과 제 2 전극이 겹치는 부분(704)을 제외한 면적(정미(正味) 제 2 전극 면적)으로부터 제 2 전극이 패시베이션막(705)을 관통한 부분(702)의 총면적을 뺀 면적으로 정의된다.
패시베이션 면적 비율은 패시베이션 면적과 정미 제 2 전극 면적의 비이다. 패시베이션 면적의 측정은 디지털 촬상기에 의한 표면 화상 취득과, 그 화상 처리 등으로 가능하다.
[실시예, 비교예]
본 발명의 유효성을 확인하기 위해, 비교예로서 일반적인 전극구조의 태양전지와, 본 발명의 전극구조의 태양전지의 발전성능 비교를 행했다.
확산두께 250㎛, 비저항 1Ω·cm의, 보론 도핑 {100}p형 절단 상태 실리콘 기판 100매에 대하여, 뜨거운 농수산화칼륨 수용액에 의해 데미지층을 제거 후, 수산화칼륨/2-프로판올 수용액 중에 침지하여, 텍스처 형성을 행하고, 계속해서 염산/과산화수소 혼합 용액 속에서 세정을 행했다. 다음에 옥시염화인 분위기하에, 870℃에서 이면끼리를 포갠 상태로 열처리하여, pn 접합을 형성했다. 확산 후, 불산으로 인 유리를 제거하고, 순수 세정 후, 건조시켰다.
이상의 처리 후, 플라스마 CVD 장치를 사용하여 실리콘 질화막을 수광면 반사방지·패시베이션막으로서 시료 전체면에 형성했다.
여기에서, 상기 기판을 50매씩 A와 B로 나누어 수광면의 전극 인쇄를 행했다. A에는 제 1 전극과 제 2 전극이 동일 스크린에 패터닝된 제판(도 4(c))을 사용하고, 제 1 전극과 제 2 전극을 동시에 1회 인쇄하고, 건조했다. B에는 제 1 전극만이 스크린에 패터닝된 제판(도 4 (a))을 사용하여, 제 1 전극만을 인쇄하고, 건조했다. A와 B에서 사용한 Ag 페이스트는 동일한 것이며, B-Si-Bi-Pb-O계 유리 프리트를 3질량% 첨가하고, 또한 고농도 확산층 형성을 위해 인 화합물을 3질량% 첨가한 것을 사용했다.
다음에 전체 기판의 이면측 전체면에 Al 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조했다.
이후, 780℃의 소성을 공기 분위기하에 행하고, Ag 전극에 실리콘 질화막을 관통시켜 실리콘과 도통시킴과 동시에, 기판 이면의 Al 전극을 실리콘과 도통시켰다. A는 전극 전체면이 실리콘과 도통하고, 전극과 실리콘의 비접촉면적이 0%이었다. 한편, B에는 제 2 전극을 형성하기 위하여, 도 4(c)의 제판을 사용하고, 제 1 전극과 겹치도록 형성했다. 제 2 전극과 실리콘의 비접촉면적이 80%가 되도록 유리 프리트 첨가량을 조정하고, 또한 제 1 전극보다 높은 도전율을 갖도록 조합된 Ag 페이스트를 스크린 인쇄로 도포 부착 후, 750℃의 열처리를 공기 분위기하에서 행하여 경화시켰다.
A는 B와 열이력을 동일하게 하기 위하여, B와 동일한 소성로에서 공기 분위기하에서 750℃의 열처리를 행했다.
A, B 양자의 태양전지 셀을, 에어 매스 1.5의 의사 태양광을 사용한 전류전압 측정기로 특성 측정을 행한 바, 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명을 실시한 B의 특성이 A의 특성 보다 우수하다.
단락 전류
[mA/cm2]		 개방 전압
[V]
A(종래) 36.0 0.622
B(본 발명) 36.2 0.629

Claims (7)

  1. 적어도 pn 접합을 갖는 결정 실리콘 기판 위에 패시베이션막이 형성되고, 도전성 페이스트의 인쇄와 열처리의 공정을 거쳐 전극이 형성되는 태양전지에 있어서, 광 생성된 캐리어를 실리콘 기판으로부터 꺼내는 취출 전극이 실리콘 기판에 접촉하도록 형성되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에서 모아진 캐리어를 모으는 집전극이 상기 제 1 전극에 접촉하도록 형성되는 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극과 실리콘 기판이 적어도 제 1 전극과 제 2 전극의 접촉부 이외에서 부분적으로밖에 또는 전혀 접하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 접촉부의 면적을 제외한 제 2 전극과 실리콘 기판의 비접촉부의 면적 비율이 제 2 전극의 폭과 총 길이로 결정되는 면적으로부터 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 접촉부의 면적을 제외한 면적에 대하여 20% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 제 2 전극과 부분적으로 접촉하고 있거나, 또는 전체가 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 B, Al, Ga, P, As, In, Sb의 단체 또는 화합물을 함유하는 도전성 페이스트로 형성되고, 상기 제1 전극 아래 부분의 상기 실리콘 기판에 이 원소가 고농도로 확산된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패시베이션막은 산화실리콘, 질화실리콘, 탄화실리콘, 산화알루미늄, 아몰포스 실리콘, 미세결정 실리콘, 산화티탄 중 어느 하나 또는 그 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 조합으로 이루어지는 집전극이 태양전지의 수광면 또는 비수광면 혹은 그 양쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 태양전지를 전기적으로 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.

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