KR20140009909A - 규소 나노-입자를 가진 태양 전지의 제조 - Google Patents

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KR20140009909A
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선파워 코포레이션
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Abstract

태양 전지 구조물은 규소 나노-입자 확산 영역들을 포함한다. 확산 영역들은 규소 나노-입자들을 이산화규소와 같은 얇은 유전체 위에 인쇄함으로써(203) 형성될 수 있다. 습윤제가 나노-입자들의 인쇄 전에 얇은 유전체 상에 형성될 수 있다. 나노-입자들은 잉크젯 인쇄에 의해 인쇄될 수 있다. 나노-입자들은 제1 상태에서 나노-입자들로부터 유기 물질을 열에 의해 제거하기 위해 나노-입자들을 가열함으로써(205), 그리고 제2 상태에서 얇은 유전체 위에 연속적인 나노-입자 막을 형성하기 위해 나노-입자들을 가열함으로써(207) 열 처리될 수 있다.

Description

규소 나노-입자를 가진 태양 전지의 제조{FABRICATION OF SOLAR CELLS WITH SILICON NANO-PARTICLES}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭이 "규소 나노-입자를 가진 태양 전지의 제조(Fabrication of Solar Cells with Silicon Nano-Particles)인 2010년 9월 13일자로 출원된 미국 가출원 제61/382,384호의 이득을 주장한다.
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 선언
본 명세서에 기술된 발명은 미국 에너지부에 의해 지급되는 계약 번호 DE-FC36-07GO17043 하에서의 정부 지원을 받아 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 소정의 권리를 가질 수 있다.
본 발명은 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 전지 제조 공정 및 구조물에 관한 것이지만, 이것으로만 제한되지는 않는다.
전형적인 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역(diffusion region)들을 포함한다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선(solar radiation)은 확산 영역들로 이동하는 전자 및 정공을 생성하며, 그로써 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 확산 영역들은 태양 전지 기판 내에, 또는 태양 전지 기판 외부의 층 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 확산 영역들은 기판 내로 도펀트(dopant)를 확산시킴으로써 형성될 수 있다. 외부에 형성된 확산 영역들에서, 폴리실리콘(polysilicon)과 같은 재료의 층이 기판 상에 형성된다. 그 후, 도펀트가 폴리실리콘 내로 확산되어 확산 영역들을 형성한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지 확산 영역들의 형성과 관련된 제조 비용을 낮추는 공정 및 구조물에 관한 것이다.
일 실시예에서, 태양 전지 구조물은 규소 나노-입자(silicon nano-particle) 확산 영역들을 포함한다. 확산 영역들은 규소 나노-입자들을 이산화규소와 같은 얇은 유전체 위에 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 습윤제(wetting agent)가 나노-입자들의 인쇄 전에 얇은 유전체 상에 형성될 수 있다. 나노-입자들은 잉크젯 인쇄에 의해 인쇄될 수 있다. 나노-입자들은 제1 상태에서 나노-입자들로부터 유기 물질을 열에 의해 제거하기 위해 나노-입자들을 가열함으로써, 그리고 제2 상태에서 얇은 유전체 위에 연속적인 나노-입자 막을 형성하기 위해 나노-입자들을 가열함으로써 열 처리(thermally processed)될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부 도면 및 특허청구범위를 포함하는 본 개시 내용 전체를 읽음으로써 당업자에게 즉각 명백할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 지칭하는 하기의 도면과 관련하여 고려될 때 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 본 발명의 요지의 보다 완전한 이해가 얻어질 수 있다. 도면은 축적에 맞게 도시된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 구조물을 개략적으로 예시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 구조물을 제조하는 방법의 흐름도.
도 3은 나노-입자 반경을 용융점에 관련시킨 선도.
본 개시 내용에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 장치, 재료, 공정 단계, 및 구조물의 예와 같은 다수의 구체적인 상세가 제공된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 구체적인 상세들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 태양을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 주지된 상세는 도시되거나 기술되지 않는다.
본 개시 내용은 태양 전지 내의 규소 나노-입자들의 사용에 관한 것이다. 태양 전지 내의 규소 나노-입자들의 사용은 또한 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 공동 소유의 미국 특허 제7,705,237호에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 구조물(100)을 개략적으로 예시하는 단면도를 도시한다. 태양 전지 구조물(100)은 배면(102) 및 전면(103)을 포함한다. 전면(103)은 정상 작동 동안 태양 방사선을 수집하도록 태양을 향한다. 배면(102)은 전면(103)의 반대편에 있다. 태양 전지 구조물(100)은, N-형 확산 영역들(104), P-형 확산 영역들(105), 및 그들 각각의 금속 점점들(108, 109)이 배면(102) 상에 있다는 점에서 배면 접점 태양 전지이다.
태양 전지 구조물(100)은, 도 1의 예에서 N-형 단결정(monocrystalline) 규소 웨이퍼를 포함하는 규소 기판(101) 형태의 태양 전지 기판을 포함한다. 규소 기판(101)의 전면 표면은 개선된 태양 방사선 수집 효율을 위해, 예컨대 무작위적인 피라미드들(110)로 텍스처화된다.
이산화규소(106) 형태의 얇은 유전체가 규소 기판(101)의 배면 표면 상에 있다. 일 실시예에서, 이산화규소(106)는 규소 기판(101)의 배면 표면 상에서 열 성장(thermally grown)된다. 그 후, 비정질 규소(구체적으로 도시되지는 않음)가 산화물(106)의 표면 상에 형성될 수 있다. 비정질(amorphous) 규소는 N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)의 형성을 용이하게 하기 위한 습윤제로서 역할한다. N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)은 산화물(106) 위에서, 산화물(106) 상에 직접 또는 습윤제가 존재하는 경우 습윤제 상에 형성된다.
일 실시예에서, N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)은 규소 나노-입자들을 포함한다. 규소 나노-입자들은 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 이노벌라이트, 인크.(Innovalight, Inc.)를 비롯한 재료 공급업체들로부터 구매할 수 있다. N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)은 산화물(106) 위에 교대로 형성된다. 층간 유전체 층(interlevel dielectric layer)(107)이 N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)에 대한 전기 절연을 제공한다. 금속 접점들(108)이 유전체 층(107)을 통한 접점 구멍들을 거쳐 대응하는 N-형 확산 영역들(104)에 전기적으로 결합된다. 유사하게, 금속 접점들(109)이 유전체 층(107)을 통한 접점 구멍들을 거쳐 대응하는 P-형 확산 영역들(105)에 전기적으로 결합된다. 알루미늄, 구리, 또는 다른 금속화 재료를 포함할 수 있는 금속 접점들(108, 109)은 서로 맞물릴 수 있다. 금속 접점들(108, 109)은 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되고 태양 전지에 의해 전력을 공급받게 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 구조물(100)을 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 2의 예에서, 방법은 규소 기판(101)의 배면 표면 상에 이산화규소(106)를 형성함으로써 시작될 수 있다(단계 201). 산화물(106)은 규소 기판(101)과 N-형 및 P-형 확산 영역들 사이의 얇은 유전체 층으로서 역할한다. 산화물(106)은 예를 들어 약 10 옹스트롬(Angstrom)과 같이 약 7 내지 20 옹스트롬의 두께로 규소 기판(101)의 배면 표면 상에 열 성장될 수 있다.
선택적으로, 비정질 규소의 층이 산화물(106) 상에 침착될 수 있다(단계 202). 비정질 규소는 N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)의 인쇄를 용이하게 하기 위한 습윤제로서 역할한다. 습윤제는 확산 영역들의 조성 및 그들의 형성 공정에 따라 필요할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)은 나노-입자들을 산화물(106) 위에 인쇄함으로써 형성될 수 있다(단계 203). 나노-입자들은 인쇄 전에 N-형 전도성 또는 P-형 전도성을 갖도록 사전-도핑될(pre-doped) 수 있다. 이는 유리하게는, 산화물(106) 위에의 형성 후에 나노-입자들을 별도로 도핑할 필요가 없기 때문에 하나 이상의 공정 단계를 줄인다. 보다 구체적으로, 다른 공정에서와 같이, 폴리실리콘의 층 상에 도펀트 공급원을 침착시키는 단계 및 도펀트 공급원으로부터 폴리실리콘의 층 내로 도펀트를 확산시켜서 외부 확산 영역들을 형성하는 열 단계가 제거된다.
N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)은 습윤제가 이용되지 않을 때 산화물(106)의 표면 상에 직접 인쇄될 수 있다. 다르게는, N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들은 습윤제 상에 또는 산화물(106) 상의 다른 재료의 층 상에 인쇄될 수 있다. 바람직하게는, 하기의 나노-입자들에 대한 열 처리 온도는 산화물 해리(dissociation)의 임계치보다 낮다. 적합한 인쇄 공정은 잉크젯 인쇄 및 스크린 인쇄를 포함한다. 잉크젯 인쇄가 바람직한데, 이는 이것이 유리하게는 잉크젯 프린터 헤드의 일회 통과로, 즉 동일한 잉크젯 인쇄 단계로 N-형 확산 영역들(104) 및 P-형 확산 영역들(105)의 형성을 가능하게 하기 때문이다.
N-형 전도성의 도펀트(예컨대, 인)를 포함하는 나노-입자들의 막이 N-형 확산 영역(104)으로서 역할하도록 산화물(106) 위에 인쇄될 수 있다. 유사하게, P-형 전도성의 도펀트(예컨대, 붕소)를 포함하는 나노-입자들의 막이 P-형 확산 영역(105)으로서 역할하도록 산화물(106) 위에 인쇄될 수 있다. 나노-입자들은 또한 스핀 코팅 또는 다른 적합한 공정에 의해 형성될 수 있다. 나노-입자들은 산화물(106) 위에의 형성 전에 적절한 전도성 유형의 도펀트로 사전-도핑될 수 있다.
나노-입자들의 입자 크기는 특정 용융점에 대해 선택될 수 있다. 입자 크기가 커질수록, 용융점이 벌크 값(bulk value)에 가까워진다. 일 실시예에서, 나노-입자들은 10 나노미터 미만, 예컨대 7 나노미터의 입자 크기를 갖는다. 나노-입자들은 또한 연속적인 나노-입자 막의 형성을 용이하게 하도록 상이한 입자 크기들의 혼합을 가질 수 있다.
도 3은 나노-입자 반경을 용융점에 관련시킨 선도를 도시한다. 도 3은 나노-입자에 대한 용융 온도의 감소를 도시하는데, 여기서 용융 온도의 상한(선도 301) 및 하한(선도 304)은 문헌[Couchman and Jesser (P. R. Couchman and W. A. Jesser, Nature 269, 481 (1977)]에 의해 추정되며, 중간 값들은 문헌[Buffat (선도 302; Ph. Buffat and J.-P. Borel, Phys. Rev. A 13, 2287 (1976))] 및 문헌[Wautelet (선도 303; M. Wautelet, J. Phys. D 24, 343 (1991))]에 의해 계산된다. 이들 계산으로부터, 발명자들은, 4 ㎚ 직경 미만의 나노-입자 크기가 주위 온도에서 안정된 인쇄 재료로서 사용하기에는 반응성이 너무 큰 것으로 알려져 있을지라도, 10 ㎚ 직경 미만의 나노-입자 크기(최상의 경우)에 대한 상당한 용융 온도 감소를 기대한다.
도 3은 몇몇 군으로부터의 모델에 기초하여 반경의 함수로서 규소 나노-입자들에 대한 이론적인 용융점 하락을 도시한다는 것에 유의하여야 한다. 그러나, 실험 데이터는 매우 낮은 온도의 융용점을 나타낸다.
도 2를 계속 참조하면, 나노-입자들은 산화물(106) 위에의 인쇄 후에 열 처리된다(단계 210). 도 2의 예에서, 열 처리는 단계 204 내지 단계 207을 포함하며, 태양 전지 구조물을 가열되는 노(furnace) 내에 배치하는 단계(단계 204)를 포함한다.
태양 전지 구조물의 열 처리는 2가지 상태에서 수행될 수 있다. 제1 열 처리 상태에서, 나노-입자 막 내에 있을 수 있는 유기 물질(예컨대, 아이소프로필 알코올 및 나노-입자들 상에 코팅된 작용기들)이 나노-입자 막으로부터 열에 의해 제거된다(단계 205). 이는 태양 전지 구조물을 노 내에서 300℃ 미만의 미리설정된 중간 온도에서 미리설정된 이동 속도로 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 제1 열 처리 상태는 노의 온도를 중간 온도 초과의 소결 온도로 상승시키기 전에 수행된다.
제2 열 처리 상태에서, 노의 온도는 나노-입자들의 용융점 바로 미만의 온도인 소결 온도까지 상승된다(단계 206). 예를 들어, 노의 온도는 나노-입자들의 용융점의 약 70% 내지 90%까지 상승될 수 있다. 바람직하게는, 소결 온도는 산화물 해리의 임계치 미만이다.
나노-입자들의 용융점이 약 1000℃인 일 실시예에서, 노의 온도는 약 900℃의 소결 온도까지 상승된다. 태양 전지 구조물은 특히 산화물(106)과의 계면에서 연속적인 나노-입자 막을 달성하도록 미리설정된 시간량 동안 소결 온도로 가열된다. 예를 들어, 태양 전지 구조물은 약 30분 동안 약 900℃의 온도로 가열될 수 있다. 생성된 연속적인 나노-입자 막은 유리하게는 나노-입자 막이 폴리실리콘과 관련된 추가의 처리 단계 없이 다른 외부 확산 태양 전지에서 폴리실리콘이 거동하는 방식과 동일하게 거동하게 한다.
습윤제(단계 202 참조)가 용융된 나노-입자들에 보다 우수한 습윤을 제공할 수 있고, 이것이 도핑된 나노-입자들로부터 습윤 영역으로의 도핑으로 이어져서, 기판 상에 연속적인 확산 층을 생성한다는 것에 유의하여야 한다.
그 후, 추가의 처리 단계들이 태양 전지 구조물의 제조를 완성하도록 수행된다. 이들 추가의 처리 단계들은 유전체 층(107), 금속 접점들(108, 109), 및 태양 전지의 다른 특징부들의 형성을 포함한다.
규소 나노-입자들을 가진 태양 전지를 제조하기 위한 기술이 개시되었다. 본 발명의 구체적인 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예가 예시의 목적을 위한 것이고 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 많은 추가의 실시예가 본 개시 내용을 읽음으로써 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 태양 전지(solar cell) 구조물을 제조하는 방법으로서,
    태양 전지 기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계;
    얇은 유전체 층 위에 P-형 도핑된(P-type doped) 규소 나노-입자(silicon nano-particle)들을 인쇄함으로써 태양 전지 구조물의 제1 확산 영역(diffusion region)들을 형성하는 단계;
    얇은 유전체 층 위에 N-형 도핑된 규소 나노-입자들을 인쇄함으로써 태양 전지 구조물의 제2 확산 영역들을 형성하는 단계; 및
    N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들의 용융점 미만의 제1 온도에서 N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들을 가열함으로써 얇은 유전체 층 위에 연속적인 나노-입자 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들을 제1 온도로 가열하기 전에, N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들을 제1 온도 미만의 제2 온도로 가열함으로써 N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들로부터 유기 물질을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들은 노(furnace) 내에서 미리설정된 속도로 이동되는 동안 제2 온도로 가열되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들은 잉크젯 인쇄에 의해 인쇄되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들은 잉크젯 인쇄 헤드의 동일한 통과에서 잉크젯 인쇄함으로써 인쇄되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 태양 전지 기판은 단결정(monocrystalline) 규소 기판을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 얇은 유전체 층은 규소 기판의 표면 상에 열 성장된(thermally grown) 이산화규소를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들을 인쇄하기 전에 얇은 유전체 상에 습윤제(wetting agent)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 습윤제는 비정질(amorphous) 규소를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, N-형 및 P-형 도핑된 규소 나노-입자들은 10 나노미터 미만의 입자 크기를 갖는 방법.
  11. 제1항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지 구조물.
  12. 태양 전지 구조물을 제조하는 방법으로서,
    규소 기판의 표면 상에 이산화규소를 성장시키는 단계;
    이산화규소 위에 규소 나노-입자들을 인쇄함으로써 태양 전지 구조물의 확산 영역을 형성하는 단계;
    나노-입자들을 제1 온도로 가열함으로써 나노-입자들로부터 유기 물질을 제거하는 단계; 및
    나노-입자들을, 제1 온도 초과이고 나노-입자들의 용융점 미만인 제2 온도로 가열함으로써 이산화규소 위에 연속적인 나노-입자 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 규소 나노-입자들은 잉크젯 인쇄 헤드의 동일한 통과에서 잉크젯 인쇄함으로써 인쇄되는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    나노-입자들을 인쇄하기 전에 이산화규소 상에 습윤제를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 습윤제는 비정질 규소를 포함하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 규소 나노-입자들은 10 나노미터 미만의 입자 크기를 갖는 방법.
  17. 제12항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지 구조물.
  18. 태양 전지 구조물을 제조하는 방법으로서,
    태양 전지 기판 상에 얇은 유전체를 형성하는 단계;
    얇은 유전체 위에 규소 나노-입자들을 형성함으로써 태양 전지 구조물의 확산 영역을 형성하는 단계; 및
    규소 나노-입자들을 나노-입자들의 용융점 미만의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    얇은 유전체와 확산 영역 사이에 습윤제를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제18항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지 구조물.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160140773A (ko) * 2014-03-28 2016-12-07 선파워 코포레이션 터널 유전체를 갖는 태양 전지
KR20170057388A (ko) * 2014-09-24 2017-05-24 선파워 코포레이션 간소화 침착 공정으로 제조한 태양 전지

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140130854A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Photoelectric device and the manufacturing method thereof
US20140166094A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Paul Loscutoff Solar cell emitter region fabrication using etch resistant film
US8785233B2 (en) * 2012-12-19 2014-07-22 Sunpower Corporation Solar cell emitter region fabrication using silicon nano-particles
KR102045001B1 (ko) * 2013-06-05 2019-12-02 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
US9401450B2 (en) * 2013-12-09 2016-07-26 Sunpower Corporation Solar cell emitter region fabrication using ion implantation
JP2016143862A (ja) * 2015-02-05 2016-08-08 シャープ株式会社 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936319A (en) * 1973-10-30 1976-02-03 General Electric Company Solar cell
US5271871A (en) * 1988-03-07 1993-12-21 Hitachi, Ltd. Conductive material and process for preparing the same
US6294401B1 (en) * 1998-08-19 2001-09-25 Massachusetts Institute Of Technology Nanoparticle-based electrical, chemical, and mechanical structures and methods of making same
US7077388B2 (en) * 2002-07-19 2006-07-18 Asm America, Inc. Bubbler for substrate processing
JP4299525B2 (ja) * 2002-10-22 2009-07-22 祥三 柳田 光電変換素子及び太陽電池
JP2005026534A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Sharp Corp 半導体デバイスおよびその製造方法
US7705237B2 (en) * 2006-11-27 2010-04-27 Sunpower Corporation Solar cell having silicon nano-particle emitter
US20080236665A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-02 Jianming Fu Method for Rapid Liquid Phase Deposition of Crystalline Si Thin Films on Large Glass Substrates for Solar Cell Applications
US20100275982A1 (en) * 2007-09-04 2010-11-04 Malcolm Abbott Group iv nanoparticle junctions and devices therefrom
WO2009078330A1 (ja) * 2007-12-19 2009-06-25 Hitachi Metals, Ltd. 酸化亜鉛焼結体およびその製造方法、スパッタリングターゲット、このスパッタリングターゲットを用いて形成された電極
US7851336B2 (en) * 2008-03-13 2010-12-14 Innovalight, Inc. Method of forming a passivated densified nanoparticle thin film on a substrate
US7923368B2 (en) * 2008-04-25 2011-04-12 Innovalight, Inc. Junction formation on wafer substrates using group IV nanoparticles
US7615393B1 (en) * 2008-10-29 2009-11-10 Innovalight, Inc. Methods of forming multi-doped junctions on a substrate
AU2010229103A1 (en) * 2009-03-26 2011-11-03 Bp Corporation North America Inc. Apparatus and method for solar cells with laser fired contacts in thermally diffused doped regions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160140773A (ko) * 2014-03-28 2016-12-07 선파워 코포레이션 터널 유전체를 갖는 태양 전지
KR20220138877A (ko) * 2014-03-28 2022-10-13 맥시온 솔라 피티이. 엘티디. 터널 유전체를 갖는 태양 전지
KR20170057388A (ko) * 2014-09-24 2017-05-24 선파워 코포레이션 간소화 침착 공정으로 제조한 태양 전지

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