KR20140015819A - 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제1 도전성 불순물을 함유하는 기판; 기판의 제1 면에 배치되며, 제1 도전성 불순물과 반대인 제2 도전성 불순물을 함유하여 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 기판의 제1 면 위에 배치되어, 에미터부와 연결되는 제1 전극; 및 기판의 제2 면 위에 배치되며, 기판과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 핑거전극과 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 버스바를 포함하고, 복수 개의 버스바 중 적어도 하나의 버스바는 제2 방향으로 뻗어 있는 제1 라인부;와 제1 라인부로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 제2 라인부;를 포함한다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 입사된 빛에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명은 제조 공정 시간을 보다 단축시킬 수 있는 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제1 도전성 불순물을 함유하는 기판; 기판의 제1 면에 배치되며, 제1 도전성 불순물과 반대인 제2 도전성 불순물을 함유하여 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 기판의 제1 면 위에 배치되어, 에미터부와 연결되는 제1 전극; 및 기판의 제2 면 위에 배치되며, 기판과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 핑거전극과 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 버스바를 포함하고, 복수 개의 버스바 중 적어도 하나의 버스바는 제2 방향으로 뻗어 있는 제1 라인부;와 제1 라인부로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 제2 라인부;를 포함한다.
여기서, 제1 라인부 및 제2 라인부에 의해 형성되는 버스바의 폭은 핑거전극의 폭보다 클 수 있다. 여기서, 버스바의 폭은 제1 라인부 및 제2 라인부에서 제1 방향으로의 양 끝단 사이의 간격일 수 있다.
또한, 제1 라인부 및 제2 라인부 각각의 폭은 핑거전극의 폭과 동일할 수 있다.
또한, 버스바에서 제1 라인부의 개수는 하나, 제2 라인부는 복수 개이고, 복수 개의 제2 라인부 각각은 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
이때, 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부 중에서, 하나의 제1 라인부의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부는 하나의 제1 라인부의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부와 동일한 방향의 일직선 상에 위치할 수 있다.
또한, 버스바는 제1 라인부의 끝단과 제2 라인부를 제1 방향으로 서로 연결하는 제3 라인부를 더 포함할 수 있다.
또한, 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부는 하나의 제1 라인부와 연결되는 지점이 서로 엇갈리 수도 있다. 이때, 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부 중에서, 하나의 제1 라인부의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부는 하나의 제1 라인부의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부와 교차하는 방향일 수 있다.
또한, 버스바에서 제1 라인부 및 제2 라인부의 개수는 복수 개이고, 복수 개의 제2 라인부 각각은 복수 개의 제1 라인부들이 서로 연결되도록 사선 방향으로 형성될 수 있다.
여기서, 복수 개의 제1 라인부 각각과 교차하는 복수 개의 제2 라인부 각각은 사선 방향으로 일직선 상에 위치하고, 복수 개의 제2 라인부 각각은 복수 개의 제1 라인부 중 양쪽 최외곽에 형성된 제1 라인부들 사이에 형성될 수 있다.
또한, 기판의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나의 면 위에는 반사 방지막을 더 포함할 수 있다.
또한, 버스바는 에미터부의 내부로 함입되지 않고, 에미터부의 표면에 접촉될 수 있다. 이때, 버스바는 에미터부의 표면에 접하는 시드층, 및 시드층 위에 위치하는 도전성 금속층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지는 버스바 전체 폭 중에서 일부 영역에만 제1 라인부와 제2 라인부를 형성함으로써, 태양 전지의 제조 공정 시간을 보다 단축 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3는 도 2에서 A부분을 확대한 확대도이다.
도 4은 도 1에 도시된 태양 전지의 제1 전극 패턴을 설명하기 위한 도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 버스바의 다양한 패턴 형태를 설명하기 위한 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3는 도 2에서 A부분을 확대한 확대도이고, 도 4은 도 1에 도시된 태양 전지의 제1 전극 패턴을 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지는 기판(110), 에미터부(121), 후면 전계부(172)(back surface field, BSF), 제1 전극(140), 및 제2 전극(150)을 포함하고, 반사 방지막(130)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130)은 생략될 수도 있지만, 태양 전지의 효율 향상에 더 유리하므로, 이하에서는 반사 방지막(130)이 포함된 경우를 일례로 설명한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지는 기판(110)의 제1 면에는 제1 전극(140), 기판(110)의 제2 면에는 제2 전극(150)을 구비하여, 기판(110)의 제1 면 및 기판(110)의 제2 면으로 입사된 빛으로부터 전기를 생산하는 태양 전지의 구조를 가지고 있다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입을 가질 수 있으며, 이와 같은 기판(110)은 결정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이러한 기판(110)의 제1 면 및 제2 면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 편의상 도 1에서는 기판(110)에서 요철면을 도시하지 않았으나, 실질적으로 기판(110)의 제1 면 전체가 텍스처링 표면을 가질 수 있다.
이때, 텍스처링 표면을 습식 식각 또는 건식 식각 방법에 의해 형성될 수있으며, 이때, 형성되는 각 요철의 폭과 높이는 각 식각 방법에 따라 달라질 수 있다.
복수의 요철을 갖고 있는 텍스처링 표면에 의해, 기판(110)의 제1 면 및 후면 쪽으로 입사되는 빛은 기판(110)의 표면에 형성된 복수의 요철에 의해 복수 번의 반사 동작이 발생하면서 기판(110) 내부로 입사된다. 이로 인해, 기판(110)의 제1 면 및 제2 면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
에미터부(121)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 타입의 반도체 기판(110)의 제1 면에 형성되며, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 기판(110)의 제1 면 내부에 위치할 수 있다. 따라서 제2 도전성 타입의 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이와 같은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합으로 인하여, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같은 에미터부(121)는 제2 도전성 타입의 불순물이 기판(110) 내부로 확산되어 형성될 수 있다.
후면 전계부(172)는 기판(110)의 제2 면에 위치할 수 있으며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 제1 전극(140)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
반사 방지막(130)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 에미터부(121)의 제1 면 위에 위치한다. 이와 같은 반사 방지막(130)은 투명한 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 산화 질화막(SiOxNy) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 아울러, 반사 방지막(130)은 반드시 이와 같은 재질에만 한정되지 않고, 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다.
아울러, 반사 방지막(130)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 층으로 형성될 수도 있으나, 태양 전지의 효율을 극대화하기 위하여 복수의 층으로 형성되는 것도 가능하다.
이와 같은 반사 방지막(130)의 두께는 일례로 대략 50nm ~ 500nm 사이에서 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 태양 전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다. 또한 반사 방지막(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지막(130)은 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)도 수행할 수 있다. 따라서 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지의 효율은 향상된다.
제1 전극(140)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110)의 제1 면에 위치하며, 에미터부(121)에 연결될 수 있다.
이와 같은 제1 전극(140)은 복수의 핑거 전극(이하, 전면 핑거전극(141))과 복수의 전면 핑거전극(141)과 연결되어 있는 복수의 버스바(이하, 전면 버스바(142))를 구비한다.
예를 들어, 도 4과 같이, 복수의 전면 핑거전극(141)은 에미터부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 제1 방향(x)으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 핑거전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
예를 들어, 도 4과 같이, 복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 핑거전극(141)과 교차하는 제2 방향(y)으로 나란하게 형성될 수 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 핑거전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 전면 핑거전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 핑거전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 4에 도시한 것처럼, 복수의 전면 핑거전극(141)은 제1 방향(x)으로 형성되고, 복수의 전면 버스바(142)는 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 형성된다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 부분으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 핑거전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
이와 같은 복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
이와 같은 제1 전극(140)의 복수의 전면 핑거전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 핑거전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
이와 같은 제1 전극(140)은 전기 도금 방식에 의해 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극(140)을 형성할 때에, 먼저 제1 전극(140)과 동일한 패턴으로 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지막(130)의 일부 영역을 레이저로 제거한 이후, 노출된 에미터부(121) 위에 제1 전극(140)의 전면 핑거전극(141)과 전면 버스바(142)를 전기 도금 방식으로 형성시킬 수 있다.
따라서, 전면 핑거전극(141)과 전면 버스바(142)는 에미터부(121)의 내부로 함입되지 않고, 에미터부(121)의 표면에 접촉되어 형성될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전면 버스바(142)는 시드층(142S) 및 도전성 금속층(142M)을 포함하여 형성될 수 있으며, 아울러, 확산 방지층(142D)을 더 포함할 수도 있다. 도 3에서는 전면 버스바(142)를 예로 들어 설명하였지만, 전면 핑거전극(141)도 전면 버스바(142)와 동일한 시드층(142S), 확산 방지층(142D) 및 도전성 금속층(142M)을 구비할 수 있다.
여기서, 시드층(142S)은 에미터부(121)의 표면에 접하고, 도전성 금속층(142M)은 시드층(142S) 위에 형성되고, 확산 방지층(142D)은 도전성 금속층(142M)과 시드층(142S) 사이에 형성될 수 있다.
이와 같은, 시드층(142S)은 니켈 규소 화합물(Ni silicide)를 포함하여 형성될 수 있으며, 확산 방지층(142D)은 니켈(Ni) 또는 니켈 규소 화합물(Ni silicide)을 포함하여 형성될 수 있고, 도전성 금속층(142M)은 구리(Cu), 주석(Sn) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 확산 방지층(142D)은 도전성 금속층(142M)의 구리(Cu), 주석(Sn) 및 은(Ag)과 같은 불순물이 에미터부(121)로 확산되는 것을 방지하는 기능을 한다.
제2 전극(150)은 후면 전극층(151)과 후면 전극층(151)에 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비할 수 있다.
후면 전극층(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리와 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극층(151)은 제1 도전성 물질을 함유하고 있고, 일례로 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유할 수 있다.
이러한 후면 전극층(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극층(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 후면 전극층(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극층(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극층(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극층(151)과 연결되어 있다.
또한, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극층(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극층(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 태양 전지의 제2 전극(150)이 제1 전극(140)의 패턴과 다른 후면 전극층(151)과 후면 버스바(152)를 구비하는 것을 일례로 설명하였지만, 이와 다르게, 제2 전극(150)의 패턴은 제1 전극(140)의 패턴과 동일할 수 있다.
즉, 제1 및 도 2에 도시된 제2 전극(150)과 다르게, 제2 전극(150)은 제1 전극(140)과 동일하게, 제1 방향(x)으로 뻗어 있는 핑거 전극(이하, 후면 핑거 전극)과 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 버스바(이하, 후면 버스바)를 구비할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 제1 전극(140)의 패턴과 동일하게, 제2 전극(150) 역시 후면 핑거 전극(미도시)과 후면 버스바(미도시)를 구비할 수 있다.
일례로, 제2 전극(150)의 후면 핑거 전극(미도시)의 패턴은 제1 전극(140)의 전면 핑거전극(141)과 동일한 폭과 패턴으로 기판(110)의 제2 면에 형성될 수 있으며, 제2 전극(150)의 후면 버스바(미도시)의 패턴은 제1 전극(140)의 전면 버스바(142)와 동일한 폭과 패턴으로 기판(110)의 제2 면에 형성될 수 있다.
또한, 이와 같은 제2 전극(150)은 제1 전극(140)과 마찬가지로 전기 도금 방식에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제2 전극(150)도 제1 전극(140)과 마찬가지로, 도 3와 동일하게 시드층(142S), 확산 방지층(142D), 도전성 금속층(142M)으로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지가 복수 개인 경우, 리본 또는 인터커넥터(미도시, 이하 ‘리본’이라 함.)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 어느 한 태양 전지의 전면 버스바(142)와, 해당 태양 전지와 인접한 태양 전지의 후면 버스바(152)는 리본에 의해 전기적으로 서로 연결된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지의 동작은 다음과 같다.
태양 전지로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)를 통해 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극층(151)와 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 에미터부(121)가 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)에 의해, 전하의 손실량은 감소하여, 제1 전극(140)으로 이동하는 전하의 양은 증가하여, 태양 전지의 효율은 크게 향상된다.
한편, 이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지에서 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 전면 버스바(142) 중 적어도 하나의 전면 버스바(142)는 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 포함한다. 즉, 복수 개의 전면 버스바(142) 중 하나만 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 포함하여 형성될 수도 있고, 복수 개의 전면 버스바(142) 각각이 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 제1 라인부(142B1)는 제1 방향(x)으로 뻗어 있는 전면 핑거전극(141)과 대략 수직으로 교차하는 제2 방향(y)으로 뻗어 있고, 제2 라인부(142B2)는 제1 라인부(142B1)로부터 사선 방향으로 뻗어 있다.
이와 같이, 복수 개의 전면 버스바(142) 중 적어도 하나의 전면 버스바(142)가 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 포함하여 형성되도록 함으로써, 태양 전지의 제조 공정 시간을 보다 단축시킬 수 있으며, 태양 전지의 제조 비용을 보다 절약할 수 있다.
보다 구체적으로, 서로 인접한 복수의 태양 전지를 서로 전기적으로 연결시키기 위해서는 전면 버스바(142) 위에는 앞서 설명한 바와 같이, 리본이 접촉하게 된다.
이와 같이, 리본을 전면 버스바(142) 위에 접촉시킬 때, 접촉 저항을 최소화하고, 구조적 안정성을 확보하기 위하여 제1 라인부(142B1) 및 제2 라인부(142B2)에 의해 형성되는 전면 버스바(142)의 폭(WBT)은 전면 핑거전극(141)의 폭(WF)보다 클 수 있다.
예를 들어, 전면 버스바(142)의 폭(WBT)은 1mm ~ 1.5mm일 수 있으며, 전면 핑거전극(141)의 폭(WF)은 10μm ~ 20 μm사이일 수 있다. 여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 전면 버스바(142)의 폭(WBT)은 제1 라인부(142B1) 및 제2 라인부(142B2)에 의해 형성된 제1 방향(x)으로의 양 끝단 사이의 간격(WBT)을 의미한다.
이때, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 전극(140)을 전기 도금 방식으로 형성시킬 경우, 제1 전극(140)의 전면 핑거전극(141)이나 전면 버스바(142)를 형성하기 위해서는 먼저, 에미터부(121) 위에 형성되어 있는 반사 방지막(130)의 일부를 레이저를 이용하여 제1 전극(140)의 패턴 형상대로 제거해야한다.
이와 같은 경우, 도 4과 다르게, 바(bar) 형태로 1mm ~ 1.5mm 의 폭을 가진 전면 버스바(142)를 형성하는 경우, 제거해야할 반사 방지막(130)의 영역의 폭이 1mm ~ 1.5mm가 되므로, 레이저를 이용하여 해당 반사 방지막(130)의 영역을 모두 제거하기 위해서는 상당한 시간이 소요될 수 있다.
예를 들어, 레이저로 하나의 전면 핑거전극(141) 패턴을 형성하기 위해 반사 방지막(130)의 일부를 제거하는 시간보다 하나의 전면 버스바(142) 패턴을 형성하기 위해 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거하는 시간은, 레이저가 기판(110)의 상부와 하부를 수십번 반복하여 이동하면서 반사 방지막(130)을 제거해야 하므로, 수십배 이상 소요될 수 있으며, 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 전극 재료도 더 많이 소모되어 제조 비용이 상대적으로 높아질 수 있다.
그러나, 1mm ~ 1.5mm 의 폭을 가진 바(bar) 형태의 전면 버스바(142)를 형성하는 대신에, 본 발명과 같이, 전면 버스바(142)의 전체 폭(WBT) 중 일부에만 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)가 포함되도록 전면 버스바(142)를 형성하면, 레이저가 기판(110)의 상부와 하부를 단지 몇 번만 반복 이동하여 반사 방지막(130)을 제거할 수 있으므로 태양 전지의 제조 공정 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 전극 재료의 소모도 상대적으로 작아 제조 비용을 보다 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전면 버스바(142)를 형성하는 과정에서, 반사 방지막(130)을 제거하기 위해 레이저를 조사할 때에, 첫 번째 회에는 제1 라인부(142B1)의 패턴과 동일한 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거하고, 두 번째 회에는 제2 라인부(142B2)의 패턴과 동일한 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거하면 되므로, 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 반사 방지막(130)의 일부 영역 제거 시간을 상당히 감소시킬 있다.
또한, 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 포함하는 전면 버스바(142)의 패턴이 복수의 태양 전지를 서로 연결하는 리본이 직접 전면 버스바(142) 위에 접촉되는 점을 고려하면, 본 발명에 따른 전면 버스바(142)의 패턴은 리본과 전면 버스바(142)의 접촉 저항을 감소시키고, 리본과 전면 버스바(142)의 물리적 접촉력을 더욱 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 리본은 제1 라인부(142B1)와 동일한 방향인 제2 방향(y)으로 전면 버스바(142)와 접촉된다. 따라서, 리본과 전면 버스바(142)와의 접착 공정시, 리본과 동일한 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 제1 라인부(142B1)는 중심축 내지 가이드 라인으로 역할하여 접착 공정을 보다 용이하게 진행할 수 있다.
또한, 제2 라인부(142B2)는 리본의 진행 방향인 제2 방향(y)과 사선 방향으로 제1 라인부(142B1)로부터 뻗어 있으므로, 리본과의 물리적 접촉력을 보다 향상시킬 수 있고, 전면 버스바(142)와 리본과의 접촉 저항을 보다 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 라인부(142B1) 및 제2 라인부(142B2) 각각의 폭(WB1, WB2)은 전면 핑거전극(141)의 폭(WF)과 동일할 수 있다. 따라서, 전면 핑거전극(141)과 동일한 패턴으로 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거할 때 사용되는 레이저를 전면 버스바(142)의 제1 라인부(142B1) 및 제2 라인부(142B2)를 형성할 때에서 그대로 사용할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전면 버스바(142)에서 제1 라인부(142B1)의 개수는 하나, 제2 라인부(142B2)는 복수 개이고, 복수 개의 제2 라인부(142B2) 각각은 하나의 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 연장될 수 있다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부(142B2) 중에서, 하나의 제1 라인부(142B1)의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부(142B2R)는 하나의 제1 라인부(142B1)의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부(142B2L)와 동일한 방향의 일직선 상에 위치할 수 있다.
이와 같이, 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 제2 라인부(142B2)가 동일한 방향의 일직선 상에 위치하는 경우, 제2 라인부(142B2)의 패턴에 따라 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거하는 공정의 속도를 보다 높일 수 있다.
이와 같이, 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 구비하는 전면 버스바(142)의 평면 구조는 전술한 바와 같이, 전면 버스바(142)를 형성하는 공정 시간을 단축시키고, 아울러, 리본과의 접촉 저항 및 물리적 접촉력을 더욱 향상시킬 수 있다.
지금까지는, 제1 전극(140)이 전면 핑거전극(141)과 전면 버스바(142)를 구비하고, 전면 버스바(142)가 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 구비하는 경우를 일례로 설명하였지만, 제2 전극(150)이 제1 전극(140)과 동일한 패턴으로 형성되어, 후면 핑거 전극(미도시)과 후면 버스바(미도시)를 구비하고 있는 경우, 앞서 설명한 전면 버스바(142)의 구조가 후면 버스바에도 그대로 적용될 수 있다.
지금까지는 전면 버스바(142)의 패턴 형태를 도 4을 일례로 설명하였지만, 이와 같은 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 중 적어도 하나의 전극에 포함되는 버스바의 패턴 형태는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
이하에서는 이와 같은 다양한 형태의 버스바를 제1 전극(140)의 전면 버스바(142)를 일례로 설명하지만, 제2 전극(150)이 후면 핑거 전극과 후면 버스바 형태로 구비된 경우에는 제2 전극(150)의 후면 버스바에도 그대로 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 버스바의 다양한 패턴 형태를 설명하기 위한 도이다.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 전면 버스바(142)의 제2 라인부(142B2)는 하나의 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부(142B2)는 하나의 제1 라인부(142B1)와 연결되는 지점이 서로 엇갈리게 형성될 수도 있다.
이때, 하나의 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 제2 라인부(142B2) 중에서, 하나의 제1 라인부(142B1)의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부(142B2R) 는 하나의 제1 라인부(142B1)의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부(142B2L) 와 교차하는 방향일 수 있다.
이와 같이, 제2 라인부(142B2)가 제1 라인부(142B1)를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있되, 양쪽 사선 방향이 서로 교차하는 방향인 경우에는 리본을 전면 버스바(142)에 접착할 때에 제1 라인부(142B1)를 중심으로 제2 라인부(142B2)의 양쪽 형태가 서로 대칭되므로, 리본 접착 공정시, 제1 라인부(142B1) 뿐만 아니라 제2 라인부(142B2)도 가이드 라인으로 역할하여 접착 공정을 보다 용이하게 진행할 수 있다.
또한, 도 6과 같이, 본 발명에 따른 전면 버스바(142)는 제2 라인부(142B2)의 끝단과 제1 라인부(142B1)를 제1 방향(x)으로 서로 전기적으로 연결하는 제3 라인부(142B3)를 더 포함할 수 있다.
이때, 레이저를 이용하여 제2 라인부(142B2)를 형성하기 위해 반사 방지막(130)의 일부 영역을 제거할 때에 제3 라인부(142B3)가 형성되는 반사 방지막(130)의 영역도 함께 연속적으로 제거할 수 있으므로, 공정 시간을 크게 증가시키지 않으면서, 리본과 전면 버스바(142)의 물리적 접촉력 및 전기적 접촉 저항을 보다 향상시킬 수 있다.
지금까지는 전면 버스바(142)의 제1 라인부(142B1)가 하나인 경우만을 일례로 설명하였지만, 이와 다르게 전면 버스바(142)의 제1 라인부(142B1)는 복수 개로 형성될 수도 있다.
일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전면 버스바(142)의 제2 라인부(142B2) 뿐만 아니라, 제1 라인부(142B1)도 복수 개, 즉 일례로 4개로 형성될 수 있으며, 이때, 복수 개의 제2 라인부(142B2) 각각은 복수 개의 제1 라인부(142B1)들이 서로 연결되도록 사선 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 제2 라인부(142B2) 각각은 복수 개의 제1 라인부(142B1) 중 양쪽 최외곽에 형성된 제1 라인부(142B1)들 사이에 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 제1 라인부(142B1)를 복수 개로 형성하는 경우, 리본과 전면 버스바(142)와의 접착 공정시, 중심축 내지 가이드 라인으로 역할하는 제1 라인부(142B1)가 복수 개이므로 접착 공정을 보다 용이하게 진행할 수 있다.
또한, 이와 유사하게, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수 개의 제2 라인부(142B2) 각각은 복수 개의 제1 라인부(142B1)들이 서로 연결되도록 사선 방향으로 형성되되, 복수 개의 제1 라인부(142B1) 각각과 교차하는 제2 라인부(142B2) 각각이 사선 방향으로 일직선 상에 위치할 수도 있다.
또한, 다른 형태로, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전면 버스바(142)에서 제2 라인부(142B2)는 복수의 제1 라인부(142B1)를 교차하면서 사선 방향으로 지그 재그(zig zag) 형태로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지는 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 중 적어도 하나의 전극에 포함되는 버스바가 제1 라인부(142B1)와 제2 라인부(142B2)를 구비하여, 태양 전지의 제조 공정 시간 및 비용을 보다 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 태양 전지를 서로 연결하는 리본과 버스바의 물리적 접촉력을 높이고, 접촉 저항을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 도전성 불순물을 함유하는 기판;
    상기 기판의 제1 면에 배치되며, 상기 제1 도전성 불순물과 반대인 제2 도전성 불순물을 함유하여 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부;
    상기 기판의 제1 면 위에 배치되어, 상기 에미터부와 연결되는 제1 전극; 및
    상기 기판의 제2 면 위에 배치되며, 상기 기판과 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 핑거전극과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 복수 개의 버스바를 포함하고,
    상기 복수 개의 버스바 중 적어도 하나의 버스바는 상기 제2 방향으로 뻗어 있는 제1 라인부;와 상기 제1 라인부로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 제2 라인부;를 포함하는 태양 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 라인부 및 상기 제2 라인부에 의해 형성되는 상기 버스바의 폭은 상기 핑거전극의 폭보다 큰 태양 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 버스바의 폭은 상기 제1 라인부 및 상기 제2 라인부에서 상기 제1 방향으로의 양 끝단 사이의 간격인 태양 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 라인부 및 상기 제2 라인부 각각의 폭은 상기 핑거전극의 폭과 동일한 태양 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바에서 상기 제1 라인부의 개수는 하나이며, 상기 제2 라인부는 복수 개이고,
    상기 복수 개의 제2 라인부 각각은 상기 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 태양 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 상기 복수 개의 제2 라인부 중에서,
    상기 하나의 제1 라인부의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부는
    상기 하나의 제1 라인부의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부와 동일한 방향의 일직선 상에 위치하는 태양 전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 제1 라인부의 끝단과 상기 제2 라인부를 제1 방향으로 서로 연결하는 제3 라인부를 더 포함하는 태양 전지.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 상기 복수 개의 제2 라인부는 상기 하나의 제1 라인부와 연결되는 지점이 서로 엇갈리는 태양 전지.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 하나의 제1 라인부를 중심으로 양쪽 사선 방향으로 뻗어 있는 상기 복수 개의 제2 라인부 중에서,
    상기 하나의 제1 라인부의 제1 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부는
    상기 하나의 제1 라인부의 나머지 제2 측 사선 방향으로 뻗어 있는 일부와 교차하는 방향인 태양 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바에서 상기 제1 라인부 및 상기 제2 라인부의 개수는 복수 개이고,
    상기 복수 개의 제2 라인부 각각은 상기 복수 개의 제1 라인부들이 서로 연결되도록 사선 방향으로 형성되는 태양 전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 라인부 각각과 교차하는 상기 복수 개의 제2 라인부 각각은 사선 방향으로 일직선 상에 위치하는 태양 전지.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제2 라인부 각각은 상기 복수 개의 제1 라인부 중 양쪽 최외곽에 형성된 제1 라인부들 사이에 형성되는 태양 전지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나의 면 위에 위치하는 반사 방지막을 더 포함하는 태양 전지.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 에미터부의 내부로 함입되지 않고, 상기 에미터부의 표면에 접촉되는 태양 전지.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바는 상기 에미터부의 표면에 접하는 시드층, 및 상기 시드층 위에 위치하는 도전성 금속층을 포함하는 태양전지.
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