KR20140021125A - Solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell.
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 주목 받고 있다. Recently, as energy resources such as oil and coal are expected to be depleted, interest in alternative energy to replace them is increasing, and solar cells that produce electric energy from solar energy are attracting attention.
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.Typical solar cells have a semiconductor portion that forms a p-n junction by different conductive types, such as p-type and n-type, and electrodes connected to semiconductor portions of different conductivity types, respectively.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.When light is incident on the solar cell, a plurality of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and the generated electron-hole pairs are separated into electrons and holes, which are electric charges, and the electrons move toward the n-type semiconductor portion, and the holes are p-type. Move toward the semiconductor portion. The transferred electrons and holes are collected by the different electrodes connected to the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion, respectively, and the electrodes are connected by a wire to obtain electric power.
본 발명은 태양 전지의 효율을 향상시키는데, 그 목적이 있다.The present invention aims at improving the efficiency of solar cells.
본 발명에 따른 태양 전지는 제 1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 배치되어, 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하며, 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 반도체 기판의 후면에 배치되며, 반도체 기판보다 제1 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유하는 후면 전계부; 에미터부 위에 형성되는 제1 전극; 후면 전계부 위에 형성되는 제2 전극; 및 기판의 후면 중 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 버퍼층;을 포함하며, 버퍼층과 중첩되는 영역을 제외한 반도체 기판의 후면 중에서 에미터부 또는 후면 전계부와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적은 반도체 기판의 후면 중에서 버퍼층과 중첩되는 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적은 보다 크게 형성된다.A solar cell according to the present invention comprises a semiconductor substrate containing an impurity of a first conductivity type; An emitter portion disposed on a rear surface of the semiconductor substrate, forming a p-n junction with the semiconductor substrate, the emitter portion having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A rear field unit disposed on a rear surface of the semiconductor substrate and containing a higher concentration of impurities of a first conductivity type than the semiconductor substrate; A first electrode formed on the emitter portion; A second electrode formed on the rear electric field; And a buffer layer disposed between the first electrode and the second electrode of the rear surface of the substrate, wherein the buffer layer is disposed in at least one region of the rear surface of the semiconductor substrate except for the region overlapping the buffer layer and in contact with the emitter portion or the rear electric field portion. The surface area per unit area of the back surface of the semiconductor substrate is larger than the surface area per unit area of the back surface of the semiconductor substrate in the region overlapping with the buffer layer in the back surface of the semiconductor substrate.
여기서, 반도체 기판의 후면 중에서 버퍼층과 중첩되는 영역에는 제1 형상을 갖는 요철이 형성되고, 버퍼층과 중첩되는 영역을 제외한 반도체 기판의 후면 중에서 에미터부 또는 후면 전계부와 접하는 영역에는 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철이 형성될 수 있다.Herein, unevenness having a first shape is formed in a region overlapping the buffer layer among the back surface of the semiconductor substrate, and a region different from the first shape in a region in contact with the emitter portion or the backside electric field portion among the back surface of the semiconductor substrate except the region overlapping the buffer layer. Unevenness having a second shape may be formed.
여기서, 제1 형상을 갖는 요철은 꼭대기 부분에 평탄한 면을 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철은 꼭대기 부분에 평탄한 면을 포함하지 않을 수 있다.Here, the unevenness having the first shape may include a flat surface at the top portion, and the unevenness having the second shape may not include the flat surface at the top portion.
구체적으로, 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함할 수 있다. 이때, 제1 형상을 갖는 요철에서 꼭대기 부분에 형성되는 평탄한 면의 폭은 1~20 μm 사이일 수 있다.Specifically, the side cross-sectional shape of the unevenness having the first shape may include a trapezoidal shape, and the side cross-sectional shape of the unevenness having the second shape may include a pyramid shape. In this case, the width of the flat surface formed on the top portion of the unevenness having the first shape may be between 1 and 20 μm.
또한, 사다리꼴 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 피라미드 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이보다 작을 수 있으며, 구체적으로 사다리꼴 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 5μm이고, 피라미드 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 15μm일 수 있다.In addition, the maximum height among the irregularities having a trapezoidal shape may be smaller than the height of the irregularities having a maximum height among the irregularities having a pyramidal shape. Specifically, the maximum height of the irregularities having a trapezoidal shape is 5 μm and the irregularities having a pyramidal shape May have a maximum height of 15 μm.
또한, 사다리꼴 형태를 갖는 요철의 밑면 형상은 피라미드 형태를 갖는 요철의 밑면 형상과 동일할 수 있다.In addition, the bottom shape of the irregularities having a trapezoidal shape may be the same as the bottom shape of the irregularities having a pyramidal shape.
또한, 반도체 기판의 후면 중에서 제2 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역은 제1 전극과 에미터부의 접합면과 중첩될 수 있고, 반도체 기판의 후면 중에서 제2 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역은 제2 전극과 후면 전계부의 접합면과 중첩될 수도 있다.In addition, a region in which the unevenness having the second shape is formed in the rear surface of the semiconductor substrate may overlap the junction surface of the first electrode and the emitter portion, and a region in which the unevenness in which the second shape is formed in the rear surface of the semiconductor substrate is formed It may overlap with the junction surface of a 2 electrode and a back electric field part.
또한, 에미터부와 후면 전계부는 서로 접하고, 버퍼층은 서로 접하는 에미터부와 후면 전계부의 접합면 위에 배치될 수 있으며, 버퍼층은 비전도성 절연 물질을 포함할 수 있다.In addition, the emitter unit and the rear electric field unit may be in contact with each other, and the buffer layer may be disposed on a junction surface of the emitter unit and the rear electric field unit in contact with each other, and the buffer layer may include a non-conductive insulating material.
일례로, 버퍼층은 실리콘 산화물(SiOx) 및 실리콘 질화물(SiNx) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the buffer layer may include at least one of silicon oxide (SiOx) and silicon nitride (SiNx).
또한, 에미터부 및 후면 전계부는 결정질 실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있으며, 반도체 기판은 결정질 실리콘을 포함할 수 있다.In addition, the emitter portion and the backside electric field portion may include crystalline silicon or amorphous silicon, and the semiconductor substrate may include crystalline silicon.
또한, 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 포함할 수도 있다.In addition, the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the first shape may include a pyramid shape, and the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the second shape may include a shape in which a plurality of small concave-convex concave-convex surfaces are coupled to the inclined surface of the pyramid shape. .
또한, 이와 다르게, 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 포함할 수 있다.Alternatively, the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the first shape may include a trapezoidal shape, and the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the second shape may include a shape in which a plurality of small irregularities are combined with a trapezoidal inclined surface. can do.
본 발명에 따른 태양 전지는 버퍼층과 중첩되는 영역을 제외한 반도체 기판의 후면 중에서 에미터부 또는 후면 전계부와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적은 반도체 기판의 후면 중에서 버퍼층과 중첩되는 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적은 보다 크게 형성하여, 태양 전지의 단락 전류를 보다 향상시킬 수 있다.The solar cell according to the present invention has a surface area per unit area of the rear surface of the semiconductor substrate in at least one of the regions in contact with the emitter portion or the rear electric field portion of the rear surface of the semiconductor substrate except for the region overlapping the buffer layer. The surface area per unit area of the back surface of the semiconductor substrate in the overlapping region is made larger, whereby the short circuit current of the solar cell can be further improved.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 태양 전지의 제1 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지의 제2 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 제3 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지의 제4 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 7 및 도 8은 도 1 내지 도 3에 도시된 요철의 형상과 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.1 to 3 are diagrams for explaining a first embodiment of a solar cell according to the present invention.
4 is a view for explaining a second embodiment of a solar cell according to the present invention.
5 is a view for explaining a third embodiment of a solar cell according to the present invention.
6 is a view for explaining a fourth embodiment of the solar cell according to the present invention.
7 and 8 are views for explaining another example of the shape of the unevenness shown in FIGS.
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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. When a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case directly above another portion but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. Also, when a part is formed as "whole" on the other part, it means not only that it is formed on the entire surface (or the front surface) of the other part but also not on the edge part.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, a solar cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 태양 전지의 제1 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.1 to 3 are diagrams for explaining a first embodiment of a solar cell according to the present invention.
구체적으로 도 1은 본 발명에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에서 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에서 기판의 제1 형상을 갖는 요철 및 제2 형상을 갖는 요철의 형상을 비교 설명하기 위한 도이다.Specifically, FIG. 1 is a partial perspective view of a solar cell according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell shown in FIG. 1 taken along the line II-II, and FIG. 3 is a first shape of the substrate in FIG. It is a figure for comparing and explaining the shape of the unevenness | corrugation which has a 2nd shape, and the unevenness which has a 2nd shape.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 반도체 기판(110), 반도체 기판(110)의 제1 면, 즉 전면 위에 위치하는 전면 전계부(171)(front surface field, FSF)(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 반도체 기판(110)의 제1 면과 반대면인 제2 면, 즉 후면 위에 위치하는 복수의 에미터부(121), 기판의 후면 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 나란하게 뻗어 있는 복수의 후면 전계부(back surface field, BSF)(172), 복수의 에미터부(121) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제2 전극(142) 및 기판의 후면 중 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이에 배치되는 버퍼층(150)을 포함할 수 있다. 1 and 2, a solar cell 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
한편, 여기의 도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 태양 전지(1)가 반사 방지부(130) 및 전면 전계부(171)가 포함하는 것을 일례로 도시하고 있지만, 여기서, 반사 방지부(130) 및 전면 전계부(171)가 생략되는 것도 가능하다. 1 and 2 illustrate an example in which the solar cell 1 according to the present invention includes the
그러나, 반사 방지부(130) 및 전면 전계부(171)가 형성된 경우, 태양 전지(1)의 광전 효율이 더욱 향상될 수 있으므로, 이하에서는 반사 방지부(130) 및 전면 전계부(171)가 태양 전지(1)에 포함된 것을 일례로 설명한다.However, when the
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 결정질 반도체 기판(110)일 수 있다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등과 같은 결정질 실리콘일 수 있다. 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 반도체 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 반도체 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑된다. The
이러한 반도체 기판(110)은 입사면이 텍스처링(texturing)되어 요철면을 갖는다. 편의상 도 1에서, 반도체 기판(110)의 가장자리 부분만 요철면으로 도시하였지만, 실질적으로 반도체 기판(110)의 전면 전체가 요철면을 갖고 있으며, 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치한 반사 방지부(130) 및 전면 전계부(171) 역시 요철면을 갖는다.The
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 다르게, 반도체 기판(110)은 전면뿐만 아니라 후면에도 요철 면을 가질 수 있다, 그러나, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 일부인 제2 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역에 형성된 요철의 형상은 반도체 기판(110)의 전면에 형성된 요철 형상과 동일할 수 있으나, 나머지 일부인 제1 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역에 형성된 요철의 형상은 반도체 기판(110)의 전면에 형성된 요철 형상과 다를 수 있다.1 and 2, the
다음, 전면 전계부(171)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다.Next, the front
이와 같은 전면 전계부(171)는 반도체 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 반도체 기판(110) 전면 쪽으로의 전하(예, 정공) 이동을 방지하는 전계 효과가 있다. The front
따라서, 전면 전계부(171)는 반도체 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공을 전위 장벽에 의해 반도체 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 하는 전면 전계 효과가 있고, 이로 인해, 전면 전계부(171)는 외부 장치로 출력되는 전하의 출력량을 증가시키고, 반도체 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양을 감소시킨다. Accordingly, the front
이와 같은 전면 전계부(171)는 수소를 포함할 수 있으며, 수소를 포함하는 경우, 반도체 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 반도체 기판(110)의 전면 표면에서 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)을 수행할 수 있다.The front
이와 같은 전면 전계부(171)는 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx), 또는 비정질 실리콘 규소(a-SiC) 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.The front
다음, 반사 방지부(130)는 전면 전계부(171) 위에 위치할 수 있으며, 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지부(130)는 실리콘 질화막(SiNx), 아연 산화막(ZnO;Zinc Oxide) 또는 알루미늄 아연 산화막(AZO;aluminum zinc oxide) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.Next, the
이와 같은, 반사 방지부(130)는 도 1 및 도 2에서는 단일막 구조를 갖는 것으로 도시하고 있으나, 이와 다르게 이중막 구조나 다층막 구조로도 형성할 수 있다.Although the
복수의 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면 위에서 일정한 방향으로 복수의 후면 전계부(172)와 나란하게 뻗어 있다.The plurality of
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)는 반도체 기판(110) 위에서 번갈아 위치한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the rear
각 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 형성되며, 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있어, 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.Each
반도체 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 의해, 반도체 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 반도체 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 분리된 정공은 각 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 반도체 기판(110)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.Hole pairs formed by the light incident on the
각 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.Since each
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.When the
이와 같은 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 제2 도전성 타입의 불순물을 확산시켜 형성할 수도 있고, 반도체 기판(110)의 후면에 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 비정질 실리콘 물질을 증착시켜 형성할 수도 있다. The
반도체 기판(110)이 결정질 실리콘, 에미터부(121)가 비정질 실리콘을 포함하는 경우, 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합(hetero junction)을 형성한다. 이와 같이, 반도체 기판(110)과 에미터부(121)가 이종 접합을 형성한 경우, 태양 전지(1)의 개방 전압(Voc)를 보다 향상시킬 수 있다.When the
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 제1 도전성 타입의 불순물을 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유한 영역이다. 예를 들어, 기판이 n형 타입의 불순물을 포함하는 경우, 복수의 후면 전계부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.The plurality of rear
이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되며, 에미터부(121)와 나란하게 정해진 방향으로 뻗어 있다. 여기서, 후면 전계부(172)는 에미터부(121)와 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 접하여 형성될 수도 있으나, 이와 다르게 서로 이격되어 형성될 수도 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)가 서로 접하여 형성된 경우를 일례로 설명한다.The plurality of backside
아울러, 이와 같은 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 제1 도전성 타입의 불순물을 확산시켜 형성할 수도 있고, 반도체 기판(110)의 후면에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 비정질 실리콘 물질을 증착시켜 형성할 수도 있다.In addition, the rear
이러한 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 전하(예, 전자) 이동을 용이하게 한다. 따라서, 후면 전계부(172) 및 그 부근 또는 제1 및 제2 전극(141, 142)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킬 수 있다. The rear
복수의 제1 전극(141) 각각은 복수의 에미터부(121) 위에 위치하여 복수의 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있고, 복수의 에미터부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.Each of the plurality of
복수의 제2 전극(142)은 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하여 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 후면 전계부(172)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 각 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.A plurality of
이와 같은 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수도 있고, 이와 다르게, 투명 도전성 금속, 예를 들어 TCO를 포함하여 형성될 수도 있다. The plurality of first and
버퍼층(150)은 기판의 후면 중 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이에 배치되며, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)의 사이를 절연시키는 기능을 한다. 따라서, 이와 같은 버퍼층(150)은 비전도성 절연 물질을 포함하며, 일례로 실리콘 산화물(SiOx) 및 실리콘 질화물(SiNx) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. The
이와 같은 버퍼층(150)은 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 접합면 위에 배치될 수 있다. The
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.The operation of the solar cell 1 according to this embodiment having such a structure is as follows.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반도체 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이들 전자-정공 쌍은 반도체 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)으로 전달되어 제1 및 제2 전극(141, 142)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.When light is irradiated to the solar cell 1 and is incident on the
한편, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적은 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적보다 크게 형성된다.On the other hand, in the solar cell 1 according to the present invention, of the region of the back surface of the
이는 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 상대적으로 표면적이 작은 제1 형상을 갖는 요철이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SE, SB)에는 상대적으로 표면적이 크고, 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철이 형성되도록 하여 구현될 수 있다. This is because unevenness having a first shape having a relatively small surface area is formed in the region S1 overlapping with the
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에 형성되는 제1 형상을 갖는 요철이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에는 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철이 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 제2 형상을 갖는 영역은 제1 전극(141)과 에미터부(121)의 접합되는 면과 중첩될 수 있다. For example, as shown in FIG. 2, in the solar cell 1 according to the present invention, the unevenness having the first shape is formed in the region S1 overlapping with the
또한, 이때, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB)에는 제1 형상을 갖는 요철(P1)이 형성되는 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성될 수도 있다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6에서 보다 상세히 설명한다.In addition, at this time, the unevenness P1 having the first shape is formed in the region SB of the back surface of the
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 형상을 갖는 요철(P1)은 꼭대기 부분에 평탄한 면(PT)을 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철(P2)은 꼭대기 부분에 평탄한 면(PT)을 포함하지 않을 수 있다. 일례로 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 형상을 갖는 요철(P2)의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함하고, 제1 형상을 갖는 요철(P1)의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 3, the unevenness P1 having the first shape includes a flat surface PT at the top portion, and the unevenness P2 having the second shape has a flat surface PT at the top portion. ) May not be included. For example, as shown in FIG. 3, the side cross-sectional shape of the unevenness P2 having the second shape may include a pyramid shape, and the side cross-sectional shape of the unevenness P1 having the first shape may include a trapezoidal shape. have.
여기서, 제1 형상을 갖는 요철(P1)은 반도체 기판(110)의 후면에 소데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하여 형성되거나 추가되는 다른 에칭 공정에 의해서 형성될 수 있으며, 제2 형상을 갖는 요철(P2)은 반도체 기판(110)의 후면에 소데미지 에칭을 수행한 이후, 버퍼층(150)과 중첩될 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하게 될 영역(SE, SB)에만 건식 또는 습식 에칭을 추가적으로 더 수행하여 형성될 수 있다. Here, the unevenness P1 having the first shape may be formed by another etching process that is formed or added by performing damage damage etching on the back surface of the
보다 구체적으로 설명하면, 태양 전지(1)용 반도체 기판(110)을 형성하는 절단 공정 중에, 반도체 기판(110)의 표면에 결함이 발생할 수 있는데, 이와 같은 결함은 소데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하여 제거될 수 있다.In more detail, during the cutting process of forming the
이와 같은 소데미지 에칭(saw damage etching)은 습식 식각에 의해 수행될 수 있으며, 소데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하는 경우, 반도체 기판(110)의 표면에는 꼭대기 부분이 평탄한 제1 형상, 즉 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)이 형성될 수 있다.Such damage damage (saw damage etching) may be performed by wet etching, and when performing damage damage (saw damage etching), the surface of the
이후, 버퍼층(150)과 중첩될 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하게 될 영역(SE, SB)에만 추가적으로 습식 에칭을 더 수행하여 전술한 바와 같은 제2 형상, 즉 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)을 형성시킬 수 있다. Subsequently, additional wet etching is further performed only on regions SE and SB of the back surface of the
이와 같은 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)을 형성시킬 때, 습식 에칭의 경우에 사용될 수 있는 에칭 용액으로는 KOH 또는 NaOH가 사용될 수 있다.When forming the concave-convex (P2) having such a pyramid shape, KOH or NaOH may be used as an etching solution that can be used in the case of wet etching.
이와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)을 형성시키고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SE, SB)에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성되도록 하여, 태양 전지(1)의 효율을 증가시킬 수 있다.As described above, an uneven surface P1 having a trapezoidal shape is formed in the region S1 overlapping with the
보다 구체적으로, 이와 같은 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 피라미드 형태를 갖는 요철(P2) 구조는 반도체 기판(110)과 에미터부(121)의 접합면 또는 반도체 기판(110)과 후면 전계부(172)의 접합면의 접합 면적(SE, SB)을 보다 크게 할 수 있고, 아울러, 에미터부(121)와 제1 전극(141)의 접합면 또는 후면 전계부(172)와 제2 전극(142)의 전합면의 접합 면적을 보다 그게 할 수 있다. 이에 따라, 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)를 통하여 캐리어를 보다 효율적으로 수집할 수 있어, 태양 전지(1)의 단락 전류를 보다 향상시킬 수 있다.More specifically, the concave-convex (P2) structure having a pyramid shape formed on the rear surface of the
아울러, 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)은 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)과 달리, 요철의 꼭대기 부분에 평탄한 면(PT)을 포함하지 않기 때문에, 반도체 기판(110)으로 입사된 빛 중에서 반도체 기판(110)에서 흡수되지 않은 장파장 대역의 빛을 피라미드 형태의 요철 경사면을 통하여 분산시킬 수 있고, 보다 효율적으로 반사시킬 수 있어, 반도체 기판(110) 내에서 보다 많은 캐리어를 생성시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 태양 전지(1)의 단락 전류를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, since the unevenness P2 having the pyramid shape does not include the flat surface PT at the top of the unevenness, unlike the unevenness P1 having the trapezoidal shape, the semiconductor substrate among the light incident on the
이하에서는 반도체 기판(110)의 후면 중에서 제1 형상을 갖는 요철(P1)과 제2 형상을 갖는 요철(P2)을 보다 구체적으로 다음의 도 3을 참고로 하여 설명한다.Hereinafter, the unevenness P1 having the first shape and the unevenness P2 having the second shape among the back surfaces of the
도 3의 (a)는 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)의 단면(K1)을 확대 도시한 도이고, 도 3의 (b)는 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)의 단면(K2)을 확대 도시한 도이다.FIG. 3A is an enlarged view of a cross section K1 of a region S1 overlapping the
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에 형성된 제1 형상을 갖는 요철(P1)의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에 형성된 제2 형상을 갖는 요철(P2)의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3A, the side cross-sectional shape of the uneven surface P1 having the first shape formed in the region S1 overlapping with the
아울러, 도 3에서는 도시하지 않았지만, 반도체 기판(110)의 전면에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 형상을 갖는 요철(P2), 즉 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성될 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 3, as shown in FIGS. 1 and 2, the uneven surface P2 having the second shape, that is, the uneven surface P2 having the pyramid shape may be formed on the front surface of the
여기서, 제1 형상을 갖는 요철(P1)에서 꼭대기 부분에 형성되는 평탄한 면(PT)의 폭(WPT)은 1~20 μm 사이일 수 있다. 이와 같은 평탄한 면(PT)의 폭(WPT)은 소데미지 에칭의 시간에 따라 달라질 수 있다. 즉, 소데미지 에칭 시간이 짧은 경우, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에 형성되는 사다리꼴 형태의 요철의 평탄한 면(PT)의 폭(WPT)은 상대적으로 넓게 형성되며, 소데미지 에칭 시간이 긴 경우, 평탄한 면(PT)의 폭(WPT)은 상대적으로 좁게 형성된다.Here, the width WPT of the flat surface PT formed at the top portion of the unevenness P1 having the first shape may be between 1 and 20 μm. The width WPT of the flat surface PT may vary depending on the time of the damage etching. That is, when the damage etching time is short, the width WPT of the flat surface PT of the trapezoidal irregularities formed in the region S1 overlapping with the
여기서,도 3에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이(h1)는 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이(h2)보다 작을 수 있다.Here, as shown in FIG. 3, the height h1 of the unevenness having the maximum height among the unevennesses P1 having the trapezoidal shape is the height h2 of the unevenness having the maximum height among the unevennesses P2 having the pyramid shape. May be less than).
일례로, 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이(h1)는 5μm 이하이고, 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이(h2)는 15μm 이하로 형성될 수 있다.For example, the height h1 of the unevenness having the maximum height among the unevennesses P1 having the trapezoidal shape is 5 μm or less, and the height h2 of the unevenness having the maximum height among the unevennesses P2 having the pyramid shape is 15 μm. It may be formed as follows.
또한, 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)의 밑면 형상(B1)은 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)의 밑면 형상(B2)과 동일할 수 있다.In addition, the bottom shape B1 of the irregularities P1 having the trapezoidal shape may be the same as the bottom shape B2 of the unevenness P2 having the pyramid shape.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에 형성되는 제1 형상의 요철(P1)은 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에 형성되는 제2 형상의 요철(P2)과 형성 방법, 높이, 구조의 측면에서 명확하게 구별될 수 있다.As described above, in the solar cell 1 according to the present invention, the first shape unevenness P1 formed in the region S1 overlapping with the
이와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)과 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에 형성되는 각 요철 구조의 차이로 인하여, 본 발명에 따른 태양 전지(1)는 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.As such, the
지금까지는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 서로 접하고, 버퍼층(150)이 반도체 기판(110)으로부터 이격되어 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 접합면 위에 배치되는 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 서로 이격되고, 버퍼층(150)이 반도체 기판(110)과 접하여 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 형성된 경우에도 본 발명이 그대로 적용될 수 있다.1 and 2, the
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지의 제2 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.4 is a view for explaining a second embodiment of a solar cell according to the present invention.
도 4에서는 에미터부(121), 후면 전계부(172), 및 버퍼층(150)의 위치에 대한 차이점을 제외하고, 나머지 부분은 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.In FIG. 4, except for differences in the positions of the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 실시예는 버퍼층(150)이 반도체 기판(110)과 접하여 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 4, in the second embodiment of the present invention, the
이와 같은 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 제1 형상을 갖는 요철(P1)은 반도체 기판(110)의 후면과 버퍼층(150)이 접하는 영역(S1)에 형성될 수 있고, 제2 형상을 갖는 요철(P2)은 반도체 기판(110)의 후면과 버퍼층(150)이 접하는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에 형성될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 4, the unevenness P1 having the first shape among the rear surfaces of the
또한, 도 4에서 도시된 바와 다르게, 제2 형상을 갖는 요철(P2)은 반도체 기판(110)의 후면과 버퍼층(150)이 접하는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)에 접하는 영역(SB)에도 형성될 수 있다. In addition, unlike FIG. 4, the unevenness P2 having the second shape may be formed in front of the rear surface of the rear surface of the
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지(1) 역시, 앞선 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하게, 제1 형상을 갖는 요철(P1)의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철(P2)의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함하도록 하여, 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.As described in the first embodiment, the solar cell 1 according to the second embodiment of the present invention also has the side cross-sectional shape of the uneven surface P1 having the first shape includes a trapezoidal shape. The side cross-sectional shape of the concave-convex P2 having two shapes may include a pyramid shape, thereby improving the efficiency of the solar cell 1.
지금까지는 앞선 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성되는 영역이 반도체 기판(110)의 후면과 버퍼층(150)이 접하는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)인 경우를 일례로 설명하였지만, 다음의 도 5와 같이, 제2 형상을 갖는 요철(P2)은 반도체 기판(110)의 후면과 버퍼층(150)이 접하는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB)에 형성될 수도 있다. Until now, as shown in FIGS. 1 to 4, the region in which the unevenness P2 having the second shape is formed is the semiconductor substrate except for the region S1 where the back surface of the
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 제3 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.5 is a view for explaining a third embodiment of a solar cell according to the present invention.
도 5에서는 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성되는 영역에 대한 차이점을 제외하고, 나머지 부분은 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.In FIG. 5, except for the difference of the region in which the unevenness P2 having the second shape is formed, the remaining parts are the same as those described with reference to FIGS. 1 to 3, and thus description thereof will be omitted.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 제1 형상을 갖는 요철(P1)이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB)에는 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성되는 영역(SB)은 제2 전극(142)과 후면 전계부(172)의 접합되는 면과 중첩될 수 있다.As shown in FIG. 5, in the solar cell 1 according to the present invention, the unevenness P1 having the first shape is formed in the region S1 overlapping the
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에는 제1 형상을 갖는 요철(P1)이 형성될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 5, an uneven surface P1 having a first shape may be formed in a region SE that contacts the
따라서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1) 및 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에는 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)이 형성되고, 이와 같은 영역을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB)에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에도, 앞서 설명한 바와 같이, 태양 전지(1)의 단락 전류를 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, a trapezoidal unevenness P1 having a trapezoidal shape is formed in the region S1 overlapping the
또한, 본 발명에 따른 태양 전지(1)는 앞선 도 2 및 도 5의 경우를 모두 포함하여, 다음의 도 6과 같이 형성될 수도 있다.In addition, the solar cell 1 according to the present invention may be formed as shown in FIG. 6 below, including both the case of FIGS. 2 and 5.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 제4 실시예에 대하여 설명하기 위한 도이다.6 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the solar cell 1 according to the present invention.
도 6에서 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성되는 영역에 대한 차이점을 제외하고, 나머지 부분은 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.Except for the difference with respect to the region in which the unevenness P2 having the second shape is formed in FIG. 6, the remaining parts are the same as those described with reference to FIGS. 1 to 3, and thus description thereof will be omitted.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 제1 형상을 갖는 요철(P1)이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE) 및 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB)에는 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철(P2)이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, in the solar cell 1 according to the present invention, the unevenness P1 having the first shape is formed in the region S1 overlapping with the
따라서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB) 및 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성될 수 있다.Accordingly, the irregularities P1 having a trapezoidal shape are formed in the region S1 overlapping the
이와 같은 경우, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB) 및 에미터부(121)와 접하는 영역(SE) 모두에 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성되므로, 앞선 도 1 내지 도 5에서 설명된 태양 전지(1)보다, 단락 전류를 더욱 향상시킬 수 있다. In this case, both the region SB in contact with the rear
또한, 지금까지는 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 사다리꼴 형태를 갖는 요철(P1)이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SB) 및 에미터부(121)와 접하는 영역(SE) 중 적어도 하나의 영역에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P2)이 형성되는 경우만 일례로 설명하였다. In addition, the surface of the
그러나, 이와 다르게, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적이 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적보다 크게 형성되도록 하기만 하면 되므로, 이와 같은 요철 형상은 다양하게 변경될 수 있다Alternatively, the semiconductor substrate in at least one of the regions of the back surface of the
도 7 및 도 8은 도 1 내지 도 3에 도시된 요철의 형상과 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.7 and 8 are views for explaining another example of the shape of the unevenness shown in FIGS.
구체적으로 도 8의 (a)는 도 7에서 K1’ 부분을 확대한 확대도이고, 도 8의 (b)는 도 7에서 K2’ 부분을 확대한 확대도이다.In detail, FIG. 8A is an enlarged view of an enlarged portion K1 'in FIG. 7 and FIG. 8B is an enlarged view of an enlarged portion K2' in FIG.
도 7 및 도 8에서는 앞선 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대한 설명은 이전과 동일하므로 생략하고, 앞에서 설명한 내용과 다른 부분에 대해서만 설명한다.In FIG. 7 and FIG. 8, descriptions of parts overlapping with those described above with reference to FIGS. 1 through 6 are the same as before, and thus only portions different from those described above will be described.
버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적이 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적보다 크게 형성되도록 하기만 하면 되므로, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P1’)이 형성되고, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)와 접하는 영역(SE, SB) 중 적어도 하나의 영역에는 피라미드 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 갖는 요철(P2’)이 형성될 수 있다.The rear surface of the
일례로, 도 7 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에는 피라미드 형태를 갖는 요철(P1’)이 형성되고, 도 7 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에는 피라미드 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 갖는 요철(P2’)이 형성될 수 있다.For example, as illustrated in FIGS. 7 and 8A, in the region S1 overlapping with the
여기서, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에 형성되는 피라미드 형태를 갖는 요철(P1’)은 앞선 도 3에서 설명한 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 소데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하되, 습식 에칭의 시간을 증가시키거나 또는 에칭액의 농도를 높여 형성시킬 수 있다.Here, the unevenness P1 ′ having a pyramid shape formed in the region S1 overlapping the
아울러, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역(SE)에 형성되는 피라미드 형태의 경사면에 복수 개의 작은 요철이 결합된 형태를 갖는 요철(P2’)은 버퍼층(150)과 중첩될 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하게 될 영역(SE)에만 추가적으로 건식 에칭, 예를 들어, 반응성 이온 에칭(RIE)을 더 수행하여 형성시킬 수 있다.In addition, a plurality of small unevennesses are coupled to a pyramid-shaped inclined surface formed in a region SE that contacts the
이와 같이 함으로써, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적을 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적보다 크게 형성시킬 수 있다.In this manner, the surface area per unit area of the back surface of the
이에 따라, 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)과 에미터부(121)의 접합면 또는 반도체 기판(110)과 후면 전계부(172)의 접합면의 접합 면적(SE, SB)을 보다 크게 할 수 있고, 아울러, 에미터부(121)와 제1 전극(141)의 접합면 또는 후면 전계부(172)와 제2 전극(142)의 전합면의 접합 면적을 보다 그게 할 수 있다. 이에 따라, 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)를 통하여 캐리어를 보다 효율적으로 수집할 수 있어, 태양 전지(1)의 단락 전류를 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, the junction surface of the
따라서, 반도체 기판(110)으로 입사된 빛 중에서 반도체 기판(110)에서 흡수되지 않은 장파장 대역의 빛을 보다 세밀한 요철 형태를 갖는 경사면을 통하여 보다 효율적으로 분산시킬 수 있고, 보다 효율적으로 반사시킬 수 있어, 반도체 기판(110) 내에서 보다 많은 캐리어를 생성시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 태양 전지(1)의 단락 전류를 더욱 향상시킬 수 있다.Therefore, the light of the long wavelength band which is not absorbed by the
도 7 및 도 8에서는 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적이 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 에미터부(121)와 접하는 영역을 일례로 설명하고 있지만, 도 4 내지 6에도 동일하게 적용될 수 있다.7 and 8 illustrate, as an example, a region in which the
즉, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적을 반도체 기판(110)의 후면 중에서 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)에서의 반도체 기판(110) 후면의 단위 면적당 표면적보다 크게 할 수 있다.That is, the surface area per unit area of the back surface of the
일례로, 버퍼층(150)과 중첩되는 영역(S1)을 제외한 반도체 기판(110)의 후면 중에서 후면 전계부(172)와 접하는 영역에 도 8의 (b)에 형성된 요철이 구비될 수도 있다. For example, irregularities formed in FIG. 8B may be provided in a region of the rear surface of the
또한, 지금까지와 다르게, 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 포함할 수도 있다.In addition, unlike before, the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the first shape includes a trapezoidal shape, and the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the second shape has a shape in which a plurality of small concave-convex concave-convex surfaces are combined with a trapezoidal inclined surface. It may also include.
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.
Claims (16)
상기 반도체 기판의 후면에 배치되어, 상기 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하며, 상기 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입을 갖는 에미터부;
상기 반도체 기판의 후면에 배치되며, 상기 반도체 기판보다 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유하는 후면 전계부;
상기 에미터부 위에 형성되는 제1 전극;
상기 후면 전계부 위에 형성되는 제2 전극; 및
상기 기판의 후면 중 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 버퍼층;을 포함하며,
상기 버퍼층과 중첩되는 영역을 제외한 상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 에미터부 또는 상기 후면 전계부와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적은 상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 버퍼층과 중첩되는 영역에서의 반도체 기판 후면의 단위 면적당 표면적보다 큰 태양 전지.A semiconductor substrate containing impurities of a first conductivity type;
An emitter portion disposed on a rear surface of the semiconductor substrate to form a pn junction with the semiconductor substrate and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A rear electric field unit disposed on a rear surface of the semiconductor substrate and containing a higher concentration of impurities of the first conductivity type than the semiconductor substrate;
A first electrode formed on the emitter portion;
A second electrode formed on the rear electric field part; And
And a buffer layer disposed between the first electrode and the second electrode of a rear surface of the substrate,
The surface area per unit area of the back surface of the semiconductor substrate in at least one of the regions in contact with the emitter portion or the backside electric field in the back surface of the semiconductor substrate except the region overlapping the buffer layer overlaps the buffer layer in the back surface of the semiconductor substrate. A solar cell larger than the surface area per unit area of the backside of the semiconductor substrate in the region of being.
상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 버퍼층과 중첩되는 영역에는 제1 형상을 갖는 요철이 형성되고, 상기 버퍼층과 중첩되는 영역을 제외한 상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 에미터부 또는 상기 후면 전계부와 접하는 영역 중 적어도 하나의 영역에는 상기 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 요철이 형성된 태양 전지.The method of claim 1,
Unevenness having a first shape is formed in a region overlapping the buffer layer among the back surface of the semiconductor substrate, and at least one of a region in contact with the emitter portion or the backside electric field portion in the backside of the semiconductor substrate except for the region overlapping the buffer layer. A solar cell having irregularities having a second shape different from the first shape in one region.
상기 제1 형상을 갖는 요철은 꼭대기 부분에 평탄한 면을 포함하고, 상기 제2 형상을 갖는 요철은 꼭대기 부분에 평탄한 면을 포함하지 않는 태양 전지.3. The method of claim 2,
The unevenness having the first shape includes a flat surface at the top portion, and the unevenness having the second shape does not include the flat surface at the top portion.
상기 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 상기 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함하는 태양 전지.3. The method of claim 2,
The side cross-sectional shape of the unevenness having the first shape includes a trapezoidal shape, and the side cross-sectional shape of the unevenness having the second shape includes a pyramid shape.
상기 제1 형상을 갖는 요철에서 꼭대기 부분에 형성되는 평탄한 면의 폭은 1~20 μm 사이인 태양 전지.3. The method of claim 2,
The flat surface formed on the top portion of the unevenness having the first shape has a width of 1 to 20 μm.
상기 사다리꼴 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 상기 피라미드 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이를 갖는 요철의 높이보다 작은 태양 전지.5. The method of claim 4,
The maximum height among the irregularities having a trapezoidal shape is less than the height of the irregularities having a maximum height among the irregularities having a pyramidal shape.
상기 사다리꼴 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 5μm이고, 상기 피라미드 형태를 갖는 요철들 중에서 최대 높이는 15μm인 태양 전지.The method according to claim 6,
The maximum height of the irregularities having a trapezoidal shape is 5μm, the maximum height of the irregularities having a pyramidal shape is 15μm.
상기 사다리꼴 형태를 갖는 요철의 밑면 형상은 상기 피라미드 형태를 갖는 요철의 밑면 형상과 동일한 태양 전지.5. The method of claim 4,
The bottom shape of the irregularities having the trapezoidal shape is the same as the bottom shape of the irregularities having the pyramid shape.
상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 제2 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역은 상기 제1 전극과 상기 에미터부의 접합면과 중첩되는 태양 전지.3. The method of claim 2,
And a region in which the unevenness having the second shape is formed in the rear surface of the semiconductor substrate overlaps the bonding surface of the first electrode and the emitter portion.
상기 반도체 기판의 후면 중에서 상기 제2 형상을 갖는 요철이 형성되는 영역은 상기 제2 전극과 상기 후면 전계부의 접합면과 중첩되는 태양 전지.3. The method of claim 2,
A region of the back surface of the semiconductor substrate in which the unevenness having the second shape is formed is overlapped with the junction surface of the second electrode and the rear electric field.
상기 에미터부와 상기 후면 전계부는 측면이 서로 접하고, 상기 버퍼층은 서로 접하는 상기 에미터부와 상기 후면 전계부의 접합면 위에 배치되는 태양 전지.The method of claim 1,
And the emitter portion and the rear electric field portion are in contact with each other, and the buffer layer is disposed on a junction surface of the emitter portion and the rear electric field portion in contact with each other.
상기 버퍼층은 비전도성 절연 물질을 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
The buffer layer is a solar cell comprising a non-conductive insulating material.
상기 버퍼층은 실리콘 산화물(SiOx) 및 실리콘 질화물(SiNx) 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
The buffer layer includes at least one of silicon oxide (SiOx) and silicon nitride (SiNx).
상기 에미터부 및 상기 후면 전계부는 결정질 실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
The emitter unit and the rear electric field unit includes crystalline silicon or amorphous silicon.
상기 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태를 포함하고, 상기 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 피라미드 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 포함하는 태양 전지.3. The method of claim 2,
The side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the first shape includes a pyramid shape, and the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the second shape includes a form in which a plurality of small concave-convex concave-convex surfaces are combined with an inclined surface of the pyramid shape. .
상기 제1 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태를 포함하고, 상기 제2 형상을 갖는 요철의 측단면 형상은 사다리꼴 형태의 경사면에 크기가 작은 복수 개의 요철이 결합된 형태를 포함하는 태양 전지.3. The method of claim 2,
The side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the first shape includes a trapezoidal shape, and the side cross-sectional shape of the concave-convex shape having the second shape includes a form in which a plurality of small concave-convex concave-convexities are combined on an inclined surface of the trapezoidal shape. .
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