KR20140144391A - 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 본 실시예의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면(back surface) 일부 영역에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 도포 단계; 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 기판의 후면으로 확산시켜, 기판의 후면에 국부적 후면 전계부(LBSF; local back surface field)를 형성하는 국부적 후면 전계부 형성 단계; 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 기판의 전면(front surface)에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 국부적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 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 태양전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양전지는 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 태양전지에 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 이동하며, 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집된다.
본 발명은 제조 공정의 효율을 보다 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면(back surface) 일부 영역에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 도포 단계; 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 기판의 후면으로 확산시켜, 기판의 후면에 국부적 후면 전계부(LBSF; local back surface field)를 형성하는 국부적 후면 전계부 형성 단계; 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 기판의 전면(front surface)에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 국부적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예의 제조 방법은 기판의 전면에는 전면 유전층을 형성하고 기판의 후면에는 후면 유전층을 형성하는 유전층 형성 단계를 에미터부 형성 단계와 전극부 형성 단계 사이에 더 구비할 수 있다.
한 예로, 전극부 형성 단계에서는 전면 전극부와 후면 전극부를 그리드 패턴(grid pattern)으로 각각 형성할 수 있다.
이때, 전면 전극부 및 후면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 전면 유전층 및 후면 유전층 위에 그리드 패턴으로 각각 도포한 후, 전면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트와 후면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있다.
다른 예로, 전극부 형성 단계에서는 전면 전극부를 그리드 패턴으로 형성하고, 후면 전극부는 국부적 후면 전계부와 접촉하는 접촉부를 포함하는 면(sheet) 패턴으로 형성할 수 있다.
이때, 전면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 전면 유전층 위에 그리드 패턴으로 도포한 후 제1 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있으며, 후면 전극부는 국부적 후면 전계부를 노출하는 개구부를 후면 유전층에 형성하고, 제2 도전성 입자를 포함하는 제2 도전 페이스트를 기판의 후면 전체에 면 패턴으로 도포한 후 제2 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있다.
이때, 제1 도전성 입자와 제2 도전성 입자는 서로 다른 금속 물질로 형성할 수 있으며, 제1 도전 페이스트와 제2 도전 페이스트는 동시에 열처리할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면 전체에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 1차 도포 단계; 도펀트 페이스트의 일부 영역에 상기 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 2차 도포 단계; 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 기판의 후면으로 확산시켜, 고농도 불순물부와 저농도 불순물부를 포함하는 선택적 후면 전계부(SBSF; selective back surface field)를 기판의 후면에 형성하는 선택적 후면 전계부 형성 단계; 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 기판의 전면에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 선택적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 기판의 전면에는 전면 유전층을 형성하고 기판의 후면에는 후면 유전층을 형성하는 유전층 형성 단계를 에미터부 형성 단계와 전극부 형성 단계 사이에 더 구비할 수 있다.
한 예로, 전극부 형성 단계에서는 전면 전극부와 후면 전극부는 그리드 패턴(grid pattern)으로 각각 형성할 수 있다.
이때, 전면 전극부 및 후면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 전면 유전층 및 후면 유전층 위에 그리드 패턴으로 각각 도포한 후, 전면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트와 후면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있다.
다른 예로, 전극부 형성 단계에서는 전면 전극부를 그리드 패턴으로 형성하고, 후면 전극부는 선택적 후면 전계부의 고농도 불순물부와 접촉하는 접촉부를 포함하는 면(sheet) 패턴으로 형성할 수 있다.
이때, 전면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 전면 유전층 위에 그리드 패턴으로 도포한 후 제1 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있으며, 후면 전극부는 고농도 불순물부를 노출하는 개구부를 후면 유전층에 형성하고, 제2 도전성 입자를 포함하는 제2 도전 페이스트를 기판의 후면 전체에 면 패턴으로 도포한 후 제2 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있다.
이때, 제1 도전성 입자와 제2 도전성 입자는 서로 다른 금속 물질로 형성할 수 있으며, 제1 도전 페이스트와 제2 도전 페이스트는 동시에 열처리할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 에미터부는 이온 주입법을 이용하여 형성하고, 후면 전계부는 도펀트 페이스트를 이용한 인쇄법에 의해 형성한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 에미터부와 후면 전계부를 모두 열 확산법으로 형성하는 경우에 비해 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
일반적으로, 태양전지에 있어서 에미터부는 후면 전계부에 비해 태양전지의 효율에 큰 영향을 미치게 된다.
그런데, 이온 주입법을 이용하여 형성한 에미터부는 열 확산법을 이용하여 형성한 에미터부에 비해 에미터부의 면저항 균일도(uniformity)가 우수하며, 표면 농도(Cs)가 높으므로 필 팩터(fill factor) 측면에서 유리하다.
또한, 열 확산법을 이용하여 형성한 에미터부는 실리콘 격자들을 깨지게 하는 과정이 없기 때문에 확산(drive-in) 공정 후에도 포인트 결함들이 많이 남아 있으며, 이 결함들로 인해 스트레인이 형성되어 개방전압이 저하된다.
하지만, 이온 주입법을 이용하여 형성한 에미터부는 이온을 주입할 때 반도체 기판의 실리콘 격자들이 깨지게 되고, 깨진 격자들은 활성화 공정에서 재결정화되면서 포인트 결함(point defect)이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 결함으로 인한 스트레인(strain) 형성이 억제되어 개방전압(Voc)이 저하되는 것이 방지된다.
그리고 본 발명의 실시예에서는 국부적 후면 전계부 또는 선택적 후면 전계부를 형성할 때 도펀트 페이스트를 이용한 인쇄 공정을 이용하므로, 고가의 레이저 장비를 사용하지 않으면서도 국부적 후면 전계부 또는 선택적 후면 전계부를 효과적으로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 변형 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 변형 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 변형 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 변형 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 태양전지는 국부적 후면 전계부를 갖는 양면 수광형 태양전지이다.
본 실시예의 양면 수광형 태양전지는 기판(110), 에미터부(120), 국부적 후면 전계부(130)(LBSF; local back surface field)(130), 전면 전극부(140) 및 후면 전극부(150)를 포함하고, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 전면 유전층(160)과 후면(170)은 생략될 수도 있지만, 양면 수광형 태양전지의 효율 향상에 더 유리하므로, 이하에서는 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)이 포함된 경우를 예로 들어 설명한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입을 가질 수 있으며, 이와 같은 기판(110)은 결정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이러한 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)은 복수의 미세 요철을 포함하는 텍스처링 표면(textured surface)으로 각각 형성될 수 있다. 편의상 도 1에서는 기판(110)의 가장자리 부분만 텍스처링 표면으로 도시하였으나, 실질적으로 기판(110)의 전면 및 후면 전체가 텍스처링 표면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(120) 및 기판(110)의 후면에 위치한 국부적 후면 전계부(130) 역시 요철면을 갖는다.
텍스처링 표면은 습식 식각 또는 건식 식각 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이때, 형성되는 각 요철의 폭과 높이는 식각 방법에 따라 달라질 수 있다.
복수의 요철을 갖고 있는 텍스처링 표면은 기판(110)의 전면 및 후면에서 반사되는 빛의 양이 감소시켜 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가시킨다.
에미터부(120)는 제1 도전성 타입의 반도체 기판(110)의 전면에 형성되며, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 기판(110)의 전면 내부에 위치할 수 있다. 따라서 제2 도전성 타입의 에미터부(120)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.
이와 같은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 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 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고, 분리된 정공은 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고, 분리된 전자는 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
국부적 후면 전계부(130)는 기판(110)의 후면 중 일부 영역, 바람직하게는 후면 전극부(150)와 대응하는 영역에 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역이다.
이러한 구성의 국부적 후면 전계부(130)는 전자의 이동 방향인 국부적 후면 전계부(130) 쪽으로의 정공의 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(130) 쪽으로의 전자의 이동을 용이하게 한다.
따라서, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고, 원하는 전하(예, 전자)의 이동을 가속화시켜 전면 전극부(140)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
전면 유전층(160)은 에미터부(120) 위에 위치할 수 있고, 후면 유전층(170)은 기판(110)의 후면에 위치할 수 있다.
전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화산화막(SiNxOy), 비정질실리콘(a-Si:H) 및 알루미늄 산화막(AlOx) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 하나의 층으로 형성될 수도 있으며, 복수의 층으로 형성될 수도 있다.
아울러, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 수소(H)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어, 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행할 수 있다.
또한, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 반사 방지막으로서 기능할 수도 있다.
전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 위치하며, 에미터부(120)에 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 전면 전극부(140)는 제1 방향(X-X')으로 연장된 복수의 전면 핑거 전극(141)과, 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 복수의 전면 버스바 전극(142)을 포함하며, 전면 버스바 전극(142)은 복수의 전면 핑거 전극(141)과 동일한 층에 위치하여 각 전면 핑거 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 핑거 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이와 같이, 전면 전극부(140)가 제1 방향으로 연장된 복수의 전면 핑거 전극(141)과 제2 방향으로 연장된 복수의 전면 버스바 전극(142)을 포함하므로, 전면 전극부(140)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성될 수 있다.
복수의 전면 핑거 전극(141)은 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있으며, 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다. 그리고 복수의 전면 버스바 전극(142)도 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면 버스바 전극(142)은 에미터부(120)로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
각 전면 버스바 전극(142)은 교차하는 복수의 전면 핑거 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 전면 버스바 전극(142)의 폭은 각 전면 핑거 전극(141)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
전면 전극부(140)는 글라스 프릿(glass frit) 및 프릿 내에 분산된 복수의 제1 도전성 입자를 포함하는 제1 도전 페이스트에 의해 형성될 수 있으며, 제1 도전성 입자는 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 도전 페이스트에 의해 형성되는 전면 전극부(140)는 제1 도전 페이스트를 경화하기 위해 열처리 공정을 실시할 때 글라스 프릿에 함유된 식각 성분, 예컨대 산화납(PbO)에 의해 전면 유전층(160)이 식각되는 것에 따라 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
후면 전극부(150)는 전면 전극부(140)와 마찬가지로 복수의 후면 핑거 전극(151)과 복수의 후면 버스바 전극(152)을 구비한다. 이와 같은 후면 전극부(150)는 후면 유전층(170)을 관통하여 기판(110)의 후면에 위치한 국부적 후면 전계부(130)와 접촉하고 있고, 후면 전극부(150)의 패턴은 전면 전극부(140)와 동일한 그리드 패턴으로 형성된다.
그리고 후면 전극부(150)와 물리적 및 전기적으로 연결된 국부적 후면 전계부(130)도 후면 전극부(150)와 마찬가지로 그리드 패턴으로 형성될 수 있다. 하지만, 국부적 후면 전계부(130)는 후면 핑거 전극(151)와 동일한 위치에만 형성될 수도 있고, 이와는 달리 후면 버스바 전극(152)과 동일한 위치에만 형성될 수도 있다.
후면 전극부(150)는 전면 전극부(140)와 마찬가지로 제1 도전 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
이러한 후면 전극부(150)는 국부적 후면 전계부(130)로부터 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집한다.
이때, 후면 전극부(150)가 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 국부적 후면 전계부(130)와 접촉하고 있으므로, 국부적 후면 전계부(130)와 후면 전극부(150) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극부(150)로 이동하는 전하의 전송 효율이 향상된다.
이하, 도 2를 참조하여 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면(back surface) 일부 영역에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 도포 단계; 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 기판의 후면으로 확산시켜, 기판의 후면에 국부적 후면 전계부(LBSF; local back surface field)를 형성하는 국부적 후면 전계부 형성 단계; 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 기판의 전면(front surface)에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 국부적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계를 포함할 수 있다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 제1 도전성 타입의 기판(110)을 준비한다. 이때, 기판(110)의 전면 및 후면은 도시된 바와 같이 복수의 미세 요철이 형성된 텍스처링 표면으로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 도전성 타입은 이미 설명한 바와 같이, p형 도전성 타입이거나 n형 도전성 타입일 수 있다.
따라서, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)이 함유할 수 있으며, 이와는 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)이 함유할 수 있다.
이하에서는, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 갖는 경우에 대해 설명한다.
제1 도전성 타입의 기판(110)의 후면에는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트(P1)를 도포한다.
따라서, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 도펀트 페이스트(P1)는 3가 원소의 불순물을 함유한다.
도펀트 페이스트(P1)는 위에서 설명한 바와 같이, 후면 전극부(150)의 그리드 패턴과 동일하게 기판(110)의 후면 중 일부 영역에 도포될 수 있다. 즉, 도펀트 페이스트(P1)는 후면 핑거 전극(151) 및 후면 버스바 전극(152)와 중첩하는 위치에 도포된다.
따라서, 후면 전극부(150)가 그리드 패턴을 갖는 경우, 도펀트 페이스트(P1)도 그리드 패턴으로 도포된다.
이후, 열 확산법을 실시하여 도펀트 페이스트(P1)의 불순물을 기판(110)의 후면에 확산시켜 기판(110)의 후면에 국부적 후면 전계부(130)를 형성한다.
이어서, 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(120)를 형성한다. 이때, 에미터부(120)는 이온 주입법에 의해 형성된다.
다음, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)를 형성하기 이전에, 에미터부(120) 위에는 전면 유전층(160)을 형성하고, 기판(110)의 후면에는 국부적 후면 전계부(130)를 덮는 후면 유전층(170)을 형성한다.
여기서, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)은 실리콘 질화(SiNx)막, 실리콘 산화(SiOx)막, 실리콘 질화 산화(SiNxOy)막 및 알루미늄 산화(AlOx)막 중 적어도 하나를 포함하여 형성시킬 수 있다.
이때, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)의 형성 순서는 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)의 전하 특성과 에미터부(120) 및 후면 전계부(130)의 전하 특성을 모두 고려하여 다양하게 변화될 수 있다.
이어서, 글라스 프릿 및 복수의 제1 도전성 입자(예컨대, 은)를 포함하는 제1 도전 페이스트(P1)를 후면 유전층(170)의 후면 중에서 국부적 후면 전계부(130)에 대응하는 영역과 전면 유전층(160)의 전면 중에서 전면 전극부(140)가 형성될 위치에도 도포 및 건조하고, 열처리 공정을 실시하여 제1 도전 페이스트(P1)를 경화시킨다.
열처리 공정을 실시하면, 제1 도전 페이스트(P1)의 글라스 프릿에 함유된 식각 성분, 예를 들어 산화납이 전면 유전층(160) 및 후면 유전층(170)을 식각한다. 따라서, 열처리 공정이 실시된 후에는 전면 전극부(140)는 에미터부(120)에 전기적 및 물리적으로 연결되고, 후면 전극부(150)는 국부적 후면 전계부(130)에 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 도펀트 페이스트(130P)를 기판(110)의 후면 중에서 일부 영역에 도포한 후 열 확산법을 실시하여 국부적 후면 전계부(130)를 형성하는 본 실시예에 따르면, 고가의 레이저 장비를 사용하지 않으면서도 국부적 후면 전계부(130)를 형성하는 것이 가능하다.
또한, 국부적 후면 전계부(130)는 열 확산법에 의해 형성하는 반면, 에미터부(120)는 이온 주입법으로 형성하므로, 면저항 균일도(uniformity)가 우수한 에미터부(120)를 얻을 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 전술한 제1 실시예의 변형 실시예에 대해 설명한다.
전술한 제1 실시예에서는 기판의 전면 및 후면을 통해 빛이 각각 입사하는 양면 수광형 태양전지에 있어서, 후면 전계부가 선택적 구조로 형성된 태양전지 및 이의 제조 방법에 대해 설명하였다.
본 실시예는 기판의 전면을 통해서만 빛이 입사하는 단면 또는 한면 수광형 태양전지에 있어서, 후면 전계부가 선택적 구조로 형성된 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 실시예에 있어서 기판의 후면에 위치하는 후면 전극부를 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 후면 전극부의 구조에 대해서만 설명한다.
본 실시예의 후면 전극부(150)는 도 3에 도시한 바와 같이 국부적 후면 전계부(130)와 접촉하는 접촉부(150A)를 포함하는 면(sheet) 패턴으로 형성된 후면 전극(151)으로 형성된다.
도 3에서는 후면 전극(151)이 기판의 후면 전체에 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 후면 전극(151)은 전면 전극부(140)의 전면 버스바 전극(142)과 대응하는 위치의 기판 후면을 제외한 나머지 영역에 면 패턴으로 형성될 수 있다.
이 경우, 전면 버스바 전극(142)과 대응하는 위치의 기판 후면에는 후면 버스바 전극(도시하지 않음)이 위치할 수 있으며, 후면 버스바 전극은 전면 전극부와 동일한 제1 도전 페이스트로 형성되고, 후면 전극(151)은 제2 도전성 입자를 포함하는 제2 도전 페이스트로 형성될 수 있다.
이때, 제2 도전 페이스트는 식각 성분을 포함하지 않을 수 있으며, 제2 도전성 입자는 제1 도전성 입자와 서로 다른 금속 물질로 구성될 수 있다.
한 예로, 제1 도전성 입자는 은(Ag)일 수 있고, 제2 도전성 입자는 알루미늄(Al)일 수 있다.
이와는 달리, 후면 전극(151)이 기판의 후면 전체에 위치하고, 전면 버스바 전극(142)와 대응하는 위치의 후면 전극(151)의 후면에 후면 버스바 전극이 위치하는 것도 가능하다.
이러한 구성을 갖는 태양전지는 도 4에 도시한 공정을 따라 제조할 수 있다. 도 4에서 알 수 있듯이, 전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)을 형성하는 단계 까지는 도 2에 도시한 공정과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
전면 유전층(160)과 후면 유전층(170)을 형성한 후, 글라스 프릿 및 복수의 제1 도전성 입자(예컨대, 은)를 포함하는 제1 도전 페이스트(P1)를 전면 유전층(160)의 전면 중에서 전면 전극부(140)가 형성될 위치에도 도포 및 건조하고, 복수의 제2 도전성 입자(예컨대, 알루미늄)를 포함하는 제2 도전 페이스트(P2)를 후면 유전층(170)의 후면 전체에 도포 및 건조한다.
이때, 후면 유전층(170)은 국부적 후면 전계부(130)을 노출하는 개구부를 구비할 수 있다. 따라서, 제2 도전 페이스트(P2)는 국부적 후면 전계부(130)를 노출시키기 위해 후면 유전층(170)을 식각할 필요가 없으므로 식각 성분을 포함하지 않을 수 있다. 이에, 제2 도전 페이스트(P2)는 글라스 프릿을 포함하지 않거나, 식각 성분(예컨대, 산화납)을 포함하지 않은 글라스 프릿을 포함할 수 있다.
이후, 열처리 공정을 실시하여 제1 도전 페이스트(P1)과 제2 도전 페이스트(P2)를 경화시킨다.
열처리 공정을 실시하면, 제1 도전 페이스트(P1)의 글라스 프릿에 함유된 식각 성분, 예를 들어 산화납이 전면 유전층(160) 및 후면 유전층(170)을 식각한다. 따라서, 열처리 공정이 실시된 후에는 전면 전극부(140)는 에미터부(120)에 전기적 및 물리적으로 연결된다.
그리고 후면 전극부(150)는 후면 유전층(170)에 형성된 개구부에 채워진 접촉부(153)를 통해 국부적 후면 전계부(130)에 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 후면 전계부의 구성을 제외한 나머지 구성은 전술한 도 1 및 도 2에 도시한 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 후면 전계부에 대해서만 설명한다.
본 실시예의 후면 전계부는 고농도 불순물부(131)와, 고농도 불순물부(131)에 비해 낮은 불순물 도핑 농도를 갖는 저농도 불순물부(132)를 포함하는 선택적 구조로 형성된다.
이때, 고농도 불순물부(131)는 후면 전극부(150)와 동일하게 그리드 패턴으로 형성되며, 후면 전극부(150)와 물리적 및 전기적으로 연결된다. 그리고 저농도 불순물부(132)는 후면 전극부(150)가 형성되지 않는 영역, 즉 고농도 불순물부(131)가 형성되지 않는 영역에 형성된다.
고농도 불순물부(131)의 불순물 도핑 농도가 저농도 불순물부(132)의 불순물 도핑 농도에 비해 높으므로, 고농도 불순물부(131)의 면저항 값은 저농도 불순물부(132)의 면저항 값보다 낮을 수 있다.
한 예로, 고농도 불순물부(131)는 20Ω/sq. 내지 80Ω/ sq.의 면저항 값을 갖고, 저농도 불순물부(132)는 80 Ω/sq. 내지 150Ω/sq. 면저항 값을 가질 수 있다.
저농도 불순물부(132)의 두께는 고농도 불순물부(131)의 두께보다 작을 수 있다.
이러한 구성의 선택적 후면 전계부(130)는 후면 전극부(150)와 직접 접촉하는 고농도 불순물부(131)에서 후면 전극부(150)과 기판(110)이 접촉하는 단락(shunt)을 방지할 수 있으며, 저농도 불순물부(132)의 불순물 양이 고농도 불순물부(131)의 불순물 양보다 적으므로, 저농도 불순물부(132)를 따라 이동하는 전하의 손실을 최소화할 수 있다. 따라서 태양전지(1)의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이러한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 도 6을 참조로 설명한다. 본 실시예의 태양전지를 제조하기 위해, 먼저, 제1 도전성 타입을 갖는 기판(110)의 후면 전체에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트(130P)를 1차 도포하고, 이어서, 1차 도포된 도펀트 페이스트(130P)의 일부 영역, 즉 후면 전극부(150)가 형성될 영역에 도펀트 페이스트(130P)를 2차 도포한다.
그리고 도펀트 페이스트(130P)의 불순물을 열 확산법을 이용하여 기판(110)의 후면으로 확산시킨다.
열 확산법을 실시하면, 2차 도포된 도펀트 페이스트(130P)가 위치하는 영역의 기판 후면에는 고농도 불순물부(131)가 형성되고, 1차 도포된 도펀트 페이스트(130P)만 위치하는 영역, 즉 2차 도포된 도펀트 페이스트(130P)가 위치하지 않는 영역의 기판 후면에는 저농도 불순물부(132)가 형성된다.
따라서, 기판(110)의 후면에는 고농도 불순물부(131)와 저농도 불순물부(132)를 포함하는 선택적 후면 전계부(130)가 형성된다.
선택적 후면 전계부(130)를 형성한 다음에는 도면에 도시한 바와 같이 에미터부, 전면 유전층 및 후면 유전층, 그리고 전면 전극부 및 후면 전극부를 형성한다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 도 5 및 도 6에 도시한 제2 실시예의 변형 실시예를 설명한다.
본 실시예의 태양전지는 전술한 도 5에서 설명한 선택적 후면 전계부(130)를 구비하며, 나머지 구성은 전술한 도 3의 태양전지와 동일하게 구성된다.
이러한 구성의 태양전지는 먼저 도 6에 도시한 방법에 따라 기판(110)의 후면에 선택적 후면 전계부(130)를 형성하고, 이후에는 도 4에 도시한 방법에 따라 에미터부(120), 전면 유전층(160) 및 후면 유전층(170)을 형성하고, 계속하여 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)를 형성하는 것에 의해 제조할 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 (20)
- 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면 일부 영역에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 도포 단계;
상기 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 상기 기판의 후면으로 확산시켜 상기 기판의 후면에 국부적 후면 전계부(LBSF; local back surface field)를 형성하는 국부적 후면 전계부 형성 단계;
상기 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 상기 기판의 전면에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및
상기 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 상기 국부적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계
를 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 도펀트 페이스트 도포 단계에서,
상기 도펀트 페이스트는 상기 기판의 후면 중 제1 영역에 도포하는 태양전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에서,
상기 에미터부 형성 단계와 상기 전극부 형성 단계 사이에,
상기 기판의 전면에는 전면 유전층을 형성하고 상기 기판의 후면에는 후면 유전층을 형성하는 유전층 형성 단계
를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 전극부 형성 단계에서,
상기 전면 전극부와 상기 후면 전극부를 그리드 패턴(grid pattern)으로 각각 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제4항에서,
상기 전면 전극부 및 상기 후면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 상기 전면 유전층 및 상기 후면 유전층 위에 그리드 패턴으로 각각 도포한 후, 상기 전면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트와 상기 후면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 전극부 형성 단계에서,
상기 전면 전극부는 그리드 패턴으로 형성하고, 상기 후면 전극부는 상기 국부적 후면 전계부와 접촉하는 접촉부를 포함하는 면(sheet) 패턴으로 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제6항에서,
상기 전면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 상기 전면 유전층 위에 그리드 패턴으로 도포한 후 상기 제1 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제7항에서,
상기 후면 전극부는 상기 제1 영역에 위치한 국부적 후면 전계부를 노출하는 개구부를 상기 후면 유전층에 형성하고, 제2 도전성 입자를 포함하는 제2 도전 페이스트를 상기 기판의 후면 전체에 면 패턴으로 도포한 후 상기 제2 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 제1 도전성 입자와 상기 제2 도전성 입자를 서로 다른 금속 물질로 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 제1 도전 페이스트와 상기 제2 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 태양전지의 제조 방법. - 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 후면 전체에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 1차 도포 단계;
상기 도펀트 페이스트의 일부 영역에 상기 도펀트 페이스트를 도포하는 도펀트 페이스트 2차 도포 단계;
상기 도펀트 페이스트의 불순물을 열 확산법을 이용하여 상기 기판의 후면으로 확산시켜 고농도 불순물부와 저농도 불순물부를 포함하는 선택적 후면 전계부(SBSF; selective back surface field)를 상기 기판의 후면에 형성하는 선택적 후면 전계부 형성 단계;
상기 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 이온 주입법을 이용하여 상기 기판의 전면에 형성하는 에미터부 형성 단계; 및
상기 에미터부와 연결된 전면 전극부 및 상기 선택적 후면 전계부와 연결된 후면 전극부를 형성하는 전극부 형성 단계
를 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제11항에서,
상기 도펀트 페이스트 2차 도포 단계에서,
상기 도펀트 페이스트는 상기 1차 도포된 도펀트 페이스트의 후면 중 제1 영역에 도포하는 태양전지의 제조 방법. - 제11항 또는 제12항에서,
상기 에미터부 형성 단계와 상기 전극부 형성 단계 사이에,
상기 기판의 전면에는 전면 유전층을 형성하고 상기 기판의 후면에는 후면 유전층을 형성하는 유전층 형성 단계
를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에서,
상기 전극부 형성 단계에서,
상기 전면 전극부와 상기 후면 전극부를 그리드 패턴(grid pattern)으로 각각 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 전면 전극부 및 상기 후면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 상기 전면 유전층 및 상기 후면 유전층 위에 그리드 패턴으로 각각 도포한 후, 상기 전면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트와 상기 후면 유전층에 도포된 제1 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에서,
상기 전극부 형성 단계에서,
상기 전면 전극부는 그리드 패턴으로 형성하고, 상기 후면 전극부는 상기 선택적 후면 전계부의 상기 고농도 불순물부와 접촉하는 접촉부를 포함하는 면(sheet) 패턴으로 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제16항에서,
상기 전면 전극부는 제1 도전성 입자 및 글라스 프릿을 포함하는 제1 도전 페이스트를 상기 전면 유전층 위에 그리드 패턴으로 도포한 후 상기 제1 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제17항에서,
상기 후면 전극부는 상기 제1 영역에 위치한 상기 고농도 불순물부를 노출하는 개구부를 상기 후면 유전층에 형성하고, 제2 도전성 입자를 포함하는 제2 도전 페이스트를 상기 기판의 후면 전체에 면 패턴으로 도포한 후 상기 제2 도전 페이스트를 열처리하는 것에 의해 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제18항에서,
상기 제1 도전성 입자와 상기 제2 도전성 입자를 서로 다른 금속 물질로 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제18항에서,
상기 제1 도전 페이스트와 상기 제2 도전 페이스트를 동시에 열처리하는 태양전지의 제조 방법.
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