KR20150048430A - 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 태양전지의 실리콘 기판의 양면 또는 일면에 형성하는 전극 패터닝 방법에 있어서, 상기 태양전의 적어도 일면에 형성되는 핑거 전극의 사이에 걸쳐 레이저의 조사에 의해 일정간격을 두고 다수개의 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 연결하여 형성한 것이며, 핑거 전극과 전극 사이에 고농도로 도핑된 캐리어 패스(carrier path)를 형성함으로써, 고농도 도핑 면적을 종래 태양전지 대비 40~50% 줄여 캐리어의 재결합 손실을 낮추게 되므로 개방전압(Voc)의 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 상세하게는 태양전지 핑거 전극 선(線) 수를 늘리지 않고 핑거 전극과 전극 사이에 고농도로 도핑된 캐리어 패스(carrier path)를 레이저로 조사하여 만들어 줌으로써, 종래 태양전지 대비 고농도 도핑 면적을 40∼50% 줄여 저항을 낮출 수 있음과 동시에 핑거 전극의 재료 사용량을 줄일 수 있도록 한 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것이다.
양면 수광형 또는 일면 수광형 태양전지의 전극은 도 4에 도시한 바와 같이, 핑거 전극(10)의 라인이 155라인인 경우 n+ 도핑층 간격은 0.8㎜이고, 핑거 전극(10)의 사이의 간격은 1㎜로써, 도핑층(20)에서 핑거 전극(10)으로 이동하는 전자의 최소 이동거리는 0.5㎜이다. 또한 도 5에 도시한 바와 같이, 핑거 전극(10)의 라인이 78라인인 경우 n+ 도핑층 간격은 1.8㎜이고, 핑거 전극(10)의 사이의 간격은 2㎜로써, 도핑층(20)에서 핑거 전극(10)으로 이동하는 전자의 최소 이동거리는 1.0㎜이다.
이와 같은 태양전지에 있어 종래에는 패시베이션(passivation) 효율을 높임과 동시에 저항을 낮추고자 전극 아래 부분에 도핑 농도를 선택적으로 증가시켜 주고, 전극 간의 간격을 줄여 저항을 줄이고자 100라인 이상의 선(線) 수를 사용하여 전극 선(線) 수 증가에 따라 고도핑 면적이 증가하도록 하였으나, 이렇게 되면 패시베이션(passivation) 효율이 떨어지고 핑거 전극 재료의 사용이 늘어나는 문제점이 있다.
또한 종래의 상기 태양전지에서 후면 또는 전면 전계의 면저항은 캐리어(carrier : 전자와 정공으로 이루어진 전하)의 재결합의 최소화를 위하여 높아야 하지만, 면저항이 높은 경우 전계 내의 캐리어 이동이 방해를 받아 저항이 증가하는 문제가 발생하여, 종래에는 다수의 핑거 전극을 사용하고 있고, 전극 아래 부분의 도핑 농도를 선택적으로 증가시켜 저항증가의 문제를 해결하려고 하였다.
그러나 이렇게 되면 전극에 사용되는 금속의 사용량이 증가하고 전극 아래에 형성되는 고농도 도핑면적이 증가하여 캐리어의 재결합이 증가하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 핑거 전극 사이를 레이저 조사에 의한 공정으로 고농도 도핑하여 상기 전극 사이에 다수개의 고농도 캐리어 패스(carrier path)를 만들어 줌으로써, 고농도 도핑 면적을 줄여 캐리어 재결합을 최소화함과 동시에 후면 또는 전면에서의 캐리어의 이동을 원활히 만들어 개방전압(Voc)의 향상뿐 아니라, 핑거 전극 선(線) 수를 줄일 수 있어 원가 절감에도 기여하도록 한 태양전지의 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지를 제공함에 있다.
또 핑거 전극의 선(線) 수를 줄이고 전계 내부의 저항을 줄이기 위하여 상기 핑거 전극 사이를 연결해 줄 수 있는 고농도 도핑된 캐리어 패스(carrier path)의 간격을 적어도 한 쌍이 2mm 이하로 만들어 주면, 핑거 전극을 형성하기 위한 금속 페이스트 사용량을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 고농도 도핑면적이 종래 태양전지 기존대비 40~50%가량 줄어들어 캐리어의 재결합 손실을 줄일 수 있도록 한 태양전지의 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태양전지의 전극 패터닝 방법은, 태양전지의 실리콘 기판의 양면 또는 일면에 형성하는 전극 패터닝 방법에 있어서, 상기 태양전의 적어도 일면에 형성되는 핑거 전극의 사이에 걸쳐 레이저의 조사에 의해 일정간격을 두고 다수개의 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 연결하여 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또 상기 다수개의 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)의 형성은 순차적으로 이루어지는 실리콘 기판의 양면 또는 일면에 형성하는 텍스처링 공정, 도핑용 박막 형성 공정, 확산 공정, 산화물/부산물 제거 공정, 전·후면 반사방지막 형성 공정, 전·후면 전극 형성 공정의 태양전지 제조공정 중에서, 상기 도핑용 박막 형성 공정 이후 또는 확산 공정 이후에 후면 전극부 상에 레이저 조사에 의한 도핑으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또 상기 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)의 패턴 규격은 70라인 이상×50㎛ 이하이고, 고농도 도핑 캐리어 패스 사이의 간격은 적어도 한 쌍이 2㎜ 이하인 것이 바람직하다. 고농도 도핑 캐리어 패스 라인 수가 70라인 이하일 경우는 캐리어 이동 저항 감소에 따른 효과가 떨어지고, 폭이 50㎛ 이상일 경우는 고농도 면적의 증가에 따라 패시베이션 특성이 감소하게 된다.
또 상기한 후면 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지에 의하면, 핑거 전극과 전극 사이에 고농도로 도핑된 캐리어 패스(carrier path)를 형성함으로써, 고농도 도핑 면적을 종래 태양전지 대비 40∼50% 줄여 캐리어의 재결합 손실을 낮추게 되므로 개방전압(Voc)의 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.
또 핑거 전극 선(線) 수의 감소로 인하여 전극 재료인 금속 페이스트 사용량을 줄일 수 있어 태양전지 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한 고효율 태양전지 제조에 필요한 낮은 재결합 특성을 가짐과 동시에 종래 태양전지 대비 저가의 태양전지 제조공정을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한 도핑 정도 저하에 따른 저항의 증가를 핑거 전극 사이의 고농도 도핑 캐리어 패스를 통하여 극복할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의한 상기 태양전지의 제조공정도
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의한 상기 태양전지의 제조공정도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 3은 본 발명예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 다른 형태의 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 4는 종래 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 5는 종래 다른 형태의 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의한 상기 태양전지의 제조공정도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 3은 본 발명예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 다른 형태의 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 4는 종래 태양전지의 개략적인 전극 평면도
도 5는 종래 다른 형태의 태양전지의 개략적인 전극 평면도
이하, 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의한 상기 태양전지의 제조공정도이다.
보통의 양면 또는 일면 태양전지의 제조방법은 도 1a에 도시한 바와 같이, 실리콘 산화막(SiO2) 기판의 양면 또는 일면에 스크래치를 형성하기 위한 텍스터링을 실시하는 양면 또는 일면 텍스처링 공정, 상기 텍스처링에 의해 스크래치가 형성된 기판 위에 도핑용 박막을 형성하는 공정, 도핑물질의 불순물 이온이 기판 내부로 확산하는 확산 공정, 기판의 산화물 및 부산물을 제거하는 산화물/부산물 제거 공정, 기판의 전·후면에 태양광의 반사를 방지하도록 형성하는 전·후면 반사방지막 형성 공정 및 기판의 전?후면에 버스바 및 핑거 전극을 형성하는 전·후면 전극 형성 공정으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법은 도 1a에 도시한 바와 같이, 상기한 양면 또는 일면 태양전지의 제조방법에서, 상기 도핑용 박막 형성 공정 이후에 핑거 전극이 형성될 부위의 상기 핑거 전극의 선(線) 사이에 레이저를 조사하여 그 부분만 도핑농도를 높인 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 형성하는 전극부 상의 레이저 도핑 공정을 추가한 것이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의한 상기 태양전지의 제조공정도를 도시한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법은 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기한 양면 또는 일면 태양전지의 제조방법에서, 상기 확산 공정 이후에 핑거 전극이 형성될 부위의 상기 핑거 전극의 선(線) 사이에 레이저를 조사하여 그 부분만 도핑농도를 높인 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 형성하는 전극부 상의 레이저 도핑 공정을 추가한 것이다.
상기 실리콘 산화막(SiO2)에 도핑용 박막 형성 공정에 의해 형성되는 도핑 박막은 PSG(phosphor-silicate glass)막, BSG(boro-silicate glass)막이다. 상기 PSG막은 인(P) 이온과 실리콘 기판의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 확산 부산물층이다. 이때, 제 2 도전형 불순물 이온으로 p형인 붕소(B)가 사용되는 경우에는 상기 PSG막 대신, 붕소(B)와 실리콘(Si) 등이 반응하여 생성된 BSG(boro-silicate glass)막이 확산 부산물층으로써 형성될 수 있다.
한편 상기 실리콘 산화막(SiO2) 대신에 비정질 실리콘 박막 (a-Si)에 n+ a-Si, p+ a-Si 도핑박막을 형성할 수 있고, 상기 실리콘 산화막(SiO2) 대신에 비산화막에 SiNx:P 또는 SiNx:B, SiONx:P 등의 도핑박막을 형성할 수도 있으며, 상기 도핑박막은 PSG/SiO2, BSG/SiO2, n+ a-Si/SiO2, p+ a-Si/SiO2 의 이중 막으로 형성할 수도 있다.
고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 형성하기 위한 레이저로는 532, 233㎚ 파장 범위의 레이저가 사용되고, 주파수는 nano. pico, femto의 모든 범위의 주파수를 사용한다.
이와 같이 본 발명의 전극 패터닝 방법에 의해 형성되는 패턴은 핑거 전극 사이에 걸쳐 레이저 조사하여 레이저 도핑 폭과 간격을 적절하게 설계함으로써 형성된 다수개의 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)이다. 즉 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법은 레이저 조사 방식에 있는 것이 아니고, 레이저 조사에 의해 형성되는 캐리어 패스(carrier path)의 패턴이며, 상기 패턴에 대한 범위를 넓게 가질 수 있도록 하고, 레이저 도핑 폭을 최소화하여 핑거 전극의 선수를 줄이며, 접촉저항과 핑거 전극간 저항을 최소화할 수 있는 것이다. 또한 핑거 전극의 스크린 인쇄를 위한 정렬(align)을 고려하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지의 개략적인 전극 평면도를 도시한 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기한 본 발명의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지 전극의 개략적인 평면도를 보면, 핑거 전극(1)의 패턴의 규격이 78라인×80㎛이고, 전극부 고농도 도핑 패턴의 규격이 78라인×200㎛인 경우, n+ 도핑층의 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)(3) 사이의 간격은 1.0㎜로 일정간격을 두고 형성되고, 핑거 전극(1)의 사이의 간격은 2㎜로서, 도핑층(2)에서 핑거 전극(1)으로 이동하는 전자의 최소 이동거리는 0.5㎜이다. 이때 핑거 전극(1)의 패턴의 규격 사이에서 다수개 형성되는 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)(3)는 155라인×10㎛(두께) 또는 155라인×5㎛(두께)이다.
도 3은 본 발명예에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 다른 형태의 태양전지의 개략적인 전극 평면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기한 본 발명의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 다른 형태의 태양전지 전극의 개략적인 평면도를 보면, 핑거 전극(1)의 패턴의 규격이 78라인×80㎛이고, 전극부 고농도 도핑 패턴의 규격이 78라인×200㎛인 경우, n+ 도핑층의 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)(3) 사이의 간격은 0.5㎜로 일정간격을 두고 형성되고, 핑거 전극(1)의 사이의 간격은 2㎜로서, 도핑층(2)에서 핑거 전극(1)으로 이동하는 전자의 최소 이동거리는 0.25㎜이다. 이때 핑거 전극(1) 사이에서 다수개 형성되는 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)(3)의 규격은 309라인×10㎛(두께) 또는 309라인×5㎛(두께)이다.
여기서 상기 핑거 전극(1)의 패턴 규격과 전극부 고농도 도핑 패턴의 규격은 하나의 예로써, 78라인×80㎛ 및 78라인×200㎛ 외에도 다양한 규격의 핑거 전극과 전극부 고농도 도핑 패턴을 이용하여 고농도의 도핑 캐리어 패스(3)를 형성할 수 있다.
상기 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)(3)의 규격도 하나의 예로써, 115∼309라인×5∼10㎛의 범위 내에서 자유롭게 선택하여 실시할 수 있고, 그에 맞추어 캐리어 패스(3) 사이의 간격도 또한 0.3∼1.5㎜의 범위 내에서 실시된다.
다음의 표 1은 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법을 적용하기 전과 후의 태양전지의 특성을 비교한 것이다.
| 구분 | 후면 핑거 | 총 전극 | 전극부 고농도 도핑 |
수광부 고농도 도핑 |
총 도핑 | 비고 | |||
| 패턴 | 면적비율 | 면적비율 | 패턴 | 면적비율 | 패턴 | 면적비율 | 면적비율 | ||
| 변경 전 | 155라인×80㎛ (핑거 간격 1㎜) |
8.1 | 11.0 | 155라인×200㎛ |
20.1 | × | × | 20.1 | ○ 고농도 도핑면적 비율 큼 →캐리어재결합 손실 증가, 효율 저하 ○ 핑거전극 라인수 많음 →Ag 도포량 증가, 원가 상승 |
| × | 78라인×80㎛ (핑거 간격 2㎜) |
3.0 | 6.0 | 78라인×200㎛ | 10.1 | × | × | 10.1 | ○ 넓은 핑거 전극간격, 에미터 저항 →단락전류밀도(Jsc) 감소, 효율 저하 |
| 변경 후 | 155라인×10㎛ |
1.0 | 11.1 | ○ 고농도 도핑 면적 감소 →캐리어재결합 손실 감소, 효율 향상 ○ 핑거전극 라인수 감소 →Ag 도포량 감소, 원가 절감 |
|||||
| 155라인×5㎛ |
0.5 | 10.6 | |||||||
| 309라인×10㎛ |
2.0 | 12.1 | |||||||
| 309라인×5㎛ |
1.0 | 11.1 | |||||||
상기 표 1에 따르면 본 발명에 따른 태양전의 전극 패터닝 방법에 의해 형성된 다양한 형태의 고농도의 도핑 캐리어 패스(carrier path)에 의해 총 도핑 면적이 종래보다 약 절반으로 줄어듦을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양전지의 전극 패터닝 방법 및 이에 의한 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 핑거 전극
2 : 도핑층
3 : 고농도의 도핑 캐리어 패스
3 : 고농도의 도핑 캐리어 패스
Claims (4)
- 태양전지의 실리콘 기판의 양면 또는 일면에 형성하는 전극 패터닝 방법에 있어서,
상기 태양전지의 적어도 일면에 형성되는 핑거 전극의 사이에 걸쳐 레이저의 조사에 의해 일정간격을 두고 다수개의 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)를 연결하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 패터닝 방법. - 제1항에 있어서,
상기 다수개의 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)의 형성은 순차적으로 이루어지는 실리콘 기판의 양면 또는 일면에 형성하는 텍스처링 공정, 도핑용 박막 형성 공정, 확산 공정, 산화물/부산물 제거 공정, 전·후면 반사방지막 형성 공정, 전·후면 전극 형성 공정의 태양전지 제조공정 중에서, 상기 도핑용 박막 형성 공정 이후 또는 확산 공정 이후에 후면 적어도 일면의 전극부 상에 레이저 조사에 의한 도핑으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 패터닝 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고농도 도핑 캐리어 패스(carrier path)의 패턴 규격은 70라인 이상×50㎛ 이하이고, 고농도 도핑 캐리어 패스 사이의 간격은 적어도 한 쌍이 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 패터닝 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전극 패터닝 방법에 의해 만들어진 태양전지.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20090025998A (ko) * | 2007-09-07 | 2009-03-11 | 주식회사 엘티에스 | 레이저를 이용한 고효율 태양전지의 제조방법 |
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-
2013
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