KR20150060416A - 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 국부적으로 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면 쪽에서 상기 제2 도전형 영역이 형성되지 않은 부분에 형성되는 제3 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하는 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계되는 것이 요구된다.
본 발명은 효율을 향상할 수 있는 태양 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 국부적으로 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면 쪽에서 상기 제2 도전형 영역이 형성되지 않은 부분에 형성되는 제3 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하는 전극을 포함한다.
상기 제3 도전형 영역이 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성될 수 있다.
상기 제3 도전형 영역이 상기 제2 도전형 영역과 반대되는 도전형을 가질 수 있다.
상기 제1 도전형 영역 및 상기 제3 도전형 영역이 제1 도전형을 가지고, 상기 제2 도전형 영역이 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가질 수 있다.
상기 제2 도전형 영역이 n형을 가지고, 상기 제3 도전형 영역이 p형을 가지며, 상기 제2 도전형 영역 및 상기 제3 도전형 영역 위에 형성되며 실리콘 질화물을 포함하는 패시베이션막을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 영역 위에 형성되는 패시베이션막을 포함하고, 상기 패시베이션막이 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제3 도전형 영역의 면적이 상기 제2 도전형 면적보다 클 수 있다.
상기 제2 도전형 영역 : 상기 제3 도전형 영역의 면적 비율이 1: 2 내지 1:5일 수 있다.
상기 제3 도전형 영역의 도핑 농도가 상기 제1 도전형 영역의 도핑 농도과 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 제3 도전형 영역의 두께가 상기 제1 도전형 영역의 두께와 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 제1 도전형 영역의 두께 : 상기 제3 도전형 영역의 두께 비율이 1:0.1 내지 1:0.8일 수 있다.
상기 제3 도전형 영역의 두께가 상기 제2 도전형 영역의 두께보다 작을 수 있다.
상기 제2 도전형 영역이 상기 제2 전극에 인접하여 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극이 패턴을 가지면서 형성되어 상기 태양 전지가 양면 수광형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하는 전극; 및 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성되는 제3 도전형 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 위치하고, 상기 제2 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 국부적으로 형성될 수 있다. 상기 제3 도전형 영역은 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 상기 제2 도전형 영역이 형성되지 않은 부분에 형성될 수 있다.
상기 제3 도전형 영역이 상기 제2 도전형 영역과 반대되는 도전형을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되는 도전형 영역; 상기 도전형 영역에 연결되는 전극; 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되고 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성되는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역 및 상기 또 다른 도전형 영역을 덮으며 형성되는 패시베이션막을 포함한다.
상기 도전형 영역이 p형을 가지고, 상기 또 다른 도전형 영역이 n형을 가지며, 상기 패시베이션막이 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판이 베이스 영역을 포함하고, 상기 베이스 영역이 n형을 가지고, 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 형성되는 p형의 에미터 영역과, 상기 에미터 영역을 덮으면서 고정 음전하를 가지는 산화물을 포함하는 또 다른 패시베이션막을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 플로팅 영역에 의하여 전계 효과 패시베이션을 구현하여 태양 전지의 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 이에 의하여 개방 전압을 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상할 수 있다. 특히, p형의 도전형 영역과 인접하여 이에 반대되는 n형의 플로팅 영역을 형성하면 그 효과가 좀더 크게 나타날 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(110)과, 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)과, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(42)은 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(44)은 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 그리고 태양 전지(100)는, 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등을 더 포함할 수 있다. 설명에서 제1 및 제2 등의 용어는 구별을 위하여 사용한 것에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(110)은 베이스 영역(10)을 포함하고, 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)을 포함할 수 있다.
베이스 영역(10)은, 일례로 제2 도전형 불순물을 포함하는 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)을 포함할 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제2 도전형 불순물은 p형 또는 n형일 수 있다. 베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)은 상술한 물질 외의 다양한 물질을 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 일 예로, 베이스 영역(10)이 n형을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 pn 접합을 이루는 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 정공이 반도체 기판(110)의 일면(이하 "전면") 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(110)의 타면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(110)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10)이 p형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(110)의 전면 쪽에 베이스 영역(10)과 반대되는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 제1 도전형 영역(20)은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다. 제1 도전형 영역(20)은 제1 전극(42)에 연결되어 생성된 캐리어를 제1 전극(42)으로 전달한다.
제1 도전형 영역(20)이 p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 영역(10)이 n형을 가질 때에는 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가질 수 있다.
제1 도전형 영역(20)은 반도체 기판(110)의 전면 쪽에서 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면, pn 접합을 최대한 넓은 면적으로 형성할 수 있다. 도면에서는 제1 도전형 영역(20)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제1 도전형 영역(20)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 제1 도전형 영역(20)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(110)의 타면(일 예로, 후면) 쪽에 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성된다. 제2 도전형 영역(30)은 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 도펀트를 포함하여 후면 전계(back surface field)를 형성하는 후면 전계 영역을 구성한다. 이러한 후면 전계에 의하여 반도체 기판(110)의 후면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지할 수 있다. 제2 도전형 영역(30)은 제2 전극(44)에 연결되어 생성된 캐리어를 제2 전극(44)으로 전달한다.
제2 도전형 영역(30)이 n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어지고, p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 영역(10)이 n형을 가질 때에는 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가질 수 있다.
제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(110)의 후면 쪽에서 국부적으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(30)은 제2 전극(44)과 인접하는 부분에 대응하도록 국부적으로 형성될 수 있다. 그러면, 제2 도전형 영역(30)에 의하여 제2 전극(44)과의 접촉 저항을 낮출 수 있고 제2 전극(44)에 인접한 부분에서 표면 재결합을 방지할 수 있다.
그리고 본 실시예에서 반도체 기판(110)의 후면 쪽에 제2 도전형 영역(30)이 형성되지 않은 부분(즉, 제2 전극(44)이 형성되지 않는 부분)에 제3 도전형 영역(40)이 형성된다. 제3 도전형 영역(40)과 반대되는 제1 도전형 도펀트를 포함하는 영역이다. 이러한 제3 도전형 영역(30)은 제1 및 제2 전극(42, 44)이 연결되지 않은 플로팅 영역이다.
제3 도전형 영역(40)이 p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가질 경우에 제3 도전형 영역(40)은 제1 도전형 영역(20)과 같이 p형을 가질 수 있다.
제3 도전형 영역(40)은 제2 도전형 영역(30)과 동일한 반도체 기판(110)의 후면에서 제2 도전형 영역(30)과 다른 도전형을 가지면서 형성된다. 이러한 제3 도전형 영역(40)에 의하여 제3 도전형 영역(40)의 다수 캐리어(예를 들어, 제3 도전형 영역(40)이 p형일 경우에는 정공, n형일 경우에는 전자)가 제3 도전형 영역(40) 및 이의 주변으로 이동하게 된다. 그런데, 제3 도전형 영역(40)이 제1 및 제2 전극(42, 44)과 연결되지 않은 플로팅 영역이므로 제3 도전형 영역(40)으로 모인 다수 캐리어가 외부로 빠져나가지 못하고 제3 도전형 영역(40)에서 그대로 머물러 있게 된다.
이렇게 플로팅된 제3 도전형 영역(40)에 머무르게 되는 다수 캐리어에 의하여 베이스 영역(10) 내에 위치한 동일한 극성의 캐리어(즉, 제3 도전형 영역(40)이 p형일 경우에는 정공, n형일 경우에는 전자)가 척력을 받게 되고 반대 극성의 캐리어(즉, 제3 도전형 영역(40)이 p형일 경우에는 전자, n형일 경우에는 정공)가 인력을 받게 되어 제3 도전형 영역(40) 쪽으로 향하게 된다. 상술한 동일한 극성의 캐리어는 제2 도전형 영역(30)의 소수 캐리어에 해당하고 상술한 반대 극성의 캐리어는 제2 도전형 영역(30)의 다수 캐리어에 해당하므로, 제3 도전형 영역(30)은 제2 도전형 영역(30)의 소수 캐리어에 척력을 제공하고 제2 도전형 영역(300의 다수 캐리어에 인력을 제공하는 역할을 한다.
이와 같이 제3 도전형 영역(40)은 제2 도전형 영역(30)의 소수 캐리어가 제2 도전형 영역(30) 쪽으로 이동하지 못하게 하는 전계 효과 패시베이션(field effect passivation)의 역할을 수행한다. 그러면, 반도체 기판(110)의 후면을 패시베이션하는 제2 패시베이션막(32)에 의한 패시베이션 효과와 함께 전계 효과 패시베이션에 의하여 패시베이션 효과를 최대화할 수 있다.
특히, 제2 도전형 영역(30)이 n형일 경우에 제3 도전형 영역(40)에 의한 패시베이션 효과를 좀더 크게 향상할 수 있다. 제2 도전형 영역(30)이 n형일 경우에는 이를 패시베이션하는 제2 패시베이션막(32)으로 실리콘 질화물을 사용할 수 있는데, 실리콘 질화물의 경우에는 물질 특성 상 고정 전하(fixed charge)를 충분하게 가지기 어렵다. 이에 따라 실리콘 질화물을 포함하는 제2 패시베이션막(32)은 고정 전하에 의한 전계 효과에 의한 패시베이션을 수행하기 어려우므로, 고정 전하를 충분하게 가질 수 있는 막(예를 들어, p형의 도전형 영역을 패시베이션하는 알루미늄 산화물)보다 패시베이션 효과가 적을 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 n형을 가지는 제2 도전형 영역(30)과 같은 쪽에 이를 패시베이션할 수 있는 전계 효과를 제공할 수 있는 제3 도전형 영역(40)을 형성하여 패시베이션 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 플로팅 영역으로 구성된 제3 도전형 영역(40)을 n형의 도전형 영역과 인접하여 형성하는 것도 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
그리고 제3 도전형 영역(40)은 제2 도전형 영역(30)의 다수 캐리어가 제2 도전형 영역(30) 쪽으로 쉽게 이동하여 제2 전극(44)으로 전달되도록 하여 캐리어의 수집 효율을 향상할 수 있다.
이때, 제3 도전형 영역(40)의 면적이 제2 도전형 영역(30)의 면적보다 클 수 있다. 그러면, 제2 도전형 영역(30)은 제2 전극(44)과의 접촉 저항을 낮출 수 있는 정도의 면적을 가지도록 상대적으로 좁게 형성하고, 제3 도전형 영역(40)을 상대적으로 넓게 형성하여 전계 효과 패시베이션을 최대화할 수 있다.
일 예로, 제2 도전형 영역(30) : 제3 도전형 영역(40)의 면적 비율이 1:2 내지 1:5일 수 있다. 상기 면적 비율이 1:2 미만이면, 제3 도전형 영역(40)의 면적이 충분하지 않아 전계 효과 패시베이션에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 면적 비율이 1:5를 초과하면, 제2 도전형 영역(30)의 면적 비율이 충분하지 않아 제2 전극(44)과의 접촉 저항 특성이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 면적 비율이 달라질 수도 있다.
그리고 제3 도전형 영역(40)의 도핑 농도가 제1 도전형 영역(20)의 도핑 농도와 같거나 그보다 작을 수 있고, 제3 도전형 영역(40)의 저항이 제1 도전형 영역(20)의 저항과 같거나 그보다 클 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 영역(20)은 제1 전극(42)과의 접촉 저항 등을 고려하여 상대적으로 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지도록 할 수 있다. 그리고 제3 도전형 영역(40)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있는 정도의 낮은 도핑 농도를 가지면 되고, 제1 및 제2 전극(42, 44)과 연결되지 않으므로 높은 저항을 가져도 무방하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 도전형 영역(20)을 얕게(shallow)하게 구현하기 위하여 제1 도전형 영역(20)의 도핑 농도를 제3 도전형 영역(40)의 도핑 농도보다 작게 할 수 있다. 그러면, 제 도전형 영역(20)의 저항이 제3 도전형 영역(40)의 저항보다 클 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 제3 도전형 영역(40)의 두께가 제1 도전형 영역(20)의 두께보다 작을 수 있다. 제1 도전형 영역(20)은 pn 접합을 형성하는 에미터 영역이므로 pn 접합을 형성할 수 있는 충분한 두께로 형성되어야 하고, 제3 도전형 영역(40)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있는 정도로 작은 두께로 도핑되어도 무방하기 때문이다.
일 예로, 제1 도전형 영역(20)의 두께 : 제3 도전형 영역(40)의 두께의 비율은 1:0.1 내지 1:0.8일 수 있다. 상술한 두께 비율이 1:0.1 미만이면, 제3 도전형 영역(40)의 두께가 작아서 제3 도전형 영역(40)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상술한 두께 비율이 1:0.8을 초과하면, 제3 도전형 영역(40)을 형성하기 위한 도핑 공정 중에 반도체 기판(110)이 손상되거나 반도체 기판(110)의 특성이 저하될 수 있다. 또는, 제1 도전형 영역(20)의 두께가 작아 pn 접합이 안정적으로 형성되지 않을 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 두께 비율이 달라질 수도 있다.
그리고 제3 도전형 영역(30)의 두께는 제2 도전형 영역(20)의 두께보다 작을 수 있다. 제3 도전형 영역(30)은 제2 전극(44)과의 접촉 저항을 낮출 수 있도록 높은 도핑 농도로 형성하여 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 수 있고, 제3 도전형 영역(30)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있을 정도로 상대적으로 작은 두께를 가질 수 있다.
본 실시예에서 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40)은 서로 인접하여 형성될 수도 있다. 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40)이 인접하여 형성되어도 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40) 사이에 공핍층(depletion layer)이 위치한다. 공핍층은 공핍층이 진성(intrinsic)층과 같이 기능하여 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40)이 인접하여도 그에 따른 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다. 따라서 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40)이 서로 인접하여 형성할 수 있고, 이에 의하여 제2 도전형 영역(30)과 제3 도전형 영역(40)의 면적을 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 도전형 영역(30)과 제2 도전형 영역(40)을 서로 이격하여 형성하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 제1 및 제3 도전형 영역(20, 40)은 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성되고, 제2 도전형 영역(30)은 제2 도전형 도펀트를 베이스 영역(10)보다 높은 농도로 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성된다. 이에 따라 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)이 제1 또는 제2 도전형을 가지는 결정질(단결정 또는 다결정) 반도체를 포함하여 반도체 기판(110)의 일부를 구성하게 된다. 이러한 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)은 이온 주입, 열 확산, 도펀트층 형성 후 확산, 레이저 도핑 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(110)의 후면 쪽에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제2 및 제3 도전형 영역(30, 40)은 마스크를 이용한 이온 주입법, 열 확산법 등에 의하여 형성될 수도 있다. 또는, p형을 가지는 도펀트층(p형 페이스트, 보론 실리케이트 유리(BSG) 등)과 n형을 가지는 도펀트층(n형 페이스트, 인 실리케이트 유리(PSG) 등을 소정의 패턴으로 형성한 다음 확산시키는 것에 의하여 제2 및 제3 도전형 영역(30, 40)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)이 반도체 기판(110) 위에서 반도체 기판(110)과 다른 결정 구조(예를 들어, 비정질, 미세 결정 또는 다결정)을 가지는 별개의 반도체층으로 구성될 수도 있다. 즉, 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)을 형성할 수 있다. 이 경우에는 제1 내지 제3 도전형 영역(20, 30, 40)을 구성하는 반도체층을 증착 등의 다양한 방법에 의하여 형성할 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 도전형 도펀트는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층에 포함될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 반도체 기판(110)의 전면 및 후면 중 적어도 하나는 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(110)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(110)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달하는 광의 양을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 도면에서는 반도체 기판(110)의 전면 및 후면이 모두 텍스쳐링된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 및 후면 중 어느 하나가 텍스쳐링될 수 있다. 또한, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면이 텍스쳐링되지 않을 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
반도체 기판(110)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(110)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 도전형 영역(20) 위에 제1 패시베이션막(22)만 형성될 수도 있고, 제1 도전형 영역(20) 위에 반사 방지막(24)만 형성될 수도 있고, 또는 제1 도전형 영역(20) 위에 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 위치할 수도 있다. 도면에서는 제1 도전형 영역(20) 위에 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 형성되어, 반도체 기판(110)의 전면 쪽에 형성된 제1 도전형 영역(20)이 제1 패시베이션막(22)과 접촉 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 도전형 영역(20)이 반사 방지막(24)에 접촉 형성되는 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(110)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 여기서, 전체적으로 형성되었다 함은 물리적으로 완벽하게 모두 형성된 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 제외된 부분이 있는 경우를 포함한다.
제1 패시베이션막(22)은 반도체 기판(110) 또는 제1 도전형 영역(20)의 전면에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(110) 또는 제1 도전형 영역(20)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(110)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22)은 고정 음전하(negative fixed charge)를 충분하게 구비하여 p형의 도전형을 가질 수 있는 제1 도전형 영역(20)을 효과적으로 패시베이션할 수 있는 알루미늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
제1 전극(42)은 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 형성된 개구부(104)를 통하여(즉, 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여) 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(42)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 전극(42)의 형상에 대해서는 도 2를 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(110)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(110)의 후면 쪽에 형성된 제2 도전형 영역(30) 및 제3 도전형 영역(40) 위에 제2 패시베이션막(32)이 형성된다. 일 예로, 제2 패시베이션막(32)은 제2 전극(44)이 형성되지 않은 부분에 형성된 제3 도전형 영역(40)을 전체적으로 덮으면서 형성될 수 있다.
제2 패시베이션막(32)은 제2 전극(44)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(110)의 후면에 전체적으로 형성될 수 있다. 여기서, 전체적으로 형성되었다 함은 물리적으로 완벽하게 모두 형성된 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 제외된 부분이 있는 경우를 포함한다.
제2 패시베이션막(32)은 반도체 기판(110) 또는 제2 및 제3 도전형 영역(30, 40)에 접촉하여 형성되어 제2 및 제3 도전형 영역(30, 40)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다.
제2 패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 패시베이션막(32)은, 제2 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 패시베이션막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 제2 패시베이션막(32) 위에 다양한 막이 더 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(44)은 제2 패시베이션막(32)에 형성된 개구부(102)를 통하여(즉, 패시베이션막(32)을 관통하여) 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극(44)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제2 전극(44)의 형상에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다. 도 2에서는 반도체 기판(110)에 형성된 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 도시하였다. 도 2의 확대원에서는 반도체 기판(110)의 후면의 일부를 확대하여 도시하였다.
도 2를 참조하면, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 반도체 기판(110)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 버스바 전극(42b, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(42b, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a, 44a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a, 44a)의 폭보다 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일하거나 작은 폭을 가질 수 있다.
도면 및 상술한 설명에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 동일한 형상을 가지는 것을 예시로 하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 전극(42, 44)이 서로 다른 형상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 전극(42, 44)에서 핑거 전극(42a, 44a) 및 버스바 전극(42b, 44b)의 폭, 피치 등이 서로 다를 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 도 2에서 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상은 일례로 제시한 것에 불과하므로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 함께 참조하면, 단면 상으로 볼 때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)은 모두 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(104)가 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 또는, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(42b)은 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 위에 형성될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)은 모두 제2 패시베이션막(32)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(102)가 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 이때, 제2 도전형 영역(30)은, 제2 전극(42)의 핑거 전극(44a)에 대응하는 제1 부분(302)과, 버스바 전극(44b)에 대응하는 제2 부분(304)을 포함할 수 있다. 또는, 제1 전극(44)의 핑거 전극(44a)이 제2 패시베이션막(32)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(44b)은 제2 패시베이션막(32) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 제2 도전형 영역(30)이 핑거 전극(44a)에 대응하는 부분에서 형성되는 제1 부분(302)으로만 이루어질 수 있다.
그리고 제2 도전형 영역(30)을 제외한 부분에 제3 도전형 영역(40)이 형성될 수 있다. 즉, 제2 도전형 영역(30)이 제1 부분(302)과 제2 부분(304)을 포함하는 경우에는 제3 도전형 영역(40)이 제1 부분(302) 및 제2 부분(304)을 제외한 부분에 전체적으로 형성될 수 있다. , 제2 도전형 영역(30)이 제1 부분(302)을 포함하는 경우에는 제3 도전형 영역(40)이 제1 부분(302)을 제외한 부분에 전체적으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20) 사이에 형성된 pn 접합에서의 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자는 각기 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)로 이동한 후에 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다.
본 실시예에와 같이 반도체 기판(110)의 전면에 소정의 패턴을 가지는 제1 전극(42)이 형성되고 반도체 기판(110)의 후면에 소정의 패턴을 가지는 제2 전극(44)이 형성되는 양면 수광형(bi-facial) 구조의 태양 전지(100)에서는 태양 전지(100)의 전면 및 후면에서 입사되는 광을 모두 광전 변환에 이용할 수 있다. 이에 의하여 광의 사용량을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따르면 상술한 바와 같이 제3 도전형 영역(40)이 제2 도전형 영역(30)과 다른 도전형을 가지는 플로팅 영역으로 구성되어, 제2 도전형 영역(30)의 다수 캐리어를 반도체 기판(10)의 후면 쪽으로 쉽게 이동하도록 하고 제2 도전형 영역(30)의 소수 캐리어에 척력을 가하여 반도체 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하지 않도록 한다. 이에 의하여 반도체 기판(10)의 후면의 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 특히, 제2 도전형 영역(30)과 같이 이를 패시베이션하는 제2 패시베이션막(32)이 실리콘 질화물을 포함하여 전계 효과 패시베이션을 기대하기 힘든 경우에, 제2 도전형 영역(30)과 같은 쪽에 제2 도전형 영역(30)과 다른 도전형을 가지는 플로팅 영역인 제3 도전형 영역(40)을 형성하면 전계 효과 패시베이션에 의하여 패시베이션 특성을 크게 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시켜 효율을 향상할 수 있다.
이때, 후면 전계 영역을 구성하는 제2 도전형 영역(30)에 인접하도록 반도체 기판(10)의 후면에 제3 도전형 영역(40)을 형성하여 광전 변환에 직접 관여하는 pn 접합을 구성하는 제1 도전형 영역(20)의 면적과 무관하게 패시베이션 효과를 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제3 도전형 영역(40)을 제1 도전형 영역(20)과 반대되는 도전형을 가지며 반도체 기판(110)의 전면에서 전극(42, 44)이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 형성할 수 도 있다. 이 경우에는 pn 접합을 구성하는 제1 도전형 영역(20)의 면적을 크게 줄이지 않도록 제1 도전형 영역(20)의 면적을 제3 도전형 영역(40)의 면적보다 크게 할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 에미터 영역(20)이 제1 전극(24)과 인접하여(일례로, 접촉하여) 형성되는 제1 부분(20a)과, 적어도 제1 전극(24)이 위치하지 않는 영역에 형성되는 제2 부분(20b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(20a)은 제2 부분(20b)보다 높은 불순물 농도를 가져 제2 부분(20b)보다 작은 저항을 가지고, 제2 부분(20b)는 상대적으로 작은 불순물 농도를 가져 상대적으로 큰 저항을 가진다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광이 입사되는 제1 전극(24) 사이의 수광 영역에 대응하는 부분에 상대적으로 큰 저항을 가지는 제2 부분(20b)을 형성하여 얕은 에미터(shallow emitter)를 구현한다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이와 함께, 제1 전극(24)과 인접하는 부분에 상대적으로 작은 저항을 가지는 제1 부분(20a)을 형성하여 제1 전극(24)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 에미터 영역(20)은 선택적 구조(selective structure)를 가져 태양 전지(100)의 효율을 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제3 도전형 영역(40)의 도핑 농도가 제1 부분(20a)보다 작을 수 있고, 제3 도전형 영역(40)의 저항이 제1 부분(20a)의 저항보다 클 수 있다. 제1 부분(20a)은 제1 전극(42)과의 접촉 저항을 고려하여 상대적으로 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지도록 할 수 있다. 그리고 제3 도전형 영역(40)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있는 정도의 낮은 도핑 농도를 가지면 되고, 제1 및 제2 전극(42, 44)과 연결되지 않으므로 높은 저항을 가져도 무방하다.
제3 도전형 영역(40)의 도핑 농도는 제2 부분(20b)과 동일할 수도 있고, 제2 부분(20b)보다 작을 수도 있고, 제2 부분(20b)보다 클 수도 있다. 그리고 제3 도전형 영역(40)의 저항은 제2 부분(20b)과 동일할 수도 있고, 제2 부분(20b)보다 클 수도 있고, 제2 부분(20b)보다 작을 수도 있다. 즉, 제2 부분(20b)가 얕은 에미터를 구현할 수 있도록 제2 부분(20b)이 제3 도전형 영역(40)보다 작은 도핑 농도 및 큰 저항을 가질 수 있다. 또는, 제3 도전형 영역(30)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있을 정도로 제2 부분(20b)보다 낮은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가질 수 있다. 이와 같이 제2 부분(20b)과 제3 도전형 영역(40)의 도핑 농도 및 저항은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
그리고 제3 도전형 영역(40)의 두께가 제1 도전형 영역(20)의 두께보다 작을 수 있다. 제1 도전형 영역(20)은 pn 접합을 형성하는 에미터 영역이므로 pn 접합을 형성할 수 있는 충분한 두께로 형성되어야 하고, 제3 도전형 영역(40)은 전계 효과 패시베이션을 유도할 수 있는 정도로 작은 두께로 도핑되어도 무방하기 때문이다.
일 예로, 제1 부분(20a)의 두께 : 제3 도전형 영역(40)의 두께의 비율은 1:0.1 내지 1:0.8일 수 있다. 상술한 두께 비율이 1:0.1 미만이면, 제3 도전형 영역(40)의 두께가 작아서 제3 도전형 영역(40)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상술한 두께 비율이 1:0.8을 초과하면, 제3 도전형 영역(40)을 형성하기 위한 도핑 공정 중에 반도체 기판(110)이 손상되거나 반도체 기판(110)의 특성이 저하될 수 있다. 또는, 제1 부분(20a)의 두께가 작아 pn 접합이 안정적으로 형성되지 않을 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 두께 비율이 달라질 수도 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지
110: 반도체 기판
10: 베이스 영역
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
40: 제3 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
110: 반도체 기판
10: 베이스 영역
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
40: 제3 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
Claims (20)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되는 제1 도전형 영역;
상기 반도체 기판의 타면 쪽에 국부적으로 형성되는 제2 도전형 영역;
상기 반도체 기판의 타면 쪽에서 상기 제2 도전형 영역이 형성되지 않은 부분에 형성되는 제3 도전형 영역; 및
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하는 전극
을 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역이 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역이 상기 제2 도전형 영역과 반대되는 도전형을 가지는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 영역 및 상기 제3 도전형 영역이 제1 도전형을 가지고,
상기 제2 도전형 영역이 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 도전형 영역이 n형을 가지고,
상기 제3 도전형 영역이 p형을 가지고,
상기 제2 도전형 영역 및 상기 제3 도전형 영역 위에 형성되며 실리콘 질화물을 포함하는 패시베이션막을 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 영역 위에 형성되는 패시베이션막을 포함하고,
상기 패시베이션막이 알루미늄 산화물을 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역의 면적이 상기 제2 도전형 면적보다 큰 태양 전지. - 제7항에 있어서,
상기 제2 도전형 영역 : 상기 제3 도전형 영역의 면적 비율이 1: 2 내지 1:5인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역의 도핑 농도가 상기 제1 도전형 영역의 도핑 농도과 같거나 그보다 작은 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역의 두께가 상기 제1 도전형 영역의 두께와 같거나 그보다 작은 태양 전지. - 제10항에 있어서,
상기 제1 도전형 영역의 두께 : 상기 제3 도전형 영역의 두께 비율이 1:0.1 내지 1:0.8인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역의 두께가 상기 제2 도전형 영역의 두께보다 작은 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 도전형 영역이 상기 제2 전극에 인접하여 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극이 패턴을 가지면서 형성되어 상기 태양 전지가 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지. - 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역;
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하는 전극; 및
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성되는 제3 도전형 영역
을 포함하는 태양 전지. - 제15항에 있어서,
상기 제1 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 위치하고,
상기 제2 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 국부적으로 형성되고,
상기 제3 도전형 영역은 상기 반도체 기판의 타면 쪽에 상기 제2 도전형 영역이 형성되지 않은 부분에 형성되는 태양 전지. - 제15항에 있어서,
상기 제3 도전형 영역이 상기 제2 도전형 영역과 반대되는 도전형을 가지는 태양 전지. - 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되는 도전형 영역;
상기 도전형 영역에 연결되는 전극;
상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되고 상기 전극이 연결되지 않는 플로팅 영역으로 구성되는 도전형 영역; 및
상기 도전형 영역 및 상기 또 다른 도전형 영역을 덮으며 형성되는 패시베이션막
을 포함하는 태양 전지. - 제18항에 있어서,
상기 도전형 영역이 p형을 가지고,
상기 또 다른 도전형 영역이 n형을 가지며,
상기 패시베이션막이 실리콘 질화물을 포함하는 태양 전지. - 제19항에 있어서,
상기 반도체 기판이 베이스 영역을 포함하고,
상기 베이스 영역이 n형을 가지고,
상기 반도체 기판의 타면 쪽에 형성되는 p형의 에미터 영역과, 상기 에미터 영역을 덮으면서 고정 음전하를 가지는 산화물을 포함하는 또 다른 패시베이션막을 더 포함하는 태양 전지.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110072300A (ko) * | 2009-12-22 | 2011-06-29 | 주식회사 효성 | 플로팅 접합을 이용한 후면전극 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120077712A (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR101179365B1 (ko) * | 2010-12-31 | 2012-09-03 | 현대중공업 주식회사 | 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20130071698A (ko) * | 2011-12-21 | 2013-07-01 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110072300A (ko) * | 2009-12-22 | 2011-06-29 | 주식회사 효성 | 플로팅 접합을 이용한 후면전극 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120077712A (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR101179365B1 (ko) * | 2010-12-31 | 2012-09-03 | 현대중공업 주식회사 | 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20130071698A (ko) * | 2011-12-21 | 2013-07-01 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
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