KR20150100142A - 태양 전지 - Google Patents

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KR20150100142A
KR20150100142A KR1020140021556A KR20140021556A KR20150100142A KR 20150100142 A KR20150100142 A KR 20150100142A KR 1020140021556 A KR1020140021556 A KR 1020140021556A KR 20140021556 A KR20140021556 A KR 20140021556A KR 20150100142 A KR20150100142 A KR 20150100142A
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김보중
장대희
신태희
김민표
양혜영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극; 및 복수의 제1 전극에 접속되는 제1 보조 전극과 복수의 제2 전극에 접속되는 제2 보조 전극;을 포함하고, 복수의 제1, 2 전극과 제1, 2 보조 전극 각각은 제1 색상을 갖는 도전성 재질의 전극 접착제에 의해 서로 접속되며, 제1 전극과 제2 전극 사이 및 제1 보조 전극과 제2 보조 전극 사이에는 제1 색상과 다른 제2 색상을 갖는 절연층이 배치된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
특히, 태양전지의 효율을 높이기 위해 실리콘 기판의 수광면에 전극을 형성하지 않고, 실리콘 기판의 이면 만으로 n 전극 및 p 전극을 형성한 이면 전극 형 태양 전지 셀에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 이면 전극 형 태양전지 셀을 복수개 연결하여 전기적으로 접속하는 모듈화 기술도 진행되고 있다.
상기 모듈과 기술에는 복수 개의 태양전지 셀을 금속 인터커넥터로 전기적으로 연결하는 방법과, 미리 배선이 형성된 배선기판을 이용해 전기적으로 연결하는 방법이 대표적이다.
본 발명은 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극; 및 복수의 제1 전극에 접속되는 제1 보조 전극과 복수의 제2 전극에 접속되는 제2 보조 전극;을 포함하고, 복수의 제1, 2 전극과 제1, 2 보조 전극 각각은 제1 색상을 갖는 도전성 재질의 전극 접착제에 의해 서로 접속되며, 제1 전극과 제2 전극 사이 및 제1 보조 전극과 제2 보조 전극 사이에는 제1 색상과 다른 제2 색상을 갖는 절연층이 배치된다.
여기서, 전극 접착제의 제1 색상은 절연층의 제2 색상보다 어두울 수 있다.
일례로, 전극 접착제가 도전성 금속 입자와 제1 절연 수지를 포함하고, 절연층이 제2 절연 수지를 포함하는 경우, 제1 절연 수지의 색상은 제2 절연 수지의 색상과 다를 수 있다.
이를 위해, 제1, 2 절연 수지 각각은 색상 입자를 포함하고, 제1 절연 수지에 포함되는 색상 입자는 제2 절연 수지에 포함되는 색상 입자보다 어두울 수 있다.
이때, 제1 절연 수지와 제2 절연 수지에서 각 수지의 재질은 동일할 수 있다.
여기서, 제1 보조 전극 및 제2 보조 전극의 후면에는 반도체 기판과 낱개로 접속되는 절연성 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 절연성 부재는 투명할 수 있고, 일례로, 절연성 부재의 투명도는 80% 이상일 수 있다.
아울러, 제1 보조 전극은 제1 전극과 접속되는 복수 개의 제1 접속부와 일단이 복수 개의 제1 접속부의 끝단에 연결되는 제1 패드부를 포함하고, 제2 보조 전극은 제2 전극과 접속되는 복수 개의 제2 접속부와 일단이 복수 개의 제2 접속부의 끝단에 연결되는 제2 패드부를 포함할 수 있다.
이때, 전극 접착제는 복수의 제1 전극과 제1 접속부가 서로 중첩되는 영역 사이 또는 복수의 제2 전극과 제2 접속부가 중첩되는 영역 사이에 위치하고, 절연층은 제1 전극과 제2 전극 사이 또는 제1 접속부와 제2 접속부 사이에 위치할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지는 전극 접착제의 색상과 절연층의 색상을 서로 다르게 함으로써, 절연성 부재와 반도체 기판의 얼라인을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시한 태양 전지를 라인 2-2를 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 전극 부분을 확대 도시한 도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 설명한 태양 전지에서 각각 낱개로 접속될 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)의 전극 패턴에 관한 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4은 도 3에 도시된 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 서로 접속된 상태를 설명하기 위한 도이다.
도 5a는 도 4에서 5a-5a 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 5b는 도 4에서 5b-5b 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 5c는 도 4에서 5c-5c 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6b는 도 1 내지 도 5에 도시된 태양 전지를 형성하기 위해 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)을 서로 접속시키는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 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 부여하였다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 태양 전지의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 태양 전지의 반대면일 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 및 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 1은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2의 (a)는 도 1에 도시한 태양 전지를 라인 2-2를 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 전극 부분을 확대 도시한 도이다.
아울러, 도 3은 도 1 및 도 2에서 설명한 태양 전지에서 각각 낱개로 접속될 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)의 전극 패턴에 관한 일례를 설명하기 위한 도로서, 여기서, 도 3의 (a)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되는 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)의 패턴 일례 설명하기 위한 도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서 3(b)-3(b) 라인에 따른 단면도이고, 도 3의 (c)는 절연성 부재(200)의 전면에 배치되는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)의 패턴 일례을 설명하기 위한 도이고, 도 3의 (d)는 도 3의 (c)에서 3(d)-3(d) 라인에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반도체 기판(110), 반사 방지막(130), 에미터부(121), 후면 전계부(back surface field;BSF, 172), 복수의 제1 전극(C141), 복수의 제2 전극(C142), 제1 보조 전극(P141), 제2 보조 전극(P142), 및 절연성 부재(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)는 생략될 수도 있으며, 아울러, 반사 방지막(130)과 빛이 입사되는 반도체 기판(110) 사이에 위치하며, 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 높은 농도로 함유된 불순물부인 전면 전계부(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)가 포함된 것을 일례로 설명한다.
또한, 여기서 절연성 부재(200)는 최종 태양 전지 소자에서 제거될 수 있다. 즉, 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)를 접속시켜, 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)을 서로 접속시킨 이후, 절연성 부재(200)만 제거될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 절연성 부재(200)가 포함된 경우를 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 벌크형 반도체 기판(110)일 수 있다. 이와 같은 반도체 기판(110)은 실리콘 재질로 형성되는 웨이퍼에 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
반사 방지막(130)은 반도체 기판(110)의 입사면 상부에 위치하며, 한층 또는 복수 층으로 이루어질 수 있으며, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어질 수 있다. 아울러, 추가적으로 반도체 기판(110)의 전면에 전면 전계부 등이 더 형성되는 것도 가능하다.
에미터부(121)는 전면과 마주보고 있는 반도체 기판(110)의 후면 내에 서로 이격되어 위치하며, 서로 나란한 방향으로 뻗어 있다. 이와 같은 에미터부(121)는 복수 개일 수 있으며, 복수의 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입일 수 있다. 따라서, 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있다.
이와 같은 복수의 에미터부(121)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입인 p형의 불순물이 확산 공정을 통하여 고농도로 함유되어 형성될 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면 내부에 복수 개가 위치할 수 있으며, 복수의 에미터부(121)와 나란한 방향으로 이격되어 형성되며 복수의 에미터부(121)와 동일한 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 반도체 기판(110)의 후면에서 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 교대로 위치한다.
이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물(n++)을 포함할 수 있다. 이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물(n++)이 확산 또는 증착 공정을 통하여 고농도로 함유되어 형성될 수 있다.
복수의 제1 전극(C141)은 에미터부(121)와 각각 물리적 및 전기적으로 연결되어 에미터부(121)를 따라서 서로 이격되어 연장된다. 따라서, 에미터부(121)가 제1 방향(x)으로 연장된 경우, 제1 전극(C141)도 제1 방향(x)으로 연장될 수 있고, 에미터부(121)가 제2 방향(y)으로 연장된 경우, 제1 전극(C141)도 제2 방향(y)으로 연장될 수 있다.
또한, 복수의 제2 전극(C142)은 후면 전계부(172)를 통하여 반도체 기판(110)과 각각 물리적 및 전기적으로 연결되어 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 연장된다.
따라서, 후면 전계부(172)가 제1 방향(x)으로 연장된 경우, 제2 전극(C142)도 제1 방향(x)으로 연장될 수 있고, 후면 전계부(172)가 제2 방향(y)으로 연장된 경우, 제2 전극(C142)도 제2 방향(y)으로 연장될 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)의 후면 상에서 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 서로 물리적으로 이격되어, 전기적으로 격리되어 있다.
따라서, 에미터부(121) 상에 형성된 제1 전극(C141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집하고, 후면 전계부(172) 상에 형성된 제2 전극(C142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 전자를 수집할 수 있다.
제1 보조 전극(P141)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제1 패드부(PP141)를 포함하고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)는 복수의 제1 전극(C141)과 연결되며, 제1 패드부(PP141)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 접속부(PC141)의 끝단에 연결되며, 타단이 인터커넥터(미도시)와 접속될 수 있다.
이와 같은 제1 접속부(PC141)는 복수 개로 형성되어 각각이 복수 개의 제1 전극(C141)에 접속될 수도 있고, 이와 다르게 하나의 통 전극으로 형성되어, 하나의 통 전극에 복수 개의 제1 전극(C141)이 접속될 수도 있다.
아울러, 제1 접속부(PC141)가 복수 개로 형성된 경우, 제1 접속부(PC141)는 복수의 제1 전극(C141)과 동일한 방향으로 형성될 수도 있고, 교차하는 방향으로 형성될 수도 있다. 이때, 이와 같은 제1 접속부(PC141)는 제1 전극(C141)과 중첩되는 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 보조 전극(P142)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)와 제2 패드부(PP142)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)는 복수의 제2 전극(C142)과 연결되며, 제2 패드부(PP142)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일단이 제2 접속부(PC142)의 끝단에 연결되며, 타단이 인터커넥터(미도시)와 접속될 수 있다.
이와 같은 제2 접속부(PC142)도 도시된 바와 같이, 복수 개로 형성되어 각각이 복수 개의 제2 전극(C142)에 접속될 수도 있고, 그러나 도시된 바와 다르게 하나의 통 전극으로 형성되어, 하나의 통 전극에 복수 개의 제2 전극(C142)이 접속될 수도 있다.
여기서, 제2 접속부(PC142)가 복수 개로 형성된 경우, 제2 접속부(PC142)는 복수의 제2 전극(C142)과 동일한 방향으로 형성될 수도 있고, 교차하는 방향으로 형성될 수도 있다. 이때, 제2 접속부(PC142)는 제2 전극(C142)과 중첩되는 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)의 재질은 Cu, Au, Ag, Al 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 도 1 및 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 보조 전극(P141)은 도전성 재질의 전극 접착제(ECA)를 통하여 제1 전극(C141)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 보조 전극(P142)은 도전성 재질의 전극 접착제(ECA)를 통하여 제2 전극(C142)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이 및 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142) 사이에는 단락을 방지하는 절연층(IL)이 위치할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 태양 전지의 전극 접착제(ECA)는 도전성 재질이면 충분하고, 일례로, 고상 솔더나 도전성 패이스트(conductive paste) 등이 이용되어 형성될 수 있다.
일례로, 전극 접착제(ECA)로 도전성 패이스트가 이용되는 경우, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 전극 접착제(ECA)는 복수의 도전성 금속 입자(ECA-CP)와 절연성 재질의 제1 절연 수지(ECA-I1)를 포함할 수 있다.
여기서, 전극 접착제(ECA)에 포함되는 도전성 금속 입자(ECA-CP)와 제1 절연 수지(ECA-I1)은 복수의 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141) 사이 및 복수의 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142) 사이에 위치하며, 복수의 도전성 금속 입자(ECA-CP)는 서로 전기적으로 연결되거나 직접 접촉되어 제1 보조 전극(P141)을 제1 전극(C141)에 전기적으로 접속시키고, 제2 보조 전극(P142)을 제2 전극(C142)에 전기적으로 접속시킬 수 있고, 제1 절연 수지(ECA-I1)은 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 사이의 접착력을 강화시킬 수 있다.
여기서, 도전성 금속 입자(ECA-CP)는 전도성 재질의 금속이면 어떠한 재질이라도 무관하며, 일례로, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al)과 같은 금속 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 도전성 금속 입자(ECA-CP)의 직경은 적어도 제1, 2 전극(C141, C142) 및 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 폭보다 작을 수 있으며, 일례로, 0.1㎛ ~ 15㎛ 사이일 수 있다.
아울러, 절연층(IL)은 제2 절연 수지(I2)를 포함할 수 있으며, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이 및 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142) 사이에 위치하여, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이 및 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142) 사이의 단락을 방지하는 한편, 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 전극 접착제(ECA)의 제1 절연 수지(ECA-I1) 및 절연층(IL)의 제2 절연 수지(I2) 각각은 에폭시 계열의 수지, 아크릴 계열의 수지, 실리콘 계열의 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양 전지에서 전극 접착제(ECA)와 절연층(IL)의 색상은 서로 다를 수 있다.
즉, 전극 접착제(ECA)는 제1 색상을 가지고, 절연층(IL)은 제1 색상과 다른 제2 색상을 가질 수 있다. 일례로, 전극 접착제(ECA)의 제1 색상은 절연층(IL)의 제2 색상보다 어두울 수 있다. 즉, 전극 접착제(ECA)의 제1 색상이 검은색에 가까운 회색인 경우, 절연층(IL)의 제2 색상은 밝은 톤의 흰색일 수 있다.
보다 구체적 일례로, 전극 접착제(ECA)가 고상 솔더를 이용하여 형성된 경우, 고상 솔더의 색상은 검은색에 가까운 회색일 수 있으며, 절연층(IL)의 색상은 흰색일 수 있다. 이와 같은 전극 접착제(ECA)의 색상은 고상 솔더 특유의 색상으로 인하여 나타날 수 있으며, 절연층(IL)의 색상은 제2 절연 수지(I2) 내에 흰색 형광체를 더 포함시켜 표현될 수 있다.
아울러, 전극 접착제(ECA)가 복수의 도전성 금속 입자(ECA-CP)와 절연성 재질의 제1 절연 수지(ECA-I1)를 포함하는 도전성 패이스트(conductive paste)로 형성된 경우, 제1 절연 수지(ECA-I1)의 색상은 제2 절연 수지(I2)의 색상과 다를 수 있다.
구체적으로, 제1, 2 절연 수지(ECA-I1, I2) 각각은 형광체 같은 색상 입자를 포함하고, 제1 절연 수지(ECA-I1)에 포함되는 색상 입자는 제2 절연 수지(I2)에 포함되는 색상 입자보다 어두울 수 있다. 일례로, 제1 절연 수지(ECA-I1)는 검은색에 가까운 형광체 색상 입자를 포함하고, 제2 절연 수지(I2)는 흰색 형광체 색상 입자를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전극 접착제(ECA)의 제1 색상과 절연층(IL)의 제2 색상은 서로 달라, 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)를 접속시킬 때에, 서로 다른 색상을 가지는 전극 접착제(ECA)와 절연층(IL)을 얼라인 키(align key)로 활용할 수 있다.
또한, 절연층(IL)의 제2 절연 수지(I2)에 포함되는 흰색 형광체 색상 입자는 반도체 기판(110)을 투과하여 제1, 2 전극(C141, C142) 사이로 입사되는 빛을 반사하여 다시 반도체 기판(110)으로 입사되도록 하는 기능을 할 수 있다.
아울러, 전극 접착제(ECA)에 포함되는 제1 절연 수지(ECA-I1)과 절연층(IL)에 포함되는 제2 절연 수지(I2)는 동일한 수지 재질을 포함하거나 서로 다른 수지 재질을 포함할 수 있다. 그러나 전극 접착제(ECA)에 포함되는 제1 절연 수지(ECA-I1)과 절연층(IL)이 서로 동일한 수지 재질을 포함하는 경우, 얼라인 측면에서 보다 더 유리할 수 있다.
이는 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)를 부착할 때에, 전극 접착제(ECA)의 제1 절연 수지(ECA-I1)와 절연층(IL)의 제2 절연 수지(I2)가 서로 동일한 경우, 전극 접착제(ECA)에 포함되는 제1 절연 수지(ECA-I1)의 녹는점과 제2 절연 수지(I2)의 녹는점이 서로 동일하고, 아울러 열팽창 계수가 동일할 수 있다.
이에 따라, 제1 절연 수지(ECA-I1)과 제2 절연 수지(I2)의 열팽창률 및 열수축률이 동일하여, 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141) 사이의 얼라인 및 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142) 사이의 얼라인을 맞추는데 보다 유리할 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)를 부착할 때에, 제1 절연 수지(ECA-I1)과 절연층(IL)의 수지 재질이 서로 동일한 경우, 각 수지 재질 사이에 화학적 반응을 보다 줄일 수 있어, 기포 발생과 같은 현상을 보다 감소시킬 수 있다.
아울러, 도 1 및 도 2에서는 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141)의 제1 접속부(PC141)가 서로 중첩되고, 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)의 제2 접속부(PC142)가 중첩되는 경우만 도시하고 있으나, 이와 다르게 제1 전극(C141)과 제2 접속부(PC142)가 서로 중첩될 수 있고, 제2 전극(C142)과 제1 접속부(PC141)가 서로 중첩될 수도 있다. 이와 같은 경우, 제1 전극(C141)과 제2 접속부(PC142) 사이 및 제2 전극(C142)과 제1 접속부(PC141) 사이에는 단락을 방지하기 위하여 절연층(IL)이 위치할 수 있다.
절연성 부재(200)는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)의 후면에 배치될 수 있다.
이와 같은 절연성 부재(200)의 재질은 절연성 재질이면 특별한 제한이 없으나, 상대적으로 녹는점이 전극 접착제(ECA)보다 높은 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로 일례로, 고온에 대해 내열성 있는 polyimide, epoxy-glass, polyester, BT(bismaleimide triazine) 레진 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
이와 같은 절연성 부재(200)는 유연한(flexible) 필름 형태로 형성되거나 유연하지 않고 단단한 플레이트(plate) 형태로 형성될 수 있다.
아울러, 이와 같은 절연성 부재(200)는 광투과성의 투명한 재질일 수 있다. 보다 구체적으로 절연성 부재(200)의 투명도는 80% 이상일 수 있다.
이와 같이, 절연성 부재(200)를 투명하게 하는 것은 절연성 부재(200)를 반도체 기판(110)의 후면에 접속할 때에, 얼라인을 정확하게 맞추기 위함이다.
즉, 절연성 부재(200)가 투명한 경우, 얼라인을 맞추기 위한 관찰 장비인 비젼 카메라(vision camera)로 절연성 부재(200)를 통하여 제1, 2 전극(C141, C142)을 육안으로 확인하면서 정확하게 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 위치를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 절연성 부재(200)가 투명한 경우, 절연성 부재(200)가 반도체 기판(110)의 후면에 접속된 이후, 투명한 절연성 부재(200)를 통하여 각각의 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 각각의 제1, 2 전극(C141, C142)에 정확하게 접속되었는지, 육안으로 관찰할 수 있다.
이에 따라 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 접속된 태양 전지 개별 소자의 얼라인 여부를 보다 용이하고 정확하게 관찰할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지는 절연성 부재(200)의 전면에 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 미리 형성되고, 반도체 기판(110)의 후면에 복수의 제1 전극(C141) 및 복수의 제2 전극(C142)이 미리 형성된 상태에서, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)이 각각 낱개로 접속되어 하나의 개별 소자로 형성될 수 있다.
이때, 절연성 부재(200)는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)을 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)에 접착시킬 때에, 공정을 보다 용이하게 도와주는 역할을 한다.
즉, 반도체 제조 공정으로 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)이 형성된 반도체 기판(110)의 후면에 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 형성된 절연성 부재(200)의 전면을 부착시켜 접속시킬 때에, 절연성 부재(200)는 얼라인 공정이나 접착 공정을 보다 용이하게 도와줄 수 있다.
지금까지는 반도체 기판(110)이 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이고, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 확산 공정을 통하여 형성된 경우를 예로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게 비정질 실리콘 재질로 형성된 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 결정질 반도체 기판(110)과 접합하는 이종 접합 태양 전지나, 에미터부(121)가 반도체 기판(110)의 전면에 위치하고, 반도체 기판(110)에 형성된 복수의 비아홀을 통해 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 연결되는 구조의 태양 전지에서도 본 발명이 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지는 인터커넥터(미도시)에 의해 서로 인접하는 태양 전지를 연결할 수 있으며, 이에 따라 복수 개의 태양 전지가 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 이와 같은 구조에서, 반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 패턴과, 절연성 부재(200)의 전면에 형성되는 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)의 패턴에 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 하나의 반도체 기판(110)의 후면에 도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같은 하나의 절연성 부재(200)의 전면이 부착되어 접속됨으로써, 본 발명에 따른 태양 전지는 하나의 일체형 개별 소자를 형성할 수 있다. 즉, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)은 1:1로 결합 또는 부착될 수 있다.
이때, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 도 1 및 도 2에서 설명한 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에는 복수 개의 제1 전극(C141)과 복수 개의 제2 전극(C142)이 서로 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있다.
아울러, 도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재(200)의 전면에는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 형성될 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 제1 보조 전극(P141)은 제1 접속부(PC141)와 제1 패드부(PP141)를 포함하고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)는 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제1 패드부(PP141)는 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 일단이 제1 접속부(PC141)의 끝단에 연결되며, 타단은 인터커넥터(미도시)에 접속될 수 있다.
아울러, 제2 보조 전극(P142)도 제2 접속부(PC142)와 제2 패드부(PP142)를 포함하고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)는 제1 접속부(PC141)와 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제2 패드부(PP142)는 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 일단이 제2 접속부(PC142)의 끝단에 연결되며, 타단은 인터커넥터(미도시)에 접속될 수 있다.
여기서, 제1 접속부(PC141)와 제2 패드부(PP142)는 서로 이격되고, 제2 접속부(PC142)와 제1 패드부(PP141)도 서로 이격될 수 있다.
따라서, 절연성 부재(200)의 전면에서, 제1 방향(x)의 양끝단 중 일단에는 제1 패드부(PP141)가 형성되고, 타단에는 제2 패드부(PP142)가 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지는 하나의 반도체 기판(110)에 하나의 절연성 부재(200)만 결합되어, 하나의 일체형 개별 소자를 형성함으로써, 태양 전지 모듈 제조 공정을 보다 용이하게 할 수 있으며, 태양 전지 모듈 제조 공정 중에 어느 하나의 태양 전지에 포함된 반도체 기판(110)이 파손되거나 결함이 발생하더라도 하나의 일체형 개별 소자로 형성되는 해당 태양 전지만 교체할 수 있고, 공정 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 이와 같이, 하나의 일체형 개별 소자로 형성되는 태양 전지는 제조 공정시 반도체 기판(110)에 가해지는 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
여기서, 절연성 부재(200)의 면적을 반도체 기판(110)의 면적과 동일하거나 크게 함으로써, 태양 전지와 태양 전지를 서로 연결할 때에, 절연성 부재(200)의 전면에 인터커넥터(미도시)가 부착될 수 있는 영역을 충분히 확보할 수 있다. 이를 위해, 절연성 부재(200)의 면적은 반도체 기판(110)의 면적보다 클 수 있다.
이를 위해, 절연성 부재(200)의 제1 방향(x)으로의 길이를 반도체 기판(110)의 제1 방향(x)으로의 길이보다 길게 할 수 있다.
이와 같은 반도체 기판(110)의 후면과 절연성 부재(200)의 전면은 서로 부착되어, 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141)이 서로 연결되고, 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)이 서로 연결될 수 있다.
도 4은 도 3에 도시된 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 서로 접속된 상태를 설명하기 위한 도이고, 도 5a는 도 4에서 5a-5a 라인의 단면을 도시한 것이고, 도 5b는 도 4에서 5b-5b 라인의 단면을 도시한 것이고, 도 5c는 도 4에서 5c-5c 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 반도체 기판(110)이 하나의 절연성 부재(200)에 완전히 중첩되어 하나의 태양 전지 개별 소자가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 절연성 부재(200)의 전면에 형성된 제1 접속부(PC141)는 서로 중첩되며, 전극 접착제(ECA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제2 전극(C142)과 절연성 부재(200)의 전면에 형성된 제2 접속부(PC142)도 서로 중첩되며, 전극 접착제(ECA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이의 서로 이격된 공간에는 절연층(IL)이 채워질 수 있고, 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있다.
아울러, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)와 제1 패드부(PP141) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있으며, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제2 패드부(PP142) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있다.
아울러, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 반도체 기판(110)과 중첩되는 제1 영역(PP141-S1, PP142-S1)과, 반도체 기판(110)과 중첩되지 않는 노출 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 인터커넥터(미도시)와 연결될 수 있는 공간을 확보하기 위하여 마련된 제1 패드부(PP141)의 노출 영역(PP141-S2) 및 제2 패드부(PP142)의 노출 영역(PP142-S2)에 인터커넥터(미도시)가 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 노출 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 구비함으로써, 인터커넥터(미도시)를 보다 용이하게 연결할 수 있으며, 아울러, 인터커넥터(미도시)를 연결할 때에, 반도체 기판(110)에 대한 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
아울러, 전술한 바와 같이, 복수의 태양 전지를 연결하기 위해 이와 같은 제1 패드부(PP141) 또는 제2 패드부(PP142)에 인터커넥터(미도시)가 접속될 수 있다.
지금까지는 반도체 기판(110)에 형성된 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)이 절연성 부재(200)에 형성된 제1 접속부(PC141) 및 제2 접속부(PC142)와 나란한 방향으로 중첩되어 연결되는 경우에 대해 설명하였으나, 이와 다르게, 반도체 기판(110)에 형성된 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)이 절연성 부재(200)에 형성된 제1 접속부(PC141) 및 제2 접속부(PC142)와 교차하는 방향으로 중첩되어 접속할 수도 있다.
또한, 도시된 바와 다르게 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142)가 복수 개로 형성되지 않고, 하나의 통전극으로 형성될 수 있으며, 하나의 통전극에는 복수 개의 제1 전극(C141) 또는 제2 전극(C142)이 접속될 수 있다.
지금까지는 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142)가 각각 하나로만 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142)가 각각 복수 개로 형성될 수도 있다. 복수 개로 형성된 제1 패드부(PP141) 또는 제2 패드부(PP142) 각각에 복수 개의 제1 접속부(PC141) 또는 복수 개의 제2 접속부(PC142)가 연결될 수도 있다.
아울러, 도 1 내지 도 5c에서는 본 발명에 따른 태양 전지에서 절연성 부재(200)가 구비된 경우를 일례로 도시하고 설명하였으나, 이와 다르게, 절연성 부재(200)는 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)가 접속되어, 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 서로 접속된 이후 제거될 수 있고, 이와 같이, 절연성 부재(200)가 제거된 상태에서 인터커넥터(미도시)가 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 같이 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)에 접속될 수 있다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지의 구조에 대해서만 설명하였으나, 이하에서는 전술한 전극 접착제(ECA)와 절연층(IL)을 이용하여 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)를 서로 접속시키는 방법에 대해서 설명한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 1 내지 도 5에 도시된 태양 전지를 형성하기 위해 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)을 서로 접속시키는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)이 후면에 서로 이격되어 형성된 반도체 기판(110)을 준비하여, 각각의 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 위에는 복수의 도전성 금속 입자(ECA-CP)와 제1 절연 수지(ECA-I1)을 포함하는 전극 접착제 패이스트(ECAP)를 도포할 수 있다.
아울러, 제2 절연 수지(I2)를 포함하는 절연층 패이스트(ILP)를 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이로 노출되는 반도체 기판(110)의 후면 위에 도포할 수 있다.
이때, 반도체 기판(110)의 후면 위에 도포되는 절연층 패이스트(ILP)의 도포 높이를 전극 접착제 패이스트(ECAP)의 도포 높이보다 높게 할 수 있다.
이때, 전극 접착제 패이스트(ECAP)의 색상과 절연층 패이스트(ILP)의 색상은 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 절연 수지(ECA-I1)와 제2 절연 수지(I2)는 전술한 바와 같이 서로 다른 색상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 절연 수지(ECA-I1)는 일례로, 검은색일 수 있으며, 제2 절연 수지(I2)는 일례로 흰색일 수 있다.
이에 따라, 각각의 제1, 2 전극(C141, C142) 위에 도포된 전극 접착제 패이스트(ECAP)는 검은색, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이에 도포된 절연층 패이스트(ILP)는 흰색으로 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다.
이후, 도 6b의 (a)에 도시된 바와 같이, 절연성 부재(200)에 서로 이격되어 형성된 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 각각이 반도체 기판(110)의 제1, 2 전극(C141, C142) 각각에 서로 얼라인 되도록 화살표 방향으로 배치할 수 있다. 이때, 절연성 부재(200)는 전술한 바와 같이 투명할 수 있다.
이에 따라, 절연성 부재(200)를 반도체 기판(110)의 후면에 얼라인 하는 과정에서, 얼라인을 맞추기 위한 관찰 장비인 비젼 카메라(VC)로 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 정확하게 얼라인이 되었는지 확인할 수 있다.
즉, 비전 카메라를 투명한 절연성 부재(200)의 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 사이에 위치시킨 상태에서 얼라인 과정을 수행할 수 있다.
따라서, 절연성 부재(200)가 반도체 기판(110)과 가까워지면, 절연성 부재(200)의 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 사이에 전극 접착제 패이스트(ECAP)가 위치하는지, 절연층 패이스트(ILP)가 위치하는지 관찰할 수 있다.
이때, 일례로, 도 6b의 (b)와 같이, 만약, 비젼 카메라(VC)로 보이는 관찰 연역(VA)에서 흰색의 절연층 패이스트(ILP)가 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 사이로 보이면 얼라인이 올바른 것을 알 수 있고, 만약 이와 다르게 검은색의 전극 접착제 패이스트(ECAP)가 제1, 2 보조 전극(P141, P142) 사이로 보이면 얼라인이 잘못된 것을 알 수 있다.
따라서, 도 6b의 (b)와 같이 얼라인이 올바른 상태에서 도 6b의 (a)에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 절연성 부재(200)를 반도체 기판(110)의 후면 위에 위치시킨 상태에서 적절한 열과 압력을 가함으로써, 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)를 접속시킬 수 있다.
이와 같은 접속 공정에서의 열과 압력에 의해 전극 접착제 패이스트(ECAP)와 절연층 패이스트(ILP)가 경화되어 도 1 내지 도 5에서 전술한 바와 같이, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110) 사이에 전극 접착제(ECA)와 절연층(IL)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 절연성 부재(200)를 반도체 기판(110)의 후면에 접속할 수 있고, 이에 따라 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141), 및 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)은 전극 접착제(ECA)에 의해 서로 접속되고, 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)은 절연층(IL)에 의해 서로 절연될 수 있다.
여기서, 전극 접착제 패이스트(ECAP)에 포함되는 제1 절연 수지(ECA-I1)의 재질과 절연층(IL)의 제2 절연 수지(I2)은 서로 동일할 수 있다. 따라서, 열처리 공정 중에 제1 절연 수지(ECA-I1)의 열팽창률과 제2 절연 수지(I2)의 열팽창률을 서로 동일하게 할 수 있고, 이에 따라, 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141) 사이의 얼라인 및 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142) 사이의 얼라인을 보다 정확하게 맞출 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)의 접속 방법은 동일한 수지 재질을 포함하는 전극 접착제 패이스트(ECAP)와 절연층 패이스트(ILP)를 이용함으로써, 한번의 열처리 공정으로 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)를 서로 접속시킬 수 있다.
이와 같이, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)이 각각 낱개로 접속된 이후, 투명한 절연성 부재(200)의 후면을 통해, 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141) 및 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)이 올바르게 얼라인되었는지 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지는 전극 접착제(ECA)의 색상과 절연층(IL)의 색상을 서로 다르게 함으로써, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)의 얼라인을 보다 용이하게 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극; 및
    상기 복수의 제1 전극에 접속되는 제1 보조 전극과 상기 복수의 제2 전극에 접속되는 제2 보조 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제1, 2 전극과 상기 제1, 2 보조 전극 각각은 제1 색상을 갖는 도전성 재질의 전극 접착제에 의해 서로 접속되며, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제1 보조 전극과 상기 제2 보조 전극 사이에는 상기 제1 색상과 다른 제2 색상을 갖는 절연층이 배치되는 태양 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전극 및 상기 제2 보조 전극의 후면에는 상기 반도체 기판과 낱개로 접속되는 절연성 부재;를 더 포함하는 태양 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 접착제의 제1 색상은 상기 절연층의 제2 색상보다 어두운 태양 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전극 접착제는 도전성 금속 입자와 제1 절연 수지를 포함하고, 상기 절연층은 제2 절연 수지를 포함하는 태양 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 절연 수지의 색상은 상기 제2 절연 수지의 색상과 다른 태양 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1, 2 절연 수지 각각은 색상 입자를 포함하고,
    상기 제1 절연 수지에 포함되는 색상 입자는 상기 제2 절연 수지에 포함되는 색상 입자보다 어두운 태양 전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 절연 수지와 상기 제2 절연 수지에서 각 수지의 재질은 동일한 태양 전지.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 절연성 부재는 투명한 태양 전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 절연성 부재의 투명도는 80% 이상인 태양 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전극은
    상기 제1 전극과 접속되는 복수 개의 제1 접속부와
    일단이 상기 복수 개의 제1 접속부의 끝단에 연결되는 제1 패드부를 포함하고,
    상기 제2 보조 전극은
    상기 제2 전극과 접속되는 복수 개의 제2 접속부와
    일단이 상기 복수 개의 제2 접속부의 끝단에 연결되는 제2 패드부를 포함하는 태양 전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전극 접착제는 상기 복수의 제1 전극과 상기 제1 접속부가 서로 중첩되는 영역 사이 또는 상기 복수의 제2 전극과 상기 제2 접속부가 중첩되는 영역 사이에 위치하는 태양 전지.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이 또는 상기 제1 접속부와 상기 제2 접속부 사이에 위치하는 태양 전지.
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