KR20160134814A - 태양 전지의 후면에 전도성 고분자/Si 계면 - Google Patents

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잔 슈미트
디미트리 지엘케
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인스티투트 퓌어 솔라에네르기포르슝 게엠베하
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Abstract

본 발명은 p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판 (2)을 포함하는 태양 전지 (1)에 관한 것으로, 여기서 상기 기판 (2)은:
- 표면이 적어도 하나의 패시베이션층 (3)으로 적어도 부분적으로 피복된 전면 (2a); 및
- 후면 (2b)을 포함하고,
여기서,
- 상기 기판 (2)의 후면 (2b)은 충분한 두께를 갖는 패시베이션층 (4)으로 적어도 부분적으로 피복되어 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 하며, 및
- 상기 기판 (2)의 후면 (2b) 상에 패시베이션층 (4)은 전도성 고분자층 (5)으로 적어도 부분적으로 피복된다.
본 발명은 또한 태양 전지의 제조공정, 이 공정에 의해 얻을 수 있는 태양 전지 및 태양광 모듈에 관한 것이다.

Description

태양 전지의 후면에 전도성 고분자/Si 계면 {Conductive Polymer/Si Interfaces At The Backside of Solar Cells}
본 발명은 태양 전지, 태양 전지의 제조공정, 이 공정에 의해 얻을 수 있는 태양 전지 및 태양광 모듈 (solar module)에 관한 것이다.
태양 전지는 광기전력 효과 (photovoltaic effect)를 사용하여 빛의 에너지를 전기로 전환하는 장치이다. 태양열 발전 (Solar power)은 지속가능하고, 오염 부산물 없이 생산되기 때문에 친환경 에너지원이다. 따라서, 많은 연구는 최근까지 연속적으로 재료 및 제작 비용을 낮추면서 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 개발하는데 전념을 하고 있다. 빛이 태양 전지를 타격하는 경우, 입사 광의 일부 (fraction)는 표면에 의해 반사되고 나머지는 상기 태양 전지에 투과된다. 투과된 광자는, 종종 적절하게 도핑된 실리콘과 같은, 반도체 물질로 일반적으로 구성된, 태양 전지에 의해 흡수된다. 흡수된 광자 에너지는 상기 반도체 물질의 전자를 여기시켜, 전자-정공 쌍을 발생시킨다. 이들 전자-정공 쌍은 그 다음 p-n 접합에 의해 분리되고, 상기 태양 전지 표면상에 전도성 전극에 의해 수집된다.
태양 전지는 아주 흔하게, 종종 Si 웨이퍼의 형태의, 실리콘에 기초한다. 여기서, p-n 접합은 보통, n-형 도핑된 Si 기판을 제공하고 일 면에 n-형 도핑된 층을 적용시키거나 또는 p-타입 도핑된 Si 기판을 제공하고 일 면에 n-형 도핑된 층을 적용시켜 제조되며, 두 경우 모두 소위 p-n 접합을 제공한다. n-형 및 p-형 태양 전지 모두는 가능하고, 산업적으로 개발되어 왔다.
태양 전지에서 고효율을 달성하기 위해서, 태양 전지에서 재결합 손실 (recombination losses)을 최소화할 필요가 있다. 여기서, 차이 (distinction)는 (i) 결정질 실리콘 웨이퍼에서 재결합, (ii) SiO2, SiNx 또는 Al2O3와 같은 유전체 층으로 패시베이션될 (passivated) 수 있는 태양 전지의 비-금속 표면에서 재결합, 및 (iii) 태양 전지의 금속-반도체 접합에서 재결합 사이에서 만들어져야 한다.
Si 태양 전지의 금속 표면에서 높은 재결합은, SiO2, SiNx 또는 Al2O3와 같은 유전체 층으로 금속화되지 않는 구역의 패시베이션이 점점 더 태양 전지의 생산에 이르므로, 재결합의 총 손실을 더욱더 좌우할 것이다. 태양 전지 효율 (약 25%)의 기술적으로 실현 가능한 한도에 접근하기 위하여, 접촉 저항 (contact resistance)이 받아드릴 수 없는 정도로 증가되지 않는 것을 피하면서, 태양 전지의 금속/반도체 계면에서 재결합을 효율적으로 감소시키는 것은 필수적이다.
과거 수년 동안, 비정질 실리콘 (a-Si)과 이형 접합 (heterojunctions)은 금속/반도체 계면에서 재결합을 감소시키는 효율적인 방식인 것을 입증하였다. a-Si 층의 증착은 일반적으로 p-형 층 [a-Si　(p)]의 증착을 위해 실란, 수소 및 디보란 (diborane) 또는 n-형 층 [a-Si　(n)]의 증착을 위해 포스핀 (phosphine)을 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 ("플라즈마 강화 화학 기상 증착", PECVD)에 의하여 영향받는다. a-Si/c-Si-이형 접합 기술에 의하여 요구된 생산량을 달성하기 위해, 상대적으로 얇은 a-Si 층은 PECVD에 의하여 증착되어, 불충분한 수평적인 전도도 (lateral conductivity)를 결과한다. 층 저항 (layer resistance)을 감소시키기 위해, 인듐 주석 산화물 (ITO) 층과 같은 투명 전도성 층은, a-Si 층 상에 증착된다. a-Si/c-Si-이형 접합의 고효율 가능성을 고려하여, 이 태양 전지 기술은 많은 전문가에 의해 23% 이상의 효율을 갖는 차세대의 산업용 태양 전지에 대한 현실적인 선택인 것으로 고려된다.
그러나, 이 접근법에서 단점은, ITO-층이 시트 저항을 감소시키기 위해 증착되어야 함에 따라, 재료 비용이 상당히 높고, 태양 전지에서 인듐과 같은 희금속 (rare metals)의 사용이 일반적으로, 특히 장기적으로, 문제가 많다는 사실을 보아야 한다.
더군다나, 포스핀 또는 디보란과 같은 가스는, a-Si 층의 도핑을 위해 사용되고, 이들 가스는 극도로 위험한 독성 가스인 것으로 알려져 있고 공포의 대상이다.
태양 전지의 금속/반도체 계면에서 재결합을 감소시키는 또 다른 접근법은 Si/유기 이형 접합의 사용이다. n-형 결정질 실리콘 베이스 및 유기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) : 폴리(스티렌설포네이트) (PEDOT　:　PSS) 정공-전도성 에미터층 (hole-conducting emitter layer)으로 구성된 유기-실리콘 하이브리드 태양 전지는, 유기 태양 전지의 잠재적으로 낮은 제작 비용과 결정질 실리콘 태양 전지의 높은 에너지 전환 효율을 조합하기 위한 유일한 가능성을 제공한다. Schmidt 등은 ("유기-실리콘 이형 접합 태양 전지: 개방-회로 전압 전위 및 안정성"; Appl. Phys. Lett. 103, 183901 (2013)), 실리콘 웨이퍼 상에 비접촉식 캐리어 수명 측정 (carrier lifetime measurements)의 수단에 의한 결정질 실리콘 (c-Si)/(PEDOT　:　PSS) 접합의 전자 특성을 특징으로 하고, 상기 (c-Si)/(PEDOT　:　PSS) 접합이 텍스쳐된 전면 (textured front side)에 위치된 태양 전지를 제작한다.
그러나, Schmidt 등에 의해 개시된 접근법 (즉, 실리콘 태양 전지의 전면 상에 PEDOT　:　PSS의 적용)은 몇 가지 단점을 특징으로 한다. 먼저, 태양 전지 전면 상 PEDOT　:　PSS-층은, 이 전지 타입의 단락 전류 (short-circuit current)를 제한하는, 강한 기생적 흡수 (parasitic absorption)를 특징으로 한다. 게다가, PEDOT　:　PSS-층의 굴절률은, PEDOT　:　PSS 층이 (예를 들어, SiNx에 기초한 반사-방지층과 비교하여) 우수한 반사-방지층으로 제공될 수 없도록, 최적이 아니다. 또한, PEDOT　:　PSS 층의 접촉 저항은 비교적 높고, 눅눅한 공기 및 UV-복사에 대하여 Schmidt 등에 개시된 태양 전지의 안정성은 불충분하다.
본 발명은 일반적으로 태양 전지에 연관된 최신 기술에서 마주치는 문제점 중 적어도 하나를 극복하려는 목적에 기초한다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 금속/반도체 계면에서 재결합을 통한 손실이 감소되고, 간단한 방법으로 생산될 수 있는 고효율을 갖는 태양 전지를 제공하는 목적에 더욱 기초한다. 상기 목적을 위해 제조되어 왔던 종래의 기술에서 알려진 태양 전지와 비교하여, 본 발명에 따른 태양 전지는 습한 대기에서 저장된 경우 개선된 안정성 또는 UV-복사에 대하여 개선된 안정성을 특징으로 하여야 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양 전지, 특히 전술된 특성이 특징인, n-형 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 방법을 제공하는 데 있고, 여기서 위험한 독성 가스의 사용은 피할 수 있으며, 이의 수단에 의해 태양 전지는 간단하고 경제적 방식으로 생산될 수 있다.
전술된 목적들 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명의 청구항을 형성하는 카테고리의 주제에 의해 만들어진다. 또 다른 기여는 본 발명의 특정 구체 예를 나타내는 종속 청구항의 주제에 의해 만들어진다.
이하 본 발명은, 오직 예시를 위해 의도되고, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않는, 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 특정 구체 예에 따른 태양 전지 (1)의 측면도를 나타내고, 여기서 제1 전극 (7)은 전면 (2a)에 위치되며, 제2 전극 (6)은 태양 전지 (1)의 후면 (2b)에 위치된다;
도 2는 도 1에 나타낸 태양 전지 (1)의 단면도를 나타낸다;
도 3은 본 발명의 제2 특정 구체 예에 따른 태양 전지 (1)의 단면도를 나타내고, 여기서 전극 (6, 7) 모두는 태양 전지 (1)의 후면 (2b)에 위치된다 ("백 접촉 (back contact), 백 접합 (back junction) (BCBJ)").
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 p-형 실리콘 (p-type silicon) 또는 n-형 실리콘의 기판을 포함하는 태양 전지에 의해 만들어지며, 여기서 상기 기판은:
- 표면이 적어도 하나의 패시베이션층 (passivation layer)으로 적어도 부분적으로 피복된 전면; 및
- 후면 (2b)을 포함하고,
여기서,
- 상기 기판의 후면은 충분한 두께를 갖는 패시베이션층으로 적어도 부분적으로 피복되어 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 하며, 및
- 상기 기판의 후면 상에 패시베이션층은 전도성 고분자층으로 적어도 부분적으로 피복된다.
본 발명에 따른 태양 전지는, 예를 들어, 폴리티오펜 층, 폴리피롤 층 또는 폴리아닐린 층과 같은, 전도성 고분자층이 정공-수송 층으로 태양 전지 후면 (즉, 태양에 노출되지 않는 태양 전지의 측면)에 증착되는 사실을 특징으로 한다. 전도성 고분자층이 태양 전지의 후면에 위치되기 때문에, 기생 흡수와 더 이상 관련이 없을 것이고, 비-최적화 반사방지 특성 또한 무관하다. 부가적으로, 전체 표면상에 증착된 금속 층과 조합하는 전도성 고분자층은 태양 전지를 통해 통과하는 적외선에 대해 우수한 거울로서 작용한다. 따라서, 이것은 광전류 (photocurrent)의 증가에 대한 많은 방식으로 기여한다. 부가적으로, 전도성 고분자층은 완전하게 금속화될 수 있어 전도성 고분자층과 금속 층 사이에 상당히 감소된 접촉 저항을 유도한다. 전도성 고분자층이 (Schmidt 등에 의해 개시된 태양 전지와 같은) 실리콘 웨이퍼의 전면 표면상에 적용된 태양 전지, 및 전도성 고분자층의 오직 작은 구역 (<　10　%)만이 금속 그리드 (metal grid)로 금속화된 태양 전지와 비교하여, 실리콘 웨이퍼의 후면 상에 전도성 고분자층을 갖는 본 발명에 따른 태양 전지에서 총 접촉 저항은 10배 만큼 감소된다.
본 발명에 따른 태양 전지 구조의 또 다른 중요한 장점은 이의 증가된 안정성이다. 태양 전지의 후면 상에 위치된 전도성 고분자/c-Si-이형 접합은 광자가 실리콘 웨이퍼에 흡수되기 때문에 UV 광자에 노출되지 않아, 태양 전지의 증가된 UV 안정성을 결과한다. 게다가, 전도성 고분자층이 금속화 층으로 완전하게 피복되고, 동시에 "앤캡슐화 (encapsulation")로 작용하기 때문에, 상기 전도성 고분자층은 주변 공기와 직접 접촉하지 않는다. 이것은 결국 전도성 고분자층에 의한 수분의 흡수를 피하기 때문에 증가된 안정성을 유도한다.
더군다나, 높은 에너지 전환 효율을 얻기 위해, 실리콘 기판과 정공-수송 전도성 고분자층 사이에서 계면이 완전히 부동태화 (passivated), 즉, 계면에서 전자-정공 재결합이 최소화되는 것을 선행 조건으로 하는 것을 확인했다. 본 발명에서, 이것은 실리콘 기판과 전도성 고분자층 사이에 초박형 패시베이션 층을 실행하여 달성된다.
본 발명에 따른 태양 전지는 p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판을 포함한다.
도핑된 Si 기판은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 도핑된 Si 기판은 기술분야의 당업자에게 잘 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 Si 기판의 바람직한 공급원은 비정질 실리콘 (a-Si), 단결정 실리콘 (c-Si), 다결정 실리콘 (mc-Si), 고순도 금속급 실리콘 (upgraded metallurgical silicon) (umg-Si), (50　㎛보다 더 얇은) 박막 (thin-film) 결정질 실리콘 또는 이들 물질의 적어도 둘의 조합에 기초하고, 여기서 단결정 실리콘 (c-Si)은 바람직한 기판 물질이다. 특히 바람직한 물질은 n-도핑된 또는 p-도핑된 단결정 실리콘이고, 여기서 n-도핑된 단결정 실리콘은 기판에 대해 가장 바람직한 물질이다. 도핑된 Si 기판을 형성하기 위한 도핑은 Si 기판의 제조 동안 도펀트를 첨가하여 동시에 수행될 수 있거나 또는 후속 단계에서 수행될 수 있다. Si 기판의 제조 이후에 도핑은 예를 들어 가스 확산 에피텍시 (gas diffusion epitaxy)에 의해 수행될 수 있다. 도핑된 Si 기판은 또한 쉽게 상업적으로 이용 가능하다. 본 발명에 따르면, Si 기판의 초기 도핑을 위한 하나의 선택은 Si 혼합물에 도펀트를 첨가하여 이의 형성과 동시에 수행되는 것이다.
Si 기판이 다수의 형상, 표면 텍스쳐 및 크기를 나타낼 수 있다는 것은 기술분야의 당업자에게 알려져 있다. 상기 형상은 직육면체, 디스크, 웨이퍼 및 다른 것 중에서 불규칙 다면체를 포함하는 다수의 다른 형상 중 하나일 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 형상은 웨이퍼 형상이고, 여기서 웨이퍼는 유사한, 바람직하게는 동일한 두 치수 및 다른 두 치수보다 상당히 작은 제3 치수를 갖는 직육면체이다. 이러한 상황에서, 상당히 작다는 것은 바람직하게는 적어도 약 100배 더 작다.
다양한 표면 타입은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 거친 표면을 갖는 Si 기판은 바람직하다. 기판의 거칠기를 평가하는 하나의 방법은, 기판의 총 표면적과 비교하여 작은, 바람직하게는 총 표면적의 100분의 1 미만이고, 필수적으로 평면인, 기판의 서브-표면에 대한 표면 거칠기 파라미터를 평가하는 것이다. 표면 거칠기 파라미터의 값은 평균 자승 변위 (mean square displacement)를 최소화하여 서브표면에 최적으로 맞추어진 평면상에 서브표면을 돌출시켜 형성된 이론적 표면의 면적에 대한 서브표면의 면적의 비에 의해 제공된다. 표면 거칠기 파라미터의 더 높은 값은 더 거칠고, 좀 더 불균일한 표면을 나타내고, 표면 거칠기 파라미터의 더 낮은 값은 더 매끄럽고, 좀 더 균일한 표면을 나타낸다. 본 발명에 따르면, Si 기판의 표면 거칠기는 표면에 대한 핑거의 접착력 및 광 흡수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 요인들 사이에 최적의 균형을 생성하기 위해 바람직하게 변형된다.
이 상황에서, 기판의 전면 상에 표면 (즉, 태양광에 노출된 면)이 최고와 최저를 갖는 텍스쳐를 갖는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 텍스쳐는 극히 작은 피라미드 (즉, 정사각형의 피라미드) 형상을 갖는 오목 및 볼록 패턴이다. 전면에 이러한 텍스쳐를 갖는 태양 전지에서, 하나의 점 (spot)으로부터 반사된 광은 텍스쳐된 표면에 의해 결정질 태양 전지의 표면상의 또 다른 점에 다시 충돌하여, 태양 전지에서 효율적으로 흡수되도록 태양 전지로 침투한다. 비록, 완전히 흡수되지 않고, 태양 전지의 후면에 도착하는, 충돌 광의 일부가 다시 표면으로 되돌아와 반사될지라도, 충돌 광의 그 일부는 급격히 경사진 피라미드 표면을 포함하는 표면에서 다시 반사될 수 있고, 이에 의해 태양 전지에서 광을 가두어 광의 흡수를 개선하고 전력 생산을 향상시킨다.
비-역 피라미드 (non-inverted pyramid)를 포함하는 텍스쳐된 구조는, 예를 들어, 5 내지 30부피%의 이소프로필알코올을 알칼리의 수성 용액, 예를 들어, 약간의 첨가된 실리콘을 또한 포함할 수 있는, 수산화나트륨 (NaOH) 또는 수산화칼륨 (KOH)에 첨가시켜 제조된 혼합 용액에 실리콘 웨이퍼의 노출면을 침지시켜 형성될 수 있다. 이 혼합 용액에서 에칭은 70℃ 내지 95℃의 온도에서 수행된다. Si 웨이퍼의 표면상에 텍스쳐된 구조를 제조하기 위한 더욱 상세한 설명은, 예를 들어, US　2004/0259335　Al, US　2013/0025663　A1 또는 WO 2012/025511　A1에 개시된다.
기판의 전면의 표면, 바람직하게는 n-형 단결정 실리콘 웨이퍼의 전면의 표면은 적어도 하나의 패시베이션층으로 적어도 부분적으로 피복된다. 태양 전지의 표면의 빈틈없는 패시베이션은 표면 재결합을 감소시켜 태양 전지의 효율을 크게 개선시킨다. 여기서 사용된 바와 같은 "패시베이션"은 실리콘 격자의 표면상에 존재하는 달링 결합 (dangling bonds)의 화학적 말단으로 정의된다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려하는 어떠한 패시베이션층도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 패시베이션층은, 질화규소층, 산화규소층 (SiOx), 특히 SiO2층, 탄화규소층 (SiC), 산화티타늄층 (TiOx), 특히 TiO2 층, 산화알루미늄층 (AlOx), 특히 Al2O3 층, 비정질 실리콘 (a-Si)의 층, 특히 n-도핑된 비정질 실리콘 (a-Si　(n))의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택 (layer stack), 특히 a-Si0　(i)-층 및 a-Si　(n)-층으로 이루어진 이중 층 스택, 또는 이들 층의 적어도 둘의 조합이고, 여기서 SiNx 층이 가장 바람직하다. 만약 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택 또는 비정질 실리콘 (a-Si)의 층이 패시베이션층으로 사용된다면, 패시베이션층은 투명한 전도성 코팅의 층, 바람직하게는 인듐 주석 산화물 (ITO)과 같은 투명 전도성 산화물 (TCO)로 피복되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따르면, 패시베이션층은 약 0.1㎚ 내지 약 1　㎛, 좀 더 바람직하게는 약 5㎚ 내지 약 500㎚ 및 가장 바람직하게는 약 10㎚ 내지 약 250㎚의 범위에서 두께를 갖는 것이 바람직하다.
더군다나, 본 발명에 따른 태양 전지는 패시베이션층 상에 적용된 반사-방지 코팅을 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 반사-방지 코팅은, 전면에 의해 반사된 입사 광의 비율을 감소시키고, 웨이퍼에 의해 흡수될 전면을 가로지르는 입사광의 비율을 증가시키는 것이다. 기술분야의 당업자에게 알려져 있고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 모든 반사-방지 코팅은 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 반사 방지 코팅은 바람직한 패시베이션층으로 이미 전술된 이들 층들이다.
반사-방지 코팅의 두께는 적절한 광의 파장에 적합하다. 본 발명에 따르면, 반사-방지 코팅은 약 20 내지 약 300㎚, 좀 더 바람직하게는 약 40 내지 약 200㎚ 및 가장 바람직하게는 약 60 내지 약 150㎚의 두께 범위를 갖는 것이 바람직하다.
단일 층은 즉 반사-방지층 및 패시베이션층 모두로서 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 태양 전지의 일 구체 예에서, 반사-방지 층 및/또는 패시베이션층으로 작용하는 하나 이상의 층은 기판의 전면에 존재한다. 예를 들어, 패시베이션층은 알루미늄 산화물 함유 층, 바람직하게는 Al2O3 층, 또는 실리콘 산화물을 함유하는 층, 바람직하게는 SiO2 층, 및 알루미늄 산화물 또는 실리콘 산화물 함유 층을 피복하는 또 다른 층을 포함하는 유전체 이중 층일 수 있고, 여기서 상기 또 다른 층은 질화규소층, 특히 Si3N4-층, 산화규소층, 탄화규소층 또는 이들 층들 중 적어도 둘의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 질화규소층이다.
전술된 층의 적용은 PECVD (플라즈마 강화 화학 기상 증착), APCVD (대기압 화학 기상 증착) 또는 원자층 증착 (ALD)의 수단에 의해 수행될 수 있다. n-도핑된 a-Si 패시베이션층의 증착은, 예를 들어, US　2007/0209699 A1에 개시된 바와 같이, 실란, 수소 및 포스핀을 사용하는 PECVD의 수단에 의해 영향받을 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지는:
- 기판의 후면이 충분한 두께를 갖는 패시베이션 층으로 적어도 부분적으로 피복되어 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 하고;
및
- 기판의 후면 상에 패시베이션층 (즉, 기판에서 먼 쪽을 향하는 기판의 후면 상에 패시베이션층의 표면)은 전도성 고분자층으로 피복되는 것을 특징으로 한다.
기판의 후면 상에 패시베이션층은 바람직하게는 초박형 패시베이션층이어서, 예를 들어, 양자 역학 터널링 효과 (quantum mechanical tunneling effect)를 이용하여, 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 한다. 이 패시베이션층은 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 할 뿐만 아니라, 계면 상태 밀도를 감소시킬 수 있어 계면 재결합 손실을 줄인다. 이 상황에서, 기판의 후면 상에 패시베이션층은 5㎚ 미만, 바람직하게는 4㎚ 미만, 좀 더 바람직하게는 3㎚ 미만 및 가장 바람직하게는 2㎚ 미만의 두께를 갖는 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는, 기판의 후면 상에 패시베이션층의 두께는 0.05　내지　5㎚, 더욱 바람직하게는 0.1　내지　4㎚, 좀 더 바람직하게는 0.15 내지 3㎚ 및 가장 바람직하게는 0.2　내지　2㎚의 범위이다. 초박형 패시베이션층의 두께는, 예를 들어, 고-해상도 투과 전자 현미경 (HRTEM)에 의해 결정될 수 있다.
기판의 후면 상에 패시베이션층은 SiOx, 특히 SiO2를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 태양 전지의 선택적인 구체 예에서, 본 패시베이션은 또한 알루미늄 산화물 (AlOx) 또는 티타늄 산화물 (TiOx)과 같은, 다른 패시베이팅 물질 (passivating materials)을 포함할 수 있고, 여기서 이들 물질은, 예를 들어, 원자층 증착 (ALD), 플라즈마-강화 화학 기상 증착 (PECVD), 대기압 화학 기상 증착 (APCVD) 또는 전기화학 또는 화학 증착에 의해 증착될 수 있다. 실리콘과 전도성 고분자층 사이에서 계면 재결합 손실의 감소를 위한 대안의 방법은, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)을 포함하는 패시베이션층과 같은, 계면-패시베이팅 유기층의 증착이고, 이를 통하여 효과적인 정공 수송을 가능하게 한다. 이 타입의 계면 패시베이션층은, 예를 들어, 스핀-코팅에 의해 액체 상 (liquid phase)으로부터 증착될 수 있고, 어닐링동안 중합된다.
본 발명에 따른 태양 전지의 바람직한 구체 예에서, 기판의 후면 상에 초박형 패시베이션층은 SiOx를 포함한다. 이러한 패시베이션층은 바람직하게는 산소로 후면 상에 기판의 표면의 열 산화에 의해 형성된다. 이것은 미리 결정된 온도에서 미리결정된 시간 동안 기판의 후면에 패시베이션되지 않은 표면을 산소에 노출시켜, 예를 들어, 매우 낮은 온도 (바람직하게는 1시간 동안 20℃ 내지 90℃) 또는 증가된 온도 (수 분 동안 400℃ 내지 600℃)에서 열 산화에 의해 달성될 수 있다. SiOx-함유 층을 생성하는 간단한 방법은, 미리결정된 온도에서 어떤 시간 동안, 예를 들어, 1시간 내지 7일, 바람직하게는 5시간 내지 3일, 및 가장 바람직하게는 10시간 내지 48시간 동안 10℃ 내지 200℃, 바람직하게는 20℃ 내지 130℃ 및 가장 바람직하게는 20℃ 내지 90℃의 온도 범위에서 기판의 후면에 패시베이션되지 않은 표면을 주변 공기 조건에 노출시키는 것이다.
그러나, 기판의 후면 상에 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층의 제공은 또한 다른 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 접근법에 따르면, SiOx-층은 습식-화학 공정에서 제조될 수 있고, 여기서 기판의 후면은, 예를 들어, 질산 (HNO3) 용액, 황산 (H2SO4) 용액 또는 염산 (HCl) 용액으로 처리된다. 질산 용액으로 SiOx-층을 제조하는 경우, 예를 들어, 기판의 후면은 20 내지 100　wt.% 및 바람직하게는 50 내지 80　wt.% 질산에, 1 내지 30분 및 바람직하게는 5 내지 10분 동안 침지될 수 있다. 또 다른 접근법에 따르면, SiOx-층은 전기화학적 공정으로 제조될 수 있다.
기판의 후면 상에 전술된 패시베이션층은 전도성 고분자층으로 피복되고, 여기서 이 전도성 고분자층은 태양 전지에서 정공-수송 층으로 제공된다.
전도성 고분자로서, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 또는 폴리페닐렌과 같은 공액 고분자 (conjugated polymers)는 사용될 수 있고, 여기에 폴리티오펜의 사용은 특히 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 태양 전지의 바람직한 구체 예에 따르면, 전도성 고분자는 폴리티오펜을 포함한다. 바람직한 폴리티오펜은, 화학식 1 또는 2의 반복 단위 또는 화학식 1 및 2의 단위의 조합, 바람직하게는 화학식 2의 반복 단위를 갖는 폴리티오펜을 갖는 것이고:
[화학식 1]
Figure pct00001
[화학식 2]
Figure pct00002
여기서
A는 선택적으로 치환된 C1-C5-알킬렌 라디칼을 나타내고,
R은 선형 또는 분지형의, 선택적으로 치환된 C1-C18-알킬 라디칼, 선택적으로 치환된 C5-C12-시클로알킬 라디칼, 선택적으로 치환된 C6-C14-아릴 라디칼, 선택적으로 치환된 C7-C18-아랄킬 라디칼, 선택적으로 치환된 C1-C4-히드록시알킬 라디칼 또는 히드록시 라디칼을 나타내며,
x는 0 내지 8의 정수를 나타내고, 및
다중 라디칼 R이 A에 연결된 경우에서, 이들은 같거나 다를 수 있다.
화학식 1 및 2는, x 치환기 R이 알킬렌 라디칼 A에 연결될 수 있는 것으로, 이해될 것이다.
폴리티오펜으로 특히 바람직한 것은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)이다.
전도성 고분자층은 고분자 음이온, 바람직하게는 고분자 술폰산 또는 고분자 카르복시산과 같은, 산 기 (acid groups)로 기능화된 고분자에 기초한 고분자 음이온을 더욱 포함할 수 있다. 고분자 음이온으로 특히 적절한 것은 폴리스티렌 설폰산 (PSS)이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 특히 바람직한 구체 예에 따르면, 전도성 고분자층은 폴리티오펜 : 고분자 음이온 복합체의 형태로 존재하는 폴리티오펜을 포함하고, 여기서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오-펜) : 폴리스티렌 술폰산 복합체 (또한 "PEDOT　:　PSS"이라 한다)는 특히 바람직하다. 만약 (3,4-에틸렌디옥시티오펜과 같은) 폴리티오펜이 기초된 단량체가 Kirchmeyer et al. in the Journal of Materials Chemistry (2005), 15(21), pages 2077-2088에 개시된 바와 같은 수성 용액에 고분자 음이온의 존재하에서 중합된다면, 이러한 복합체는 얻어질 수 있다.
전도성 고분자층의 층 두께는 바람직하게는 1㎚ 내지 10　㎛, 특히 바람직하게는 10㎚ 내지　500㎚ 및 가장 바람직하게는 20㎚　내지 200㎚의 범위이다. 전도성 고분자층의 표면 저항은 1 내지 5000　W/sq, 바람직하게는 10 내지 1000　W/sq 및 가장 바람직하게는 10 내지 250　W/sq의 범위이다.
본 발명에 따른 태양 전지는 태양 전지의 전기 폴 (electrical poles)을 형성하는 두 개의 금속 함유층을 더욱 포함한다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제1 특정 구체 예에 따르면, 태양 전지는 태양 전지의 전면에 제1 전극 및 후면에 제2 전극을 갖도록 구성된다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제2 특정 구체 예에 따르면, 태양 전지는 태양 전지의 후면 상에 전극 모두를 갖도록 구성된다. 이 구조는 또한 "백 접촉, 백 접합 (BCBJ) 태양전지"로 불린다.
제1 특정 구체 예에 따른 태양 전지
이 특정 구체 예에서, 태양 전지는 태양 전지의 전면에서 제1 전극 및 후면에 제2 전극을 갖도록 구성된다. 이 상황에서, 태양 전지는 기판의 전면과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층 및 기판의 후면에서 전도성 고분자층과 전기 전도성 접촉하에 있는 제2 금속 함유 층을 포함한다.
기판의 전면과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층은 바람직하게는 적어도 하나의 금속 버스바 및 금속 핑거를 포함하는 패턴의 형태 또는 금속 그리드의 형태로 적용되어 광이 노출된 실리콘 표면에 의해 흡수되는 것을 가능하게 한다. 전면 그리드 또는 전면 핑거는 매립된 홈 (grooves)에 증착될 수 있어 쉐이딩 손실 (shading losses)을 감소시킨다. 이 타입의 태양 전지는 "매립형 접촉 태양 전지"로 종종 알려져 있다 (또한 "Laser Grooved Buried Grid (LGBG) 태양 전지"라 한다). 이러한 태양 전지는, 예를 들어, EP　0　156　366　A2에 개시된다.
기판의 전면에서 금속 함유 층은, 예를 들어, 알루미늄 (Al), 금 (Au), 은 (Ag), 구리 (Cu)로 코팅된 니켈 (Ni) 또는 금 (Au) 또는 은 (Ag)으로 코팅된 크롬 (Cr) 또는 티타늄 (Ti), 팔라듐 (Pd) 및 은 (Ag)을 포함하는 스택에 기초될 수 있다. 산업적으로, 은 그리드 형성을 위해, (종종 은 입자, 유기 바인더 및 유리 프릿을 포함하는) 은 함유 페이스트는 웨이퍼 상에 프린트되고, 그 다음 700℃ 내지 900℃ 온도에서 소성된다. 은 페이스트의 고-온 소성은 은과 실리콘 사이에 우수한 접촉을 보장하고, 은 라인 (silver lines)의 저항력을 낮춘다. 더군다나, 전자빔 증발과 같이, 종래의 박막 증발 기술은, 태양 전지의 전면에 적어도 하나의 금속 버스바 및 금속 핑거를 포함하는 패턴 또는 금속 그리드를 형성하는데 사용될 수 있다. 형성에 대하여, 패턴 쉐도우 마스크 (pattern shadow masks)는 사용될 수 있거나 또는 패턴은 종래의 포토리소그래픽 기술 (photolithographic techniques)의 수단에 의해 형성될 수 있다.
기판의 후면에 전도성 고분자층과 전기 전도성 접촉하에 있는 제2 금속 함유 층은 바람직하게는 전도성 고분자층 상에 직접 적용된다. 전술된 바와 같이, 전도성 고분자층의 이 "엔캡슐화"는, 전도성 고분자층에 의한 수분 흡수를, 특히, 이 전도성 고분자층이 PEDOT　:　PSS에 기초하는 경우, 방지함에 따라, 증가된 안정성을 유도한다. 이 상황에서, 전도성 고분자층의 총 표면의 적어도 50%, 좀 더 바람직하게는 적어도 75% 및 좀 더 바람직하게는 적어도 95%가 제2 금속 함유 층으로 피복되는 것이 바람직하고, 여기서, 필수적으로 전도성 고분자층의 전체 표면이 제2 금속 함유 층으로 피복되는 것이 가장 바람직하다.
전도성 고분자층에 기판의 후면에서 금속 함유 층을 직접 적용시켜, 하기의 층 순서는 후면에서 얻어진다:
- 기판의 후면 (바람직하게는 n-도핑된 단결정 실리콘 웨이퍼의 후면)
- 기판의 후면 상에 패시베이션층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층
- 전도성 고분자층, 바람직하게는 폴리티오펜을 포함하는 전도성 고분자층
- 금속 함유 층 (후면 전극)
기판의 후면에서 금속 함유 층은 또한 알루미늄 (Al), 금 (Au), 은 (Ag), 구리 (Cu)로 코팅된 니켈 (Ni) 또는 금 (Au) 또는 은 (Ag)로 코팅된 크롬 (Cr), 또는 티타늄 (Ti), 팔라듐 (Pd) 및 은 (Ag)을 포함하는 스택에 기초할 수 있고, 여기서 은 층이 후면에서 금속 함유 층으로 바람직하다. 은 층을 형성하기 위해, 은-함유 고분자-계 페이스트는 전도성 고분자층 상에 적용될 수 있고, 그 다음 적절한 온도 (즉, 　<　200℃)에서 저-온 소성 된다. 이러한 페이스트는 상업적으로 이용 가능하고, 오늘날 a-Si/c-Si 이형 접합 전지의 생산에 일상적으로 사용된다. 더군다나, 전자빔 증발 또는 스퍼터링과 같은, 종래의 박막 증발 기술은, 전도성 고분자층 상에 금속 층을 적용하는데 사용될 수 있다.
기판의 후면에 금속 함유 층의 두께는 일반적으로 0.1 내지 100㎚, 좀 더 바람직하게는 0.5 내지 30㎚ 및 가장 바람직하게는 1 내지 5㎚의 범위이다.
제1 특정 구체 예에 따른 태양 전지와 연관하여, 기판, 바람직하게는 패시베이션 층 밑 및 전면에서, n-형 단결정 실리콘 웨이퍼는 n-도핑된 전면 전계 (front surface field) (n+-FSF)을 포함하는 것이 바람직하다. 만약 기판이 n+-FSF를 포함한다면, 기판의 전면에 금속 함유 층은 n+-FSF의 적어도 일부와 전기 전도성 접촉하에 있다.
기판의 전면에 고농도 도핑된 영역의 존재는 전면에서 금속성 접촉 및 태양 전지 사이에 훨씬 더 우수한 전기 접촉을 가능하게 하고, 태양 전지의 직렬 저항을 상당히 낮춘다. 전면 표면상에 고농도 n-도핑된 영역의 사용은 또한 n+-FSF 내에 크게 감소된 정공 농도에 기인한 금속화 구역하에서 감소된 재결합 손실로 인해 더 고효율의 태양 전지의 이점을 갖는다. n+-FSF의 층 저항은 바람직하게는 10 내지 500　ohm/sq의 범위이다.
본 발명에 따른 바람직한 n-형 도펀트는 Si 웨이퍼 밴드 구조에 전자를 부가한 것이다. 이것은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 기술분야의 당업자에게 알려져 있고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려하는 모든 도펀트는 n-형 도펀트로 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 n-형 도펀트는 주기율표의 15족의 원소이다. 이 상황에서 주기율표의 바람직한 5족 원소는 N, P, As, Sb 또는 이의 적어도 둘의 조합을 포함하고, 여기서 P가 특히 바람직하다. 본 발명의 하나의 구체 예에서, n-도펀트 층은 도펀트로서 P를 포함한다.
n+-FSF는, 예를 들어, 문서 J.C.C. Tsai, "Shallow Phosphorus Diffusion Profiles in Silicon", Proc. of the IEEE 57 (9), 1969, p. 1499-1506에 기재된 바와 같이, 예를 들어, 수 십분 동안 800-950℃의 온도에서 가스 확산 단계, 또는, 예를 들어, Meier 등의 출판물, "N-Type, ion Implanted silicon Solar cells and modules", Proc. 37th PVSC, LA, page 3337에 기재된 바와 같은, 인 원자의 이온 주입하고, 그 다음 상기 주입 원자의 열 활성화 단계에 의해 만들어질 수 있다.
제2 특정 구체 예에 따른 태양 전지
이 특정 구체 예에서, 태양 전지는 태양 전지의 후면 상에 전극 모두를 갖도록 구성된다 ("백 접촉, 백 접합 (BCBJ)"). 이 구체 예에서, 태양 전지는 기판의 후면과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층 및 기판의 후면 상에 전도성 고분자층과 전기 전도성 접촉하에 있는 제2 금속 함유 층을 포함한다.
이러한 BCBJ-전지는, 전면에서 쉐도우가 생략될 수 있음에 따라, 양면이 접촉되는 태양 전지와 비교하여 더 높은 효율 가능성을 갖는다. 그러나, 종래의 고온 확산에서, 공정은 복잡하고, 전지의 후면 상에 n+- 및 p+-영역을 국소적으로 발생시키기 위한 마스킹 단계를 포함하는 너무 많은 공정 단계를 요구한다. 태양 전지의 후면 상에 PEDOT　:　PSS-층과 같은 전도성 고분자층의 국소적 적용에 의해, 예를 들어, 스크린 프린팅에 의해, 이러한 BCBJ-전지의 공정은 오직 전통적으로 생성된 인-확산 (phosphorus diffusion) n+-영역이 마스킹됨에 따라 크게 단순화된다. 전통적으로 생성된 n+-영역은 전도성 고분자/n-Si-접합보다 더 높은 재결합을 나타낸다. 그러나, n-형 실리콘계 BCBJ-태양 전지에서 n+-접촉 영역이 유리하게 작은 구역 (통상적으로 ≤　20%)으로 제한되기 때문에, 및 전도성 고분자/n-Si-접합이 우수한 패시베이션 효과를 특징으로 함에 따라, 간단한 공정 순서로 고효율을 달성하는 것이 여전히 가능하다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제2 특정 구체 예에서, 태양 전지의 후면은 두 개의 패턴화된 구조를 포함한다:
- 제1 패턴화된 구조에서, 기판의 후면 상에 선택된 영역은 n+-영역으로 제공된다. 이 제1 패턴화된 구조의 영역은 제1 금속 함유층을 형성하는 제1 그리드와 전기 전도성 접촉하에 있다.
- 제2 패턴화된 구조에서, 기판의 후면 상에 또 다른 선택된 영역은 기판의 후면 상에 패시베이션층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층으로 피복되고, 그 다음 전도성 고분자층, 바람직하게는 폴리티오펜을 포함하는 전도성 고분자층으로 피복된다. 이 패턴화된 구조의 영역은 제2 금속 함유 층을 형성하는 제2 그리드와 접촉하에 있다.
이 상황에서, 태양 전지의 후면 상에 총 구역의 많아야 50%, 바람직하게는 많아야 30% 및 가장 바람직하게는 많아야 20%가 n+-영역으로 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양 전지, 특히 전술된 제1 및 제2 특정 구체 예에 따른 태양 전지의 원칙적 기능에 직접 기여하는 전술된 층에 부가적으로, 또 다른 층은 기계적 및 화학적 보호를 위해 부가될 수 있다.
태양 전지는 화학적 보호를 제공하기 위해 앤캡슐화될 수 있다. 앤캡슐화는 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 어떤 앤캡슐화도 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 종종 투명한 열가소성 수지로 언급되는, 투명 고분자는, 만약 이러한 앤캡슐화가 존재한다면, 앤캡슐화 물질로서 바람직하다. 이 상황에서 바람직한 투명 고분자는, 예를 들어, 실리콘 고무 및 폴리에틸렌 비닐 아세테이트 (PVA)이다.
투명 유리 시트는 태양 전지의 전면에 부가되어 기계적 보호를 제공할 수 있다. 투명 유리 시트는 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 어떤 투명 유리 시트도 태양 전지의 전면 상에 보호를 위해 사용될 수 있다.
백 보호 물질 (back protecting material)은 태양 전지의 후면에 부가될 수 있어 기계적 보호를 제공한다. 백 보호 물질은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 어떠한 백 보호 물질도 태양 전지의 후면 상에 보호를 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 백 보호 물질은 우수한 기계적 특성 및 내후성을 갖는 것이다. 본 발명에 따른 바람직한 백 보호 물질은 불화 비닐수지 (polyvinyl fluoride)의 층과 함께 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 본 발명에 따르면, (백 보호층 및 앤캡슐화 모두가 존재하는 경우) 백 보호 물질은 앤캡슐화 층 아래에 존재하는 것이 바람직하다.
프레임 물질 (frame material)은 태양 전지의 외부에 부가될 수 있어 기계적 지지체를 제공한다. 프레임 물질은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 기술분야의 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 어떤 프레임 물질도 프레임 물질로 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 프레임 물질은 알루미늄이다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 또한 하기 공정 단계를 포함하는 태양 전지의 제조를 위한 공정에 의해 만들어진다:
I) p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판을 제공하는 단계로, 여기서 상기 기판은:
- 전면
및
-후면을 포함하고;
Ⅱ) 패시베이션층을 통해 정공의 수송을 가능하게 하는 충분한 두께를 갖는 패시베이션층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층을 갖는 후면 상에 기판의 표면의 적어도 일부를 피복시키는 단계;
Ⅲ) 전도성 고분자층, 바람직하게는 폴리티오펜을 포함하는 전도성 고분자층으로 기판의 후면 상에 패시베이션층의 표면 (즉, 상기 기판에서 먼 쪽을 향하는 표면)의 적어도 일부를 피복시키는 단계; 및
Ⅳ) 금속 함유 층 (6)으로 전도성 고분자층의 표면 (즉, 공정 단계 Ⅱ에서 제조된 패시베이션층의 표면에서 먼 쪽을 향하는 표면)의 적어도 일부를 피복시키는 단계.
본 발명에 따른 공정의 공정 단계 I)에서, p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판은 제공되고, 여기서 상기 기판은 전면 및 후면을 포함한다.
바람직한 기판은 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 바람직한 기판으로 이미 언급된 것들이고, 여기서 n-도핑된 단결정 실리콘 웨이퍼가 가장 바람직한 기판이다.
본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 기재된 바와 같이, 기판의 전면 (즉, 태양광에 노출되는 면)은 최고와 최저를 갖는 텍스쳐를 가질 수 있고, 여기서, 이들 텍스쳐는 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 기재되었던 것들이 바람직하다 (즉, 극히 작은 피라미드 (즉, 정사각형 피라미드) 형상으로 오목 및 볼록 패턴).
공정 단계 I)에 제공된 기판의 전면은 적어도 하나의 패시베이션층으로 적어도 부분적으로 피복될 수 있다. 그러나, 또한, 공정 단계 Ⅱ) 또는 공정 단계 Ⅲ)을 수행한 후에 기판의 전면의 표면상에 이러한 하나의 패시베이션층 (또는 이러한 패시베이션층들)을 적용하는 것이 가능하다. 바람직한 패시베이션층은 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 기재된 패시베이션층 (즉, 질화규소층, 산화규소층 (SiOx), 특히 SiO2 층, 탄화규소층 (SiC), 산화티타늄층 (TiOx), 특히 TiO2 층, 산화알루미늄층 (AlOx), 특히 Al2O3 층, 비정질 실리콘 (a-Si)의 층, 특히 n-도핑된 비정질 실리콘 (a-Si　(n))의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택, 특히 a-Si0　(i)-층 및 a-Si　(n)-층으로 이루어진 이중 층 스택, 또는 이들 층의 적어도 둘의 조합)이고, 여기서 SiNx의 층이 가장 바람직하다. 이들 층들은 또한 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 언급된 바와 같이, 반사-방지 층으로 동시에 기능할 수 있다. 만약 비정질 실리콘 (a-Si)의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택은 패시베이션층으로 사용되고, 상기 패시베이션층이 투명한 전도성 코팅, 바람직하게는 인듐 주석 산화물 (ITO)과 같은 투명 전도성 산화물 (TCO)의 층으로 피복되는 것이 더욱 바람직하다.
전술된 층의 적용은 PECVD (플라즈마 강화 화학 기상 증착), APCVD (원자 압력 화학 기상 증착) 또는 원자층 증착 (ALD)에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 공정에 의해 생산된 태양 전지의 종류 (즉, 전면에 제1 전극 및 태양 전지의 후면에 제2 전극을 갖도록 구성되는 태양 전지 또는 태양 전지의 후면 상에 양 전극을 갖도록 구성된 태양 전지)에 의존하여, 공정 단계 I)에 제공된 기판은 또 다른 층을 포함할 수 있다.
- 만약 태양 전지가 태양 전지의 전면에 제1 전극 및 후면에 제2 전극을 갖도록 구성된다면, 기판은 본 발명에 따른 태양 전지의 제1 특정 구체 예와 연관하여 기재된 바와 같은 n-도핑된 전면 전계 (n+-FSF)를 더욱 포함할 수 있다. 이 n-도핑된 전면 전계는, 적어도 하나의 금속 버스바 및 금속 핑거를 포함하는 패턴의 형태 또는 그리드의 형태로 적용될 수 있는, 제1 전극과 전기 전도성 접촉하에 더욱 있을 수 있다.
- 만약 태양 전지가 태양 전지의 후면 상에 양 전극을 갖도록 구성된다면, 기판은 본 발명에 따른 태양 전지의 제2 특정 구체 예와 연관하여 이미 기재된 바와 같이, 태양 전지의 후면 상에 패턴의 형태로 n+-구역을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공정의 공정 단계 Ⅱ)에서, 후면 상에 기판의 표면은 패시베이션층을 통하여 정공의 수송을 가능하게 하는 충분한 두께를 갖는 패시베이션층으로 피복되고, 여기서 - 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 언급된 바와 같은 - 초박형 패시베이션층은 SiOx, AlOx, TiOx 또는 P3HT과 같은 패시베이팅 물질을 포함할 수 있으며, 여기서 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층은 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 기재된 바와 같이, SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층은, 산소로, 예를 들어, 매우 낮은 온도 (바람직하게는 몇 시간동안 20℃ 내지 90℃) 또는 증가된 온도 (수 분 동안 400℃ 내지 600℃)에서 후면 상에 기판의 표면의 열 산화에 의해 바람직하게 형성된다. 본 발명에 따른 공정의 하나의 구체 예에 따르면, 공정 단계 I)에 제공된 기판의 후면에 비-패시베이트된 표면은 미리결정된 온도에서 어떤 기간 동안, 예를 들어, 1 시간 내지 7일 동안, 바람직하게는 5시간 내지 3일 동안 및 가장 바람직하게는 10시간 내지 48시간 동안 10℃ 내지 200℃, 바람직하게는 20℃ 내지 130℃ 및 가장 바람직하게는 20℃ 내지 90℃의 온도 범위에서 주변 공기 조건에 노출된다. 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 언급된 바와 같이, SiOx를 포함하는 패시베이션층은, 또한 전기화학적 공정에서 HNO3, H2SO4 또는 HCl에 기초한 산 용액을 사용하는 습식-화학적 공정에서 제조될 수 있다.
AlOx 또는 TiOx와 같은 패시베이션 물질이 초박형 패시베이션층의 형성을 위해 사용된 경우, 이들 물질은 원자층 증착 (ALD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD), 대기압 화학 기상 증착 (APCVD) 또는 전기화학적 또는 화학적 증착에 의해 증착될 수 있으며, 반면에 P3HT을 포함하는 패시베이션층은, 예를 들어, 스핀-코팅에 의해, 액체 상으로부터 증착될 수 있고, 어닐링동안 중합된다.
초박형 패시베이션층, 바람직하게는 공정 단계 Ⅱ)에 제조된 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층의 두께는, 바람직하게는 5㎚ 미만, 좀 더 바람직하게는 4㎚ 미만, 좀 더 바람직하게는 3㎚ 미만 및 가장 바람직하게는 2㎚ 미만이다. 바람직하게는, 상기 두께는 0.05　내지　5㎚, 좀 더 바람직하게는 0.1　내지　4㎚, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 3㎚ 및 가장 바람직하게는 0.2　내지　2㎚의 범위이다. 초박형 패시베이션층의 두께는, 예를 들어, 고-해상 투과 전자 현미경 (HRTEM)에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 공정의 공정 단계 Ⅲ)에서, 기판의 후면 상에 패시베이션층, 바람직하게는 공정 단계 Ⅱ)에서 생산된 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층은, 전도성 고분자층으로 피복되고, 여기서 전도성 고분자로서 이들 고분자들은 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 바람직한 전도성 고분자로서 이미 언급된 것들이 바람직하다. 본 발명에 따른 공정의 특히 바람직한 구체 예에 따르면, 공정 단계 Ⅲ)에 제조된 전도성 고분자층은 폴리티오펜을 포함하고, 여기서 이들 폴리티오펜은 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 언급된 것들이 바람직하다.
본 발명에 따른 공정의 바람직한 구체 예에 따르면, 전도성 고분자층은 기판의 후면 상에 패시베이션층 상으로 용제 또는 분산제 및 전도성 고분자를 포함하는 용액, 에멀젼 또는 분산액을 적용시키고, 순차적으로 상기 용제 또는 분산제의 적어도 일부를 제거하여 형성된다.
상기 용액, 에멀젼 또는 분산액은 고분자 음이온을 더욱 포함할 수 있고, 여기서 바람직한 고분자 음이온은 본 발명에 따른 태양 전지와 연관하여 이미 언급되었던 것들이다. 특히 바람직한 용액, 에멀전 또는 분산액은 폴리티오펜 : 고분자 음이온 복합체를 포함하는 것들, 특히 PEDOT　:　PSS를 포함하는 용액, 에멀젼 또는 분산액이다. 전술한 바와 같이, 만약 (3,4-에틸렌디옥시티오펜과 같이) 폴리티오펜이 기초한 단량체가 수성 용액에서 고분자 음이온의 존재하에서 중합되는 경우, 이러한 용액, 에멀젼 또는 분산액은 얻어질 수 있다.
전도성 고분자층을 제조하는데 사용된 용액, 에멀젼 또는 분산액은 공지의 공정, 예를 들어, 스핀 코팅, 함침, 캐스팅, 액적 적용, 분무, 나이프-코팅, 페인팅, 또는 프린팅, 예를 들어, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 또는 패드 프린팅에 의해, 공정 단계 Ⅱ)에서 제조된, 기판의 후면 상의 패시베이션 층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층 상으로 적용될 수 있다. 만약, 예를 들어, 태양 전지가 태양 전지의 후면 상에 양 전극을 갖도록 구성되고, 따라서 전도성 고분자 층이 태양 전지의 후면의 오직 선택된 구역만을 피복하기 위한 패턴의 형태로 적용되는 경우, 잉크젯 프린팅과 같은 기술은 바람직하다.
용액, 에멀젼 또는 분산액이 적용된 후에, 상기 용제 또는 분산제는 바람직하게는 전도성 고분자층의 형성을 위해 제거된다. 용제 또는 분산제의 제거는 바람직하게는 10 내지 250℃, 바람직하게는 50 내지 200℃ 및 좀 더 바람직하게는 80 내지 150℃의 건조 온도 범위에서 1초 내지 24　시간, 바람직하게는 10초 내지 10분 및 좀 더 바람직하게는 15초 내지 2분 동안 단순 증발에 의해 달성된다. 이와 같이 적용된 전도성 고분자층의 두께는 바람직하게는 1㎚ 내지 10　㎛, 특히 바람직하게는 10㎚ 내지　500㎚ 및 가장 바람직하게는 20㎚　내지　200㎚의 범위이다. 이와 같이 적용된 전도성 고분자층의 표면 저항은 바람직하게는 1 내지 5000　W/sq, 바람직하게는 10 내지 1000　W/sq 및 가장 바람직하게는 10 내지 250　W/sq의 범위이다.
본 발명에 따른 공정의 공정 단계 Ⅳ)에서, 전도성 고분자층의 표면 (즉, 기판의 후면 상에 패시베이션층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층에서 먼 쪽을 향하는 표면)의 적어도 일부는 금속 함유 층으로 피복되고, 여기서 금속 함유 층으로 전도성 고분자층을 피복하는 방식은 태양 전지의 구조에 다시 의존한다.
- 만약 태양 전지가 태양 전지의 전면에 제1 전극 및 후면에 제2 전극을 갖도록 구성된다면, 기판의 후면의 거의 전체 표면이 전도성 고분자로 피복되고, 상기 전도성 고분자층의 거의 전체 표면이 금속 함유 층으로 피복되어 태양 전지의 후면 상에 전극으로 제공되는 것이 바람직하다. 이 구체 예에서, 태양 전지의 제2 전극은 태양 전지의 전면에 적어도 하나의 금속 버스바 및 금속 핑거를 포함하는 패턴의 형태로, 또는 그리드의 형태로 적용된다.
- 만약 태양 전지가 태양 전지의 후면 상에 양 전극을 갖도록 구성된다면, 금속 함유 층은 전도성 고분자층으로 피복된 태양 전지의 후면 상에서의 이들 구역 상에만 오직 적용된다. 나머지 구역 (즉, n+-구역)은 개별 금속 함유 층에 의해 피복된다.
폴리티오펜을 포함하는 전도성 고분자층을 피복하기 위해 사용된 금속 함유 층은 알루미늄 (Al), 금 (Au), 은 (Ag), 구리 (Cu)로 코팅된 니켈 (Ni) 또는 Au로 코팅된 크롬 (Cr) 또는 티타늄 (Ti), 팔라듐 (Pd) 및 은 (Ag)을 포함하는 스택에 기초할 수 있고, 여기서 은 층이 후면에 금속 함유 층으로 바람직하다. 은 층을 형성하기 위해, 은-함유 고분자-계 페이스트는 전도성 고분자층 상에 적용될 수 있고, 그 다음 적절한 온도 (즉, <200℃)에서 저-온 소성된다. 이러한 페이스트는 상업적으로 이용 가능하고, 오늘날 a-Si/c-Si 이형 접합 전지의 생산에 일상적으로 사용된다. 금속 함유 층을 적용하는 방식은 제조된 태양 전지에 다시 의존한다 (즉, 만약 금속 함유 층이 기판의 후면의 모든 표면상에 광범위하게 적용된다면, 본 발명에 따른 태양 전지의 제1 특정 구체 예에 대한 경우이고, 또는 금속 함유 층이 기판의 후면 상에 선택된 구역에서만 패턴의 형태로 적용된다면, 본 발명에 따른 태양 전지의 제2 특정 구체 예에 대한 경우이다).
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 또한 본 발명에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 태양 전지에 의해 만들어진다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 또한 적어도 본 발명에 따른 태양 전지 또는 적어도 본 발명에 따른 공정, 특히 전술된 구체 예 중 적어도 하나를 따른 공정에 의해 얻어진 태양 전지, 및 적어도 하나 이상의 태양 전지를 포함하는 모듈에 의해 만들어진다. 본 발명에 따른 다수의 태양 전지는 공간적으로 배열되고 전기적으로 연결되어 모듈이라 불리는 집합 배열 (collective arrangement)을 형성한다. 본 발명에 따른 바람직한 모듈은 다수의 형태, 바람직하게는 태양 전지판으로 알려진 직사각형 표면을 취할 수 있다. 집합 배열을 형성하기 위해 이러한 전지를 기계적으로 배열 및 고정하기 위한 다수의 방식뿐만 아니라 태양 전지를 전기적으로 연결하는 다수한 방식은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절하다고 고려되는 어떤 방법도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 저 질량 대 전력 출력비 (power output ratio), 저 부피 대 전력 출력비, 및 높은 내구성을 결과하는 것들이다. 알루미늄은 본 발명에 따른 태양 전지의 기계적인 고정을 위해 바람직한 물질이다.
이하 본 발명은, 오직 예시를 위해 의도되고, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않는, 도면을 참조하여 설명된다.
도 1 및 2는 본 발명의 제1 특정 구체 예에 따른 태양 전지 (1)의 실현 형태이고, 여기서 제1 전극 (7)은 전면 (2a)에 위치되고, 제2 전극 (6)은 기판 (2)의 후면 (2b)에 위치된다. 이 태양 전지 구조는 인-확산 전자 수집 n+-층 (2') (소위 "n+-전면 표면 전계", n+-FSF)으로 제공된 종래의 가공된 RP-텍스쳐된 전면 (2a)을 특징으로 한다. 상기 전면 (2a) (즉, n+-FSF)은 Al2O3 터널 층 (3')으로 코팅되고, 알루미늄으로 금속화되며, 그 다음 SiNx-층 (3")으로 패시베이트된다. 전면 (2a)은 Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH)에 의해 개발되고, D. Zielke 등의, "Contact passivation in silicon Solar cells using atomic-layer-deposited aluminum oxide layers". Phys. Stat. Sol. RRL 5, 298-300 (2011)에 기재된 표준 공정으로 만들어진다. 태양 전지 (1)의 후면 (2b) 상에서, 정공-수송 PEDOT　:　PSS/c-Si 이형 접합은 위치되고, 이것은 증발된 은 (Ag)으로 완전하게 금속화되어 백 전극 (6)을 형성한다.
도 1 및 2에서 나타낸 바와 같은 태양 전지의 생산을 위해, 1.5　Ωcm의 고유 저항 (resistivity) 및 160　㎛의 두께를 갖는 단결정 n-형 실리콘 웨이퍼 (2)는 출발 물질로 사용된다. 상기 웨이퍼 (2)는 RCA 순서로 세정되고, 100㎚의 두께를 갖고 PECVD에 의해 증착된 SiNx-층으로 양 측면 상에서 보호된다. 패시베이트된 실리콘 웨이퍼의 일 측면에서, 2　x　2　cm 확산 창은 레이저 어블레이션 (laser ablation) (2배-주파수 Nd　:　YVO4 레이저, SuperRapid, Lumera)에 의해 SiNx 층에서 개방된다. 개방된 SiNx-창에서 랜덤 피라미드 텍스쳐는 KOH/이소프로판올 용액에 의해 생산된다. 추가 정제 후에, 인 확산은 850℃에서 석영관 가열로 (quartz tube furnace)에서 POCl3 공급원으로 개방 및 텍스쳐된 SiNx 창에서 수행된다. 최종 n+-FSF (2')는 100 ± 50 Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. SiNx 보호층 및 인-실리케이트 유리는 묽은 플루오린산을 사용하여 완전하게 제거되고, 웨이퍼 (2)의 텍스쳐된 면은 0.24㎚의 두께를 갖고, 원자층 증착에 의해 증착된 Al2O3 터널 층 (3')으로 코팅된다. 그 이후, 20　㎛의 두께 및 1　mm의 핑거 피치를 갖는 알루미늄 그리드 (7)는 텍스쳐된 전면 (2a) 상에 니켈 쉐도우 마스크를 사용하여 전자빔 증발에 의해 증착된다. 금속화된 전면 (2a)은 2.4의 굴절률을 갖는 패시베이팅 SiNx층 및 그 위에 1.0의 굴절률을 갖는 70nm 두께의 SiNx 반사-방지층으로 코팅된다. 상기 두 개의 SiNx 층은 함께 도 2에서 참조 번호 (3")로 나타내고, PECVD에 의해 330℃에서 증착된다. 태양 전지 (1)는 그 다음 태양 전지 (1)의 텍스쳐되지 않은 후면 (2b) 상에 천연 그대로의 SiOx 층을 성장시키기 위해 대기에서 24시간 동안 저장된다. 저장 24시간 후에, 140㎚의 두께를 갖는 PEDOT　: PSS 층 (5)은 전지의 텍스쳐되지 않은 면 상에 PEDOT　:　PSS-분산액 (F HC Solar, Heraeus Clevios GmbH)을 스핀 코팅 (10초 동안 분당 500회, 그 다음 20초 동안 1000　rpm)에 의해 SiOx-층 (4) 상에 적용된다. 상기 전지는 그 다음 고온 플레이트 상에 30초 동안 130℃에서 건조된다. 상기 태양 전지 (1)의 후면 (2b)에 증착된 PEDOT　:　PSS 층 (5)의 시트 저항은 120　±　10　Ω/sq이다. 최종적으로, PEDOT　:　PSS 층 (5)의 전체 표면은 은 층 (6)으로 코팅된다. 은 코팅은 전자빔 증발에 의해 수행된다.
전체-표면의 은 기상-증착이 산업적으로 제조된 태양 전지에 대해 다소 비경제적이기 때문에, 후면 (2b)은 또한 다른 방법에 의해 금속화될 수 있다. a-Si/c-Si 이형 접합 전지와 연관하여 수년 동안 산업에 사용된 하나의 접근법은 은-함유 고분자 페이스트의 사용이다. 이 접근법에서, PEDOT　:　PSS와 양립할 수 있는 온도에서 강화될 (tempered) 수 있는 은 함유 페이스트는 스크린 프린팅에 의해 적용되고, 나중에 강화된다. 태양 전지의 후면 상에 금속성 층을 적용시키는 또 다른 가능성은 갈바니 증착 (galvanic deposition)의 사용이다.
도 3은 본 발명의 제2 특정 구체 예에 따른 태양 전지 (1)의 단면도를 나타내고, 여기서 두 전극 (6, 7)은 기판 (2)의 후면 (2b)에 위치된다 ("백 접촉, 백 접합 (BCBJ)"). 이 태양 전지 구조는 전면 (2a)이 완전히 비금속화되고, 광 커플링을 개선하기 위해 오직 RP-텍스쳐된 것을 특징으로 한다. 전면은 SiO2/SiNx-층 순서 (3',3")로 패시베이트되고 (여기서, SiNx-층이 외부층이다), 이것은 또한 반사-방지 코팅으로 작용한다. 후면 (2b) 상에서, n-형 기판 (2)을 접촉하기 위한 인-확산된 n+-영역 (2')은 국소적으로 생성되고, 정공-전도성 층으로, 전도성 고분자층 (5)은 적용된다. 금속화는, 갭에 의해 전기적으로 분리된, 두 개의 별개의 그리드 (6, 7)에 의해 영향을 받는다. n+-영역의 비-금속화 부분은 표면 재결합을 통한 손실을 최소화하기 위해 SiOx-함유 층 (4)뿐만 아니라 기판 (2)의 후면 (2b)상에 전도성 고분자층 (5) 및 n+-영역 (2') 사이에 갭에 의해 패시베이트된다.
도 3에 나타낸 BCBJ-태양 전지 (1)를 제조하기 위해, 1-6　Ωcm의 고유 저항 및 160　㎛의 두께를 갖는 단결정 n-형 실리콘 웨이퍼 (2)는 출발 물질로서 사용된다. 웨이퍼 (2)는 RCA 순서로 세정되고, 100㎚의 두께를 갖고, PECVD에 의해 증착된 SiNx-층으로 일 측면상에서 보호된다. 웨이퍼 (2)의 미코팅된 면에서, 랜덤 피라미드 (RP) 텍스쳐는 KOH/이소프로판올 용액에서 생성된다. 습식-화학적 세정 후에, 상기 웨이퍼 (2)의 RP-텍스쳐된 면 (2a)은 PECVD-증착된 SiNx 층으로 보호된다. 그 후에, 서로 200　㎛의 폭 및 2　mm의 거리를 갖는 스트립은 레이저 어블레이션 (2배-주파수 Nd　:　YVO4 레이저, SuperRapid, Lumera)에 의해 SiNx 보호층에서 웨이퍼 (2)의 미텍스쳐된, 평면 (2b)상에 개방된다. 습식-화학적 세정 후에, 인 확산은 미텍스쳐된 면 (2b) 상에 개방 구역에서 수행된다. 확산은 850℃에서 석영관 가열로에서 POCl3 공급원으로 달성된다. 최종 n+-영역 (2')은 100　± 70　Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. SiNx 보호층 및 인-실리케이트 유리는 묽은 플루오린산 용액을 사용하여 완전하게 제거되고, 웨이퍼 (2)는 두 표면상에 10㎚ SiO2 패시베이션 층 (3', 4)을 성장시키기 위해 습식 산화로 900℃의 석영관 가열로에서 두 측면에 대해 산화된다. 텍스쳐된 전면 (2a) 상에 SiO2 패시베이션층 (3')상에서, 80㎚의 두께를 갖는 SiNx-층 (3")은 PECVD에 의해 증착되어 전면 (2a) 상에 반사-방지 효과 및 패시베이팅 효과를 개선시킨다. 후면 (2b)에서, SiO2 층은, 예를 들어, 잉크젯 기술 및 불화수소산으로 에칭에 의해, 또는 레이저 어블레이션에 의해 국소적으로 제거된다. SiO2 층은 n+-영역의 작은 부분 및 상기 n+-영역 및 나중에 PEDOT　:　PSS/c-Si 접합을 형성하는 구역 사이에 에지 영역에서만 남는다. 천연 계면 산화물 (4)의 성장을 위해 24시간 저장 후에, PEDOT　:　PSS 층과 같은, 전도성 고분자층은 n+-타입 라인들 사이에 영역에 국소적으로 적용된다. 이것은, 예를 들어, 스크린 프린팅 또는 잉크 프린팅에 의해 영향받을 수 있다. 태양 전지 (1)는 그 다음 고온 플레이트 상에서 30초 동안 130℃로 건조된다. 태양 전지 (1)의 후면 (2b)에 증착된 PEDOT　:　PSS 층 (5)의 시트 저항은 120　±　10　Ω/sq이다. 마지막으로, PEDOT　:　PSS 층 (5)은 PEDOT　:　PSS 층 (5)을 오직 접촉하는 제1 그리드 (6), 및 n+-영역 (2')을 접촉하는 제2, 미세 그리드 (7)로 국소적으로 금속화된다.
1: 태양 전지
2: 기판 (즉, n-형 또는 p-형 Si 웨이퍼, 바람직하게는 n-도핑된 c-Si)
2': n+-영역
2a: 전면
2b: 후면
3: 패시베이션층
3': Al2O3 층 또는 SiO2 층
3": SiNx 층
4: 초박형 패시베이션층, 바람직하게는 SiOx를 포함하는 초박형 패시베이션층
5: 전도성 고분자층 (바람직하게는 PEDOT　:　PSS 층)
6: 금속 함유 층 (제2 전극)
7: 금속 함유 층 (제1 전극)

Claims (25)

  1. p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판 (2)을 포함하며, 여기서 상기 기판 (2)은:
    - 표면이 적어도 하나의 패시베이션층 (3)으로 적어도 부분적으로 피복된 전면 (2a); 및
    - 후면 (2b)을 포함하고,
    여기서,
    - 상기 기판 (2)의 후면 (2b)은 충분한 두께를 갖는 패시베이션층 (4)으로 적어도 부분적으로 피복되어 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 하며, 및
    - 상기 기판 (2)의 후면 (2b) 상에 패시베이션층 (4)은 전도성 고분자층 (5)으로 적어도 부분적으로 피복된 태양 전지 (1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 후면 상에 패시베이션층 (4)은 SiOx를 포함하고, 5㎚ 미만의 두께를 갖는 태양 전지.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전도성 고분자층 (5)은 폴리티오펜을 포함하는 태양 전지.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)은 n-형 단결정 실리콘 (c-Si)에 기초한 태양 전지.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 패시베이션층 (3)은 질화규소층 (SiNx), 산화규소층 (SiOx), 탄화규소층 (SiC), 산화티타늄층 (TiOx), 산화알루미늄층 (AlOx), 비정질 실리콘 (a-Si)의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택 또는 이들 층의 적어도 둘의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 태양 전지.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)의 전면 (2a)상에 표면은 최고와 최저를 갖는 텍스처를 갖는 태양 전지.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지 (1)는 상기 기판 (2)의 전면 (2a)과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층 (7) 및 상기 기판 (2)의 후면 (2b)상에 전도성 고분자층 (5)과 전기 전도성 접촉하에 있는 제2 금속 함유 층 (6)을 포함하는 태양 전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전면 (2a)에서 및 상기 적어도 하나의 패시베이션층 (3) 아래에서 기판　(2)은 n-도핑된 전면 전계 (n+-FSF) (2')를 포함하는 태양 전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 패시베이션층 (3)은 n-도핑된 비정질 실리콘 (a-Si　(n))의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택이고, 여기서 상기 패시베이션층 (3)은 투명한 전도성 코팅의 층으로 피복되는 태양 전지.
  10. 청구항 7 내지 9중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)의 전면 (2a)과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층 (7)은 금속 그리드의 형태 또는 적어도 하나의 금속 버스바 및 금속 핑거를 포함하는 패턴의 형태로 적용되는 태양 전지.
  11. 청구항 1 내지 6중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지 (1)는 상기 기판 (2)의 후면 (2b)과 전기 전도성 접촉하에 있는 제1 금속 함유 층 (7) 및 상기 기판 (2)의 후면 (2b)상에 전도성 고분자층 (5)과 전기 전도성 접촉하에 있는 제2 금속 함유 층 (6)을 포함하는 태양 전지.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층 (5)은, 전도성 고분자에 부가적으로, 고분자 음이온, 바람직하게는 고분자 술폰산 또는 고분자 카르복시산을 포함하는 태양 전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리티오펜　:　고분자 음이온 복합체, 바람직하게는 PEDOT　:　PSS의 형태로 존재하는 폴리티오펜을 포함하는 태양 전지.
  14. I) p-형 실리콘 또는 n-형 실리콘의 기판 (2)을 제공하는 단계, 여기서 상기 기판 (2)은:
    - 전면 (2a), 및
    - 후면 (2b)을 포함하며;
    Ⅱ) 상기 후면 (2b) 상에 기판 (2)의 표면의 적어도 일부를 충분한 두께를 갖는 패시베이션층 (4)으로 피복하여 이를 통하여 정공의 수송을 가능하게 하는 피복 단계;
    Ⅲ) 상기 기판 (2)의 후면 (2b)상에 패시베이션층 (4)의 표면의 적어도 일부를 전도성 고분자층 (5)으로 피복시키는 단계; 및
    Ⅳ) 상기 전도성 고분자층 (5)의 표면의 적어도 일부를 금속 함유 층 (6)으로 피복시키는 단계를 포함하는 태양 전지 (1)의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 기판 (2)의 후면 (2b)상에 패시베이션층 (4)은 SiOx를 포함하고, 5㎚ 미만의 두께를 갖는 태양 전지의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    SiOx를 포함하는 패시베이션층 (4)은 산소로 상기 후면 (2b)상에 기판 (2)의 표면의 열적 산화에 의해 형성되는 태양 전지의 제조방법.
  17. 청구항 14 내지 16중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은, 상기 패시베이션층 (4) 상으로 전도성 고분자 및 용제 또는 분산제를 포함하는 용액, 에멀젼 또는 분산액을 적용시키고, 상기 용제 또는 분산제의 적어도 일부를 나중에 제거하여 형성되는 태양 전지의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 용액, 에멀젼 또는 분산액 내에 전도성 고분자는 폴리티오펜을 포함하는 태양 전지의 제조방법.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서,
    전도성 고분자 및 용제 또는 분산제를 포함하는 용액, 에멀젼 또는 분산액은, 고분자 음이온, 바람직하게는 고분자 술폰산 또는 고분자 카르복시산을 더욱 포함하는 태양 전지의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 전도성 고분자는, 폴리티오펜　:　고분자 음이온 복합체, 바람직하게는 PEDOT/PSS의 형태로 존재하는 폴리티오펜을 포함하는 태양 전지의 제조방법.
  21. 청구항 14 내지 20중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)은 n-형 단결정 실리콘 (c-Si)에 기초하는 태양 전지의 제조방법.
  22. 청구항 14 내지 21중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)의 전면 (2a)상에 표면은, 질화규소층 (SiNx), 산화규소층 (SiOx), 탄화규소층 (SiC), 산화티타늄층 (TiOx), 산화알루미늄층 (AlOx), 비정질 실리콘 (a-Si)의 층 또는 고유의 미도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(i)) 및 Si n-도핑된 비정질 실리콘층 (a-Si　(n))을 포함하는 층 스택 또는 이들 층의 적어도 둘의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패시베이션층 (3)으로 적어도 부분적으로 피복되는 태양 전지의 제조방법.
  23. 청구항 14 내지 22중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2)의 전면 (2a)상에 표면은 최고와 최저를 갖는 텍스처를 갖는 태양 전지의 제조방법.
  24. 청구항 14 내지 23중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 태양 전지(1).
  25. 청구항 1 내지 13 및 24중 어느 한 항에 따른 적어도 두 개의 태양 전지 (1)를 포함하는, 태양광 모듈.
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