KR20160135145A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 이온 주입법으로, 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에만 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 위치하는 보호막을 형성하는 단계, 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 보호막을 통해 상기 기판과 선택적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 원하는 기판의 제1 면에만 에미터부를 형성하므로, 원치 않은 면에 형성된 에미터부의 제거 공정이 불필요하다. 이로 인해, 태양 전지의 제조 비용과 제조 시간이 줄어든다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 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 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 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 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 p-n 접합에 의해 각각 해당 방향 즉, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 이온 주입법으로, 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에만 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 위치하는 보호막을 형성하는 단계, 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 보호막을 통해 상기 기판과 선택적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부를 형성할 때, 상기 기판의 상기 제1 면과 상기 제2 면에 각각 제1 및 제2 열적 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 보호막은 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하는 상기 제2 열적 산화막 위에 형성되며, 상기 제1 전극은 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치하는 상기 제1 열적 산화막을 통해 상기 에미터부와 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 보호막과 상기 제2 열적 산화막을 통해 상기 기판과 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 열적 산화막 형성 단계는 700℃ 내지 900℃의 온도에서 행해질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치하는 상기 제1 열적 산화막 위에 반사 방지부를 더 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 반사 방지부와 상기 제1 열적 산화막을 통해 상기 기판과 연결될 수 있다.
상기 반사 방지부 형성 단계는 실리콘 질화물로 상기 반사 방지부를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 열적 산화막은 각각 15㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호막 형성 단계는 실리콘 질화물로 상기 보호막을 형성할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부 위에 반사 방지부를 더 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 반사 방지부를 통해 상기 에미터부와 연결될 수 있다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 보호막 형성 단계는 실리콘 산화물로 제1 보호막을 형성하는 단계, 그리고 실리콘 질화물로 제2 보호막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보호막 형성 단계는 알루미늄 산화물로 제1 보호막을 형성하는 단계, 그리고 실리콘 질화물로 제2 보호막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 도전성 타입을 p형이고, 상기 제2 도전성 타입은 n형일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부를 형성하기 전에, 상기 기판의 제1 및 제2 면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 에미터부와 상기 보호막은 상기 텍스처링 표면인 상기 제1 및 제2 면에 각각 형성될 수 있다.
상기 에미터부 형성 단계는, 상기 이온 주입법으로 제2 도전성 타입의 불순물을 상기 기판의 상기 제1 면에만 주입하여 상기 제1 면에 불순물층을 형성하는 단계, 그리고 산소 분위기에서 상기 불순물층을 구비한 상기 기판을 열처리하여, 상기 불순물층을 상기 에미터부로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖고, 서로 반대편에 위치하며 복수의 요철을 구비한 텍스처링 표면을 갖는 제1 및 제2 면을 구비한 기판, 이온 주입법으로 형성되어 상기 기판의 제1 면에만 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하는 보호막, 상기 에미터부와 연결된 제1 전극, 그리고 상기 보호막을 통해 상기 기판과 선택적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
상기 에미터부는 60Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부 위에 위치하는 제1 열적 산화막과 상기 기판의 상기 제2 면위에 위치하는 제2 열적 산화막을 더 포함할 수 있고, 상기 보호막은 상기 제2 열적 산화막 위에 위치하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 열적 산화막을 통해 상기 에미터부와 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 보호막과 상기 제2 열적 산화막을 통해 상기 기판과 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 열적 산화막은 각각 15㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호막은 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 보호막은 40㎚ 내지 80㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 열적 산화막 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 반사 방지부를 통과하여 상기 에미터부와 접촉할 수 있다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 보호막은 상기 기판의 제2 면 위에 위치하고 실리콘 산화물로 이루어진 제1 보호막과 상기 제1 보호막 위에 위치하고 실리콘 질화물로 이루어진 제2 보호막을 포함할 수 있다.
상기 제1 보호막은 200㎚ 내지 300㎚의 두께를 갖고, 상기 제2 보호막은 40㎚ 내지 80㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 도전성 타입을 p형이고 상기 제2 도전성 타입은 n형일 수 있다.
상기 보호막은 상기 기판의 제2 면 위에 위치하고 알루미늄 산화물로 이루어진 제1 보호막과 상기 제1 보호막 위에 위치하고 실리콘 질화물로 이루어진 제2 보호막을 포함할 수 있다.
상기 제1 보호막은 30㎚ 내지 70㎚의 두께를 갖고, 상기 제2 보호막은 40㎚ 내지 80㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 도전성 타입을 p형이고 상기 제2 도전성 타입은 n형일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 전극에 접하는 상기 기판에 위치한 전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 면과 상기 제2 면의 거칠기는 서로 동일한 것이 좋다.
상기 복수의 요철 각각은 5㎛ 내지 15㎛의 최대 지름과 높이를 가질 수 있다.
상기 복수의 요철 각각은 0.5 내지 2의 종횡비를 가질 수 있다.
이러한 특징에 따라, 원하는 기판의 면에만 에미터부를 형성하므로, 원치 않은 면에 형성된 에미터부의 제거 공정이 불필요하다. 이로 인해, 태양 전지의 제조 비용과 제조 시간이 줄어든다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
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 상이한 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 붙였다.
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. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 한 예는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면'라 함]에 위치한 에미터부(emitter portion)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110)의 전면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면'라 함] 위에 위치하는 보호부(190), 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 보호부(190) 위에 위치하고 기판(110)과 연결되어 있는 후면 전극부(150), 그리고 기판(110)의 후면에 선택적으로 위치하는 복수의 후면 전계부(back surface field portion)(172)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)가 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형의 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
도 1 및 도 2에서, 기판(110)의 전면과 후면에 별도의 텍스처링 처리 공정이 행해져, 기판(110)의 전면 및 후면은 복수의 요철을 구비한 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가진다. 이 경우, 기판(110)의 전면 및 후면 위에 위치한 에미터부(121) 및 반사 방지부(130) 그리고 보호부(190) 및 후면 전극부(150) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있으므로, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 향상된다. 추가로, 기판(110)의 후면이 텍스처링되어 있으므로, 기판(110)을 통과한 빛은 텍스처링된 기판(110)의 후면에 의해 기판(110) 쪽으로 다시 반사시키는 양이 증가하게 되어 기판(110)의 후면에서 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양이 증가하게 된다. 편의상, 도 1 및 도 2에서 텍스처링 표면의 요철은 모두 동일한 최대 지름(a)과 높이(b)를 갖고 있지만, 실제로 텍스처링 표면의 각 요철의 최대 지름(a)의 크기와 높이(b)의 크기는 랜덤(random)하게 정해지므로, 서로 다른 최대 지름(a)과 높이(b)를 갖는 복수의 요철이 형성된다.
본 예에서, 기판(110)의 전면과 후면에 형성된 각 요철의 최대 지름(a)과 폭(b)은 각각 5㎛ 내지 15㎛일 수 있고, 각 요철의 종횡부(b/a)는 0.2 내지 2일 수 있다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 형성된 텍스터링 표면은 하나의 공정에 의해 형성되므로, 기판(110)의 전면과 후면에서 단위 면적 당 텍스처링 표면의 거칠기는 서로 동일하다.
기판(110)에 위치한 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부이다. 따라서 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 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 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 이온 주입법(ion implantation)으로 기판(110)에 주입하여 형성되며, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 이온 주입법으로 기판(110)에 주입하여 형성된다. 이처럼, 에미터부(121)는 이온 주입법으로 형성되므로, 기판(110)의 한쪽 면, 예, 기판(110)의 전면에만 형성된다.이온 주입법은 이온 생성량과 기판(110)으로 이동하는 이온 속도 등에 따라 기판(110) 내에 주입되는 불순물의 도핑량(이온 주입량)과 도핑 깊이(이온 주입 깊이)가 변하고, 이온 생성량과 이온 속도는 이온 주입 공정 시 인가되는 전력 등을 이용하여 용이하게 제어된다. 따라서, 열 확산법을 이용하여 기판(110) 내에 불순물을 도핑하는 경우보다 이온 주입법으로 에미터부(121)를 형성할 경우 기판(110)에 주입되는 불순물의 양과 불순물의 도핑 깊이의 제어가 용이하다.
예를 들어, 이온 주입 에너지는 예를 들어 약 100KeV 내지 3MeV일 수 있고, 그에 따른 불순물 도핑 깊이는 한 예로서 기판(110)의 표면에서부터 약 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
또한, 이온의 주입량과 주입 깊이의 제어가 용이하므로, 에미터부(121)는 열 확산법을 이용하여 에미터부를 형성할 때보다 높은 값인 약 60Ω/sq. 내지 약 120Ω/sq.의 면저항값을 갖는다. 이로 인해, 열 확산법에 의한 에미터부보다 본 예의 에미터부(121)의 불순물 도핑 농도가 감소하고 또한 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께가 감소하므로, 불순물에 의해 손실되는 전하의 손실량이 크게 감소한다.
에미터부(121)이 약 60Ω/sq.이상의 면저항값을 가질 경우, 에미터부(121)를 통해 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜, 기판(110) 내로 입사되는 빛의 감소량이 좀더 줄어들고, 에미터부(121) 내에 존재하는 불순물에 의해 손실되는 전하의 양이 좀더 줄어든다.
에미터부(121)가 약 120Ω/sq.이하의 면저항값을 가질 경우, 기판(110)과 좀더 안정적인 p-n 접합이 이루어져 보다 안정적으로 전자와 전하가 생성되고, 전면 전극부(140)과 에미터부(121)를 관통해 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 불량이 방지된다.
텍스처링 표면을 갖는 에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 약 70㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가지며, 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 80㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 용이하고 원활하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 에미터부(121)가 좀더 안정적이고 원활하게 연결되도록 한다.
반사 방지부(130)를 형성할 때 인가되는 수소(H)에 의해 반사 방지부(130)는 수소(H)를 함유하게 된다. 이로 인해, 반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)이 안정한 결합으로 바뀌게 되고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)이 실행된다. 따라서, 반사 방지부(130)에 의해 결함에 의한 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)와 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 연결되어 있고, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
각 전면 버스바(142)는 에미터부(121)로부터 이동하는 전하(예, 전자)뿐만 아니라 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하를 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전 물질로 이루어져 있다. 하지만, 대안적인 예에서, 도전 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전 물질로 이루어질 수 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
텍스처링 표면인 기판(110)의 후면 위에 위치한 보호부(190)는 기판(110)의 후면 위에 위치한 제1 보호막(191)과 제1 보호막(191) 위에 위치한 제2 보호막(192)을 구비한다.
제1 보호막(191)은 실리콘 산화물(SiOx)이나 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어질 수 있다. 제1 보호막(191)이 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 경우, 제1 보호막(191)은 약 200㎚ 내지 약 300㎚의 두께를 가질 수 있고, 제1 보호막(191)이 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어질 경우, 약 30㎚ 내지 약 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
제2 보호막(192)는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 약 40㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가질 수 있다.
제1 보호막(191) 및 제2 보호막(192)을 형성할 때, 공정실에 수소(H)가 주입되고 주입된 수소(H)에 의해 제1 및 제2 보호막(191, 192) 내에 수소가 함유되어 있다. 따라서 제1 및 제2 보호막(191, 192) 내에 함유된 수소(H)에 의해 기판(110)의 후면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합과 같은 결함은 안정된 결합으로 바뀌게 된다. 이로 인해, 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능이 이들 제1 및 제2 보호막(191, 192)에 의해 수행되므로, 결함에 의해 기판(110)의 표면이나 그 근처에서 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
또한, 제1 및 제2 보호막(191, 192)은 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)에 입사되는 빛의 양을 증가시킨다.
이에 더하여, 제2 보호막(192)은 제1 보호막(191)에 함유되어 패시베이션 기능을 수행하는 수소(H)가 기판(110)의 표면 쪽이 아니라 그 반대쪽으로 이동하는 것을 차단하고, 후면 전극부(150)에 의해 패시베이션 효과가 감소하는 것을 방지하여, 기판(110) 표면의 패시베이션 효과를 좀더 향상시키는 기능을 수행한다.
일반적으로 실리콘 질화물(SiNx)은 양(+)의 고정 전하(positive fixed charge)의 특성을 갖고 있고, 알루미늄 산화물(AlxOy)은 음(-)의 고정 전하(negative fixed charge)의 특성을 갖고 있다.
이로 인해, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)의 후면 바로 위에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 막이 위치하여 패시베이션 기능을 수행할 경우, 실리콘 질화막이 양(+) 전하의 특성을 띄게 되어 실리콘 질화막 쪽으로 이동하는 양 전하인 정공은 실리콘 질화막과 동일한 극성을 갖고 있으므로 실리콘 질화막의 극성에 의해 실리콘 질화막의 반대쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 기판(110)이 p형일 경우, 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제1 보호막(190)은 패시베이션 역할뿐만 아니라 그 상부막인 제2 보호막(192)의 극성(+)의 영향이 기판(110)의 후면까지 전달하는 것을 방지하는 차단막으로서 기능한다. 이러한 실리콘 산화물(SiOx)인 제1 보호막(191)에 의해 양(+) 극성이 기판(110)의 후면까지 미치지 못하게 되므로, 기판(110)에서 생성된 정공은 제2 보호막(192)의 고정 전하의 영향을 받지 않고 안전하고 원활하게 기판(110)의 후면으로 이동하게 된다.
따라서, 실리콘 산화물(SiOx)인 제1 보호막(191)의 두께가 약 200㎚ 이상일 경우, 실리콘 질화물(SiNx)인 제2 보호막(192)의 고정 전하의 영향을 안정적으로 차단하여, 기판(110)의 후면으로 정공 이동이 안정적으로 이루어지도록 하고, 실리콘 산화물(SiOx)인 제1 보호막(191)의 두께가 약 300㎚ 이하일 경우, 제1 보호막(191)의 제조를 위한 시간과 비용을 불필요하게 증가시키지 않고 기판(110)의 후면으로 정공 이동이 안정적으로 이루어지도록 한다.
따라서, p형 기판(110)에서, 제1 보호막(191)이 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어지고, 제2 보호막(192)이 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 경우, 패시베이션 기능은 주로 제1 보호막(191)보다 제2 보호막(192)에 의해 행해지고, 제1 보호막(191)은 제2 보호막(192)의 고정 전하에 의한 정공 이동에 미치는 악영향을 차단하는 기능을 주로 실행한다.
하지만, p형 기판(110) 바로 위에, 음(-)의 고정 전하를 갖는 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어진 막이 위치할 경우, 알루미늄 산화막 쪽으로 이동하는 양 전하인 정공은 알루미늄 산화막과 반대의 극성을 갖고 있으므로 알루미늄 산화막의 극성에 의해 보호부(190) 쪽으로 끌어 당겨지고, 반면, 알루미늄 산화막과 동일한 극성을 갖는 음 전하인 전자는 알루미늄 산화막의 극성에 의해 알루미늄 산화막의 반대쪽으로 밀려나게 된다. 이로 인해, p형 기판(110) 위에 제1 보호막(191)으로서 알루미늄 산화물(AlxOy)을 사용할 경우, 음의 고정 전하의 영향으로, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 이동량을 더욱 증가한다.
따라서, 제1 보호막(191)이 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어지고, 제2 보호막(192)이 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 경우, 패시베이션 기능은 주로 제1 보호막(191)에 의해 행해지고, 제2 보호막(192)는 후면 전극부(150)로부터 패시베이션 효과를 주로 보호한다.
알루미늄 산화막인 제1 보호막(191)은 제2 보호막(192)의 고정 전하가 정공 이동에 악영향을 미치지 못하므로, 알루미늄 산화물(AlxOy)로 제1 보호막(191)이 이루어질 경우, 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 경우보다 훨씬 얇은 두께를 갖는다. 예를 들어 이미 설명한 것처럼, 알루미늄 산화물(AlxOy)인 제1 보호막(191)은 약 30㎚ 내지 약 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
알루미늄 산화물(AlxOy)인 제1 보호막(191)의 두께가 약 30㎚ 이상일 경우, 좀더 안정적이고 효율적인 패시베이션 기능을 수행하고, 알루미늄 산화물(AlxOy)인 제1 보호막(191)의 두께가 약 70㎚ 이하일 경우, 제1 보호막(191)의 제조를 위한 시간과 비용을 불필요하게 증가시키지 않고 기판(110)의 후면으로 정공 이동이 안정적으로 이루어지도록 한다.
이와 같이, 기판(110)의 후면에 위치하고 제1 및 제2 보호막(191, 192)으로 이루어진 보호부(190)에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에 위치한 결함에 의해 전하가 손실되는 양이 감소하므로, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
기판(110)의 후면에 위치한 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 불순물부인, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 각 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 보호부(190) 위에 위치하고, 후면 전극(155) 및 후면 전극(155)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(155)은 복수의 후면 버스바(152)가 위치한 보호부(190) 부분을 제외한 나머지 보호부(190) 부분 위에 위치한다. 하지만, 대안적인 예에서, 후면 전극(155)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면 전극(155)은 보호부(190)를 통과하여 기판(110)에 위치한 복수의 후면 전계부(172)와 연결된 복수의 접촉부(151)를 구비한다. 이로 인해, 후면 전극(155)은 복수의 접촉부(151)를 통해 기판(110)의 일부, 즉 복수의 후면 전계부(172)에 선택적으로 연결되어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 접촉부(151)는 일정한 간격, 예를 들어, 약 0.5㎜ 내지 약 1㎜ 간격으로 원형, 타원형 또는 다각형과 같은 다양한 형상으로 기판(110)과 연결되어 있다. 하지만, 대안적인 예에서, 각 접촉부(151)는 전면 전극(141)과 같이 기판(110)과 전기적으로 연결되면서 한 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 접촉부의 개수는 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는 접촉부의 개수보다 훨씬 적다.
이러한 접촉부(151)는 기판(110) 쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 후면 전극(155)으로 전달한다.
이때, 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 인해 기판(110)보다 전도도가 높은 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 접촉부(151)가 접하고 있으므로, 기판(110)으로부터 복수의 접촉부(151)로의 전하 이동도가 향상된다.
이러한 후면 전극(155)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질로 이루어져 있지만, 이에 한정되지 않는다.
기판(110)과 접촉하는 복수의 접촉부(151)는 후면 전극(155)의 성분만 함유하거나 후면 전극(155)의 성분뿐만 아니라 보호부(190)와 기판(110)의 성분이 혼합되어 있을 수 있다.
이때, 제2 보호막(192)은, 이미 설명한 것처럼, 후면 전극(155)에 함유된 알루미늄(Al)과 같은 금속 성분이 기판(110)의 실리콘(Si)과 결합하는 것을 방지하여, 후면 전극(155)에 함유된 물질로 인해 패시베이션 효과가 감소하는 것을 방지한다.
후면 전극(155)에 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(155)이 위치하지 않는 보호부(190) 위에 위치하며, 전면 버스바(142)와 동일한 방향으로 뻗어 있고, 스트라이프 형상을 갖고 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(155)으로부터 전달되는 전하를 수집한다. 따라서, 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(155)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
도 1과는 달리, 다른 예에서, 복수의 후면 버스바(152)는 인접한 후면 전극(155)과 일부 중첩할 수 있다. 이 경우, 후면 전극(155)과 접촉하는 면적이 증가하여 접촉 저항이 감소하므로, 후면 전극(155)으로부터 복수의 후면 버스바(152)로 전달되는 전하의 양이 증가한다. 또한, 후면 전극(155)은 후면 버스바(152)가 위치한 보호부(190) 위에도 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면 전극(155) 위에 위치한다. 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)의 형성 위치에 무관하게 후면 전극(155)이 보호부(190) 위에 위치하므로, 후면 전극(155)의 형성 공정이 좀더 용이해진다.
또한, 대안적인 예에서, 각 후면전극용 버스바(152)는 스트라이프 형상 대신 각 전면 버스바(142)의 연장 방향을 따라서 일정한 또는 불규칙한 간격으로 배치된 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 복수의 도전체로 이루어질 수 있다. 이 경우, 후면전극용 버스바(152)를 위한 은(Ag)과 같은 고가의 재료 소모가 감소하여, 태양 전지(11)의 제조 비용이 절감된다.
도 1에 도시한 복수의 후면 버스바(152)의 개수 역시 한 예이고, 필요에 따라 변경 가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)와 에미터부(121)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 전면 버스바(142)로 전달되어 수집되고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 접촉부(151)로 전달된 후 후면 버스바(152)에 의해 수집된다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
또한, 이온 주입법으로 에미터부(121)가 형성되어, 에미터부(121)의 면저항값이 증가하므로 에미터부(121)에서 불순물에 의해 손실되는 전하의 손실량이 크게 감소한다.
다음, 도 3a 내지 도 3i를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법에 대한 한 예를 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 단결정 또는 다결정 실리콘 등으로 이루어진결정질 반도체 기판(110)에 텍스처링 공정을 수행하고, 기판(110)의 전면과 후면에 요철면인 텍스처링 표면을 형성한다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있다.
이때, 각 요철의 최대 지름(a)과 높이(b)는 각각 5㎛ 내지 15㎛일 수 있고, 각 요철의 종횡부(b/a)는 0.2 내지 2일 수 있다.
도 3에서, 기판(110)의 전면과 후면에 형성된 각 요철의 크기의 동일한 최대 지름(a)과 높이(b)를 갖고 있지만 이는 편의를 위한 것이고, 실제로 서로 다른 최대 지름(a)과 높이(b)를 갖는 복수의 요철의 기판(110)의 전면과 후면에 각각 형성된 텍스처링 표면에 형성된다.
이와 같이, 한 공정으로 기판(110)의 전면과 후면에 동일한 특성을 갖는 텍스처링 표면이 형성되므로, 기판(110)의 전면과 후면에 각 형성된 텍스처링 표면의 단위 면적당 거칠기를 동일하다.
본 예에서, 기판(110)의 p형 도전성 타입을 갖고 있지만, 대안적인 예에서 n형 도전성 타입을 가질 수 있다.
다음 도 3b에 도시한 것처럼, 5가 원소 또는 3가 원소의 이온을 이온 주입법으로 기판(110)의 한 면, 예를 들어 기판(110)의 전면에만 주입하여, 입사면인 기판(110)의 전면에 불순물층(120)을 형성한다.
이때, 불순물층(120)은 단지 n형의 불순물이 기판(110) 내부에 물리적으로 주입된 상태이므로, 불순물층(120)의 면 저항값은 수백 Ω/sq.이고, 불순물층(120)은 비활성 상태이므로 태양 전지(11)의 에미터부로서의 기능을 수행하지 못한다.
이온 주입법으로 이온이 주입된 불순물층 (120)을 형성한 후, 산소(O2) 분위기에서 불순물층(120)을 구비한 기판(110)을 열처리하여, 기판(110)의 전면에 위치한 불순물층(120)을 활성화시켜 손상된 실리콘(Si) 격자의 재정렬 및 불순물층(120)의 불순물과 실리콘 또는 불순물간의 결합이 행해지도록 하여, 불순물층(120)이 에미터부(121)로서 기능하도록 하고 이온 주입 시 발생한 손상 부위를 치유한다.
그런 다음, 기판(110)의 실리콘(Si)과 산소의 결합으로 기판(110)의 표면에 생성된 실리콘 산화막을 DHF(dilute HF) 용액 등을 이용하여 제거한다. 따라서, 열처리 공정에 의해, 불순물층(120)은 에미터부(121)로 변하게 되며, 또한 이온 주입법 시 기판(110)의 표면에 충돌하는 이온에 의해 기판(110)의 표면의 실리콘(Si) 격자가 손상되는 것과 같은 손상 부분뿐만 아니라 기판(110)의 후면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합과 같은 결함은 안정된 결합으로 바뀌게 된다. 이때, 에미터부(121)는 60Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있다.
즉, 이온이 기판(110) 표면에 충돌함에 따라 손상된 실리콘 격자는 기판(110))의 재결정화 온도 부근인 약 700℃ 내지 900℃의 열이 가해지면 실리콘(Si)의 재결정화가 행해지면서 손상된 실리콘 격자의 재정렬 현상이 발생한다. 따라서 이러한 산소 분위기에서의 열처리로 인해, 손상된 실리콘 격자는 안정한 실리콘 격자로 재정렬되어 손상된 실리콘 격자가 치유된다.
이와 같이 이온 주입법으로 에미터부(121)를 형성할 경우, 원하는 면인 기판(110)의 전면에만 에미터부(121)가 형성되므로, 원치 않은 면, 즉 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121)를 별도로 제거하는 공정이 필요 없어진다. 따라서, 태양 전지(11)의 제조 비용과 제조 시간이 절감된다.
즉, 열 확산법을 이용하여 기판(110)에 에미터부를 형성할 경우, 기판(110)의 전면뿐만 아니라 측면과 후면까지 에미터부가 형성된다. 따라서, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부를 제거하는 공정이 필요하다. 따라서, 이 경우, 에미터부의 식각을 원치 않은 부분(예, 기판의 전면)에 식각 방지막을 형성한 후 식각 완료후 다시 제거하는 공정이 필요하다. 또한, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부의 식각이 균일하게 이루어지지 않는다. 식각 방지막을 이용하더라고 식각액이 식각 방지막을 침투하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부를 손상시키거나 특성 변화를 일으킬 수 있다. 별도의 식각 방지막을 형성하지 않고, 기판(110)의 후면만 식각액 등에 노출시켜 원하는 부분의 에미터부를 제거할 경우, 공정 상의 부주의 등으로 인해 기판(110)의 후면뿐만 아니라 전면까지 식각액에 노출되는 원치 않는 부분의 에미터부도 식각되는 문제가 발생한다.
열확산법으로 에미터부를 형성하기 전에, 에미터부의 형성을 원치 않는 기판의 면(예, 후면)에 별도의 확산 보호막을 형성하여, 기판(110)의 전면에만 에미터부를 형성할 수 있다. 하지만, 이 경우에도 확산 보호막을 형성한 후, 다시 제거해야 하는 공정이 필요하므로, 태양 전지의 제조 시간과 제조 비용이 증가하는 문제가 발생한다.
하지만, 본 예와 같이, 열확산법보다 이온의 주입 농도와 주입 깊이의 제어가 용이한 이온 주입법으로 원하는 기판(110)의 면인 전면에만 이온 주입을 실시하여, 에미터부(121)를 형성하므로, 열확산법에 비해 매우 간단한 공정으로 그리고 저렴한 비용으로 에미터부(121)의 형성 공정이 이루어진다.
또한, 본 예의 경우, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부의 제거 공정이 불필요하므로, 기판(110)의 후면 역시 전면과 동일하게 텍스처링 표면을 유지한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)나 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등과 같은 막 형성법을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(121)위에 반사 방지부(130)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)는 2.0 내지 2.1의 굴절률을 갖고, 약 70㎚ 내지 80㎚의 두께를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루질 수 있다.
다음, 도 3e 및 도 3f에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면 위에 PECVD법 등의 다양한 막 형성법으로 제1 보호막(191)과 제2 보호막(192)를 차례로 적층하여 보호부(190)를 완성한다. 이때, 제1 보호막(191)은 실리콘 산화물(SiOx)이나 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어질 수 있고, 제2 보호막(192)은 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(191)이 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 경우, 제1 보호막(191)은 약 200㎚ 내지 300㎚의 두께를 가질 수 있고, 제1 보호막(191)이 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어질 경우 제1 보호막(191)은 약 30㎚ 내지 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
또한, 제2 보호막(192)은 약 40㎚ 내지 80㎚의 두께를 가질 수 있다.
그런 다음, 다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다. 전면전극부 패턴(40)은 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 전면전극 패턴부(41)와 전면버스 패턴부(42)를 구비하고 있다.
다음, 도 3h에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 보호부(190)의 해당 부분 위에 알루미늄(Al)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 후면 전극 패턴(55)을 형성한다.
다음, 도 3i에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 보호부(190)의 해당 부분 위에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 건조시켜 복수의 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다. 이때, 도 3i와는 달리, 복수의 후면 버스바 패턴(52)은 인접한 후면 전극 패턴(55)과 일부 위에 위치하여, 후면 전극 패턴(55)과 일부 중첩될 수 있다.
본 실시예에서, 각 후면 버스바 패턴(52)는 한 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있지만, 이와는 달리, 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 패턴이 한 방향으로 일정한 또는 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다.
전면전극부 패턴(40), 후면 전극 패턴(55) 및 후면 버스바 패턴(52)의 형성 순서는 변경 가능하다.
다음, 도 3j에 도시한 것처럼, 후면 전극 패턴(55)의 정해진 부분에 선택적으로 레이저 빔을 조사하면, 후면 전극 패턴(55), 그 하부의 보호부(190) 및 기판(110)이 서로 혼합된 부분(molten mixture)(153)이 형성된다. 대안적인 예에서, 각 접촉부가 스트라이프 형상을 가질 경우, 레이저 빔의 조사 영역 역시 정해진 방향으로 길게 연장되는 스트라이프 형상을 가진다.
이때, 레이저 빔의 파장과 세기는 후면 전극 패턴(55) 및 그 하부의 보호부(190)의 재료나 두께 등에 따라 정해진다.
그런 다음, 후면 전극 패턴(55), 복수의 후면 버스바 패턴(52) 및 전면전극부 패턴(40)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 복수의 접촉부(151)를 구비하는 후면 전극(155)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면전극부(150), 그리고 복수의 후면 전계부(172)를 형성하여 태양 전지(11)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지부(130)이 전면 전극부 패턴(40)에 의해 관통되어, 전면 전극부 패턴(40)은 에미터부(121)와 접촉하여, 복수의 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)로 이루어진 전면 전극부(140)가 형성된다. 이때, 전면 전극부 패턴(40)의 전면 전극 패턴부(41)는 복수의 전면 전극(141)이 되고, 전면 버스바 패턴부(42)는 복수의 전면 버스바(142)가 된다.
또한, 후면 전극 패턴(55), 그 하부의 보호부(190) 및 기판(110)이 서로 혼합된 부분(153)은 기판(110)과 접촉하여 복수의 접촉부(151)가 되어, 복수의 접촉부(151)를 구비한 후면 전극(155)이 완성되고, 복수의 후면 버스바 패턴(52) 역시 인접한 후면 전극(155)과 연결되어 복수의 후면 버스바(152)가 형성된다. 이처럼, 레이저 빔을 이용하여 복수의 접촉부(151)를 형성할 경우, 각 접촉부(151)는 후면 전극(155)의 성분뿐만 아니라 보호부(190) 및 기판(110)의 성분도 함유될 수 있다.
더욱이, 열 처리시, 각 패턴(40, 55, 52)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(121, 110, 190)과의 화학적 결합이 이루어져, 전면 전극부(140)와 에미터부(121) 사이, 복수의 접촉부(151)와 기판(110) 사이, 그리고 후면 전극(155)과 후면 버스바(152) 간의 접촉 저항이 감소하여, 이들 간의 전하 흐름에 향상된다.
또한, 열처리 공정으로, 후면전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 접촉부(151)와 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 접촉부(151)와 접해 있는 기판(110)에 기판(110)과 동일한 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 도핑된 부분인 복수의 후면 전계부(172)가 형성된다.
위에 기재한 것처럼, 레이저 빔을 이용하여 복수의 접촉부(151)를 형성하는 대신, 제2 보호막(192)과 그 하부의 제1 보호막(191)의 일부를 차례로 제거하여 기판(110)의 후면 일부를 노출시키는 방식을 이용하여 복수의 접촉부(151)를 형성할 수 있다.
즉, 도 3a 내지 도 3g에 도시한 것처럼, 기판(110)에 에미터부(121), 반사 방지부(130) 및 보호부(190)를 형성한 후, 보호부(190)의 일부를 제거하여 기판(110)의 일부를 드러내는 복수의 노출부를 형성한다. 이때, 보호부(190)의 노출부는 건식 식각법, 습식 식각법 또는 레이저 빔을 이용하여 형성될 수 있고, 각 노출부의 형상은 각 접촉부(151)의 형상에 따라 스트라이프 형상이거나, 정해진 방향으로 배치되는 원형, 타원형, 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
다음, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130) 위에 전면전극부 패턴(40)을 형성하고, 보호부(190) 위와 노출된 기판(110) 위에 후면 전극 패턴(55)을 형성하며, 또한 후면 전극 패턴(55)과 접하게 보호부(190) 위에 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다.
그런 다음, 이미 기재한 것처럼, 패턴(40, 55, 52)을 구비한 기판(110)을 열처리함으로써, 에미터부(121)와 연결되는 전면 전극부(140), 보호부(190)의 복수의 노출부를 통해 기판(110)과 연결되는 복수의 접촉부(151)를 구비한 후면 전극(155), 후면 전극(155)와 연결된 복수의 후면 버스바(152), 그리고 복수의 접촉부(151)와 접해있는 기판(110)에 복수의 후면 전계부(172)가 형성된다. 이 경우, 보호부(190)가 제거되어 기판(110)이 노출된 부분에 복수의 접촉부(151)가 형성되므로, 각 접촉부(151)는 후면 전극(155)의 성분만 함유할 수 있다.
다음, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(12)에 대하여 설명한다
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때, 도 4 및 도 5에 도시한 태양 전지(12)는 도 1 및 도 2의 태양 전지(11)와 유사한 구조를 갖고 있다.
즉, 태양 전지(12)는 기판(110), 텍스처링 공정에 의해 요철면인 텍스처링 표면인 기판(110)의 전면에만 위치하고 이온 주입법으로 형성된 에미터부(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 역시 텍스처링 표면인 기판(110)의 후면 위에 위치하고 제1 및 제2 보호막(191a, 192)을 구비한 보호부(190a), 에미터부(121)와 연결되어 있고, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 보호부(190a) 위에 위치하고 기판(110)과 연결되어 있고, 복수의 접촉부(151)를 구비한 후면 전극(155)과 후면 버스바(152)를 포함하는 후면 전극부(150), 기판(110)의 후면에 선택적으로 위치하고 후면 전극부(150)의 복수의 접촉부(151)에 연결되어 있는 복수의 후면 전계부(172)를 구비한다.
하지만, 도 1 및 도 2의 태양 전지(11)와는 달리, 본 예의 태양 전지(12)는 에미터부(121)와 반사 방지부(130) 사이에 전면 보호부(193)를 더 구비하고 있다. 또한, 기판(110)의 후면에 위치한 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)은 전면 보호부(193)과 동일한 재료로 이루어져 있다.
본 예에서, 전면 보호부(193)과 기판(110)의 후면에 위치한 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)은 실리콘 산화막(SiO2)인 열적 산화막(thermal oxide)으로 이루어져 있다. 이때, 열적 산화막인 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)은 약 15㎚ 내지 약 30㎚의 두께를 갖는다.
따라서, 반사 방지부(130)뿐만 아니라 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(193)에 의해 기판(110)의 패시베이션 기능이 수행되어 기판(110)의 표면 및 그 부근에 존재하는 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 크게 감소한다.
PECVD 등과 같은 막 형성법으로 형성된 실리콘 산화막(SiOx)보다 열적 산화법으로 형성된 열적 산화막의 막질이 매우 우수하다. 따라서, 막질이 우수한 열적 산화법으로 기판(110)의 전면과 후면에서 패시베이션 기능이 수행되므로, 패시베이션 효과는 더욱더 향상된다.
이 열적 산화막인 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)은 도 1 내지 도 3j를 참고로 하여 이미 설명한 것처럼 이온 주입법으로 기판(110)에 이온을 주입 후, 산소 분위기에서 행해지는 불순물층의 활성화 공정 및기판(110)의 표면에 충돌하는 이온에 의해 기판(110)에서 발생한 실리콘(Si) 격자의 손상을 치료하는 공정 중에 형성된다.
따라서, 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)는 별도의 공정을 통해 형성되지 않고 이온 주입법 후 산소 분위기에서 행해지는 열처리 공정 중에 생성되므로, 이들 막(193, 191a)를 별도로 형성하기 위한 막 형성 공정이 필요하지 않다. 따라서 태양 전지(12)의 제조 시간이 단축된다.
이와 같이, 본 예에 따른 태양 전지(12)는 이온 주입 후 불순물층을 활성화시켜 에미터부(121)로 형성할 때, 이온 주입법에 의해 손상된 기판(110)의 표면이 치료되어, 실리콘 격자의 손상에 의한 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 크게 감소하고, 또한, 이 치료 과정 중에 발생하고 패시베이션 효과가 좋은 열적 산화막인 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a)에 의해 패시베이션 기능이 수행되므로, 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양은 더욱더 감소한다. 따라서 도 1 및 도 2의 태양 전지(11)에 비해, 본 예의 태양 전지(12)의 효율은 더욱더 증가한다.
이와 같이, 기판(110)의 후면 보호부(190a)가 열적 산화막인 제1 보호막(191a)과 실리콘 질화막인 제2 보호막(192)을 구비할 경우, 패시베이션 기능은 제제2 보호막(192)보다 제1 보호막(191a)에서 많이 행해진다.
이때, 전면 전극부(140)는 전면 보호부(193)를 통해 이동하는 전하를 수집한다.
본 예에서, 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a) 각각의 두께가 약 15㎚ 이상일 경우, 이온 주입법으로 손상된 실리콘 격자의 손상을 보다 확실하게 치료하고 보다 효율적인 패시베이션 효과가 얻어진다. 전면 보호부(193)와 후면 보호부(190a)의 제1 보호막(191a) 각각의 두께가 약 30㎚ 이하일 경우, 불필요하게 열처리 시간이 증가하는 것을 방지하며 실리콘 격자의 손상을 좀더 확실하게 치료하고 좀더 효율적인 패시베이션 효과가 얻어지며, 또한 전면 보호부(193)를 통해 좀더 원활하게 전면 전극부(140) 쪽으로 전하의 이동이 행해져, 전면 전극부(140)에 의해 전하의 수집이 좀더 안정적으로 이루어진다.
이러한 태양 전지(12)를 제조하는 방법에 대하여, 도 3a 내지 도 3h뿐만 아니라 도 6a 내지 도 6g를 참고로 하여 설명한다.
이미 도 3a 및 도 3b를 참고로 하여 설명한 것처럼, 기판(110)에 텍스처링 공정을 실시하여 기판(110)의의 전면 및 후면에 요철면을 갖는 텍스처링 표면을 형상하고, 이온 주입법으로 기판(110)의 한 면에만, 예를 들어 전면에만 불순물층(120)을 형성한다.
그런 다음, 도 6a에 도시한 것처럼, 불순물층(120)이 형성된 기판(110)을 공정실에 배치한 후 산소(O2) 분위기에서, 약 700℃ 내지 900℃의 온도로 기판(110)을 열처리하여, 불순물층(120)을 활성화시켜 에미터부(121)를 형성하고, 이온 주입법이 행해질 때 기판(110)에 충돌하는 이온에 의해 기판(110)의 표면이나 그 부근의 손상된 실리콘 격자를 치료하고 또한 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합과 같은 결함을 안정한 결합으로 바꾸어, 패시베이션 기능을 수행한다.
즉, 이온이 기판(110) 표면에 충돌함에 따라 손상된 실리콘 격자는 기판(110))의 재결정화 온도 부근인 약 700℃ 내지 900℃의 열이 가해지면 실리콘(Si)의 재결정화가 행해지면서 손상된 실리콘 격자의 재정렬 현상이 발생한다. 따라서 이러한 열처리로 인해, 손상된 실리콘 격자는 안정한 실리콘 격자로 재정렬되어 손상된 실리콘 격자가 치유된다.
이 경우, 산소 분위기에서 열처리 공정이 행해지면서, 열처리 공정이 행해지는 동안 산소 분위기에 노출된 기판(110)의 전면과 후면에는 열적 산화막이 생성되어, 전면 보호부(193)와 기판(110)의 후면에 위치한 제1 보호막(191a)을 형성한다. 이때, 이 열적 산화막(193, 191a)의 두께는 약 15㎚ 내지 30㎚일 수 있다.
그런 다음, 도 3d를 참고로 하여 설명한 것처럼, PECVD법 등을 이용하여 기판(110)의 전면 보호부(193) 위에 반사 방지부(130)를 형성하고, 도 3f에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면의 제1 보호막(191a) 위에 제2 보호막(192)를 형성하여 후면 보호부(190a)를 완성한다(도 6c). 이때, 반사 방지부(130)와 제2 보호막(192)의 형성 순서는 변경 가능하다.
다음, 도 3g 내지 도 3i를 참고로 하여 설명한 것처럼, 반사 방지부(130) 위에 전면전극용 패턴(40)을 형성하고, 후면 보호부(190a) 위에 후면 전극 패턴(55) 및 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다(도 6d 내지 도 6f).
그런 다음, 도 3j와 같이, 기판(110)의 후면 위에 레이저 빔을 조사하여, 후면 전극 패턴(55), 그 하부의 보호부(190a) 및 기판(110)이 서로 혼합된 부분(153)을 형성한 후(도 6g), 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 패턴(55, 52, 40)을 구비한 기판(110)을 열처리하여, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 복수의 접촉부(151)를 구비하는 후면 전극(155)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면전극부(150), 그리고 복수의 후면 전계부(172)를 형성하여 태양 전지(12)를 완성한다(도 4 및 도 5).
이상에서 본 발명의 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 (22)

  1. 이온 주입법으로, 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 이온을 주입하여 불순물층을 형성하는 단계;
    상기 불순물층을 활성화하여 상기 기판의 제1 면에 상기 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 에미터부 상에 전면 보호부를 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제1 면의 반대면인 제2 면에 위치하며, 상기 기판 위에 형성된 제1 보호막과 상기 제1 보호막 상에 형성된 제2 보호막으로 이루어진 후면 보호부를 형성하는 단계;
    상기 전면 보호부 상에 실리콘 질화물로 이루어진 반사 방지부를 형성하는 단계; 및
    상기 에미터부에 연결되는 제1 전극 및 상기 제1 및 제2 보호막을 통하여 상기 기판과 선택적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 보호막은 실리콘 산화물 또는 알루미늄 산화물을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 전면 보호부는 실리콘 산화물을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 제1 보호막은 열적 산화에 의하여 동시에 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 제1 보호막은 상기 불순물층을 활성화하여 상기 에미터부를 형성하는 단계에서 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 보호막은 상기 불순물층을 활성화하여 상기 에미터부를 형성하는 단계는 700℃ 내지 900℃의 온도에서 행해지는 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 전면 보호부 및 상기 제1 보호막은 각각 15㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 제2 보호막이 실리콘 질화물로 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 도전성 타입은 p형이고, 상기 제2 도전성 타입은 n형인 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 에미터부를 형성하기 전에, 상기 기판의 상기 제1 및 제2 면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제1 도전성 타입을 갖고, 서로 반대편에 위치하며 복수의 요철을 구비한 텍스처링 표면을 각각 갖는 제1 및 제2 면을 구비한 기판;
    이온 주입법으로 형성되어 상기 기판의 제1 면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부;
    상기 에미터부 위에 위치하는 제1 산화막;
    상기 제1 산화막 위에 위치하는 반사 방지부;
    상기 기판의 상기 제2 면에 위치하는 제2 산화막;
    상기 제2 산화막 위에 위치하는 보호막;
    상기 반사 방지부 및 상기 제1 산화막을 관통하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극;
    상기 제2 산화막 및 상기 보호막을 관통하여 상기 기판과 선택적으로 연결된 제2 전극
    을 포함하는 태양 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 산화막은 실리콘 산화막 또는 알루미늄 산화막인 태양 전지.
  13. 제11항에서,
    상기 에미터부는 60Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면저항값을 갖고 있는 태양 전지.
  14. 제11항에서,
    상기 제1 및 제2 산화막은 각각 15㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖고 있는 태양 전지.
  15. 제11항에서,
    상기 보호막은 실리콘 질화물로 이루어지는 태양 전지.
  16. 제11항에서,
    상기 보호막은 40㎚ 내지 80㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  17. 제11항에서,
    상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어지는 태양 전지.
  18. 제11항에서,
    상기 제1 도전성 타입은 p형이고 상기 제2 도전성 타입은 n형인 태양 전지.
  19. 제11항에서,
    상기 제2 전극에 접하는 상기 기판에 위치한 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
  20. 제11항에서,
    상기 제1 면과 상기 제2 면의 거칠기는 서로 동일한 태양 전지.
  21. 제11항에서,
    상기 복수의 요철 각각은 5㎛ 내지 15㎛의 최대 지름과 높이를 갖는 태양 전지.
  22. 제11항에서,
    상기 복수의 요철 각각은 0.5 내지 2의 종횡비를 갖는 태양 전지.


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