KR20180053939A - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 이성분계 금속 산화물을 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a solar cell including a binary metal oxide and a manufacturing method thereof.
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. With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation battery that converts solar energy into electric energy.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 그런데 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율 및 낮은 생산성을 극복하여야 하는바, 태양 전지의 효율 및 생산성을 최대화할 수 있는 태양 전지가 요구된다. In such solar cells, various layers and electrodes can be fabricated by design. However, solar cell efficiency can be determined by the design of these various layers and electrodes. In order to commercialize a solar cell, it is required to overcome a low efficiency and a low productivity, and a solar cell capable of maximizing the efficiency and productivity of the solar cell is required.
예를 들어, 기존에 반도체 기판에 도펀트를 도핑하여 제조되는 태양 전지는 도핑 공정 등이 매우 복잡하며 반도체 기판의 계면 특성이 저하되어 패시베이션 특성이 좋지 않은 문제가 있었다. 이를 방지하기 위하여 도펀트를 도핑하지 않고 형성되는 태양 전지에서는 이에 포함되는 층의 특성에 의하여 태양 전지의 특성 및 효율이 크게 달라지게 되고 태양 전지의 신뢰성이 높지 않았다.For example, in a conventional solar cell manufactured by doping a semiconductor substrate with a dopant, the doping process and the like are very complicated, and the interfacial characteristics of the semiconductor substrate are degraded, resulting in poor passivation characteristics. In order to prevent this, in the solar cell formed without doping the dopant, characteristics and efficiency of the solar cell are largely changed depending on the characteristics of the layer included therein, and the reliability of the solar cell is not high.
본 발명은 우수하고 균일한 효율 및 특성을 가지며 높은 생산성을 가지는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention provides a solar cell having excellent and uniform efficiency and characteristics and high productivity, and a method for manufacturing the solar cell.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판의 일면 위에 제1 터널링층을 형성하는 단계; 상기 제1 터널링층 위에 제1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는 상기 제1 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층을 포함하도록 상기 제1 도전형 영역을 형성할 수 있다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes: forming a first tunneling layer on one surface of a semiconductor substrate; Forming a first conductive type region on the first tunneling layer; And forming a first electrode electrically connected to the first conductive type region. In the forming of the first conductive type region, the first conductive type region may include a binary metal oxide layer having an amorphous structure.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 위에 위치하는 터널링층; 상기 터널링층 위에 위치하며 제1 캐리어를 추출하는 제1 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 포함한다. 상기 제1 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층을 포함한다. 적어도 상기 터널링층에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 경계부가, 상기 비정질 구조를 가지는 비정질 부분이 결정질 구조를 가지는 결정질 부분보다 넓게 형성되는 비정질부로 구성된다. A solar cell according to an embodiment of the present invention includes: a semiconductor substrate; A tunneling layer located on one side of the semiconductor substrate; A first conductive type region located above the tunneling layer and extracting a first carrier; And a first electrode electrically connected to the first conductive type region. And the first conductivity type region includes an amorphous binary metal oxide layer. At least the boundary portion of the first conductive type region adjacent to the tunneling layer is composed of an amorphous portion in which the amorphous portion having the amorphous structure is formed wider than the crystalline portion having the crystalline structure.
본 실시예에서는 도전형 영역의 경계부가 비정질부로 구성되어 이성분계 금속 산화물층을 포함하는 태양 전지가 우수한 효율 및 신뢰성을 가지며 간단한 공정에 의하여 형성되어 높은 생산성을 가질 수 있다. In this embodiment, the boundary portion of the conductive type region is formed of an amorphous portion, and the solar cell including the binary metal oxide layer has excellent efficiency and reliability, and is formed by a simple process and can have high productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 전면 평면도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 반도체 기판, 제2 터널링층 및 제2 도전형 영역의 밴드 다이어그램이고 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 반도체 기판, 제1 터널링층 및 제1 도전형 영역의 밴드 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 태양 전지의 후면 평면도이다.
도 8의 (a)는 실시예 1에 따른 태양 전지의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진이고, (b)는 비교예 2에 따른 태양 전지의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 9는 실시예 1, 5 및 6, 그리고 비교예 3에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압(implied Voc)를 측정하여 나타낸 그래프이다. 1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a front plan view of the solar cell shown in FIG.
FIG. 3A is a band diagram of a semiconductor substrate, a second tunneling layer, and a second conductivity type region in a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a band diagram of a semiconductor substrate, , The first tunneling layer, and the first conductive type region.
4 is a cross-sectional view of a solar cell according to a modification of the present invention.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
7 is a rear plan view of the solar cell shown in Fig.
FIG. 8A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a solar cell according to Example 1, and FIG. 8B is a transmission electron microscope photograph of a solar cell according to Comparative Example 2. FIG.
FIG. 9 is a graph showing the implied open-circuit voltage (implied Voc) of the solar cells according to Examples 1, 5 and 6 and Comparative Example 3. FIG.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified into various forms.
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. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar parts throughout the specification. In the drawings, the thickness, the width, and the like are enlarged or reduced in order to make the description more clear, and the thickness, width, etc. of the present invention are not limited to those shown in the drawings.
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. Wherever certain parts of the specification are referred to as "comprising ", the description does not exclude other parts and may include other parts, unless specifically stated otherwise. Also, when a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it also includes the case where another portion is located in the middle as well as the other portion. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "directly on" another portion, it means that no other portion is located in the middle.
또한, 이하에서 "제1", "제2" 등의 표현은 서로 간의 구별을 위하여 사용한 것에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the expressions "first "," second "and the like are used only for distinguishing each other, and the present invention is not limited thereto.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a solar cell and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면 위에 형성되는 제1 터널링층(52)과, 제1 터널링층(52) 위에 위치하는 제1 도전형 영역(20)과, 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(42)을 포함하고, 제2 도전형 영역(30) 및 이에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30) 중 적어도 하나가 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층으로 구성된다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.1, a
반도체 기판(10)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 베이스 영역(110)은 n형 또는 p형 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 한 태양 전지(100)는 전기적 특성이 우수하다. 이때, 본 실시예에서는 반도체 기판(10)은 추가적인 도핑 등에 의하여 형성되는 도핑 영역을 구비하지 않는 베이스 영역(110)만으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 도핑 영역에 의한 반도체 기판(10)의 패시베이션 특성 저하를 방지할 수 있다. The
일 예로, 본 실시예에서 베이스 영역(110)은 n형 도펀트로 도핑되어 n형을 가질 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지면 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)로 사용되는 이성분계 금속 산화물층을 쉽게 형성할 수 있고 구할 수 있는 물질로 구성할 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 구체적인 물질에 대해서는 추후에 상세하게 설명한다. For example, in this embodiment, the
그리고 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(10)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상))을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10) 내부로 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(10)의 일면에만 텍스처링 구조가 형성되거나, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 텍스처링 구조가 형성되지 않을 수 있다. An anti-reflection structure capable of minimizing reflection can be formed on the front surface and the rear surface of the
반도체 기판(10)의 전면 위에는 제1 터널링층(52)이 형성(일 예로, 접촉)된다. 제1 터널링층(52)은 전자 및 정공에게 일종의 배리어(barrier)로 작용하여, 소수 캐리어(minority carrier)가 통과되지 않도록 하고, 제1 터널링층(52)에 인접한 부분에서 다수 캐리어가 축적된 후에 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어(majority carrier)만이 제1 터널링층(52)을 통과할 수 있도록 한다. 이때, 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어는 터널링 효과에 의하여 쉽게 제1 터널링층(52)을 통과할 수 있다. 그리고 제1 터널링층(52)은 반도체 기판(10)의 표면에서 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. On the front surface of the
제1 터널링층(52)은 반도체 기판(10)의 전면에서 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 우수한 패시베이션 특성을 가지면서 별도의 패터닝 없이 쉽게 형성될 수 있다. 그리고 제1 터널링층(52)은 도펀트를 포함하지 않는 언도프트막일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)이 이성분계 금속 산화물로 구성되며 제1 터널링층(52)이 상대적으로 두껍게 형성될 수 있으므로, 제1 도전형 영역(20)의 도펀트가 제1 터널링층(52) 또는 반도체 기판(10)에 확산되거나 하는 현상이 발생하지 않는다. 따라서 제1 터널링층(52)이 언도프트막으로 구성될 수 있다. The
이러한 제1 터널링층(52)은 다수 캐리어가 터널링 될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 터널링층(52)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 실리콘 탄화물, 진성 비정질 반도체, 진성 다결정 반도체 등을 포함할 수 있다. 특히, 제1 터널링층(52)은 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화물층으로 구성될 수 있다. 실리콘 산화물층은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어가 터널링되기 쉬운 막이기 때문이다. 이러한 실리콘 산화물층은 열적 산화(thermal oxidation) 또는 화학적 산화(chemical oxidation)에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 제1 터널링층(52)이 진성 비정질 실리콘(i-a-Si)층으로 이루어질 수 있다. 그러면, 제1 터널링층(52)이 반도체 기판(10)과 동일한 반도체 물질을 포함하여 유사한 특성을 가지기 때문에 패시베이션 특성을 좀더 효과적으로 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 터널링층(52)이 진성 비정질 실리콘 탄화물(i-a-SiCx)층 또는 진성 비정질 실리콘 산화물(i-a-SiOx)층으로 이루어질 수 있다. 이에 의하면 넓은 에너지 밴드갭에 의한 효과가 향상될 수 있으나, 패시베이션 특성은 진성 비정질 실리콘(i-a-Si)층을 포함하는 경우보다 다소 낮을 수 있다. The
제1 터널링층(52) 위에 제1 도전형 영역(20)이 위치(일 예로, 접촉)한다. 제1 도전형 영역(20)은 제1 터널링층(52) 위에서 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 도전형 영역(20)이 충분한 면적을 가져 광전 변환에 기여하는 면적을 최대화할 수 있다. 본 실시예에서 제1 도전형 영역(20)은 비정질 구조를 가지는 금속 산화물층을 포함하는데, 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. The first
제1 터널링층(52)의 두께는 제1 도전형 영역(20)과 같거나, 이보다 작거나, 이보다 클 수 있다. 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)은 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층으로 구성될 수 있는데, 비정질 구조는 얇은 두께를 가질 때에 형성 및 유지될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 제1 도전형 영역(20)은 얇은 두께를 가지게 되므로, 제1 터널링층(52)의 두께가 제1 도전형 영역(20)의 두께보다 반드시 작은 것으로 한정될 필요가 없다. 일 예로, 제1 도전형 영역(20)이 좀더 안정적으로 비정질 구조를 가질 수 있도록 두께를 최소화할 경우에는 제1 도전형 영역(20)의 두께가 제1 터널링층(52)의 두께와 같거나 이보다 작을 수 있다. 다른 예로, 제1 터널링층(52)을 통한 터널링 효과를 최대화하기 위하여 제1 터널링층(52)의 두께를 줄이는 경우에는 제1 터널링층(52)의 두께가 제1 도전형 영역(20)의 두께보다 작을 수 있다. The thickness of the
또는, 제1 터널링층(52)의 두께가 10nm 이하일 수 있고, 제1 도전형 영역(20)은 30nm 이하 (일 예로 10 nm 이하)일 수 있다. 제1 터널링층(52)의 두께가 10nm를 초과하면 터널링이 원활하게 일어나지 않아 태양 전지(100)가 원활하게 작동하지 않을 수 있다. 제1 도전형 영역(20)의 두께가 30nm 이하이면, 비정질 구조를 가지기 어려울 수 있으며 낮은 전기 전도도에 의하여 캐리어가 원활히 흐르지 않을 수 있다. 이때, 제1 도전형 영역(20)이 10nm 이하의 두께를 가지면 비정질 구조를 안정적으로 유지할 수 있다. Alternatively, the
일 예로, 터널링 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 제1 터널링층(52)의 두께가 5nm 이하(좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 제1 터널링층(52)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 제1 터널링층(52)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(20)은 도전형 영역(20)으로 안정적으로 기능할 수 있도록 2nm 이상(일 예로, 6nm 이상)의 두께를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 터널링층(52) 및/또는 제1 도전형 영역(30)의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다.For example, the
제1 도전형 영역(20) 위에는 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉)되는 제1 전극(42)이 형성된다. 일 예로, 제1 전극(42)은 제1 도전형 영역(20) 위에 차례로 적층되는 제1 투명 전극층(420) 및 제1 금속 전극층(422)을 포함할 수 있다. A
여기서, 제1 투명 전극층(420)은 제1 도전형 영역(20) 위에서 상대적으로 넓은 면적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 일 예로, 제1 투명 전극층(420)은 제1 도전형 영역(20) 위에서 전체적으로 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 투명 전극층(420)이 제1 도전형 영역(20) 위에 넓게 형성되면, 캐리어가 제1 투명 전극층(420)을 통하여 쉽게 제1 금속 전극층(422)까지 도달할 수 있어, 수평 방향에서의 저항을 줄일 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)이 미도핑되어 도펀트를 포함하지 않는 금속 화합물층으로 구성되어 저항이 저하될 수 있으므로, 제1 투명 전극층(420)을 구비하여 저항을 효과적으로 줄이고자 하는 것이다. Here, the first
이와 같이 제1 투명 전극층(420)이 제1 도전형 영역(20) 위에서 넓은 면적으로 형성되므로 광을 투과할 수 있는 물질(투과성 물질)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 투명 전극층(420)은 투명 전도성 물질로 이루어져서 광의 투과를 가능하게 하면서 캐리어를 쉽게 이동할 수 있도록 한다. 이에 따라 제1 투명 전극층(420)을 제1 도전형 영역(20) 위에 넓은 면적으로 형성하여도 광의 투과를 차단하지 않는다. 일 예로, 제1 투명 전극층(420)은 인듐 틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT) 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 투명 전극층(420) 그 외의 다양한 물질을 포함할 수 있다. Since the first
제1 투명 전극층(420) 위에 제1 금속 전극층(422)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 금속 전극층(422)은 제1 투명 전극층(420)에 접촉 형성되어 제1 전극(42)의 구조를 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 투명 전극층(420)과 제1 금속 전극층(422) 사이에 별도의 층이 존재하는 등의 다양한 변형이 가능하다. A first
제1 투명 전극층(420) 위에 위치하는 제1 금속 전극층(422)은 제1 투명 전극층(420)보다 우수한 전기 전도도를 가지는 물질로 구성될 수 있다. 이에 의하여 제1 금속 전극층(422)에 의한 캐리어 수집 효율, 저항 저감 등의 특성을 좀더 향상할 수 있다. 일 예로, 제1 금속 전극층(422)은 우수한 전기 전도도를 가지는 불투명한 또는 제1 투명 전극층(420)보다 투명도가 낮은 금속으로 구성될 수 있다. The first
이와 같이 제1 금속 전극층(422)은 불투명하거나 투명도가 낮아 광의 입사를 방해할 수 있으므로 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있도록 일정한 패턴을 가질 수 있다. 이러한 제1 금속 전극층(422)은 제1 투명 전극층(420)보다 작은 면적을 가지게 된다. 이에 의하여 제1 금속 전극층(422)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사할 수 있도록 한다. 제1 금속 전극층(422)의 평면 형상은 도 2를 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다. As described above, the first
본 실시예에서는 제1 금속 전극층(422)이 각기 제1 투명 전극층(420)에 인접 또는 접촉하여 형성되므로, 절연막 등을 관통하는 파이어 스루(fire-through)가 요구되지 않는다. 이에 따라 제1 금속 전극층(422)이 저온(350℃ 이하, 예를 들어, 300℃ 이하, 일 예로, 250℃ 이하)의 소성에 의하여 소성될 수 있는 저온 소성 페이스트를 도포(일 예로, 인쇄)한 후에 이를 열처리하여 형성될 수 있다. In this embodiment, since the first
이러한 저온 소성 페이스트 또는 이에 의하여 형성된 제1 금속 전극층(422)은 일정한 금속 화합물(일 예로, 산소를 포함하는 산화물, 탄소를 포함하는 탄화물, 황을 포함하는 황화물) 등으로 구성되는 유리 프릿(glass frit)을 구비하지 않고, 금속 입자와 가교 수지를 포함하고, 그 외에 다른 수지(일 예로, 경화제, 첨가제)만을 포함할 수 있다. 이와 같이 저온 소성 페이스트 또는 제1 금속 전극층(422)이 유리 프릿을 구비하지 않으면, 제1 금속 전극층(422)의 금속 입자들이 소결(sintering)되는 것이 아니라 서로 접촉하여 응집(aggregation)되어 단순히 경화(curing)되는 것에 의하여 전도성을 가지게 된다. The low-temperature firing paste or the first
금속 입자는 전도성을 제공하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 금속 입자는 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 은 또는 주석(Sn) 코팅된 은, 알루미늄, 구리 입자를 단독으로 또는 두 개 이상 혼합하여 사용할 수 있다. The metal particles may include various materials that provide conductivity. For example, the metal particles may be silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), silver, aluminum or copper particles coated with silver or tin (Sn) alone or in combination of two or more.
가교 수지로는 금속 간의 가교(cross linking)를 수행할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 그리고 본 실시예에서 제1 금속 전극층(422)은 배선재 등을 접합하기 위한 솔더층이 부착되는 전극층일 수 있는데, 가교 수지는 솔더층의 침투를 방지하는 역할도 할 수 있다. 본 실시예와 달리 가교 수지를 포함하지 않으면, 솔더층이 제1 금속 전극층(422)의 내부로 침투하여 취성(brittle)을 가지게 되어 제1 금속 전극층(422)이 작은 충격 등에 의하여 쉽게 깨질 수 있다. 본 실시예에는 가교 수지가 금속 입자 사이를 채워 솔더층의 침투를 방지하는 것으로 예측된다. 일 예로, 가교 수지가 페녹시 계열 수지, 에폭시 계열 수지, 셀룰로오스 계열 수지 등을 포함할 수 있다. 이들은 가교 특성이 우수하며 전극의 특성을 변화시키지 않기 때문이다. 특히, 에폭시 계열 수지를 사용하며 우수한 가교 특성을 가질 수 있다. 그 외에도 제1 금속 전극층(422)은 경화제를 더 포함할 수 있다. 경화제로는 아민계 경화제를 사용할 수 있다. 아민계 경화제의 일 예로, 무수 프탈산(phthalic anhydride), 디에틸아미노 프로필아민(diethylamino propylamine), 디에틸 트리아민(diethylene triamine) 등을 들 수 있다. 그 외에 첨가제 등을 포함할 수 있다. The cross-linking resin may include a material capable of cross-linking between metals. In this embodiment, the first
그리고 제1 금속 전극층(422)을 형성하기 위한 저온 페이스트에는 용매가 포함되나, 열처리 시 용매는 휘발되어 제1 금속 전극층(422)에서는 포함되지 않거나 매우 미량으로 포함될 수 있다. 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있는데, 일 예로, 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate, CA) 등을 사용할 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The low temperature paste for forming the first
이때, 제1 금속 전극층(422)에서 금속 또는 금속 입자가 가교 수지보다 더 많이 포함될 수 있다. 이에 의하여 제1 금속 전극층(422)이 충분한 전도성을 가질 수 있다. 일 예로, 금속 입자 및 가교 수지의 합을 100 중량부라 할 때, 금속 입자가 80 내지 95 중량부, 가교 수지가 5 내지 20 중량부로 포함되고, 경화제가 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 용매는 열처리 전에는 금속 입자 및 가교 수지의 합을 100 중량부라 할 때, 3 내지 10 중량부로 포함될 수 있으나, 열처리 후에는 휘발되어 존재하지 않거나 미량만 존재하게 된다. 열처리 후에 경화제 등의 다른 물질의 함량은 크지 않으므로 제1 금속 전극층(422)에서 금속 또는 금속 입자의 중량부가 80 내지 95 중량부일 수 있다. At this time, metal or metal particles may be included in the first
금속 입자의 중량부가 80 미만이거나 가교 수지의 중량부가 20을 초과하면, 금속 입자에 의한 전도성이 충분하지 않을 수 있다. 금속 입자의 중량부가 95를 초과하거나 가교 수지의 중량부가 5 미만이면, 가교 수지가 충분하지 않아 가교 수지에 의한 솔더층의 침투 방지 효과가 충분하지 않을 수 있다. 경화제는 저온 페이스트의 특성을 저하시키지 않으면서 충분한 경화가 이루어지도록 하는 양으로 포함된 것이며, 용매는 다양한 물질을 균일하게 혼합하고 열처리 시 휘발되어 전기적 특성을 저하하지 않는 양으로 포함된 것이다. 그러나 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니다. If the weight ratio of the metal particles is less than 80 or the weight portion of the crosslinking resin exceeds 20, the conductivity by the metal particles may not be sufficient. If the weight percentage of the metal particles exceeds 95 or the weight percentage of the crosslinking resin is less than 5, the crosslinking resin is not sufficient and the effect of preventing the penetration of the solder layer by the crosslinking resin may not be sufficient. The curing agent is contained in such an amount as to ensure sufficient curing without deteriorating the characteristics of the low-temperature paste, and the solvent is included in such an amount that the various materials are uniformly mixed and volatilized during the heat treatment so as not to degrade the electrical characteristics. However, the present invention is not limited to these numerical values.
본 실시예에서 금속 입자는 서로 동일한 형상을 가질 수도 있고, 또는 서로 다른 형상, 입경, 물질 등을 가지는 서로 다른 금속 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. In this embodiment, the metal particles may have the same shape, or different metal particles having different shapes, particle sizes, materials, etc. may be mixed and used.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 전극(42)의 제1 금속 전극층(422)의 평면 형상의 일 예를 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 전면 평면도이다. 간략한 도시를 위하여 도 2에서는 제1 전극(42)의 제1 투명 전극층(420)에 대한 도시를 생략한다. Hereinafter, an example of the planar shape of the first
도 2를 참조하면, 제1 전극(42)의 제1 금속 전극층(422)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a)이 서로 평행하며 반도체 기판(10)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)의 제1 금속 전극층(422)은 핑거 전극들(42a)과 교차(일 예로, 직교)하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a)을 연결하는 버스바 전극(42b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a)의 폭보다 버스바 전극(42b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b)의 폭이 핑거 전극(42a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, the first
다시 도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)의 후면 위에는 제2 터널링층(54)이 위치(일 예로, 접촉)하고, 제2 터널링층(54) 위에 제2 도전형 영역(30)이 위치(일 예로, 접촉)한다. 그리고 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 제2 전극(44)은 제2 도전형 영역(30) 위에 차례로 적층되는 제2 투명 전극층(440) 및 제2 금속 전극층(442)을 포함할 수 있다. 제2 터널링층(54), 제2 도전형 영역(30) 및 제2 전극(44)은 반도체 기판(10)의 후면에 위치한다는 점을 제외하고는 제1 터널링층(52), 제1 도전형 영역(20) 및 제2 전극(44)과 동일하므로 이에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 다만, 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)은 서로 추출하는 캐리어의 극성이 다르므로 서로 다른 물질을 가진다. 제1 터널링층(52)과 제2 터널링층(54)은 서로 동일한 두께, 형상, 물질 등을 가질 수도 있고 서로 다른 두께, 형상, 물질 등을 가질 수도 있다. 제1 투명 전극층(420) 및/또는 제1 금속 전극층(422)과 제2 투명 전극층(440) 및/또는 제2 금속 전극층(442)은 서로 동일한 형상 및/또는 물질을 가질 수도 있고 서로 다른 형상 및/또는 물질을 가질 수도 있다. 일 예로, 제1 금속 전극층(422)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)의 폭, 피치 등은 제2 금속 전극층(442)의 핑거 전극 및 버스바 전극의 폭, 피치 등과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수 있다. 또는, 제1 금속 전극층(422)과 제2 금속 전극층(442)의 평면 형상이 서로 다르거나, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 적층 구조 등이 서로 다를 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. Referring again to FIG. 1, a
도 1에 도시하지는 않았지만, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 위에 및/또는 제1 및 제2 투명 전극층(422, 442) 위에 패시베이션막, 반사 방지막, 반사막 등을 구성하는 절연막이 추가로 형성될 수도 있다. Although not shown in FIG. 1, an insulating film constituting a passivation film, an antireflection film, a reflection film, or the like is formed on the first and second
이때, 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층으로 구성된다. 이하에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 각기 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층인 것을 예시로 하여 설명한다. At this time, in this embodiment, at least one of the first and second
구체적으로, 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(10)과의 에너지 밴드를 고려하여 서로 다른 극성을 가지는 제1 또는 제2 캐리어(전자 또는 정공)을 선택적으로 추출하여 수집할 수 있는 금속 화합물로 구성된다. 이에 따라 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)은 반도체 물질, 또는 해당 반도체 물질에서 도펀트로 작용하는 물질을 포함하지 않는다. 이를 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.Specifically, the first
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)에서 반도체 기판(10), 제2 터널링층(54) 및 제2 도전형 영역(30)의 밴드 다이어그램이고 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)에서 반도체 기판(10), 제1 터널링층(52) 및 제1 도전형 영역(20)의 밴드 다이어그램이다. 여기서, 앞서 언급한 바와 같이 반도체 기판(10)이 n형의 베이스 영역(110)으로 구성될 수 있다. 3 (a) is a band diagram of the
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 실시예에서 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30) 중 하나는 제1 캐리어를 추출 및 수집하고 다른 하나는 제1 캐리어와 반대 극성인 제2 캐리어를 추출 및 수집한다. Referring to FIGS. 3A and 3B, in this embodiment, one of the first
이하에서는 제1 도전형 영역(20)이 정공을 추출하고 제2 도전형 영역(30)이 전자를 추출하는 것을 예시하였다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(20)이 n형의 베이스 영역(110)의 다수 캐리어인 전자와 반대 극성의 정공을 추출하여 에미터 영역으로 기능하고, 제2 도전형 영역(30)이 n형의 베이스 영역(110)의 다수 캐리어인 전자를 추출하여 전계 영역(후면 전계 영역)으로 기능한다. 이에 의하면 반도체 기판(10)의 전면 쪽에 위치하며 실질적으로 광전 변환에 작용하는 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(20)이 상대적으로 이동 속도가 느린 정공을 효과적으로 추출 및 수집할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 이와 반대로 반도체 기판(10)의 전면에 위치하는 제1 도전형 영역(20)이 전자를 추출하는 전면 전계 영역으로 구성되고 반도체 기판(10)의 후면에 위치하는 제2 도전형 영역(30)이 정공을 추출하는 에미터 영역으로 구성될 수 있다. Hereinafter, the first
좀더 구체적으로, 정공을 선택적으로 추출 및 수집할 수 있는 제1 도전형 영역(20)을 구성하는 이성분계 금속 화합물층은, 반도체 기판(10)의 페르미 레벨(fermi level)보다 낮은 페르미 레벨을 가지며, 반도체 기판(10)의 일함수(work function)보다 큰 일함수를 가질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(10)의 일함수가 약 3.7eV일 수 있고, 제1 도전형 영역(20)의 일함수가 3.8eV보다 클 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 도전형 영역(20)의 일함수가 7eV 이하(일 예로, 3.8eV 내지 7eV)일 수 있다. 제1 도전형 영역(20)의 일함수가 7eV를 초과하면, 정공을 선택적으로 수집하기 어려울 수 있다. 상술한 에너지 밴드갭이 3.8eV 미만이면, 전자를 제외하고 선택적으로 정공만을 수집하기 어려울 수 있다. More specifically, the binary metal compound layer constituting the first
이러한 페르미 레벨 및 일함수를 가지는 금속 화합물층으로 구성되는 제1 도전형 영역(20)이 제1 터널링층(52)을 사이에 두고 반도체 기판(10)과 접합되면, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 반도체 기판(10)과 제1 도전형 영역(20)의 페르미 레벨이 같은 값을 가질 수 있도록 정렬되어 접합된다. 도 3의 (b)와 같이 접합되면, 반도체 기판(10) 내의 가전도대에 있는 정공은 제1 터널링층(52)을 통과하면 제1 도전형 영역(20)의 가전도대로 쉽게 이동할 수 있다. 반면, 반도체 기판(10) 내의 전자는 제1 터널링층(52)을 통과하지 못한다. When the first
이러한 제1 도전형 영역(20)로 사용될 수 있는 이성분계 금속 화합물층으로는 몰리브덴 산화물로 구성되는 몰리브덴 산화물층, 텅스텐 산화물(일 예로, WO3)로 구성되는 텅스텐 산화물층, 바나듐 산화물로 구성되는 바나듐 산화물층, 니켈 산화물로 구성되는 니켈 산화물층, 레늄 산화물로 구성되는 레늄 산화물층 등을 들 수 있다. 특히, 제1 도전형 영역(20)이 몰리브덴 산화물층 또는 텅스텐 산화물층을 포함하면 정공을 선택적으로 수집하는 효과가 우수할 수 있다. Examples of the binary metal compound layer that can be used for the first
그리고 전자를 선택적으로 수집할 수 있는 제2 도전형 영역(30)의 금속 화합물층은, 반도체 기판(10)의 페르미 레벨보다 높은 페르미 레벨을 가지며, 반도체 기판(10)의 일함수보다 작은 일함수를 가질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(10)의 일함수가 약 3.7eV일 수 있고, 제2 도전형 영역(30)의 일함수가 0.1eV 내지 3.6eV일 수 있다. 좀더 구체적으로, 제2 도전형 영역(30)의 전도대와 반도체 기판(10)의 전도대 사이의 에너지 밴드갭이 1eV 이하(일 예로, 0.1eV 내지 1eV)일 수 있다. 상술한 에너지 밴드갭이 1eV를 초과하면, 전자를 선택적으로 수집하기 어려울 수 있다. 상술한 에너지 밴드갭이 0.1eV 미만이면, 에너지 밴드갭이 작아 정공을 제외하고 선택적으로 전자만을 수집하기 어려울 수 있다. The metal compound layer of the second
이러한 페르미 레벨 및 일함수를 가지는 금속 화합물층으로 구성된 제2 도전형 영역(30)이 제2 터널링층(54)을 사이에 두고 반도체 기판(10)과 접합되면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 반도체 기판(10)과 제2 도전형 영역(30)의 페르미 레벨이 같은 값을 가질 수 있도록 정렬되어 접합된다. 도 3의 (a)와 같이 접합되면, 반도체 기판(10) 내의 전도대에 있는 전자는 제2 터널링층(54)을 통과하면 제2 도전형 영역(30)의 전도대로 쉽게 이동할 수 있다. 반면, 반도체 기판(10) 내의 정공은 제2 터널링층(54)을 통과하지 못한다. When the second
일 예로, 상술한 바와 같은 제2 도전형 영역(30)로 사용될 수 있는 금속 화합물층으로는 티타늄 산화물(일 예로, TiO2)로 구성되는 티타늄 산화물층, 아연 산화물(일 예로, ZnO)로 구성되는 아연 산화물층, 니오븀 산화물(일 예로, Nb2O5)로 구성되는 니오븀 산화물층 등을 들 수 있다. 특히, 제2 도전형 영역(30)이 티타늄 산화물층을 포함하면 전자를 선택적으로 수집하는 효과가 우수할 수 있다. For example, the metal compound layer that can be used for the second
이성분계 금속 산화물층을 구비하는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 제1 또는 제2 캐리어를 쉽게 추출 및 수집할 수 있는 물질이며 도펀트에 의한 재결합을 방지하여 개방 전압을 향상시킬 수 있다. 그리고 도핑 영역 또는 도핑 막에 비하여 광 흡수에 의한 손실을 저감할 수 있어 단락 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 또한, 별도의 도펀트를 도핑하는 공정, 도펀트를 활성화하는 공정 등을 생략하여 제조될 수 있으며, 특히 고온 공정이 요구되지 않아 저온에서 공정이 가능하여 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 따라서 태양 전지(100)의 생산성을 향상할 수 있다. The first and second
이때, 본 실시예에서 이성분계 금속 산화물층으로 구성되는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 비정질 구조를 가진다. 이는 이성분계 금속 산화물층이 결정질 구조를 가지면 패시베이션 특성이 크게 저하되어 태양 전지(100)의 효율이 크게 저하되기 때문이다. 이에 대한 정확한 이유는 밝혀지지 않았으나 실험적으로 확인할 수 있다. 명확하지는 않지만 결정질 구조가 많이 포함되면 광학 흡수가 크게 증가하여 전류 손실이 발생하고 금속 산화물층의 표면 거칠기가 증가하여 계면 결합으로 작용하여 재결합 손실이 커지기 때문으로 예측된다. At this time, the first and second
일 예로, 제1 또는 제2 터널링층(52, 54)에 인접한 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 경계부는 비정질 구조를 가지는 비정질 부분이 결정질 구조를 가지는 결정질 부분보다 넓게 형성되는 비정질부(AA)로 구성된다. 이러한 경우에만 충분한 패시베이션 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 또는 제2 터널링층(54)에 인접하는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 경계부에 위치한 비정질부(AA)가 전체적으로 비정질 구조를 가지는 경우에 우수한 패시베이션 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 또는 제2 터널링층(54)에 인접하는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 경계부에서 비정질 부분이 차지하는 면적 비율이 95% 내지 100%(일 예로, 99% 내지 100%)일 수 있다. 이러한 범위를 가질 때 이성분계 금속 산화물층을 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)으로 구비하는 태양 전지(100)에서 우수한 효율을 가질 수 있다. For example, the boundary between the first and second
도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 두께 방향에서 전체적으로 비정질부(AA)가 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 변형예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 및/또는 제2 도전형 영역(20, 30)의 두께 방향에서 비정질부(AA)가 부분적으로 위치할 수 있고, 이때 비정질부(AA)는 제1 또는 제2 터널링층(52, 54) 또는 반도체 기판(10)과 가장 인접한 부분에 위치할 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)의 전체 두께에 대한 비정질부(AA)의 두께의 비율이 0.2 이상(즉, 0.2 내지 1)이거나, 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)에서 비정질부(AA)의 두께가 1nm 이상일 수 있다. 제1 또는 제2 터널링층(52, 54)에 인접한 경계부에 일정 두께 이상(일 예로, 0.2 이상의 두께 비율 또는 1nm 이상의 두께)의 비정질부(AA)가 위치하면 패시베이션 특성을 충분히 구현할 수 있기 때문이다. 도면에서는 비정질부(AA)보다 넓게 결정질 부분이 형성된, 비정질부(AA)가 아닌 부분(NA)이 비정질부(AA) 위에서 전체적으로 형성된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 비정질부(AA)가 아닌 부분(NA)은 평면으로 볼 때 부분적으로 형성될 수도 있다. 이러한 형상의 제1 및/또는 제2 도전형 영역(20, 30)은 형성 공정의 공정 조건이 다소 불안정한 경우 또는 후속 공정에서 공정 조건이 다소 불안정한 경우에 나타날 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 의도적으로 공정 조건을 조절하여 이러한 제1 및/또는 제2 도전형 영역(20, 30)을 형성할 수도 있다. 비정질부(AA)가 아닌 부분(NA)은 결정질 부분이 넓게 형성되어 캐리어 이동도를 향상할 수 있으므로, 제1 또는 제2 전극(42, 44)으로 캐리어를 전달하는 효율을 향상할 수 있다.In the figure, it is illustrated that the amorphous portion AA is formed entirely in the thickness direction of the first and second
상술한 설명 및 도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 모두 이성분계 금속 화합물층으로 구성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 하나만 상술한 이성분계 금속 화합물층으로 구성되는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. In the above description and drawings, it is exemplified that the first and second
본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자 중 하나는 제1 터널링층(52)를 터널링하여 제1 도전형 영역(20)으로 이동한 후에 제1 전극(42)으로 전달되고 다른 하나는 제2 터널링층(54)을 터널링하여 제2 도전형 영역(30)로 이동한 후에 제2 전극(44)으로 전달된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 전달된 정공 및 전자는 외부 회로 또는 다른 태양 전지(100)로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성한다. When light is incident on the
이때, 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 제1 및 제2 금속 전극층(422, 442)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(100)가 반도체 기판(10)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(100)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율 향상에 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In this embodiment, since the first and second metal electrode layers 422 and 442 of the
그리고 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 제1 또는 제2 터널링층(52, 54)을 사이에 두고 반도체 기판(10) 위에 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다. 특히, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 물질 및 도펀트를 포함하지 않는 이성분계 금속 산화물층으로 구성되어 개방 전압 및 단락 전류 밀도를 향상하고 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 제조 공정을 단순화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율 및 생산성을 향상할 수 있다. Since the first and second
특히, 본 실시예에서는 제1 및/또는 제2 도전형 영역(20, 30)의 경계부가 비정질부(AA)로 구성되어 이성분계 금속 산화물층을 포함하는 태양 전지(100)가 우수한 효율을 가질 수 있다. Particularly, in this embodiment, the
상술한 비정질부(AA)를 가지는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)을 포함하는 태양 전지(100)는 다양한 제조 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이하에서는 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 상세하게 설명한다. The
이하, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 5a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 각기 제1 및 제2 터널링층(52, 54)을 형성한다. 일 예로, 반도체 기판(10)의 전면 위에 위치하는 제1 터널링층(52)과 반도체 기판(10)의 후면 위에 위치하는 제2 터널링층(54)을 동시에 형성할 수 있다. 그러면 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 터널링층(52)과 제2 터널링층(54)은 서로 다른 공정에서 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5A, first and second tunneling layers 52 and 54 are formed on the front surface and the rear surface of the
제1 및 제2 터널링층(52, 54)은 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD)), 화학적 산화 등에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 터널링층(52, 54)이 형성될 수 있다. The first and second tunneling layers 52 and 54 may be formed by thermal growth, deposition (e.g., chemical vapor deposition (PECVD), atomic layer deposition (ALD)), chemical oxidation, However, the present invention is not limited thereto, and the first and second tunneling layers 52 and 54 may be formed by various methods.
이때, 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 후면은 반사 방지 구조를 가지도록 텍스처링된 것일 수 있다. 반도체 기판(10)의 표면의 텍스처링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(10)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(10)에 손상이 발생할 수 있다. 그 외에 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다. At this time, the front surface and / or the rear surface of the
이어서, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 터널링층(52) 위에 제1 도전형 영역(20)을 형성하고, 제2 터널링층(54) 위에 제2 도전형 영역(30)을 형성한다. 본 실시예에서는 이성분계 금속 산화물층으로 구성되는 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)(이하 도전형 영역(20, 30))이 각기 비정질 구조를 가진다. 특히, 본 실시예에서는 적어도 제1 터널링층(52) 또는 제2 터널링층(54)(이하 터널링층(52, 54))에 인접한 도전형 영역(20, 30)의 경계부가 비정질부(AA)를 가진다. 이성분계 금속 산화물층은 공정 조건에 따라 상변화가 쉽게 일어나고 금속 산화물층의 상(phase)에 의하여 전기적, 광학적 특성이 크게 달라질 수 있으므로, 특정한 제조 공정으로 도전형 영역(20, 30)을 형성하여야 한다. 이하에서는 이를 상세하게 설명한다. 5B, a first
본 실시예에서 도전형 영역(20, 30)은 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 물리적 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)에 의하여 형성된다. 원자층 증착 공정에서는 이성분계 금속 산화물층을 형성하기 위한 제1 원료와 제2 원료를 교번하여 주입하고 이들 사이에 제1 원료 또는 제2 원료를 퍼지(purge)하는 것을 반복하는 것에 의하여 층 단위로 도전형 영역(20, 30)의 증착이 이루어진다. 이러한 원자층 증착 공정은 층 단위로 증착이 이루어지므로 공정 온도를 조절하여 도전형 영역(20, 30)의 결정 구조를 쉽게 제어할 수 있는바, 공정 온도를 조절하여 원하는 비정질 구조(특히, 비정질부(AA))를 가지는 도전형 영역(20, 30)을 쉽게 형성할 수 있다. 그리고 물리적 기상 증착으로는 스퍼터링 또는 증기 증착(evaporation)을 사용할 수 있는데, 특히 증기 증착은 대부분 상온에서 이루어지는 바 도전형 영역(20, 30)이 비정질 구조로 형성되도록 할 수 있다. In this embodiment, the
특히, 원자층 증착 공정을 이용하면 반사 방지 구조를 가지는 반도체 기판(10) 위에서 얇고 균일한 도전형 영역(20, 30)을 형성할 수 있으며 양산성 또한 우수하다. In particular, by using the atomic layer deposition process, thin and uniform
좀더 구체적으로, 원자층 증착 공정 또는 물리적 기상 증착의 공정 온도가 높으면 이성분계 금속 산화물이 터널링층(52, 54) 또는 기존 형성된 층에 충분한 에너지에 의하여 결합되어 결정질 구조를 가지게 되고, 공정 온도가 낮으면 비정질 구조를 가질 수 있다. More specifically, if the process temperature of the atomic layer deposition process or the physical vapor deposition process is high, the binary metal oxide is bonded to the
원자층 증착 공정의 공정 온도가 250℃ 이하일 수 있다. 원자층 증착 공정의 공정 온도가 250℃ 미만일 때 도전형 영역(20, 30)이 터널링층(52, 54)에 인접한 경계부에 비정질 부분이 넓게 형성되는(일 예로, 비정질 부분이 전체적으로 형성되는) 비정질부(AA)를 형성할 수 있기 때문이다. 그리고 원자층 증착 공정의 공정 온도가 100℃ 이상(일 예로, 150℃ 이상)일 수 있다. 공정 온도가 100℃ 미만이면 도전형 영역(20, 30)이 다공성을 가져 원하는 캐리어를 추출하여 전달하는 특성이 저하될 수 있다. 또는, 물리적 기상 증착 공정의 공정 온도가 상온 내지 250℃(예를 들어, 5 내지 250℃, 일 예로, 5 내지 150℃)일 수 있다. 이러한 온도에서도 안정적으로 도전형 영역(20, 30)이 형성되고, 비정질부(AA)도 향상할 수 있기 때문이다. The process temperature of the atomic layer deposition process may be below 250 ° C. When the process temperature of the atomic layer deposition process is less than 250 DEG C, the
이때, 상술한 공정 온도 범위 내에서도 도전형 영역(20, 30)을 구성하는 물질에 따라 공정 온도가 다소 달라질 수 있다. 이는 산화물의 종류에 따라 공정 마진에 다소 차이가 있을 수 있기 때문이다. At this time, the process temperature may be slightly different depending on the materials constituting the
그리고 낮은 공정 온도의 원자층 증착 공정에 의하여 증착이 수행되어도 도전형 영역(20, 30)의 두께가 일정 수준 이상이 되면 점차적으로 또는 후속 열처리 공정에서 결정질 구조로 변화하거나 자체 결함(defect) 밀도가 증가하여 패시베이션 특성이 저하될 수 있다. 이에 따라 원자층 증착 공정에 의하여 형성된 도전형 영역(20, 30)의 두께가 30nm 이하일 수 있다. 이에 의하면 사이클(cycle) 수를 줄여 공정 시간을 저감할 수 있으며 안정적으로 원하는 상을 가지는 도전형 영역(20, 30)을 형성할 수 있다. 이러한 두께는 도전형 영역(20, 30)을 구성하는 산화물층의 물질에 따라 달라질 수 있는데, 일 예로, 도전형 영역(20, 30)의 두께가 15nm일 수 있다. 또는, 제2 도전형 영역(30)이 몰리브덴 산화물층으로 구성된 경우에는 결함이 많아 다른 산화물층으로 구성된 제1 도전형 영역(20)과 같거나 이보다 작은 두께(특히, 더 작은 두께)를 가지도록 형성할 수 있다.If the thickness of the
일 예로, 도전형 영역(20, 30)의 두께가 5nm 이상일 수 있다. 도전형 영역(20, 30)의 두께가 5nm 미만이면, 도전형 영역(20, 30) 위에 위치하는 제1 또는 제2 투명 전극층(420, 440)에 의하여 도전형 영역(20, 30)의 특성이 변질되어 표면 재결합 특성이 저하될 수 있다. 또한, 전자를 추출하는 도전형 영역(20, 30)(일 예로, 제2 도전형 영역(30))은 일정 두께 이상일 경우에만 전자를 추출하여 전달하는 역할을 충분하게 수행하기 어려울 수 있다. 이는 전자를 추출하는 도전형 영역(20, 30)은 n형의 반도체 기판(10)과 접합될 때 전계 영역에 의한 패시베이션 효과가 크기 때문에 두께가 얇으면 전자를 추출하기에 어려울 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the thickness of the
본 실시예에서 제1 도전형 영역(20)을 형성한 후에 제2 도전형 영역(30)을 형성할 수도 있고, 제2 도전형 영역(30)을 형성한 후에 제1 도전형 영역(20)을 형성할 수도 있다. The second
일 예로, 제1 도전형 영역(20)을 형성하는 제1 공정 온도와 제2 도전형 영역(30)을 형성하는 제2 공정 온도가 서로 다를 때는 제1 및 제2 도전형 영역920, 30) 중에 높은 공정 온도로 형성되는 것을 먼저 형성한 후에 낮은 공정 온도로 형성되는 것을 그 다음에 형성할 수 있다. 즉, 제1 공정 온도가 제2 공정 온도보다 높으면 제1 도전형 영역(20) 형성한 후에 제2 도전형 영역(30)을 형성하고, 제2 공정 온도가 제1 공정 온도보다 높으면 제2 도전형 영역(30)을 형성한 후에 제1 도전형 영역(20)을 형성할 수 있다. 저온의 공정 온도에서 형성되어야 할 물질을 먼저 형성한 후에 고온의 공정 온도의 공정을 수행하게 되면, 저온의 공정 온도에서 형성되는 물질이 고온의 공정 온도에서 열화되거나 특성이 저하되거나 결정질화될 가능성도 있을 수 있는바 이를 방지하기 위함이다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(20)이 몰리브덴 산화물층으로 구성되고, 제2 도전형 영역(30)이 티타늄 산화물층으로 구성될 경우에, 제2 도전형 영역(30)을 형성한 후에 제1 도전형 영역(20)을 형성할 수 있다. 이는 공정 온도에 대한 공정 마진이 티타늄 산화물층보다 몰리브덴 산화물층에서 조금 더 작아 몰리브덴 산화물층이 좀더 낮은 공정 온도를 가질 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, when the first process temperature for forming the first
상술한 설명 및 도면에서는 제1 및 제2 터널링층(52, 54)을 먼저 형성한 후에 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)을 형성하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 터널링층(52), 제1 도전형 영역(20), 제2 터널링층(54) 및 제2 도전형 영역(30)의 순서 또는 제2 터널링층(54), 제2 도전형 영역(30), 제1 터널링층(52) 및 제1 도전형 영역(20)의 순서로 형성할 수도 있다. Although the first and second tunneling layers 52 and 54 are first formed and then the first and second
그리고 상술한 설명 및 도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 모두 이성분계 금속 산화물층인 것을 예시하였으나, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 어느 하나가 반도체 기판(10)에 형성된 도핑 영역 또는 반도체 기판(10)과 별개로 형성된 반도체층일 수도 있다. 이때, 이성분계 금속 산화물층을 구비하지 않는 도전형 영역(20, 30)에 대응하는 터널링층(52, 54)은 구비될 수도 있고 구비되지 않을 수도 있다. 이때, 도핑 영역은 반도체 기판(10)에 이온 주입법, 열확산, 레이저 도핑 등의 도핑 공정에 의하여 형성될 수 있고, 반도체층은 증착 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 반도체층의 도핑은 반도체층의 증착 시 함께 수행될 수도 있고 반도체층의 증착 후의 별도의 도핑 공정에 의하여 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 방법이 사용될 수도 있다. Although the first and second
도 5c에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42) 및 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)을 형성한다. The
일 예로, 제1 투명 전극층(420) 및 제2 투명 전극층(422)은, 일 예로, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD)), 코팅법 등에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 제1 투명 전극층(420)과 제2 투명 전극층(440)을 동시에 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 투명 전극층(420, 440)을 형성할 수 있다. For example, the first
그리고 제1 금속 전극층(422) 및 제2 금속 전극층(442)은 도금, 인쇄 등에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 금속 전극층(422) 및 제2 금속 전극층(442)은 저온 인쇄 페이스트를 인쇄한 후에 이를 건조 또는 소성하여 형성될 수 있다. 저온 인쇄 페이스트에 대해서는 앞서 제1 금속 전극층(422)에 대한 설명에서 상세하게 설명하였으므로 상세한 설명을 생략한다. 이때, 제1 금속 전극층(422)과 제2 금속 전극층(442)을 동일 공정에서 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 금속 전극층(422, 442)을 형성할 수 있다.The first
이에 의하여 본 실시예에서는 제1 및/또는 제2 전극(44)을 형성하는 단계가 350℃ 이하(예를 들어, 300℃ 이하, 일 예로, 250℃ 이하)의 공정 온도에서 수행될 수 있다. 그리고 도전형 영역(20, 30)을 형성하는 단계 이후에 수행되는 모든 단계가 350℃ 이하(예를 들어, 300℃ 이하, 일 예로, 250℃ 이하)의 공정 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 온도에 의하여 도전형 영역(20)의 비정질 구조 또는 비정질부(AA)가 결정질화되지 않고 유지되어 최종 구조에 잔존할 수 있다. Accordingly, in this embodiment, the step of forming the first and / or
본 실시예에 따르면 간단한 공정에 의하여 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층으로 구성되는 도전형 영역(20, 30)을 형성할 수 있다. 이에 의하여 우수한 특성 및 효율을 가지는 태양 전지(100)를 간단한 공정으로 형성할 수 있다. According to this embodiment, the
이하에서는 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. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다. Hereinafter, a solar cell according to another embodiment of the present invention will be described in detail. Detailed descriptions will be omitted for the same or extremely similar parts as those described above, and only different parts will be described in detail. It is also within the scope of the present invention to combine the above-described embodiments or variations thereof with the following embodiments or modifications thereof.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 태양 전지의 후면 평면도이다. 간략한 도시를 위하여 도 7에서는 제1 전극(42)의 제1 투명 전극층(420) 및 제2 전극(44)의 제2 투명 전극층(440)에 대한 도시를 생략한다. FIG. 6 is a cross-sectional view of a solar cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a rear plan view of the solar cell shown in FIG. The first
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 반도체 기판(10)의 후면 위에 터널링층(56)이 위치하고, 터널링층(56) 위에서 동일 평면 상에 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 위치할 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 전면 전계 형성층(또는 전면 전계 영역)(60)이 위치하고, 그 위에 투명 전도성막(22) 및 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. 6 and 7, in this embodiment, a
터널링층(56)에 대해서는 상술한 실시예의 제1 또는 제2 터널링층(52, 54)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 위치 및 형상을 제외하고는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)에 대해서는 상술한 실시예의 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)의 형상은 추후에 도 7을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. As for the
이때, 반도체 기판(10)의 전면에는 반사 방지 구조가 형성되고, 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마된 면일 수 있다. 이는 터널링층(56)의 특성에 의하여 캐리어의 이동 특성 등이 크게 달라질 수 있기 때문이다. At this time, an anti-reflection structure may be formed on the front surface of the
본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)이 터널링층(56) 위에 위치(일 예로, 접촉)하며 서로 측면이 접촉하여 위치할 수 있다. 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)이 반도체 물질 및 도펀트를 포함하지 않으므로 측면이 서로 접촉하여 위치하더라도 단락 등의 문제가 발생하지 않기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 변형예로서 터널링층(20) 위에서 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30) 사이에 위치하여 이들이 접촉하는 것을 방지하는 배리어 영역이 위치할 수도 있다. 배리어 영역은 빈 공간으로 구성될 수도 있고, 진성 반도체층, 또는 산화물 등의 화합물 등으로 구성될 수 있다. In this embodiment, the first
반도체 기판(10)의 전면 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 전면 전계 형성층(60)은 고정 전하를 구비하는 막 또는 상술한 바와 같이 전자 또는 정공을 선택적으로 수집할 수 있는 이성분계 금속 산화물층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전면 전계 형성층(60)은 고정 전하를 구비하는 알루미늄 산화물을 포함하는 알루미늄 산화물층일 수 있다. 또는, 전면 전계 형성층(60)이 전자 또는 정공을 선택적으로 추출 및 수집할 수 있는 몰리브덴 산화물층, 텅스텐 산화물층, 바나듐 산화물층, 니켈 산화물층, 레늄 산화물층, 티타늄 산화물층, 아연 산화물층, 니오븀 산화물층 등으로 구성될 수 있다. 또는 전면 전계 형성층(60)이 상술한 층들을 복수로 포함하는 층일 수도 있다. 이러한 전면 전계 형성층(60)은 산화물층으로 구성되어 반도체 기판(10)의 전면을 효과적으로 패시베이션할 수 있다. The front electro-
이때, 전면 전계 형성층(60)을 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)을 구성하는 금속 화합물층 중 하나와 동일한 층으로 형성하여, 제조 공정을 단순화할 수도 있다. 일 예로, 전면 전계 형성층(60)과 제2 도전형 영역(30)을 티타늄 산화물층으로 형성할 수 있다. At this time, the
이와 같은 전면 전계 형성층(60)은 외부 회로 또는 다른 태양 전지(100)와 연결되는 전극(42, 44)에는 연결되지 않은 상태로 고정 전하를 구비하거나, 전자 또는 정공을 선택적으로 수집하여 반도체 기판(10)의 전면 부근에서 재결합을 방지하는 일정한 전계 영역을 구비하는 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 이 경우에는 반도체 기판(10)이 별도의 도핑 영역을 구비하지 않고 베이스 영역(110)만으로 구성되어, 반도체 기판(10)의 결함을 최소화할 수 있다.The front electric
이때, 전면 전계 형성층(60)의 두께는 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)의 두께와 같거나 이보다 작을 수 있다. 전면 전계 형성층(60)은 캐리어를 외부로 전달하기 위한 층이 아니므로 상대적으로 작은 두께를 가져도 되기 때문이다. 일 예로, 전면 전계 형성층(60)의 두께가 1nm 내지 10nm일 수 있다. 이러한 두께에서 전면 전계 형성층(60)에 의한 효과를 충분히 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 전면 전계 형성층(60)의 두께에 한정되는 것은 아니다. At this time, the thickness of the front electro-forming
반도체 기판(10)의 전면 위에 또는 전면 전계 형성층(60) 위에 투명 전도성막(22)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 이러한 투명 전도성막(22)은 외부 회로 또는 다른 태양 전지(100)에 연결되지 않는 플로팅 전극이다. 이러한 플로팅 전극은 불필요한 이온 등이 반도체 기판(10)의 표면 쪽에 모이는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 이온 등에 의하여 발생하는 열화 현상(예를 들어, 고온다습한 환경에서 태양 전지 모듈의 발전 효율이 감소하는 현상(potential induced degradation, PID))을 방지할 수 있다. 투명 전도성막(22)은 필수적인 막은 아니며 투명 전도성막(22)을 구비하지 않는 것도 가능하다.The transparent conductive film 22 can be positioned (for example, in contact) on the front surface of the
일 예로, 투명 전도성막(22)은 인듐 틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT) 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 투명 전도성막(22)으로는 그 외의 다양한 물질을 포함할 수 있다. For example, the transparent conductive film 22 may include indium tin oxide (ITO), carbon nano tube (CNT), and the like. However, the present invention is not limited thereto, and the transparent conductive film 22 may include various other materials.
반도체 기판(10)의 전면 위에 또는 투명 전도성막(22) 위에 반사 방지막(24)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 태양 전지(100)에 도달하는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류를 증가시킬 수 있다.The
반사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막일 수 있다. The
전면 전계 형성층(60), 투명 전도성막(22), 그리고 반사 방지막(24)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 의하여 제조 공정을 단순화하고 각 층의 역할을 충분하게 발휘할 수 있다. The front electro-
다른 변형예로 전면 전계 형성층(60)을 형성하지 않고, 반도체 기판(10)의 전면에 베이스 영역(110)과 같은 도전형의 도펀트를 높은 농도로 도핑하여 도핑 영역을 형성하고, 이 도핑 영역을 전면 전계 영역으로 사용할 수도 있다. 그리고 도핑 영역 위에 패시베이션막 및 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. Alternatively, a doped region of a conductive type such as the
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 서로 이격된 복수의 제1 도전형 영역(20)이 일측 가장자리에서 서로 연결될 수 있고, 서로 이격된 복수의 제2 도전형 영역(30)이 타측 가장자리에서 서로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 7, in the present embodiment, the first
여기서, 베이스 영역(110)의 다수 캐리어와 동일한 캐리어(즉, 전자)를 수집하는 제2 도전형 영역(30)의 면적보다 베이스 영역(110)의 다수 캐리어와 다른 캐리어(즉, 정공)을 수집하는 제1 도전형 영역(20)의 면적을 넓게 형성할 수 있다. 이에 의하여 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(20)이 충분한 면적으로 형성될 수 있다. 그리고 넓게 형성된 제1 도전형 영역(20)에 의하여 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집할 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(20)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(30)의 폭(W2)보다 클 수 있다. Here, a plurality of carriers (i.e., holes) different from the majority carriers in the
그리고 제1 전극(42)의 제1 금속 전극층(422)이 제1 도전형 영역(20)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)의 제2 금속 전극층(442)이 제2 도전형 영역(30)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 간략한 도시를 위하여 도시를 생략하였지만, 제1 전극(42)의 제1 투명 전극층(420)이 제1 금속 전극층(422)보다 넓은 면적을 가지면서 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)의 제2 투명 전극층(440)이 제2 금속 전극층(442)보다 넓은 면적을 가지면서 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(42)이 일측 가장자리에서 서로 연결되어 형성되고, 제2 전극(44)이 타측 가장자리에서 서로 연결되어 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The first
본 실시예에서 제1 투명 전극층(420) 및 제2 투명 전극층(440)은 필수적인 구성은 아니며 제1 투명 전극층(420) 및 제2 투명 전극층(440)이 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우에는 제1 금속 전극층(422) 및 제2 금속 전극층(442)이 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)에 접촉하여 형성될 수 있다. 이 경우에는 구조를 단순화할 수 있다. In this embodiment, the first
본 실시예에 따른 단위 태양 전지(100)에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)(특히, 제1 및 제2 금속 전극층(422, 442))이 모두 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 위치하여 전면 쪽에서 광을 차단하는 부분이 존재하지 않아 광 손실을 최소화할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 금속 화합물층으로 형성되므로, 전기적 특성을 고려하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 금속 전극층(422, 442)이 넓게 형성될 수 있다. 이 경우에 후면 전극 구조를 적용하여 쉐이딩 손실에 의한 문제를 방지할 수 있다.In the unit
이러한 태양 전지(100)는 도 5a에 기재한 방법에 의하여 반도체 기판(10)의 후면에 터널링층(56)을 형성하고, 그 위에 도 5b에 기재한 방법에 의하여 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)을 형성하고, 그 위에 도 5c에 기재한 방법에 의하여 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30), 제1 및 제2 투명 전극층(420, 440) 및/또는 제1 및 제2 금속 전극층(422, 442)이 일정한 패턴을 가지도록 하기 위하여 증착 등을 이용하여 이들을 형성할 때에는 마스크 또는 마스크층 등을 사용할 수 있다. 5A, a
이하, 본 발명의 실험예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 본 발명의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples of the present invention. The examples of the present invention are for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
n형을 가지는 단결정 실리콘 기판의 전면 및 후면에 각기 실리콘 산화물층으로 구성되는 제1 및 제2 터널링층을 형성하였다. 그리고 몰리브덴 산화물층으로 구성되는 제1 도전형 영역과 티타늄 산화물층으로 구성되는 제2 도전형 영역을 형성하였다. 제1 도전형 영역은 200℃의 공정 온도에서 원자층 증착 공정을 수행하여 형성되며 두께가 10nm이고, 제2 도전형 영역은 200℃의 공정 온도에서 원자층 증착 공정을 수행하여 형성되며 두께가 10nm였다. 그리고 투명 전극층 및 금속 전극층을 차례로 형성하여 제1 및 제2 전극을 형성하였다. First and second tunneling layers, each composed of a silicon oxide layer, were formed on the front surface and the rear surface of the n-type single crystal silicon substrate. And a second conductive type region composed of a first conductive type region composed of a molybdenum oxide layer and a titanium oxide layer was formed. The first conductive type region is formed by performing an atomic layer deposition process at a processing temperature of 200 DEG C and has a thickness of 10 nm and the second conductive type region is formed by performing an atomic layer deposition process at a processing temperature of 200 DEG C, Respectively. Then, a transparent electrode layer and a metal electrode layer are sequentially formed to form first and second electrodes.
실시예Example 2 2
제1 도전형 영역의 두께가 20nm이고 제2 도전형 영역의 두께가 20nm이라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first conductivity type region was 20 nm and the thickness of the second conductivity type region was 20 nm.
실시예Example 3 3
제1 도전형 영역의 두께가 30nm이고 제2 도전형 영역의 두께가 30nm이라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first conductivity type region was 30 nm and the thickness of the second conductivity type region was 30 nm.
실시예Example 4 4
제1 도전형 영역의 두께가 6nm이고 제2 도전형 영역의 두께가 6nm이라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first conductivity type region was 6 nm and the thickness of the second conductivity type region was 6 nm.
실시예Example 5 5
제1 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 공정 온도가 150℃이고 제2 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 공정 온도가 150℃라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. Except that the process temperature of the atomic layer deposition process for forming the first conductivity type region is 150 ° C and the process temperature of the atomic layer deposition process for forming the second conductivity type region is 150 ° C. Thereby manufacturing a solar cell.
실시예Example 6 6
제1 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 증착 온도가 250℃이고 제2 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 증착 온도가 250℃라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. Except that the deposition temperature in the atomic layer deposition process for forming the first conductivity type region was 250 ° C and the deposition temperature in the atomic layer deposition process for forming the second conductivity type region was 250 ° C. Thereby manufacturing a solar cell.
비교예Comparative Example 1 One
제1 도전형 영역을 화학적 기상 증착으로 형성하였고, 제2 도전형 영역을 화학적 기상 증착의 공정으로 형성하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the first conductive type region was formed by chemical vapor deposition and the second conductive type region was formed by chemical vapor deposition.
비교예Comparative Example 2 2
제1 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 공정 온도가 350℃이고 제2 도전형 영역을 원자층 증착 공정의 공정 온도가 350℃라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. Except that the process temperature of the atomic layer deposition process for forming the first conductivity type region is 350 DEG C and the second conductivity type region is 350 DEG C for the atomic layer deposition process, A battery was prepared.
비교예Comparative Example 3 3
제1 도전형 영역을 형성하는 원자층 증착 공정의 공정 온도가 80℃이고 제2 도전형 영역을 원자층 증착 공정의 증착 온도가 80℃라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. Except that the process temperature of the atomic layer deposition process for forming the first conductivity type region is 80 DEG C and the deposition temperature of the atomic layer deposition process is 80 DEG C for the second conductivity type region. A battery was prepared.
비교예Comparative Example 4 4
제1 도전형 영역의 두께가 40nm이고 제2 도전형 영역의 두께가 40nm이라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first conductivity type region was 40 nm and the thickness of the second conductivity type region was 40 nm.
비교예Comparative Example 5 5
제1 도전형 영역의 두께가 3nm이고 제2 도전형 영역의 두께가 3nm이라는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 제조하였다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first conductivity type region was 3 nm and the thickness of the second conductivity type region was 3 nm.
실시예 1 내지 실시예 4에 따른 태양 전지에서 제1 도전형 영역의 경계부에서 비정질 부분의 면적 비율인 제1 면적 비율과 제2 도전형 영역의 경계부에서 비정질 부분의 면적 비율인 제2 면적 비율을 판단하여 이를 표 1에 나타내었다. 이하에서 비정질 부분의 면적 비율은 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진으로부터 판별하였다. 고해상도 투과 전자 현미경은 격자(lattice)까지 확인이 가능하기 때문에 비정질 구조인지 결정질 구조인지 판별하기에 적합하기 때문이다. 그 외에도 X선 회전 분석(XRD)에 의해서도 비정질 부분의 면적 비율을 확인할 수 있다. In the solar cell according to Examples 1 to 4, the ratio of the first area, which is the ratio of the area of the amorphous portion at the boundary portion of the first conductivity type region to the ratio of the area of the amorphous portion at the boundary portion of the second conductivity type region, And the results are shown in Table 1. Hereinafter, the area ratio of the amorphous portion was determined from a transmission electron microscope (TEM) photograph. The high-resolution transmission electron microscope is suitable for discriminating between an amorphous structure and a crystalline structure because the lattice can be confirmed. In addition, the area ratio of the amorphous portion can be confirmed by X-ray crystallographic analysis (XRD).
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4에서는 경계부에서 높은 면적 비율(일 예로, 95% 이상)로 비정질 구조를 가짐을 알 수 있다. 이는 특정한 공정, 온도 및 두께에 의하여 경계부에서 비정질 구조를 높은 면적 비율로 형성할 수 있는 것으로 예측된다. Referring to Table 1, it can be seen that Examples 1 to 4 have an amorphous structure at a high area ratio (for example, 95% or more) at the boundary portion. It is predicted that the amorphous structure can be formed at a high area ratio at boundaries depending on a specific process, temperature and thickness.
실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 제1 면적 비율 및 제2 면적 비율을 판단하여 이를 표 2에 나타내었다. The ratio of the first area and the second area of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 were determined and are shown in Table 2.
표 2를 참조하면, 실시예 1에서는 경계부에서 높은 면적 비율(일 예로, 95% 이상)로 비정질 구조를 가지는 반면, 비교예 1에서는 경계부에서 비정질 구조가 낮은 면적 비율로 형성되는 것을 알 수 있다. 이에 의하면 화학적 기상 증착에 의하면 경계부에서 높은 면적 비율로 비정질 구조를 형성하기 어려움을 알 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that Example 1 has an amorphous structure with a high area ratio (for example, 95% or more) at the boundary, whereas Comparative Example 1 has an amorphous structure with a low area ratio at the boundary. According to this, according to chemical vapor deposition, it is difficult to form an amorphous structure at a high area ratio at the boundary.
이에 따라 실시예 1, 5 및 6에서는 특정한 공정을 사용하여 제1 및 제2 도전형 영역의 경계부에서 많은 면적 비율로 비정질 구조가 유지되도록 할 수 있음을 알 수 있다. Thus, it can be seen that in Embodiments 1, 5 and 6, amorphous structures can be maintained at a large area ratio at the boundaries of the first and second conductivity type regions by using a specific process.
실시예 1 및 비교예 2에 따른 태양 전지의 제1 면적 비율 및 제2 면적 비율을 판단하여 이를 표 3에 나타내고, 실시예 1 및 비교예 2에 따른 태양 전지의 투과 전자 현미경 사진을 도 8의 (a) 및 (b)로 나타내었다. 그리고 실시예 1, 5 및 6, 그리고 비교예 3에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압(implied Voc)를 측정하여 이를 도 9에 도시하였다. The first area ratio and the second area ratio of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 2 were determined and shown in Table 3, and a transmission electron microscope photograph of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 2 is shown in FIG. 8 (a) and (b). The implied open-circuit voltage (implied Voc) of the solar cells according to Examples 1, 5 and 6 and Comparative Example 3 was measured and shown in FIG.
표 3을 참조하면, 실시예 1에서는 경계부에서 높은 면적 비율(일 예로, 95% 이상)로 비정질 구조를 가지는 반면, 비교예 2에서는 경계부에서 비정질 구조의 면적 비율이 낮은 것을 알 수 있다. 이에 의하면 공정 온도가 일정 온도(일 예로, 250℃ 초과)를 초과하는 경우에는 경계부에서 높은 면적 비율로 비정질 구조를 형성하기 어려움을 알 수 있다. Referring to Table 3, it can be seen that Example 1 has an amorphous structure at a high area ratio (for example, 95% or more) at a boundary portion, whereas Comparative Example 2 has a low area ratio of an amorphous structure at a boundary portion. According to this, when the process temperature exceeds a certain temperature (for example, more than 250 ° C.), it is difficult to form an amorphous structure at a high area ratio at the boundary portion.
도 8의 (a)를 참조하면 실시예 1의 태양 전지에서는 도전형 영역에서 일정한 결정 구조에 의한 패턴이 보이지 않는 반면, 도 8의 (b)를 참조하면 비교예 2에서는 도전형 영역에서 특정한 패턴(라인)이 보이는데 이는 도전형 영역이 결정성을 가지기 때문이다. 그리고 도 9을 참조하면, 공정 온도가 250℃ 이하인 실시예 1, 5 및 6의 암시 개방 전압이 우수한 반면, 공정 온도가 350℃ 인 비교예 2에서는 암시 개방 전압이 매우 낮은 것을 알 수 있다. 이는 제1 및/또는 제2 도전형 영역의 경계부에서 높은 면적 비율로 비정질 구조를 형성하지 못하였기 때문으로 판단된다. Referring to FIG. 8 (a), in the solar cell of Example 1, a pattern due to a constant crystal structure is not seen in the conductive type region, whereas in Comparative Example 2, referring to FIG. 8 (b) (Line), because the conductivity type region has crystallinity. Referring to FIG. 9, it can be seen that the implicit open-circuit voltages of Examples 1, 5, and 6 having a process temperature of 250 ° C or less are excellent, while the implicit open-circuit voltage is very low in Comparative Example 2 where the process temperature is 350 ° C. This is because the amorphous structure can not be formed at a high area ratio at the boundary of the first and / or the second conductivity type regions.
이에 따라 실시예 1, 5 및 6에서는 공정 온도를 일정 수준으로 유지하여 제1 및 제2 도전형 영역의 경계부에서 많은 면적 비율로 비정질 구조가 유지되도록 할 수 있으며 높은 암시 개방 전압을 가짐을 알 수 있다. Accordingly, in Examples 1, 5, and 6, the amorphous structure can be maintained at a large area ratio at the boundary of the first and second conductivity type regions by maintaining the process temperature at a constant level, have.
실시예 1 및 비교예 3에 따른 태양 전지의 제1 면적 비율 및 제2 면적 비율을 판단하여 이를 표 4에 나타내었다. The ratio of the first area and the second area of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 3 were determined and are shown in Table 4.
표 4를 참조하면, 실시예 1에서는 제1 및 제2 도전형 영역의 다공도가 낮아 원하는 캐리어를 추출 및 수집하기에 적합한 반면, 비교예 3에서는 제1 및 제2 도전형 영역의 다공도가 높아 원하는 캐리어를 추출 및 수집하기에 적합하지 않음을 알 수 있다. Referring to Table 4, in Example 1, the porosity of the first and second conductivity type regions is low, which is suitable for extracting and collecting desired carriers, while in Comparative Example 3, the porosity of the first and second conductivity type regions is high, It is not suitable for extracting and collecting the carrier.
이에 따라 실시예 1에서는 공정 온도를 일정 온도보다 높게 하여 제1 및 제2 도전형 영역을 우수한 특성을 가지도록 제조할 수 있음을 알 수 있다. As a result, it can be seen that the first and second conductivity type regions can be fabricated to have excellent characteristics by setting the process temperature higher than a certain temperature.
실시예 1 내지 실시예 4, 그리고 비교예 4에 따른 태양 전지에서 제1 면적 비율, 제2 면적 비율을 판단하고, 실시예 1 내지 4, 그리고 비교예 5에 따른 태양 전지에서 암시 개방 전압을 측정하여 이를 표 5에 나타내었다. The first area ratio and the second area ratio in the solar cell according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 4 were determined and the implicit open-circuit voltage in the solar cell according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 5 was measured And these are shown in Table 5.
표 5를 참조하면, 제1 및 제2 도전형 영역의 두께가 5nm 내지 30nm의 범위 내에 있는 실시예 1 내지 4에 따른 태양 전지에서는 경계부에서 높은 면적 비율(일 예로, 95% 이상)로 비정질 구조를 가지는 반면, 제1 및 제2 도전형 영역의 두께가 40nm인 비교예 2에서는 경계부에서 비정질 구조의 면적 비율이 낮은 것을 알 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역의 두께가 일정 수준을 초과하면 비정질 구조를 유지하기 어려움을 알 수 있다. Referring to Table 5, in the solar cells according to Examples 1 to 4, in which the thicknesses of the first and second conductivity type regions are in the range of 5 nm to 30 nm, the amorphous structure (for example, Whereas in Comparative Example 2 in which the thicknesses of the first and second conductivity type regions are 40 nm, the area ratio of the amorphous structure at the boundary portion is low. If the thickness of the first and second conductivity type regions exceeds a certain level, it is difficult to maintain the amorphous structure.
그리고 제1 및 제2 도전형 영역의 두께가 5nm 내지 30nm의 범위 내에 있는 실시예 1 내지 4에 따른 태양 전지에 비하여, 제1 및 제2 도전형 영역의 두께가 5nm 미만인 비교예 5에 따른 태양 전지가 낮은 암시 개방 전압을 가지는 것을 알 수 있다. The solar cell according to Comparative Example 5 having a thickness of the first and second conductivity type regions of less than 5 nm as compared to the solar cells according to Examples 1 to 4 in which the thickness of the first and second conductivity type regions is in the range of 5 nm to 30 nm It can be seen that the battery has a low implicit open-circuit voltage.
이에 따라 실시예 1 내지 4에서는 일정 범위의 두께로 제1 및 제2 도전형 영역을 형성하여 제1 및 제2 도전형 영역의 경계부에서 많은 면적 비율로 비정질 구조가 유지되도록 할 수 있으며 우수한 효율을 가질 수 있음을 알 수 있다. Accordingly, in Embodiments 1 to 4, the first and second conductivity type regions are formed with a certain range of thickness, so that the amorphous structure can be maintained at a large area ratio at the boundary portions of the first and second conductivity type regions. Can be obtained.
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. Features, structures, effects and the like according to the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to only one embodiment. Further, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified in other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
100: 태양 전지
52, 54, 56: 터널링층
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
AA: 비정질부
42: 제1 전극
44: 제2 전극 100: Solar cell
52, 54, 56: Tunneling layer
20: first conductivity type region
30: second conductivity type region
AA: amorphous part
42: first electrode
44: Second electrode
Claims (20)
상기 제1 터널링층 위에 제1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는 상기 제1 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층을 포함하도록 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 태양 전지의 제조 방법. Forming a first tunneling layer on one surface of a semiconductor substrate;
Forming a first conductive type region on the first tunneling layer; And
Forming a first electrode electrically connected to the first conductive type region
Lt; / RTI >
Wherein forming the first conductive type region comprises forming the first conductive type region so that the first conductive type region includes a binary metal oxide layer having an amorphous structure.
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는, 적어도 상기 터널링층에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 경계부가 상기 비정질 구조를 가지는 비정질 부분이 결정질 구조를 가지는 결정질 부분보다 넓게 형성되는 비정질부로 구성되도록 하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
In the forming of the first conductive type region, at least a boundary portion of the first conductive type region adjacent to the tunneling layer is formed of an amorphous portion having an amorphous structure wider than a crystalline portion having a crystalline structure A method of manufacturing a solar cell.
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는 상기 경계부 또는 상기 비정질부에서 상기 비정질 부분이 차지하는 면적 비율이 95% 내지 100%이 되도록 하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the area occupied by the amorphous portion in the boundary portion or the amorphous portion is 95% to 100% in the step of forming the first conductivity type region.
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 물리적 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)이 사용되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the forming of the first conductive type region uses atomic layer deposition (ALD) or physical vapor deposition (PVD).
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)이 사용되고,
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서 상기 원자층 증착 공정의 공정 온도가 250℃ 이하인 태양 전지의 제조 방법. 5. The method of claim 4,
In the forming of the first conductive type region, atomic layer deposition (ALD) is used,
Wherein the process temperature of the atomic layer deposition process in forming the first conductivity type region is 250 DEG C or less.
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계에서 상기 원자층 증착 공정의 공정 온도가 100℃ 이상인 태양 전지의 제조 방법. 6. The method of claim 5,
Wherein the process temperature of the atomic layer deposition process in forming the first conductivity type region is 100 DEG C or more.
상기 이성분계 금속 산화물층이 몰리브덴 산화물층, 텅스텐 산화물층, 바나듐 산화물층, 니켈 산화물층, 레늄 산화물층, 티타늄 산화물층, 아연 산화물층, 니오븀 산화물층 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
Wherein the binary metal oxide layer comprises at least one of a molybdenum oxide layer, a tungsten oxide layer, a vanadium oxide layer, a nickel oxide layer, a rhenium oxide layer, a titanium oxide layer, a zinc oxide layer and a niobium oxide layer.
상기 제1 도전형 영역의 두께가 30nm 이하인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the first conductivity type region is 30 nm or less.
상기 제1 캐리어와 반대되는 극성의 제2 캐리어를 추출하며 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층을 포함하는 제2 도전형 영역을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계의 제1 공정 온도와 상기 제2 도전형 영역을 형성하는 단계의 제2 공정 온도가 서로 다르고,
상기 제1 공정 온도가 제2 공정 온도보다 높으면 상기 제1 도전형 영역을 형성한 후에 상기 제2 도전형 영역을 형성하고, 상기 제2 공정 온도가 제1 공정 온도보다 높으면 상기 제2 도전형 영역을 형성한 후에 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Further comprising the step of extracting a second carrier having a polarity opposite to that of the first carrier and forming a second conductive type region including a binary metal oxide layer having an amorphous structure,
The first process temperature of the step of forming the first conductivity type region and the second process temperature of the step of forming the second conductivity type region are different from each other,
If the first process temperature is higher than the second process temperature, the second conductivity type region is formed after the first conductivity type region is formed. If the second process temperature is higher than the first process temperature, And forming the first conductive type region after forming the first conductive type region.
상기 제1 전극을 형성하는 단계가 350℃ 이하의 온도에서 수행되는 태양 전지의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the forming of the first electrode is performed at a temperature of 350 DEG C or less.
상기 반도체 기판의 일면 위에 위치하는 터널링층;
상기 터널링층 위에 위치하며 제1 캐리어를 추출하는 제1 도전형 영역; 및
상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극;
을 포함하고,
상기 제1 도전형 영역이 비정질 구조를 포함하는 이성분계 금속 산화물층을 포함하는 태양 전지. A semiconductor substrate;
A tunneling layer located on one side of the semiconductor substrate;
A first conductive type region located above the tunneling layer and extracting a first carrier; And
A first electrode electrically connected to the first conductive type region;
/ RTI >
Wherein the first conductive type region comprises a binary metal oxide layer including an amorphous structure.
적어도 상기 터널링층에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 경계부가, 상기 비정질 구조를 가지는 비정질 부분이 결정질 구조를 가지는 결정질 부분보다 넓게 형성되는 비정질부로 구성되는 태양 전지. 12. The method of claim 11,
Wherein at least a boundary portion of the first conductive type region adjacent to the tunneling layer is composed of an amorphous portion in which the amorphous portion having the amorphous structure is formed wider than the crystalline portion having the crystalline structure.
상기 제1 도전형 영역의 상기 경계부 또는 상기 비정질부에서 상기 비정질 부분이 차지하는 면적 비율이 95% 내지 100%인 태양 전지. 13. The method of claim 12,
Wherein the ratio of the area occupied by the amorphous portion in the boundary portion of the first conductive type region or the amorphous portion is 95% to 100%.
상기 비정질부의 두께가 1nm 이상이거나,
상기 제1 도전형 영역의 전체 두께에 대한 상기 비정질부의 두께 비율이 0.2 내지 1인 태양 전지. 13. The method of claim 12,
The thickness of the amorphous portion is 1 nm or more,
Wherein the ratio of the thickness of the amorphous portion to the total thickness of the first conductivity type region is 0.2 to 1. < Desc / Clms Page number 19 >
상기 제1 도전형 영역의 두께 방향에서 전체적으로 상기 비정질부가 형성되는 태양 전지. 13. The method of claim 12,
Wherein the amorphous portion is formed entirely in the thickness direction of the first conductivity type region.
상기 제1 도전형 영역의 두께가 30nm 이하인 태양 전지.13. The method of claim 12,
And the thickness of the first conductivity type region is 30 nm or less.
상기 이성분계 금속 산화물층이 몰리브덴 산화물층, 텅스텐 산화물층, 바나듐 산화물층, 니켈 산화물층, 레늄 산화물층, 티타늄 산화물층, 아연 산화물층, 니오븀 산화물층 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지. 13. The method of claim 12,
Wherein the binary metal oxide layer comprises at least one of a molybdenum oxide layer, a tungsten oxide layer, a vanadium oxide layer, a nickel oxide layer, a rhenium oxide layer, a titanium oxide layer, a zinc oxide layer and a niobium oxide layer.
상기 제1 캐리어와 반대되는 극성의 제2 캐리어를 추출하는 제2 도전형 영역; 및
상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극
을 더 포함하고,
상기 제2 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 이성분계 금속 산화물층을 포함하고,
적어도 상기 터널링층 또는 상기 반도체 기판에 인접한 상기 제2 도전형 영역의 경계부가 상기 비정질 구조를 가지는 비정질 부분이 결정질 구조를 가지는 결정질 부분보다 넓게 형성되는 비정질부로 구성되는 태양 전지. 13. The method of claim 12,
A second conductive type region for extracting a second carrier having a polarity opposite to that of the first carrier; And
And a second electrode electrically connected to the second conductivity type region
Further comprising:
Wherein the second conductivity type region comprises a binary metal oxide layer having an amorphous structure,
Wherein at least a boundary portion of the tunneling layer or the second conductive type region adjacent to the semiconductor substrate is composed of an amorphous portion in which the amorphous portion having the amorphous structure is formed wider than a crystalline portion having a crystalline structure.
상기 반도체 기판의 다른 일면 위에 위치하는 제2 터널링층을 더 포함하고,
상기 제2 터널링층 위에 상기 제2 도전형 영역 및 상기 제2 전극이 위치하는 태양 전지. 19. The method of claim 18,
And a second tunneling layer located on the other surface of the semiconductor substrate,
And the second conductive type region and the second electrode are located on the second tunneling layer.
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 상기 제1 터널링층 위에서 동일 평면 상에 위치하는 태양 전지.
19. The method of claim 18,
Wherein the first conductive type region and the second conductive type region are coplanar on the first tunneling layer.
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