KR20230092855A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양전지의 제조 방법은, 단결정 실리콘 기판의 후면에 터널층을 형성하는 단계; 상기 터널층의 후면에 다결정 실리콘 후면 전계부를 증착하는 단계; 상기 다결정 후면 전계부 상에 후면 보호막을 증착하는 단계; 상기 후면 보호막 상에 전극 페이스트를 인쇄하는 단계; 및 상극 전극 페이스트를 열처리하여, 상기 후면 보호막을 관통하여 상기 다결정 후면 전계부와 접속하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일례에 따른 태양전지의 제조 방법은, 단결정 실리콘 기판의 후면에 터널층을 형성하는 단계; 상기 터널층의 후면에 다결정 실리콘 후면 전계부를 증착하는 단계; 상기 다결정 후면 전계부 상에 후면 보호막을 증착하는 단계; 상기 후면 보호막 상에 전극 페이스트를 인쇄하는 단계; 및 상극 전극 페이스트를 열처리하여, 상기 후면 보호막을 관통하여 상기 다결정 후면 전계부와 접속하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공쌍은 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명은 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양전지의 제조 방법은, 단결정 실리콘 기판의 후면에 터널층을 형성하는 단계; 상기 터널층의 후면에 다결정 실리콘 후면 전계부를 증착하는 단계; 상기 다결정 후면 전계부 상에 후면 보호막을 증착하는 단계; 상기 후면 보호막 상에 전극 페이스트를 인쇄하는 단계; 및 상극 전극 페이스트를 열처리하여, 상기 후면 보호막을 관통하여 상기 다결정 후면 전계부와 접속하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서, 상기 후면 전극의 적어도 일부를 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입시키고, 상기 후면 전극의 적어도 일부가 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 부분에서의 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부에 상기 후면 전극에 포함된 금속 물질과 동일한 금속 물질을 포함하는 복수의 금속 결정을 형성할 수 있다.
그리고 상기 터널층의 내부와 상기 후면 전극이 형성되지 않는 영역의 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부에는 각각 상기 복수의 금속 결정을 형성하지 않을 수 있다.
그리고 상기 복수의 금속 결정 중 일부를 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 후면 전극의 적어도 일부와 직접 접촉시킬 수 있고, 상기 복수의 금속 결정 중 일부를 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 후면 전극의 적어도 일부와 이격시킬 수 있다.
그리고 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 후면 전극의 적어도 일부로부터 상기 터널층 방향으로의 길이가 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 두께의 2/3가 되도록 상기 복수의 금속 결정을 형성할 수 있다.
후면 전극을 형성하는 단계에서는, 제1 방향으로 길게 형성되는 복수의 핑거 전극과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 형성되며 상기 복수의 핑거 전극이 공통으로 접속되는 복수의 버스바를 형성할 수 있고, 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량과 다르게 형성할 수 있다.
한 예로, 상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 크게 형성할 수 있다.
다른 예로, 상기 다결정 실리콘 후면 전계부와 직접 접촉하지 않도록 상기 버스바 각각을 형성할 수 있다.
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량보다 크게 형성할 수 있다.
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을, 80wt% 이상, 95wt% 이하로 형성할 수 있고, 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을, 60wt% 이상, 80wt% 이하로 형성할 수 있다.
태양전지의 제조 방법은, 상기 단결정 실리콘 기판의 전면에 에미터부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 에미터부를 형성하는 단계에서, 상기 단결정 실리콘 기판의 전면에 불순물을 도핑한 후, 상기 불순물을 상기 단결정 실리콘 기판의 전면 내부에 열 확산시켜 상기 에미터부를 형성할 수 있다.
태양전지의 제조 방법은, 상기 에미터부와 접속하는 전면 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 전면 전극에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량과 동일하게 형성할 수 있으며, 상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을 상기 전면 전극에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량과 동일하게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 제2 전극의 적어도 일부가 후면 전계부 내로 함입되어 형성되도록 하여, 태양전지의 효율을 보다 증가시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예와 다른 비교예를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질이 제2 핑거 패이스트의 재질과 동일한 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 비교예 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질과 제2 핑거 패이스트의 재질이 서로 다른 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예와 다른 비교예를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질이 제2 핑거 패이스트의 재질과 동일한 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 비교예 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질과 제2 핑거 패이스트의 재질이 서로 다른 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 사진이다.
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.
또한, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판의 반대면일 수 있다.
아울러, 어떠한 두 개의 값이 동일하다는 것은 오차 범위 10% 이하에서 동일하다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양전지에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예와 다른 비교예를 설명하기 위한 도이다.
보다 구체적으로, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 아울러, 도 3은 도 2에서 K 부분을 확대한 확대도이고, 도 4는 제2 전극(150)과 후면 전계부(170)의 접촉 부분에 대한 실물 사진을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 일례는 반도체 기판(110), 에미터부(120), 반사 방지막(130), 터널층(160), 후면 전계부(170), 후면 보호막(190), 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.
도 1에서는 본 발명에 따른 태양전지가 반사 방지막(130)을 포함하는 것을 일례로 도시하고 있으나, 본 발명은 이와 다르게 반사 방지막(130)이 생략되는 것도 가능하다. 그러나, 태양전지의 효율을 고려했을 때, 반사 방지막(130)이 포함되는 것이 더 나은 효율이 발생하므로, 반사 방지막(130)이 포함되는 것을 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 불순물을 함유하는 실리콘으로 이루어진 반도체 반도체 기판(110)이다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼가 사용될 수 있다.
반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 반도체 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 반도체 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 이하에서는 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지는 경우를 일례로 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 표면은 텍스처링(texturing)처리되어 있는 요철면인 텍스처링 표면(texturing surface)을 가질 수 있다.
에미터부(120)는 빛이 입사되는 반도체 기판(110)의 전면에 위치하며, 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물을 함유하여 반도체 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이와 같은 p-n 접합에 의해 외부로부터 반도체 기판(110)에 빛이 입사되어 생성된 캐리어인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 반도체 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 반도체 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동할 수 있다.
그러나, 이와 달리, 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 반도체 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동할 수 있다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 반도체 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 반도체 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같은 에미터부(120)는 반도체 기판(110)의 전면 표면에 제2 도전성 타입의 불순물이 확산되어 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우, 에미터부(120)는 반도체 기판(110)과 동일한 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
일례로, 반도체 기판(110)이 다결정 실리콘 재질의 웨이퍼로 형성된 경우, 에미터부(120)도 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있으며, 반도체 기판(110)이 단결정 실리콘 재질의 웨이퍼로 형성되는 에미터부(120)도 단결절 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
반사 방지막(130)은 에미터부(120) 위에 위치하며, 알루미늄 산화막(AlOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy) 중 적어도 하나로 형성될 수 있고, 단일막 또는 다층막으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 반사 방지막(130)이 단일막으로 형성된 경우를 일례로 도시하였으나, 반드시 단일막에 한정되지는 않는다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 태양전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양전지의 효율을 높인다.
제1 전극(140)은 에미터부(120) 위에 직접 접하여 배치되며, 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있다. 이와 같은 제1 전극(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 핑거 전극(141) 및 복수의 제1 버스바(143)를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 제1 핑거 전극(141)은 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격하여 제1 방향(x)으로 뻗어있을 수 있다.
이와 같은 복수의 제1 핑거 전극(141)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)이 n 타입인 경우, p 타입의 에미터부(120)쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들면, 정공을 수집할 수 있다.
그리고, 복수의 제1 버스바(143)는 에미터부(120) 위에서 복수의 제1 핑거 전극(141)과 동일 층에 위치하고, 복수의 제1 핑거 전극(141)을 서로 전기적으로 연결시키며, 복수의 제1 핑거 전극(141)과 교차하는 제2 방향(y)으로 뻗어있을 수 있다.
이와 같은 복수의 제1 버스바(143)는 태양전지를 서로 연결시키는 인터커넥터(미도시)와 연결되며, 복수의 제1 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 캐리어를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바(143)는 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 제1 전극(140)은 반도체 기판(110)의 전면에 반사 방지막(130)이 형성된 이후, 제1 전극(140)을 형성하기 위한 제1 전극 패이스트를 반사 방지막(130)의 전면 위에 패터닝하여 도포한 이후, 열처리 공정을 통하여 제1 전극 패이스트가 반사 방지막(130)을 뚫고 에미터부(120)에 접속되어 소성되면서 형성될 수 있다.
이를 위해, 제1 전극(140)은 전술한 금속 물질 이외에 글래스 프릿(glass frit)을 함유할 수 있다.
터널층(160)은 반도체 기판(110)의 후면 위에 배치되며, 유전체 재질을 포함할 수 있다.
일례로, 터널층(160)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 위에 형성되되, 반도체 기판(110)의 후면 위에 직접 접촉되어 형성될 수 있다.
아울러, 터널층(160)은 반도체 기판(110)의 후면 전체 영역 위에 형성될 수 있다.
이와 같은 터널층(160)은 반도체 기판(110)에서 생성된 캐리어를 후면 전계부(170) 방향으로 통과시키며, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다. 아울러, 이와 같은 터널층(160)은 태양전지의 개방 전압(Voc)를 상승시키는 역할을 할 수 있다.
이와 같은, 터널층(160)은 600℃ 이상의 고온 공정에도 내구성이 강한 SiCx 또는 SiOx로 형성되는 유전체 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이 외에도 silicon nitride (SiNx), hydrogenerated SiNx, aluminum oxide (AlOx), silicon oxynitride (SiON) 또는 hydrogenerated SiON로 형성되는 것도 가능하다.
또한, 터널층(160)의 두께(T160)는 0.5nm ~ 2.5nm사이로 형성될 수 있다. 이와 같은 터널층(160)은 Oxidation 공정이나 LPCVD 공정 또는 PECVD 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
여기서, 터널층(160)의 두께(T160)를 0.5nm ~ 2.5nm 로 한정하는 것은 터널링 효과를 구현하기 위함이고, 이와 같은 한정 범위를 0.5nm ~ 2.5nm 범위를 조금 넘어서는 경우도 가능하나, 터널링의 효과가 감소할 수 있다.
보다 구체적으로, 터널층(160)의 두께(T160)를 0.5nm 이상으로 하는 것은 실질적으로 0.5nm 미만으로 터널층(160)을 형성하는 것은 현실적으로 매우 어렵고, 터널층(160)의 두께(T160)를 2.5nm 이하로 하는 것은 2.5nm를 넘어서는 경우 터널링 효과가 거의 일어나지 않을 수 있기 때문이다.
아울러, 이와 같은 터널층(160)은 반도체 기판(110)의 후면 표면에 대한 패시베이션 기능도 일부 수행할 수 있다.
다음, 후면 전계부(170)는 반도체 기판(110)의 후면 표면 위에 위치하고, 제1 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유되며, 다결정 실리콘 재질을 포함할 수 있다.
즉, 이와 같은 후면 전계부(170)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 터널층(160)의 후면 위에 형성되어, 반도체 기판(110)과 이격되어 형성될 수 있다.
후면 전계부(170)가 반도체 기판(110) 내에 형성되지 않고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(170)가 반도체 기판(110)의 후면 위에 형성되되, 반도체 기판(110)과 직접 접촉하지 않고 이격되어, 터널층(160)의 후면 위에 다결정 실리콘 재질로 형성된 경우, 태양전지의 개방 전압(Voc)을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110) 내에 후면 전계부(170)를 형성하지 않고 반도체 기판(110)의 외부에 후면 전계부(170)를 형성하므로, 제조 공정상 후면 전계부(170)를 형성하는 과정에서, 반도체 기판(110)에 대한 열손상을 최소화할 수 있어, 반도체 기판(110)의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 태양전지는 효율을 더 향상시킬 수 있다.
이와 같은, 후면 전계부(170)의 두께(T170)는 50nm ~ 500nm 사이로 형성될 수 있다.
제2 전극(150)은 후면 전계부(170)의 후면 위에 배치되며, 후면 전계부(170)와 전기적으로 연결되어 있다. 이와 같은 제2 전극(150)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 핑거 전극(151) 및 복수의 제2 버스바(153)를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 제2 핑거 전극(151)은 후면 전계부(170)의 후면 위에 서로 이격하여 제1 방향(x)으로 뻗어있을 수 있으며, 후면 전계부(170) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들면, 정공을 수집할 수 있다.
그리고, 복수의 제2 버스바(153)는 후면 전계부(170) 위에서 복수의 제2 핑거 전극(151)과 동일 층에 위치하고, 복수의 제2 핑거 전극(151)을 서로 전기적으로 연결시키며, 복수의 제2 핑거 전극(151)과 교차하는 제2 방향(y)으로 뻗어 있을 수 있다.
이와 같은 복수의 제2 버스바(153)는 태양전지를 서로 연결시키는 인터커넥터(미도시)와 연결되며, 제2 핑거 전극(151)에 의해 수집되어 이동하는 캐리어를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
여기서, 제2 버스바(153)의 길이 방향은 제1 버스바(143)의 길이 방향과 동일하고, 제2 핑거 전극(151)의 길이 방향도 제1 핑거 전극(141)의 길이 방향과 동일할 수 있으며, 제2 전극(150)의 재질은 제1 전극(140)의 재질과 동일할 수 있다.
이와 같은 제2 전극(150)은 후면 전계부(170) 위에 후술할 후면 보호막(190)이 형성된 상태에서 후면 보호막(190)의 위에 제2 전극(150)을 형성하기 위한 제2 전극 패이스트를 패터닝하여 형성한 상태에서 열처리 공정을 통하여 형성될 수 있다.
여기서, 제2 핑거 전극(151)의 폭은 일례로, 150um ~ 400um 사이일 수 있으며, 제2 버스바(153)의 폭은 제2 핑거 전극(151)의 폭보다 크게 형성되되, 1mm ~ 3mm 사이의 범위에서 결정될 수 있다. 그러나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 다른 폭을 가질 수도 있다.
다음, 후면 보호막(190)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(170)의 후면 중에서 제2 전극(150)이 형성된 영역을 제외한 전체 영역 위에 위치할 수 있다.
이와 같은 후면 보호막(190)은 유전체 재질로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다수의 층으로 형성될 수 있고, 후면 전계부(170)의 극성을 고려하여 특정 고정 전하를 가질 수 있다.
이와 같은 후면 보호막(190)의 재질은 SiCx, SiOx, silicon nitride (SiNx), hydrogenerated SiNx, aluminum oxide (AlOx), silicon oxynitride (SiON) 또는 hydrogenerated SiON 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이와 같은 후면 보호막(190)은 후면 전계부(170)의 후면 표면을 패시베이션하는 기능을 수행할 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양전지의 동작은 다음과 같다.
태양전지로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 반도체 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 반도체 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지막(130)에 의해 반도체 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 반도체 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 반도체 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 정공과 전자는, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)와 n형의 도전성 타입을 갖는 반도체 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 제1 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 제1 버스바(143)로 전달되고, 반도체 기판(110)의 후면 쪽에 위치한 후면 전계부(170)로 이동한 전자는 제2 핑거 전극(151)에 의해 수집되어 제2 버스바(153)로 전달될 수 있다.
아울러, 서로 인접한 태양전지 각각의 제1, 2 버스바(143, 153)를 서로 인터커넥터(미도시)로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극(150)의 적어도 일부는 후면 전계부(170) 내부로 함입되어 형성될 수 있다. 구체적 일례로, 제2 전극(150)을 형성하는 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153) 모두가 후면 전계부(170) 내부로 함입되어 형성될 수 있다.
다시 말하면, 후면 전계부(170)와 제2 전극(150)이 서로 접촉하는 제1 경계면(BS1)이 후면 전계부(170)와 후면 보호막(190)이 서로 접촉하는 제2 경계면(BS2)보다 반도체 기판(110) 방향으로 더 인접하여 형성되어 위치할 수 있다.
도 3에서는 제2 핑거 전극(151)을 일례로 도시하였지만, 제2 버스바(153)도 제2 핑거 전극(151)과 마찬가지로 후면 전계부(170) 내부로 함입된 동일한 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 제2 전극(150)이 후면 전계부(170) 내부로 함입되는 형상은 제2 전극(150)을 형성하기 위한 제2 전극 패이스트를 후면 보호막(190)의 후면에 패터닝하여 형성한 상태에서 열처리 공정을 통하여 제2 전극 패이스트가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내부로 침투하면서 접속될 때 나타날 수 있는 형상이다.
이와 같이, 제2 전극 패이스트를 이용하여 제2 전극(150)을 형성하면, 도금법에 비하여 상대적으로 비용이 저렴하고 공정 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 제1 경계면(BS1)과 제2 경계면(BS2)의 높이 차이는 1nm ~ 20nm 사이로 형성될 수 있으며, 이와 같은 제1, 2 경계면(BS1, BS2)의 높이 차이(TBS)는 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정의 시간 및 제2 전극 패이스트에 포함되는 글래스 프릿(glass frit)의 함유량에 따라 달라질 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는 제2 전극(150)을 형성하는 복수의 제2 버스바(153)와 복수의 제2 핑거 전극(151) 모두가 후면 전계부(170) 내부로 함입된 경우를 일례로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 전극(150) 중 복수의 제2 핑거 전극(151)만 후면 전계부(170) 내부로 함입되어 형성될 수도 있다. 이와 같이, 복수의 제2 핑거 전극(151)만 후면 전계부(170) 내부로 함입된 구성에 대해서는 도 6 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극(150)이 후면 전계부(170) 내부로 함입되어, 후면 전계부(170)의 제1 경계면(BS1)에서 후면 전계부(170)와 제2 전극(150)은 서로 접촉할 수 있다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(170) 중에서 제2 전극(150)이 형성되는 전극 형성 영역(170OA)에는 복수의 금속 결정(MC)을 더 포함할 수 있다.
일례로, 도 3에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(170) 중에서 제2 핑거 전극(151)이 형성되는 핑거 형성 영역(170OF)에는 복수의 금속 결정(MC)을 더 포함할 수 있다. 도 3에서는 후면 전계부(170)의 전극 형성 영역(170OA) 중에서 전극 핑거 형성 영역(170OF)만 도시하였으나, 버스바 형성 영역(170OB)에도 동일하게 복수의 금속 결정(MC)을 더 포함할 수 있다.
참고로, 도 2를 참조하면, 후면 전계부(170) 중에서, 제2 핑거 전극(151)과 터널층(160) 사이의 공간에 위치하는 후면 전계부(170)의 영역은 핑거 형성 영역(170OF)이라 하고, 제2 버스바(153)와 터널층(160) 사이의 공간에 위치하는 후면 전계부(170)의 영역은 버스바 형성 영역(170OB)이라 하고, 후면 전계부(170) 중에서 핑거 형성 영역(170OF)과 버스바 형성 영역(170OB)을 제외한 나머지 영역을 비형성 영역(170NO)이라 한다. 아울러, 핑거 형성 영역(170OF)과 버스바 형성 영역(170OB)을 통칭하여 전극 형성 영역(170OA)이라 한다.
이와 같은 복수의 금속 결정(MC)은 다결정 실리콘으로 형성되는 후면 전계부(170)와 비교하여 상대적으로 저항이 낮아, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)으로부터 터널층(160)을 통과하여 후면 전계부(170)로 이동한 캐리어, 예를 들어 전자들이 금속 결정(MC)을 통하여 제2 전극(150)으로 직접 이동하거나, 금속 결정(MC)과 금속 결정(MC) 사이를 점프하여 제2 전극(150)으로 이동할 수 있다. 따라서, 이와 같은 복수의 금속 결정(MC)들은 캐리어가 제2 전극(150)으로 보다 용이하게 이동할 수 있도록 도와주는 역할을 할 수 있다.
따라서, 이와 같은 금속 결정(MC)은 낮은 저항으로 인하여, 반도체 기판(110)과 제2 전극(150) 사이의 실질적인 거리를 보다 좁혀줄 수 있다.
또한, 금속 결정(MC)은 제2 전극(150)이 후면 전계부(170)에 접속될 때, 제2 전극(150)과 후면 전계부(170)의 경계인 제1 경계면(BS1)을 중심으로 반도체 기판(110) 방향으로 형성되기 때문에, 제2 전극(150)과 후면 전계부(170) 사이의 접촉 저항을 보다 낮출 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 본 발명과 같이, 제2 전극(150)과 터널층(160) 사이의 후면 전계부(170) 내부에 복수의 금속 결정(MC)을 더 포함하는 경우, 태양전지의 효율이 보다 향상될 수 있다.
이와 같은 금속 결정(MC)은 후면 전계부(170) 중에서 제2 전극(150)이 형성되는 전극 형성 영역(170OA)에 위치하고, 후면 전계부(170) 중에서 제2 전극(150)이 형성되지 않는 비형성 영역(170NO)에는 금속 결정(MC)이 위치하지 않을 수 있다.
이와 같이, 금속 결정(MC)이 후면 전계부(170) 중에서 전극 형성 영역(170OA)에만 위치하고, 비형성 영역(170NO)에는 위치하지 않는 것은 이와 같은 복수의 금속 결정(MC)이 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정 중에서 제2 전극(150)으로부터 빠져나온 금속이 재결정화되어 형성되기 때문이다.
일례로, 복수의 제2 전극(150)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 복수의 제2 전극(150)에 포함되는 도전성 금속 물질은 일례로, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 복수의 금속 결정(MC)은 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정 중에 전술한 제2 전극(150)에 포함된 금속 물질이 빠져나와 재결정화되면서 형성될 수 있어, 제2 전극(150)에 포함된 금속 물질과 동일한 금속 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 일례로, 제2 전극(150)이 은(Ag)을 포함하는 경우, 금속 결정(MC)도 은(Ag)을 포함할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 결정(MC)은 후면 전계부(170) 내에는 위치하지만, 터널층(160) 내에는 위치하지 않을 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 비교예와 같이, 이와 같은 금속 결정(MC)이 터널층(160) 내에 위치하는 경우 터널층(160)의 기능이 저하될 수 있고, 금속 결정(MC)이 터널층(160)을 관통하여 반도체 기판(110)의 후면 내부로 침투되는 경우, 반도체 기판(110) - 터널층(160) - 후면 전계부(170)로 형성된 구조에 의해 나타나는 개방 전압(Voc) 특성이 저하되어, 반도체 기판(110)이 열화될 수 있다.
이와 같이, 반도체 기판(110)이 열화되는 경우, 반도체 기판(110)의 특성, 일례로 캐리어 라이프 타임(carrier life time)과 같은 특성이 저하될 수 있다.
그러나, 본 발명과 같이 금속 결정(MC)이 후면 전계부(170) 내에는 위치하지만, 터널층(160) 내에는 위치하지 않는 경우, 이와 같은 특성 저하를 방지할 수 있다.
이와 같은 복수의 금속 결정(MC)의 중 일부(MC1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극(150)과 직접 접촉될 수 있고, 아울러, 복수의 금속 결정(MC)의 중 적어도 하나(MC2) 이상은 제2 전극(150)과 이격되어 후면 전계부(170) 내에 위치할 수 있다.
여기서, 복수의 금속 결정(MC)은 제2 전극(150)으로부터 터널층(160) 방향으로의 길이(LMC)가 후면 전계부(170) 두께의 2/3 이하일 수 있다. 이와 같이, 금속 결정(MC)의 길이(LMC)를 후면 전계부(170) 두께의 2/3 이하로 한정하는 것은 금속 결정(MC)의 길이(LMC)가 과도하게 길게 되어, 전술한 바와 같이, 터널층(160)이나 반도체 기판(110)을 손상시키지 않도록 하기 위함이다.
복수의 금속 결정(MC) 중 일부는 제2 전극(150)으로부터 터널층(160) 방향으로 진행할수록 폭(WMC)이 감소할 수 있다. 즉, 도 3이나 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 결정(MC)에서 제2 전극(150) 쪽에 인접한 부분의 면 방향(x, y) 폭(WMC)은 반도체 기판(110) 쪽에 인접한 부분의 폭보다 작을 수 있다.
이와 같은 금속 결정(MC)의 크기는 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정의 소성 온도에 비례하여 크기가 결정될 수 있다.
즉, 금속 결정(MC)의 길이나 폭은 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정의 소성 온도가 높을수록 커지고, 낮을수록 작아지는 특성이 있으며, 금속 결정(MC)의 소스인 제2 전극(150)의 폭이 증가할수록 금속 결정(MC)의 길이나 폭이 증가할 수 있다.
그러나, 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정의 소성 온도가 과도하게 낮은 경우, 제2 전극(150)과 후면 전계부(170) 사이의 접촉 저항이 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 제2 전극(150)을 형성하는 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153) 모두가 후면 전계부(170) 내부로 함입되어, 후면 전계부(170) 중에 핑거 형성 영역(170OF)과 버스바 형성 영역(170OB) 모두에 금속 결정(MC)이 형성되는 경우를 일례로 설명하였으나, 효율을 보다 향상시키기 위해, 제2 핑거 전극(151)만 후면 전계부(170) 내부로 함입되고, 핑거 형성 영역(170OF)에만 금속 결정(MC)이 형성될 수도 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 이하의 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 도이다.
도 6에 대한 설명에서는 앞선 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1 실시예와 다른 부분을 위주로 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지는 제2 전극(150)의 적어도 일부가 후면 전계부(170) 내부로 함입되게 하되, 제2 전극(150) 중 복수의 제2 핑거 전극(151)만 후면 보호막(190)을 관통하여 후면 전계부(170) 내부로 함입되어 형성되도록 형성할 수 있다.
이때에는, 금속 결정(MC)이 후면 전계부(170)의 핑거 형성 영역(170OF)에만 형성되고, 복수의 제2 버스바(153)는 후면 전계부(170) 내부로 함입되지 않고, 후면 보호막(190)의 후면 위에 형성될 수 있다.
따라서, 후면 전계부(170) 중에서 버스바 형성 영역(170OB)에는 금속 결정(MC)이 형성되지 않을 수 있다.
이와 같이, 제2 전극(150) 중에서 복수의 제2 핑거 전극(151)만 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내로 함입되도록 하여 후면 전계부(170) 중에서 핑거 형성 영역(170OF)에만 금속 결정(MC)이 형성되도록 하고, 제2 버스바(153)는 후면 보호막(190) 위에 형성되도록 하여 후면 전계부(170) 중에서 버스바 형성 영역(170OB)에는 금속 결정(MC)이 형성되지 않도록 하는 것은 앞선 도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 금속 결정(MC)이 터널층(160) 내에 위치하지 않도록 하거나 터널층(160)을 뚫고 반도체 기판(110) 내에 접속되지 않도록 하기 위함이다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2 버스바(153)의 경우, 앞선 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 폭이 제2 핑거 전극(151)에 비하여 상대적으로 크기 때문에, 열처리 공정시 상대적으로 큰 길이나 폭을 갖는 금속 결정(MC)이 후면 전계부(170)에 형성되어, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 결정(MC)이 터널층(160) 내에 위치하거나 반도체 기판(110)과 접속될 수 있는데, 이를 사전에 차단하기 위함이다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지는 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153) 중에서 제2 핑거 전극(151)만 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내부로 함입되어 형성된 구조를 가지고 있으므로, 후면 전계부(170)의 제1 경계면(BS1)에서 후면 전계부(170)와 제2 핑거 전극(151)만 서로 접촉하고, 후면 전계부(170)의 전극 형성 영역(170OA) 중에서 제2 핑거 전극(151)이 형성되는 핑거 형성 영역(170OF)에만 복수의 금속 결정(MC)을 포함할 수 있고, 제2 버스바(153)와 중첩되는 후면 전계부(170)의 버스바 형성 영역(170OB)에는 복수의 금속 결정(MC)이 위치하지 않을 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 재질과 복수의 제2 버스바(153)에 포함되는 재질을 서로 다르게 할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 핑거 전극(151)이 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내부로 함입되도록 하고, 제2 버스바(153)가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내부로 함입되는 것을 방지하거나 최소화하기 위하여, 복수의 제2 버스바(153)에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 작거나 없을 수 있다.
즉, 제2 버스바(153)를 형성하기 위한 제2 버스바 패이스트의 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 제2 핑거 전극(151)을 형성하기 위한 제2 핑거 패이스트에 포함된 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 작게 하거나 글래스 프릿이 포함되지 않도록 할 수 있다.
이와 같이 하는 이유는, 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정에서, 제2 핑거 패이스트가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)로 함입되는 동안 제2 버스바 패이스트가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)에 접속되더라도 후면 전계부(170) 내부로 거의 함입되지 못하게 하거나, 아예 후면 보호막(190)을 뚫지 못하게 하기 위함이다.
이와 같이 함으로써, 후면 전계부(170)의 버스바 형성 영역(170OB)에 금속 결정(MC)이 형성되지 않도록 할 수 있고, 반도체 기판(110)이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 제1 전극(140)에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량과 동일할 수 있다.
이는, 제1 전극(140)도 제1 전극 패이스트를 도포한 후, 반사 방지막(130)을 뚫고 에미터부(120)에 접속하여 형성될 수 있는데, 제2 핑거 패이스트에 포함된 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 제1 전극(140)과 동일하게 함으로써, 동일한 열처리 공정에서 제1 전극 패이스트가 반사 방지막(130)을 뚫고 에미터부(120)로 함입되는 속도와 제2 핑거 패이스트가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)로 함입되는 속도를 서로 대략적으로 동일하게 할 수 있다.
이로 인하여, 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정의 온도를 서로 동일하게 하면서도, 제2 핑거 전극(151)의 속도를 제한할 수 있다.
또한, 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 복수의 제2 버스바(153)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량보다 많을 수 있다.
보다 구체적 일례로, 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 80wt%이상 95wt%이하이고, 복수의 제2 버스바(153)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 60wt%이상 80wt%이하일 수 있다.
이와 같이, 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 80wt%이상 95wt%이하로 하는 것은 제2 핑거 패이스트가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170) 내로 함입된 상태에서, 금속 결정(MC)이 앞선 도 3에서 설명한 바와 같이 충분히 형성되도록 하고, 상대적으로 폭이 좁은 제2 핑거 전극(151)의 저항을 충분히 낮추기 위함이다.
아울러, 제2 버스바(153)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 60wt%이상 80wt%이하가 되도록 함으로써, 제2 버스바 패이스트 중 일부가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)에 접속되더라도, 제2 버스바 패이스트에 포함된 금속 물질에 의해 후면 전계부(170)의 버스바 형성 영역(170OB)에 금속 결정(MC)이 형성되지 않도록 하거나, 금속 결정(MC)이 설사 형성된다 하더라도, 앞선 도 4에서 설명한 바와 같이, 금속 결정(MC)이 터널층(160) 내부에 형성되더라도 반도체 기판(110)에 접속되어 형성되지 않도록 방지할 수 있다.
아울러, 복수의 제2 핑거 전극(151)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 제1 전극(140)에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량과 동일할 수 있다.
이와 같이 서로 다른 재질을 갖는 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153)를 형성함으로써, 반도체 기판(110)의 열화를 방지할 수 있고, 태양전지의 효율이 저하되는 것을 보다 방지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 반도체 기판(110)의 열화는 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정 중에 발생할 수 있고, 열처리 공정의 온도가 너무 낮으면 제2 전극(150)의 접촉 저항이 과도하게 높아져 태양전지의 효율을 방지할 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)의 열화는 다음의 도 7과 도 8에서 확인할 수 있다.
도 7은 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질이 제2 핑거 패이스트의 재질과 동일한 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 비교예 사진이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제2 버스바 패이스트(153P)의 재질과 제2 핑거 패이스트의 재질이 서로 다른 경우, 열처리 공정시 소성 온도에 따른 반도체 기판(110)의 열화 정도를 PL(photo luminescence) 촬영한 사진이다.
반도체 기판(110)의 개방 전압(Voc)를 보여주는 PL 이미지는 열처리 공정 온도에 따라 금속 결정(MC)이 반도체 기판(110)에 침투함에 따른 열화를 볼 수 있다.
PL 이미지에서 반도체 기판(110)의 일부 영역이 어두워질수록 개방 전압이 감소하여 반도체 기판(110)의 열화가 심화되는 것을 의미하고, 밝아질수록 개방 전압이 충분한 상태로 높아 반도체 기판(110)의 열화가 작거나 거의 없는 것을 의미한다.
보다 구체적으로, PL 이미지에서 열처리 공정 온도가 증가함에 따라 음영 영역이 증가하는 경우, 금속 결정(MC)이 터널층(160)이나 반도체 기판(110)으로 침투하여 개방 전압이 감소하여 반도체 기판(110)의 열화가 심화되는 것을 의미하고, 열처리 공정 온도가 증가함에 따라 음영 영역이 증가하지 않는 경우, 금속 결정(MC)이 터널층(160)이나 반도체 기판(110)으로 침투하지 않아, 개방 전압이 충분히 높은 상태로 유지되어 반도체 기판(110)의 열화가 작거나 거의 없는 것을 의미한다.
도 7 및 도 8에서는 상대적으로 폭이 큰 제2 버스바(153)의 이미지만 보이고, 제2 핑거 전극(151)의 이미지는 폭이 너무 작아 보이지 않으나, 실질적으로 각각의 제2 버스바(153)에는 복수의 제2 핑거 전극(151)이 교차하여 형성된다.
도 7에서는 제2 핑거 패이스트와 동일한 재질의 제2 버스바 패이스트(153P)를 사용한 경우이고, 도 8은 앞선 도 6에서 설명한 바와 같이 제2 핑거 패이스트와 다른 재질의 제2 버스바 패이스트(153P)를 사용한 경우이다.
도 7에서는 제2 버스바(153)와 제2 핑거 전극(151)의 동일한 재질이 서로 동일하므로, 제2 버스바 패이스트(153P)도 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)에 함입되어 형성되고, 후면 전계부(170)의 버스바 형성 영역(170OB) 내로 금속 결정(MC)이 형성될 수 있다.
따라서, 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정 온도가 도 7의 (c) 및 (d)와 같이, 820℃나 795℃ 정도로 상대적으로 낮은 경우, 후면 전계부(170) 내에 금속 결정(MC)이 거의 형성되지 않고, 반도체 기판(110)의 열화가 거의 발생하지 않으나, 이와 같은 경우, 제2 핑거 전극(151)의 접촉 저항이 상대적으로 높게 형성될 수 있어 태양전지의 효율이 감소할 수 있다.
그러나, 제2 전극(150)을 형성하기 위한 열처리 공정 온도가 도 7의 (a) 및 (b)와 같이, 870℃나 845℃ 정도로 상대적으로 높은 경우, 반도체 기판(110)에 음영 영역이 증가하고 상대적으로 심화되어, 제2 버스바 패이스트(153P)에 의해 형성된 후면 전계부(170)의 금속 결정(MC)이 터널층(160)이나 반도체 기판(110)으로 침투되어 반도체 기판(110)의 열화가 심화되는 것을 알 수 있다.
그러나, 앞선 도 6에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따라 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153)의 재질을 서로 다르게 한 경우, 열처리 공정 온도가 상대적으로 낮은 도 8의 (c) 및 (d)의 경우는 물론, 상대적으로 높은 도 8의 (a) 및 (b)에서도 반도체 기판(110)의 음영 영역이 거의 증가되지 않는 것을 확인할 수 있다.
이는, 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153)의 재질을 서로 다르게 함으로써, 제2 버스바(153)가 후면 보호막(190)을 뚫고 후면 전계부(170)에 접속되지 않거나, 접속되더라고 제2 버스바(153)에 의해 형성되는 후면 전계부(170)의 금속 결정(MC)이 터널층(160)이나 반도체 기판(110) 내로 침투하지 않기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지는 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바(153)의 재질을 서로 다르게 함으로써, 태양전지의 개방 전압(Voc)을 충분히 높을 상태로 유지여 반도체 기판(110)의 열화를 방지하고, 태양전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
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 (20)
- 단결정 실리콘 기판의 후면에 터널층을 형성하는 단계;
상기 터널층의 후면에 다결정 실리콘 후면 전계부를 형성하는 단계;
상기 다결정 실리콘 후면 전계부 상에 후면 보호막을 형성하는 단계;
상기 후면 보호막 상에 전극 페이스트를 인쇄하는 단계; 및
상극 전극 페이스트를 열처리하여, 상기 후면 보호막을 관통하여 상기 다결정 실리콘 후면 전계부와 접속하는 후면 전극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
제1 방향으로 길게 형성되는 복수의 핑거 전극과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 형성되며 상기 복수의 핑거 전극이 공통으로 접속되는 복수의 버스바를 형성하며,
상기 핑거 전극 각각의 일부를 상기 후면 보호막을 관통하여 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 핑거 전극 각각의 일부가 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 부분에서의 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부에 상기 핑거 전극 각각에 포함된 금속 물질과 동일한 금속 물질을 포함하는 복수의 금속 결정을 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 후면 전극이 형성되지 않는 영역의 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부에는 상기 복수의 금속 결정을 형성하지 않는 태양전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 복수의 금속 결정 중 일부를 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 핑거 전극 각각의 일부와 직접 접촉시키는 태양전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 복수의 금속 결정 중 일부를 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 핑거 전극 각각의 일부와 이격시키는 태양전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입된 상기 핑거 전극 각각의 일부로부터 상기 터널층 방향으로의 길이가 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 두께의 2/3가 되도록 상기 복수의 금속 결정을 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량과 다르게 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제7항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 크게 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제7항에서,
상기 후면 전극을 형성하는 단계에서,
상기 다결정 실리콘 후면 전계부와 직접 접촉하지 않도록 상기 버스바 각각을 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제7항에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량보다 크게 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제10항에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을, 80wt% 이상, 95wt% 이하로 형성하고,
상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을, 60wt% 이상, 80wt% 이하로 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
상기 단결정 실리콘 기판의 전면에 에미터부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제12항에서,
상기 에미터부를 형성하는 단계에서,
상기 단결정 실리콘 기판의 전면에 불순물을 도핑한 후, 상기 불순물을 상기 단결정 실리콘 기판의 전면 내부에 열 확산시켜 상기 에미터부를 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에서,
상기 에미터부와 접속하는 전면 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 상기 전면 전극에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량과 동일하게 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량을 상기 전면 전극에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량과 동일하게 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 단결정 실리콘 기판의 후면에 형성된 터널층;
상기 터널층 상에 형성된 다결정 실리콘 후면 전계부;
상기 다결정 실리콘 후면 전계부 상에 형성된 후면 보호막; 및
제1 방향으로 길게 형성되며 각각의 일부가 상기 후면 보호막의 일부를 관통하여 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부로 함입되는 복수의 핑거 전극과, 상기 후면 보호막 상에 형성되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 형성되어 상기 복수의 핑거 전극이 공통으로 접속되는 복수의 버스바를 구비하는 후면 전극;을 포함하는, 태양전지. - 제17항에서,
상기 핑거 전극 각각의 일부가 상기 다결정 실리콘 후면 전계부와 접속된 부분에서의 상기 다결정 실리콘 후면 전계부의 내부에는 상기 핑거 전극 각각에 포함된 금속 물질과 동일한 금속 물질을 포함하는 복수의 금속 결정이 위치하는 태양전지. - 제18항에서,
상기 터널층의 내부에는 상기 복수의 금속 결정이 위치하지 않는 태양전지. - 제18항에서,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 크고,
상기 핑거 전극 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량은 상기 버스바 각각에 포함되는 단위 부피당 금속 물질의 함유량보다 큰 태양전지.
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