KR20230118768A - 태양 전지 및 태양광 모듈 - Google Patents

태양 전지 및 태양광 모듈 Download PDF

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KR20230118768A
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저장 진코 솔라 컴퍼니 리미티드
진코 솔라 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명의 실시예는 태양 전지 분야에 관한 것으로, 특히는 태양 전지 및 태양광 모듈에 관한 것이다. 태양 전지는 베이스, 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층, 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층을 포함하고, 베이스는 대향하는 정면 및 배면을 구비하며, 베이스 정면은 금속 패턴 영역을 구비하고, 금속 패턴 영역은 제1 피라미드 구조를 포함하며; 베이스 배면은 보스 돌기 구조를 포함하고, 제1 피라미드 구조의 높이 사이즈는 보스 돌기 구조의 높이 사이즈보다 크며, 제1 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 보스 돌기 구조의 바닥부 1차원 사이즈보다 작고; 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층은 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에 위치하고 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 베이스의 도핑 원소 타입은 동일하고; 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층은 베이스 배면에 위치하고 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 제2 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입은 상이하다.

Description

태양 전지 및 태양광 모듈{SOLAR CELL AND PHOTOVOLTAIC MODULE}
본 발명의 실시예는 태양 전지 분야에 관한 것으로, 특히 태양 전지 및 태양광 모듈에 관한 것이다.
태양 전지는 비교적 우수한 광전 변환 능력을 가지고, 통상적으로 태양 전지의 제조 과정에서, 우선 베이스에서 스웨이딩하여 베이스 정면 및 베이스 배면이 스웨이드 구조를 갖도록 해야 한다. 스웨이드 구조는 베이스에 대한 입사 광선을 흡수하고 이어서 베이스에 증착된 필름층의 균일성 및 베이스 계면과의 접촉 성능에 대해 중요한 영향을 미치며, 태양 전지의 광선 변환 성능에 영향을 미칠 수도 있다.
그러나, 현재의 태양 전지는 광전 변환 효율이 낮은 문제가 존재한다.
본 발명의 실시예에서는 적어도 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키는 데 유리한 태양 전지 태양광 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 태양 전지를 제공하는 바, 베이스, 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층, 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층을 포함하고, 상기 베이스는 대향하는 정면 및 배면을 구비하며, 상기 베이스 정면은 금속 패턴 영역을 구비하고, 상기 금속 패턴 영역은 제1 피라미드 구조를 포함하며; 상기 베이스 배면은 보스 돌기 구조를 포함하고, 상기 제1 피라미드 구조의 높이 사이즈는 상기 보스 돌기 구조의 높이 사이즈보다 크며, 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 상기 보스 돌기 구조의 바닥부 1차원 사이즈보다 작고; 상기 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층은 상기 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에 위치하고 상기 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 상기 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 상기 베이스의 도핑 원소 타입은 동일하고; 상기 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층은 상기 베이스 배면에 위치하고 상기 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 상기 제2 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 상기 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입은 상이하다.
또한, 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 0.7㎛ 내지 3㎛이고, 상기 제1 피라미드 구조의 탑부(top)로부터 바닥부(bottom)까지의 높이 사이즈는 0.5㎛ 내지 3.2㎛이다.
또한, 상기 제1 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 30° 내지 70°이다.
또한, 상기 제1 피라미드 구조의 빗변 길이는 1.2㎛ 내지 2.5㎛이다.
또한, 상기 보스 돌기 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 6㎛ 내지 10㎛이고, 상기 보스 돌기 구조의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 0.2㎛ 내지 0.4㎛이다.
또한, 상기 보스 돌기 구조의 빗변과 상기 보스 돌기 구조의 바닥부 사이의 협각은 10° 내지 50°이다.
또한, 상기 보스 돌기 구조의 빗변 길이는 0.3㎛ 내지 2.3㎛이다.
또한, 상기 금속 패턴 영역은 제2 피라미드 구조를 더 포함하고, 상기 베이스 정면에서 상기 제1 피라미드 구조의 면적 점유율은 상기 베이스 정면에서 상기 제2 피라미드 구조의 면적 점유율보다 크며, 상기 제2 피라미드 구조의 빗변과 상기 제2 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 40° 내지 70°이다.
또한, 상기 제2 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 1㎛ 이하이고, 상기 제2 피라미드 구조의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 1.2㎛이하이다.
또한, 상기 베이스 정면은 비금속 패턴 영역을 더 포함하고, 상기 비금속 패턴 영역은 제3 피라미드 구조 및 제4 피라미드 구조를 포함하며, 상기 제3 피라미드 구조의 바닥부 사이즈는 상기 제4 피라미드 구조의 바닥부 사이즈보다 크고, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에서 상기 제3 피라미드 구조의 면적 점유율은 제1 점유율이며, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에서 상기 제1 피라미드 구조의 면적 점유율은 제2 점유율이고, 상기 제1 점유율은 상기 제2 점유율보다 작다.
또한, 상기 제3 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 35° 내지 65°이고, 상기 제4 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 40° 내지 65°이다.
또한, 상기 제3 피라미드 구조의 빗변 길이는 1.2㎛ 내지 2.5㎛이고, 상기 제4 피라미드 구조의 빗변 길이는 0.5㎛ 내지 1.2㎛이다.
또한, 상기 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면의 반사율은 0.8% 내지 2%이고, 상기 베이스 배면의 반사율은 14% 내지 15%이다.
또한, 제1 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 제1 패시베이션층의 제1 부분은 상기 제1 도핑 도전층의 상기 베이스로부터 멀어지는 표면에 위치하며, 상기 제1 패시베이션층의 제2 부분은 상기 비금속 패턴 영역과 정렬되는 정면에 위치한다.
또한, 상기 제1 패시베이션층의 제1 부분과 상기 제1 패시베이션층의 제2 부분은 같은 높이가 아니다.
또한, 제2 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 제2 패시베이션층은 상기 제2 도핑 도전층의 상기 베이스로부터 멀어지는 표면에 위치한다.
또한, 제1 전극을 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 금속 패턴 영역에 설치되며, 상기 제1 도핑 도전층에 전기적으로 연결된다.
또한, 확산 영역을 더 포함하고, 상기 확산 영역은 상기 금속 패턴 영역과 정렬되는 상기 베이스에 위치하며, 상기 확산 영역의 탑부는 상기 제1 터널링층에 접촉하고, 상기 확산 영역의 도핑 원소의 농도는 상기 베이스의 도핑 원소의 농도보다 높다.
또한, 상기 베이스는 N 타입 베이스이다.
상응하게는, 본 발명의 실시예에서는 태양광 모듈을 더 제공하는 바, 복수 개의 상기 임의의 태양 전지에 연결되어 형성되는 전지 스트링; 전지 스트링의 표면을 커버하기 위한 패키징층; 및 전지 스트링과 멀어지는 패키징층의 표면을 커버하기 위한 커버 플레이트를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 기술적 해결수단은 적어도 하기와 같은 장점을 구비한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 태양 전지의 기술적 해결수단에서, 베이스 정면의 금속 패턴 영역이 제1 피라미드 구조를 구비하고, 배면은 보스 돌기 구조를 구비하며, 제1 피라미드 구조의 높이는 보스 돌기 구조의 높이보다 높고, 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이즈는 제2 피라미드 구조의 바닥부 사이즈보다 작도록 설치함으로써, 정면의 조도가 배면의 조도보다 크도록 하여, 정면이 입사 광선에 대한 반사율이 배면이 입사 광선에 대한 반사율보다 작도록 한다. 한편으로, 정면이 입사 광선에 대한 흡수를 강화할 수 있고, 다른 한편으로, 제1 도핑 도전층이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소하기 위해, 금속 패턴 영역에만 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층을 형성하여, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면의 조도를 상대적으로 크게 설정함으로써, 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층과 베이스 정면의 접촉 면적을 확대할 수 있으며, 베이스 중의 캐리어에 상대적으로 큰 터널링 채널을 제공하여, 베이스가 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킴과 아울러, 캐리어의 이동성(mobility)을 감소하지 않는다.
다른 한편으로, 제2 도핑 도전층과 베이스가 PN 접합을 형성하므로, 배면의 조도를 상대적으로 작게 설정하여, 배면에 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층이 상대적으로 큰 평탄도를 갖도록 설치함으로써, 제2 터널링층과 베이스 배면 사이의 접촉 계면이 더 바람직한 모양을 갖도록 하고, 이로써 베이스 배면의 결함 상태 밀도를 감소할 수 있으며, PN 접합에 의해 생성된 광 생성 캐리어가 베이스 배면에서 결합될 확률을 감소할 수 있고, 광 생성 캐리어가 베이스로 향하는 이동성을 향상시켜, 캐리어 농도의 향상에 유리하며, 태양 전지의 광전 변환 성능을 개선한다.
하나 이상의 실시예는 이와 대응되는 도면 중의 이미지를 통해 예시적으로 설명되는 바, 이러한 예시적인 설명은 실시예를 한정하지 않으며, 별도로 특별히 명시하지 않는 한 도면은 비율의 제한을 구성하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지의 단면 구조 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지 중 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면의 평면 구조 SEM 이미지이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지의 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면의 측면 구조 SEM 이미지이고,
도 4는 입사 광선이 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지에서 반사되는 경로도이고,
도 5는 도 1 중 1의 확대도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지 중 베이스 배면의 평면 구조 SEM 이미지이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지 중 베이스 배면의 측면 구조 SEM 이미지이고,
도 8은 도 1 중 2의 확대도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 다른 태양 전지의 단면 구조 모식도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에서 제공하는 태양광 모듈의 구조 모식도이다.
배경기술로부터 알 수 있다시피, 현재의 태양 전지의 광전 변환 성능은 바람직하지 않다.
분석을 거쳐 발견하였는 바, 현재의 태양 전지의 광전 변환 성능이 바람직하지 않는 것을 초래하는 원인 중의 하나는, 첫째, 현재 베이스의 정면은 통상적으로 확산 공정을 사용하여 부분 베이스를 에미터로 전환하고, 에미터에는 베이스와 상이한 타입의 도핑 이온이 구비됨으로써, 확산되지 않은 베이스와 함께 PN 접합을 형성한다. 그러나, 이러한 구조는 베이스 정면의 금속 패턴 영역의 캐리어 재결합이 지나치게 큰 것을 초래하여, 태양 전지의 개로 전압 및 전환 효율에 영향을 미친다. 둘째, 현재의 태양 전지에서, 베이스 정면 및 베이스 배면의 스웨이드 구조는 입사 광선 및 베이스 표면에 증착된 필름층 품질에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 입사 광선의 이용률 크기 및 필름층의 성능의 좋고나쁨은 태양 전지의 광전 변환 성능에 중요한 역할을 한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 태양 전지는, 베이스 정면의 금속 패턴 영역이 제1 피라미드 구조를 구비하고, 배면은 보스 돌기 구조를 구비하며, 제1 피라미드 구조의 높이는 보스 돌기 구조의 높이보다 높고, 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이즈는 제2 피라미드 구조의 바닥부 사이즈보다 작도록 설치함으로써, 정면의 조도가 배면의 조도보다 크도록 한다. 한편으로, 정면이 입사 광선에 대한 흡수를 강화할 수 있고, 다른 한편으로, 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층과 베이스 정면의 접촉 면적을 확대할 수 있으며, 이로써 베이스 중의 캐리어에 상대적으로 큰 터널링 채널을 제공하여, 베이스가 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킴과 아울러, 캐리어의 이동성을 감소하지 않는다. 또한, 제2 도핑 도전층과 베이스가 PN 접합을 형성하므로, 배면의 조도를 상대적으로 작게 설정하여, 배면에 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층이 상대적으로 큰 평탄도를 갖도록 설치함으로써, 제2 터널링층과 베이스 배면 사이의 접촉 계면이 더 바람직한 모양을 갖도록 하고, 베이스 배면의 결함 상태 밀도를 감소하여, PN 접합에 의해 생성된 광 생성 캐리어가 베이스 배면에서 재결합되는 확률을 향상시키며, 광 생성 캐리어가 베이스를 향한 이동성을 향상시킬 수 있고, 캐리어 농도의 향상에 유리하며, 태양 전지의 광전 변환 성능을 개선한다.
아래 도면에 결부하여 본 발명의 각 실시예를 상세하게 서술하도록 한다. 그러나, 당업자는 이해할 수 있는 바, 본 발명의 각 실시예에서, 독자들이 본 발명을 더 잘 이해하도록 하기 위해 수많은 기술적 세부 사항을 제출하였다. 그러나, 이러한 기술적 세부 사항 및 하기의 각 실시예에 기반한 다양한 변화 및 수정이 없어도, 본 발명이 보호받고자 하는 기술적 해결수단을 구현할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 태양 전지의 단면 구조 모식도이다.
도 1을 참조하면, 태양 전지는 베이스(100), 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120), 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)을 포함하되, 베이스(100)는 대향하는 정면 및 배면을 구비하고, 베이스(100) 정면은 금속 패턴 영역을 구비하고, 금속 패턴 영역은 제1 피라미드 구조(11)를 포함하며; 베이스(100)의 배면은 보스 돌기 구조(13)를 포함하고, 제1 피라미드 구조(11)의 높이 사이즈는 보스 돌기 구조(13)의 높이 사이즈보다 크며, 제1 피라미드 구조(11)의 바닥부 1차원 사이즈는 보스 돌기 구조(13)의 바닥부 1차원 사이즈보다 작고; 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)은 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 위치하고 베이스(100)를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 제1 도핑 도전층(120)의 도핑 원소 타입은 베이스(100)의 도핑 원소 타입과 동일하고; 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)은 베이스(100) 배면에 위치하며 베이스(100)를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되고, 제2 도핑 도전층(140)의 도핑 원소 타입은 제1 도핑 도전층(120)의 도핑 원소 타입과 상이하다.
본 발명의 실시예에서, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 텍스처 구조 사이즈와 형태를 상이하게 설치하여, 베이스(100) 정면의 조도가 배면의 조도보다 크도록 하고, 한편으로 베이스(100) 정면이 입사 광선에 대한 반사율이 베이스(100) 배면이 입사 광선에 대한 반사율보다 작도록 하여, 베이스(100) 정면이 입사 광선에 대한 흡수 이용률을 강화할 수 있다.
다른 한편으로, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소하기 위해, 금속 패턴 영역에만 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)을 형성하고, 이에 기반하여, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 조도를 크게 설정하여, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 텍스처 구조의 비표면적이 커지도록 하고, 이로써, 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)과 베이스(100) 정면의 접촉 면적이 커지도록 한다. 이해할 수 있는 것은, 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)은 패시베이션 효과를 일으켜, 구체적으로 베이스(100) 표면의 계면 결함 상태 밀도를 감소할 수 있어, 베이스(100) 중 캐리어가 제1 터널링층(110)과 베이스(100) 사이의 접촉 계면을 통해 제1 도핑 도전층(120)에 터널링되도록 하여, 캐리어의 선택적 전송을 구현한다. 이를 통해 알 수 있다시피, 제1 터널링층(110)과 베이스(100) 사이의 접촉 면적을 확대하여, 베이스(100) 중 캐리어가 제1 도핑 도전층(120)을 향하는 터널링 채널을 확대할 수 있어, 캐리어의 전송 효율을 향상시킬 수 있으며, 제1 도핑 도전층(120) 중 캐리어 농도를 향상시켜서, 단락 전류 및 개로 전압을 증폭시켜, 베이스(100)가 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킴과 아울러 캐리어의 이동성이 대폭 감소되지 않도록 유지한다.
다른 한편으로, 제2 도핑 도전층(140)과 베이스(100)는 함께 PN 접합을 형성하고, PN 접합은 광 생성 캐리어를 생성하며, 생성된 광 생성 캐리어는 베이스(100)에 전송되고, 다시 베이스(100)로부터 제1 도핑 도전층(120)에 전송된다. 배면의 조도를 상대적으로 작게 설정하여, 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)이 상대적으로 큰 평탄도를 갖도록 배면에 설치함으로써, 제2 터널링층(130)과 베이스(100) 배면 사이의 접촉 계면이 양호한 형태를 갖도록 하고, 이로써, 베이스(100) 배면의 결함 상태 밀도를 감소함으로써, PN 접합으로 인해 생성된 광 생성 캐리어가 베이스(100) 배면에서 재결합되는 확률을 감소하여, 광 생성 캐리어가 베이스(100)로 향하는 이동성을 향상시키고, 캐리어 농도의 향상에 유리하며, 태양 전지의 광전 변환 성능을 개선한다.
베이스(100)는 입사 광선을 접수하여 광 생성 캐리어를 생성하기 위한 것으로, 일부 실시예에서, 베이스(100)는 실리콘 베이스일 수 있고, 실리콘 베이스의 재료는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 또는 미정질 실리콘 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 베이스(100) 재료는 실리콘 카바이드, 유기 재료 또는 다성분 화합물일 수도 있다. 다성분 화합물은 페로브스카이트, 갈륨 비소, 카드뮴 텔루라이드, 구리 인듐 셀렌화물 및 기타 재료를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 베이스(100)에는 도핑 원소가 존재하고, 도핑 원소의 종류는 N 타입 또는 P 타입이며, N 타입 원소는 인(P) 원소, 비스무트(Bi) 원소, 안티몬(Sb) 원소 또는 비소(As) 원소 등의 V족 원소이며, P 타입 원소는 붕소(B) 원소, 알루미늄(Al) 원소, 갈륨(Ga) 원소 또는 인듐(In) 원소 등의 III족 원소일 수 있다. 예를 들어, 베이스(100)가 P 타입 베이스(100)일 경우, 그 내부 도핑 원소 타입은 P 타입이다. 또는, 베이스(100)가 N 타입 베이스(100)일 경우, 그 내부 도핑 원소 타입은 N 타입이다.
구체적으로, 일부 실시예에서, 베이스(100)는 N 타입 실리콘 베이스일 수 있다. 이에 기반하여, 제1 도핑 도전층(120)을 N 타입 도핑 도전층으로, 제2 도핑 도전층(140)을 P 타입 도핑 도전층로 설정할 수 있다. P 타입의 제2 도핑 도전층(140)과 N 타입의 베이스(100)는 함께 PN 접합을 형성하여, 배면 접합을 형성한다.
다른 일부 실시예에서, 베이스(100)는 P 타입 실리콘 베이스일 수도 있고, 제1 도핑 도전층(120)은 P 타입 도핑 도전층이며, 제2 도핑 도전층(140)은 N 타입 도핑 도전층이다.
베이스(100)의 정면 및 배면은 모두 입사 광선 또는 반사 광선을 접수할 수 있다. 베이스(100) 정면의 제1 터널링층(110)과 제1 도핑 도전층(120)은 베이스(100) 정면의 패시베이션 접촉 구조를 구성하고, 베이스(100) 배면의 제2 터널링층(130)과 제2 도핑 도전층(140)은 베이스(100) 배면의 패시베이션 접촉 구조를 구성하며, 베이스(100) 정면 및 배면에 패시베이션 접촉 구조를 설치하여, 태양 전지가 양면 TOPCON(Tunnel Oxide Passivated Contact, 터널 산화물 부동태화 접촉) 전지를 구성하도록 한다. 이로써, 베이스(100) 정면 및 배면에 위치하는 패시베이션 접촉 구조는 베이스(100) 정면 및 배면 모두에 대해 캐리어 재결합을 감소하는 작용을 일으킬 수 있고, 베이스(100)의 그중의 한 표면에 패시베이션 접촉 구조를 형성하는 것에 대해 말하자면, 태양 전지의 캐리어 손실을 대폭 감소함으로써, 태양 전지의 개로 전압 및 단락 전류를 향상시킨다. 본 발명의 실시예에서, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 제1 터널링층(110)과 제1 도핑 도전층(120)을 설치하여, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소할 수 있으며, 비금속 정렬 영역이 입사 광선에 대한 흡수 이용률을 향상시킬 수 있다.
패시베이션 접촉 구조를 형성하는 것을 통해, 베이스(100) 표면에서 캐리어의 재결합을 감소할 수 있으며, 태양 전지의 개로 전압을 증가하여, 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시킨다.
제1 터널링층(110)과 제2 터널링층(130)은 베이스(100) 표면의 계면 패시베이션을 구현하기 위한 것으로, 화학적 패시베이션의 효과를 일으키며, 구체적으로 베이스(100) 표면의 댕글링 본드를 포화시켜, 베이스(100) 표면의 계면 결함 상태 밀도를 감소함으로써, 베이스(100) 표면의 재결합 중심을 감소시킨다. 제1 터널링층(110)과 제2 터널링층(130)의 존재는 다수의 캐리어가 베이스(100) 계면을 거쳐 베이스(100)에 도달하여, 캐리어의 선택적 전송을 구현할 수 있으며, 구체적으로, 다수의 캐리어는 제1 터널링층(110)과 베이스(100)의 접촉 계면 및 제2 터널링층(130)과 베이스(100)의 접촉 계면을 통해 베이스(100)에 터널링된다.
본 발명의 실시예에서, 베이스(100) 정면의 금속 패턴 영역이 제1 피라미드 구조(11)를 구비하고, 배면이 보스 돌기 구조(13)를 구비하도록 설치하여, 정면의 조도가 배면의 조도보다 크도록 한다. 베이스(100)가 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킴과 아울러, 제1 터널링층(110) 중 캐리어의 이동성을 감소하지 않는다. 배면의 조도를 작게 설정하여, 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)이 큰 평탄도를 갖도록 배면에 설치하여, PN 접합에 의해 생성된 광 생성 캐리어가 베이스(100) 배면에서 재결합될 확률을 향상시킴으로써, 광 생성 캐리어가 베이스(100)를 향하는 이동성을 향상시킨다. 즉, 정면의 텍스처 구조와 베이스(100) 정면의 필름층 구조가 서로 매칭되도록 설치하고, 베이스(100) 배면의 텍스처 구조와 베이스(100) 배면의 필름층 구조가 매칭되도록 설치하여, 태양 전지의 광전 변환 성능을 전반적으로 향상시킬 수 있다.
금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에서, 제1 피라미드 구조(11) 및 제2 피라미드 구조(12)의 개수는 다수 개이고, 상이한 제1 피라미드 구조(11) 사이 및 상이한 제2 피라미드 구조(12) 사이에는 미세한 사이즈 차이가 존재할 수 있으나, 각 하나의 제1 피라미드 구조(11) 및 각 하나의 제2 피라미드 구조(12)의 전반적인 사이즈는 대체적으로 유사하다. 주의해야 할 것은, 본 발명의 실시예 중 제1 피라미드 구조(11) 및 제2 피라미드 구조(12)의 사이즈는 샘플 추출 영역 내의 평균 사이즈이다.
일부 실시예에서, 제1 피라미드 구조(11)의 바닥부 1차원 사이즈는 0.7㎛ 내지 3㎛일 수 있고, 예를 들어 0.7㎛ 내지 0.9㎛, 0.9㎛ 내지 1㎛, 1㎛ 내지 1.2㎛, 1.2㎛ 내지 1.4㎛, 1.4㎛ 내지 1.5㎛, 1.5㎛ 내지 1.7㎛, 1.7㎛ 내지 1.9㎛, 1.9㎛ 내지 2㎛, 2㎛ 내지 2.3㎛, 2.3㎛ 내지 2.5㎛, 2.5㎛ 내지 2.8㎛ 또는 2.8㎛ 내지 3㎛일 수 있거나; 제1 피라미드 구조(11)의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 0.5㎛ 내지 3.2㎛일 수 있고, 예를 들어 0.5㎛ 내지 0.7㎛, 0.7㎛ 내지 0.8㎛, 0.8㎛ 내지 1㎛, 1㎛ 내지 1.2㎛, 1.5㎛ 내지 1.7㎛, 1.7㎛ 내지 1.9㎛, 1.9㎛ 내지 2㎛, 2㎛ 내지 2.2㎛, 2.2㎛ 내지 2.4㎛, 2.4㎛ 내지 2.6㎛, 2.6㎛ 내지 2.9㎛ 또는 2.9㎛ 내지 3.2㎛일 수 있다. 이 범위 내에서, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 조도를 증가시킬 뿐만 아니라, 제1 피라미드 구조(11)의 면적 점유율이 변하지 않는 상황에서, 제1 피라미드 구조(11)의 수가 감소하도록 유지함으로써, 상이한 제1 피라미드 구조(11) 사이의 미세한 사이즈 차이로 인해 초래되는 사이즈 불균형 문제를 감소할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 피라미드 구조(11)의 빗변과 제1 피라미드 구조(11) 바닥부 사이의 협각 θ1을 30° 내지 70°로 설정할 수 있고, 예를 들어 30° 내지 35°, 35° 내지 40°, 40° 내지 45°, 50° 내지 55°, 55° 내지 60°, 60° 내지 65° 또는 65° 내지 70° 범위 내로 설정하여, 제1 피라미드 구조(11)의 빗변이 바닥부의 경사 정도보다 작도록 하여, 제1 피라미드 구조(11)가 위치한 베이스(100) 정면이 상대적으로 큰 조도를 갖도록 하여, 제1 피라미드 구조(11) 표면에 증착된 제1 터널링층(110)과 제1 도핑 도전층(120)의 균일도가 높도록 하며, 제1 터널링층(110)과 베이스(100) 정면 사이의 접촉 계면의 평탄도를 향상시키는 데 유리하고, 베이스(100)의 계면 상태 결함을 감소하여, 캐리어의 이동성을 향상시킨다.
이해할 수 있는 것은, 제1 피라미드 구조(11)의 빗변 길이가 클수록, 제1 피라미드 구조(11)의 측면 면적이 크므로, 제1 피라미드 구조(11)와 제1 터널링층(110)의 접촉 면적이 크다. 이에 기반하여, 일부 실시예에서, 제1 피라미드 구조(11)의 빗변 길이를 1.2㎛ 내지 2.5㎛로 설정하고, 예를 들어 1.2㎛ 내지 1.5㎛, 1.5㎛ 내지 1.7㎛, 1.7㎛ 내지 1.9㎛, 1.9㎛ 내지 2.1㎛, 2.1㎛ 내지 2.3㎛, 2.3㎛ 내지 2.4㎛ 또는 2.4㎛ 내지 2.5㎛일 수 있다. 이 범위 내에서, 제1 피라미드 구조(11)가 위치하는 베이스(100) 정면이 상대적으로 큰 조도를 구비하도록 보장함과 아울러, 제1 터널링층(110)과 베이스(100) 정면의 접촉 면적을 확대하여, 캐리어의 터널링 채널을 더 확대하여, 캐리어의 이동성을 향상시킨다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 일부 실시예에서, 금속 패턴 영역은 제2 피라미드 구조(12)를 더 포함하고, 베이스(100) 정면에서 제1 피라미드 구조(11)의 면적 점유율은 베이스(100) 정면에서 제2 피라미드 구조(12)의 면적 점유율보다 크며, 제2 피라미드 구조(12)의 빗변과 제2 피라미드 구조(12)의 바닥부 사이의 협각 θ2는 40° 내지 70°이고, 예를 들어 40° 내지 45°, 45° 내지 50°, 50° 내지 55°, 55° 내지 60°, 60° 내지 65° 또는 65° 내지 70°일 수 있다. 제2 피라미드 구조(12)의 사이즈를 작게 설치하여, 금속 패턴 영역에서, 제2 피라미드 구조(12)가 위치하는 베이스(100) 정면의 조도를 작게 하여, 상기 부분 베이스(100) 정면에 증착된 제1 도핑 도전층(120)의 표면 조도가 작도록 하며, 나아가 상기 부분의 제1 도핑 도전층(120) 표면이 입사 광선에 대해 상대적으로 강한 반사 효과를 갖도록 하여, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소하는 데 유리하다. 즉, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 제1 피라미드 구조(11)와 제2 피라미드 구조(12)를 동시에 설치하여 캐리어 이동성을 향상시킴과 아울러, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 피라미드 구조(12)의 바닥부 1차원 사이즈는 1㎛ 이하이고, 제2 피라미드 구조(12)의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 1.2㎛이하이다. 이 범위 내에서, 제2 피라미드가 위치하는 베이스(100) 정면이 상대적으로 작은 조도를 유지할 수 있도록 하여, 제2 피라미드와 정렬되는 제1 도핑 도전층(120)의 꼭대기 면이 비교적 작은 조도를 구비하도록 하여, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 감소하는 데 유리하다.
도 1을 참조하면, 일부 실시예에서, 베이스(100) 정면은 비금속 패턴 영역을 더 포함하고, 비금속 패턴 영역은 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)를 포함하며, 제3 피라미드 구조(14)의 바닥부 사이즈는 제4 피라미드 구조(15)의 바닥부 사이즈보다 크고, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에서 제3 피라미드 구조(14)의 면적 점유율은 제1 점유율이며, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에서 제1 피라미드 구조(11)의 면적 점유율은 제2 점유율이고, 제1 점유율은 제2 점유율보다 작다. 비금속 패턴 영역의 설치에서, 사이즈가 상대적으로 큰 제3 피라미드 구조(14)의 점유율은 작고, 이로써, 단위 면적 내의 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15)의 수는 더 많아, 입사 광선에 대한 난반사 효과를 강화시킬 수 있고, 입사 광선에 대한 반사율을 감소한다. 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 표면에 제1 도핑 도전층(120)을 설치하지 않아, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수를 방지하여, 비금속 패턴 영역이 입사 광선에 대한 흡수를 대폭 증가시킬 수 있다. 이로써, 캐리어 이동성을 향상시킴과 아울러, 베이스(100)가 입사 광선에 대한 이용률을 증가시키는 것을 구현할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 점유율은 50% 내지 70%이고, 예를 들어 50% 내지 55%, 55% 내지 60%, 60% 내지 65% 또는 65% 내지 70%일 수 있으며, 제2 점유율은 80% 내지 90%이고, 예를 들어 80% 내지 82%, 82% 내지 83%, 83% 내지 85%, 85% 내지 87%, 87% 내지 89% 또는 89% 내지 90%일 수 있다. 이 범위 내에서, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면과 제1 터널링층(110) 사이의 접촉 계면이 양호한 형태를 갖도록 보장함과 아울러, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 난반사 효과를 증가하여, 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킬 수 있다.
비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에서, 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)의 수는 다수이고, 상이한 제3 피라미드 구조(14) 사이 및 상이한 제4 피라미드 구조(15) 사이에는 미세한 사이즈 차이가 존재할 수 있으나, 각 하나의 제3 피라미드 구조(14) 및 각 하나의 제4 피라미드 구조(15)의 전반적인 사이즈는 대체적으로 유사하다. 주의해야 할 것은, 본 발명의 실시예 중 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)의 사이즈는 샘플 추출 영역 내의 평균 사이즈이다.
도 4를 참조하면, 일부 실시예에서, 베이스(100)의 정면 및 베이스(100)의 배면이 모두 수광면이고, 입사 광선이 베이스(100) 정면 또는 베이스(100) 배면 중 어느 한 표면을 비출 경우, 부분 입사 광선은 베이스(100) 표면에 의해 반사될 수 있다. 구체적으로, 입사 광선이 베이스(100)의 한 표면을 비출 경우, 반사되는 부분 입사 광선은 태양 전지 외부 표면을 커버하는 패기징 구조 또는 주변 환경이 베이스(100)의 다른 한 표면에 회절되는 것을 통해, 다시 흡수되어 이용된다. 예를 들어, 베이스(100) 배면의 조도가 낮으므로, 베이스(100) 배면이 입사 광선에 대한 반사율은 높고, 베이스(100) 배면을 비추는 입사 광선은 베이스(100)의 정면으로 쉽게 회절되어, 이러한 입사 광선이 베이스(100) 정면에 의해 다시 흡수 이용되도록 한다.
즉, 베이스(100) 정면을 비추는 입사 광선은 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이, 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이 및 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이를 거쳐 다수 반사된 후 베이스(100)에 입사된다. 입사 광선의 반사 횟수가 많으면, 외계로 출사된 입사 광선은 적어지고, 즉 베이스(100)에 입사된 입사 광선은 많아진다. 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이, 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이 및 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이에서 입사 광선의 반사 횟수와 반사 각도는 바닥부에 대한 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)의 빗변의 각도와 연관된다.
도 5를 참조하면, 상기 고려에 기반하면, 일부 실시예에서, 제3 피라미드 구조(14)의 빗변과 제3 피라미드 구조(14) 바닥부 사이의 협각 θ3을 35° 내지 65°로 설정하며, 예를 들어 40° 내지 45°, 45° 내지 50°, 50° 내지 55°, 55° 내지 60° 또는 60° 내지 65°일 수 있다. 제4 피라미드 구조(15)의 빗변과 제4 피라미드 구조(15) 바닥부 사이의 협각 θ4를 40° 내지 65°로 설정하며, 예를 들어 40° 내지 45°, 45° 내지 50°, 50° 내지 55°, 55° 내지 60° 또는 60° 내지 65°일 수 있다. 이 협각 범위 내에서, 비금속 패턴 영역의 베이스(100) 정면을 비추는 입사 광선 및 베이스(100) 배면으로부터 베이스(100) 정면에 재차 회절되는 입사 광선이 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이, 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이 또는 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이에서의 반사 횟수가 많아지도록 하여, 외계를 비추는 입사 광선의 양을 감소할 수 있다. 또한, 비금속 패턴 영역에서, 사이즈가 상대적으로 큰 제3 피라미드 구조(14)의 점유율이 클수록, 단위 면적 내에서, 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15)의 총수는 금속 패턴 영역에 비해 많으므로, 비금속 패턴 영역의 난반사 효과를 강화시켜, 입사 광선의 이용률을 향상시킨다.
이해할 수 있는 것은, 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)의 빗변 길이가 길수록, 제3 피라미드 구조(14) 측면 및 제4 피라미드 구조(15) 측면에서 입사 광선의 반사 경로가 길어, 반사 횟수를 더 증가시킬 수 있으며, 입사 광선이 외계를 비추는 확률을 감소한다. 이에 기반하여, 일부 실시예에서, 제3 피라미드 구조(14)의 빗변 길이를 1.2㎛ 내지 2.5㎛로 설정할 수 있는 바, 예를 들어 1.2㎛ 내지 1.5㎛, 1.5㎛ 내지 1.7㎛, 1.7㎛ 내지 1.9㎛, 1.9㎛ 내지 2.1㎛, 2.1㎛ 내지 2.3㎛, 2.3㎛ 내지 2.4㎛ 또는 2.4㎛ 내지 2.5㎛일 수 있다. 제4 피라미드 구조(15)의 빗변 길이를 0.5㎛ 내지 1.2㎛로 설정할 수 있는 바, 예를 들어 0.5㎛ 내지 0.6㎛, 0.6㎛ 내지 0.7㎛, 0.7㎛ 내지 0.8㎛, 0.8㎛ 내지 0.9㎛, 0.9㎛ 내지 1㎛, 1㎛ 내지 1.1㎛ 또는 1.1㎛ 내지 1.2㎛일 수 있다. 이 범위 내에서, 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이, 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이 및 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이에서 입사 광선의 반사 횟수가 증가되도록 하고, 비금속 패턴 영역의 베이스(100) 정면이 입사 광선에 대한 흡수 이용률을 더 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 보스 돌기 구조(13)의 바닥부 1차원 사이즈는 6㎛ 내지 10㎛이고, 예를 들어 6㎛ 내지 6.5㎛, 6.5㎛ 내지 7㎛, 7㎛ 내지 8㎛, 8㎛ 내지 8.5㎛, 8.5㎛ 내지 9㎛ 또는 9㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 보스 돌기 구조(13)의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 0.2㎛ 내지 0.4㎛이고, 예를 들어 0.2㎛ 내지 0.25㎛, 0.25㎛ 내지 0.3㎛, 0.3㎛ 내지 0.34㎛, 0.34㎛ 내지 0.38㎛ 또는 0.38㎛ 내지 0.4㎛일 수 있다. 구체적으로 도 6 내지 도 7을 참조하면, 보스 돌기 구조(13)는 피라미드 구조의 기초 저항 부분일 수 있는 바, 즉 피라미드 구조는 탑 꼭대기를 제거한 나머지 구조이다. 이 범위 내에서, 보스 돌기 구조(13) 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈를 크게 하여, 보스 돌기 구조(13)가 위치한 베이스(100) 배면은 일정한 조도를 유지하고, 베이스(100) 배면에 형성된 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)가 상대적으로 좋은 평탄도 및 균일성을 갖도록 보장함과 아울러, 베이스(100) 배면이 입사 광선에 대한 반사율이 지나치게 크지 않도록 하고, 베이스(100) 배면이 입사 광선에 대한 이용률이 지나치게 작지 않도록 하여, 태양 전지의 개로 전압 및 단락 전류의 향상에 유리하다. 또한, 베이스(100) 정면의 제1 피라미드 구조(11)에 대해 말하자면, 보스 돌기 구조(13)의 바닥부 사이즈가 더 크고, 보스 돌기 구조(13)의 높이는 제1 피라미드 구조(11)의 높이에 비해 낮아, 베이스(100) 배면의 조도가 베이스(100) 정면의 조도보다 낮도록 한다. 또한, 이 범위 내에서, 보스 돌기 구조(13)의 높이 사이즈는 보스 돌기 구조(13)의 바닥부 1차원 사이즈에 비해 훨씬 작은 것을 쉽게 발견할 수 있는 바, 이로써, 베이스(100) 배면의 모양이 베이스(100) 정면에 비해 더 평탄하도록 하여, 베이스(100) 배면에 형성된 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)이 바람직한 두께의 균일성을 갖도록 하고, 제2 터널링층(130)과 베이스(100) 배면 사이의 접촉면이 양호하고 평탄한 모양을 갖도록 한다. 이로써, 베이스(100) 배면의 결함 상태 밀도를 감소시켜, 제2 도핑 도전층(140)과 베이스(100)로 구성된 PN 접합에 의해 생성된 광 생성 캐리어의 이동성을 향상시킬 수 있고, 베이스(100) 중 캐리어 농도를 향상시키며, 개로 전압 및 단락 전류를 향상시키며, 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시킨다.
이해할 수 있는 것은, 입사 광선이 베이스(100) 배면에서 베이스(100) 정면으로 재차 회절되는 과정에서, 입사 광선의 경로와 베이스(100) 배면의 보스 돌기 구조(13) 사이의 협각 및 베이스(100) 정면의 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이의 협각, 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이의 협각 및 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이의 협각은 밀접하게 연관된다. 따라서, 보스 돌기 구조(13) 사이의 협각을 조절하여, 베이스(100) 배면에 의해 반사되는 입사 광선이 베이스(100) 정면으로 회절될 확률이 커지도록 한다. 이에 기반하여, 도 8을 참조하면, 일부 실시예에서, 보스 돌기 구조(13)의 빗변과 보스 돌기 구조(13) 바닥부 사이의 협각 θ5를 10° 내지 50°로 설정하고, 예를 들어 10° 내지 15°, 15° 내지 20°, 20° 내지 25°, 25° 내지 30°, 30° 내지 35°, 35° 내지 40°, 40° 내지 45°, 45° 내지 50°일 수 있다. 이 범위 내에서, 베이스(100) 배면의 인접한 두 개의 보스 돌기 구조(13)의 빗변 사이의 협각과 베이스(100) 정면의 인접한 제3 피라미드 구조(14) 사이의 협각, 인접한 제4 피라미드 구조(15) 사이의 협각 또는 제3 피라미드 구조(14)와 제4 피라미드 구조(15) 사이의 협각이 매칭되도록 하여, 베이스(100) 배면에 의해 반사되는 입사 광선이 베이스(100) 정면으로 회절될 확률이 높아지고, 베이스(100) 정면으로 회절되는 입사 광선이 제3 피라미드 구조(14) 경사면 또는 제4 피라미드 구조(15)의 경사면을 비추는 입사 각도가 적절한 범위 내에 있도록 함으로써, 베이스(100) 정면으로 회절되는 입사 광선의 반사율이 감소될 수 있도록 하여, 베이스(100)가 입사 광선에 대한 2차 이용률을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 보스 돌기 구조(13)의 빗변 길이는 0.3㎛ 내지 2.3㎛이고, 예를 들어 0.3㎛ 내지 0.5㎛, 0.5㎛ 내지 0.8㎛, 0.8㎛ 내지 1㎛, 1㎛ 내지 1.2㎛, 1.2㎛ 내지 1.5㎛, 1.5㎛ 내지 1.8㎛, 1.8㎛ 내지 2㎛, 2㎛ 내지 2.1㎛ 또는 2.1㎛ 내지 2.3㎛일 수 있다. 이 범위 내에서, 보스 돌기 구조(13)의 높이 사이즈가 변하지 않도록 하는 상황에서, 보스 돌기 구조(13)의 표면적을 향상시켜서, 제2 터널링층(130)과 베이스(100) 배면의 접촉 면적을 유리하게 증가시켜, 캐리어의 터널링 채널을 확대하여, 캐리어의 이동성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 반사율은 0.8% 내지 2%이고, 예를 들어 0.8% 내지 0.9%, 0.9% 내지 1%, 1% 내지 1.2%, 1.2% 내지 1.4%, 1.4% 내지 1.6%, 1.6% 내지 1.8% 또는 1.8% 내지 2%일 수 있으며; 베이스(100) 배면의 반사율은 14% 내지 15%이고, 예를 들어 14% 내지 14.1%, 14.1% 내지 14.2%, 14.2% 내지 14.4%, 14.4% 내지 14.6%, 14.6% 내지 14.8% 또는 14.8% 내지 15%일 수 있다. 베이스(100) 정면의 비금속 패턴 영역의 텍스처 구조가 제3 피라미드 구조(14) 및 제4 피라미드 구조(15)이므로, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 반사율이 베이스(100) 배면의 반사율보다 훨씬 작도록 하여, 비금속 패턴 영역의 베이스(100)가 입사 광선에 대한 이용률의 증가에 유리하여, 캐리어의 수를 향상시켜, 단락 전류 및 개로 전압을 향상시키고, 태양 전지의 광전 변환 성능을 향상시킨다. 실제 응용에서, 베이스(100) 배면을 비추는 입사 광선은 베이스(100) 정면을 비추는 입사 광선보다 적으므로, 베이스(100) 배면의 반사율을 높게 설정하여, 베이스(100) 배면의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 베이스(100) 배면에 형성된 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)의 균일성 및 평탄도의 향상에 유리하며, 캐리어 이동성의 향상에 유리하다. 또한, 비록 베이스(100) 배면의 반사율이 높아도, 본 발명의 실시예 중 보스 돌기 구조(13)의 빗변과 바닥부 사이의 협각의 설치, 베이스(100) 정면의 제3 피라미드 구조(14)의 빗변과 바닥부 사이의 협각의 설치 및 제4 피라미드 구조(15)의 빗변과 바닥부 사이의 협각의 설치에 기반하여, 베이스(100) 배면에 반사된 입사 광선이 베이스(100) 정면으로 다시 회절될 확률이 높으므로, 반사율이 낮은 베이스(100) 정면에 의해 이용될 수 있어, 캐리어 이동성을 향상시킴과 아울러, 입사 광선에 대한 이용률을 증가한다.
일부 실시예에서, 제1 패시베이션층(150)을 더 포함하고, 제1 패시베이션층(150)의 제1 부분은 제1 도핑 도전층(120)의 베이스(100)로부터 멀어지는 표면에 위치하며, 제1 패시베이션층(150)의 제2 부분은 비금속 패턴 영역과 정렬되는 정면에 위치한다. 제1 패시베이션층(150)은 베이스(100)의 정면에 대해 양호한 패시베이션 효과를 일으킬 수 있으며, 예를 들어 베이스(100) 정면의 댕글링 본드에 대해 바람직한 화학적 패시베이션을 수행하여, 베이스(100) 정면의 결함 상태 밀도를 감소하고, 베이스(100) 정면의 캐리어 재결합을 바람직하게 억제한다. 제1 부분의 제1 패시베이션층(150)은 직접 베이스(100) 정면에 접촉하여, 제1 부분의 제1 패시베이션층(150)과 베이스(100) 사이에 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)이 구비되지 않도록 하여, 이로써, 제1 도핑 도전층(120)이 입사 광선에 대한 기생적 흡수 문제를 감소할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 패시베이션층(150)의 제1 부분과 제1 패시베이션층(150)의 제2 부분은 같은 높이가 아니다. 구체적으로, 제1 패시베이션층(150)의 제1 부분의 꼭대기 면은 제1 패시베이션층(150)의 제2 부분 꼭대기 면보다 낮을 수 있으며, 이로써, 베이스(100) 정면에 위치하는 제1 부분의 두께가 지나치게 두껍지 않도록 하여, 제1 부분의 두께가 두꺼워 베이스(100) 정면에 대해 응력 손상이 발생하여, 베이스(100) 정면에 많은 계면 결함이 발생하여 많은 캐리어 재결합 중심이 발생하는 문제를 방지한다.
일부 실시예에서, 제1 패시베이션층(150)은 단층 구조일 수 있고, 다른 일부 실시예에서, 제1 패시베이션층(150)은 다층 구조일 수도 있다. 일부 실시예에서, 제1 패시베이션층(150)의 재료는 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 중 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 패시베이션층(160)을 더 포함하고, 제2 패시베이션층(160)은 제2 도핑 도전층(140)의 베이스(100)로부터 멀어지는 표면에 위치한다. 제2 패시베이션층(160)은 베이스(100)의 배면에 대해 양호한 패시베이션 효과를 일으켜, 베이스(100) 배면의 결함 상태 밀도를 감소하여, 베이스(100) 배면의 캐리어 재결합을 바람직하게 억제할 수 있다. 베이스(100) 배면의 보스 돌기 구조(13)의 요철 정도가 작으므로, 베이스(100) 배면에 증착시켜 제2 패시베이션층(160)이 높은 평탄도를 갖도록 하여, 제2 패시베이션층(160)의 패시베이션 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 패시베이션층(160)은 단층 구조일 수 있고, 다른 일부 실시예에서, 제2 패시베이션층(160)은 다층 구조일 수도 있다. 일부 실시예에서, 제2 패시베이션층(160)의 재료는 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 중 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전극(170)을 더 포함하고, 제1 전극(170)은 금속 패턴 영역에 설치되고, 제1 도핑 도전층(120)에 전기적으로 연결된다. 베이스(100) 배면에 형성된 PN 접합은 입사 광선을 접수하고 광 생성 캐리어를 생성하기 위한 것이며, 생성된 광 생성 캐리어는 베이스(100)에 의해 제1 도핑 도전층(120)에 전송되고, 다시 제1 전극(170)에 전송되며, 제1 전극(170)은 광 생성 캐리어를 수집하기 위한 것이다. 제1 도핑 도전층(120)의 도핑 이온 타입과 베이스(100)의 도핑 이온 타입이 동일하므로, 제1 전극(170)과 제1 도핑 도전층(120) 사이의 금속 접촉 재결합 손실을 감소하여, 제1 전극(170)과 제1 도핑 도전층(120) 사이의 캐리어 접촉 재결합을 감소할 수 있으며, 단락 전류 및 태양 전지의 광전 변환 성능을 향상시킨다. 일부 실시예에서, 제1 전극(170)은 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면 일측에 설치된다.
도 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 확산 영역(190)을 더 포함하고, 확산 영역(190)은 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100)에 위치하며, 확산 영역(190)의 탑부는 제1 터널링층(110)과 접촉하고, 확산 영역(190)의 도핑 원소의 농도는 베이스(100)의 도핑 원소의 농도보다 높다. 확산 영역(190)은 캐리어 전송 통로로 사용될 수 있고, 단지 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100)에서만 확산 영역(190)을 형성하여, 베이스(100) 중 캐리어가 확산 영역(190)을 용이하게 통과하여 도핑 도전층에 전송될 수 있도록 하는 바, 즉 확산 영역(190)은 캐리어 전송 통로의 역할을 한다. 또한, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100)에만 확산 영역(190)을 설치하여, 베이스(100) 중 캐리어가 확산 영역(190)에 집중적으로 전송되도록 하고, 확산 영역(190)을 거쳐 다시 제1 도핑 도전층(120)에 전송되도록 함으로써, 제1 도핑 도전층(120) 중 캐리어 농도를 대폭 향상시킬 수 있다. 주의해야 할 것은, 본 발명의 실시예에서, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100)에 확산 영역(190)을 설치하지 않아, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면의 캐리어 농도가 지나치게 크지 않도록 하여, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 캐리어의 심각한 재결합이 발생하는 문제를 방지한다. 또한, 베이스(100) 중 캐리어가 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 전송되는 것을 방지할 수도 있고, 나아가 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에서 캐리어가 퇴적되어 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스(100) 정면에 "데드층"이 생성되어 캐리어 재결합이 지나치게 많은 문제를 방지하여, 태양 전지의 광전 변환 성능을 전반적으로 향상시킨다.
일부 실시예에서, 제2 전극(180)을 더 포함하고, 제2 전극(180)은 베이스(100)의 배면에 위치하며, 배면 전극은 제2 패시베이션층(160)을 거쳐 제2 도핑 도전층(140)에 전기적으로 접촉한다.
상기 실시예에서 제공하는 태양 전지에서, 베이스(100) 정면의 금속 패턴 영역은 제1 피라미드 구조(11)를 구비하고, 배면은 보스 돌기 구조(13)를 구비하여, 정면의 조도가 배면의 조도보다 크도록 한다. 이로써, 한편으로, 정면이 입사 광선에 대한 흡수를 강화할 수 있고, 다른 한편으로, 제1 터널링층(110) 및 제1 도핑 도전층(120)과 베이스(100) 정면의 접촉 면적을 확대할 수 있어, 베이스(100) 중 캐리어에 대해 큰 터널링 채널을 제공하여, 베이스(100)가 입사 광선에 대한 이용률을 향상시킴과 아울러, 캐리어의 이동성을 감소하지 않는다. 또한, 제2 도핑 도전층(140)과 베이스(100)가 함께 PN 접합을 형성하므로, 배면의 조도를 상대적으로 작게 설정하여, 배면에 제2 터널링층(130) 및 제2 도핑 도전층(140)이 큰 평탄도를 갖도록 설치함으로써, 제2 터널링층(130)과 베이스(100) 배면 사이의 접촉 계면이 양호한 모양을 갖도록 하여, 베이스(100) 배면의 결함 상태 밀도를 감소하고, PN 접합에 의해 생성된 광 생성 캐리어가 베이스(100) 배면에서 재결합될 확률을 향상시키며, 광 생성 캐리어가 베이스(100)를 향하는 이동성을 향상시키고, 캐리어 농도의 향상에 유리하며, 태양 전지의 광전 변환 성능을 개선한다.
상응하게는, 본 발명의 실시예의 다른 양태에서는 태양광 모듈을 더 제공하는 바, 도 10을 참조하면, 태양광 모듈은, 복수 개의 상기 실시예에서 제공하는 태양 전지(101)가 연결되어 형성되는 전지 스트링; 전지 스트링의 표면을 커버하는 패키징층(102); 및 전지 스트링과 멀어지는 패키징층(102)의 표면을 커버하는 커버 플레이트(103)를 포함한다. 태양 전지(101)는 전체 또는 다수의 슬라이스의 형식으로 전기적으로 연결되어 복수 개의 전지 스트링을 형성하고, 복수 개의 전지 스트링은 직렬 및/또는 병렬의 방식으로 전기적으로 연결된다.
구체적으로는, 일부 실시예에서, 복수 개의 전지 스트링 사이는 도전성 밴드(104)를 통해 전기적으로 연결된다. 패키징층(102)은 태양 전지(101)의 정면 및 배면을 커버하고, 구체적으로는, 패키징층(102)은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 접착 필름, 폴리에틸렌 옥텐 공탄성체(POE) 접착 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 접착 필름 등 유기 패키징 접착 필름일 수 있다. 일부 실시예에서, 커버 플레이트(103)는 유리 커버 플레이트, 플라스틱 커버 플레이트 등 광 투과 기능을 갖는 커버 플레이트(103)일 수 있다. 구체적으로는, 커버 플레이트(103)가 패키징층(102)을 향한 표면은 요철 표면일 수 있고, 입사 광선의 이용률을 증가시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 바람직한 실시예로 개시되었으나, 청구범위를 한정하기 위한 것이 아니며, 당업자라면 본 발명의 구상을 벗어나지 않는 범위 내에서 일부 변경 및 수정이 가능하므로 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 청구 범위에 의해 정의된 범위를 기반으로 한다.
당업자는 상기 각 실시형태는 본 발명을 구현하는 구체적인 실시예임을 이해할 수 있으나, 실제 응용에서, 형식상 및 절차상에서 본 발명의 구상 및 범위를 벗어나지 않고도 이를 개변시킬 수 있다. 임의의 당업자는 본 발명의 구상 및 범위를 벗어나지 않는 한 각각의 변경 및 보정을 수행할 수 있으므로, 본 발명의 보호 범위는 청구 범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (20)

  1. 태양 전지로서,
    베이스, 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층, 및 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층을 포함하고,
    상기 베이스는 대향하는 정면 및 배면을 구비하며, 상기 베이스 정면은 금속 패턴 영역을 구비하고, 상기 금속 패턴 영역은 제1 피라미드 구조를 포함하며; 상기 베이스 배면은 보스 돌기 구조를 포함하고, 상기 제1 피라미드 구조의 높이 사이즈는 상기 보스 돌기 구조의 높이 사이즈보다 크며, 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 상기 보스 돌기 구조의 바닥부 1차원 사이즈보다 작고;
    상기 제1 터널링층 및 제1 도핑 도전층은 상기 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에 위치하고 상기 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 상기 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 상기 베이스의 도핑 원소 타입은 동일하고;
    상기 제2 터널링층 및 제2 도핑 도전층은 상기 베이스 배면에 위치하고 상기 베이스를 등진 방향을 따라 순차적으로 설치되며, 상기 제2 도핑 도전층의 도핑 원소 타입과 상기 제1 도핑 도전층의 도핑 원소 타입은 상이한 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 0.7㎛ 내지 3㎛이고, 상기 제1 피라미드 구조의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 0.5㎛ 내지 3.2㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 30° 내지 70°인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 피라미드 구조의 빗변 길이는 1.2㎛ 내지 2.5㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보스 돌기 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 6㎛ 내지 10㎛이고, 상기 보스 돌기 구조의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 0.2㎛ 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보스 돌기 구조의 빗변과 상기 보스 돌기 구조의 바닥부 사이의 협각은 10° 내지 50°인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보스 돌기 구조의 빗변 길이는 0.3㎛ 내지 2.3㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속 패턴 영역은 제2 피라미드 구조를 더 포함하고, 상기 베이스 정면에서 상기 제1 피라미드 구조의 면적 점유율은 상기 베이스 정면에서 상기 제2 피라미드 구조의 면적 점유율보다 크며, 상기 제2 피라미드 구조의 빗변과 상기 제2 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 40° 내지 70°인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 피라미드 구조의 바닥부 1차원 사이즈는 1㎛ 이하이고, 상기 제2 피라미드 구조의 탑부로부터 바닥부까지의 높이 사이즈는 1.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 정면은 비금속 패턴 영역을 더 포함하고, 상기 비금속 패턴 영역은 제3 피라미드 구조 및 제4 피라미드 구조를 포함하며, 상기 제3 피라미드 구조의 바닥부 사이즈는 상기 제4 피라미드 구조의 바닥부 사이즈보다 크고, 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에서 상기 제3 피라미드 구조의 면적 점유율은 제1 점유율이며, 금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면에서 상기 제1 피라미드 구조의 면적 점유율은 제2 점유율이고, 상기 제1 점유율은 상기 제2 점유율보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 35° 내지 65°이고, 상기 제4 피라미드 구조의 빗변과 상기 제1 피라미드 구조의 바닥부 사이의 협각은 40° 내지 65°인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 피라미드 구조의 빗변 길이는 1.2㎛ 내지 2.5㎛이고, 상기 제4 피라미드 구조의 빗변 길이는 0.5㎛ 내지 1.2㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비금속 패턴 영역과 정렬되는 베이스 정면의 반사율은 0.8% 내지 2%이고, 상기 베이스 배면의 반사율은 14% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    제1 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 제1 패시베이션층의 제1 부분은 상기 제1 도핑 도전층의 상기 베이스로부터 멀어지는 표면에 위치하며, 상기 제1 패시베이션층의 제2 부분은 상기 비금속 패턴 영역과 정렬되는 정면에 위치하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 패시베이션층의 제1 부분과 상기 제1 패시베이션층의 제2 부분은 같은 높이가 아닌 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  16. 제1항에 있어서,
    제2 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 제2 패시베이션층은 상기 제2 도핑 도전층의 상기 베이스로부터 멀어지는 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  17. 제1항에 있어서,
    제1 전극을 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 금속 패턴 영역에 설치되며, 상기 제1 도핑 도전층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  18. 제1항에 있어서,
    확산 영역을 더 포함하고, 상기 확산 영역은 상기 금속 패턴 영역과 정렬되는 상기 베이스에 위치하며, 상기 확산 영역의 탑부는 상기 제1 터널링층에 접촉하고, 상기 확산 영역의 도핑 원소의 농도는 상기 베이스의 도핑 원소의 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 N 타입 실리콘 베이스인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  20. 태양광 모듈로서,
    복수 개의 제1항에 따른 태양 전지로 연결되어 형성된 전지 스트링;
    상기 전지 스트링의 표면을 커버하기 위한 패키징층; 및
    상기 전지 스트링과 멀어지는 상기 패키징층의 표면을 커버하기 위한 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
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