KR20240080449A - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

태양 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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김정배
박권영
신원석
신현교
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키고 출력하기 위한 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는, 기판; 상기 기판의 일면 상에 마련되는 투명 전도성 산화물층; 상기 투명 전도성 산화물층 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴; 및 상기 복수의 전극 패턴 상에, 상기 복수의 전극 패턴의 배열 방향을 따라 연장되어 마련되는 전극 라인;을 포함한다.

Description

태양 전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키고 출력하기 위한 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 태양 에너지, 즉 광을 전기 에너지로 변환시키고 출력하는 장치이다.
태양 전지는 P형(positive type) 반도체와 N형(negative type) 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 가지며, 이러한 구조의 태양 전지에 광이 입사되면, 입사된 광이 가지고 있는 에너지에 의하여 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하게 된다. 이때, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전기 에너지, 즉 전력을 생산할 수 있게 된다.
이종 접합(HJT; Hetero Juntion Technology) 태양 전지는 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위하여 개발되었다. 이종 접합 태양 전지는 결정질 반도체층의 양면에 비정질 반도체층이 배치되는 구조를 가진다. 또한, 이종 접합 태양 전지는 비정질 반도체층의 낮은 전기 전도도를 보완하기 위하여 비정질 반도체층 상에 투명 전도성 산화물층이 보조 전극으로 마련되며, 투명 전도성 산화물층 상에는 외부 회로와의 전기적인 연결을 위한 금속 전극이 마련된다.
이종 접합 태양 전지에서 금속 전극은 일반적으로 금속 페이스트를 투명 전도성 산화물층 상에 스크린 인쇄한 후 소성하여 형성된다. 그런데, 금속 페이스트는 순수한 금속이 아니며 용제가 포함되기 때문에, 금속 페이스트를 소성하는 과정에서 용제가 휘발되어 투명 전도성 산화물층 상에 금속 입자가 점 접촉된 형태로 부착되는 구조를 가진다. 이에, 투명 전도성 산화물층과 금속 전극 사이의 접촉 저항이 증가하고, 접착력이 낮은 문제점이 있었다.
KR 10-2018-0032022 A
본 발명은 투명 전도성 산화물층과 전극 사이의 계면 저항을 감소시키고, 향상된 접착 특성을 가지는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는, 기판; 상기 기판 상에 마련되는 투명 전도성 산화물층; 상기 투명 전도성 산화물층 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴; 및 상기 복수의 전극 패턴 상에, 상기 복수의 전극 패턴의 배열 방향을 따라 연장되어 마련되는 전극 라인;을 포함한다.
상기 전극 패턴은, 0.1 내지 2㎛의 두께를 가지며, 상기 전극 라인은, 10 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 전극 패턴은 증착 공정에 의해 형성되고, 상기 전극 라인은, 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 복수의 전극 패턴은 일 방향을 따라 배열되며, 상기 전극 라인은 상기 일 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
상기 복수의 전극 패턴은 0.5 mΩ·cm2 이하의 접촉 저항을 가질 수 있다.
상기 복수의 전극 패턴 및 전극 라인은 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 투명 전도성 산화물층을 형성하는 단계; 상기 투명 전도성 산화물층 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 전극 패턴 상에, 상기 복수의 전극 패턴의 배열 방향을 따라 연장되는 전극 라인을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 복수의 전극 패턴을 형성하는 단계는, 상기 투명 전도성 산화물층 상에, 복수의 전극 패턴을 증착하는 단계;를 포함하고, 상기 전극 라인을 형성하는 단계는, 상기 복수의 전극 패턴 상에, 전극 라인을 인쇄하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전극 패턴을 증착하는 단계는, 상기 투명 전도성 산화물층 상에, 일 방향을 따라 이격 배치된 복수의 개구부를 가지는 마스크 부재를 배치시키는 단계; 및 상기 마스크 부재를 통과하도록 상기 투명 전도성 산화물층 상에 금속 함유 가스를 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기판을 마련하는 단계는, 적어도 일면에 복수의 요철을 가지는 기판을 마련할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 투명 전도성 산화물층과 전극 라인 사이에 상호 이격되는 복수의 전극 패턴을 배치함으로써, 접촉 저항을 감소시키고, 접착 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 투명 전도성 산화물층과, 상기 투명 전도성 산화물층 상에 인쇄 공정으로 형성되는 전극 라인 사이에, 증착 공정으로 형성되는 복수의 전극 패턴을 배치함으로써, 접촉 저항을 감소시키고, 접착 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 전극 패턴이 형성된 모습을 나타내는 도면.
도 3은 복수의 전극 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 마스크 부재의 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 전극 패턴 상에 전극 라인이 형성된 모습을 나타내는 도면.
도 5는 투명 전도성 산화물층 상에 복수의 전극 패턴이 접촉된 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 층, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 전극 패턴이 형성된 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 복수의 전극 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 마스크 부재의 모습을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 전극 패턴 상에 전극 라인이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는, 기판(110), 상기 기판(100) 상에 마련되는 투명 전도성 산화물층(130), 상기 투명 전도성 산화물층(130) 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴(152) 및 상기 복수의 전극 패턴(152) 상에, 상기 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되어 마련되는 전극 라인(156)을 포함한다.
기판(110)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 결정질 실리콘을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 기판은 단결정 실리콘(mono-crystalline silicon) 또는 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon)을 포함하는 결정질 실리콘(crystalline silicon)으로 형성될 수 있다.
기판(110)은 제1 도전성 타입을 가질 수 있다. 이를 위하여 기판(110)은, 예를 들어 P형(positive type)의 불순물을 함유할 수 있다. 이와 같은 P형 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있다. 하지만, 이와 달리 기판(110)은 N형(negative type)의 불순물을 함유할 수도 있다. 이때, N형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같은 5가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
기판(110)은 적어도 일면에 복수의 요철을 가질 수 있다. 즉, 기판(110)은 적어도 일 표면이 텍스처링(texturing) 처리되어, 복수의 요철을 가질 수 있다.
제1 반도체층(120A)은 기판(110)의 일면, 예를 들어 기판(110)의 전면에 마련되며, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가질 수 있다. 즉, 제1 반도체층(120A)은 제2 도전성 타입을 가지는 비정질 실리콘(armophous silicon)으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 기판(110)이 P형의 도전성 타입을 가지는 경우, 제1 반도체층(120A)은, 예를 들어 N형의 불순물을 함유하는 N형의 도전성 타입을 가져 기판(110)과 PN 접합을 이룰 수 있다.
이와 같은 PN 접합에 의해 외부로부터 기판(110)에 빛이 입사되어 생성된 캐리어인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어, 전자는 N형 쪽으로 이동하고 정공은 P형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 P형이고 제1 반도체층(120A)가 N형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 제1 반도체층(120A) 쪽으로 이동할 수 있다.
그러나, 이와 달리 기판(110)이 N형의 도전성 타입을 가지는 경우, 제1 반도체층(120A)은 P형의 불순물을 함유하는 P형의 도전성 타입을 가질 수 있다. 이 경우 분리된 전자는 기판(110) 쪽으로 이동하고, 분리된 정공은 제1 반도체층(120A) 쪽으로 이동할 수 있다.
제1 반도체층(120A)이 N형의 도전성 타입을 가지는 경우, 제1 반도체층(120A)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같은 5가 원소의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있고, 제1 반도체층(120A)이 P형의 도전성 타입을 가지는 경우, 제1 반도체층(120A)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
제1 반도체층(120A) 상에는 제1 투명 전도성 산화물층(130A)(TCO; Transparent Conductive Oxide)이 마련될 수 있다. 제1 투명 전도성 산화물층(130A)은 비정질 반도체로 형성되는 제1 반도체층(120A)의 낮은 전기 전도도를 보완하는 역할을 한다. 제1 투명 전도성 산화물층(130A)은 ITO(Indium Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, In2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 투명 전도성 산화물층(130A) 상에는 제1 핑거 전극(150A)이 마련된다. 제1 핑거 전극(150A)은 일 방향으로 연장 형성되며, 외부 회로와의 전기적인 연결을 위하여 복수 개가 이격 배치되어 마련된다. 이와 같은 제1 핑거 전극(150A)은 기판(110)이 P형의 도전성 타입을 가지는 경우, N형의 도전성 타입을 가지는 제1 반도체층(120A)으로 이동한 전자를 수집할 수 있으며, 기판(110)이 N형의 도전성 타입을 가지는 경우, P형의 도전성 타입을 가지는 제1 반도체층(120A)으로 이동한 정공을 수집할 수 있다.
태양 전지는 상기한 바와 같이 기판(110)의 전면에 제1 반도체층(120A)이 마련되고, 제1 반도체층(120A) 상에 제1 투명 전도성 산화물층(130A)이 마련되며, 제1 투명 전도성 산화물층(130A) 상에 제1 핑거 전극(150A)이 마련된 일면 수광형으로 형성될 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 후면에 제2 반도체층(120B)이 마련되고, 제2 반도체층(120B)의 후면 상에 제2 투명 전도성 산화물층(130B)이 마련되며, 제2 투명 전도성 산화물층(130B)의 후면 상에 제2 핑거 전극(150B)이 마련된 양면 수광형으로 형성될 수 있다. 이때, 제2 반도체층(120B), 제2 투명 전도성 산화물층(130B) 및 제2 핑거 전극(150B)은, 전술한 제1 반도체층(120A), 제1 투명 전도성 산화물층(130A) 및 제1 핑거 전극(150A)과 형성 위치만이 상이하므로, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이 결정질 반도체층의 양면에 비정질 반도체층이 배치되는 구조를 가져, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 이종 접합(HJT; Hetero Juntion Technology) 태양 전지에서, 각 핑거 전극(150A, 150B)은 일반적으로 금속 페이스트를 투명 전도성 산화물층(130) 상에 스크린 인쇄한 후 소성하여 형성된다. 그런데, 금속 페이스트는 순수한 금속이 아니며 용제가 포함되기 때문에, 금속 페이스트를 소성하는 과정에서 용제가 휘발되어 투명 전도성 산화물층(130) 상에 금속 입자가 점 접촉된 형태로 부착되는 구조를 가진다. 이에, 투명 전도성 산화물층과 핑거 전극(150A, 150B) 사이의 접촉 저항이 증가하고, 접착력이 낮은 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는 각 핑거 전극(150A, 150B)이 투명 전도성 산화물층(130) 상에 상호 이격되어 마련되는 복수의 전극 패턴(152) 및 상기 복수의 전극 패턴(152) 상에 상기 복수의 전극 패턴(152)을 연결하도록 마련되는 전극 라인(156)을 포함하도록 형성한다. 전술한 바와 같이 기판(110)은 적어도 일 표면이 텍스처링 처리되어 복수의 요철을 가질 수 있으며, 이에 투명 전도성 산화물층(130) 또한 복수의 요철을 가질 수 있으나, 설명의 편의상 도 2 및 도 4에서는 요철 구조를 가지지 않는 경우의 투명 전도성 산화물층(130)을 도시한다. 여기서, 복수의 전극 패턴(152)과 전극 라인(156)은 각각의 핑거 전극(150A, 150B)을 형성하며, 복수의 전극 패턴(152)은 증착 공정에 의해 형성되고, 전극 라인(156)은 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다.
복수의 전극 패턴(152)은 투명 전도성 산화물층(130)과 전극 라인(156) 사이에서 계면 저항을 감소시키고, 향상된 접착 특성을 부여하기 위하여 마련된다. 이와 같은 복수의 전극 패턴(152)은 투명 전도성 산화물층(130) 상에 상호 이격되도록 배열되어 마련될 수 있다. 즉, 전극 패턴(152)은 투명 전도성 산화물층(130)과 전극 라인(156) 사이에서, 전극 라인(156)의 연장 방향을 따라 배열되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(110) 상에서 바라보았을 때, 전극 패턴(152)은 점(dot) 형상을 가질 수 있으며, 복수의 전극 패턴(152)은 이와 같은 전극 패턴(152)이 상호 이격되어 배열되어 형성될 수 있다. 또한, 전극 패턴(152)은 원형 또는 다각형의 형상을 가지며, 복수의 전극 패턴(152)는 이와 같이 원형 또는 다각형의 형상을 가지는 전극 패턴(152)이 일 방향으로 상호 이격되어 배열되어 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 전극 패턴(152)은 배열되는 방향을 따라 연장된 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수도 있다. 이외에도, 복수의 전극 패턴(152)은 소정의 형상을 가지는 전극 패턴(152)이 불연속적으로 배열되는 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 전극 패턴(152)이 이격되는 거리는 모두 동일할 수도 있으며, 서로 다른 이격 거리를 가지도록 배치될 수도 있음은 물론이다.
투명 전도성 산화물층(130A)의 전면에는 일 방향을 따라 배열되도록 복수의 전극 패턴(152)이 형성될 수 있으며, 전극 라인(156)은 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되어 상기 복수의 전극 패턴(152) 상에 마련될 수 있다. 이와 같이 일 방향으로 이격 배치된 복수의 전극 패턴(152)과 일 방향으로 연장된 전극 라인(156)은 제1 투명 전도성 산화물층(130A)의 전면에 마련되는 어느 하나의 제1 핑거 전극(150A)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 투명 전도성 산화물층(130B)의 후면에도 일 방향을 따라 배열되도록 복수의 전극 패턴(152)이 형성될 수 있으며, 전극 라인(156)은 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되어 상기 복수의 전극 패턴(152) 후면 상에 마련될 수 있다. 이와 같이 일 방향으로 이격 배치된 복수의 전극 패턴(152)과 일 방향으로 연장된 전극 라인(156)은 제2 투명 전도성 산화물층(130A)의 후면에 마련되는 어느 하나의 제2 핑거 전극(150B)을 형성할 수 있다.
이와 같은 전극 패턴(152)은 은(Ag)을 함유할 수 있으며, 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 전극 패턴(152)은 스퍼터링(sputtering) 공정과 같은 물리적 기상 증착(PVD; Physical Vapor Deposition) 공정, 원료 가스와 반응 가스를 동시에 공급하는 통상의 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 공정 또는 원료 가스와 반응 가스를 공급하는 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이, 전극 패턴(152)을 증착 공정에 의해 형성함으로써 전극 패턴(152)을 투명 전도성 산화물층(130)에 면 접촉시킬 수 있게 되어, 접촉 저항을 감소시키고 접착력을 개선할 수 있다.
전극 패턴(152)은 투명 전도성 산화물층(130) 상에 마스크 부재(M)를 배치시키고, 마스크 부재(M)의 개구부(H)를 통과하도록 금속 함유 가스를 공급하여 형성할 수 있다. 여기서, 마스크 부재(M)는 증착 공정에서 패턴을 가지는 박막을 증착하기 위한 메탈 마스크를 포함할 수 있다.
여기서, 핑거 전극(150A, 150B)은 일 방향으로 연장되는 형상을 가지므로, 전극 패턴(152) 또한 일 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 필요가 있다. 그런데, 전극 패턴(152)을 핑거 전극(150A, 150B)과 동일하게 일 방향으로 연장되도록 형성하기 위하여는 마스크 부재(M)의 개구부(H)를 핑거 전극(150A, 150B)과 동일한 길이로 일 방향으로 연장하여 형성하여야 한다. 그러나, 이와 같이 개구부(H)를 핑거 전극(150A, 150B)과 동일한 형상을 가지도록 길게 형성하게 되면, 마스크 부재(M)의 강성이 저하되어 마스크 부재(M)가 처지는 문제점이 발생하여 원하는 형상의 전극 패턴(152)을 형성할 수 없게 된다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 마스크 부재(M)에 개구부(H)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 개구부(H)를 복수 개로 분할시키는 적어도 하나의 브릿지부(B)를 형성함으로써 마스크 부재(M)가 처지는 현상을 방지할 수 있다. 이와 같이, 복수의 개구부(H)와 브릿지부(B)를 가지는 마스크 부재(M)를 이용하여 전극 패턴(152)을 형성하는 경우, 적어도 하나의 이격 영역(154)을 가지면서, 복수 개가 일 방향을 따라 배열되는 전극 패턴(152)을 형성할 수 있게 된다.
여기서, 복수의 전극 패턴(152)은 0.1 내지 2㎛의 두께를 가질 수 있다. 전극 패턴(152)이 0.1㎛ 미만의 두께로 형성되면, 접착력 개선 및 접촉 저항 감소의 효과가 충분하지 않게 되며, 2㎛를 초과하는 두께로 형성되면 전극 패턴(152)의 형성에 과도한 시간이 소요되므로, 복수의 전극 패턴(152)은 0.1 내지 2㎛의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 이와 같은 복수의 전극 패턴(152)이 증착 공정에 의해 0.1 내지 2㎛의 두께로 형성되면, 복수의 전극 패턴(152)은 0.5 mΩ·cm2 이하, 보다 상세하게는 0 mΩ·cm2 을 초과하고, 0.5 mΩ·cm2 이하의 낮은 접촉 저항을 가질 수 있게 된다.
전극 라인(156)은 복수의 전극 패턴(152) 상에 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극 라인(156)은 기판(110) 상에서 바라보았을 때, 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 소정 폭을 가지며 연장되는 선(line) 형상을 가질 수 있다. 이외에도 전극 라인(156)은 일 방향, 즉 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연속적으로 연장되는 원형 또는 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
이와 같은, 전극 라인(156)은 전극 패턴과 동일한 물질, 즉 은(Ag)을 함유할 수 있으며, 인쇄 공정에 의해 형성된다. 즉, 전극 라인(156)은 원하는 두께, 예를 들어 10 내지 100㎛의 두께를 가지는 핑거 전극(150A, 150B)을 신속하게 형성하기 위하여, 예를 들어 스크린 인쇄와 같은 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다. 전극 라인(156)을 메쉬 마스크 등을 이용한 인쇄 공정에 의하여 형성될 수 있으며, 이와 같이 인쇄 공정에 의해 전극 라인(156)을 형성하는 것은 금속 페이스트를 스크린 인쇄하는 다양한 기술이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 전도성 산화물층 상에 복수의 전극 패턴이 접촉된 모습을 나타내는 도면이다. 여기서, 도 5(a)는 전도성 산화물층 상에 직접 인쇄 공정으로 전극 라인을 형성한 모습을 나타내며, 도 5(b)는 전도성 산화물층 상에 증착 공정으로 복수의 전극 패턴을 형성한 모습을 나타낸다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 투명 전도성 산화물층(130) 상에 금속 페이스트를 투명 전도성 산화물층(130) 상에 스크린 인쇄하여 전극 라인(156)을 형성하는 경우, 금속 페이스트에 포함된 용제가 휘발되어 전극 라인(156)이 알갱이 형태로 투명 전도성 산화물층(130) 상에 부착되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 금속 입자가 점 접촉된 형태로 투명 전도성 산화물층(130)이 형성되면, 전극 라인(156)은 투명 전도성 산화물층(130)과의 사이에서 2 내지 4 mΩ·cm2 의 높은 접촉 저항을 가진다.
그러나, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 투명 전도성 산화물층(130) 상에 증착 공정으로 전극 패턴(152)을 형성하는 경우, 전극 패턴(152)은 전체 면적 중 95% 이상이 투명 전도성 산화물층(130)과 접촉하는 면 접촉 형태를 가짐을 알 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따르면 투명 전도성 산화물층(130) 상에 전극 패턴(152)을 이상적인 면 접촉에 근사하는 접촉 구조를 가지도록 형성하여, 접촉 저항을 0.5 mΩ·cm2 이하로 낮추고, 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 전극 패턴(152) 상에는 인쇄 공정에 의하여 전극 라인(156)이 형성되므로, 전극 라인(156)이 알갱이 형태로 투명 전도성 산화물층(130) 상에 부착될 수 있다. 그러나, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 투명 전도성 산화물층(130) 상에 알갱이 형태로 전극 라인(156)이 형성되면, 투명 전도성 산화물층(130) 내의 전자 또는 정공이 전극 라인(156)과 접촉되는 위치까지 전극 라인(156) 보다 매우 낮은 전도성을 가지는 투명 전도성 산화물층(130)을 따라 이동하게 되어 저항이 증가하는 반면, 전극 패턴(152) 상에 알갱이 형태로 전극 라인(156)이 형성되면, 투명 전도성 산화물층(130) 내의 전자 또는 정공은 전극 패턴(152)으로 직접 이동하고, 전극 라인(156)과 접촉되는 위치까지 높은 전도성을 가지는 전극 패턴(152)을 따라 이동하게 되어 접촉 저항이 저하되지 않게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 전술한 구조를 가지는 태양 전지를 제조하는 방법일 수 있으며, 이에 태양 전지와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복되는 내용의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 기판(110)을 마련하는 단계, 상기 기판(110) 상에 투명 전도성 산화물층(130)을 형성하는 단계, 상기 투명 전도성 산화물층(130) 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴(152)을 형성하는 단계 및 상기 복수의 전극 패턴(152) 상에, 상기 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되는 전극 라인(156)을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 기판(110)은 제1 도전성 타입을 가질 수 있으며, 기판(110)을 마련하는 단계 이후에는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지는 제1 반도체층(120A)을 기판(110)의 일면, 예를 들어 기판(110)의 전면에 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 또한, 기판(110)을 마련하는 단계 이후에는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지는 제2 반도체층(120B)을 기판(110)의 타면, 예를 들어 기판(110)의 후면에 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 또한, 기판(110)을 마련하는 단계는, 기판(110)의 적어도 일면에 복수의 요철을 가지는 기판(110)을 텍스처링(texturing) 처리하여, 적어도 일면에 복수의 요철을 가지는 기판(110)을 마련할 수도 있음은 물론이다.
투명 전도성 산화물층(130)을 형성하는 단계는, 기판(110)의 적어도 일면 상에 투명 전도성 산화물층(130)을 형성한다. 여기서, 투명 전도성 산화물층(130A)은 ITO(Indium Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, In2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
복수의 전극 패턴(152)을 형성하는 단계는, 상기 투명 전도성 산화물층(130) 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴(152)을 형성한다. 여기서, 복수의 전극 패턴(152)을 형성하는 단계는, 투명 전도성 산화물층(130) 상에 복수의 전극 패턴(152)을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 전극 패턴(152)을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 공정과 같은 물리적 기상 증착(PVD; Physical Vapor Deposition) 공정, 원료 가스와 반응 가스를 동시에 공급하는 통상의 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 공정 또는 원료 가스와 반응 가스를 공급하는 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 공정에 의해 수행될 수 있다.
여기서, 복수의 전극 패턴(152)을 증착하는 단계는, 투명 전도성 산화물층(130) 상에, 일 방향을 따라 이격 배치된 복수의 개구부(H)를 가지는 마스크 부재(M)를 배치시키는 단계 및 상기 마스크 부재(M)를 통과하도록 상기 투명 전도성 산화물층(130) 상에 금속 함유 가스를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 마스크 부재(M)는 증착 공정에서 패턴을 가지는 박막을 증착하기 위한 메탈 마스크를 포함할 수 있으며, 금속 함유 가스는 은(Ag)을 함유한 가스일 수 있다.
전극 라인(156)을 형성하는 단계는, 복수의 전극 패턴(152) 상에, 상기 복수의 전극 패턴(152)의 배열 방향을 따라 연장되는 전극 라인(156)을 형성한다. 전극 라인(156)은 전극 패턴과 동일한 물질, 즉 은(Ag)을 함유할 수 있으며, 전극 라인(156)을 형성하는 단계는, 복수의 전극 패턴(152) 상에, 전극 라인(156)을 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 전극 라인(156)을 인쇄하는 단계는 금속 페이스트를 스크린 인쇄하는 다양한 기술이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
110: 기판 120A, 120B: 반도체층
130A, 130B: 투명 전도성 산화물층 150A, 150B: 핑거 전극
152: 전극 패턴 156: 전극 라인

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 마련되는 투명 전도성 산화물층;
    상기 투명 전도성 산화물층 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴; 및
    상기 복수의 전극 패턴 상에, 상기 복수의 전극 패턴의 배열 방향을 따라 연장되어 마련되는 전극 라인;을 포함하는 태양 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 패턴은, 0.1 내지 2㎛의 두께를 가지며,
    상기 전극 라인은, 10 내지 100㎛의 두께를 가지는 태양 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 패턴은 증착 공정에 의해 형성되고,
    상기 전극 라인은, 인쇄 공정에 의해 형성되는 태양 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극 패턴은 일 방향을 따라 배열되며,
    상기 전극 라인은 상기 일 방향을 따라 연장 형성되는 태양 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극 패턴은 0.5 mΩ·cm2 이하의 접촉 저항을 가지는 태양 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극 패턴 및 전극 라인은 동일한 물질로 형성되는 태양 전지.
  7. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 투명 전도성 산화물층을 형성하는 단계;
    상기 투명 전도성 산화물층 상에, 상호 이격되도록 배열되는 복수의 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 전극 패턴 상에, 상기 복수의 전극 패턴의 배열 방향을 따라 연장되는 전극 라인을 형성하는 단계;를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 전극 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 투명 전도성 산화물층 상에, 복수의 전극 패턴을 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 전극 라인을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 전극 패턴 상에, 전극 라인을 인쇄하는 단계;를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 전극 패턴을 증착하는 단계는,
    상기 투명 전도성 산화물층 상에, 일 방향을 따라 이격 배치된 복수의 개구부를 가지는 마스크 부재를 배치시키는 단계; 및
    상기 마스크 부재를 통과하도록 상기 투명 전도성 산화물층 상에 금속 함유 가스를 공급하는 단계;를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판을 마련하는 단계는,
    적어도 일면에 복수의 요철을 가지는 기판을 마련하는 태양 전지의 제조 방법.
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