WO2011065611A1 - 태양전지 및 태양전지 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 태양전지 제조방법 Download PDF

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WO2011065611A1
WO2011065611A1 PCT/KR2009/007089 KR2009007089W WO2011065611A1 WO 2011065611 A1 WO2011065611 A1 WO 2011065611A1 KR 2009007089 W KR2009007089 W KR 2009007089W WO 2011065611 A1 WO2011065611 A1 WO 2011065611A1
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upper electrode
substrate
forming
solar cell
hole
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PCT/KR2009/007089
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조규봉
노정필
김기원
Original Assignee
경상대학교산학협력단
넥스콘 테크놀러지 주식회사
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Publication date
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    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing a solar cell, by forming a radial electrode around the hole and the hole penetrating the solar cell, the solar cell and the solar cell minimized the area of the electrode formed on the solar cell It relates to a manufacturing method.
  • the solar cell includes a solar cell that generates steam required to rotate a turbine using solar heat, and a solar cell that converts sunlight into electrical energy using semiconductor properties.
  • a solar cell is a solar cell. Refers to.
  • a solar cell is called a solar cell.
  • a solar cell has a junction structure of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor like a diode.
  • the solar cell interacts with the material constituting the semiconductor of the solar cell.
  • the electrons and electrons escape, positively charged holes are generated, and as they move, current flows. This operation is called a photovoltaic effect.
  • the P-type semiconductors and the N-type semiconductors constituting the solar cell electrons are attracted to the N-type semiconductor and holes are drawn to the P-type semiconductor, respectively. It moves to the electrode bonded with.
  • 20 is a cross-sectional view of a conventional solar cell.
  • a conventional solar cell includes electrodes 40 and 50 for integrating electrons generated from an N-type semiconductor.
  • the efficiency of the solar cell is influenced by the area of the electrode formed on the surface of the solar cell in that the electrode formed in the light receiving region of the solar cell interferes with the transmission of light in the solar cell.
  • the electrodes 40 and 50 of the conventional solar cell are difficult to minimize the area occupied by the electrode on the surface of the solar cell in that the collector line 40 having a relatively large area is located on the surface of the solar cell. there was.
  • an object of the present invention is to form a radial electrode around the hole and the hole penetrating the solar cell, the solar cell and the solar to minimize the area of the electrode formed on the surface of the solar cell It is to provide a battery manufacturing method.
  • a solar cell for achieving the above object, a substrate for converting light energy into electrical energy, a hole penetrating the substrate in the vertical direction, and the center of the hole on the surface of the substrate And an upper electrode having a radial shape.
  • the upper electrode may include a plurality of first electrodes having a line shape disposed in the edge direction of the substrate with respect to the hole.
  • the upper electrode may further include a plurality of second electrodes connected in a direction perpendicular to each of the plurality of first electrodes.
  • the upper electrode may further include a plurality of circular second electrodes connected to the plurality of first electrodes and having the center of the hole.
  • the said 2nd electrode has a width narrower than the width of the said 1st electrode.
  • the solar cell further includes a lower electrode disposed under the substrate, and an insulating layer insulating the hole surface, and the hole is electrically connected to the upper electrode.
  • the substrate may include a first conductive silicon substrate, and a second conductive silicon substrate having a conductivity opposite to that of the first conductive silicon substrate and forming a PN junction with the first conductive silicon substrate. Can be.
  • the said 1st conductivity type silicon substrate is a P type silicon substrate.
  • the solar cell manufacturing method comprising the steps of providing a substrate for converting light energy into electrical energy, forming a hole in the vertical direction of the substrate, the lower electrode on the lower portion of the substrate Forming an insulating layer that insulates the hole surface, and forming an upper electrode having a radial shape around the hole on an upper surface of the substrate.
  • the forming of the upper electrode it is preferable to form the upper electrode by the screen printing method.
  • the upper electrode may be formed such that the upper electrode has a plurality of first electrodes disposed in the edge direction of the substrate with respect to the hole.
  • the upper electrode in the forming of the upper electrode, it is preferable to form the upper electrode such that the upper electrode further has a plurality of second electrodes connected in a direction perpendicular to each of the plurality of first electrodes.
  • the forming of the upper electrode may include forming the upper electrode such that the upper electrode is connected to the plurality of first electrodes and further includes a plurality of second electrodes having a circular shape centering on the hole. Do.
  • the upper electrode in the forming of the upper electrode, it is preferable to form the upper electrode so that the second electrode has a width smaller than the width of the first electrode.
  • the step of providing the substrate it is preferable that the first conductive silicon substrate and the second conductive silicon substrate forming a P-N junction.
  • the upper electrode since the upper electrode has a radial shape, the area of the collector line having a relatively wide width can be reduced, so that the electrode in the light receiving region of the solar cell can be reduced. This area can be minimized.
  • the charges collected from the upper electrode can be output to the lower portion of the solar cell through the hole, for the power output on the light receiving area of the solar cell There is no need to create solder, further minimizing the area occupied by the electrode in the light receiving region.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention
  • 16 to 18 are views showing various forms of the upper electrode of the solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a view showing the configuration of a conventional solar cell.
  • solar cell 110 first conductive silicon substrate
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell 100 includes substrates 110 and 120, holes 130, an upper electrode 140, a lower electrode 150, and an insulating layer 160.
  • the substrates 110 and 120 convert light energy into electrical energy.
  • the substrates 110 and 120 may be substrates used for monocrystalline silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound solar cells, and dye-sensitized solar cells.
  • a description will be given using a silicon substrate forming an N-P junction, but the substrate of the present disclosure is not limited to only a silicon substrate forming an N-P junction.
  • the substrates 110 and 120 may be implemented as the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120.
  • the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 are silicon substrates having different conductivity types.
  • the first conductivity type silicon substrate 110 is an N type silicon substrate
  • the second conductivity type silicon substrate 120 may be a P type silicon substrate.
  • the first conductivity-type silicon substrate 110 is a P-type silicon substrate
  • the second conductivity-type silicon substrate 120 may be an N-type silicon substrate.
  • the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 form a P-N junction.
  • the second conductivity type silicon substrate 120 is a P type silicon substrate
  • an N type conductive layer is formed on the second conductivity type silicon substrate 120 by doping group 5 elements such as P, As, and Sb.
  • the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 may have a PN junction.
  • a silicon substrate having a P-N junction may be used by laminating an N-type silicon substrate on a P-type silicon substrate and heating it. In the present embodiment, only a silicon substrate forming a P-N junction has been described. However, the silicon substrate forming a P-I-N junction and another substrate as described above may be implemented.
  • the hole 130 penetrates the substrates 110 and 120 in the vertical direction. Specifically, the first conductive silicon substrate 110 and the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 forming the PN junction using a laser method, an etching method, or a mechanical punching method. A hole 130 vertically penetrating the two-conductive silicon substrate 120 may be formed.
  • the hole 130 may include a conductive material 180.
  • the surface of the hole 130 may be insulated through the insulating layer 160, and the conductive material 180 may be filled in the insulated hole 130.
  • the conductive material 180 may be electrically connected to the upper electrode 140. Accordingly, the solar cell 100 according to the present embodiment can output the power generated by the solar cell 100 from the bottom of the solar cell 100.
  • the upper electrode 140 has a radial shape with respect to the hole on the surfaces of the substrates 110 and 120.
  • the upper electrode 140 may include a plurality of first electrodes having a line shape disposed in the edge direction of the first conductivity-type silicon substrate 110 around the hole 130.
  • the upper electrode 140 may include a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes connected in a direction perpendicular to each of the plurality of first electrodes.
  • the upper electrode 140 may include a plurality of circular second electrodes centered on the plurality of first electrodes and holes.
  • the lower electrode 150 is disposed under the substrates 110 and 120. Specifically, the lower electrode 150 is disposed on the second conductivity type silicon surface 120.
  • the insulating layer 160 insulates the surface of the hole 130.
  • the insulating layer 160 may insulate the lower electrode 150 from the upper electrode 140 and the conductive material 180.
  • the surface of the hole 130 may be insulated from the top of the lower electrode 150.
  • the solar cell 100 according to the present exemplary embodiment has a radial upper electrode, the area of the collector line having a relatively wide width can be reduced, so that the electrode in the light receiving region of the solar cell The area occupied can be minimized.
  • the solar cell 100 may output the charges collected from the upper electrode 140 to the lower portion of the solar cell 100 through the hole 130. There is no need to create solder for power output on the light receiving area, further minimizing the area occupied by the electrode in the light receiving area.
  • FIGS. 2 to 15 are views for explaining the manufacturing process of the solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • a manufacturing process of the solar cell will be described with reference to FIGS. 2 to 15.
  • the process of manufacturing the solar cell using the silicon substrate forming the PN junction among the substrates applicable to the present application will be described.
  • a substrate other than the silicon substrate forming the PN junction will be described. It is to be noted that the following processes can be implemented by changing the following steps.
  • a second conductive silicon substrate 120 is provided.
  • the second conductive silicon substrate 120 both a P type and an N type silicon substrate may be used. Among them, it is preferable to use a P-type silicon substrate because the P-type silicon substrate has a long life and mobility of minority carriers. Therefore, the following description will be given on the premise that the second conductivity-type silicon substrate 120 is a P-type silicon substrate.
  • silicon substrates 110 and 120 having PN junctions are formed. Specifically, Group 3 elements such as B, Ga, and In are doped in the P-type silicon substrate.
  • the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 having a PN junction may be doped by doping Group 5 elements such as P, As, and Sb on the second conductive silicon substrate 120. ) Can be formed.
  • holes are formed in the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 to which the P-N junction is made.
  • the hole 130 having the perpendicular direction of the first conductive silicon substrate 110 and the second conductive silicon substrate 120 may be formed using a laser method, an etching method, a mechanical drilling method, or the like. .
  • the lower electrode 150 is formed on the surface of the second conductivity-type silicon substrate 120.
  • the lower electrode 150 may be formed on the surface of the second conductivity-type silicon substrate 120 using a thin film process method, a coating method, a sputtering method, a plating method, or a printing method.
  • an insulating film 160 is formed on the surface of the hole 130.
  • the insulating layer 160 may be formed on the surface of the hole 130 using a polymer, an oxide, or a nitride.
  • the insulating layer 160 to be formed may be formed not only on the surface of the hole 130 but also on the upper region of the lower electrode 150.
  • the conductive material 180 and the solder 170 are formed. Specifically, the conductive material 180 is filled in the hole 130 using a thin film processing method, a coating method, a sputtering method, a plating method, and the like, and the solar cell 100 is disposed on one side of the lower electrode 150. Solder 170 for outputting the power may be formed.
  • a process of forming an anti-reflection film on the first conductivity type silicon substrate 110 may be performed before the process of forming the upper electrode 140.
  • the upper electrode 140 is formed on the upper surfaces of the substrates 110 and 120.
  • the upper electrode 140 having a radial shape with respect to the hole may be formed on the upper portion of the first conductivity-type silicon substrate 110 using the screen printing method.
  • the upper surfaces of the substrates 110 and 120 may be etched in the form of the upper electrode 140 as shown in FIGS. 1 and 16 to 18, and electroplating or sputtering may be performed on the etched surfaces.
  • the upper electrode 140 may be formed.
  • the upper electrode 140 formed may have various radial shapes, and an example thereof will be described with reference to FIGS. 16 to 18.
  • 16 to 18 illustrate various forms of an upper electrode of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the upper electrode 140 may include a plurality of first electrodes having a line shape disposed in the edge direction of the substrates 110 and 120 with respect to the hole 130.
  • the upper electrode 140 may be implemented using four or more conductive lines.
  • the upper electrode 140 is perpendicular to each of the plurality of first electrodes and a plurality of conductive lines in the form of lines disposed in the edge direction of the substrates 110 and 120 with respect to the hole 130. It may include a plurality of second electrodes connected to. Although the plurality of second electrodes are illustrated as having the same length in the illustrated example, in some embodiments, the plurality of second electrodes may have a different length in proportion to the distance to the hole.
  • the plurality of second electrodes may have a shape as shown in FIG. 1.
  • the plurality of second electrodes may be connected to the plurality of first electrodes and may have a circular shape centering on the hole.
  • the width of the second electrode may be narrower than that of the first electrode, thereby further reducing the electrode area of the upper electrode 140.
  • the solar cell 100 may include two holes 130, and the upper electrode 140 may have a radial shape for each hole.
  • the two holes illustrated in FIG. 18 may be implemented in a form smaller than the size of the holes illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate for converting light energy into electrical energy is provided (S710).
  • the first conductive silicon substrate and the second conductive silicon substrate forming the P-N junction may be provided.
  • a silicon substrate may be formed by stacking an N-type silicon substrate on a P-type silicon substrate and performing a heat treatment to form a PN junction.
  • An amorphous silicon substrate, a compound substrate, a dye-sensitized substrate, etc. forming a PIN contact point may be provided. It may be provided.
  • a hole is formed in the provided substrate (S720).
  • a hole perpendicular to the substrate may be formed by using a laser method, a mechanical drilling method, or the like.
  • a lower electrode is formed below the substrate (S730).
  • the lower electrode may be formed under the substrate by using a thin film process method, a coating method, a spin coating method, a plating method, a printing method, or the like.
  • an insulating layer for insulating the hole surface is formed (S740).
  • an insulating layer for insulating the hole surface can be formed using a polymer, an oxide, a nitride, or the like. In this case, an insulating layer may be formed to insulate the surface of the lower electrode 150 together.
  • the inside of the hole is filled with a conductive material and solder is formed on the lower electrode (S750). Specifically, the inside of the hole is filled using various conductive materials, and the solar cell 100 is disposed in a predetermined region of the lower electrode. Solder can be formed to output power.
  • a radial upper electrode is formed around the hole at the top of the substrate (S760). Specifically, screen printing or an 'etching and plating process' may be performed to form an upper electrode as described with reference to FIGS. 1 and 16 to 18 on the upper surface of the substrate.
  • the anti-reflection film may be formed on the upper surface of the substrate before the upper electrode is formed, and then the upper electrode may be formed.

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Abstract

태양전지가 개시된다. 본 태양전지는, 빛 에너지를 전기 에너지를 변환하는 기판, 기판을 수직 방향으로 관통하는 홀. 및, 기판의 표면에서 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극을 포함한다.

Description

태양전지 및 태양전지 제조방법
본 발명은 태양전지 및 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 태양전지를 관통하는 홀 및 홀을 중심으로 방사형 형태의 전극을 형성하여, 태양전지 상부에 형성되는 전극의 면적을 최소화한 태양전지 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
최근 세계적으로 친환경에너지원의 개발, CO2 배출의 감소의무 그리고 고유가시대와 맞물려, 풍력, 태양광, 연료전지 및 조력발전 등과 같은 신재생 에너지원이 크게 증대되고 있다.
이 중 태양전지는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체 성질을 이용하여 태양빛을 전기에너지로 변화시키는 태양광 전지가 있으며, 일반적으로 태양전지라고 하면 태양광 전지를 일컫는다. 이하에서는 태양광 전지를 태양전지라고 칭한다.
도 20을 참고하면, 태양전지는 다이오드와 같이 P형 반도체와 N 형 반도체의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 - 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 + 전하를 띤 정공이 발생하게 되고, 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 동작을 광 기전력 효과(photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 P형 반도체 및 N형 반도체 중 전자는 N형 반도체 쪽으로, 정공은 P형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 N형 반도체 및 P 형 반도체와 접합한 전극으로 이동하게 된다.
도 20은 종래의 태양전지의 단면을 도시한 도면이다.
도 20을 참고하면, 종래의 태양전지는 N형 반도체에서 발생한 전자를 집적하기 위한 전극(40, 50)을 포함한다. 그러나, 태양전지의 수광 영역에 형성되는 전극은 태양전지 내에 빛의 투과를 방해한다는 점에서, 태양전지의 효율은 태양전지의 표면상에 형성되는 전극의 면적에 영향을 받는다.
그러나, 종래의 태양전지의 전극(40, 50)은 비교적 넓은 면적을 갖는 컬렉터 라인(40)이 태양전지의 표면상에 위치한다는 점에서, 태양전지 표면에서 전극이 차지하는 면적을 최소화하는 데 어려운 점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은, 태양전지를 관통하는 홀 및 홀을 중심으로 방사형 형태의 전극을 형성하여, 태양전지 표면에 형성되는 전극의 면적을 최소화한 태양전지 및 태양전지 제조방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 빛 에너지를 전기 에너지를 변환하는 기판, 상기 기판을 수직 방향으로 관통하는 홀, 및, 상기 기판의 표면에서 상기 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극을 포함한다.
이 경우, 상기 상부 전극은, 상기 홀을 중심으로 상기 기판의 가장자리 방향으로 배치되는 라인 형태의 복수의 제1 전극을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 상부 전극은,상기 복수의 제1 전극 각각과 수직되는 방향으로 연결되는 복수의 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 상부 전극은, 상기 복수의 제1 전극과 연결되며, 상기 홀을 중심으로 갖는 원형의 복수의 제2 전극을 더 포함할 수도 있다.
이 경우, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 폭보다 좁은 폭을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 본 태양전지는, 상기 기판의 하부에 배치되는 하부 전극, 및, 상기 홀 표면을 절연하는 절연층을 더 포함하고, 상기 홀은, 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기판은, 제1 도전형 실리콘 기판, 및, 상기 제1 도전형 실리콘 기판과 반대 도전형을 가지며, 상기 제1 도전형 실리콘 기판과 P-N 접합을 이루는 제2 도전형 실리콘 기판을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 도전형 실리콘 기판은, P형 실리콘 기판인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기판을 구비하는 단계, 상기 기판의 수직 방향에 홀을 형성하는 단계, 상기 기판의 하부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 홀 표면을 절연하는 절연층을 형성하는 단계, 및, 상기 기판의 상부 표면에 상기 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 스크린 프린팅 방식으로 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 상기 상부 전극이 상기 홀을 중심으로 상기 기판의 가장자리 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극을 갖도록, 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 상기 상부 전극이 상기 복수의 제1 전극 각각과 수직되는 방향으로 연결된 복수의 제2 전극을 더 갖도록, 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 상기 상부 전극이 상기 복수의 제1 전극과 연결되며, 상기 홀을 중심으로 갖는 원형 형태의 복수의 제2 전극을 더 갖도록 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 상기 제2 전극이 상기 제1 전극의 폭보다 좁은 폭을 갖도록 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기판을 구비하는 단계는, P-N 접합을 이루는 제1 도전형 실리콘 기판 및 제2 도전형 실리콘 기판을 구비하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지의 제조방법은, 방사형 형태의 상부 전극을 갖는다는 점에서, 비교적 넓은 폭을 갖는 컬렉터 라인의 면적을 축소할 수 있게 되어, 태양전지의 수광 영역에서의 전극이 차지하는 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지의 제조방법은, 상부 전극에서 모인 전하를 홀을 통하여 태양전지의 하부로 출력할 수 있게 된다는 점에서, 태양전지의 수광 영역 상에 전원 출력을 위한 솔더를 생성할 필요가 없게 되어, 수광 영역에서의 전극이 차지하는 면적을 더욱 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구성을 도시한 도면,
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정에 따른 단면도,
도 9 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정에 따른 측면도,
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 상부 전극의 다양한 형태를 도시한 도면,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 20은 종래의 태양전지의 구성을 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 태양전지 110: 제1 도전형 실리콘 기판
120: 제2 도전형 실리콘 기판 130: 홀
140: 상부 전극 150: 하부 전극
160: 절연막
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 기판(110, 120), 홀(130), 상부 전극(140), 하부 전극(150), 및 절연막(160)을 포함한다.
기판(110, 120)은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 구체적으로, 기판(110, 120)은 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지, 화합물 태양전지 및 염료감응형 태양전지에 이용되는 기판일 수 있다. 이하에서는 N-P 접합을 이루는 실리콘 기판을 이용하여 설명하지만, 본원의 기판이 N-P 접합을 이루는 실리콘 기판에만 적용되는 것은 아님을 밝힌다.
구체적으로, 기판(110, 120)은 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)으로 구현될 수 있다. 여기서, 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)은 서로 다른 도전형을 갖는 실리콘 기판이다. 구체적으로, 제1 도전형 실리콘 기판(110)이 N형 실리콘 기판인 경우, 제2 도전형 실리콘 기판(120)은 P형 실리콘 기판일 수 있다. 반대로 제1 도전형 실리콘 기판(110)이 P형 실리콘 기판인 경우, 제2 도전형 실리콘 기판(120)은 N형 실리콘 기판일 수 있다.
그리고, 제1 도전형 실리콘 기판(110)과 제2 도전형 실리콘 기판(120)은 P-N 접합을 이룬다. 구체적으로, 제2 도전형 실리콘 기판(120)이 P형 실리콘 기판인 경우, 제2 도전형 실리콘 기판(120) 상에 P, As, Sb 등의 5족 원소를 도핑하여 N형 도전층을 형성함으로써, 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)이 P-N 접합을 갖도록 할 수 있다. 구현시에는 P형 실리콘 기판 상에 N형 실리콘 기판을 적층하고, 가열함으로써 P-N 접합을 갖는 실리콘 기판을 이용할 수도 있다. 본 실시 예에서는 P-N 접합을 이루는 실리콘 기판에 대해서만 설명하였지만, 구현시에는 P-I-N 접합을 이루는 실리콘 기판 및 상술한 바와 같은 다른 기판을 이용하는 형태로도 구현될 수 있다.
홀(130)은 기판(110, 120)을 수직하는 방향으로 관통한다. 구체적으로, P-N 접합을 이루는 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)에 레이저 방식, 식각 방식 또는 기계적 천공 방식을 이용하여 제1도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)을 수직으로 관통하는 홀(130)을 형성할 수 있다.
그리고, 홀(130)은 도전물질(180)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 홀(130)은 절연층(160)을 통하여 표면이 절연되며, 절연된 홀(130) 내부에 도전물질(180)이 채워질 수 있다. 그리고, 도전물질(180)은 상부 전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 태양전지(100)는 태양전지(100)에서 생성되는 전원을 태양전지(100)의 하부에서 출력할 수 있게 된다.
상부 전극(140)은 기판(110, 120)의 표면에서 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는다. 구체적으로, 상부 전극(140)은 홀(130)을 중심으로 제1 도전형 실리콘 기판(110)의 가장자리 방향으로 배치되는 라인 형태의 복수의 제1 전극을 포함할 수 있다. 그리고, 상부 전극(140)은 복수의 제1 전극 및 복수의 제1 전극 각각과 수직되는 방향으로 연결되는 복수의 제2 전극을 포함할 수도 있다. 또한, 상부 전극(140)은 복수의 제1 전극 및 홀을 중심으로 갖는 원형의 복수의 제2 전극을 포함할 수도 있다. 상부 전극(140)의 다양한 형태에 대해서는 도 5 내지 7을 참고하여 후술한다.
하부 전극(150)은 기판(110, 120)의 하부에 배치된다. 구체적으로, 하부 전극(150)은 제2 도전형 실리콘 표면(120)에 배치된다.
절연층(160)은 홀(130)의 표면을 절연한다. 구체적으로, 절연층(160)은 하부 전극(150)과 상부 전극(140) 및 도전 물질(180) 사이를 절연할 수 있다. 구현시에는 도 1에 도시된 바와 같이 홀(130)의 표면뿐만 아니라 하부 전극(150)의 상부까지 절연하는 형태로 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 방사형 형태의 상부 전극을 갖는다는 점에서, 비교적 넓은 폭을 갖는 컬렉터 라인의 면적을 축소할 수 있게 되어, 태양전지의 수광 영역에서의 전극이 차지하는 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 상부 전극(140)에서 모인 전하를 홀(130)을 통하여 태양전지(100)의 하부로 출력할 수 있게 된다는 점에서, 태양전지(100)의 수광 영역 상에 전원 출력을 위한 솔더를 생성할 필요가 없게 되어, 수광 영역에서의 전극이 차지하는 면적을 더욱 최소화할 수 있다.
도 2 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 2 내지 도 15를 참고하여 태양전지의 제조 과정을 설명한다. 한편, 이하에서는 본원에 적용될 수 있는 기판 중 P-N 접합을 이루는 실리콘 기판을 이용하여 본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 과정을 설명하나, 상술한 바와 같이 P-N 접합을 이루는 실리콘 기판 이외의 다른 기판을 이용하여, 아래의 공정을 변경하여 구현할 수 있음을 밝혀둔다.
먼저, 도 2 및 도 9를 참고하면, 제2 도전형 실리콘 기판(120)을 구비한다. 제2 도전형 실리콘 기판(120)은 P형 및 N형 실리콘 기판이 모두 사용될 수 있다. 그 중 P형 실리콘 기판이 소수 캐리어의 수명 및 모빌리티가 크다는 점에서, P형 실리콘 기판을 이용하는 것이 좋다. 따라서, 이하에서는 제2 도전형 실리콘 기판(120)이 P형 실리콘 기판인 것을 전제로 하여 설명한다.
다음 공정으로, 도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이, P-N 접합을 갖는 실리콘 기판(110, 120)을 형성한다 구체적으로, P형 실리콘 기판에는 B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는바, 제2 도전형 실리콘 기판(120) 상에 P, As, Sb 등의 5족 원소를 도핑함으로써, P-N 접합을 갖는 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)을 형성할 수 있다.
다음 공정으로, 도 4 및 도 11에 도시된 바와 같이, P-N 접합이 이루어진 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)에 홀을 형성한다. 구체적으로, 레이저 방식, 식각 방식 및 기계적 천공 방식 등을 이용하여 제1 도전형 실리콘 기판(110) 및 제2 도전형 실리콘 기판(120)의 수직하는 방향을 갖는 홀(130)을 형성할 수 있다.
다음 공정으로, 도 5 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 실리콘 기판(120) 표면에 하부 전극(150)을 형성한다. 구체적으로, 박막공정 방식, 도포 방식, 스퍼터링 방식, 도금 방식 또는 프린팅 방식 등의 방식을 이용하여, 제2 도전형 실리콘 기판(120)의 표면에 하부 전극(150)을 형성할 수 있다.
다음 공정으로, 도 6 및 도 13에 도시된 바와 같이, 홀(130)의 표면에 절연막(160)을 형성한다. 구체적으로, 폴리머, 산화물, 질화물을 이용하여, 홀(130)의 표면에 절연막(160)을 형성할 수 있다. 이때, 형성되는 절연막(160)은 홀(130)의 표면뿐만 아니라, 하부 전극(150)의 상부 영역에도 형성될 수 있다.
다음 공정으로, 도 7 및 도 14에 도시된 바와 같이, 도전물질(180) 및 솔더(170)를 형성한다. 구체적으로, 박막공정 방식, 도포 방식, 스퍼터링 방식, 도금 방식 등의 방식을 이용하여, 홀(130)에 도전물질(180)을 충진하고, 하부 전극(150)의 일 측면에 태양전지(100)의 전원을 출력하기 위한 솔더(170)를 형성할 수 있다.
한편, 구현시에는 상부 전극(140)을 형성하는 공정 전에, 제1 도전형 실리콘 기판(110) 상부에 반사 방지막을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.
다음 공정으로, 도 8 및 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(110,120)의 상부 표면에 상부 전극(140)을 형성한다. 구체적으로, 스크린 프린팅 방식을 이용하여, 제1 도전형 실리콘 기판(110)의 상부에 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극(140)을 형성할 수 있다.
한편, 구현시에는 도 1 및 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같은 상부 전극(140)의 형태로 기판(110, 120)의 상부 표면을 에칭하고, 에칭된 표면에 전기도금 또는 스퍼터링을 수행하여 상부 전극(140)을 형성할 수도 있다.
이때, 형성되는 상부 전극(140)은 다양한 방사형태를 가질 수 있으며, 그 예에 대해서는 도 16 내지 도 18을 참고하여 설명한다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 상부 전극의 다양한 형태를 도시한 도면이다.
도 16을 참고하면, 상부 전극(140)은 홀(130)을 중심으로 기판(110, 120)의 가장자리 방향으로 배치되는 라인 형태의 복수의 제1 전극을 포함한다. 도시된 예에서는 4 개의 도전 라인을 포함하는 실시예에 대해만 설명하였지만, 4개 이상의 도전 라인을 이용하여 상부 전극(140)을 구현할 수도 있다.
도 17을 참고하면, 상부 전극(140)은 홀(130)을 중심으로 기판(110, 120)의 가장 자리 방향으로 배치되는 라인 형태의 복수의 제1 전극 및 복수의 도전 라인 각각과 수직되는 방향으로 연결되는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 도시된 예에서는 복수의 제2 전극이 같은 길이를 갖는 형태로 도시하였지만, 구현시에는 복수의 제2 전극이 홀과의 거리에 비례하여 다른 길이를 갖는 형태로도 구현될 수 있다.
한편, 복수의 제2 전극은 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 가질 수도 있다. 구체적으로, 복수의 제2 전극은 복수의 제1 전극과 연결되며, 홀을 중심으로 갖는 원형 형태일 수 있다.
또한, 구현시에는 제2 전극의 폭을 제1 전극의 폭보다 좁게 하여, 상부 전극(140)의 전극 면적을 더욱 줄일 수 있다.
도 18을 참고하면, 태양전지(100)는 두 개의 홀(130)을 포함하며, 상부 전극(140)은 각각의 홀에 대해서 방사형 형태를 가질 수 있다. 이때, 도 18에 도시된 두 개의 홀은 도 4 및 도 5에 도시된 홀의 크기보다 작은 형태로 구현될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기판을 구비한다(S710). 구체적으로, P-N 접합을 이루는 제1 도전형 실리콘 기판 및 제2 도전형 실리콘 기판을 구비할 수 있다. 구현시에는 P 형 실리콘 기판 상에 N형 실리콘 기판을 적층하고, 가열 처리를 수행하여 P-N 접합을 이루는 실리콘 기판을 구비할 수 있으며, P-I-N 접항을 이루는 비정질 실리콘 기판, 화합물 기판, 염료 감응형 기판등을 구비할 수 있다.
그 다음, 구비된 기판에 홀을 형성한다(S720). 구체적으로, 레이저 방식, 기계적 천공 등의 방식을 이용하여 기판에 수직하는 홀을 형성할 수 있다.
그 다음, 기판의 하부에 하부 전극을 형성한다(S730). 구체적으로, 박막공정 방식, 도포 방식, 스핀 코팅 방식, 도금 방식, 프린팅 방식 등을 이용하여 기판의 하부에 하부 전극을 형성할 수 있다.
그 다음, 홀 표면을 절연하는 절연층을 형성한다(S740). 구체적으로, 폴리머, 산화물, 질화물 등을 이용하여, 홀 표면을 절연하는 절연층을 형성할 수 있다. 이때, 하부 전극(150)의 표면을 함께 절연하는 절연층을 형성할 수도 있다.
그 다음, 홀 내부를 도전물질로 충진하고, 하부 전극에 대한 솔더를 형성한다(S750).구체적으로, 다양한 도전성 물질을 이용하여 홀 내부를 충진하고, 하부 전극의 소정 영역에 태양전지(100)의 전원을 출력할 솔더를 형성할 수 있다.
그 다음, 기판의 상부에 홀을 중심으로 방사형 형태의 상부 전극을 형성한다(S760). 구체적으로, 기판의 상부 표면에 도 1 및 도 16 내지 도 18과 관련하여 설명한 바와 같은 상부 전극이 형성되도록 스크린 프린팅 또는 '에칭 및 도금 공정'을 수행할 수 있다. 구현시에는 상부 전극을 형성하기 전에 반사 방지막을 기판의 상부 표면에 형성한 이후에, 상부 전극을 형성하는 형태로도 구현될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특징의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 태양전지에 있어서,
    빛 에너지를 전기 에너지를 변환하는 기판;
    상기 기판을 수직 방향으로 관통하는 홀; 및
    상기 기판의 표면에서 상기 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 홀을 중심으로 상기 기판의 가장자리 방향으로 배치되는 라인 형태의 복수의 제1 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 복수의 제1 전극 각각과 수직되는 방향으로 연결되는 복수의 제2 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 복수의 제1 전극과 연결되며, 상기 홀을 중심으로 갖는 원형의 복수의 제2 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 폭보다 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 하부에 배치되는 하부 전극; 및
    상기 홀 표면을 절연하는 절연층;을 더 포함하고,
    상기 홀은, 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은,
    제1 도전형 실리콘 기판; 및
    상기 제1 도전형 실리콘 기판과 반대 도전형을 가지며, 상기 제1 도전형 실리콘 기판과 P-N 접합을 이루는 제2 도전형 실리콘 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도전형 실리콘 기판은, P형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 태양전지의 제조방법에 있어서,
    빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기판을 구비하는 단계;
    상기 기판의 수직 방향에 홀을 형성하는 단계;
    상기 기판의 하부에 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 홀 표면을 절연하는 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 상부 표면에 상기 홀을 중심으로 방사형 형태를 갖는 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 스크린 프린팅 방식으로 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
    상기 상부 전극이 상기 홀을 중심으로 상기 기판의 가장자리 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극을 갖도록, 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
    상기 상부 전극이 상기 복수의 제1 전극 각각과 수직되는 방향으로 연결된 복수의 제2 전극을 더 갖도록, 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
    상기 상부 전극이 상기 복수의 제1 전극과 연결되며, 상기 홀을 중심으로 갖는 원형 형태의 복수의 제2 전극을 더 갖도록 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
    상기 제2 전극이 상기 제1 전극의 폭보다 좁은 폭을 갖도록 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 기판을 구비하는 단계는,
    P-N 접합을 이루는 제1 도전형 실리콘 기판 및 제2 도전형 실리콘 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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