KR101305055B1 - 태양전지용 후면 전극부 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지, 상기 후면 전극부 및 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하여, 태양전지 내 전자의 이동 속도 및 이동 거리를 증가시키고 소수 캐리어 재결합을 감소시킴으로써 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제조할 수 있다.
태양전지, 후면 전극부, 후면전계층, 이중 박막
Description
본 발명은 태양전지용 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지, 상기 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
미래의 대체 에너지로서 대표격인 태양전지의 기술개발의 주된 방향성은 고효율화, 고순도화, 집적화, 생산성 향상에 있다. 그 중에서도 태양광을 이용한 발전 시설에 있어 가장 요망되는 것은 태양전지의 변환 효율 향상이라고 할 수 있는데, 이는 현재 각 가정용으로 사용되고 있는 단결정 태양 전지의 변환 효율이 약 15%로서, 화력 발전과 같은 타에너지에 의한 발전 설비의 변환 효율이 약 45% 인 것에 비해 크게 뒤떨어지기 때문이다.
따라서, 실리콘 단결정 태양 전지가 개발된 이래, 후면전계층(Back surface Field Type, BSF), Violet Cell 및 반사방지형(CNR: Comsat Non-Reflective Cell) 등과 같이 태양전지의 고효율화를 위한 연구들이 계속해서 진행되었고, 최근에는 표면 플라즈몬 여기에 의한 태양 전지의 고효율화나 초고효율 화합물 반도체 다접합 태양 전지, 태양 전지와 열전 소자의 조합형 소자 등과 같은 20% 이상의 변환 효율을 갖는 고효율 태양 전지를 개발을 위한 시도에까지 이르렀다.
일반적인 태양전지 제조공정은 400∼1100℃의 고온공정을 수반하며, 특히 후면 전극부 형성공정은 기본적으로 열처리 과정을 포함한다. 이때, 후면 전극부 형성 공정이 전체 태양전지 제조공정의 시작 및 중간 단계에 행해질 경우 후면 전극부에 열부하가 가해지게 되는데, 그 결과, 구리, 니켈, 철, 은 등의 금속으로 이루어진 후면전극 재료, 또는 기판에 함유되어 있는 불순물들이 실리콘층 내로 확산해 들어가게 되고, 이는 여기된 캐리어들이 재결합할 수 있는 장소를 형성하게 하여, 결국, 이로 인해 태양전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 기존의 Al 박막(1000nm)의 단일 증착과 연속적인 가열 공정은, Al을 후면 전극으로 사용함으로써 발생하는 여러 장점에도 불구하고, 열처리 중에 생기는 후면 결합에 의한 전자-정공 재결합의 가속화 때문에 개방전압과 단락전류밀도가 낮아지게 되어 그 효용성이 떨어진다.
또한, 논문[IEEE Trans. Elec. Device, 24, 337, 1979]와 [Semicond. Sci. Technol. 15, 322, 2000]는 p-n 접합 실리콘 모체의 n-에미터(emitter) 면에 요철구조를 만들어 반사율을 줄이거나 후면 전극의 열처리 조건을 변화시켜 최적화된 조건을 찾음으로써 상기 문제점을 해결하려고 하였으나, 결과적으로 획기적인 전지 효율의 증가는 보이지 않음으로써, 여전히 변환 효율이 높은 태양전지용 후면 전극부의 효과적인 제조 방법이 절실히 요청되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지의 반도체층과 후면 전극 사이에 형성되어 접합부의 표면에서 발생하는 소수 캐리어의 재결합을 저감시켜 변환효율을 증대시키는 후면전계층을 포함하는 후면 전극부 및 그의 제조 방법을 제공함으로써 태양전지의 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법으로서, 상기 반도체층의 후면에 금속 박막을 이중으로 형성하는 것을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 일 구현예에서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:
상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하는 단계;
상기 1차 금속 박막이 형성된 반도체층을 급속 열처리(rapid thermal annealing=RTA)를 함으로써 후면전계(Back Surface Field, BSF)층을 형성하는 단계; 및
상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계.
상기 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 1차 금속 박막이 Al, B, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 2차 금속 박막이 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부로서, 상기 반도체층의 후면에 이중으로 형성된 금속 박막을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부를 제공한다.
상기 본 발명의 일 구현예에서, 상기 태양전지용 후면 전극부는 상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하여 급속 열처리함으로써 형성된 후면전계층 및 상기 후면전계층에 형성된 2차 금속 박막을 포함하는 후면 전극을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 따라 제조된 후면 전극부를 포함하는 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은, 후면전극부를 형성하는 금속 박막을 이중으로 형성하는 과정과 급속 열처리 공정을 포함하는 용이한 방법으로서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 의하여, 태양전지 내 전자의 이동 속도 및 이동 거리를 증가시키고 소수 캐리어 재결합을 감소시킴으로써, 태양전지의 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제조할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 기존에 정립된 장비를 100% 활용하므로 추가적인 설비 투자가 필요 없어, 태양전지 분야의 중요 과제 중 하나인 낮은 발전단가에 부합하는 방법이라 할 수 있으며, 현재 답보 상태에 있는 태양전지 효율 개선에 용이하게 적용할 수 있어, 궁극적으로 저가의 고효율 태양전지 등에 사용되는 광전자 변환 소재에의 다양한 적용이 가능하다.
본 발명의 일 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양 전지에 있어서, 상기 반도체층의 후면에 후면전극부를 형성하는 금속 박막을 이중으로 형성하는 것을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:
상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하는 단계;
상기 1차 금속 박막이 형성된 반도체층을 급속 열처리(rapid thermal annealing=RTA)를 함으로써 후면전계(Back Surface Field, BSF)층을 형성하는 단계; 및
상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 1차 금속 박막이 Al, B, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 2차 금속 박막이 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본원에서 용어 "전면" 및 "후면"은 각각 태양전지의 활성층인 반도체층에 있어서 전면 전극부 및 후면전극부가 형성되는 면을 나타낸다.
상기 본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 반도체층이 p-n 접합 반도체층일 수 있으며, 예를 들어, p-n 접합 실리콘층, III-V 족 화합물 반도체층을 포함하는 p-n 접합 반도체층 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층으로서 p-n 접합 실리콘층을 사용할 수 있으며, 여기서 상기 실리콘은 결정, 다결정, 또는 비정질 실리콘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, p-n 접합 실리콘층은, B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p형 실리콘층과, 예를 들어 P, As, Sb 등의 5족 원소들이 도핑되어 있는 n형 이미터층이 접합되어 형성된다. 그러나, 본 발명의 p-n 접합 반도체층이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 후면 전극부를 형성하는 1차 금속 박막은 Al, B, Ga, In 및 Tl 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다. 상기 2차 금속 박막은 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 2차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막은 서로 상이한 금속 또는 동일한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.
상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 여기서, 효율적인 후면전계층의 형성 및 광전환율, 그리고 후면 전극부를 형성하는 금속의 종류 등을 고려하여, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막을 포함하는 상기 후면 전극부의 두께는 약 0.5 내지 10μm일 수 있으며, 바람직하게는, 약 1 내지 약 5 μm, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 3 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막의 두께는 약 500 nm, 상기 2차 금속 박막이 두께는 약 500 nm 로 1 차 및 2차 금속 박막 형성 후 총 두께는 약 1 μm일 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 후면전계층을 형성하기 위한 상기 1차 금속 박막의 급속 열처리 과정의 온도는 금속의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로, 사용하는 금속의 융점 근처의 온도에서 처리할 수 있다. 구체적으로 상기 급속 열처리 과정의 온도는 사용하는 금속의 융점 ± 10%의 온도일 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막이 Al을 포함한 경우 급속 열처리 과정의 온도는 700℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어, 700℃ 내지 850℃ 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리 시간은, 예를 들어, 60초 이하 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부로서, 상기 반도체층의 후면에 이중으로 형성된 금속 박막을 포함하는 태양전지용 후면 전극부를 제공한다.
상기 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 태양전지용 후면 전극부는, 상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하여 급속 열처리함으로써 형성된 후면전계층 및 상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 형성된 2차 금속 박막을 포함하는 후면 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 의하여 제조된 후면 전극부를 포함하는 태양전지 및 상기 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 태양전지의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:
반도체층을 준비하는 단계:
상기 반도체층 전면에 전면 전극부를 형성하는 단계;
상기 전면 전극부가 형성된 반도체층의 후면에, 상기 기재한 본 발명에 따른 후면 전극부의 제조 방법에 의해 후면 전극부를 형성하는 단계.
이외에도 태양전지의 반도체층 및 이외의 구조와 재료, 이들의 형성 방법은 당업계에 알려진 것들은 모두 적용 가능함이 당업자에게 명백하다.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 흐름도이고, 도 2 는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 모식도이다. 이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 도 1 및 도 2 를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 여기서 설명되는 내용에 한정되는 것은 아니며 다른 형태로 구체화될 수 있다.
(1) 상기 반도체층의 후면에 금속 박막을 형성하는 단계(S10)
도 2(a) 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 준비된 반도체층의 후면에 1차 금속 박막(10)을 형성한다.
예를 들어, 상기 반도체층은 p-n 접합 반도체층일 수 있으며, 예를 들어, p-n 접합 실리콘층, III-V 족 화합물 반도체층을 포함하는 p-n 접합 반도체층 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층으로서 p-n 접합 실리콘층을 사용할 수 있으며, 여기서 상기 실리콘은 결정, 다결정, 또는 비정질 실리콘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, p-n 접합 실리콘층은, B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p형 실리콘층과, 예를 들어 P, As, Sb 등의 5족 원소들이 도핑되어 있는 n형 이미터층이 접합되어 형성된다. 그러나, 본 발명의 p-n 접합 반도체층이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 후면 전극부를 형성하는 1차 금속 박막은 Al, B, Ga, In 및 Tl 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.
상기 1차 금속 박막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어,스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.
(2) 상기 1차 Al 금속 박막이 형성된 기판에 급속 열처리를 함으로써 후면전계층을 형성하는 단계(S20)
도 2(b) 에 나타낸 바에 같이, 상기 1차 금속 박막이 형성된 기판을 급속 열처리함으로써 후면전계층(20)이 형성된다.
상기 후면전계층을 형성하기 위한 상기 1차 금속 박막의 급속 열처리 과정의 온도는 금속의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로, 사용하는 금속의 융점 근처의 온도에서 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막이 Al을 포함한 경우 급속 열처리 과정의 온도는 700℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어, 700℃ 내지 850℃ 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리 시간은, 예를 들어, 60초 이하 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리는 RTA(rapid thermal annealing) 장비를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
(3) 상기 후면전계층에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계(S30)
도 2(c) 에 나타낸 바와 같이, 상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막(30)을 형성함으로써 후면 전극을 형성한다.
상기 2차 금속 박막은 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 1차 금속 박막 은 Al을 포함할 수 있다.
상기 후면전계층에 2차 금속 박막은 특정 방법에 한정되지 않으며, 예를 들어, 스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.
여기서, 효율적인 후면전계층의 형성 및 광전환율, 그리고 후면 전극부를 형성하는 금속의 종류 등을 고려하여, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막을 포함하는 상기 후면 전극부의 두께는 약 0.5 내지 10 μm일 수 있으며, 바람직하게는, 약 1 내지 약 5 μm, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 3 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막의 두께는 약 500 nm, 상기 2차 금속 박막이 두께는 약 500 nm 로 1 차 및 2차 금속 박막 형성 후 총 두께는 약 1 μm일 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 후면 전극부에 포함되는 금속층을 이중으로 형성함으로써 후면전계층과 후면 전극을 각각 형성하여 제조됨으로써, 종래 단일 증착 및 열처리에 의해 형성된 후면 전극부와 비교하여 그 제조 시 후면 전극에 열부 하가 가해지지 않게 되어, 반도체층과 후면전극 사이의 접합부의 표면에서 발생하는 소수 캐리어의 재결합을 저감시켜 변환효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
실시예 1
도 2a 에 나타낸 바와 같이, p-n 접합 단결정 실리콘 기판을 반도체층으로 하여 그의 전면에 전면전극으로서 Ti 50 nm/Ag 100 nm 층을 형성하고, 상기 p-n 접합 단결정 실리콘 기판의 후면에 스퍼터 증착기를 이용하여 1차 Al 금속 박막(10)을 형성하였다. 이때, 1차 Al 금속 박막의 두께는 200 nm 로 증착하였다. 이어서, 도 2b 에 나타낸 바와 같이, 1차 Al 금속 박막이 형성된 p-n 접합 단결정 실리콘 기판에 RTA 장비를 이용하여 850℃에서 30초 동안 급속 열처리를 하였다. 상기 과정에 의해 1차 Al 금속 박막과 반도체층의 접합부에는 후면전계층(20)이 형성되었다. 이어서, 도 2c 에 나타낸 바와 같이, p-n 접합 실리콘 반도체층에 형성된 급속 열처리된 1차 금속 박막에 스퍼터 증착기를 이용하여 2차 Al 금속 박막을 800 nm 의 두께로 증착하여 후면 전극을 형성하였다. 본 실시예에서 후면 전극부 전체 두께는 1 μm였다.
상기 실시예에 의하여 이중으로 형성된 (2단계 공정) 1차 및 2차 Al 금속 박 막을 포함하는 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지는, Al 금속 박막을 단일 과정 (1 단계 공정: 비교예)에 의하여 형성함으로서 제조된 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지와 비교하여 향상된 광전자 변환 효율 등 [Voc=개방전압 (open-circuit voltage), Jsc = 단락전류 (short-circuit current), FF=곡선인자(fill factor), EFF=효율(efficiency)]을 내었다 (하기 표 1 및 도 3).
[표 1]
실시예
2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 다만, 1차 Al 금속 박막 및 2차 Al 금속 박막을 포함하는 후면 전극부 전체 두께는 2 μm였다.
상기 실시예에 의하여 이중으로 형성된 1차 및 2차 Al 금속 박막을 포함하는 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지는, Al 금속 박막을 단일 과정에 의하여 형성함으로서 제조된 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지 (비교예) 와 비교하여 향상된 광전자 변환 효율을 내었다 (하기 표 2, 도 4 및 도 5).
[표 2]
이상, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 모식도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 1에 따른 태양전지의 광전환 효율율 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 2에 따른 태양전지의 광전환 효율율 나타내는 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 실시예 2에 따른 태양전지용 후면전극부의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 후면전계층 형성을 위한 1차 Al 금속 박막
20 : 급속 열처리 공정에 의하여 형성된 후면전계층
30 : 후면 전극 형성을 위한 2차 Al 금속 박막
Claims (9)
- 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법으로서,상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하는 단계;상기 1차 금속 박막이 형성된 반도체층을 0초 초과 내지 60초 이하의 시간 동안 급속 열처리(rapid thermal annealing=RTA)를 함으로써 후면전계(Back Surface Field, BSF)층을 형성하는 단계; 및상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극부를 형성하는 단계를 포함하며,상기 1차 금속 박막 및 상기 2차 금속 박막을 포함하는 상기 후면 전극부의 두께는 1 μm 내지 3 μm 인,태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 1차 금속 박막이 Al, B, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 2차 금속 박막이 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체층이 p-n 접합 반도체층인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 p-n 접합 반도체층이 단결정, 다결정, 또는 비정질 p-n 접합 실리콘 층인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막이 Al을 포함하는 것인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 후면전계층을 형성하기 위한 급속 열처리 과정의 온도는 상기 1차 금속 박막을 형성하는 금속의 융점 근처인, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법.
- 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지의 제조 방법으로서,상기 후면 전극부를 제 1 항 내지 제 6 항, 및 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 따라 제조하는 것을 포함하는, 태양전지의 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| JPH09191118A (ja) * | 1996-01-11 | 1997-07-22 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JP2002083983A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池セルの製造方法およびこの方法で製造された太陽電池セル |
| KR20050045047A (ko) * | 2003-11-10 | 2005-05-17 | 준 신 이 | 친산화성 금속박막을 이용한 낮은 접촉저항과 반사방지막실리콘 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20080114080A (ko) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | 엘지전자 주식회사 | 벌크형 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법 |
-
2009
- 2009-02-27 KR KR1020090017248A patent/KR101305055B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09191118A (ja) * | 1996-01-11 | 1997-07-22 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JP2002083983A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池セルの製造方法およびこの方法で製造された太陽電池セル |
| KR20050045047A (ko) * | 2003-11-10 | 2005-05-17 | 준 신 이 | 친산화성 금속박막을 이용한 낮은 접촉저항과 반사방지막실리콘 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20080114080A (ko) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | 엘지전자 주식회사 | 벌크형 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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