KR101580220B1 - 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, 전면 반사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 p형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 PSG 제거공정 이후 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되는 전면 반사방지막 위 및 태양전지 후면에 알루미늄 산화막(AlOx)을 각각 형성하고, 상기 후면전극은 Al 패턴전극으로 형성한 것이며, 후면 패시베이션 기능은 물론 태양전지 전면의 반사방지막인 실리콘 질화막(SiNx:H) 위에 형성되는 Al 산화막(AlOx)에 의해 상기 태양전지의 실리콘 웨이퍼 기판의 에미터를 수소화시켜 패시베이션 기능을 향상시킬 수 있고, 후면에는 패턴된 Al 전극을 사용함으로써 Al 페이스트(paste)의 사용량을 줄일 수 있어 원가절감에도 기여하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 기판에 전면 반사방지막으로 형성되는 실리콘 질화막(SiNx:H) 위 및 기판의 후면에 알루미늄 산화막(AlOx)을 각각 증착하여 형성하고 후면전극으로 Al 패턴전극을 사용함으로써, 상기 알루미늄 산화막이 수소차단막으로 사용되고 기판에 입사되는 빛의 반사도를 줄일 수 있도록 하며, 후면 패턴전극의 사용으로 Al 페이스트의 사용량을 줄일 수 있도록 한 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것이다.
종래 p형 태양전지의 제조공정은 도 5를 참고하여 보면 기본적으로 다음과 같이, 초기 세정 및 SDR(Saw Damage Removal)하는 단계, 습식 화학 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계, 텍스처링된 태양전지 웨이퍼 상에 에미터층을 형성하는 단계, PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 제거하는 단계, 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계, 양면전극을 생성하는 단계, 열처리(Firing) 단계 및 에지(Edge)를 제거(Isolation)하는 단계를 포함한다.
초기 세정 및 SDR(Saw Damage Removal)하는 단계는, 태양전지 웨이퍼의 표면 상태를 개선시키는 단계로써, 웨이퍼를 와이어 톱(wire saw)으로 잘랐을 때 표면에 생기는 손상(damage)을 없애는 과정이다.
습식 화학 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계는, 습식 화학 식각에 의해 태양전지 웨이퍼의 표면을 울퉁불퉁하게 만드는 단계로써 이를 통해 태양전지 웨이퍼의 표면상에 4 내지 10㎛ 크기의 피라미드 형상을 생성한다. 이와 같이 텍스처링하는 이유는 광 반사량을 줄여 태양전지 내부로 유효광의 흡수량을 증가시키기 위함이다.
텍스처링된 태양전지 웨이퍼 상에 에미터층을 형성하는 단계는, 일반적으로 태양전지 웨이퍼가 p형인 경우, 포컬가스(PoCl3) 등을 확산시켜 n+ 도핑(doping)을 하는 단계이다. 이 때, 상기 확산공정에서 산소(O2)가 PSG(Phosphorus Silicate Glass)라는 확산 산화막을 만들고, 상기 PSG가 실리콘 표면에서 성장하게 된다. PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 제거하는 단계는, 상술한 에미터층을 형성하는 단계에서 형성된 원치 않는 PSG를 제거하는 단계이다.
반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계는, 상층에서 반사된 빛과 하층에서 반사된 빛이 서로 상쇄간섭을 일으켜 태양전지 표면에서의 빛 반사량을 줄이고, 특정 파장 영역의 선택성을 증가시키기 위한 단계이다. 이 층은 웨이퍼의 최상단에 위치하기 때문에 패시베이션(passivation)이라는 용어를 쓰는 경우도 있다.
양면 전극을 생성하는 단계 및 열처리(Firing) 단계는, 상기 태양전지 웨이퍼의 전/후면에 각각 전면전극과 후면전극을 인쇄 건조한 후, 접촉을 위해 열처리하는 단계이다. 일반적으로 전면전극은 은(Ag)을, 후면전극은 알루미늄(Al) 금속층을 사용한다.
에지 제거(edge isolation)하는 단계는, 마지막 전극 분리를 위한 단계로써 포컬 가스(PoCl3) 등을 확산시켜 n+ 도핑(doping)할 때 웨이퍼 가장자리(wafer edge) 등에 도핑 된 불필요한 n+층을 제거하는 단계이다.
그러나 종래 p형 태양전지는 양면에 Al 산화막을 적용하지 않고 상기 실리콘 질화막(SiNx:H)만을 단일의 반사방지막으로 사용하여 에미터를 패시베이션하게 된다. 그러나 이와 같이 반사방지막으로 실리콘 질화막(SiNx:H)만을 전면에 사용하는 경우 더 이상의 패시베이션 기능의 향상을 도모할 수 없다는 단점이 있다.
상기 알루미늄 산화막(AlOx)을 전면에 적용한 기술로 선행기술문헌의 특허문헌 1에 기재된 태양전지에서는 반사방지막인 실리콘 산화막(SiOx) 위에 알루미늄 산화막(AlOx)을 적층하고 있으나, 이러한 상기 실리콘 산화막(SiOx)은 다음과 같은 문제가 있다.
즉 상기 실리콘 산화막(SiOx)은 어떤 목적을 가지고 고의적으로 형성시킨 물질이 아니라 태양전지의 제조공정 중 자연적으로 형성되는 물질로, 태양전지의 표면을 실리콘 산화막이 가진 고유 전하를 통해 표면을 패시베이션하고 있으나, 두께가 약 1~2㎚로 적합하지 않고 굴절률이 약 1.5로 위층의 알루미늄 산화막(AlOx)보다 낮아 기판에 입사되는 빛의 반사도를 많이 줄일 수 없어 태양전지의 효율성이 떨어진다고 하는 문제가 있다.
또한 상기 실리콘 산화막(SiOx)은 굴절률이 낮기 때문에 반사방지막의 역할을 단독적으로 수행하도록 사용할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한 종래 p형 태양전지는 Al 페이스트(paste)를 전체 면에 도포하여 전극을 형성하고 있는데, 패시베이션 상승의 효과가 있는 상기 Al 산화막을 적용하지 않았다는 점에서 개선의 여지가 있고, 후면 전체에 전극을 형성하기 위해 Al 페이스트(paste)를 도포함으로써 도포 량이 과대해지며 전체 면에 도포된 Al 전극에 의해 휨 현상이 발생한다고 하는 문제가 있다.
선행기술문헌의 특허문헌2에 있는 한국에너지기술연구원의 선행기술의 태양전지는, 후면에 패시베이션 효과가 있는 산화막이나 다른 유전막이 없이 Al만 패턴형태로 적용한 것이기 때문에 Al이 없는 부분은 표면에서의 소수운송자의 재결합이 더 많이 발생하여 태양전지 특성이 나빠지는 문제가 있다.
패시베이션 상승의 효과가 있는 산화막을 적용하기 위해, 선행기술문헌의 특허문헌3에 있는 선행기술의 태양전지는, 후면의 반전층을 패시베이션하기 위해 산화막을 사용하지만, 산화막을 형성하고 없앤 후 다시 형성하는 등 공정히 길고 복잡하며, 선행기술의 태양전지는 도금 및 증착을 통해 전극을 형성하고 있다는 차이가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 p형 태양전지에 있어 실리콘 웨이퍼의 전면에 형성되는 실리콘 질화막(SiNx:H)의 반사방지막 위 및 상기 실리콘 웨이퍼 후면에 Al 산화막(AlOx)을 증착하여 형성함으로써 태양전지 후면의 패시베이션은 물론 상기 Al 산화막(AlOx)에 의해 태양전지의 에미터를 수소화(hydrogenation)시켜 상기 태양전지의 표면 및 벌크(bulk)를 패시베이션 하는 기능이 향상되도록 하고, 상기 태양전지의 전면 수광부를 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄여 상기한 패시베이션 기능이 더 향상되도록 한 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지를 제공함에 있다.
다른 목적은 태양전지의 양면 모두에 상기 Al 산화막(AlOx)에 의해 전극으로 형성되는 Al이 없는 부분의 패시베이션 효과를 증가시키기 때문에 태양전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, 전면 반사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 p형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 PSG 제거공정 이후 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되는 전면 반사방지막 위 및 태양전지 후면에 알루미늄 산화막(AlOx)을 각각 증착하여 형성하고, 상기 후면전극은 Al 패턴전극인 것을 특징으로 하고 있다.
또 상기 알루미늄 산화막(AlOx)의 두께는 2~20㎚이고, 굴절률은 1.6~1.8인 것이 바람직하다.
또 상기 실리콘 질화막(SiNx:H)은 두께는 50~100㎚이고, 굴절률은 1.9~2.3인 것이 바람직하다.
또 상기 알루미늄 산화막(AlOx)은 수소차단막으로 사용되는 것이 바람직하다.
또 상기 실리콘 웨이퍼의 후면 패턴전극에 의해 개방된 알루미늄 산화막(AlOx)의 면적이 50% 미만인 것이 바람직하다.
또 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 인쇄/건조된 버스바 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기 증착법은 플라즈마 증착(PECVD)이나 스퍼터링(sputtering), 또는 원자층 증착법(ALD) 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
또 상기한 제조방법에 의해 만들어져 사용되는 태양전지를 다른 특징으로 하고 있다.
본 발명의 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 의하면, 후면 패시베이션 기능은 물론 태양전지 전면의 반사방지막인 실리콘 질화막(SiNx:H) 위에 형성되는 Al 산화막(AlOx)에 의해 상기 태양전지의 실리콘 웨이퍼 기판의 에미터를 수소화시켜 패시베이션 기능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또 Al 산화막(AlOx)의 적합한 두께와 실리콘 질화막(SiNx:H)보다 조금 낮은 굴절률의 차이로 인해 상기 실리콘 웨이퍼의 기판에 입사되는 빛의 반사도를 줄일 수 있어, 입사되는 빛의 특정한 파장영역의 선택성을 증가시킴으로써, 패시베이션 기능이 더 향상되는 반사방지막의 역할이 더욱 확실히 이루어지는 효과가 있다.
또한 전면 반사방지막의 수소화 효과의 증가로 개방전압(Voc)의 상승을 가져오는 효과가 있으며, 이러한 전면 반사방지막의 개선으로 인한 패시베이션 기능의 향상에 의해 단락전류(Isc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
또 종래 전면과 같은 Busbar와 Finger-line 형태의 패턴에 대비해서는 Al 도포 영역이 더 많고, 패턴부를 제외한 각 영역이 전극으로 바로 연결되어 있어 저항이 더 작기 때문에 더 좋은 전기적 특성을 기대할 수 있는 효과가 있다.
또 전극으로 일반 스크린 프린팅 전극을 사용하고 특히 후면에는 패턴된 Al 전극을 사용함으로써 Al 페이스트(paste)의 사용량을 줄일 수 있어 원가절감에도 기여하는 효과가 있다.
또 후면의 일부는 Al 산화막(AlOx)으로 형성하므로 Al 전극에 의한 휨 현상을 줄일 수 있는 효과가 있고, Al 전극이 없는 부분으로 나오는 빛은 모듈에서 백시트에 의해 반사되어 태양전지의 모듈에서 단락전류(Isc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 5는 종래 p형 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 5는 종래 p형 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
이하, 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법에 따른 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 p형 태양전지의 제조공정을 보면 실리콘 웨이퍼에 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계, 텍스처링된 상기 태양전지의 실리콘 웨이퍼 상에 포칼가스(PoCl3)를 확산시켜 n+ 도핑에 의해 에미터층을 형성하는 단계, 상기 도핑에 의해 생성되는 불순물을 포함하는 PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 후면 습식 제거하는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 질화막(SiNx:H)의 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계(a), 전면에 Ag 전극의 인쇄/건조 단계, 후면에 Al 전극 또는 Al 전극 및 Ag 버스바 전극의 인쇄/건조 단계(c), 열처리(Firing) 단계로 이루어지게 된다.
본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기한 종래 p형 태양전지의 제조에서 도핑에 의해 생성되는 불순물을 포함하는 PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 후면 습식 제거하는 단계 이후, p형 실리콘 웨이퍼의 전면 실리콘 질화막(SiNx:H) 위 및 태양전지 후면에 Al 산화막(AlOx)을 증착에 의해 적층하여 형성하는 공정을 추가 공정으로 간단하게 삽입하고(b), 그 다음에 상기한 전면전극 및 후면전극을 p형 실리콘 웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 인쇄/건조에 의해 형성하는 것으로 이루어진다. 이때 전면에 반사방지막이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼의 앞면과 뒷면에 Al 산화막(AlOx)을 증착하여 형성하는 것은 플라즈마 증착(PECVD), 스퍼터링(Sputtering), 원자층 증착법(ALD) 등에 의해 이루어진다.
따라서 상기 제조방법에 의해 이루어진 본 발명의 태양전지는, p형 실리콘 웨이퍼의 기판 전면에 n+ 에미터층과 반사방지막으로 실리콘 질화막(SiNx:H)을 형성한 이후에 알루미늄 산화막(AlOx)이 적층되고, 전면에 상기 n+ 에미터층과 접촉하는 Ag 전면전극이 형성되며, 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성된 Al 산화막(AlOx)의 일부가 개방되는 Al 패턴전극 또는 Al 패턴전극과 Ag 버스바 전극이 형성된다.
상기 Al 산화막(AlOx)의 두께와 형성방법은 전면 Ag 전극 및 n+ 에미터층의 조합에 따라 조절이 가능하나, 플라즈마 증착(PECVD)이나 스퍼터링(sputtering), 또는 원자층 증착법(ALD) 등으로 형성할 수 있다. 그 두께에 있어서는 2~20㎚인 것이 바람직하며 굴절률은 1.6~1.8인 것이 바람직하다. 상기 실리콘 질화막(SiNx:H)에 있어서도 두께는 50~100㎚이고, 굴절률은 1.9~2.3인 것이 바람직하다.
이와 같이 후면의 Al 산화막(AlOx)에 의해 패시베이션 기능을 수행함과 더불어, 반사방지막인 전면의 실리콘 질화막(SiNx:H)의 위에 형성되는 Al 산화막(AlOx)은 태양전지의 n+ 에미터를 수소화(hydrogenation)시켜, 금속 전극의 형성 단계에서 실리콘 질화막(SiNx:H) 내부의 수소가 태양전지의 외부로 탈출하는 현상을 최소화함으로써, 즉 상기 Al 산화막(AlOx)이 수소차단막으로 사용됨으로써 상기 태양전지의 표면 및 벌크(bulk)를 확실하게 패시베이션할 수 있게 된다. 또한 상기 Al 산화막(AlOx)의 적합한 두께와 상기 실리콘 질화막(SiNx:H)보다 조금 낮은 굴절률로 인해 태양전지의 전면(빛 수광부)를 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장영역의 빛의 선택성을 증가시켜, 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되는 반사방지막에 의한 패시베이션의 기능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴을 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 후면에는 Al 패턴전극(1)이 Al 산화막(AlOx)(2) 상에서 일정간격을 두고 사방으로 다수개 배열되는 원형 또는 사각형상으로 인쇄/건조에 의해 형성되며, 상기 Al 산화막(AlOx)(2)을 관통하여 형성된다. 이러한 Al 산화막(AlOx)(2)은 Al 패턴전극(1)에 의해 면적이 줄어드는데, 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 미만으로 형성하는 것이 바람직하며, 다시 말해 Al 패턴전극(1)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 이상이 된다.
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴을 도시한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 후면에는 Al 산화막(AlOx)(2) 상에 Al 패턴전극(1) 외에도 Ag 버스바(3) 전극도 인쇄/건조로 형성되는데, 상기한 바와 같이, 원형 또는 사각형상의 다수개의 Al 패턴전극(1) 사이에 버스바 전극(3)이 형성된다. 이러한 버스바 전극(3)과 Al 패턴전극(1)을 형성한 경우에도 Al 산화막(AlOx)(2)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 미만으로 형성하는 것이 바람직하며, 다시 말해 Al 패턴전극(1) 및 버스바 전극(3)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 이상이 된다.
이와 같이 실리콘 웨이퍼의 양면에 형성한 Al 산화막(AlOx)과 Al 패턴전극 때문에 패시베이션 효과가 더 좋아지며, 후면의 Al 산화막(AlOx)으로 인해 태양전지의 전면 막을 통과한 일부의 빛이 상기 후면의 Al 산화막(AlOx)에 의해 다시 내부로 반사되어 태양전지의 성능을 향상시킨다.
또한 후면의 전체 면적 일부에 Al 산화막(AlOx)을 형성함으로써 Al 패턴전극(1)을 형성하기 위한 Al 페이스트의 도포량을 줄일 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : Al 패턴전극 2 : Al 산화막(AlOx)
3 : 버스바 전극
3 : 버스바 전극
Claims (8)
- 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, 전면 반사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 p형 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 PSG 제거공정 이후 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되는 전면 반사방지막 위 및 태양전지 후면에 알루미늄 산화막(AlOx)을 각각 증착하여 형성하고, 상기 후면전극은 Al 패턴전극인 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 산화막(AlOx)의 두께는 2~20㎚이고, 굴절률은 1.6~1.8인 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막(SiNx:H)은 두께는 50~100㎚이고, 굴절률은 1.9~2.3인 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 산화막(AlOx)은 수소차단막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼의 후면 패턴전극에 의해 개방된 알루미늄 산화막(AlOx)의 면적이 50% 미만인 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 인쇄/건조된 버스바 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 증착법은 플라즈마 증착(PECVD)이나 스퍼터링(sputtering), 또는 원자층 증착법(ALD) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 만들어진 태양전지.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110246905A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-17 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种硅太阳能电池及其制备方法 |
| WO2024066884A1 (zh) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980020311A (ko) | 1996-09-06 | 1998-06-25 | 김광호 | n-p형 후면 반전층을 갖는 양면 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2012039088A (ja) * | 2010-06-17 | 2012-02-23 | Imec | シリコン表面をパッシベーションする方法 |
| KR20120023987A (ko) | 2010-09-03 | 2012-03-14 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| KR20130012495A (ko) | 2011-07-25 | 2013-02-04 | 한국에너지기술연구원 | 그리드 구조의 후면전극를 포함하는 태양전지 |
| KR101278441B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-07-01 | 한화케미칼 주식회사 | 일 단계 도핑공정을 이용한 ｅｗｔ 태양전지의 제조방법 |
| KR20140049624A (ko) * | 2012-10-17 | 2014-04-28 | 현대중공업 주식회사 | 태양전지 및 그의 제조방법 |
-
2014
- 2014-07-08 KR KR1020140085440A patent/KR101580220B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980020311A (ko) | 1996-09-06 | 1998-06-25 | 김광호 | n-p형 후면 반전층을 갖는 양면 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2012039088A (ja) * | 2010-06-17 | 2012-02-23 | Imec | シリコン表面をパッシベーションする方法 |
| KR20120023987A (ko) | 2010-09-03 | 2012-03-14 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| KR20130012495A (ko) | 2011-07-25 | 2013-02-04 | 한국에너지기술연구원 | 그리드 구조의 후면전극를 포함하는 태양전지 |
| KR101278441B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-07-01 | 한화케미칼 주식회사 | 일 단계 도핑공정을 이용한 ｅｗｔ 태양전지의 제조방법 |
| KR20140049624A (ko) * | 2012-10-17 | 2014-04-28 | 현대중공업 주식회사 | 태양전지 및 그의 제조방법 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110246905A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-17 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种硅太阳能电池及其制备方法 |
| CN110246905B (zh) * | 2019-05-31 | 2024-05-07 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种硅太阳能电池及其制备方法 |
| WO2024066884A1 (zh) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
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