KR101699312B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 한 예는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 위에 위치하고 상기 제1 도전성 타입의 고정 전하를 갖는 반사 방지부, 상기 반도체 기판의 상기 제1 불순물의 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성타입의 제2 불순물이 상기 반도체 기판에 선택적으로 도핑된 오믹 콘택(ohmic contact)부, 상기 오믹 콘택부 위에 위치하고 상기 오믹 콘택부와 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다. 이로 인해, 기판 내에 형성되는 오믹 콘택부로 인한 전하의 생존 시간 감소와 전하의 재결합량 증가 문제가 감소되거나 해소되어 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍의 전자와 전공은 p-n 접합에 의해 각각 해당 방향, 즉, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 단축시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 위에 위치하고 상기 제1 도전성 타입의 고정 전하를 갖는 반사 방지부, 상기 반도체 기판의 상기 제1 불순물의 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성타입의 제2 불순물이 상기 반도체 기판에 선택적으로 도핑된 오믹 콘택(ohmic contact)부, 상기 오믹 콘택부 위에 위치하고 상기 오믹 콘택부와 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 전극과 교차하는 방향으로 위치하는 반도체 전극을 추가로 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 전극과 나란한 방향으로 위치하는 반도체 전극을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 격자형으로 배치될 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 전극과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 상기 제1 전극과 교차하는 부분에서 상기 제1 전극과 연결되어 있는 버스바를 더 포함할 수 있다.
상기 오목 콘택부는 상기 버스바 하부에 위치하여 상기 버스바와 연결될 수 있다.
상기 반사 방지막은 상기 반도체 기판 위에 바로 위치하는 제1 막과 상기 제1 막 위에 위치하는 제2 막을 구비하고, 상기 제1 막은 상기 고정 전하를 갖고 있고, 상기 제2 막은 상기 고정 전하를 갖고 있지 않다.
상기 오믹 콘택부는 상기 반사 방지부 위에 더 위치할 수 있다.
상기 고정 전하 밀도는 2.0×012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠일 수 있다.
인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.25㎝ 내지 0.4㎝일 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 각각의 폭은 80㎛ 내지 120㎛일 수 있다.
상기 제1 전극은 빛이 입사되는 반도체 기판의 입사면에 위치하고, 상기 제2 전극은 상기 반도체 기판을 중심으로 상기 입사면의 반대편 면에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 전극과 접해 있는 상기 반도체 기판에 위치하는 전계부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 반도체 기판의 제1 부분에 오믹 콘택부를 선택적으로 형성하는 단계, 상기 오믹 콘택부가 형성되지 않은 상기 반도체 기판의 제2 부분 바로 위에 고정 전하 밀도를 갖는 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고 상기 오믹 콘택부에 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 반사 방지부는 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도를 갖는 것이 좋다.
상기 반도체 기판은 p형이고, 상기 반사 방지부는 양의 고정 전하 밀도를 갖가질 수 있다.
상기 반도체 기판은 n형이고, 상기 반사 방지부는 음의 고정 전하 밀도를 가질 수 있다.
상기 오믹 콘택부 형성 단계는 상기 반도체 기판에 불순물을 확산시켜 상기 오믹 콘택부를 형성할 수 있다.
상기 오믹 콘택부 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 불순물층을 선택적으로 형성하는 단계, 그리고 상기 불순물층 위에 열을 가하여, 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 불순물을 도핑하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오믹 콘택부 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분 위에 확산 방지막을 형성하는 단계, 상기 확산 방지막의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분을 드러내는 개구부를 상기 확산 방지막에 형성하는 단계, 상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계, 그리고 상기 반도체 기판 위에 남아있는 상기 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부와 상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는 상기 반도체 기판의 한 면 위에 반사 방지층을 형성하는 단계, 상기 반사 방지층 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 패턴은 상기 오믹 콘택부 위에 위치하고, 상기 반도체 기판의 열처리에 의해, 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지층을 관통하여 상기 오믹 콘택부와 연결되어 상기 오믹 콘택부와 연결되어 있는 상기 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 제2 전극 패턴은 상기 반도체 기판에 연결되어 상기 제2 전극을 형성하며, 상기 반사 방지층 중 상기 제1 전극 패턴이 관통하지 않은 부분은 상기 반사 방지부로 형성될 수 있다.
상기 오믹 콘택부 및 상기 반사 방지부 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 한 면 위에 반사 방지층을 형성하는 단계, 상기 반사 방지층의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분을 드러내는 개구부를 상기 반사 방지층에 형성하여 상기 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고 상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 개구부를 통해 드러난 상기 오믹 콘택부 바로 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 위에 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 반도체 기판의 열처리에 의해, 상기 제1 전극 패턴은 상기 오믹 콘택부와 연결되고, 상기 제2 전극 패턴은 상기 반도체 기판에 연결될 수 있다.
상기 오믹 콘택층은 투명한 도전성 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 오믹 콘택부 및 반사 방지부 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 한 면 위에 반사 방지층을 형성하는 단계, 상기 반사 방지층의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분을 드러내는 개구부를 상기 반사 방지층에 형성하여 상기 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고 상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분 위와 상기 반사 방지부 위에 상기 투명한 도전성 산화물을 형성하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 투명한 도전성 산화물은 스퍼터링법으로 형성되는 것이 좋다.
상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 개구부에 형성된 상기 오믹 콘택부 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 반도체 기판의 열처리에 의해, 상기 제1 전극 패턴은 상기 오믹 콘택부와 연결되고, 상기 제2 전극 패턴은 상기 반도체 기판의 상기 제2 부분에 연결될 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 기판 내에 형성되는 오믹 콘택부로 인한 전하의 생존 시간(life time) 감소와 전하의 재결합량 증가 문제가 감소되거나 해소되어 태양 전지의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지에서 전면 전극부와 오믹 콘택부의 형성 위치를 개략적으로 도시한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 4는 p형 기판에 n형 불순물이 도핑될 때, 기판의 깊이 변화에 따른 불순물 도핑 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 p형 기판에 n형 불순물이 도핑될 때, 기판의 깊이 변화에 따른 전하의 생존 시간의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예에 따른 태양 전지를 기준으로 하여, 본 발명의 한 실시에 따른 태양 전지에서 반사 방지부의 고정 전하 밀도 변화에 따른 단락 전류 밀도와 개방 전압의 증감량을 도시한 그래프이다.
도 7은 빛의 파장 변화에 따라 비교예에 따른 태양 전지와 본 발명의 한 실시에 따른 태양 전지의 외부 양자 효율(EQE) 변화를 각각 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 반사 방지부와 기판을 접합할 때 발생하는 에너지 밴드 변화를 도시한 도면이다.
도 9는 비교예에 따른 태양 전지를 기준으로 하여, 본 발명의 한 실시에 따른 태양 전지에서 반사 방지부의 고정 전하 밀도 변화에 따른 전력의 증감량을 도시한 그래프이다.
도 10은 비교예에 따른 태양 전지를 기준으로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따라 전면 전극 간의 간격 변화에 따른 전력 증감량을 각 고정 전하 밀도 별로 도시한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b은 본 발명의 한 실시예에 따른 오믹 콘택부를 형성하는 다른 예를 도시한 도면이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 다른 예를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 14 및 도 16은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예들에 대한 태양 전지에서 전면 전극부와 오믹 콘택부의 형성 위치를 개략적으로 도시한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 15 및 도 17는 각각 도 14 및 도 16에 도시한 태양 전지를 XV-XV 및XVII-XVII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 18, 도 20 및 도 22는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예들에 대한 태양 전지에서 전면 전극부와 오믹 콘택부의 형성 위치를 개략적으로 도시한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 19, 도 21 및 도 23은 각각 도 18, 도 20 및 도 22에 도시한 태양 전지를 XIX-XIX, XX-XX선 및 XXII-XXII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 25는 도 24에 도시한 태양 전지를 XXV-XXV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 26a 내지 도 26d는 도 24 및 도 25에 도시한 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 부분적으로 위치한 오믹 콘택부오믹 콘택부(ohmic contact region)(121), 기판(110) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 오믹 콘택부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 전면의 반대쪽에 위치하는 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함]에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(172), 그리고 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면에 위치하는 반사 방지부(130) 역시 텍스처링 표면을 가질 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이러한 기판(110)에 빛이 입사되면, 입사된 빛의 에너지로 인해 전자와 정공이 발생하게 된다.
오믹 콘택부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물을 갖는 불순물부로서, 기판(110)의 전면에 부분적으로 위치한다. 오믹 콘택부(121)의 불순물 도핑 농도는 기판(110)보다 높은 농도를 갖고 있다.
이때, 오믹 콘택부(121)는 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 오믹 콘택부(121)는 약 5Ω/sq. 내지 45Ω/sq. 의 면저항값을 갖고 있다.
오믹 콘택부(121)는 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 오믹 콘택부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다.
오믹 콘택부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 오믹 콘택부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 오믹 콘택부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 오믹 콘택부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 반사 방지부(130)는 빛이 투과되는 투명한 재료로 이루어져 있고 정해진 크기의 굴절률을 갖고 있어, 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 또한 기판(110)의 도전성 타입에 따라 양(positive) 또는 음(negative)의 고정 전하(fixed charge)를 갖는다.
예를 들어, 기판(110)이 p형 도전성 타입을 가질 때 반사 방지부(130)는 양의 고정 전하를 갖고, 기판(110)이 n형 도전성 타입을 가질 때 반사 방지부(130)는 음의 고정 전하를 갖는다.
반사 방지부(130)가 양의 고정 전하를 가질 경우, 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 반사 방지부(130)가 음의 고정 전하를 가질 경우, 반사 방지부(130)는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 반사 방지부(130)가 기판(110)의 도전성 타입에 따라 양 또는 음의 고정 전하를 갖고 있으므로, 기판(110)에서 생성된 전자와 정공은 각각 해당하는 방향으로 이동하게 되어, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)는 각각 자신 쪽으로 이동하는 해당 전하를 수집하게 된다.
예를 들어, 기판(110)이 p형일 경우, 반사 방지부(130)는 양의 고정 전하를 갖는 물질, 예, 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진다. 이로 인해, 반사 방지부(130)가 양 전하의 특성을 띄게 되므로, 반사 방지부(130)는 양 전하인 정공의 이동을 방해한다. 따라서, 반사 방지부(130)는 자신이 위치한 기판(110)의 전면 쪽으로 정공이 이동하는 것을 방해하는 반면, 자신과 반대로 음 전하 특성을 갖는 전자를 기판(110)의 전면 쪽으로, 즉, 반사 방지부(130)쪽으로 끌어 당긴다.
반대로, 기판(110)이 n형일 경우, 반사 방지부(130)는 음의 고정 전하를 갖는 물질, 예, 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어진다. 이로 인해, 반사 방지부(130)가 음 전하의 특성을 띄게 되므로, 음 전하인 전자의 이동을 방해한다. 따라서, 반사 방지부(130)는 자신이 위치한 기판(110)의 전면 쪽으로 전자가 이동하는 것을 방해하는 반면, 자신과 반대로 양 전하 특성을 갖는 정공을 기판(110)의 전면 쪽으로, 즉, 반사 방지부(130)쪽으로 끌어 당긴다.
반사 방지부(130)에 의해 전자와 정공의 방향성이 정해지면, 정해진 방향으로 각각 전자와 정공이 분리되어 이동하게 된다. 따라서, 전하의 이동 도중 전자와 정공이 만나 재결합되어 손실되는 양이 감소하고 반사 방지부(130)에 의한 해당 전하의 가속화 현상에 의해 전하의 이동 속도가 증가하여, 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
이러한 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)에서 반사 방지부(130) 쪽으로 이동한 전하(예, 전자)는 오믹 콘택부(121)로 이동한다. 즉, 오믹 콘택부(121)는 기판(110)보다 높은 농도로 불순물이 도핑되어 있으므로, 기판(110)보다 낮은 면저항값을 갖고 있다. 따라서 반사 방지부(130) 쪽으로 이동한 전하는 낮은 면저항값을 갖는 오믹 콘택부(121)로 모이게 된다.
이러한 동작을 위해 반사 방지부(130)는 약 2.0×1012/㎠ 내지 약 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도를 갖는다.
반사 방지부(130)는 약 70㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가지며, 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 80㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 안정적이고 용이하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 오믹 콘택부(121)가 좀더 안정적으로 연결된다.
반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)나 알루미늄(Al)을 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 실행한다. 따라서, 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능에 의해 결함에 의한 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다. 이때, 반사 방지부(130)는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하여 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산화 질화물(SiOxNy), 알루미늄 산화물(AlxOy) 및 티타늄 산화물(TiOx) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2와 달리 반사 방지부(130)가 다층막 구조를 가질 경우, 기판(110)과 접해 있는 최하부막은 이미 기술한 것처럼, 기판(110)이 도전성 타입에 따라 음 또는 양의 고정 전하를 가져야 하고, 이때 고정 전하 밀도의 크기는 약 2.0×1012/㎠ 내지 약 4.0×1012/㎠일 수 있다. 최하부막 위에 위치하는 다른 막은 빛의 반사 방지 효과를 향상시키거나 최하부막의 고정 전하 밀도에 의한 전하 분리 이동 동작을 보상할 수 있는 재료로 이루어지거나 굴절률을 가질 수 있다.
전면 전극부(140)는 오믹 콘택부(121)와 접해 있고, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다. 이러한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있다.
복수의 전면 전극(141)은 복수의 핑거 전극(finger electrode)이라고도 불리며 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있고, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다. 따라서, 각 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 교차 지점에서 만난다.
복수의 전면 전극(141)와 복수의 전면 버스바(142)는 오믹 콘택부(121)와 접해 있으므로, 오믹 콘택부(121)로 이동한 전하(예, 전자)를 수집한다.
이미 설명한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)는 금속 물질을 함유하고 있어 오믹 콘택부(121)보다 낮은 면저항값을 갖고 있으므로, 기판(110)에서 오믹 콘택부(121)로 이동한 전하는 오믹 콘택부(121)보다 낮은 저항값을 갖고 있는 해당 전면 전극(141)와 전면 버스바(142)로 이동하여 전면 전극(141)와 전면 버스바(142)의 연장 방향을 따라 각각 이동한다.
이때, 오믹 콘택부(121)의 도핑 농도로 인해, 오믹 콘택부(121)의 전도도가 증가하고 기판(110)과 전면 전극부(140) 사이의 오믹 콘택(obmic contact)을 형성하여 전면 전극부(140)와 오믹 콘택부(121) 간의 접촉 저항을 감소시켜 오믹 콘택부(121)로부터 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 양을 증가시킨다.
이로 인해, 오믹 콘택부(121)는 반사 방지부(130)쪽으로 이동하는 해당 전하를 손실 없이 전면 전극부(140)로 이동하기 위한 것이므로, 전면 전극부(140)와 접하는 기판(110)에 위치한다.
이미 설명한 것처럼, 오믹 콘택부(121)은 약 5Ω/sq. 내지 45Ω/sq. 의 면저항값을 갖고 있고, 오믹 콘택부(121)의 면저항값이 약 5Ω/sq.이상일 경우, 오믹 콘택부(121)를 형성하기 위한 시간이나 열처리 온도를 증가시키지 않고 전면 전극부(141)와의 안정적인 오믹 콘택을 형성하게 되고, 오믹 콘택부(121)의 면저항값이 약 45Ω/sq.이하일 경우, 기판(110)에서 전면 전극부(140)로의 전하 이동이 안정적으로 이루어지는 오믹 콘택이 형성된다.
이와 같이, 전하는 오믹 콘택부(121)에서 각 접해 있는 해당 전면 전극(141)으로 이동한 후 해당 전면 전극(141)을 따라 이동하다 전면 전극(141)과 만나는 전면 버스바(121)를 따라 이동하게 된다. 결국, 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)을 따라 이동한 전하를 수집하여 원하는 방향으로 전하를 이동시킨다.
이처럼, 각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 훨씬 크다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 도 3에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
이미 설명한 것처럼, 오믹 콘택부(121)는 전면 전극부(140) 하부에서 전면 전극부(140)를 따라 위치하므로, 도 3에 도시한 것처럼 오믹 콘택부(121)는 전면 전극부(140)과 마찬가지로 격자 형상을 갖는다. 이때, 오믹 콘택부(121)는 복수의 전면 전극(141) 하부에 위치하는 제1 부분과 복수의 전면 버스바(142) 하부에 위치하는 제2 부분으로 나눠진다.
도 3에 도시한 것처럼, 전면 전극(141) 하부에 위치한 오믹 콘택부(121)의 제1 부분의 폭(W21)은 각 전면 전극(141)의 폭(W2)보다 크고, 전면 버스바(142) 하부에 위치한 오믹 콘택부(121)의 제2 부분의 폭(W22)은 각 전면 버스바(142)의 폭(W3)보다 크다. 이로 인해, 오믹 콘택부(121) 위에 위치하는 전면 전극부(140)의 설계 여유도가 증가된다.
본 예에서, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W1)은 약 0.25㎝ 내지 0.4㎝이고, 각 전면 전극(141)의 폭(W2)은 약 80㎛ 내지 120㎛이다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)에 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다. 대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151) 위에서 복수의 전면 버스바(142)와 마주보게 위치한다. 이로 인해, 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)과 연결되어 있다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)를 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 반도체부인 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 반사 방지부(130)의 고정 전하에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, 반사 방지부(130)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 반사 방지부(130) 쪽으로 이동한 전자는 오믹 콘택부(121)를 통해 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 후면 전극(151)에 의해 수집된 후 복수의 후면 버스바(152)로 이동하여 해당 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
p-n 접합을 형성하는 오믹 콘택부를 빛이 입사되는 기판의 전면 전체에 형성하는 비교예와는 달리, 태양 전지(11)에서는 전면 전극부(140)로의 전하 이동을 효율적으로 행하기 위해 전면 전극부(140)와 접하는 기판(110)의 부분에만 오믹 콘택부를 형성한다.
이로 인해, 비교예의 경우보다 본 예에 따른 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
반도체 기판에 p형 또는 n형의 불순물을 도핑하여 오믹 콘택부를 형성할 경우, 도 4에 도시한 것처럼, 기판의 표면에서부터 깊이가 증가할수록 불순물의 도핑 농도를 감소하는데, 어느 부근에서 불순물의 도핑 농도는 급격히 감소한다.
일반적으로 기판의 표면에서부터 기판의 내부 쪽으로 불순물이 확산되기 때문에, 기판의 표면에 가까울수록 불순물의 도핑 농도는 증가한다. 따라서, 기판의 표면 쪽으로 갈수록 고체 용해도(solid solubility) 이상의 불순물이 주입되어 기판 내부로 확산된 불순물이 정상적으로 기판의 물질, 즉 실리콘(Si)과 결합하지 못하는(용해되지 않는) 비활성 불순물의 농도는 증가하고, 이들 비활성 불순물들은 데드 레이어(dead layer)를 형성한다.
예를 들어, p형의 실리콘 기판에 POCl3 가스를 확산시켜 n형의 오믹 콘택부를 형성할 때, 기판 내부에 불순물인 인(P) 원소가 뭉쳐 있는 클러스터(cluster)를 형성하거나 홀로 존재하는 인(P) 원소가 존재하고, 이들은 실리콘(Si)과 정상적으로 결합되지 않으므로, 비활성 불순물로 작용한다.
불순물의 도핑 농도가 증가할수록 이들 비활성 불순물 농도 역시 증가하므로, 도 4에 도시한 것처럼, 비활성 불순물 농도 역시 기판의 표면 쪽으로 갈수록 증가한다.
이러한 비활성 불순물은 기판의 표면에 존재하여 기판의 표면 쪽으로 이동하는 전하와 결합하여 기판 표면 쪽으로 이동하는 전하를 소멸시키고, 소수 캐리어(minority carrier)인 전하(예, p형 기판일 경우, 전자)의 이동을 방해하여, 도 4에 도시한 것처럼, 전하의 생존 시간(life time)을 감소시킨다. 또한, 빛이 입사되는 기판의 입사면에 오믹 콘택부가 위치할 경우, 기판으로 입사되는 빛, 예들 들어 단파장대 빛이 오믹 콘택부에 흡수되어, 기판 내로 입사되는 빛의 양을 감소시켜 기판에서 생성되는 전자와 정공의 양이 줄어든다.
따라서, 본 예와 같이, 기판(110)의 전면 전체에 오믹 콘택부를 위치시키는 대신, 전면 전극부(140)와 접촉되는 기판(110)에만 오믹 콘택부(121)를 위치시키므로, 오믹 콘택부, 특히 오믹 콘택부의 데드 레이어에 대한 전하의 손실이나 생존 시간 감소로 인해 반사 방지부(130) 쪽으로 이동하는 전하량 감소가 방지되고, 기판(110)으로 입사되는 빛이 양이 증가한다.
하지만, 본 예와 같이, 기판(110)과 전면 전극부(140) 간의 오믹 콘택을 위해, 전면 전극부(140)와 접해 있는 부분에만 오믹 콘택부(121)를 형성할 경우, 기판(110)의 제1 도전성 타입과 p-n 접합되는 오믹 콘택부(121)의 형성 면적이 크게 감소함에 따라 p-n 접합 면적이 크게 줄어든다.
이로 인해, p-n 접합 시 발생하는 공핍층의 고정 전하에 의한 드리프트 전류(drift current)로 인해 발생하는 기판(110)의 전자와 정공의 방향성 있는 움직임(즉, 전자는 n형으로 이동하고, 정공은 p형으로 이동하는 현상)이 발생하지 않게 된다. 하지만, 본 예의 경우, 이미 기재한 것처럼, 반사 방지부(130)의 고정 전하를 이용하여 전하의 분리 및 이동 현상이 안정적으로 발생하게 된다.
따라서, 본 예는 오믹 콘택부(121)의 형성 면적을 감소시켜, 오믹 콘택부(121)에서 발생하는 전하 재결합으로 인한 전하 손실 및 전하의 생존 시간 감소의 문제는 해소하고 기판(110)에서 발생하는 전자와 정공의 분리 및 이동은 정상적으로 행해지므로, 본 예에 따른 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
이와 같이, 안정적으로 기판(110)에서 생성된 전자와 정공의 분리 및 이동을 수행하기 위해, 본 예의 반사 방지부(130)는 해당 전하를 좀더 확실하게 반사 방지부(130) 쪽으로 이동시켜야 하므로 소정 크기 이상의 고정 전하를 가져야 한다. 예를 들어, 이미 기재한 것처럼, 반사 방지부(130)는 2.0×1012/㎠ 이상의 고정 전하 밀도를 갖는다.
다음, 도 6 내지 10을 참고로 하여, 비교예와 본 예에 따른 태양 전지의 동작특성을 살펴본다.
도 6 내지 도 10에서 도면 부호 "Ref"라고 명기된 그래프는 비교예에 해당하는 그래프이고 나머지 그래프는 본 예에 따른 태양 전지에 해당하는 그래프이다.
본 예에 따른 태양 전지와 비교예에 따른 태양 전지는 기판과 p-n 접합을 이루는 오믹 콘택부의 형성 면적 차이를 제외하면 모두 동일하다. 즉, 본 예에 따른 태양 전지에서 오믹 콘택부는 전면 전극부와 접하는 기판 부분에만 위치하는 반면, 비교예에 따른 태양 전지에서 오믹 콘택부는 전면 전극부의 하부뿐만 아니라 전면 전극부가 존재하지 않은 기판의 전면에도 오믹 콘택부가 존재한다.
먼저, 도 6을 참고로 하여, 본 예에 따른 태양 전지(11)에서 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도 변화에 따른 단위 단락 전류(Jsc)와 개방 전압(Voc)의 변화량을 비교예의 경우와 비교하여 살펴본다.
도 6에 도시한 것처럼, 단위 단락 전류(Jsc)는 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도에 무관하게 거의 일정한 수준으로 비교예의 경우(Ref)보다 증가했음을 알 수 있다.
즉, 본 예의 경우, 금속 물질을 함유하여 기판(110)으로 입사되는 빛을 차단하는 전면 전극부(140) 하부에만 오믹 콘택부(121)가 위치하고 기판(110) 속으로 빛을 입사시키는 부분, 즉 전면 전극부(140)가 위치하지 않는 부분에는 오믹 콘택부가 위치하지 않으므로, 오믹 콘택부(121) 자체에서의 빛 흡수 현상이 발생하지 않는다.
이로 인해, 전면 전극부(140)가 존재하지 않은 기판(110) 부분에 오믹 콘택부(121)가 존재하는 비교예의 경우보다 기판(110) 내부로 흡수되는 빛의 양이 크게 증가하고, 이로 인해, 기판(110) 내에서 생성되는 전자와 정공의 양이 비교예의 경우보다 크게 증가한다. 즉, 도 7을 참고로 하면, 단파장대 영역인 약 300㎚ 내지 350㎚의 빛의 파장대에서 비교예의 경우(Ref)보다 본 예의 태양 전지(11)에 대한 외부 양자 효율(EQE)이 향상되었다. 따라서, 본 예의 태양 전지(11)는 입사면에 오믹 콘택부가 존재하지 않으므로, 비교예의 경우보다 기판(110)으로 입사되는 빛, 특히 단파장대의 빛이 증가하였다.
이로 인해, 기판(110)으로 입사되는 빛의 증가로 인해, 기판(110)에서 생성되는 전자와 정공의 양이 증가하여 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)를 통해 흐르는 전하의 양이 늘어나 본 예에 따른 태양 전지의 단락 전류 밀도(Jsc)는 증가하게 된다.
개방 전압(Voc)의 경우, 도 6을 참고로 하면, 반사 방지부(130)의 고정 전하밀도가 약 1.0×1012/㎠ 미만일 경우엔 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 개방 전압(Voc)은 비교예의 경우(Ref)보다 감소하였다. 하지만, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 약 1.0×1012/㎠ 이상일 경우, 본 예에 따른 태양 전지(11)의 개방 전압(Voc)은 비교예의 경우(Ref)의 경우보다 증가함을 알 수 있다.
이러한 개방 전압(Voc) 역시 기판(110)으로 입사되는 빛의 양의 증가에 따라 기인한다.
또한, 반사 방지부(130)의 고정 전하로 인해, 도 8에 도시한 것처럼, 기판(110)과 반사 방지부(130)의 접합에 의해 기판(110)과 반사 방지부(130)의 접합면에서 반사 방지부(130)의 표면으로 갈수록 반사 방지부(130)에서의 에너지 밴드(energy band)의 벤딩(bending) 현상이 발생하고, 이로 인해 개방 전압(Voc)이 발생한다. 이로 인해, 반사 방지부(130)의 고정 전하를 이용하여 오믹 콘택부(121)에 의한 p-n 접합 효과를 얻을 수 있음을 알았다. 도 8에서 "Ef"는 페르미 준위(Fermi level)을 나타내고, "Ec"는 전도대(conduction band), 그리고 "Ev"는 가전자대(valance band)를 나타낸다.
다음, 도 9를 참고로 하여 비교예에 대한 본 예의 태양 전지의 전력(power)의 증감량을 살펴본다.
도 9에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 약 1.0×1012/㎠ 이상일 경우, 본 예의 태양 전지(11)는 비교예의 경우(Ref)보다 높은 전력을 한다. 이때, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 약 2.0×1012/㎠ 될 때까지 태양 전지(11)의 전력 증가량은 가파르게 상승한 후 약 2.0×1012/㎠ 이상이 되면서 전력 증가량은 크게 변하지 않고 안정 상태를 유지하였다.
따라서 안정적인 전력 증가를 얻기 위해, 반사 방지부(130)는 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도는 가질 수 있다.
이러한 도 6 내지 도 9를를 참고로 하면, 반사 방지부(130)의 고정 전하가 약 2.0×1012/㎠ 이상일 경우, 태양 전지(11)의 단위 단락 전류(Jsc) 및 개방 전압(Voc) 그리고 전력이 안정적으로 증가하여 태양 전지(11)의 효율이 안정적으로 향상되고, 반사 방지부(130)의 고정 전하가 약 4.0×1012/㎠ 이하일 경우 좀더 용이하게 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도를 제어한다.
다음, 도 10을 참고로 하여 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도와 전면 전극(141)간의 간격 변화에 따른 전력 변화량을 살펴본다.
도 10에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 감소할수록 비교예의 경우보다 전력이 감소함을 알 수 있다.
또한, 전면 전극(141)간의 간격이 증가함에 따라 태양 전지의 전력은 비교예의 경우보다 감소한다. 이처럼 전면 전극(141)의 간격이 증가할수록 오믹 콘택부(121)보다 높은 면저항값을 갖는 기판(110)에서 인접한 전면 전극(141)까지 이동하는 전하의 이동 거리가 증가함에 따라 태양 전지의 전력은 감소하게 된다.
하지만, 도 10을 참고로 하면, 전면 전극(141)간의 간격이 어느 값 이하일 경우에도 태양 전지의 전력이 감소함을 볼 수 있다. 이처럼, 전면 전극(141) 간의 간격이 어느 시점 이하로 감소하면, 기판(110)의 전면 위에 위치하는 전면 전극(141)의 개수가 증가함에 따라 기판(110)의 전면 전체에서 빛의 입사를 방해하는 전면 전극(141)의 형성 면적이 증가하게 된다. 즉, 빛의 입사 면적이 감소하게 된다. 따라서, 도 10에 도시한 것처럼, 기판(110)에서 전면 전극(141) 간의 전하 이동 거리를 단축하기 위해 전면 전극(141) 간의 간격을 너무 좁힐 경우, 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 줄어들어, 태양 전지의 전력을 오히려 감소하게 된다.
도 10을 살펴보면, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠을 가질 경우 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격이 0.25㎝ 내지 약 0.4㎝일 때, 태양 전지의 전력이 비교예의 경우보다 증가하였고, 또한 안정적으로 전력을 유지하였다. 따라서, 본 예의 경우, 입사 면적 감소로 인한 전력 감소를 방지하면서 전면 전극(141)으로의 전하 이동 거리를 효율적으로 단축하여 태양 전지의 전력을 향상시키기 위한 전면 전극(141)간의 간격(W1)은, 이미 기술한 것처럼, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도가 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠일 때, 0.25㎝ 내지 약 0.4㎝일 수 있다.
다음, 도 11a 내지 도 11d 그리고 도 12a 및 도 12b를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법의 한 예를 설명한다.
먼저, 도 11a에 도시한 것처럼, p형 기판(110)의 한 면, 즉, 빛이 입사되는 입사면 위에 부분적으로 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 도포한 후 건조시켜 불순물막(21)을 형성한다. 이때, 기판(110)이 n형일 경우, 불순물막(21)은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
불순물막(21)은 해당 도전성 타입의 불순물을 함유하는 잉크(ink) 등을 원하는 위치에 도포한 후 건조시켜 형성되거나, 불순물을 함유한 페이스트를 원하는 부분에 선택적으로 도포하여 형성될 수 있다. 또한 열확산법을 이용하여 기판(110)의 표면 위에 인을 포함하는 산화물(phosphorus silicate glass, PSG)나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)와 같은 불순물 산화막을 형성하여 이 불순물 산화막을 불순물막(21)으로 이용할 수 있다.
그런 다음, 도 11b에 도시한 것처럼, 불순물막(21)에 레이저 빔(laser beam)을 조사하여, 기판(110)의 전면에 5가 원소의 불순물이 도핑된 n형의 오믹 콘택부(121)를 선택적으로 형성한다. 이때, 오믹 콘택부(121)은 약 5Ω/sq. 내지 45Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있다. 그런 다음, 기판(110)의 전면 위에 남아 있는 불순물막(21)을 DHF(dilute HF) 용액 등을 이용하여 제거된다. 이로 인해, 기판(110) 전면의 해당 부분에만 오믹 콘택부(121)가 형성된다.
하지만, 이와는 달리, 도 12a 및 도 12b에 도시한 것처럼 다른 방식으로 오믹 콘택부(121)를 형성한다.
즉, 도 12a에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화물(SiOx) 등으로 이루어진 확산 방지막(20)을 형성한 후, 레이저 등을 확산 방지막(20)의 원하는 부분에 조사하여 기판(110)을 노출하는 개구부(181)를 형성한다(도 12b). 이때, 원치 않는 기판(110)의 부분에 불순물의 확산이 이루어지지 않도록 확산 방지막(20)의 두께 등을 제어한다.
그런 다음, 이온 주입법이나 열확산법을 이용하여, n형 불순물을 기판(110)에 주입하여 기판(110)의 전면에 부분적으로 오믹 콘택부(121)를 형성한다. 그런 다음, 기판(110) 위에 남아있는 확산 방지막(20) 및 오믹 콘택부(121) 위에 형성된 산화막과 같은 불순물을 제거한다.
이때, 이온 주입법으로 오믹 콘택부(121)를 형성할 경우, 기판(110)의 전면에만 오믹 콘택부(121)가 형성되는 반면, 열확산법으로 오믹 콘택부(121)를 형성할 경우, 개구부(181)를 통해 노출된 기판(110)의 전면뿐만 아니라 기판(110)의 측면 및 후면까지 오믹 콘택부(121)가 형성된다. 필요할 경우, 기판(110)에 오믹 콘택부(121)를 형성하기 전에, 기판(110)의 전면에 텍스처링 공정을 수행하여, 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있다.
이처럼, 기판(110)의 전면에 오믹 콘택부(121)를 형성한 후, 도 11c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 반사 방지부(130)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)은 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다. 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도는 실리콘 질화막을 형성하기 위해 인가되는 실란 가스(SiH4)와 암모니아 가스(NH3)의 공급량을 조절하여 변경 가능하다.
이와 같이, 기판(110)이 p형일 경우, 양(+)의 고정 전하를 갖는 실리콘 질화물로 반사 방지부(130)을 형성하지만, 기판(110)이 n형일 경우, 반사 방지부(130)는 음(-)의 고정 전하를 갖는 알루미늄 산화물(Al2O3) 등으로 형성될 수 있다.
다음, 도 11d에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130) 위에 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여, 은(Ag)을 함유한 전면 전극용 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜 전면전극부 패턴(40)을 형성하고, 기판(110)의 후면에 알루미늄(Al)을 함유한 후면 전극용 페이스트를 이용한 후 건조시켜 후면전극 패턴(51)을 형성하며, 후면 전극 패턴(51) 위에 은(Ag)을 함유한 후면 버스바용 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜 후면버스바 패턴(52)을 형성한다.
이때, 전면 전극부 패턴(40)은 오믹 콘택부(121)가 위치한 기판(110) 위에만 위치하며, 전면전극 패턴(41)과 전면버스바 패턴(42)을 구비한다. 따라서, 기판(110)의 전면에 형성된 오믹 콘택부(121)는 서로 이격되어 나란하게 제1 방향으로 길게 뻗어 있는 제1 부분과 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격되어 나란하게 뻗어 있는 제2 부분으로 이루어지고, 이들 제1 부분과 제2 부분은 교차 지점에서 서로 만난다. 이때, 전면전극 패턴(41)은 제1 부분 위에 위치할 수 있고, 전면버스바 패턴(42)은 제2 부분 위에 위치할 수 있다.
이때, 이들 패턴(40, 51, 52)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 전면 전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(51)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극부 패턴(40), 후면 전극 패턴(51) 및 후면버스바 패턴(52)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 열처리 공정을 시행하여, 오믹 콘택부(121)와 접촉하고 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 기판(110)과 연결되는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)에 연결되어 있는 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150), 그리고 후면 전극(151)와 접하는 기판(110) 내에 후면 전계부(172)를 형성한다.
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극용 페이스트가 납 성분(PbO) 등을 함유하고 있으므로 전면전극부 패턴(40) 역시 납 성분(PbO) 등에 의해, 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 반사 방지부(130)를 관통하여 하부에 위치하는 오믹 콘택부(121)와 접촉하는 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)가 형성되어 전면 전극부(140)가 완성된다. 이로 인해, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)가 완성된다.
이때, 전면전극부 패턴(40)의 전면전극 패턴(41)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 전면버스바 패턴(42)은 복수의 전면 버스바(142)가 된다.
또한, 열처리 공정에 의해, 후면 전극 패턴(51)과 후면버스바 패턴(52)은 각각 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 형성되고, 후면 전극 패턴(51)에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(110) 내부로 확산되어 기판(110) 내부에 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물부인 후면 전계부(172)가 형성된다. 이로 인해, 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)와 접촉하여 기판(110)과 전기적으로 연결된다.
이때, 오믹 콘택부(121)가 열확산법으로 형성되어 기판(110)의 전면뿐만 아니라 후면에도 오믹 콘택부(121)가 존재할 경우, 후면 전극 패턴(51)의 알루미늄은 기판(110)의 후면에 형성된 오믹 콘택부(121) 뿐만 아니라 그 넘어서까지 기판(110)으로 확산되어 기판(110) 내부에 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(172)이 역시 형성된다.
이와 같이, 기판(110)의 전면에 부분적으로 오믹 콘택부(121)가 위치함에 따라, 기판(110)의 후면에 오믹 콘택부(121)가 위치하지 않고 또한 기판(110)의 후면에 오믹 콘택부(121)가 위치하더라고 이미 기판(110)의 전면에 위치한 오믹 콘택부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있지 않으므로, 기판(110)의 전면에 위치한 오믹 콘택부(121)와 후면에 위치한 오믹 콘택부 간의 전기적인 연결을 차단하기 위한 별도의 측면 분리(edge isolation) 공정이 불필요하다. 따라서 태양 전지(11)의 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.
다음, 도 13a 내지 도 13d를 참고로 하여, 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 다른 제조 방법에 대하여 설명한다.
이미, 도 12a 및 도 12b를 참고로 하여 설명한 것과 유사하게, 실리콘 질화물(SiNx)과 같이, 기판(110)의 도전성 타입에 따라 해당하는 극성의 고정 전하 밀도를 갖는 반사 방지층(30)을 기판(110)의 전면 위에 형성한 후(도 13a), 레이저 빔 등을 이용하여 반사 방지층(30)의 일부를 제거하여 기판(110) 일부를 노출하는 개구부(182)를 갖는 반사 방지부(130)를 형성한다(도 13b).
그런 다음, 이온 주입법이나 열확산법을 이용하여 해당 도전성 타입의 불순물을 노출된 기판(110)에 주입하여, 기판(110)에 부분적으로 오믹 콘택부(121)를 형성한 후, 반사 방지부(130) 위 및 노출된 기판(110) 위에 형성된 PSG나 BSG 등과 같은 잔여물은 DHF 용액 등을 이용하여 제거된다(도 13c).
이때, 공정실에 노출된 반사 방지부(130)에도 불순물이 도핑되지만, PSG나 BSG의 식각 공정을 통해 반사 방지부(130)의 표면에 형성된 불순물층은 거의 제거되고 또한 반사 방지부(130) 내부에 주입된 불순물에 의한 고정 전하 밀도의 특성 변화는 크게 발생하지 않는다.
그런 다음, 도 13d에 도시한 것처럼, 도시한 것처럼, 이미 11d를 참고로 하여 설명한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 노출된 기판(110) 위, 즉 오믹 콘택부(121) 위에 전면전극 패턴(41)과 전면버스바 패턴(42)으로 이루어진 전면전극부 패턴(40)을 형성하고, 기판(110)의 후면에 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)을 형성한 후, 열처리하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비하고 오믹 콘택부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있는 전면 전극부(140) 그리고 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 형성한다
이러한 공정을 통해 태양 전지(11)를 형성할 경우, 기판(110) 일부분에만 불순물을 도핑하기 위해 기판(110)의 전면에 형성된 반사 방지부(130)를 확산 방지막으로 이용하므로, 기판(110) 일부에 오믹 콘택부(121)를 형성하는 공정이 간단해진다. 이로 인해, 태양 전지(11)의 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.
또한, 이미 반사 방지부(130)의 일부가 제거된 후 그 위에 전면 전극부 형성 공정이 행해지므로, 전면전극부 패턴(40)은 반사 방지부(130)를 관통할 필요가 없다. 이로 인해, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)을 형성하기 위한 열처리 온도가 낮아지므로, 열로 인한 기판(110)과 그 위에 위치한 구성 요소들의 열화 현상이나 물리적인 특성 변화가 감소되거나 방지된다.
이러한 실시예에 따른 태양 전지는 도 14 내지 도 23에 도시한 것과 같이 다른 예의 태양 전지(12-16)로 구현된다.
이들 예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)과 비교할 때, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 14 및 도 15를 참고로 하여 태양 전지(12)를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 유사하게, 본 예에 따른 태양 전지(12)는 기판(110)의 전면에 부분적으로 위치한 오믹 콘택부(121), 기판(110) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 전면의 반대쪽에 위치하는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계부(172), 그리고 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
하지만, 도 14에 도시한 것처럼, 오믹 콘택부(121)의 형성 위치가 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 상이하다.
즉, 도 14에 도시한 것처럼, 오믹 콘택부(121)는 복수의 전면 전극(141) 하부에만 위치하고 있어, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)가 교차하는 부분을 제외하면 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부가 위치하지 않는다. 이로 인해, 복수의 전면 버스바(142)는 기판(110)과 바로 접해 있고, 본 예에 따른 오믹 콘택부(121) 역시 격자 형태가 아니라 서로 이격되어 복수의 전면 전극(141)을 따라 나란히 뻗어 있는 스트라이프 형태를 갖고 있다. 따라서, 오믹 콘택부(121)는 복수의 전면 전극(141)의 형성 개수와 동일한 개수를 갖는 복수 개로 형성된다.
이로 인해, 도 1 및 도 2와 비교할 때, 오믹 콘택부(121)의 형성 면적이 감소한다.
각 전면 전극(141)은 약 80㎛ 내지 120㎛의 폭을 갖고 있고, 각 전면 버스바(142)는 약 1.5㎜ 내지 2㎜의 폭을 갖고 있다. 즉, 전면 버스바(142)는 각 전면 전극(141)의 폭보다 훨씬 큰 폭을 갖고 있으므로, 전면 버스바(142)와 기판(110)과의 접합 면적이 각 전면 전극(141)간의 접합 면적보다 훨씬 크다.
따라서, 도 1 및 도 2의 경우와 같이 전면 버스바(142)와 기판(110)과의 접합면에 오믹 콘택 형성을 위한 별도의 오믹 콘택부를 형성하지 않아도 기판(110)과 전면 버스바(142)간의 전하 전송 효율을 크게 감소하지 않는다. 또한, 전면 버스바(142)는 기판(110)의 전면 쪽으로 이동한 전하를 기판(110)으로부터 수집하는 전면 전극(141)과는 달리 주로 전면 전극(141)을 통해 전송되는 전하를 전면 전극(141)으로부터 수집하는 역할을 수행하므로, 기판(110)과 전면 버스바(142) 간의 접촉 저항이 기판(110)과 전면 전극(141)간의 접촉 저항만큼 양호하지 않아도 복수의 전면 버스바(142)에 의한 태양 전지(12)의 전하 수집에 크게 악영향을 주지 않는다.
하지만, 고농도의 불순물부인 오믹 콘택부(121)의 형성 면적이 감소하므로, 오믹 콘택부(121)의 고농도 불순물에 의해 기판(110) 내의 전하가 손실되는 양이 감소하므로 전하의 수집량은 증가한다.
또한, 도 16 및 도 17에 도시한 태양 전지(13)는 도 14 및 도 15와 비교할 때, 전면 전극(141a)은 격자 형태로 배치되어 있다. 전면 전극(141a)은 전면 버스바(142)와 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 부분(411)과 전면 버스바(142)과 같은 방향으로 뻗어 있어 복수의 전면 버스바(142)와 교차하지 않는 복수의 제2 부분(412)을 포함한다. 즉, 도 14 및 도 15의 전면 전극(141)과 비교할 경우, 전면 전극(141a)은 복수의 제2 부분(412)를 더 구비하고 있다.
오믹 콘택부(121a)는 전면 전극(141a) 하부에 위치하여 전면 전극(141a)을 따라 뻗어 있으므로, 오믹 콘택부(121a) 역시 전면 전극(141a)의 제1 부분(411) 하부에 위치한 제1 부분(211)과 전면 전극(141a)의 제2 부분(412) 하부에 위치한 제2 부분(212)을 구비한다.
도 16 및 도 17에서, 전면 전극(141a)과 교차하는 부분을 제외하고 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부(121)가 위치하지 않지만, 이미 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부(121)가 위치할 수 있다.
이와 같이, 전면 전극(141a)의 형성 위치가 증가하므로, 전면 전극(141a)으로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들어 이동 방향이 증가하므로, 전면 전극(141a)에 의해 수집되는 전하의 양이 증가한다. 전면 전극(141a)의 형성 면적 증가로 인해 인접한 두 전면 전극(141a) 간의 간격[즉, 인접한 두 제1 부분(411)간의 간격과 인접한 두 제2 부분(412) 간의 간격]을 증가시킬 수 있다. 이럴 경우, 태양 전지(13)의 입사 면적이 증가하므로, 태양 전지(13)에서 생성되는 전하의 양은 더욱 증가한다.
이러한 태양 전지(13)의 경우에도, 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부(121)가 위치할 수 있다.
다음, 도 18 내지 도 23을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 또 다른 예들을 설명한다.
도 18 내지 도 23에 도시한 태양 전지는 이미 설명한 도 14 내지 도 17에 도시한 태양 전지(12, 13) 중 하나에 도시된 구조에 반도체 전극을 더 추가한 구조를 갖고 있다.
도 18 내지 도 23에 도시된 반도체 전극은 오믹 콘택부(121)와 동일하게 제1도전성 타입의 기판(110)에 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 불순물부로서 오믹 콘택부(121)를 형성할 때 함께 형성된다. 이때, 반도체 전극은 오믹 콘택부(121)와 동일한 면저항값을 갖고 있으므로, 반도체 전극의 면저항값은 약 5Ω/sq. 내지 45Ω/sq. 일 수 있다. 또한 반도체 전극은 오믹 콘택부(121)와 같은 불순물 도핑 깊이(또는 불순물 도핑 두께)와 불순물 도핑 농도를 갖는다.
하지만, 오믹 콘택부(121) 위에는 전면 전극(141)이 위치하는 반면, 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142) 중 적어도 하나와 교차하는 부분을 제외하면, 반도체 전극 위에는 투명한 물질인 반사 방지부(130)가 바로 위치하여 반도체 전극으로 빛의 입사가 행해진다.
즉, 본 예의 경우, 제1 도전성 타입으로 도핑된 기판(110)에 제2 도전성 타입의 불순물을 도핑하여 기판(110)보다 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 제2 도전성 타입의 불순물부를 형성할 경우, 일부는 오믹 콘택부(121)로 되고 나머지는 반도체 전극으로 된다.
일반적으로 면저항값이 높은 부분을 통해 이동할 때보다 면저항값이 낮은 부분을 통해 이동할 때, 전하의 이동은 보다 용이하게 행해지고, 불순물 도핑 농도가 증가할 수록 해당 부분의 전도도는 증가하게 된다.
따라서, 본 예와 같이, 해당 전하(예, 전자)가 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)로 이동할 경우, 높은 면저항값을 갖는 기판(110)에 위치한 전하는 자신보다 낮은 면저항값을 갖고 있고 자신이 위치한 곳에서부터 가까운 곳에 위치하는 오믹 콘택부(121)나 반도체 전극(123)으로 이동하게 된다. 따라서, 반도체 전극(123)으로 이동한 전하는 양호한 전도도를 갖는 반도체 전극(123)을 따라 이동하게 된다. 이러한 반도체 전극은 금속을 함유하고 있어 반도체 전극보다 높은 전면 전극(141)과 전면 버스바(142) 중 적어도 하나와 접해 있으므로, 반도체 전극을 따라 이동하는 전하는 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)을 만나면 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142) 쪽으로 이동하게 된다.
이와 같이, 반도체 전극의 형성으로 인해, 전하는 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)뿐만 아니라 인접한 반도체 전극으로도 이동하게 되고, 이로 인해, 전하의 이동 방향이 증가하며 또한 전하의 이동 거리는 감소하게 된다. 따라서 감소한 전하의 이동 거리에 의해, 기판(110) 내의 불순물이나 결함 등에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 반도체 전극 위에 투명한 반사 방지부(130)만 존재하므로, 반도체 전극으로 인한 입사 면적의 감소는 발생하지 않고, 대신 이미 기재한 것처럼, 전하의 이동 거리 감소와 전하 손실량 감소 등으로 인해, 빛의 입사 면적을 감소시키지 않으면서 각 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다.
또한, 반도체 전극의 존재로 인해 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양이 증가하여 전면 전극(141)의 설계 여유도가 증가한다. 즉, 전면 전극(141)을 보조하는 역할을 수행하는 반도체 전극에 의해 수집되는 전하의 양이 증가하므로, 전면 전극(141)간의 간격을 증가시켜도 전하의 수집량 감소에 따른 태양 전지의 효율 감소는 발생하지 않는다.
도 18 내지 도 23에 도시한 반도체 전극의 구조를 좀더 자세히 설명한다.
먼저, 도 18 및 도 19에 도시한 태양 전지(14)는 도 14 및 도 15에 도시한 태양 전지(12)의 구성 요소에 반도체 전극(123)을 더 구비하고 있다.
이때, 반도체 전극(123)은 복수의 전면 전극(141)과 이격되어 있고, 전면 전극(141)과 나란히 뻗어 있다, 즉, 복수의 전극(123)은 전면 전극(141)과 분리되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 동일한 방향으로 뻗어 있다. 이로 인해, 복수의 반도체 전극(123)은 복수의 전면 버스바(142)와 교차하고 있고, 교차부분에서 복수의 반도체 전극(123)은 복수의 전면 버스바(142)와 연결되어 있다.
또한, 도 20 및 도 21에 도시한 태양 전지(15)는 도 18 및 도 19에 도시한 태양 전지(14)와 비교할 때, 복수의 반도체 전극(123)의 연장 방향만 상이하다.
즉, 도 18 및 도 19에 도시한 태양 전지(14)의 경우, 반도체 전극(123)은 전면 전극(141)을 따라 뻗어 있는 반면, 도 20 및 도 21에 도시한 태양 전지(15)는 전면 버스바(142)와 이격되어 있고 전면 버스바(142)를 따라 뻗어 있다. 따라서 본 예의 반도체 전극(123)은 복수의 전면 전극(141)과 교차하고 교차하는 부분에서 전면 전극(141)과 연결되어 있다.
도 22 및 도 23에 도시한 태양 전지(16)은 도 16 및 도 17에 도시한 태양 전지(13)와 비교할 때, 복수의 전면 전극(141a)의 제1 부분(411)과 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 반도체 전극(123)을 더 구비하고 있다.도 18 내지 도 23에 도시한 태양 전지(14-16)에서, 전면 전극(141, 141a)과 교차하는 부분을 제외하고 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부(121)가 위치하지 않지만, 이미 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼 전면 버스바(142) 하부에는 오믹 콘택부(121)가 위치할 수 있다.
다음, 도 24 및 도 25를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2와 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 24 및 도 25에 도시한 태양 전지(13)는 도 1 및 도 2와 유사한 구조를 갖고 있다.
즉, 제1 도전성 타입의 기판(110) 위에 위치하고 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도를 갖는 반사 방지부(130), 기판(110)의 전면에 위치하고 복수의 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 기판(110)의 후면에 위치하고 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150), 그리고 후면 전극(151)과 접하는 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)를 구비한다.
하지만, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와는 달리, 본 예의 태양 전지(17)는 전면 전극부(140)와 접해 있는 기판(110) 내에 오믹 콘택부를 구비하고 있지 않다. 대신, 기판(110)과 전면 전극부(140) 사이에 ITO, ZnO, SnO2 등의 투명한 도전 산화물(TCO, transparent conductive oxide)과 같은 투명한 도전 물질로 이루어진 보조 전극(161)을 구비한다. 이때, 보조 전극(161)은 반사 방지부(130)가 위치하지 않고 노출된 기판(110) 위뿐만 아니라 반사 방지부(130) 위에도 위치한다.
이와 같이, 전면 전극부(140)과 기판(110)간의 오믹 콘택을 위해 위치한 오믹 콘택부를 생략하는 대신, 단결정 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 기판(110)과 금속 물질로 이루어진 전면 전극부(140) 사이에 투명한 도전 물질로 이루어진 보조 전극(161)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 기판(110)과 전면 전극부(140) 사이에 오믹 콘택부로서 보조 전극(161)이 존재하여, 기판(110)과 전면 전극부(140) 사이의 전기 전도도가 향상된다. 즉, 본 예의 경우, 기판(110)과 전면 전극부(140) 간의 오믹 콘택을 형성하기 위해 기판(110) 내에 불순물을 주입하여 오믹 콘택부를 형성하는 대신 기판(110) 위에 보조 전극(161)을 형성하는 것이다.
이로 인해, 반사 방지부(130)의 고정 전하 밀도에 의해 반사 방지부(130) 쪽으로 이동하는 해당 전하(예, 전자)는 용이하고 원활하게 보조 전극(161)을 거쳐 전면 전극부(140) 쪽으로 이동한다.
이러한 태양 전지(17)를 제조하는 방법은 도 26a 내지 도 26d를 참 하여 설명한다.
먼저, 도 26a에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 위에 약 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠의 고정 전하 밀도를 갖는 반사 방지층(30)을 형성하고, 레이저 등을 이용하여 반사 방지층(30)의 일부를 제거하여 기판(110)의 전면 일부를 드러나는 개구부(182)를 갖는 반사 방지부(130)를 형성한다(도 26b).
다음, 도 26c에 도시한 것처럼, 드러난 기판(110) 위에 반사 방지부(130)에 위해 스퍼터링법(sputtering) 등을 이용하여 ITO 등으로 이루어진 보조 전극(161)을 형성한다.
그런 다음 도 26d에 도시한 것처럼, 도 10d에 도시한 것과 같이, 스크린 인쇄법 등을 이용하여, 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 보조 전극(161) 위에 부분적으로 도포한 후 건조시켜 전면전극부 패턴(40)을 형성하고 기판(110)의 후면에 알루미늄(Al)을 함유하는 페이스트를 도포한 후 건조시켜 후면 전극 패턴(51)을 형성하고, 다시 후면 전극 패턴(51) 위에 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 도포한 후 건조시켜 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다.
이때, 전면전극부 패턴(40)은 전면전극 패턴(41)과 전면버스바 패턴(42)을 구비하고 있고, 기판(110)과 바로 접해 있는 보조 전극(161) 위에 위치한다.
그런 다음, 기판(110)을 열처리하여, 보조 전극(161)와 전기적 및 물리적으로 연결되고 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 갖는 전면 전극부(140)와 기판(110)의 전기적 및 물리적으로 연결된 후면 전극(151), 후면 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결된 후면 버스바(152), 그리고 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계부(172)를 형성한다.
이러한 과정을 통해 태양 전지(12)를 형성할 경우, 기판(110) 내부에 불순물을 확산시켜야 하는 공정이 필요 없으므로 태양 전지(110)의 공정이 간단해지고, 불순물 확산을 위한 열처리 공정이 없으므로 기판(110)의 열화 현상이 방지되거나 감소된다.
또한, 이미 반사 방지부(130)의 일부가 제거된 후 노출된 기판(110) 위에 바로 전면 전극부 형성 공정이 행해지므로, 전면 전극부 패턴(40)이 반사 방지부(130)을 관통할 경우보다 낮은 열처리 온도를 이용하여 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)를 형성한다. 이로 인해, 열에 의한 기판(110)과 그 위에 위치한 구성 요소들의 열화 현상이나 물리적인 특성 변화가 감소되거나 방지된다.
위에 기재한 본 발명의 실시예에서, p형의 기판(110)을 중심으로 하여 주로 설명하였지만, n형의 기판(110)을 이용할 수 있고 이럴 경우 반사 방지부(130)는 약 2.0×1012/㎠ 내지 약 4.0×1012/㎠의 음의 고정 전하 밀도를 가질 수 있다.이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11-17: 태양 전지 21: 불순물막
20: 확산 방지막 30: 반사 방지층
41: 전면전극 패턴 42: 전면버스바 패턴
40: 전면전극부 패턴 51: 후면전극 패턴
52: 후면버스바 패턴 110: 기판
121: 오믹 콘택부 123: 반도체 전극
130: 반사 방지부 140: 전면 전극부
141: 전면 전극 142: 전면 버스바
150: 후면 전극부 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 161: 보조 전극
172: 후면 전계부 181, 182: 개구부

Claims (29)

  1. 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 반도체 기판,
    상기 반도체 기판 위에 위치하고 상기 제1 도전성 타입의 고정 전하를 갖는 반사 방지부,
    상기 제1 도전성 타입과 반대의 제2 도전성 타입의 제2 불순물이 상기 반도체 기판에 선택적으로 도핑된 오믹 콘택부,
    상기 오믹 콘택부 위에 위치하고 상기 오믹 콘택부와 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고
    상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 오믹 콘택부는 상기 제1 전극과 대응하는 위치에 국부적으로 형성되어 있고,
    상기 반사 방지부는 상기 복수의 제1 전극 사이에서 상기 반도체 기판과 직접 접촉하도록 상기 반도체 기판 위에 형성되어 있고,
    상기 반사 방지부의 고정 전하 밀도는 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠이고,
    상기 복수의 제1 전극 중 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.25㎝ 내지 0.4㎝이고,
    상기 제1 전극은 빛이 입사되는 반도체 기판의 입사면에 위치하고, 상기 제2 전극은 상기 반도체 기판을 중심으로 상기 입사면의 반대편 면에 위치하는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 교차하는 방향으로 위치하는 반도체 전극을 추가로 포함하는 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 나란한 방향으로 위치하는 반도체 전극을 추가로 포함하는 태양 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 격자형으로 배치된 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 상기 제1 전극과 교차하는 부분에서 상기 제1 전극과 연결되어 있는 버스바를 더 포함하는 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 오믹 콘택부는 상기 버스바 하부에 위치하여 상기 버스바와 연결되어 있는 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 반사 방지부는 상기 반도체 기판 위에 바로 위치하는 제1 막과 상기 제1 막 위에 위치하는 제2 막을 구비하고,
    상기 제1 막은 상기 고정 전하를 갖고 있고, 상기 제2 막은 상기 고정 전하를 갖고 있지 않은 태양 전지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 전극 각각의 폭은 80㎛ 내지 120㎛인 태양 전지.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에서,
    상기 제2 전극과 접해 있는 상기 반도체 기판에 위치하는 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
  16. 제1 도전성 타입의 반도체 기판의 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 오믹 콘택부를 국부적으로 형성하는 단계,
    상기 오믹 콘택부가 형성되지 않은 상기 반도체 기판의 제2 부분 바로 위에 상기 제1 도전성 타입의 고정 전하 밀도를 갖는 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 오믹 콘택부에 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 반사 방지부의 고정 전하 밀도는 2.0×1012/㎠ 내지 4.0×1012/㎠이고,
    상기 복수의 제1 전극 중 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.25㎝ 내지 0.4㎝이고,
    상기 제1 전극은 빛이 입사되는 반도체 기판의 입사면에 위치하고, 상기 제2 전극은 상기 반도체 기판을 중심으로 상기 입사면의 반대편 면에 위치하는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에서,
    상기 반도체 기판은 p형이고, 상기 반사 방지부는 양의 고정 전하 밀도를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 반도체 기판은 n형이고, 상기 반사 방지부는 음의 고정 전하 밀도를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제16항에서,
    상기 오믹 콘택부 형성 단계는 상기 반도체 기판에 불순물을 확산시켜 상기 오믹 콘택부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제16항에서,
    상기 오믹 콘택부 형성 단계는,
    상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 불순물층을 선택적으로 형성하는 단계, 그리고
    상기 불순물층 위에 열을 가하여, 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 불순물을 도핑하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  22. 제16항에서,
    상기 오믹 콘택부 형성 단계는,
    상기 반도체 기판의 상기 제1 부분 위에 확산 방지막을 형성하는 단계,
    상기 확산 방지막의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분을 드러내는 개구부를 상기 확산 방지막에 형성하는 단계,
    상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 반도체 기판 위에 남아있는 상기 불순물을 제거하는 단계
    를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에서,
    상기 반사 방지부와 상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는,
    상기 반도체 기판의 한 면 위에 반사 방지층을 형성하는 단계,
    상기 반사 방지층 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
    상기 반도체 기판 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극 패턴은 상기 오믹 콘택부 위에 위치하고,
    상기 반도체 기판의 열처리에 의해, 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지층을 관통하여 상기 오믹 콘택부와 연결되어 상기 오믹 콘택부와 연결되어 있는 상기 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 제2 전극 패턴은 상기 반도체 기판에 연결되어 상기 제2 전극을 형성하며,
    상기 반사 방지층 중 상기 제1 전극 패턴이 관통하지 않은 부분은 상기 반사 방지부로 형성되는
    태양 전지의 제조 방법.
  24. 제16항에서,
    상기 오믹 콘택부 및 상기 반사 방지부 형성 단계는,
    상기 반도체 기판의 한 면 위에 반사 방지층을 형성하는 단계,
    상기 반사 방지층의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분을 드러내는 개구부를 상기 반사 방지층에 형성하여 상기 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여 상기 오믹 콘택부를 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  25. 제24항에서,
    상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는,
    상기 개구부를 통해 드러난 상기 오믹 콘택부 바로 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
    상기 반도체 기판 위에 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 기판의 열처리에 의해, 상기 제1 전극 패턴은 상기 오믹 콘택부와 연결되고, 상기 제2 전극 패턴은 상기 반도체 기판에 연결되는
    태양 전지의 제조 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
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