KR102366908B1 - 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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다케노리 와타베
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 수광면과는 반대의 이면에 제1 도전형의 영역과 제2 도전형의 영역을 가지는 제1 도전형의 반도체 기판의 이면에 제1 콘택트부와 제1 집전부로 이루어지는 제1 핑거 전극, 제2 콘택트부와 제2 집전부로 이루어지는 제2 핑거 전극, 제1 버스바 전극, 및 제2 버스바 전극을 구비하고, 적어도 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막을 구비하고, 절연막 상에 있어서 제1 집전부 및 제1 버스바 전극, 그리고 제2 집전부 및 제2 버스바 전극의 전기적인 접합이 이루어진 것이고, 적어도 절연막의 직하에 있어서, 제1 콘택트부 및 제2 콘택트부가 라인 형상으로 연속한 것인 태양전지이다. 이에 의해, 패시베이션 영역이 넓고, 배선 저항이 낮고, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 태양전지가 제공되고, 또한 그러한 태양전지를 저비용으로 제조할 수가 있는 태양전지의 제조 방법이 제공된다.

Description

태양전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 14는 종래의 이면 전극형 태양전지를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 종래의 기술을 이용하여 제작된 이면 전극형 태양전지(210)에 대해 도 14를 참조하여 설명한다. N형 실리콘 기판(213)의 수광면측에는 요철 형상(214)이 형성되고, N형 확산층인 FSF(Front　Surface　Field)층(215)이 형성되어 있다. 그리고, 요철 형상(214) 상에는 N형 실리콘 기판(213)측으로부터 이산화규소를 포함하는 유전성 패시베이션층(passivation layer)(표면 패시베이션층)(217), 질화실리콘을 포함하는 반사방지막(216)이 형성되어 있다.
또, N형 실리콘 기판(213)의 이면측에는 N형 도프된 N형 확산층(220)과 P형 도프된 P형 확산층(221)이 교대로 형성되어 있다. 또한 N형 실리콘 기판(213)의 이면에는 산화물층(제1 이면 패시베이션막)(219)이 형성되어 있다. 그리고, N형 확산층(220)에는 N형 콘택트 전극(211)이 형성되어 있고, P형 확산층(221)에는 P형 콘택트 전극(212)이 형성되어 있다. 이들 기판 자체와 직접 결합하는 콘택트 전극은, 집전용의 핑거(finger) 전극으로서 기능시킬 수도 있다.
도 15는 종래의 이면 전극형 태양전지의 이면의 외관을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 15에 나타나듯이, 이면 전극형 태양전지에는, 핑거 전극(N형 콘택트 전극(211), P형 콘택트 전극(212))으로부터 집전하기 위한 버스바(bus bar) 전극이 기판단에 1쌍(N형 버스바 전극(222), P형 버스바 전극(223)) 설치되어 있다. 도 15에서는 기판 외주에 가장 가까운 핑거 전극이 N형 콘택트 전극으로 되어 있지만, P형 콘택트 전극이라도 좋고, 각각 P형, N형과 다른 형태의 금속 전극이라도 좋다.
이면 전극형 태양전지를 고효율화하기 위해서 발전층인 P형 확산층을 가능한 한 넓게 하면 단락 전류의 증가를 기대할 수가 있다. 이 때문에, P형 확산층과 N형 확산층의 면적 비율은 80:20~90:10으로 P형 확산층의 영역을 넓게 형성하는 것이 바람직하다. 또, 기판과 콘택트 전극의 접촉 면적(이하, 콘택트 면적이라고도 기재한다.)을 가능한 한 작게 하여 패시베이션 영역을 넓게 하면 개방 전압의 증가를 기대할 수가 있기 때문에, 콘택트 전극의 형상을 가는 라인이나, 도트(dot) 형상으로 함으로써 콘택트 영역을 가능한 한 작게 설계하는 것이 바람직하다.
특허 문헌 1에서는 콘택트 전극을 형성하고, 콘택트 전극 이외를 절연막으로 덮고, 배선 전극을 형성한다고 하는 3공정에 의해, 전극과 기판의 콘택트 면적을 필요 최저한으로 억제하고, 패시베이션 영역을 크게 한 이면 전극형 태양전지가 개시되어 있다.
도 17은 특허 문헌 1에서 개시된 종래의 이면 전극형 태양전지의 이면의 외관을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 그렇지만 특허 문헌 1의 태양전지는 버스바(bus bar) 전극(N형 버스바 전극(222), P형 버스바 전극(223))이 기판 외주에 1쌍 형성되어 있을 뿐이다(도 17 참조). 이 배치의 경우, 핑거(finger) 전극의 길이가 길기 때문에, 배선 저항이 매우 커져, 곡선인자 저하의 원인으로 되어 버린다. 이 배선 저항은 배선의 길이에 비례하여 커진다. 이 문제는, 배선 전극(핑거 전극)의 단면적을 크게 하거나, 혹은 핑거(finger) 길이를 짧게 설계함으로써 해결할 수가 있다고 생각된다.
일본국 특허 제5317209호 공보
위에서 설명한 바와 같이, 콘택트 면적을 감소시키면서, 핑거(finger) 전극의 단면적을 크게 하고, 핑거 전극의 길이를 짧게 할 수가 있는 태양전지가 요구되고 있다. 이 때문에 이면 전극형 태양전지에 대해 전극 구조를 입체 구조로 하는 것 등이 검토되고 있다. 그렇지만, 지금까지, 전극 구조를 입체 구조로 하면 병렬 저항이 낮아지기 쉬운 등의 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 패시베이션 영역이 넓고, 배선 저항이 낮고, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 태양전지를 제공하는 것, 및 그러한 태양전지를 저비용으로 제조할 수가 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 일방의 주표면을 수광면으로 하고, 다른 일방의 주표면을 이면으로 하는 제1 도전형의 반도체 기판을 구비하고, 이 반도체 기판이, 상기 이면에 있어서, 상기 제1 도전형의 영역과, 상기 제1 도전형과 반대의 도전형인 제2 도전형의 영역을 가지는 것인 태양전지로서,
상기 제1 도전형의 영역에 접합된 제1 콘택트부와, 이 제1 콘택트부 상에 형성된 제1 집전부로 이루어지는 제1 핑거 전극,
상기 제2 도전형의 영역에 접합된 제2 콘택트부와, 이 제2 콘택트부 상에 형성된 제2 집전부로 이루어지는 제2 핑거 전극,
상기 제1 집전부와 전기적으로 접합된 제1 버스바 전극, 및 상기 제2 집전부와 전기적으로 접합된 제2 버스바 전극을 구비하고,
적어도 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막을 구비하고, 이 절연막 상에 있어서, 상기 제1 집전부 및 상기 제1 버스바 전극, 그리고 상기 제2 집전부 및 상기 제2 버스바 전극의 상기 전기적인 접합이 이루어진 것이고,
적어도 상기 절연막의 직하에 있어서, 상기 제1 콘택트부 및 상기 제2 콘택트부가 라인 형상으로 연속한 것인 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
이러한 태양전지이면, 절연막을 설치하고, 버스바 전극과 핑거 전극을 입체 구조로 함으로써, 버스바 전극의 개수를 늘리고, 핑거 전극의 길이를 짧게 할 수가 있고, 버스바 전극 양측의 핑거 전극으로부터 집전할 수가 있다. 그 결과, 배선 저항을 감소시킬 수가 있어 곡선인자를 증가시킬 수가 있다. 또한, 다른 도전형용의 버스바 전극과 핑거 전극을 절연막에 의해 접하기 어렵게 할 뿐만 아니라, 버스바 전극이 직접 기판과 접하지 않기 때문에, 션트(shunt)하기 어렵다. 또, 버스바 전극이 형성된 영역이 평탄하기 때문에, 그 버스바 전극의 형성시에 스며듦을 발생시키기 어려워진다. 그 결과, 병렬 저항이 높은 태양전지로 할 수가 있다. 또한, 절연막의 직하에 있어서, 콘택트부가 라인 형상으로 연속한 것이기 때문에, 제조시에 공정수를 늘리는 일 없이 버스바 전극과 핑거 전극의 입체 구조를 형성할 수가 있다.
또, 여기서 말하는 션트란 병렬 저항이 작아지는 것을 의미한다. 이것은, P형용의 핑거 전극과 N형용의 핑거 전극이, 버스바 전극을 통해, 또는 같은 도전형의 확산층(N형 확산층 혹은 P형 확산층)을 통해 접속되는(즉, 합선하는) 것에 의해 발생한다고 생각된다. 「션트(shunt)한다」란 그러한 상태를 일으키는 것을 의미한다.
또, 전술과 같이, 패시베이션 영역을 가능한 한 크게 하기 위해서, 콘택트부를 작게 한 경우에도, 집전부가 존재함으로써 핑거 전극의 단면적이 커져, 배선 저항을 작게 할 수가 있다. 이러한 태양전지이면, 염가로 배선 저항이 낮고, 변환 효율이 높은 태양전지로 할 수가 있다.
또한 버스바 전극이란, 핑거 전극의 집전부와 전기적으로 접합된 집전용 전극을 가리킨다. 버스바 전극은, 통상적으로 핑거 전극에 대략 직교하는 위치에 형성되어 있다.
또, 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극이 라인 형상으로 연속한 것이고, 상기 절연막이 라인 형상으로 연속한 것인 것이 바람직하다.
이러한 태양전지이면, 모듈화했을 때의 신뢰성을 보다 높일 수가 있다.
또, 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 개수의 합계가 4개 이상, 10개 이하인 것이 바람직하다.
이러한 태양전지이면, 핑거 전극의 두께를 증가시키는 일이 없이 핑거 전극의 배선 저항을 보다 감소시킬 수가 있다. 예를 들면 버스바 전극의 개수의 합계가 2개일 때에 비해 6개일 때는 배선 저항을 6분의 1로 저감하고, 10개일 때는 배선 저항을 10분의 1로 저감할 수가 있다.
또, 상기 절연막이, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다.
이러한 재료로 이루어지는 절연막이면, 내열성이 뛰어나다. 따라서, 전극 형성에 있어서 열처리를 행하는 경우에, 이러한 절연막으로 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 절연막의 두께가 1~60㎛인 것이 바람직하다.
이러한 태양전지이면, 절연성을 보다 향상시킬 수가 있다. 또, 과도하게 절연막을 형성하는 일도 없기 때문에, 소망의 태양전지를 보다 저비용으로 제조할 수가 있다.
또, 상기 제1 집전부, 상기 제2 집전부, 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극이, Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb로부터 선택되는 1종류 이상의 도전성 물질을 함유하고, 또한 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지로부터 선택되는 1종류 이상의 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다.
이들 전극 재료로 이루어지는 것이면, 전극을 형성하기 위해서 행하는 가열시에 이 전극 재료가 실리콘 기판 등의 반도체 기판과 직접 결합하는 일이 없어 콘택트 면적의 증가가 억제된다.
또한, 본 발명에서는, 일방의 주표면이 수광면이고, 다른 일방의 주표면이 이면인 제1 도전형의 반도체 기판을 구비하고, 이 반도체 기판의 상기 이면에 있어서, 상기 제1 도전형의 영역과, 상기 제1 도전형과 반대의 도전형인 제2 도전형의 영역을 가지는 태양전지를 제조하는 방법으로서,
상기 이면에 상기 제1 도전형의 영역 및 상기 제2 도전형의 영역을 형성하는 공정과,
상기 제1 도전형의 영역에 접합된 제1 콘택트부 및 상기 제2 도전형의 영역에 접합된 제2 콘택트부를, 적어도 일부에 라인 형상으로 연속한 형상을 가지도록 형성하는 공정과,
상기 제1 콘택트부 및 상기 제2 콘택트부에 있어서의 상기 라인 형상으로 연속한 형상을 가지는 부분의 상부와 측부를 덮도록 절연막을 형성하는 공정과,
상기 절연막 상만에 있어서 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극을 형성하는 공정과,
상기 제1 콘택트부 상에 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 접합된 제1 집전부를 형성하고, 상기 제2 콘택트부 상에 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 접합된 제2 집전부를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
이러한 태양전지의 제조 방법이면, 패시베이션 영역이 넓고, 배선 저항이 낮고, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 이면 전극형 태양전지를 저비용으로 생산성 좋게 제조할 수가 있다.
또한 본 명세서에서는 반도체 기판, 특히 제1 도전형의 영역 및 제2 도전형의 영역과 콘택트를 형성하고 있는 전극을 콘택트부라고 정의한다. 또, 버스바 전극과 콘택트부를 접속하고 있는 전극을 집전부라고 정의한다. 또 집전부와 콘택트부를 총칭하여 핑거(finger) 전극이라고 부른다. 집전부는, 「라인부」라고도 부를 수가 있다.
또, 상기 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1 집전부 및 제2 집전부를 형성하는 공정을 동시에 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 공정수를 더욱 삭감할 수가 있어 보다 저비용으로 변환 효율이 높은 태양전지를 제조할 수가 있다.
본 발명의 태양전지는, 절연막을 설치하고, 버스바 전극과 핑거 전극을 입체 구조로 함으로써, 버스바 전극의 개수를 늘리고, 핑거 전극의 길이를 짧게 할 수가 있고, 버스바 전극 양측의 핑거 전극으로부터 집전할 수가 있다. 그 결과, 배선 저항을 감소시킬 수가 있어 곡선인자를 증가시킬 수가 있다. 또, 콘택트부 상에 집전부를 형성함으로써, 콘택트 면적을 감소시키면서, 핑거(finger) 전극의 단면적을 크게 하고, 배선 저항을 작게 할 수가 있어 개방 전압을 향상시킬 수가 있다. 또, 버스바 전극이 기판과 직접 접촉하고 있지 않기 때문에, 션트(shunt)하기 어려운 태양전지로 된다. 또한 버스바(bus bar) 전극을 형성하는 영역을 평탄화함으로써, 버스바 전극 형성시의 스며듦을 억제할 수가 있기 때문에, 수율을 향상시킬 수가 있다. 또한, 본 발명의 태양전지의 제조 방법은, 제조 공정수를 늘리는 일 없이, 그러한 태양전지를 제조할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 태양전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 태양전지의 전극의 형성 공정을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다.
도 9는 본 발명자들이 검토한 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다.
도 10은 본 발명자들이 검토한 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 11은 본 발명자들이 검토한 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 12는 본 발명자들이 검토한 태양전지의 전극의 형성 공정을 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명자들이 검토한 태양전지에 발생한 문제의 일례를 나타내는 이면의 상면 모식도이다.
도 14는 종래의 이면 전극형 태양전지를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는 종래의 이면 전극형 태양전지의 이면의 외관을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 16은 본 발명자들이 검토한 태양전지의 전극의 형성 공정을 나타내는 평면도이다.
도 17은 특허 문헌 1에 개시된 종래의 이면 전극형 태양전지의 이면의 외관을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 확대도이며, 도 2에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 확대도이다.
도 19는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 확대도이며, 도 2에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 확대도이다.
도 20은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이며, 도 8에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 모식도이다.
도 21은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이며, 도 8에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 모식도이다.
상기와 같이, 패시베이션 영역이 넓고, 배선 저항이 낮고, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 태양전지를 제공하는 것이 요구되고 있다. 또, 패시베이션 영역이 넓고, 배선 저항이 낮고, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 태양전지를 저비용으로 제조할 수가 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이 요구되고 있다.
본 발명자들은, 이러한 요구를 만족하는 태양전지를 얻기 위해서 검토를 행하였다. 그 결과, 우선, 버스바 전극을 종래보다 내측에 배치하고, 다른 도전형용의 핑거 전극과 버스바 전극이 접하지 않게 절연막을 배치하고, 버스바 전극, 및 콘택트부와 집전부로 이루어지는 핑거 전극을 입체 구조로 하는 태양전지를 검토하였다. 이러한 태양전지의 일례를 도 9~11에 나타낸다. 도 9는 본 발명자들이 검토한 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다. 도 10, 도 11은 본 발명자들이 검토한 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다. 또 도 10은 도 9에 나타내는 태양전지의 1-1′ 단면도이다. 또, 도 11은 도 9에 나타내는 태양전지의 2-2′ 단면도이다.
도 9에 나타내는 태양전지(110)에서는, 제1 버스바 전극(137), 제2 버스바 전극(138)을 복수 라인 설치하고, 핑거 전극의 길이를 가능한 한 짧게 함으로써 배선 저항을 저감하고 있다. 이 태양전지에는, 버스바를 복수 라인 설치하기 위해서 다른 도전형용의 핑거 전극과 버스바 전극이 교차하는 영역(이하, 절연 영역이라고도 기재한다.)에만 절연막(124, 125)가 설치되어 있다. 이에 의해, 입체 구조를 간편하게 형성하고 있다. 또, 이 태양전지에서는, 절연막의 직하 이외에서 제1 콘택트부(126), 제2 콘택트부(127)의 형상을 도트(dot) 형상 등으로 할 수가 있으므로, 콘택트 면적을 감소시킬 수가 있다.
여기서, 도 10, 11에 나타나듯이, 제1 콘택트부(126)는, 제1 도전형의 반도체 기판(113)의 이면에 형성된 제1 도전형의 영역(120)에 접합되고, 그 상부에는 도 9에 나타나듯이, 제1 집전부(135)가 형성되어 있다. 한편, 제2 콘택트부(127)는, 제2 도전형의 영역(121)에 접합되고, 그 상부에는 도 9에 나타나듯이, 제2 집전부(136)가 형성되어 있다. 제1 집전부(135)는 제1 버스바 전극(137)과 전기적으로 접합되고, 제2 집전부(136)는 제2 버스바 전극(138)와 전기적으로 접합되어 있다. 그 외의 구조는, 기본적으로 도 14에 나타내는 태양전지와 마찬가지이고, 수광면측에 요철 형상(114), FSF층(115) 및 반사방지막(116)을 가지고, 이면측에 제1 이면 패시베이션막(119) 및 제2 이면 패시베이션막(118)을 가진다.
여기서, 도 12, 16을 참조하여 버스바 전극과 핑거 전극을 입체 구조로 하는 태양전지의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 12, 도 16은 본 발명자들이 검토한 태양전지의 전극의 형성 공정을 나타내는 평면도이다.
도 16에 나타내는 방법에서는, 콘택트 전극(128)을 도트(dot) 형상으로 불연속으로 형성한 후(도 16(1)), 이들 전극을 연결하는 다른 배선 전극(129)을 형성하고(도 16(2)), 절연 영역에만 절연막(125′)을 설치하고(도 16(3)), 버스바 전극(130)을 형성한다(도 16(4)). 이 경우, 상기와 같이 배선 전극(129)을 형성하는 공정이 필요하기 때문에, 공정이 증가하여 제조비용이 높아지는 등의 문제가 있었다.
도 12에 나타내는 방법에서는, 제1 콘택트부(126) 및 제2 콘택트부(127)를 형성하고(도 12(1)), 절연 영역에만 절연막(124, 125)을 형성한 후(도 12(2)), 제1 버스바 전극(137), 제2 버스바 전극(138)의 형성시에 제2 집전부(136), 제1 집전부(135)도 동시에 형성할 수가 있다(도 12(3)). 이에 의해, 도 16에 나타내는 방법에 비해, 공정수를 증가시키는 일이 없이 핑거 전극의 단면적을 크게 할 수가 있어 배선 저항을 저감할 수가 있다.
도 9에 나타내는 태양전지에서는, 절연 영역에만 부분적으로 절연막(124, 125)이 형성되어 있다. 이 결과, 버스바 전극을 형성하는 개소에는 절연막의 형성·비형성부가 존재하게 된다. 이 경우, 버스바 전극이 기판과 직접 접하는 영역이 많아, 션트하기 쉬워져 버린다. 또, 절연막은, 통상적으로 1~60㎛의 두께를 가지기 때문에, 절연막의 상부에 버스바 전극을 형성하려고 하면 토출량이 불균일하게 되고, 도 13의 파선부에 나타나듯이 스며듦이 발생해 버린다. 여기서, 도 13은 본 발명자들이 검토한 태양전지에 발생한 문제의 일례를 나타내는 이면의 상면 모식도이다. 이에 의해, 예를 들면, P형용의 핑거 전극과 N형용의 버스바 전극이 접합함으로써 태양전지의 병렬 저항이 감소해 버려, 변환 효율이 큰 폭으로 감소해 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해서 더욱 검토를 행하였다. 그 결과, 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막을 구비하고, 버스바 전극과 핑거 전극을 입체 구조로 하는 태양전지가, 상기 문제점을 해결할 수가 있다는 것을 찾아내어 본 발명의 태양전지를 완성시켰다. 또, 절연막위에만 있어 버스바 전극을 형성하고, 버스바 전극과 핑거 전극의 입체 구조를 형성하는 태양전지의 제조 방법이, 상기 문제점을 해결할 수가 있다는 것을 찾아내어 본 발명의 태양전지의 제조 방법을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 태양전지에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또 이하, 제1 도전형의 반도체 기판이 N형 실리콘 기판인 경우(즉, 제1 도전형이 N형, 제2 도전형이 P형)를 중심으로 설명하지만, 제1 도전형의 반도체 기판이 P형 실리콘 기판이라도, 붕소, 인 등의 불순물원을 반대로 사용하면 좋고, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수가 있다.
［태양전지(이면 전극형 태양전지 셀)］
도 1은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다. 도 2는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 확대도이다. 또, 도 3~5는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 단면 모식도이다. 또 도 3은 도 1에 나타내는 태양전지의 a-a′ 단면도이고, 도 4는 도 1에 나타내는 태양전지의 b-b′ 단면도이고, 도 5는 도 1에 나타내는 태양전지의 c-c′ 단면도이다.
본 발명의 태양전지(10)는, 도 1에 나타나듯이, 일방의 주표면을 수광면으로 하고, 다른 일방의 주표면을 이면으로 하는 제1 도전형의 반도체 기판(13)을 구비한다. 태양전지(10)는, 도 3~5에 나타나듯이, 이 반도체 기판이, 이면에 있어서, 제1 도전형의 영역(N형 확산층)(20)과, 제1 도전형과 반대의 도전형인 제2 도전형의 영역(P형 확산층)(21)을 가지는 것인 태양전지, 이른바 이면 전극형 태양전지이다.
또한, 도 2~5에 나타나듯이, 태양전지(10)는, 제1 도전형의 영역(20)에 접합된 제1 콘택트부(26)와, 제1 콘택트부(26) 상에 형성된 제1 집전부(35)로 이루어지는 제1 핑거 전극을 구비한다. 또, 제2 도전형의 영역(21)에 접합된 제2 콘택트부(27)와, 제2 콘택트부(27) 상에 형성된 제2 집전부(36)로 이루어지는 제2 핑거 전극을 구비한다. 또, 제1 집전부(35)와 전기적으로 접합된 제1 버스바 전극(37)을 구비한다. 또, 제2 집전부(36)와 전기적으로 접합된 제2 버스바 전극(38)을 구비한다.
이와 같이, 제1 집전부(35), 제2 집전부(36)는, 각각 제1 콘택트부(26), 제2 콘택트부(27)에 접속되고, 콘택트부로부터 버스바 전극으로 전류를 수집할 수가 있다.
이 태양전지(10)는, 도 3~5에 나타나듯이, 제1 도전형의 반도체 기판(13)의 수광면측에 요철 형상(14)이나, FSF층(N형 확산층)(15)을 형성할 수가 있다. 또, 요철 형상(14) 상에는 질화실리콘 등을 포함하는 반사방지막(16)을 형성할 수가 있다. FSF층(15)와 반사방지막(16)의 사이에, 유전성 패시베이션층(미도시)을 형성할 수도 있다.
또, 제1 도전형의 반도체 기판(13)의 이면에는 산화물층(제1 이면 패시베이션막)(19)을 형성할 수가 있다. 산화물층(19) 상에 제2 이면 패시베이션막(18)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 수광면 및 이면의 각각이 보호막(패시베이션막)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 패시베이션막은, 산화 규소막, 질화 규소막 및 산화 알루미늄막으로부터 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것인 것이 바람직하다.
또한, 태양전지(10)는, 도 2에 나타나듯이, 적어도 제1 버스바 전극(37) 및 제2 버스바 전극(38)의 직하의 전역에 절연막(24, 25)를 구비한다. 또, 절연막(24) 상에 있어서 제1 집전부(35) 및 제1 버스바 전극(37)이 전기적으로 접합되어 있다. 또, 절연막(25) 상에 있어서 제2 집전부(36) 및 제2 버스바 전극(38)이 전기적으로 접합되어 있다.
절연막(24, 25)은, 통상적으로 제1 버스바 전극(37), 제2 버스바 전극(38)의 직하의 콘택트부 상에 있어서는, 제1 콘택트부(26), 제2 콘택트부(27)의 상부 및 측부를 덮을 수가 있는 두께로 형성되어 있다.
또한, 도 2~5에 나타나듯이, 태양전지(10)는, 적어도 절연막(24, 25)의 직하에 있어서, 제1 콘택트부(26) 및 제2 콘택트부(27)가 라인 형상으로 연속한 것이다. 도 5에 나타나듯이, 태양전지(10)에 있어서, 다른 도전형용의 버스바 전극과 핑거 전극은 절연막(24, 25)을 통해 물리적으로 접합할 수가 있다. 즉, 다른 도전형용의 버스바 전극과 집전부는 전기적으로 접합되어 있지 않다(이간하고 있다.). 한편, 도 5에 나타나듯이, 동일한 도전형용의 버스바 전극과 핑거 전극이 교차하는 영역(최인접부)에 있어서는, 절연막(24, 25)은 콘택트부와 집전부의 사이에 끼워져 있다. 즉, 동일한 도전형용의 버스바 전극과 집전부는, 절연막 상에 있어서 전기적으로 접합되어 있다. 또 도 5에 있어서의 37(35)은, 제1 버스바 전극(37)과 제1 집전부(35)가 서로 겹치는(전기적으로 접합되어 있는) 부분을 나타낸다.
이러한 태양전지이면, 절연막을 설치함으로써, 버스바 전극과 핑거 전극을 입체 구조로 할 수가 있다. 이에 의해, 버스바 전극의 개수를 늘리고, 핑거 전극의 길이를 짧게 할 수가 있다. 또, 버스바 전극이 직접 실리콘 기판과 접촉하는 일이 없기 때문에, 션트가 발생하지 않는다. 또한 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막이 형성되어 있음으로써, 버스바 전극 형성시의 공정 불량을 발생시키는 일이 없이, 제1 핑거 전극과 제2 버스바 전극을 보다 확실하게 절연하고, 제2 핑거 전극과 제1 버스바 전극을 보다 확실하게 절연 할 수가 있다. 이에 의해, 병렬 저항이 높고, 변환 효율이 높은 태양전지로 할 수가 있다. 또한 본 발명의 태양전지는, 절연막의 직하에 있어서, 기판 자체와 직접 결합하는 콘택트부가 라인 형상으로 연속하여 형성된 것이다. 이 때문에 도 16(2)에 나타내는 것 같이 콘택트부끼리를 접속하기 위한 1공정을 삭감할 수가 있어 수율이 높고 염가인 태양전지를 제조할 수가 있다.
이하, 본 발명의 태양전지의 각 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다.
［제1 도전형의 반도체 기판］
본 발명에 이용할 수가 있는 반도체 기판은 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, N형 실리콘 기판을 이용할 수가 있다. 이 경우, 기판의 두께는, 예를 들면, 100~200㎛ 두께로 할 수가 있다. 기판의 주면의 형상 및 면적은 특히 한정되지 않는다.
［콘택트부］
제1 콘택트부 및 제2 콘택트부의 재료로서는, 예를 들면, 은분말과 글래스 프릿트(glass frit)를 유기물 바인더로 혼합한 유동성이 있는 페이스트(이하, 소결 페이스트라고도 기재한다.)를 이용할 수가 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 절연막의 직하에 있어서, 기판 자체와 직접 결합하는 콘택트부가 라인 형상으로 연속하여 형성된 것일 필요가 있지만, 그 외의 개소에 있어서, 콘택트부의 형상은 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 절연막이 형성된 개소 이외의 개소에 있어서의 콘택트부의 형상이, 도트(dot) 형상, 라인 형상, 또는 이들 형상의 조합의 어느 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 당해 개소에 있어서의 콘택트부의 형상이 도트(dot) 형상이면, 콘택트 면적을 보다 작게 할 수가 있다. 이에 의해, 패시베이션 영역을 넓게 하고, 개방 전압을 증가시킬 수가 있다.
또, 버스바 전극의 직하에 형성된 절연막의 폭과 길이가 버스바 전극보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 설계함으로써, 제1 버스바 전극과 제2 콘택트부를 충분히 이간할 수가 있고, 제2 버스바 전극과 제1 콘택트부를 충분히 이간할 수가 있다. 또, 이러한 설계에 의해, 절연막이 콘택트부의 측면을 충분히 덮을 수가 있다. 따라서, 다른 도전형용의 전극 사이의 절연을 확실하게 달성할 수가 있다.
［절연막］
절연막은 적어도 버스바 전극의 직하의 전역에 형성되어 있다. 절연막의 수 및 형상 등은 특히 한정되지 않는다. 도 1에 나타나듯이, 절연막은 라인 형상으로 연속한 것인 것이 바람직하다. 절연막의 형상의 다른 일례로서 도 8에 나타내는 형상을 들 수가 있다. 여기서, 도 8은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이다. 도 8에서는 절연막(25′)을 크게 형성하고, 도 1에 있어서의 절연막(24)(제1 버스바 전극(37)의 직하의 절연막)과 절연막(25)(제2 버스바 전극(38)의 직하의 절연막)을 일체화하여 형성하는 태양을 나타내고 있다. 다만, 전극 구조를 입체 구조로 하고, 동일한 도전형용의 버스바 전극과 핑거 전극을 접촉시키기 위해서, 절연막(25′)의 일부는 도 8에 나타낸 것처럼 개구되어 있다. 절연막을 도 8의 형상으로 하면, 콘택트부와 그 이외의 부분의 높이가 균등하게 되기 때문에, 다음 공정의 집전부를 인쇄로 형성할 때에 위치 어긋남을 회피할 수가 있다. 도 1, 도 8에 나타나는 절연막은 버스바 전극이 기판과 직접 접촉하는 것을 방지하고, 또한 버스바 전극을 형성하는 영역의 요철을 감소시킴으로써 버스바 전극의 형성시에 스며듦이 발생하여 션트(shunt)하는 것을 방지한다.
또한 절연막은, 통상적으로 버스바 전극 직하의 콘택트부의 측부와 상부를 덮도록 형성되어 있다. 절연막은, 버스바 전극의 폭과 길이보다 큰 것이 바람직하다.
절연막의 두께는, 1~60㎛인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5~40㎛ 정도, 특히 바람직하게는 10~30㎛이다. 이러한 두께로 함으로써, 절연성을 보다 향상시킬 수가 있다. 또, 과도하게 절연막을 형성하는 일도 없기 때문에, 소망의 태양전지를 보다 저비용으로 제조할 수가 있다.
이 절연막은, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것(이하, 절연 재료라고도 기재한다.)인 것이 바람직하다. 특히, 집전부 및 버스바 전극을 형성할 때, 열처리를 행하는 경우에는, 내열성 수지를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리콘 수지의 주쇄인 실록산 결합은, 주쇄가 탄소 골격으로 이루어지는 유기 고분자 재료와 비교하여, 결합 에너지가 크고, 안정되어 있기 때문에 내열성이나 내후성이 뛰어나다. 또, 다른 수지도 분자쇄에 방향환을 설치함으로써 고내열성을 가진 재료로 된다.
［집전부, 버스바 전극］
집전부 및 버스바 전극은, Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb로부터 선택되는 1종류 이상의 도전성 물질을 함유하고, 또한 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지로부터 선택되는 1종류 이상의 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다. 이들 전극 재료로 이루어지는 것이면, 유리 플리트를 포함할 필요가 없기 때문에, 가열시에 전극 재료가 실리콘 기판 등의 반도체 기판과 직접 결합하는 일이 없어 콘택트 면적의 증가가 억제된다.
버스바 전극의 개수는 특히 한정되지 않지만, 그 합계가 4개 이상, 10개 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 핑거 전극의 배선 저항을 감소시키고, 변환 효율을 향상시킬 수가 있다. 또 버스바 전극의 형상은 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 버스바 전극의 형상은, 버스바 전극의 길이 방향으로 분단된 불연속의 형상으로 할 수가 있다. 버스바 전극의 형상으로서는, 라인 형상으로 연속한 것인 것이 바람직하다. 이러한 형상이면 용이하게 제작할 수가 있다.
또, 도 1 등에 나타나듯이, 집전부와 버스바 전극은 직각으로 교차하도록 형성할 수가 있다.
또한 제1 핑거 전극은, 통상적으로 제1 도전형의 영역의 길이 방향을 따른 방향으로 형성되어 있다. 제2 핑거 전극은, 통상적으로 제2 도전형의 영역의 길이 방향을 따른 방향으로 형성되어 있다. 핑거 전극은, 통상적으로 복수 형성되어 있다.
［태양전지의 제조 방법］
도 6은 본 발명의 태양전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 이하, 도 6(a)~도 6(l)에 나타내는 모식적 단면도를 참조하여 본 발명의 이면 전극형 태양전지의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 특히, N형 실리콘 기판의 경우를 예를 들어 설명한다. 또, 이하에서는, 제1 도전형의 영역을 N형 확산층, 제2 도전형의 영역을 P형 확산층이라고도 기재한다. 이하에서 설명하는 방법은 전형예이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
우선, 일방의 주표면이 수광면이 되고, 다른 일방의 주표면이 이면이 되는 제1 도전형의 반도체 기판으로서 예를 들면 100~200㎛의 두께를 가지는 N형 실리콘 기판(13)을 준비한다. 이 N형 실리콘 기판(13)의 일방의 주표면이 수광면이 되고, 다른 일방의 주표면이 이면이 된다. 다음에, 도 6(a)에 나타나듯이, 이 N형 실리콘 기판(13)의 수광면이 되는 면(이하 「N형 실리콘 기판의 수광면」이라고 한다.)의 반대측의 면인 이면(이하 「N형 실리콘 기판의 이면」이라고 한다.)에, 질화실리콘막 등의 텍스처(texture) 마스크(31)를 CVD법, 또는 스퍼터법 등으로 형성한다.
그 후, 도 6(b)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 수광면에 텍스처(texture) 구조인 요철 형상(14)을 에칭에 의해 형성한다. 에칭은, 예를 들어, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 알칼리 수용액에 이소프로필 알코올을 첨가하고, 60℃ 이상 80℃ 이하로 가열한 용액에 의해 행해진다.
다음에, 도 6(c)을 이용하여 다음 공정을 설명한다. 도 6(c)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 이면에 형성한 텍스처(texture) 마스크(31)를 제거 후, N형 실리콘 기판(13)의 수광면과 이면에 산화 실리콘막 등의 확산 마스크(32, 33)를 형성한다. N형 확산층이 형성되는 개소에, 에칭 페이스트를 스크린 인쇄법 등으로 도포하고, 가열 처리에 의해 N형 확산층이 형성되는 개소의 확산 마스크(32)가 제거되어 기판이 노출된다. 패터닝 처리를 행한 에칭 페이스트는 초음파 세정하고 산처리에 의해 제거한다. 이 에칭 페이스트는, 예를 들면, 에칭 성분으로서 인산, 불화수소, 불화암모늄 및 불화수소암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하고, 물, 유기용매 및 증점제를 포함하는 것이다. 이 처리는, 포토리소그래피법을 이용하여 행해도 좋다.
그 후, POCl3를 이용한 기상 확산에 의해, N형 실리콘 기판(13)의 이면의 노출된 개소에, N형 불순물인 인이 확산하여 N형 확산층(20)이 형성된다. N형 확산층은 인산 등의 N형 불순물를 알코올이나 물에 용해시킨 용액을 스핀 도포하고, 열확산하는 것으로도 형성이 가능하다.
다음에, 도 6(d)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)에 형성한 확산 마스크(32) 및 확산 마스크(33), 및 확산 마스크(32, 33)에 인이 확산하여 형성된 유리층을 불산 처리에 의해 제거한 후, 산소 또는 수증기 분위기 중에서 열산화를 행하여 산화 실리콘막(34)을 형성한다.
다음에, 도 6(e)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 이면의 P형 확산층이 형성되는 개소에, 에칭 페이스트를 스크린 인쇄법 등으로 도포하고, 가열 처리에 의해 P형 확산층이 형성되는 개소의 산화 실리콘막(34)이 제거되어 기판이 노출된다. 패터닝(patterning) 처리를 행한 에칭 페이스트는 초음파 세정하고 산처리에 의해 제거한다. 이 에칭 페이스트는, 예를 들면, 에칭 성분으로서 인산, 불화수소, 불화암모늄 및 불화수소암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하고, 물, 유기용매 및 증점제를 포함하는 것이다.
도 6(f)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 이면에 붕산 등의 P형 불순물원을 알코올이나 물에 용해시킨 용액을 스핀 도포하고, 건조 후, 열처리에 의해 N형 실리콘 기판(13)의 이면의 노출된 개소에 P형 불순물인 붕소가 확산하여 P형 확산층(21)이 형성된다. 이 때, P형 확산층(21)은 BBr3 등의 기상 확산법에 의해도 형성할 수가 있다.
다음에, 도 6(g)을 이용하여 다음 공정을 설명한다. 도 6(g)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)에 형성한 산화 실리콘막(34), 및 산화 실리콘막(34)에 붕소가 확산하여 형성된 유리층을 불산 처리에 의해 제거한다. 그 후, N형 실리콘 기판(13)의 이면에 산화 실리콘막 등의 확산 마스크를 겸한 제1 이면 패시베이션막(19)을 CVD법, 또는 SOG(스핀 온 글래스)의 도포, 소성에 의해 형성한다.
그 후, 도 6(h)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 수광면에 인산 등의 N형 불순물를 알코올이나 물에 용해시킨 용액을 스핀 도포하고, 열확산하는 수법이, POCl3에 의한 기상 확산법 등에 의해, 수광면 확산층인 n-층(FSF층 15)을 형성해도 좋다.
다음에, 도 6(i)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 이면에 질화막 등에 의한 제2 이면 패시베이션막(18)을 CVD 또는 스퍼터법으로 형성한다. 또, 표면에도 반사방지막(16)으로서 CVD 또는 스퍼터법에 의해 질화막을 형성해도 좋다.
또한 본 발명에서는, N형 실리콘 기판의 이면에 제1 도전형의 영역(N형 확산층)(20) 및 제2 도전형의 영역(P형 확산층)(21)을 형성하는 방법은, 도 6(a)~도 6(i)에 나타내는 방법에 한정되지 않고 적당하게 변경이 가능하다.
다음에, 도 6(j)에 나타나듯이, N형 실리콘 기판(13)의 이면측에 형성된 N형 확산층(20), P형 확산층(21)에 전극을 형성한다.
도 7은 본 발명의 태양전지의 전극의 형성 공정을 나타내는 평면도이다. 도 7에 나타나듯이, 제1 콘택트부(26), 제2 콘택트부(27)는 실리콘 기판과 콘택트를 형성하는 전극이다. 이들 콘택트부의 전극 패턴은, 적어도 콘택트부와 버스바 전극이 교차하는 영역에 있어서, 라인 형상으로 연속한 패턴으로 할 필요가 있지만, 그 외의 개소에서는 타원, 구형, 도트(dot) 등의 불연속인 형상이라도 좋고, 라인 형상이라도 좋다. 또, 이러한 형상을 혼재시켜도 좋다. 콘택트부와 버스바 전극이 교차하는 영역에 있어서 콘택트부를 라인 형상으로 형성해 둠으로써, 그 외의 개소에 있어서, 콘택트부가 어떤 형상이라도, 예를 들면, 제1 버스바 전극(37)의 직하의 제2 도전형의 영역(21)에서 발전한 전류도 수집할 수가 있다.
또, 기판 면적에 대한 제1 콘택트부, 제2 콘택트부의 면적의 비율을 각각 1%~6% 정도로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 핑거 전극 사이의 거리가 1.5㎜ 피치일 때는, 선폭은 14㎛~90㎛로 된다. 이면 전극(콘택트부)의 콘택트 면적을 가능한 한 작게 함으로써, 패시베이션 영역이 증가하여 개방 전압의 상승을 전망할 수가 있기 때문이다.
이 콘택트부는, 예를 들면, 상기와 같은 라인 형상 등의 패턴을 가지는 개구를 가진 스크린 제판을 이용하여 스크린 인쇄로 형성할 수가 있다. 그 밖에도 오프셋 인쇄(offset printing)나, 잉크젯 인쇄, 디스펜서(dispenser), 증착법 등을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
도 6(j), 도 7을 참조하여 콘택트부 등의 구체적인 형성 방법을 설명한다. 우선, 콘택트부의 재료로서 상술의 소결 페이스트를 이용하여 상기와 같은 인쇄법으로 N형 확산층(20) 상에 또는 P형 확산층(21) 상에 소결 페이스트를 형성한다. 다음에, 이 소결 페이스트를 5~30분간, 700~800℃의 온도에서 소성하여, 제1 콘택트부(26) 또는 제2 콘택트부(27)를 형성할 수가 있다. 이 때, 제1 도전형의 영역(20)에 접합된 제1 콘택트부(26) 및 제2 도전형의 영역(21)에 접합된 제2 콘택트부(27)를, 적어도 일부에 라인 형상으로 연속한 형상을 가지도록 형성한다(도 7(1)). 후술과 같이, 이 라인 형상으로 연속한 형상을 가지는 부분에 있어서, 콘택트부와 버스바 전극이 교차한다.
이와 같이, 유리 플리트를 함유하는 소결 페이스트를 이용함으로써, 소성시에 유리 플리트가 용융하고, 제2 이면 패시베이션막(18) 및 제1 이면 패시베이션막(19)도 동시에 용융하고, 이들 막을 관통하여 전극이 기판 자체와 직접 결합하도록 접착한다. 또 n＋전극, p＋전극(제1 콘택트부, 제2 콘택트부)은 동시에 인쇄하고, 동시에 소성하여도 좋고, 인쇄, 소성을 순차 행하여도 좋다.
다음에 절연막의 형성에 대해서 설명한다. 도 6(k)은 P형용의 버스바 전극(제2 버스바 전극)의 단면도이고, 도 6(l)은 N형용의 버스바 전극(제1 버스바 전극)의 단면도이다. 각각, 도 1에 나타내는 태양전지의 a-a′ 단면도와 b-b′ 단면도를 나타내고 있다.
절연막(24, 25)은 제1 콘택트부(26) 및 제2 콘택트부(27)에 있어서의 라인 형상으로 연속한 형상을 가지는 부분의 상부와 측부를 덮도록 형성한다(도 7(2)).
절연막의 재료로서는, 상술한 실리콘 수지 등의 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것(절연 재료)을 이용할 수가 있다. 이 재료를 태양전지 기판 상에 형성하기 위해 용제를 첨가하여 유동성을 부여한 페이스트 상태의 것(절연 페이스트)을 사용하면 좋다. 유동성이 있으면 오프셋 인쇄(offset printing)나 스크린 인쇄, 및 디스펜서(dispenser) 등을 이용할 수가 있다.
예를 들면, 도 7에 나타내는 것 같은 절연막의 패턴을 형성하기 위해서, 이 패턴과 같은 형상의 개구를 가진 스크린 제판을 이용할 수가 있다. 이 스크린 제판을 이용하여 스크린 인쇄에 의해, N형 실리콘 기판(13)의 소정의 위치에 절연 페이스트를 도포하고, 350℃ 이하에서 5분~30분 열처리를 행함으로써 절연 페이스트를 경화하고, 절연막을 형성할 수가 있다(도 7(2)). 또, 절연막을 전체면에 형성한 후, 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 에칭 처리 및 패턴 처리를 행하는 방법을 이용하여 소망의 위치에 절연막을 형성해도 좋다.
다음에, 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극의 형성 방법에 대해 설명한다. 전술과 같이, 도 12에 나타내는 제작 방법에서는, 버스바 전극이 기판에 직접 접해 션트(shunt)하거나 절연막을 부분적으로 형성하는 것에 의한 기판 표면의 요철에 의해, 버스바 전극의 형성시에 스며듦이 발생하고(도 13), 절연막으로부터 비어져 나와 버려, 다른 도전형용의 전극끼리가 접속되는 등의 우려가 있었다. 이러한 불편이 생기면, 태양전지의 병렬 저항이 저하하여 변환 효율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이 때문에, 본 발명에서는 이 공정에서, 절연막(24, 25) 상만에 있어서 제1 버스바 전극(37) 및 제2 버스바 전극(38)을 형성한다. 특히, 버스바 전극의 형상을 도 7에 나타나듯이, 한 줄의 직사각형으로 하는 경우, 절연막을 한 줄의 직사각형으로 형성한다. 즉, 절연막을 버스바 전극의 직하에 형성한다. 이에 의해, 버스바 전극을 형성하는 영역의 요철이 작아진다. 본 발명에서는, 버스바 전극은, N형 실리콘 기판(13) 및 콘택트부와는 직접 접촉하지 않고, 양자간에는 절연막이 삽입되어 있는 구조로 된다. 절연막의 면적을 작게 할 때, 절연막과 버스바 전극은 동일 형상으로 되지만, 본 발명에 있어서는, 절연막의 폭과 길이는 버스바 전극보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 버스바 전극과 기판은 보다 확실하게 격리된다. 또, 버스바 전극을 형성하는 영역의 요철이 감소하기 때문에 버스바 전극 형성시의 스며듦을 억제하는 것이 가능하다. 또 버스바 전극을 스크린 인쇄로 형성할 때, 폭 방향의 스며듦을 아주 억제하기 위해서, 인쇄 방향과 버스바 전극의 길이 방향을 대략 병행으로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 제1 집전부 및 제2 집전부의 형성 방법에 대해 설명한다. 본 발명에서는 이 공정에서, 제1 콘택트부(26) 상에 제1 버스바 전극(37)과 전기적으로 접합된 제1 집전부(35)를 형성하고, 제2 콘택트부(27) 상에 제2 버스바 전극(38)와 전기적으로 접합된 제2 집전부(36)를 형성한다(도 7(3)).
이 때, 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극을 형성하는 공정과, 제1 집전부 및 제2 집전부를 형성하는 공정을 동시에 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해 공정수를 더욱 삭감할 수가 있어 보다 저비용으로 변환 효율이 높은 태양전지를 제조할 수가 있다.
또한 스크린 인쇄 등의 인쇄법을 이용하여 집전부를 형성하는 경우, 집전부의 형상(패턴)은, 도 18~21에 나타내는 것 같은 형상으로 하는 것이 바람직하다. 도 18~21에서는 집전부를 우로부터 좌로 인쇄하는 것을 상정하고 있다. 일반적으로, 인쇄의 인쇄 종료(예를 들면, 도 2및 도 8의 파선부)는, 인쇄물이 굵게 되기 쉽다. 여기서, 집전부의 형상이, 도 18~21에 나타내는 것 같은 형상이면, 집전부의 인쇄의 인쇄 종료가 콘택트부 상에는 존재하지 않고, 절연막 상에만 존재하게 된다. 따라서, 이러한 형상이면, 콘택트부 상에 있어서, 집전부를 형성하기 위한 인쇄물이 굵게 되는 것을 방지하고, 집전부 선폭이 콘택트부 선폭보다 넓어지는 것을 방지할 수가 있다. 그 결과, 션트(shunt)하기 어려운 태양전지를 용이하게 제작할 수가 있다. 또 도 18, 도 19는 본 발명의 태양전지의 일부분을 확대한 확대도이며, 도 2에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 확대도이다. 도 20, 도 21은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 상면 모식도이며, 도 8에 나타내는 태양전지에 대해서, 집전부의 형상을 변경한 것을 나타내는 모식도이다.
여기서, 버스바 전극의 상부에는 탭선(tab line)으로 불리는 Pb-Sn 등으로 코팅된 Cu 배선을 납땜한 후, 태양전지는 유리와 봉지재의 사이에 봉지되고, 옥외 폭로되었을 때에도 출력을 유지할 수가 있도록 모듈화된다. 이 때문에 버스바 전극은 탭선과의 접착력을 가지고 있으면, 연속하고 있어도 불연속이라도 좋다.
집전부 및 버스바 전극을 형성하기 위한 재료로서는, 상술의 Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb로부터 선택되는 1종류 이상의 도전성 물질을 함유하고, 또한 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지로부터 선택되는 1종류 이상의 수지를 함유하는 열경화 페이스트를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 열경화 페이스트이면, 절연막의 재료로서 매우 적합하게 이용되는 유기물을 포함하는 절연 재료가 분해할 일이 없는 400℃ 미만의 온도에서 전극 형성을 위한 열처리를 행할 수가 있기 때문이다.
예를 들면, 스크린 인쇄법으로 소정의 장소에 용제를 첨가한 열경화 페이스트를 도포한 후, 건조시키고, 350℃ 이하에서 5~30분 가열하고, 경화시킨다. 이 방법에서는, 열경화 페이스트가, 콘택트부의 재료인 소결 페이스트와 같이 유리 플리트를 포함하지 않기 때문에, 가열시에 전극 재료(열경화 페이스트)가 실리콘 기판과 직접 결합하는 일이 없어 콘택트 면적의 증가가 억제된다. 이러한 열경화 수지의 페이스트를 이용하여 탭선과 버스바부를 접촉시키고 나서 열처리를 행해도 좋다. 이와 같이 하면 납땜이 없이 탭선과 버스바부를 접착할 수가 있다.
=<실시예>=
이하, 실시예 및 비교예를 나타내고 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 및 비교예)
본 발명의 유효성을 확인하기 위해, 이하의 공정을 반도체 기판 100매(실시예 1, 비교예 1에 대해 50매씩)에 대해 행하고, 태양전지 100매를 제작하였다. 버스바 전극은 3조 설치하였다.
도 6에 나타나듯이, 우선, 가로세로 15㎝, 200㎛ 두께의 N형 실리콘 기판(13)의 이면에 CVD법에 의해 질화실리콘막을 200㎚ 형성하고, 텍스처(texture) 마스크(31)로 하였다(도 6(a)). 그 후, N형 실리콘 기판(13)의 수광면에 이소프로필 알코올을 첨가한 수산화칼륨 용액에 의해 텍스처(texture) 구조(요철 형상)(14)를 형성하였다(도 6(b)).
다음에 N형 실리콘 기판(13)의 이면에 형성한 텍스처(texture) 마스크(31)를 불산 용액으로 제거한 후, N형 실리콘 기판(13)의 수광면과 이면에 확산 마스크(32, 33)로서 산화 실리콘막을 열산화에 의해 형성하였다. N형 확산층이 형성되는 개소에, 인산을 주성분으로 한 에칭 페이스트를 스크린 인쇄로 도포하고, 가열 처리에 의해 N형 확산층이 형성되는 개소의 확산 마스크(32)가 제거되어 기판이 노출되었다(도 6(c)). 패터닝 처리를 행한 에칭 페이스트는 초음파 세정하고 산처리에 의해 제거하였다. 그 후, POCl3를 이용한 기상 확산에 의해, N형 실리콘 기판(13)의 이면의 노출된 개소에, N형 불순물인 인을 확산시켜 N형 확산층(20)을 형성하였다(도 6(c)).
다음에, N형 실리콘 기판(13)에 형성한 확산 마스크(32) 및 확산 마스크(33), 및 확산 마스크(32, 33)에 인이 확산하여 형성된 유리층을 불산 처리에 의해 제거한 후, 산소에 의한 열산화를 행하여 산화 실리콘막(34)을 형성하였다(도 6(d)). 다음에 이면의 P형 확산층(21)이 형성되는 개소의 산화 실리콘막(34)을 에칭에 의해 제거하였다(도 6(e)).
또한, N형 실리콘 기판(13)의 이면에 붕산을 함유하는 수용액을 스핀 도포하고, 건조 후, 열처리에 의해 N형 실리콘 기판(13)의 이면의 노출된 개소에 P형 불순물인 붕소를 확산하여 P형 확산층(21)을 형성하였다(도 6(f)).
다음에, 도 6(g)~(i)에 상당하는 공정으로서 N형 실리콘 기판(13)에 형성한 산화 실리콘막(34) 및 산화 실리콘막(34)에 붕소가 확산하여 형성된 유리층을 불산 처리에 의해 제거하고, 이어서 CVD법에 의해 표면과 이면에 패시베이션막으로서 질화실리콘막을 형성하였다. 여기까지의 공정은, 실시예 1 및 비교예 1에서 공통하여 행하였다. 이어서 전극의 형성을 행하였다.
［실시예 1］
실시예 1에서는, 도 2, 7에 나타내는 것 같은 패턴의 콘택트부, 절연막, 집전부 및 버스바 전극을 형성한다(도 6(j)~(l)).
우선, 폭 100㎛의 라인 형상의 패턴의 콘택트부를 형성하였다. 구체적으로는, 확산층 상의 소정의 개소에 Ag 입자, 유리 플리트, 바인더, 용제로 이루어지는 도전성 페이스트(소결 페이스트)를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 건조, 700℃, 5분의 소성을 행하고, 제1 콘택트부(26) 및 제2 콘택트부(27)를 형성하였다. 다음에, 버스바 전극 직하에 상기 핑거 전극(콘택트부)과 직교하도록, 폭 3㎜(핑거 전극 길이 방향), 길이 150㎜(버스바 전극 길이 방향)의 절연막을 형성하였다. 절연막의 재료로서 폴리이미드 페이스트를 이용하여 이 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 개소에 도포하고, 150℃에서 20분 가열하여 경화시키고, 절연막을 형성하였다.
다음에, 폭 100㎛의 집전부와 1.2㎜ 폭으로 길이가 148㎜인 버스바 전극을 동시에 형성하였다. 집전부와 버스바 전극의 재료로서는, Ag 입자와 열경화 수지로 이루어지는 도전성 페이스트(열경화 페이스트)를 이용하였다. 이 열경화 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 건조하고, 200℃에서 30분 동안 가열하여 경화시키고, 제1 집전부(35), 제2 집전부(36), 제1 버스바 전극(37) 및 제2 버스바 전극(38)을 동시에 형성하였다.
［비교예 1］
비교예 1에서는, 도 9, 12에 나타내는 것 같은 패턴의 콘택트부, 절연막, 집전부 및 버스바 전극을 형성하였다.
우선, 폭 100㎛의 라인 형상의 패턴의 콘택트부를 형성하였다. 구체적으로는, 확산층 상의 소정의 개소에 Ag 입자, 유리 플리트, 바인더, 용제로 이루어지는 도전성 페이스트(소결 페이스트)를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 건조, 700℃, 5분의 소성을 행하고, 제1 콘택트부(126) 및 제2 콘택트부(127)을 형성하였다. 다음에, 절연 영역(다른 도전형용의 핑거 전극과 버스바 전극이 교차하는 영역)에만 길이 3㎜(핑거 전극 길이 방향), 폭 500㎛(버스바 전극 길이 방향)의 절연막을 형성하였다. 절연막의 재료로서 폴리이미드 페이스트를 이용하여 이 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 개소에 도포하고, 150℃에서 20분 동안 가열하여 경화시키고, 절연막을 형성하였다.
다음에, 폭 100㎛의 집전부와 1.2㎜ 폭으로 길이가 148㎜인 버스바 전극을 동시에 형성하였다. 집전부와 버스바 전극의 재료로서는, Ag 입자와 열경화 수지로 이루어지는 도전성 페이스트(열경화 페이스트)를 이용하였다. 이 열경화 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 건조하고, 200℃에서 30분간 가열해 경화시키고, 제1 집전부(135), 제2 집전부(136), 제1 버스바 전극(137) 및 제2 버스바 전극(138)을 동시에 형성하였다.
이와 같이 하여 제작한 태양전지 100매에 대해 솔라(solar) 모의 실험 장치(25℃의 분위기 중에서 조사 강도 : 1kW/m2, 스펙트럼 : AM1.5 글로벌)에 의한 평가를 행하였다. 또, 태양전지의 병렬 저항을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중에는 병렬 저항이 1000Ω㎝2를 넘은 기판의 비율을 나타냈다. 표 1 중의 변환 효율은 실시예 1, 비교예 1 각각의 태양전지 50매씩의 평균을 나타내는 것이다.
비교예 1 실시예 1
병렬 저항 〉1000Ω㎝2의 비율(%) 40 96
변환 효율 % 18.0 19.6
표 1은 실시예 1 및 비교예 1의 실험 결과를 나타내는 표이다. 표 1에 나타나듯이, 비교예 1에서는 병렬 저항이 1000Ω㎝2 이하의 비율이 많아 변환 효율이 크게 저하하고 있었지만, 실시예 1에서는 병렬 저항은 충분히 높아 높은 변환 효율의 태양전지가 얻어졌다. 이것은 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막이 형성되어 있기 때문에, 버스바 전극과 기판이 직접 접하는 것이 없어졌기 때문이다. 또, 절연막 표면(버스바 전극을 형성하는 영역)이 평탄하게 되어, 버스바 전극 형성시의 스며듦을 억제할 수가 있고, 그 결과, 제1 핑거 전극 및 제2 버스바 전극, 그리고 제2 핑거 전극 및 제1 버스바 전극이 각각 접촉하지 않게 되었기 때문이다.
또한 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고 동일한 작용 효과를 나타내는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 일방의 주표면을 수광면으로 하고, 다른 일방의 주표면을 이면으로 하는 제1 도전형의 반도체 기판을 구비하고, 이 반도체 기판이, 상기 이면에 있어서, 상기 제1 도전형의 영역과, 상기 제1 도전형과 반대의 도전형인 제2 도전형의 영역을 가지는 것인 태양전지로서,
    상기 제1 도전형의 영역에 접합된 제1 콘택트부와, 이 제1 콘택트부 상에 형성된 제1 집전부로 이루어지는 제1 핑거 전극,
    상기 제2 도전형의 영역에 접합된 제2 콘택트부와, 이 제2 콘택트부 상에 형성된 제2 집전부로 이루어지는 제2 핑거 전극,
    상기 제1 집전부와 전기적으로 접합된 제1 버스바 전극, 및 상기 제2 집전부와 전기적으로 접합된 제2 버스바 전극을 구비하고,
    적어도 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 직하의 전역에 절연막을 구비하고, 이 절연막 상에 있어서, 상기 제1 집전부 및 상기 제1 버스바 전극, 그리고 상기 제2 집전부 및 상기 제2 버스바 전극의 상기 전기적인 접합이 이루어진 것이고,
    적어도 상기 절연막의 직하에 있어서, 상기 제1 콘택트부 및 상기 제2 콘택트부가 라인 형상으로 연속한 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극이 라인 형상으로 연속한 것이고, 상기 절연막이 라인 형상으로 연속한 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 개수의 합계가 4개 이상, 10개 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 개수의 합계가 4개 이상, 10개 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연막이, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 절연막이, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 절연막이, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 절연막이, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지 및 포발 수지로부터 하나 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연막의 두께가 1~60㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 집전부, 상기 제2 집전부, 상기 제1 버스바 전극 및 상기 제2 버스바 전극이, Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb로부터 선택되는 1종류 이상의 도전성 물질을 함유하고, 또한 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지로부터 선택되는 1종류 이상의 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 일방의 주표면이 수광면이고, 다른 일방의 주표면이 이면인 제1 도전형의 반도체 기판을 구비하고, 이 반도체 기판의 상기 이면에 있어서, 상기 제1 도전형의 영역과, 상기 제1 도전형과 반대의 도전형인 제2 도전형의 영역을 가지는 태양전지를 제조하는 방법으로서,
    상기 이면에 상기 제1 도전형의 영역 및 상기 제2 도전형의 영역을 형성하는 공정과,
    상기 제1 도전형의 영역에 접합된 제1 콘택트부 및 상기 제2 도전형의 영역에 접합된 제2 콘택트부를, 적어도 일부에 라인 형상으로 연속한 형상을 가지도록 형성하는 공정과,
    상기 제1 콘택트부 및 상기 제2 콘택트부에 있어서의 상기 라인 형상으로 연속한 형상을 가지는 부분의 상부와 측부를 덮도록 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 절연막 상만에 있어서 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1 콘택트부 상에 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 접합된 제1 집전부를 형성하고, 상기 제2 콘택트부 상에 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 접합된 제2 집전부를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 버스바 전극 및 제2 버스바 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1 집전부 및 제2 집전부를 형성하는 공정을 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
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