KR20120009562A - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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김상호
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김영수
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Abstract

태양 전지는 기판, 도핑 패턴, 콘택층 및 전극을 포함한다. 기판은 태양광이 입사되는 제1 면 및 제1 면과 마주하는 제2 면을 포함한다. 도핑 패턴은 기판의 제2 면에 형성되고, 콘택층은 도핑 패턴 상에 형성된다. 전극은 콘택층 상에 형성되고, 도핑 패턴과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 기판과 전극 사이의 접촉 저항을 개선하여 도핑 패턴 및 전극을 균일하게 형성할 수 있으며, 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.

Description

태양 전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판과 전극 사이의 접촉 저항을 개선하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체는 주입되는 불순물의 종류에 따라 크게 p형 반도체와 n형 반도체로 구분할 수 있다. 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 4족 원소로 구성된 기판에 상기 불순물을 주입함으로써 상기 p형 반도체 또는 상기 n형 반도체를 제조할 수 있다.
한편, 태양 전지는 광기전력(photovoltaic effect) 현상을 응용하여 태양의 빛 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 에너지 변환소자이다. 태양 전지는 기판 표면에 빛이 입사하면 내부에서 전자와 정공이 발생하고, 발생한 전하들은 제1 전극 및 제2 전극으로 이동함에 따라 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차인 광기전력이 발생한다. 이때, 상기 태양 전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.
상기 태양 전지의 제1 전극 또는 제2 전극은 상기 태양 전지의 빛이 입사하는 입사면의 반대면에 형성될 수 있다. 상기 전극들은 스크린 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 상기 전극들을 형성하는 과정에서, 상기 기판의 불균일도, 금속 페이스트(paste)의 점도, 스텐실의 불량 등에 의해 상기 기판과의 접촉 불량이 발생할 수 있다. 상기 기판과 전극의 접촉 불량이 발생하는 경우, 접촉 저항의 증가로 인하여 상기 태양 전지의 에너지 효율이 감소하는 문제점이 발생한다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 기판과 전극 사이의 접촉 저항을 개선하기 위한 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 태양 전지는 기판, 도핑 패턴, 콘택층 및 전극을 포함한다. 상기 기판은 태양광이 입사되는 제1 면 및 상기 제1 면과 마주하는 제2 면을 포함한다. 상기 도핑 패턴은 상기 기판의 제2 면에 형성되고, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴 상에 형성된다. 상기 전극은 상기 콘택층 상에 형성되고, 상기 도핑 패턴과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P) 및 비소(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 상기 도펀트가 제1 농도로 도핑된 제1 콘택층 및 상기 도펀트가 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 도핑되고, 상기 제1 콘택층 상에 형성된 제2 콘택층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 도핑 패턴은 상기 제2 면에 부분적으로 형성되고, 상기 도핑 패턴을 노출하며 상기 기판의 제2 면에 형성된 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴 및 상기 절연층과 상기 전극 사이에 형성될 수 있다. 또는, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴과 상기 전극 사이에만 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 기판의 제2 면과 상기 절연층 사이에 형성된 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 보호막은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 도핑 패턴은 제1 도펀트를 포함하는 제1 도핑 패턴 및 제2 도펀트를 포함하는 제2 도핑 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 상기 제1 도핑 패턴, 상기 제2 도핑 패턴 및 상기 절연층과 상기 전극 사이에 형성될 수 있다. 또는, 상기 콘택층은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들과 상기 전극 사이에 형성될 수 있다. 또는, 상기 콘택층은 상기 제1 도핑 패턴과 전극 사이에만 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 도핑 패턴은 상기 제2 면에 전체적으로 형성되고, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴 상에 전체적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn) 및 티타늄 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 태양광이 입사되는 기판의 제1 면과 마주하는 상기 기판의 제2 면 상에 콘택층을 형성한다. 상기 콘택층 상에 전도성 금속층을 형성한다. 상기 전도성 금속층을 소성하여 상기 기판의 제2 면에 도핑 패턴 및 상기 콘택층 상에 전극을 형성한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P) 및 비소(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층을 형성하는 단계는 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 주입할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층을 형성하는 단계는, 제1 농도의 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 1차 주입할 수 있다. 이어서, 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 2차 주입할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층을 형성하는 단계 이전에 염화 보론(BCl3) 가스를 주입하여 상기 기판의 제2 면을 세정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전도성 금속층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W) 주석(Sn) 및 티타늄 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 콘택층 상에 전도성 금속층을 형성하는 단계는 스크린 프린팅법을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 기판의 제2 면 상에 절연층을 형성하는 단계 및 상기 절연층을 패터닝하여 상기 제2 면이 노출되는 확산 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 기판의 제2 면과 상기 절연층 사이에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 태양광이 입사되는 기판의 제1 면과 마주하는 상기 기판의 제2 면에 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 도핑하여 제1 도핑 패턴 및 제2 도핑 패턴을 형성한다. 상기 제1 도핑 패턴 상에 콘택층을 형성한다. 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들과 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성한다.
이와 같은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 따르면, 도핑 패턴 상에 콘택층을 포함하여 기판과 전극 사이의 접촉 저항을 개선할 수 있다. 따라서, 도핑 패턴 및 전극을 균일하게 형성할 수 있으며, 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3k는 도 2에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 11a 내지 도 11g는 도 10에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다.
도 15는 도 14의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 표시 장치의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 도핑층(100) 및 도핑 패턴(200)이 형성된 베이스 기판(10), 제1 절연층(300), 제1 전극(500), 제2 절연층(400), 콘택층(700) 및 제2 전극(600)을 포함한다.
상기 베이스 기판(10)은 태양광이 입사되는 제1 면(11) 및 상기 제1 면(11)과 마주보는 제2 면(12)을 포함한다. 상기 제1 면(11)은 태양광의 반사율을 최소화하기 위해 요철 패턴을 가질 수 있다.
상기 베이스 기판(10)은 p형 실리콘 기판일 수 있다. 즉, 상기 베이스 기판(10)은 4족 원소 및 3족 원소를 포함할 수 있다. 상기 베이스 기판(10)은 단결정 또는 다결정일 수 있다. 본 실시예는 상기 베이스 기판(10)을 p형 실리콘 기판으로 설명하였으나, 이와 다르게 n형 실리콘 기판일 수 있다.
상기 베이스 기판(10)의 제1 면(11)에는 상기 도핑층(100)이 형성된다. 상기 도핑층(100)은 제1 도펀트(dopant)를 포함하는 n형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제1 도펀트는 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(10)에 상기 도핑층(100)이 형성됨에 따라, 상기 태양 전지(1)의 PN 접합 구조를 정의할 수 있다. 상기 도핑층(100)이 실질적으로 태양광이 입사되는 부분이고, 상기 태양 전지(1)의 전류가 흐르는 에미터(emitter)이다. 상기 도핑층(100)은 상기 제1 면(11)과 같이 요철 패턴을 가질 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판(10)의 제1 면(11)에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에는 상기 도핑 패턴(200)이 형성된다. 상기 도핑 패턴(200)은 제2 도펀트를 포함하는 p형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제2 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함할 수 있다.
상기 도핑 패턴(200)은 상기 베이스 기판(10)의 내부에서 상기 태양광에 의해 생성된 전자를 상기 도핑층(100)으로 밀어낸다. 동시에 상기 베이스 기판(10)의 내부에서 생성된 정공이 상기 전자와 재결합하여 상기 전자를 소멸시키는 것을 방지하도록 상기 정공을 당기는 역할을 한다.
상기 도핑 패턴(200)은 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 부분적으로 형성된다. 상기 도핑 패턴(200)은 일정한 패턴으로 형성될 수 있으며, 제1 방향(D1)으로 형성된 라인 형상 또는 홀 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 패턴(200)은 상기 제2 면(12)의 면적 중 약 15 % 정도의 면적에 형성될 수 있다.
상기 제1 절연층(300)은 상기 도핑층(100) 상에 형성된다. 상기 제1 절연층(300)은 상기 도핑층(100)에 입사되는 태양광의 반사를 최소화시킬 수 있는 반사 방지층일 수 있다. 동시에, 상기 제1 절연층(300)은 상기 베이스 기판(10)을 보호할 수 있다. 상기 제1 절연층(300)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(500)은 상기 도핑층(100)과 직접 연결되어 전자를 포집한다. 상기 제1 전극(500)과 상기 도핑층(100)이 접촉된 부분에서 상기 제1 절연층(300)은 제거되어 있다. 상기 제1 전극(500)은 은(Ag) 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(500)은 상기 제1 방향(D1)으로 형성된 다수의 버스 라인 및 상기 제1 방향(D1)과 실질적으로 수직하는 제2 방향(D2)으로 형성된 핑거 라인을 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(400)은 상기 도핑 패턴(200)을 노출하며, 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 형성된다. 상기 제2 절연층(400)에 상기 도핑 패턴(200)을 노출하기 위한 개구부(OP)가 형성된다. 상기 도핑 패턴(200)이 상기 제2 면(12)에 부분적으로 형성되므로, 상기 2 절연층(400)은 상기 도핑 패턴(200)이 형성된 부분을 제외한 제2 면(12)에 전체적으로 형성된다.
상기 제2 절연층(400)은 흡수된 태양광을 재반사하는 재반사층일 수 있다. 동시에, 상기 제2 절연층(400)은 상기 베이스 기판(10)을 보호할 수 있다. 상기 제2 절연층(400)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(700)은 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400) 상에 형성된다. 상기 콘택층(700)은 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400)이 형성된 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 콘택층(700)은 상기 제2 절연층(400)의 상면 및 측면과 상기 제2 절연층(400)에 의해 노출된 상기 도핑 패턴(200)을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 콘택층(700)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 콘택층(700)은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 도핑 패턴(200)이 p형 반도체를 포함하므로, 상기 콘택층(700)에 도핑된 도펀트는 상기 도핑 패턴(200)과 같이 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 콘택층(700)은 붕소(B)가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 콘택층(700)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수도 있다.
상기 제2 전극(600)은 상기 콘택층(700) 상에 형성된다. 상기 콘택층(700)은 도전체의 기능을 하는 도펀트 또는 금속 원소를 포함하고 있으므로, 상기 제2 전극(600)과 상기 도핑 패턴(200)은 개구부(OP)를 통해 전기적으로 연결된다.
상기 제2 전극(600)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn), 티타늄 질화물 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(600)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(700)은 포함하는 물질의 특성상 전도성 금속을 포함하는 상기 제2 전극(600) 및 실리콘을 포함하는 상기 베이스 기판(10)과 접착력(adhesion)이 우수하다. 따라서, 상기 도핑 패턴(200)이 형성된 상기 베이스 기판(10)과 상기 제2 전극(600)의 접촉 저항을 감소시킨다. 이로써, 상기 콘택층(700)의 계면에 형성되는 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 전극(600)을 균일하게 형성할 수 있고, 상기 태양 전지(1)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양 전지(1)의 전력 생산 원리에 대해서 간단히 설명하면, 상기 제1 면(11)에 태양광이 입사되면 상기 태양광의 광자(photon)에 의해 상기 베이스 기판(10)에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생된다.
상기 정공은 상기 베이스 기판(10)과 상기 도핑층(100)의 PN 접합에서 발생한 전기장에 의해 상기 도핑 패턴(200)을 향해 이동한다. 상기 전자는 상기 전기장에 의해 상기 도핑층(100)을 향해 이동한다. 상기 도핑층(100)으로 이동한 상기 전자들은 상기 제1 전극(500)에 축적된다. 상기 도핑 패턴(200)으로 이동한 상기 정공들은 상기 제2 전극(600)에 축적된다.
상기 제1 전극(500)과 상기 제2 전극(600) 각각에 축적되는 상기 전자 및 상기 정공에 의해 상기 태양 전지(1)의 상하로 전위차가 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 태양 전지(1)는 태양광에 의한 전력을 생산할 수 있다.
도 3a 내지 도 3k는 도 2에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 소정 크기로 절단된 p형 실리콘 기판의 절단면을 부분적으로 에칭하여 베이스 기판(10)을 준비한다. 상기 베이스 기판(10)은 염기 또는 산 용액을 이용한 습식 식각을 통하여 절단 과정에서 발생한 손상이 제거될 수 있다.
본 실시예에서는 편의상 p형 실리콘 기판을 이용하는 상기 태양 전지(1)의 제조 방법을 설명하나, 상기 베이스 기판(10)으로 p형 실리콘 기판 대신 n형 실리콘 기판이 이용될 수도 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하면, 상기 베이스 기판(10)을 염기 용액 등을 이용하여 제1 면(11) 또는 제2 면(12) 중 적어도 일면에 태양광의 반사율을 최소화하기 위한 요철 패턴을 형성시킨다.
본 실시예에서는 상기 베이스 기판(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12)에 요철 패턴을 형성하였으나, 태양광이 입사되는 한 쪽 면에만 요철 패턴을 형성할 수도 있다.
도 2 및 도 3c를 참조하면, 상기 요철 패턴이 형성된 베이스 기판(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12) 상에 제1 도펀트를 주입하여, 도핑층(100, 120)을 형성한다. 상기 제1 도펀트는 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
상기 도핑층(100, 120)은 도펀트를 주입하는 통상적인 방법인 열 확산법 또는 이온 주입법을 이용할 수 있다.
상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 형성되는 상기 도핑층(120)은 후속 공정에서 제거된다.
도 2 및 도 3d를 참조하면, 상기 도핑층(100, 120)이 형성된 베이스 기판(10) 상에 절연층(300, 320)을 형성한다. 상기 절연층(300, 320)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 절연층(300, 320)은 화학기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 스퍼터링법(sputtering) 등의 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 면(11)에 형성되는 절연층(300)은 제1 절연층(300)으로서 상기 도핑층(100)에 입사되는 태양광의 반사를 최소화시킬 수 있는 반사 방지층일 수 있다. 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 형성되는 상기 절연층(320)은 후속 공정에서 제거된다.
도 2 및 도 3e를 참조하면, 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 형성된 상기 도핑층(120) 및 상기 절연층(320)을 제거하고, 상기 제2 면(12)을 평탄화시키기 위해 미세하게 연마(polishing)한다.
본 실시예에서는, 상기 제2 면(12)에 형성된 상기 도핑층(120) 및 상기 절연층(320)을 제거하는 것으로 설명하지만, 상기 제2 면(12)에는 상기 도핑층(120) 및 상기 절연층(320)을 처음부터 형성하지 않을 수도 있다.
도 2 및 도 3f를 참조하면, 상기 평탄한 제2 면(12)에 상기 제2 절연층(400)을 형성한다. 상기 제2 절연층(400)은 흡수된 태양광을 재반사하는 재반사층일 수 있다. 동시에, 상기 제2 절연층(400)은 상기 베이스 기판(10)을 보호할 수 있다. 상기 제2 절연층(400)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(400)은 화학기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 스퍼터링법(sputtering) 등의 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3g를 참조하면, 상기 제2 절연층(400)을 부분적으로 제거하여 상기 제2 면(12)의 확산 영역(220)이 노출되도록 개구부(OP)를 형성한다. 상기 확산 영역(220)은 후속 공정에서 제2 도펀트가 주입되어 도핑 패턴(200)이 형성되는 영역이다.
예를 들어, 레이저 빔을 이용하여 상기 제2 절연층(400)의 일부를 제거할 수 있다. 또는, 포토 리소그래피 방법을 사용하여 상기 제2 절연층(400)의 일부를 제거할 수 있다.
상기 제2 절연층(400)은 상기 확산 영역(220)의 형상에 따라 일정한 형상으로 패터닝될 수 있으며, 상기 개구부(OP)는 라인 형상 또는 홀 형상일 수 있다.
도 2 및 도 3h를 참조하면, 상기 제1 절연층(300)의 일부를 제거하고, 상기 제1 전극(500)을 형성한다. 상기 제1 전극(500)은 상기 도핑층(100)과 직접 접촉한다. 상기 제1 전극(500)은 은(Ag) 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(500)은 스크린 프린팅법을 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제1 전극(500)이 상기 제2 절연층(400)의 패터닝 이후에 형성되는 것으로 설명하였으나, 상기 제2 절연층(400)의 패터닝 이전에 형성될 수도 있으며, 후속 공정에서 형성되는 제2 전극(600)의 형성 이전 또는 그 이후에 형성되거나 동일한 공정으로 형성될 수도 있다.
도 2 및 도 3i를 참조하면, 상기 패터닝된 제2 절연층(400) 상에 콘택층(700)을 형성한다. 상기 콘택층(700)은 상기 제2 절연층(400) 및 상기 확산 영역(220)을 커버한다. 즉, 상기 콘택층(700)은 상기 제2 절연층(400)의 상면 및 측면과 상기 제2 절연층(400)에 의해 노출된 상기 도핑 패턴(200)을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 콘택층(700)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 콘택층(700)은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 콘택층(700)은 붕소(B)가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들을 주입하여 화학기상 증착법에 의해 상기 콘택층(700)을 형성할 수 있다. 상기 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들의 비는 약 1: 2 내지 10: 2 내지 10 일 수 있다. 상기 가스들은 약 450 ℃ 의 온도에서 주입되어 반응할 수 있다.
이 경우, 상기 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들을 주입하기 전에, 염화 보론(BCl3) 가스만을 먼저 주입하여 상기 베이스 기판(10)을 세정할 수 있다. 상기 염화 보론(BCl3) 가스는 상기 제2 면(12)이 노출된 상기 확산 영역(220)에 발생할 수 있는 자연 산화막을 제거할 수 있다.
또한, 상기 콘택층(700)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수도 있다.
도 2 및 도 3j를 참조하면, 상기 콘택층(700) 상에 전도성 금속층(620)을 형성한다.
상기 전도성 금속층(620)은 스크린 프린팅법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 콘택층(700)에 의해 상기 확산 영역(220)과 상기 전도성 금속층(620) 사이의 접촉 저항이 감소하므로, 상기 전도성 금속층(620)은 균일하게 형성될 수 있다.
상기 전도성 금속층(620)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn), 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 금속층(620)은 알루미늄(Al)을 포함하고, 페이스트(paste) 상태일 수 있다.
도 2 및 도 3k를 참조하면, 상기 전도성 금속층(620)을 소성(firing)하여, 도핑 패턴(200) 및 제2 전극(600)을 동시에 형성한다.
상기 제2 전극(600)은 상기 전도성 금속층(620)이 소결되어 형성된다. 상기 도핑 패턴(200)은 상기 전도성 금속층(620)에 포함된 알루미늄(Al)등의 원소들이 상기 확산 영역(220)으로 도핑되어 형성된다. 이때, 상기 콘택층(700)이 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막인 경우, 상기 콘택층(700)에 포함된 도펀트도 역시 상기 확산 영역(220)으로 도핑될 수 있다.
이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지(1)를 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판(10)의 확산 영역(220)을 커버하는 상기 콘택층(700)이 형성된다. 따라서, 상기 확산 영역(220)과 상기 전도성 금속층(620) 사이의 접촉 저항을 감소시켜, 상기 전도성 금속층(620)을 프린팅하는 경우 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 상기 전도성 금속층(620)을 소성하여 형성되는 상기 도핑 패턴(200) 및 제2 전극(600)을 역시 균일하게 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(2)는 제1 콘택층(710) 및 제2 콘택층(720)을 제외하고, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양 전지(2)는 도핑층(100) 및 도핑 패턴(200)이 형성된 베이스 기판(10), 제1 절연층(300), 제1 전극(500), 제2 절연층(400), 제1 콘택층(710), 제2 콘택층(720) 및 제2 전극(600)을 포함한다.
상기 제1 콘택층(710)은 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400) 상에 형성된다. 상기 제1 콘택층(710) 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400)이 형성된 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 콘택층(710)은 상기 제2 절연층(400)의 상면 및 측면과 상기 제2 절연층(400)에 의해 노출된 상기 도핑 패턴(200)을 모두 커버한다.
상기 제2 콘택층(720)은 상기 제1 콘택층(710) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 콘택층(720)은 상기 제1 콘택층(710)의 상면 및 측면을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 콘택층들(710, 720)의 전체 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 제1 콘택층(710) 및 상기 제2 콘택층(720)은 도펀트가 각각 다른 농도로 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다.
상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 도핑 패턴(200)이 p형 반도체를 포함하므로, 상기 콘택층(700)에 도핑된 도펀트는 상기 도핑 패턴(200)과 같이 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 콘택층(710) 및 상기 제2 콘택층(720)은 붕소(B)가 각각 다른 농도로 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)일 수 있다. 이때, 상기 제1 콘택층(710)은 상기 붕소(B)가 제1 농도로 도핑되고, 상기 제2 콘택층(720)은 상기 붕소(B)가 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 도핑될 수 있다.
본 실시예는 2중층의 콘택층으로 설명하였으나, 3중층 이상의 다중층으로 형성된 콘택층일 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 도 3i 내지 도 3k를 제외하면 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 4, 도 3a 내지 도 3h 및 도 5a를 참조하면, 상기 패터닝된 제2 절연층(400) 상에 제1 콘택층(710)을 형성한다. 상기 제1 콘택층(710)은 상기 제2 절연층(400) 및 상기 확산 영역(220)을 커버한다.
예를 들어, 상기 제1 콘택층(710)은 붕소(B)가 제1 농도로 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)일 수 있다. 이 경우, 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들을 주입하여 화학기상 증착법에 의해 상기 제1 콘택층(710)을 형성할 수 있다. 상기 염화 보론(BCl3) 가스, 상기 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 상기 실란(Silane, SiH4) 가스를 각각 약 100 ml, 1000 ml, 1000 ml씩 주입할 수 있다. 상기 가스들은 약 450 ℃ 의 온도에서 주입되어 반응할 수 있다.
이 경우, 상기 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들을 주입하기 전에, 염화 보론(BCl3) 가스만을 먼저 주입하여 상기 베이스 기판(10)을 세정할 수 있다. 상기 염화 보론(BCl3) 가스는 상기 제2 면(12)이 노출된 상기 확산 영역(220)에 발생할 수 있는 자연 산화막을 제거할 수 있다.
도 4 및 도 5b를 참조하면, 상기 제1 콘택층(710) 상에 제2 콘택층(720)을 형성한다. 상기 제2 콘택층(720)은 상기 제1 콘택층(710)을 커버한다.
예를 들어, 상기 제2 콘택층(720) 붕소(B)가 제2 농도로 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)일 수 있다. 상기 제2 농노는 제1 농도보다 낮을 수 있다. 이 경우, 염화 보론(BCl3), 수소화 게르마늄(GeH4) 및 실란(Silane, SiH4) 가스들을 주입하여 화학기상 증착법에 의해 상기 제2 콘택층(720)을 형성할 수 있다. 상기 염화 보론(BCl3) 가스, 상기 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 상기 실란(Silane, SiH4) 가스를 각각 약 50 ml, 1000 ml, 1000 ml씩 주입할 수 있다. 상기 가스들은 약 450 ℃ 의 온도에서 주입되어 반응할 수 있다.
도 4 및 도 5c를 참조하면, 상기 제2 콘택층(720) 상에 전도성 금속층(620)을 형성한다.
상기 전도성 금속층(620)은 스크린 프린팅법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 콘택층들(710, 720)에 의해 상기 확산 영역(220)과 상기 전도성 금속층(620) 사이의 접촉 저항이 감소하므로, 상기 전도성 금속층(620)은 균일하게 형성될 수 있다.
상기 전도성 금속층(620)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn), 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 금속층(620)은 알루미늄(Al)을 포함하고, 페이스트(paste) 상태일 수 있다.
도 4 및 도 5d를 참조하면, 상기 전도성 금속층(620)을 소성(firing)하여, 도핑 패턴(200) 및 제2 전극(600)을 동시에 형성한다.
상기 제2 전극(600)은 상기 전도성 금속층(620)이 소결되어 형성된다. 상기 도핑 패턴(200)은 상기 전도성 금속층(620)에 포함된 알루미늄(Al)등의 원소들이 상기 확산 영역(220)으로 도핑되어 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 콘택층들(710, 720)에 포함된 붕소(B) 역시 상기 확산 영역(220)으로 도핑될 수 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 태양 전지(2)를 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 확산 영역(220)을 커버하는 상기 제1 및 제2 콘택층들(710, 720)이 형성된다. 따라서, 도펀트가 상대적으로 고농도로 도핑된 상기 제1 콘택층(710)은 후속 공정에서 상기 도펀트들이 상기 확산 영역(220)으로 도핑되는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 도펀트가 상대적으로 저농도로 도핑된 상기 제2 콘택층(720)은 후속 공정에서 형성되는 상기 제2 전극(600)과의 접촉 저항을 더욱 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(3)는 보호층(800)을 제외하고, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양 전지(3)는 도핑층(100) 및 도핑 패턴(200)이 형성된 베이스 기판(10), 제1 절연층(300), 제1 전극(500), 보호층(800), 제2 절연층(400), 콘택층(700) 및 제2 전극(600)을 포함한다.
상기 보호층(800)은 상기 베이스 기판(10) 및 상기 제2 절연층(400) 사이에 형성된다. 상기 보호층(800)은 상기 제2 절연층(400)과 실질적으로 동일한 패턴을 가질 수 있다. 상기 보호층(800)은 전자의 접근을 막고, 누설 전류를 억제할 수 있다. 상기 보호층(800)은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(700)은 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400) 상에 형성된다. 상기 콘택층(700)은 상기 도핑 패턴(200) 및 상기 제2 절연층(400)이 형성된 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 콘택층(700)은 상기 보호층(800)의 측면, 상기 제2 절연층(400)의 상면 및 측면과 노출된 상기 도핑 패턴(200)을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 콘택층(700)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
본 실시예는 상기 보호층(800)이 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)에만 형성되는 것으로 설명하였으나, 상기 보호층(800)은 상기 베이스 기판(10)의 제1 면(11)에 형성된 상기 제1 절연층(300) 상에도 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 도 3f 내지 도 3i를 제외하면 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 6, 도 3a 내지 도 3e 및 도 7a를 참조하면, 상기 평탄한 제2 면(12)에 보호층(800)을 형성한다. 상기 보호층(800)은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 보호층(800)은 상기 베이스 기판(10)의 제2 면(12)뿐만 아니라, 상기 보호층(800)은 상기 베이스 기판(10)의 제1 면(11)에 형성된 상기 제1 절연층(300) 상에도 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7b를 참조하면, 상기 제2 면(12)에 형성된 보호층(800) 상에 제2 절연층(400)을 형성한다. 상기 제2 절연층(400)은 흡수된 태양광을 재반사하는 재반사층일 수 있다. 동시에, 상기 제2 절연층(400)은 상기 베이스 기판(10)을 보호할 수 있다. 상기 제2 절연층(400)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(400)은 화학기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 스퍼터링법(sputtering) 등의 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7c를 참조하면, 상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)을 부분적으로 제거하여 상기 제2 면(12)의 확산 영역(220)을 노출한다. 상기 확산 영역(220)은 후속 공정에서 제2 도펀트가 주입되어 상기 도핑 패턴(200)이 형성되는 영역이다.
예를 들어, 레이저 빔을 이용하여 상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)의 일부를 제거할 수 있다. 또는, 포토 리소그래피 방법을 사용하여 상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)의 일부를 제거할 수 있다.
상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)은 실질적으로 동일한 패턴을 가질 수 있다. 상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)은 동시에 패터닝될 수 있다.
상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)은 일정한 형상으로 패터닝될 수 있으며, 상기 개구부(OP)는 라인 형상 또는 홀 형상일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 보호층(800) 및 상기 제2 절연층(400)이 패터닝되기 이전 또는 이후에 제1 전극(500)을 형성할 수 있다. 또는, 후속 공정에서 형성되는 제2 전극(600)의 형성 이전 또는 그 이후에 형성되거나 동일한 공정으로 형성될 수도 있다.
이후의 공정은 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하므로, 설명을 생략한다.
이에 따라, 도 6에 도시된 태양 전지(3)를 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판(10) 및 상기 제2 절연층(400) 사이에 형성된 상기 보호층(800)을 더 포함함으로써, 상기 태양 전지(3) 내에서 전자의 접근을 막고, 누설 전류를 억제할 수 있으므로 상기 태양 전지(3)의 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(4)는 콘택층(740)을 제외하고, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 태양 전지(1)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양 전지(4)는 도핑층(100) 및 도핑 패턴(200)이 형성된 베이스 기판(10), 제1 절연층(300), 제1 전극(500), 제2 절연층(400), 콘택층(740) 및 제2 전극(600)을 포함한다.
상기 콘택층(740)은 상기 개구부(OP) 근처에 형성된다. 구체적으로, 상기 콘택층(740)은 상기 도핑 패턴(200)과 상기 2 전극(600) 사이에 형성되어, 상기 제2 절연층(400)의 측면과 노출된 상기 도핑 패턴(200)을 커버한다.
도시하지는 않았으나, 상기 콘택층(740)은 2중층 이상의 다중층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판(10) 및 상기 제2 절연층(400) 사이에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(4)의 제조 방법은 도 2에 도시된 태양 전지(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 다만, 상기 개구부(OP) 근처에만 상기 콘택층(740)을 형성할 수 있다. 또는, 도 3i와 같이, 상기 콘택층(700)을 형성한 후, 상기 개구부(OP) 근처 이외의 콘택층(700)을 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다. 도 10은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(5)는 도핑층(130), 제1 도핑 패턴(230) 및 제2 도핑 패턴(250)이 형성된 베이스 기판(30), 제1 절연층(330), 제2 절연층(430), 콘택층(730), 상기 제1 도핑 패턴(230)과 전기적으로 연결된 제1 전극(530) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)과 전기적으로 연결된 제2 전극(630)을 포함한다.
상기 베이스 기판(30)은 태양광이 입사되는 제1 면(31) 및 상기 제1 면(31)과 마주보는 제2 면(32)을 포함한다. 상기 제1 면(31)은 태양광의 반사율을 최소화하기 위해 요철 패턴을 가질 수 있다.
상기 베이스 기판(30)은 p형 또는 n형 실리콘 기판일 수 있다. 상기 베이스 기판(30)은 단결정 또는 다결정일 수 있다. 본 실시예에서는 4족 원소 및 5족 원소를 포함하는 n형 실리콘 기판인 것으로 설명한다.
상기 베이스 기판(30)의 제1 면(31)에는 상기 도핑층(130)이 형성된다. 상기 도핑층(130)은 제1 도펀트(dopant)를 포함하는 n형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제1 도펀트는 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층(330)은 상기 도핑층(130) 상에 형성된다. 상기 제1 절연층(330)은 상기 도핑층(130)에 입사되는 태양광의 반사를 최소화시킬 수 있는 반사 방지층일 수 있다. 동시에, 상기 제1 절연층(330)은 상기 베이스 기판(30)을 보호할 수 있다. 상기 제1 절연층(330)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(30)의 제2 면(32)에는 상기 제1 도핑 패턴(230) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)이 형성된다. 상기 제1 도핑 패턴(230) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)은 각각 p+ 영역 및 n+ 영역일 수 있다.
상기 제1 도핑 패턴(230) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)은 각각 제1 방향(D1)으로 형성된 라인 형상 또는 홀 형상일 수 있다. 상기 제1 도핑 패턴(230) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)은 제2 방향(D2)에 따라 교번적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도핑 패턴(230)은 제2 도펀트를 포함하는 p형 반도체(p+ 반도체)를 포함할 수 있다. 상기 제2 도펀트는 3족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 도핑 패턴(230)은 상기 베이스 기판(30)과 반대 도전형을 갖는 에미터층이다. 상기 제1 도핑패턴(DP1)이 형성됨에 따라, 상기 태양 전지(5)의 PN 접합이 형성된다.
상기 제2 도핑 패턴(250)은 상기 도핑층(130)과 마찬가지로 제1 도펀트를 포함하는 n형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제2 도핑 패턴(250)은 상기 도핑층(130)보다 고농도로 도핑된 n형 반도체(n+ 반도체)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 도핑 패턴(250)의 제1 도펀트의 농도는 상기 도핑층(130)의 제1 도펀트의 농도보다 높으므로 상기 도핑층(130)은 상기 베이스 기판(30)의 내부에서 상기 태양광에 의해 생성된 전자를 상기 제2 도핑 패턴(250)으로 밀어낼 수 있다.
상기 제2 절연층(430)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)을 노출하며, 상기 베이스 기판(30)의 제2 면(32)에 형성된다. 상기 제2 절연층(430)에 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 노출하기 위한 제1 및 제2 개구부들(OP1, OP2)이 형성된다.
상기 제2 절연층(430)은 흡수된 태양광을 재반사하는 재반사층일 수 있다. 동시에, 상기 제2 절연층(430)은 상기 베이스 기판(30)을 보호할 수 있다. 상기 제2 절연층(400)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(730)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250) 및 상기 제2 절연층(430) 상에 형성된다. 상기 콘택층(730)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250) 및 상기 제2 절연층(430)이 형성된 상기 베이스 기판(30)의 제2 면(32)에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 콘택층(730)은 상기 제2 절연층(430)의 상면 및 측면과 상기 제2 절연층(430)에 의해 노출된 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 콘택층(730)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 콘택층(730)은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
또는, 상기 콘택층(730)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수도 있다.
상기 콘택층(730)은 도전체의 기능을 하는 도펀트 또는 금속 원소를 포함하고 있으므로, 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)과 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)은 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 콘택층(730)은 2중층 이상의 다중층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판(30) 및 상기 제2 절연층(430) 사이에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 상기 제2 절연층(430)과 실질적으로 동일한 패턴을 가질 수 있으며, 전자의 접근을 막고, 누설 전류를 억제할 수 있다. 상기 보호층은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 상기 보호층은 상기 베이스 기판(30)의 제1 면(31)에 형성된 상기 제1 절연층(330) 상에도 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(5)는 도 1을 참조하여 언급한 태양 전지(1)와 다르게 상기 제1 전극(530) 및 상기 제2 전극(630)이 모두 상기 베이스 기판(30)의 제2 면(32)에 형성된다. 따라서, 태양광이 입사되는 제1 면(31)에 형성되는 전극으로 인하여 태양광을 차단하지 않으므로, 상기 태양 전지(5)의 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극(530) 및 상기 제2 전극(630)은 서로 이격되어 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 전극(530) 및 상기 제2 전극(630)은 상기 제2 방향(D2)에 따라 교번적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(530)은 상기 제2 절연층(430)에 형성된 제1 개구부(OP1)를 통해 상기 제1 도핑 패턴(230)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극(530)은 상기 제1 도핑 패턴(230)을 따라 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 제1 전극 라인들(530a) 및 상기 제2 방향(D2)으로 연장되며 상기 제1 전극 라인들(530a)을 연결하는 제1 전극 연결부(530b)를 포함한다.
상기 제2 전극(630)은 상기 제2 절연층(430)에 형성된 제2 개구부(OP2)를 통해 상기 제2 도핑 패턴(250)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전극(630)은 상기 제2 도핑 패턴(250)을 따라 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 제2 전극 라인들(630a) 및 상기 제2 방향(D2)으로 연장되며 상기 제2 전극 라인들(630a)을 연결하는 제2 전극 연결부(630b)를 포함한다.
상기 콘택층(730)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)이 형성된 상기 베이스 기판(30)과 상기 제1 및 제2 전극(530, 630)의 접촉 저항을 감소시킨다. 이로써, 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)을 균일하게 형성할 수 있고, 상기 태양 전지(5)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양 전지(5)의 전력 생산 원리에 대해 간단히 설명하면, 상기 제1 면(31)에 태양광이 입사되면 상기 태양광의 광자(photon)에 의해 상기 베이스 기판(30)에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생된다.
상기 정공은 n형 실리콘 기판인 상기 베이스 기판(30)과 상기 제1 도핑 패턴(230)의 PN 접합에서 발생한 전기장에 의해 상기 제1 도핑 패턴(230)을 향해 이동한다. 상기 전자는 상기 전기장에 의해 상기 제2 도핑 패턴(250)을 향해 이동한다. 상기 제1 도핑 패턴(230)으로 이동한 상기 정공들은 상기 제1 전극(530)에 축적된다. 상기 제2 도핑 패턴(250)으로 이동한 상기 전자들은 상기 제2 전극(630)에 축적된다.
상기 제1 전극(530) 및 제2 전극(630) 각각에 축적되는 상기 전자 및 상기 정공에 의해 상기 태양 전지(5)의 상기 제1 전극(530) 및 제2 전극(630)의 사이에 전위차가 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 태양 전지(5)는 태양광에 의한 전력을 생산할 수 있다.
도 11a 내지 도 11g는 도 10에 도시된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11a를 참조하면, 소정 크기로 절단된 n형 실리콘 기판인 상기 베이스 기판(30)의 절단면을 부분적으로 에칭하여 준비한다. 상기 베이스 기판(30)은 염기 또는 산 용액을 이용한 습식 식각을 통하여 절단 과정에서 발생한 손상이 제거될 수 있다.
본 실시예에서는 편의상 n형 실리콘 기판을 이용하는 상기 태양 전지(5)의 제조 방법을 설명하나, 상기 베이스 기판(30)으로 n형 실리콘 기판 대신 p형 실리콘 기판이 이용될 수도 있다.
이어서, 준비된 상기 베이스 기판(30)은 염기 용액 등을 이용하여 제1 면(31) 또는 제2 면(32) 중 적어도 일면에 태양광의 반사율을 최소화하기 위한 요철 패턴을 형성시킨다. 상기 요철 패턴이 형성된 상기 제1 면(31)의 반대면인 제2 면(32)을 평탄화시키기 위해 상기 제2 면(32)을 미세하게 연마한다.
도 10 및 도 11b를 참조하면, 상기 베이스 기판(30)의 상기 제2 면(32) 중 제1 확산 영역(240) 및 제2 확산 영역(260)에 상기 제2 도펀트 및 상기 제1 도펀트를 각각 도핑한다. 이에 따라, 상기 제2 도펀트 및 상기 제1 도펀트가 각각 주입된 상기 제1 도핑 패턴(230) 및 제2 도핑 패턴(250)이 형성된다.
상기 제1 도펀트 및 상기 제2 도펀트는 이온 주입법을 이용하여 도핑될 수 있으며, 또는 고온 확산법에 의해 도핑될 수도 있다. 상기 제2 도펀트가 상기 제1 확산 영역(240)을 벗어나서 도핑되고, 상기 제1 도펀트가 상기 제1 도핑 패턴(230)을 벗어나서 도핑되는 것을 방지하기 위해 확산 방지 패턴(미도시)을 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 베이스 기판(30)에 요철 패턴을 형성시킨 후, 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 형성시키는 것을 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 형성시킨 후, 상기 베이스 기판(30)에 요철 패턴을 형성시킬 수 있다.
도 10 및 도 11c를 참조하면, 상기 요철 패턴이 형성된 베이스 기판(30)의 제1 면(31) 상에 제1 도펀트를 주입하여 상기 도핑층(130)을 형성한다. 상기 제1 도펀트는 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11d를 참조하면, 상기 도핑층(130)이 형성된 제1 면(31) 상에 제1 절연층(330)을 형성하고, 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)이 형성된 제2 면(32) 상에 제2 절연층(430)을 형성한다.
상기 제1 절연층(330)은 상기 도핑층(130)에 입사되는 태양광의 반사를 최소화시킬 수 있는 반사 방지층일 수 있다. 상기 제2 절연층(430)은 흡수된 태양광을 재반사하는 재반사층일 수 있다. 동시에, 상기 제1 및 제2 절연층들(330, 430)은 상기 베이스 기판(30)을 보호할 수 있다. 상기 제1 및 제2 절연층들(330, 430)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 절연층들(330, 430)은 화학기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 스퍼터링법(sputtering) 등의 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 제1 및 제2 절연층들(330, 430)이 동시에 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 제2 면(32)의 상기 제2 절연층(430)은 상기 제1 절연층(330)이 형성되기 이전에 또는 이후에 형성될 수도 있다.
도 10 및 도 11e를 참조하면, 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)이 노출되도록 상기 제2 절연층(430)을 제거하여, 제1 개구부(OP1) 및 제2 개구부(OP2)를 형성한다.
예를 들어, 레이저 빔을 이용하여 상기 제2 절연층(430)의 일부를 제거할 수 있다. 또는, 포토 리소그래피 방법을 사용하여 상기 제2 절연층(430)의 일부를 제거할 수 있다.
상기 제2 절연층(430)은 일정한 형상으로 패터닝될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 개구부들(OP1, OP2)은 라인 형상 또는 홀 형상일 수 있다.
도 10 및 도 11f를 참조하면, 상기 패터닝된 제2 절연층(430) 상에 콘택층(730)을 형성한다. 상기 콘택층(730)은 상기 제2 절연층(430) 및 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 커버한다. 즉, 상기 콘택층(730)은 상기 제2 절연층(430)의 상면 및 측면과 상기 제2 절연층(430)에 의해 노출된 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)을 모두 커버한다. 예를 들어, 상기 콘택층(730)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다.
상기 콘택층(730)은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
또는, 상기 콘택층(730)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수도 있다.
도 10 및 도 11g를 참조하면, 상기 콘택층(730) 상에 상기 제1 도핑 패턴(230)과 전기적으로 연결된 제1 전극(530) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)과 전기적으로 연결된 제2 전극(630)을 형성한다.
상기 제1 전극(530) 및 제2 전극(630)은 서로 이격되어 형성된다. 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn), 티타늄 질화물 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)은 스크린 프린팅법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 콘택층(730)에 의해 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)과 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630) 사이의 접촉 저항이 감소하므로, 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)은 균일하게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)은 모두 상기 베이스 기판(30)의 제2 면(32)에 형성되므로, 태양광이 입사되는 상기 제1 면(31)에 형성되는 전극으로 인한 그림자가 발생하지 않으므로, 상기 태양 전지(5)의 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 콘택층(730)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴(230, 250)이 형성된 베이스 기판(30)과 상기 제1 및 제2 전극(530, 630)의 접촉 저항을 감소시키므로, 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630)을 균일하게 형성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(6)는 콘택층(760)을 제외하고, 도 9 및 도 10의 태양 전지(5)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9 및 도 10의 태양 전지(5)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양 전지(6)는 도핑층(130), 제1 도핑 패턴(230) 및 제2 도핑 패턴(250)이 형성된 베이스 기판(30), 제1 절연층(330), 제2 절연층(430), 콘택층(760), 상기 제1 도핑 패턴(230)과 전기적으로 연결된 제1 전극(530) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)과 전기적으로 연결된 제2 전극(630)을 포함한다.
상기 콘택층(760)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 노출하기 위한 제1 및 제2 개구부들(OP1, OP2) 근처에 형성된다. 구체적으로, 상기 콘택층(760)은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)과 상기 제1 및 제2 전극들(530, 630) 사이에 형성되어, 상기 제2 절연층(430)의 측면과 노출된 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들(230, 250)을 커버한다.
도시하지는 않았으나, 상기 콘택층(760)은 2중층 이상의 다중층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판(30) 및 상기 제2 절연층(430) 사이에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(6)의 제조 방법은 도 10에 도시된 태양 전지(5)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 다만, 상기 제1 및 제2 개구부들(OP1, OP2) 근처에만 상기 콘택층(760)을 형성할 수 있다. 또는, 도 10f와 같이, 상기 콘택층(730)을 형성한 후, 상기 1 및 제2 개구부들(OP1, OP2) 근처 이외의 콘택층(730)을 제거할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(7)는 콘택층(770)을 제외하고, 도 9 및 도 10의 태양 전지(5)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9 및 도 10의 태양 전지(5)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양 전지(7)는 도핑층(130), 제1 도핑 패턴(230) 및 제2 도핑 패턴(250)이 형성된 베이스 기판(30), 제1 절연층(330), 제2 절연층(430), 콘택층(770), 상기 제1 도핑 패턴(230)과 전기적으로 연결된 제1 전극(530) 및 상기 제2 도핑 패턴(250)과 전기적으로 연결된 제2 전극(630)을 포함한다.
상기 콘택층(770)은 상기 제1 도핑 패턴(230)을 노출하기 위한 제1 개구부(OP1) 근처에 형성된다. 구체적으로, 상기 콘택층(770)은 상기 제1 도핑 패턴(230)과 상기 제1 전극(530) 사이에 형성되어, 상기 제2 절연층(430)의 측면과 노출된 상기 제1 도핑 패턴(230)을 커버한다.
도시하지는 않았으나, 상기 콘택층(770)은 2중층 이상의 다중층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판(30) 및 상기 제2 절연층(430) 사이에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(7)의 제조 방법은 도 10에 도시된 태양 전지(5)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 다만, 상기 제1 개구부(OP1) 근처에만 상기 콘택층(770)을 형성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 사시도이다. 도 15는 도 14의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(9)는 제1 도핑층(150) 및 제2 도핑층(270)이 형성된 베이스 기판(50), 제1 절연층(350), 제1 전극(550), 콘택층(790) 및 제2 전극(650)을 포함한다.
상기 베이스 기판(50)은 태양광이 입사되는 제1 면(51) 및 상기 제1 면(51)과 마주보는 제2 면(52)을 포함한다. 상기 제1 면(51)은 태양광의 반사율을 최소화하기 위해 요철 패턴을 가질 수 있다.
상기 베이스 기판(50)은 p형 실리콘 기판일 수 있다. 즉, 상기 베이스 기판(50)은 4족 원소 및 3족 원소를 포함할 수 있다. 상기 베이스 기판(50)은 단결정 또는 다결정일 수 있다. 본 실시예는 상기 베이스 기판(50)을 p형 실리콘 기판으로 설명하였으나, 이와 다르게 n형 실리콘 기판일 수 있다.
상기 베이스 기판(50)의 제1 면(51)에는 상기 제1 도핑층(150)이 형성된다. 상기 제1 도핑층(150)은 제1 도펀트(dopant)를 포함하는 n형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제1 도펀트는 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(50)의 제2 면(52)에는 상기 제2 도핑층(270)이 전체적으로 형성된다. 상기 제2 도핑층(270)은 제2 도펀트를 포함하는 p형 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제2 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층(350)은 상기 제1 도핑층(150) 상에 형성된다. 상기 제1 절연층(350)은 상기 제1 도핑층(150)에 입사되는 태양광의 반사를 최소화시킬 수 있는 반사 방지층일 수 있다. 동시에, 상기 제1 절연층(350)은 상기 베이스 기판(50)을 보호할 수 있다. 상기 제1 절연층(350)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(550)은 상기 제1 도핑층(150)과 직접 연결되어 전자를 포집한다. 상기 제1 전극(550)과 상기 제1 도핑층(150)이 접촉된 부분에서 상기 제1 절연층(350)은 제거되어 있다. 상기 제1 전극(550)은 은(Ag) 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(550)은 상기 제1 방향(D1)으로 형성된 다수의 버스 라인 및 상기 제1 방향(D1)과 실질적으로 수직하는 제2 방향(D2)으로 형성된 핑거 라인을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(790)은 상기 제2 도핑층(270)에 전체적으로 형성된다. 예를 들어, 상기 콘택층(790)의 두께는 약 300 nm 내지 약 500 nm일 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 콘택층(790)은 2중층 이상의 다중층을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(790)은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘 박막일 수 있다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 실리콘 박막은 비정질, 단결정 또는 다결정일 수 있다. 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 포함하는 3족 원소를 포함하거나, 인(P), 비소(As) 등을 포함하는 5족 원소를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 제2 도핑층(270)이 p형 반도체를 포함하므로, 상기 콘택층(700)에 도핑된 도펀트는 상기 제2 도핑층(270)과 같이 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 콘택층(790)은 붕소(B)가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe)으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 콘택층(790)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수도 있다.
상기 제2 전극(650)은 상기 콘택층(790) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(650)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn), 티타늄 질화물 등의 전도성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(650)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 콘택층(790)은 도전체의 기능을 하는 도펀트 또는 금속 원소를 포함하고 있으므로, 상기 제2 전극(650)과 상기 제2 도핑층(270)은 상기 콘택층(790)을 통해 전기적으로 연결된다.
상기 콘택층(790)은 포함하는 물질의 특성상 전도성 금속을 포함하는 상기 제2 전극(650) 및 실리콘을 포함하는 상기 베이스 기판(50)과 접착력(adhesion)이 우수하다. 따라서, 상기 제2 도핑층(270)이 형성된 상기 베이스 기판(50)과 상기 제2 전극(650)의 접촉 저항을 감소시켜, 상기 태양 전지(9)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 도핑 패턴이 형성된 기판과 전극 사이에 형성되는 콘택층을 포함한다. 따라서, 상기 기판과 상기 전극 사이의 접촉 저항을 감소시켜, 상기 도핑 패턴 및 상기 전극을 균일하게 형성할 수 있다. 나아가, 상기 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9: 태양전지 10, 30, 50: 베이스 기판
11, 31, 51: 제1 면 12, 32, 52: 제2 면
100, 130, 150, 270: 도핑층 200: 도핑 패턴
230: 제1 도핑 패턴 250: 제2 도핑 패턴
300, 330, 350: 제1 절연층 400, 430: 제2 절연층
500, 530, 550: 제1 전극 600, 630, 650: 제2 전극
700, 730, 740, 760, 770, 790: 콘택층
710: 제1 콘택층 720: 제2 콘택층
800: 보호막

Claims (28)

  1. 태양광이 입사되는 제1 면 및 상기 제1 면과 마주하는 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 기판의 제2 면에 형성된 도핑 패턴;
    상기 도핑 패턴 상에 형성된 콘택층; 및
    상기 콘택층 상에 형성되고, 상기 도핑 패턴과 전기적으로 연결된 전극을 포함하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콘택층은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P) 및 비소(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 콘택층은,
    상기 도펀트가 제1 농도로 도핑된 제1 콘택층; 및
    상기 도펀트가 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 도핑되고, 상기 제1 콘택층 상에 형성된 제2 콘택층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 콘택층은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도핑 패턴은 상기 제2 면에 부분적으로 형성되고, 상기 도핑 패턴을 노출하며 상기 기판의 제2 면에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴 및 상기 절연층과 상기 전극 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  8. 제6항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴과 상기 전극 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  9. 제6항에 있어서, 상기 기판의 제2 면과 상기 절연층 사이에 형성된 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보호막은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  11. 제6항에 있어서, 상기 도핑 패턴은
    제1 도펀트를 포함하는 제1 도핑 패턴; 및
    제2 도펀트를 포함하는 제2 도핑 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 제1 도핑 패턴, 상기 제2 도핑 패턴 및 상기 절연층과 상기 전극 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  13. 제11항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 제1 및 제2 도핑 패턴들과 상기 전극 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  14. 제11항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 제1 도핑 패턴과 전극 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 도핑 패턴은 상기 제2 면에 전체적으로 형성되고, 상기 콘택층은 상기 도핑 패턴 상에 전체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 주석(Sn) 및 티타늄 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  17. 태양광이 입사되는 기판의 제1 면과 마주하는 상기 기판의 제2 면 상에 콘택층을 형성하는 단계;
    상기 콘택층 상에 전도성 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 금속층을 소성하여 상기 기판의 제2 면에 도핑 패턴 및 상기 콘택층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 콘택층은 도펀트가 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe) 또는 도펀트가 도핑된 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 도펀트는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P) 및 비소(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 콘택층은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 텅스텐(TiW), 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 콘택층을 형성하는 단계는 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 콘택층을 형성하는 단계는,
    제1 농도의 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 1차 주입하는 단계; 및
    상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 염화 보론(BCl3) 가스, 수소화 게르마늄(GeH4) 가스 및 실란(Silane, SiH4) 가스를 2차 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 콘택층을 형성하는 단계 이전에 염화 보론(BCl3) 가스를 주입하여 상기 기판의 제2 면을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 전도성 금속층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W) 주석(Sn) 및 티타늄 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 콘택층 상에 전도성 금속층을 형성하는 단계는 스크린 프린팅법을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 기판의 제2 면 상에 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 절연층을 패터닝하여 상기 제2 면이 노출되는 확산 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기판의 제2 면과 상기 절연층 사이에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  28. 태양광이 입사되는 기판의 제1 면과 마주하는 상기 기판의 제2 면에 제1 도펀트 및 제2 도펀트를 각각 도핑하여 제1 도핑 패턴 및 제2 도핑 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 도핑 패턴 상에 콘택층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 도핑 패턴들과 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103474486B (zh) * 2013-09-25 2015-12-23 常州天合光能有限公司 晶体硅太阳电池的背面梁桥式接触电极及其制备方法
CN108321255B (zh) * 2018-02-28 2020-04-24 无锡尚德太阳能电力有限公司 应用于多晶黑硅太阳能电池的低压扩散工艺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPO638997A0 (en) * 1997-04-23 1997-05-22 Unisearch Limited Metal contact scheme using selective silicon growth
JP2004193350A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Sharp Corp 太陽電池セルおよびその製造方法
US20100059117A1 (en) * 2007-02-08 2010-03-11 Wuxi Suntech-Power Co., Ltd. Hybrid silicon solar cells and method of fabricating same
US8309446B2 (en) * 2008-07-16 2012-11-13 Applied Materials, Inc. Hybrid heterojunction solar cell fabrication using a doping layer mask

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9799781B2 (en) 2013-11-08 2017-10-24 Lg Electronics Inc. Solar cell
US10644171B2 (en) 2013-11-08 2020-05-05 Lg Electronics Inc. Solar cell

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