KR20130037395A - 태양 전지 - Google Patents

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KR20130037395A
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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 결정질 반도체로 이루어지고 제1 도전성 타입을 갖는 기판, 상기 기판의 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 버퍼 부분, 상기 기판의 상기 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제2 버퍼 부분, 상기 제1 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 제2 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 제1 전계부, 상기 에미터부 위에 바로 위치한 제1 전극부, 그리고 상기 제1 전계부 위에 바로 위치한 제2 전극부를 포함하고, 상기 에미터부의 일부와 상기 후면 전계부의 일부는 서로 중첩하고 있고, 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분은 중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 더 위치한다. 이로 인해, 에미터부나 제1 전계부의 설계 마진이 증가하여 태양 전지의 설계가 용이해지고, 제1 또는 제2 버퍼 부분에 위해 에미터부와 제1 전계부가 전기적으로 절연되어 있으므로, 전하의 손실량이 감소하여 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 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(conductivity 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, p-n 접합에 의해 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 설계 여유도를 증가시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 결정질 반도체로 이루어지고 제1 도전성 타입을 갖는 기판, 상기 기판의 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 버퍼 부분, 상기 기판의 상기 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제2 버퍼 부분, 상기 제1 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 제2 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 제1 전계부, 상기 에미터부 위에 바로 위치한 제1 전극부, 그리고 상기 제1 전계부 위에 바로 위치한 제2 전극부를 포함하고, 상기 에미터부의 일부와 상기 후면 전계부의 일부는 서로 중첩하고 있고, 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분은 중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 더 위치한다 중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 제1 두께는 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 제2 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제1 두께는 1㎚ 내지 10㎚이고, 상기 제2 두께는 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다.
상기 제1 버퍼 부분과 상기 제2 버퍼 부분은 비정질 실리콘으로로 이루어질 수 있다.
상기 에미터부와 상기 제1 전계부는 서로 분리되어 있을 수 있다.
상기 기판은 서로 다른 두께를 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비할 수 있다.
상기 제1 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나가 위치하고, 상기 제2 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 다른 하나가 위치할 수 있다.
상기 제1 부분의 두께는 100㎛ 내지 150㎛이고, 상기 제2 부분의 두께는 200㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분을 사이에 두고 중첩하고 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 사이에 절연막을 더 포함할 수 있다.
상기 절연막은 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나의 바로 위에 위치할 수 있다.
상기 절연막은 서로 중첩하고 있는 제1 전계부와 제1 버퍼 부분 사이 또는 서로 중첩하고 있는 에미터부와 제2 버퍼 부분 사이에 위치할 수 있다.
상기 절연막은 서로 중첩하고 있는 제1 버퍼 부분과 에미터부 사이 또는 서로 중첩하고 있는 제2 버퍼 부분과 제1 전계부 사이에 위치할 수 있다.
중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 두께는 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 두께와 동일할 수 있다.
상기 절연막의 두께는 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다.
상기 제1 버퍼 부분과 상기 제1 버퍼 부분은 서로 분리되어 있고, 상기 절연막은 상기 제1 버퍼 부분과 상기 제2 버퍼 부분 사이에 노출된 상기 기판의 상기 제1 면의 일부 바로 위, 그리고 상기 에미터부의 측면과 상기 제2 버퍼 부분 사이 또는 상기 제1 전계부의 측면과 상기 제1 버퍼 부분 사이에 추가로 위치할 수 있다.
상기 기판은 서로 다른 두께를 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비할 수 있다.
상기 제1 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나가 위치하고, 상기 제2 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 다른 하나가 위치할 수 있다.
상기 제1 부분의 두께는 100㎛ 내지 150㎛이고, 상기 제2 부분의 두께는 200㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 비결정질 반도체로 이루어진 버퍼부를 더 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 비결정질 반도체로 이루어지고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 제2 전계부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1 또는 제2 버퍼 부분을 사이에 두고 인접한 에미터부와 제1 전계부가 서로 중첩하게 위치하므로, 에미터부나 제1 전계부의 설계 마진이 증가하여 태양 전지의 설계가 용이해진다.
또한, 절연 물질인 제1 또는 제2 버퍼 부분에 위해 에미터부와 제1 전계부가 전기적으로 절연되어 있으므로, 전하의 손실량이 감소하여 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-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예에 대한 일부를 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7 각각은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 예에 대한 일부를 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9 각각은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부를 도시한 단면도이다.
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 한 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면'이라 함] 위에 위치하는 전면 버퍼부(front buffer region)(191), 전면 버퍼부(191) 위에 위치하는 전면 전계(front surface field, FSF)부(BSF region)(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함] 위에 위치하는 복수의 에미터부(emitter region)(121), 기판(110)의 후면 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부[back surface field (BSF) region](172), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152), 그리고 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142)을 포함한다.
이때, 제1 보조 전극(151)과 그 위에 위치하는 제1 주 전극(141)은 제1 전극부를 형성하고, 제2 보조 전극(152)과 그 위에 위치하는 제2 주 전극(142)은 제2 전극부를 형성한다.
일반적으로 기판(110)의 후면을 통해 빛은 입사되지 않지만, 경우에 따라 기판(110)의 후면으로 빛이 입사될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 후면을 통해 입사되는 빛의 양은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 양보다 훨씬 적다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이므로, 기판(110)은 결정질 반도체 기판이다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
도 1 및 도 2와는 달리, 이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링 공정(texturing process)을 통해 불규칙한 표면을 갖는 요철면(uneven surface)인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이때, 텍스처링 공정은 실질적으로 평탄한 기판(110)의 전면의 전체에 행해진다.
이 경우, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 요철면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 버퍼부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있을 경우, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 빛 반사도가 감소하여 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 버퍼부(191)는 비결정질 반도체로 이루어져 있다. 예를 들어, 전면 버퍼부(191)는 진성 비정질 실리콘[intrinsic amorphous silicon(i-Si)]으로 이루어져 있다.
이때, 전면 버퍼부(191)는 기판(110)의 전면에 전체적으로 위치하거나 기판(110) 전면의 가장 자리 부분을 제외한 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다.
전면 버퍼부(191)는 전면 버퍼부(191)에 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
일반적으로 결함은 기판(110)의 표면이나 그 근처에 주로 많이 존재하므로, 실시예의 경우, 전면 버퍼부(191)가 기판(110)의 표면에 직접 접해 있으므로 패시베이션 기능은 더욱 향상되어, 전하의 손실량은 더욱 감소한다.
본 실시예에서, 전면 버퍼부(191)는 약 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있다.
전면 버퍼부(191)의 두께가 약 1㎚ 이상이면 기판(110) 전면에 전면 버퍼부(191)가 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 양호하게 수행할 수 있으며, 약 10㎚ 이하이면 전면 버퍼부(191) 내에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
전면 버퍼부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입(예, n형)의 불순물을 함유한 비결정질 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si)으로 이루어져 있고, 전면 버퍼부(191)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물의 농도는 기판(110)보다 높은 농도를 갖는다. 이로 인해, 전면 전계부(171)는 기판(110)과 이종 접합(hetero junction)을 형성한다. 전면 전계부(171)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 전면 전계부(171)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
이러한 전면 전계부(171)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성하여 기판(110)의 전면 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 전면 전계 기능을 수행한다. 따라서, 전면 전계부(171)에 의해 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공이 전위 장벽에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 되는 전면 전계 효과가 얻어지고, 이로 인해, 기판(110)의 후면을 통해 외부 장치로 출력되는 정공의 출력량이 증가하게 되고 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 전면 전계부(171)와 기판(110)과의 이종 접합에 의한 에너지 밴드갭 차이로 인해 태양 전지(11)의 개방 전압(Voc)이 증가한다.
이러한 전면 전계부(171)는 전면 전계 기능뿐만 아니라 전면 버퍼부(191)와 함께 패시베이션 기능을 수행한다. 즉, 전면 버퍼부(191)처럼, 전면 전계부(171) 역시 전면 전계부(171)에 함유된 수소(H)를 이용하여 패시베이션 기능을 수행한다. 이로 인해 얇은 두께를 갖는 전면 버퍼부(191)의 패시베이션 기능을 안정적으로 보완하게 되므로, 기판(110)의 전면에서 패시베이션 효과가 안정적으로 얻어진다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H), 수소화된 비정질 실리콘 질화물(a-SiNx:H), 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 등과 같이 투명한 재료로 이루어져 있고, 약 70㎚ 내지 90㎚의 두께를 가질 수 있다.
반사 방지부(130)는 이 두께 범위 내에서 좀더 양호한 빛의 투과도를 가질 수 있어, 기판(110) 쪽으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다. 반사 방지부(130) 역시 전면 전계부(171) 및 전면 버퍼부(191)의 패시베이션 기능과 유사한 패시베이션 기능을 수행한다.
실리콘 질화물이나 실리콘 산화물은 양(+)의 고정 전하(fixed charge)의 특성을 갖고 있으므로, 반사 방지부(130)가 이들 물질로 이루어져 있을 경우, 반사 방지부(130)의 고정 전하값은 양(+)이 된다.
이로 인해, n형의 기판(110)에서 소수 캐리어(carrier)로 작용하는 정공은 반사 방지부(130)와 동일한 극성을 갖고 있으므로, 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130)가 위치한 곳의 반대쪽, 즉, 정공이 출력되는 복수의 에미터부(121)가 위치한 기판(110)의 후면 쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 이러한 반사 방지부(130)에 의해, 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공의 양이 감소하여 기판(110)의 전면에서 결함에 의해 손실되거나 재결합에 의해 손실되는 정공의 양이 감소하고, 또한 복수의 에미터부(121)가 위치한 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 양이 증가한다.
이로 인해, 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 버퍼부(191)와 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능과 반사 방지부(130)의 고정 전하 역할에 의해 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
본 실시예에서, 기판(110)의 전면에 위치한 전면 버퍼부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 중 적어도 하나는 필요에 따라 생략될 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 후면 버퍼부(192)는 복수의 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 복수의 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 구비한다.
이때, 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)은 기판(110) 위에서 번갈아 위치하며 서로 나란히 정해진 방향으로 뻗어 있고, 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)는 기판(110)의 후면 바로 위에서 접해 있다.
본 예에서, 제1 후면 버퍼 부분(1921)은 제2 후면 버퍼 부분(1922) 위에 일부 중첩된다.
따라서, 제1 후면 버퍼 부분(1921)는 도 1에 도시한 것처럼, 제2 후면 버퍼 부분(1922)이 위치하지 않은 기판(110)의 후면 위, 인접한 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 측면과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 위에 위치한 후면 전계부(172)의 측면 위, 그리고 인접한 후면 전계부(172)의 상부 일부 위에 위치한다. 이때, 제1 후면 버퍼 부분(1921)는 끊김 없이 연속적으로 형성되어 있다. 이로 인해, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 폭(W1)은 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 폭(W2)보다 크고, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 가로 길이(L1)은 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 가로 길이(L2)보다 크다.
또한, 기판(110)의 후면에 접해 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 하부면의 폭(W21)은 기판(110)의 후면에 접해 있는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 하부면의 폭(W22) 보다 클 수 있다. 따라서, 전자보다 느린 이동도를 갖는 정공이 이동하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)으로의 전하 이동량이 증가하여, 전자와 정공의 이동도 차이로 인한 제1 보조 전극(151)과 제2 보조 전극(152)의 전하 수집량 차이가 보상된다.
여기서, 가로 길이(L1, L2)는 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 각각의 총 길이이고, 폭(W1, W2)은 기판(110)의 후면 위에 위치한 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 각각의 폭이다.
본 실시예에서, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 각각은 위치에 따라 서로 다른 두께를 갖는다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)과 바로 접해 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 부분과 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 두께(T1)는 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 중첩하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 부분의 두께(T2)보다 얇다.
제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 서로 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 또한, 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)은 전면 버퍼부(191)와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)은 진성 비정질 실리콘(i-a-Si)으로 이루어질 수 있다.
하지만, 다른 예에서, 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)은 산화물계, 또는 실리콘 질화물계의 물질과 같은 비도전성 재료로 이루어질 수 있다. 이때, 후면 버퍼부(192)를 형성하기 위해 공급되는 가스에 의해 수소화 처리될 수 있고, 이 경우, 후면 버퍼부(192)는 수소(H) 함유하게 된다. 따라서 이 경우 후면 버퍼부(192)는 수소화된 비도전성 재료로 이루어질 수 있다.
후면 버퍼부(192)는 전면 버퍼부(191)와 유사하게 기판(110)의 후면 표면에서 패시베이션 기능을 수행한다. 이로 인해, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합에 의해 소멸되는 것을 감소한다.
후면 버퍼부(192)의 제1 후면 버퍼 부분(1921) 중 기판(110)과 바로 접해 있는 부분과 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 각각 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)을 통과하여 복수의 에미터부(121)와 후면 전계부(172)로 이동할 수 있는 두께를 갖는다. 기판(110)과 바로 접해 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 부분의 두께(T1)와 제2 후면 버퍼 부분(1922) 각각의 두께(T1)는 서로 동일하며, 예를 들어 이들 부분의 두께(T1)는 약 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
이로 인해, 이미 설명한 것처럼, 기판(110)과 접해있지 않고 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 중첩해있는 제1 후면 버퍼 부분(19221)의 나머지 부분의 두께(T2)는 두께(T1)과 보다 두꺼우므로, 약 10㎚ 이상의 값을 가질 수 있다.
제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 각각의 두께(T1)가 약 1nm 이상이면 기판(110) 후면에 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)이 좀더 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 좀더 양호하게 수행할 수 있으며, 제1 및 제2 버퍼 보호 부분(1921, 1922) 각각의 두께(T1)가 약 10nm 이하이면 전하의 이동을 좀더 용이하게 하고 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 내에서 기판(110)을 통과한 빛이 흡수되는 양을 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
복수의 에미터부(121)는 복수의 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 상부면 위에 위치하며, 각 에미터부(121)는 각 제1 후면 버퍼 부분(1921) 상부면 위에서 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 따라 정해진 방향으로 뻗어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 각 에미터부(121)는 그 하부에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 동일한 평면 형상을 갖고 있다.
각 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있는 불순물부이고, 기판(110)과 다른 반도체인 비결정질 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 이루어져 있다. 따라서, 각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합을 형성한다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 5가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
이와 같이 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공은 각각 n형 반도체부 쪽과 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 정공은 후면 버퍼부(192)의 복수의 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 관통하여 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고, 전자는 후면 버퍼부(192)의 복수의 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 관통하여 기판(110)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 후면 버퍼부(192)의 복수의 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 통해 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 후면 버퍼부(192)의 복수의 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 통해 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
복수의 후면 전계부(172)는 후면 버퍼부(192)의 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 상부면 위에 위치하며, 각 후면 전계부(172)는 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 상부면 위에서 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 따라 정해진 방향으로 뻗어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 각 후면 전계부(172)는 그 하부에 위치한 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 동일한 평면 형상을 갖고 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 전면 전계부(171)과 동일하게 비정질 실리콘으로 이루어져 있고, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물부, 예를 들어 n+ 부이다.
이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 후면 버퍼부(192)의 복수의 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 통과한 전하, 예를 들어, 정공이 복수의 제2 전극(142) 쪽으로 이동하는 것이 방지되므로, 복수의 제2 전극(142)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.
본 예에서, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 부분, 즉 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 중첩되어 있는 부분은 인접한 후면 전계부(172) 위에 일부 중첩되어 있어, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)은 인접한 후면 전계부(172)의 측면을 따라 상부면 일부 위까지 위치한다.
본 예에서, 후면 전계부(172)의 하부면은 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 접해 있는 면이고, 후면 전계부(172)의 상부면은 하부면의 반대편 면으로서 제2 보조 전극(152)과 접해 있는 면이다.
이로 인해, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)은 그 하부에 위치한 후면 전계부(172)를 사이에 두고 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 중첩하게 위치한다.
이미 설명한 것처럼, 후면 전계부(172) 위에 위치하여 후면 전계부(172)와 중첩되어 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)가 그렇지 않은 나머지 부분의 두께(T1)보다 크고, 이미 설명한 것처럼, 후면 전계부(172)와 중첩되어 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)는 예를 들어, 약 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921) 위에 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 동일한 평면 형상을 갖고 에미터부(121)가 위치하므로, 각 에미터부(121)는 그 하부에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 통해 인접한 후면 전계부(172)와 일부 중첩한다.
이때, 후면 전계부(172)와 중첩하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 폭(W3)은 약 5㎛ 이상이고, 각 후면 전계부(172)의 폭(W2)의 1/2 미만일 수 있다. 이와 같이, 각 에미터부(121)와 인접한 후면 전계부(172)는 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 사이에 두고 기판(110)의 수직 방향, 즉, 기판(110)의 후면과 수직 방향으로 중첩해 있으므로, 에미터부(121)와 인접한 후면 전계부(172)는 전기적으로 절연 상태를 유지한다.
서로 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 적어도 일부가 서로 접해 있을 경우, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 접해 있는 영역에서는 제2 도전성 타입(예, p형)의 불순물과 제1 도전성 타입(예, n형)이 서로 혼재되어 있으므로, 이들 p형 불순물과 n형 불순물은 각각 에미터부(121) 형성과 후면 전계부(172) 형성에 기여하지 못하고 전하의 이동을 방해하고 결함을 초래하게 된다. 이로 인해, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 서로 접해 있는 영역이 존재할 경우, 에미터부(121)로 이동한 전하(예, 정공)와 후면 전계부(172)로 이동한 전하(예, 전자)가 서로 재결합되어 손실되는 문제가 발생하며, 도핑된 p형과 n형의 불순물로 인해 발생한 결함에 의한 손실량이 증가하게 된다.
하지만, 본 예와 같이, 제1 후면 버퍼 부분(1921)에 의해 서로 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 전기적 및 물리적으로 절연되어 있으므로 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
추가로, 서로 중첩하는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)가 다른 부분의 두께(T1)보다 두껍기 때문에 이러한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 절연 효과는 더욱더 향상된다. 이때, 서로 중첩하는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)는 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 전기적인 간섭을 안정적으로 방지할 수 있는 정도의 값이다.
서로 중첩하는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)가 약 10㎚ 이상일 경우, 서로 중첩해 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭이 좀더 안정적으로 이루어지고, 서로 중첩하는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 두께(T2)가 약 200㎚ 이하일 경우, 불필요한 두께 증가와 제조 시간의 증가 없이 서로 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭을 안정적으로 유지한다.
또한, 복수의 후면 전계부(172)를 설계한 후 복수의 에미터부(121)를 설계할 때, 인접한 후면 전계부(172)와 중첩하게 각 에미터부(121)의 설계가 가능하므로, 복수의 에미터부(121)의 설계 여유도가 증가한다.
이때, 후면 전계부(172)와 중첩하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 폭(W3)이 5㎛ 이상일 경우, 후면 전계부(172) 위에 위치하는 에미터부(121)의 설계 여유도가 안정적으로 증가하여 후면 전계부(172) 위에 에미터부(121)의 형성이 안정적으로 이루어지고, 후면 전계부(172)와 중첩하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 폭(W3)이 각 후면 전계부(172)의 폭(W2)의 1/2 미만일 경우, 후면 전계부(172) 위에 위치하는 제2 전극부가 안정적으로 위치한다.
또한, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 결정질 반도체로 이루어진 기판(110) 위에 바로 위치하지 않고, 비정질 실리콘, 실리콘 산화물계, 또는 실리콘 질화물계와 같은 비결정질 반도체 물질로 이루어져 있는 후면 버퍼부(192) 위에 위치하므로, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 결정질 반도체인 기판(110)으로 인한 결정화 현상에 영향을 받지 않는다. 이로 인해, 에미터부(121) 및 후면 버퍼부(192)와 기판(110)과의 이종 접합 효과가 안정적으로 유지되어, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
후면 버퍼부(192)와 동일하게, 전면 버퍼부(191) 역시 기판(110)과 전면 전계부(171) 사이에 위치하므로, 전면 버퍼부(191)는 기판(110)으로 인한 결정화 현상이 전면 전계부(171)에 영향을 미치는 것을 차단한다.
복수의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치한 복수의 제2 보조 전극(152)은 각 에미터부(121)와 각 후면 전계부(172)를 따라서 연장되어 있고, 투명한 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)과 같이 투명한 도전 물질로 이루어져 있다. 따라서, 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172)와 각각 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 제1 및 제2 보조 전극(151. 152)에 의해 각 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 대기 중의 산소로부터 보호되어, 산화 현상 등으로 인한 특성 변화가 방지된다.
투명한 도전 물질의 예는 ITO, ZnO, SnO2, 이들의 화합물 또는 이들 물질이나 화합물에 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 철(F) 등과 같은 물질이 도핑된 물질일 수 있다.
복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 각각 이동한 전하, 예를 들어 정공과 전자를 각각 전달하고, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키는 반사막(reflector)으로서 기능한다.
하지만, 대안적인 예에서, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 생략될 수 있다.
복수의 제1 보조 전극(151) 위에 위치하는 복수의 제1 주 전극(141)은 복수의 제1 보조 전극(151)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제1 보조 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 도 1 및 도 2에서, 각 제1 주 전극(141)은 그 하부에 위치하는 제1 보조 전극(151)과 동일한 평면 형상을 가지지만, 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
각 제1 주 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동하여 제1 보조 전극(151)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다. 이때, 이미 설명한 것처럼, 제1 보조 전극(151)의 두께가 위치에 따라 상이하므로, 각 에미터부(121)에서 해당 제1 보조 전극(151)으로의 전하 수집 효율이 향상되어, 각 제1 주 전극(141)에서 출력되는 전하의 양이 증가한다.
복수의 제2 보조 전극(152) 위에 위치하는 복수의 제2 주 전극(142)은 복수의 제2 보조 전극(152)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제2 보조 전극(152)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 도 1 및 도 2에서, 각 제2 주 전극(142) 역시 그 하부에 위치하는 제2 보조 전극(152)과 동일한 평면 형상을 가지지만, 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
각 제2 주 전극(142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여 제2 보조 전극(152)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 예에서, 비정실 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 그리고 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 주 전극(141)과 복수의 제2 주 전극(142) 사이에 투명한 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 제2 보조 전극(152)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 제2 주 전극(142) 사이의 접착력이 향상된다.
또한, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)과 복수의 제2 주 전극(142) 사이에 오믹 콘택이 형성되어, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)과 복수의 제2 주 전극(142) 사이의 전기 전도도가 향상되고, 이로 인해, 제1 및 제2 주 전극(141, 142)으로의 전하의 전송 효율이 증가한다.
복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 생략될 경우, 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(142)은 대응하는 에미터부(121)와 대응하는 후면 전계부(172) 위에 직접 위치한다.
제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 생략될 경우, 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(142)은 대응하는 에미터부(121)와 대응하는 후면 전계부(172) 위에 직접 위치한다. 이럴 경우, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)을 형성하기 위한 시간과 제조 비용이 감소하여, 태양 전지(11)의 제조 비용이 절감된다.
또한, 제1 보조 전극(151)과 제1 전극(141)으로 이루어진 제1 전극부가 에미터부(121)에 직접 접해 있고, 제2 보조 전극(152)과 제2 전극(142)으로 이루어진 제2 전극부가 후면 전계부(172)에 직접 접해 있으므로, 제1 및 제2 전극부는 각 접해 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)간의 접촉 저항이 감소하여 에미터부(121)와 후면 전계부(172)에서 전달되는 전하를 좀더 용이하게 안정적으로 수집한다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 전면 전계부(171) 및 전면 버퍼부(191)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
기판(110)과 에미터부분(121)의 p-n 접합에 의해, 정공은 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 중 하나[예, 제1 후면 버퍼 부분(1921)]를 통과하여 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922) 중 나머지 하나[예, 제2 후면 버퍼 부분(1922)]를 통과하여 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다. 각 에미터부(121)와 각 후면 전계부(172)로 이동한 전하는 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)을 거쳐 제1 및 제2 전극(141, 142)으로 수집된다. 이러한 제1 및 제2 전극(141, 142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면에 버퍼부(191, 192)가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 그리고 전면 및 후면 근처에 존재하는 결함에 인해 기판(110)의 표면이나 그 부근에서 손실되는 전하의 양은 감소한다.
또한, 기판(110)의 전면 및 후면에 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유한 전계부(171, 172)가 위치하므로, 기판(110)의 후면으로 원하는 전하의 이동을 좀더 용이하게 제어한다. 이로 인해, 기판(110)의 전면과 후면 및 이들 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 것이 줄어들어, 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
이에 더하여, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)으로 인해, 복수의 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142) 간의 접촉 특성이 향상되어 태양 전지(11)의 효율은 더욱 향상된다.
또한, 일부 서로 중첩하고 있는 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 중첩 부분에 제1 후면 버퍼 부분(1921)이 위하여 서로 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 전기적 및 물리적으로 서로 분리되어 있다.
이로 인해, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)간의 절연을 실현하면서 에미터부(121)의 설계 여유도가 증가한다.
이때, 서로 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 일부 두께(T2)는 기판(110)에 바로 접해 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 일부 두께(T1)보다 두껍고, 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 일부 두께(T2)는 전하의 이동을 방해하여 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭을 방지한다. 이로 인해, 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 통해 서로 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전하 이동이 방지되어, 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)에 의한 전하 손실이 방지된다.
또한, 기판(110)과 에미터부(121) 및 후면 전계부(171, 172)간의 이종 접합에 의한 에너지 밴드갭 차이로 인해, 태양 전지(11)의 출력 전압(Voc)이 증가하여 태양 전지(11)의 필 팩터가 증가한다.
다음, 도 2를 참고로 하여, 본 실시예의 다른 예에 대하여 설명한다.
도 1과 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1과 비교할 때, 도 2에 도시한 태양 전지(12)는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 중첩 위치와 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 중첩 위치에 따른 제1 및 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)의 위치를 제외하면, 도 1에 도시한 태양 전지(11)와 동일한 구조를 갖고 있다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 도 1의 태양 전지(11)는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 일부가 인접한 후면 전계부(172) 상부에 바로 위치하여 제1 후면 버퍼 부분(1921)은 후면 전계부(172)와 일부 중첩하고, 이로 인해, 제1 후면 버퍼 부분(1921) 위에 위치하는 에미터부(121)는 제1 후면 버퍼 부분(1921)을 통해 인접한 후면 버퍼부(172)와 일부 중첩하게 위치한다.
하지만, 도 2의 태양 전지(12)는 도 1의 태양 전지(11)와는 반대로, 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 일부가 인접한 에미터부(121)의 상부 바로 위에 일부 위치하여 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 에미터부(121)와 일부 중첩하고, 제2 후면 버퍼 부분(1922) 위에 위치하는 후면 전계부(172)는 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 사이에 두고 인접한 에미터부(121)와 일부 중첩하게 위치한다.
따라서 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 인접한 에미터부(121) 위에 일부 중첩되어 있어, 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 인접한 에미터부(121)의 측면을 따라 상부면 일부 위까지 위치한다.
이로 인해, 서로 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 일부가 존재한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하여 설명한 것과 유사하게, 기판(110)과 바로 접해 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 일부 두께(T1)는 서로 동일하며, 이들 부분(1921, 1922)의 두께(T1)는 서로 중첩하고 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 일부의 두께(T2)보다 얇다.
즉, 기판(110)으로부터 이동하는 전하를 그 위에 위치한 에미터부(121)나 후면 전계부(172) 쪽으로 이동시켜야 하므로, 기판(110)과 접해있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 전하가 통과할 수 있는 정도의 두께(T1)를 가져야 하고, 서로 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 일부 두께(T2)는 중첩된 부분에서 에미터부(121)로 이동한 전하와 후면 전계부(172)로 이동한 전하의 이동을 방지할 수 있는 정도의 두께(T2)를 가져야 한다.
따라서, 기판(110)과 접해있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 두께(T1)는 약 1㎚ 내지 10㎚일 수 있고, 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 두께(T2)는 약 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다.
본 예에서, 에미터부(121)의 하부면은 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 접해 있는 면이고, 에미터부(121)의 상부면은 하부면의 반대편 면으로서 제1 보조 전극(151)과 접해 있는 면이다. 이때, 에미터부(121)와 중첩하는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 폭(W4)은 5㎛ 이상이고, 각 에미터부(121)의 폭(W2)의 1/2 미만일 수 있다.
이로 인해, 인접한 에미터부(121) 바로 위에 일부 위치하는 제2 후면 버퍼 부분(1922)에 의해, 각 후면 전계부(172)는 인접한 에미터부(121)와 전기적인 절연 상태를 안정하게 유지하며 중첩하게 위치한다.
따라서, 복수의 에미터부(121)를 형성한 후 복수의 후면 전계부(172)를 형성할 때, 인접한 에미터부(121)와 중첩하게 각 후면 전계부(172)의 설계가 가능하므로 복수의 후면 전계부(172)의 설계 여유도가 증가하며, 중첩한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 절연이 안정적으로 이루어져 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 통과하는 행해지는 전하 이동이 방지되고 이로 인해 전하의 재결합 손실이 줄어든다.
후면 전계부(172)와 중첩하는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 폭(W4)이 5㎛ 이상일 경우, 에미터부(121) 위에 위치하는 후면 전계부(172)의 설계 여유도가 안정적으로 증가하고, 에미터부(121)와 중첩하는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 폭(W4)이 각 에미터부(121)의 폭(W1)의 1/2 이하일 경우, 에미터부(121) 위에 위치하는 제1 전극부가 안정적으로 위치한다.
다음 도 4 및 도 5를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 예를 살펴본다. 이하의 실시예에서, 도 1 내지 도 3과 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 4를 참고로 하여 본 실시예에 따른 태양 전지의 한 예를 설명한다.
도 4에 도시한 태양 전지(13)은 복수의 에미터부(121)가 위치한 기판(110a)의 제1 부분과 복수의 후면 전계부(172)가 위치한 기판(110a)의 제2 부분의 두께가 서로 상이하고, 또한, 복수의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 제1 전극부와 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치한 복수의 제2 전극부의 두께가 서로 상이한 것을 제외하면, 도 1에 도시한 태양 전지(11)와 동일한 구조를 갖는다.
따라서, 도 1의 태양 전지(11)과 비교하여 상이한 부분만 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 기판(110a)은, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 전면은 평탄면을 갖고 있지만, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 형성된 기판(110)의 후면은 오목부와 돌출부를 갖는다. 따라서 기판(110)의 두께는 위치에 따라 달라진다.
따라서, 기판(110)의 제1 두께(D1)를 갖는 복수의 제1 부분과 제1 두께(D1)와 다른 제2 두께(D2)를 갖는 복수의 제2 부분을 구비한다.
이로 인해, 텍스처링 표면을 갖고 있지 않는 기판(110a)의 후면은 위치 변화에 따라 실질적으로 동일한 두께를 갖는 평면이 아니라 위치 변화에 따라 실질적으로 두께가 변하는 복수의 돌출부(복수의 제2 부분)와 복수의 오목부(복수의 제1 부분)을 갖는 비평탄면이고, 이로 인해, 기판(110a)의 후면은 위치 변화에 따라 제1 두께(D1)와 제2 두께(D2)를 갖는다.
본 예에서, 기판(110)의 전면과 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링 공정에 의해 형성되는 텍스처링 표면을 가질 경우, 텍스처링 표면에 형성된 요철에 의해 발생하는 기판(110a)의 두께 차이는 실질적으로 동일한 것으로 간주한다.
따라서, 기판(110)의 후면이 텍스처링 공정에 의해 형성된 텍스처링 표면을 가질 경우, 제1 두께를 갖고 복수의 에미터부(121)가 위치하는 복수의 제1 부분에서, 각 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 접해 있는 각 제1 부분의 표면은 텍스처링 표면을 갖게 된다.
또한, 제1 두께와 다른 제2 두께를 갖고 복수의 후면 전계부(172)가 위치하는 복수의 제2 부분에서, 각 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 접해 있는 각 제2 부분의 표면 역시 텍스처링 표면을 갖게 된다. 따라서, 서로 다른 크기를 갖는 두께가 기판(110a) 후면의 텍스처링 표면에 형성된 요철면으로 인해 발생하는 두께 차이 범위 내에 존재할 경우, 이들 두께는 동일한 것으로 간주한다. 유사하게, 기판(110a)의 전면 역시 텍스처링 표면을 가질 경우, 기판(110a)의 전면 또는 전면과 후면에 형성된 텍스처링 표면에 형성된 요철면에 인해 발생하는 두께 차이 범위 내에 존재하는 서로 다른 두께는 동일한 것으로 간주한다.
도 4에 도시한 태양 전지(13)는 에미터부(121)가 위치한 제1 부분의 두께(D1)가 후면 전계부(172)가 위치한 제2 부분의 두께(D2)보다 얇은 경우이고, 도 5에 도시한 태양 전지(14)는 에미터부(121)가 위치한 제1 부분의 두께(D1)가 후면 전계부(172)가 위치한 제2 부분의 두께(D2)보다 두꺼운 경우이다.
도 4의 경우, 도 1 및 도 2와 같이, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 그 위에 위치하는 에미터부(121)가 인접한 후면 전계부(172) 위에 일부 위치하고, 도 5의 경우, 도 3와 같이, 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 그 위에 위치하는 후면 전계부(172)가 인접한 에미터부(121) 위에 일부 위치한다.
따라서, 도 4에서, 낮은 두께(D1)를 갖는 기판(110)의 제1 부분에 위치하는 제1 후면 버퍼 부분(1921)은 기판(110)의 제1 부분의 후면 위에서 제1 부분과 제2 부분의 단차 발생으로 노출된 기판(110)의 측면 위를 따라 인접한 후면 전계부(172)의 상부 위 일부까지 연장되고, 에미터부(121)는 제1 후면 버퍼 부분(1921)의 상부 위에서 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 동일한 평면 형상으로 위치한다.
또한, 도 5에서, 낮은 두께(D2)를 갖는 기판(110)의 제2 부분에 위치하는 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 기판(110)의 제2 부분의 후면 위에서 제1 부분과 제2 부분의 단차 발생으로 노출된 기판(110)의 측면 위를 따라 인접한 에미터부(121)의 상부 위 일부까지 연장되고, 후면 전계부(172)는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 상부 위에서 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 동일한 평면 형상으로 위치한다.
하지만, 이와는 반대로, 도 4의 경우, 도 2와 같이, 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 그 위에 위치하는 후면 전계부(172)가 인접한 에미터부(121) 위에 일부 위치할 수 있고, 도 5의 경우, 도 1 및 도 2와 같이, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 그 위에 위치하는 에미터부(121)가 인접한 후면 전계부(172) 위에 일부 위치할 수 있다.
이와 같이, 도 4와 같이, 기판(110a)의 제1 부분의 두께(D1), 즉, 전면 버퍼부(191)와 접하는 기판(110a)의 표면(전면)과 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 접하는 기판(110a)의 표면(후면) 사이의 최단 거리가 기판(110a)의 제2 부분의 두께(D2), 즉, 전면 버퍼부(191)와 접하는 기판(110a)의 표면과 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 접하는 기판(110a)의 표면 사이의 최단 거리보다 작을 경우, 기판(110a)의 전면으로부터 정공을 수집하는 에미터부(121)까지의 최단 거리가 기판(110a)의 전면으로부터 전자를 수집하는 후면 전계부(172)까지의 최단 거리보다 짧게 된다.
이로 인해, 기판(110)의 전면이나 그 부분에 위치한 정공의 이동 거리가 전자의 이동 거리보다 줄어들어, 에미터부(121)로 이동하는 정공의 양이 증가하여, 태양 전지(13)의 효율이 향상된다.
일반적으로 정공의 이동도는 전자보다 느리기 때문에, 기판(110)의 전면에서부터 동일한 두께에 각 에미터부(121)와 각 후면 전계부(172)가 위치할 경우, 각각 에미터부(121)와 후면 전계부(172)까지 도달하는 정공과 전자의 시간은 차이가 발생한다. 즉, p형인 에미터부(121)까지 도달하는 정공의 속도가 n형인 후면 전계부(172)까지 도달하는 전자의 속도보다 느리게 되어, 같은 시간 동안 각 에미터부(121)에 도달하는 정공의 양보다 각 후면 전계부(172)에 도달하는 전자의 양이 많게 된다.
이로 인해, 본 실시예와는 달리, 기판(110)의 두께가 위치에 무관하게 동일하여 기판(110)의 전면에서부터 동일한 두께를 갖는 위치에 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 존재하는 비교예의 경우, 같은 시간 동안 각 에미터부(121)에 도달하는 정공의 양보다 각 후면 전계부(172)에 도달하는 전자의 양이 많게 되고 또한 느린 이동 속도로 인해 에미터부(121) 쪽으로 이동하는 도중 손실되는 정공의 양이 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하는 도중 손실되는 전자의 양보다 많게 되어, 각 에미터부(121) 쪽으로 이동한 정공의 양이 각 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한 전자의 양보다 적게 된다.
하지만, 본 예의 도 4과 같이, 위치에 따라 기판(110)의 두께를 달리하여, 기판(110)의 전면에서부터 각 에미터부(121) 간의 두께(D1)가 기판(110)의 전면에서부터 각 후면 전계부(172) 간의 두께(D2)보다 얇게 되면, 위에 기재한 비교예의 경우보다 동일한 시간 동안 각 에미터부(121)로 이동하는 정공의 양이 증가하고, 또한 각 에미터부(121)로 이동하는 정공의 손실량 역시 감소하여, 각 에미터부(121)로 이동한 정공의 양은 증가한다.
이때, 제1 부분의 두께((D1)는 100㎛ 내지 150㎛ 일 수 있고, 제2 부분의 두께(D2)는 200㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
이때, p형 불순물부가 위치한 제1 부분(예, 에미터부)의 기판 두께(D1)가 100㎛ 이상일 경우, 정공의 이동 거리가 정공과 전자의 이동 속도 차이를 좀더 효율적으로 보상할 수 있는 거리를 유지하여 정공과 전자의 이동 속도 차이를 좀더 효율적으로 보상할 수 있고, 제1 부분의 기판 두께(D1)가 150㎛ 이하일 경우, 기판(110a)의 전면 부근에 위치한 전자 중에서 p형 불순물부로 이동하는 전자의 양을 좀더 감소시켜 p형 불순물부로 이동하는 정공과 전자의 재결합량을 좀더 줄일 수 있다.
또한, n형 불순물부가 위치한 제2 부분(예, 후면 전계부)의 기판 두께(D2)가 200㎛ 이상일 경우, 태양 전지(13)의 동작에 좀더 적합한 양의 전하가 생성되고, 제2 부분의 기판 두께(D2)가 250㎛ 이하일 경우, 전하의 이동 거리를 좀더 감소시켜 원하는 위치로 이동하는 도중 손실되는 전하의 양을 좀더 감소시킨다.
하지만, 반대로 도 5에 도시한 것처럼, 기판(110a)의 제1 부분의 두께(D1)가 기판(110a)의 제2 부분의 두께(D2)보다 클 경우, 기판(110a)의 전면으로부터 전자를 수집하는 후면 전계부(172)까지의 최단 거리가 기판(110a)의 전면으로부터 정공을 수집하는 에미터부(121)까지의 최단 거리보다 짧게 된다. 따라서, 도 5의 제1 부분의 두께(D1)은 도 4의 제2 부분의 두께(D2)와 동일할 수 있고, 도 5의 제2 부분의 두께(D2)은 도 3의 제1 부분의 두께(D1)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 각 후면 전계부(172)가 위치한 기판(110a)의 제 2 부분의 두께(D2)는 약 100㎛ 내지 150㎛이고, 각 에미터부(121)가 위치한 기판(110a)의 제1 부분의 두께(D1)는 약 200㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
이로 인해, 도 4에서, 얇은 두께(D1)를 갖는 기판(110a)의 부분(즉, 제1 부분)에는 p형 불순물부가 위치하고, 두꺼운 두께(D2)를 갖는 기판(110a)의 부분(즉, 제2 부분)에는 n형 불순물부가 위치하지만, 도 5에서, 얇은 두께(D2)를 갖는 기판(110)의 부분(예, 제2 부분)에는 n형 불순물부가 위치하고, 두꺼운 두께(D1)를 갖는 기판(110)의 부분(예, 제1 부분)에는 p형 불순물부가 위치한다.
따라서, 각 후면 전계부(172)까지 이동하는 전자의 이동 거리는 각 에미터부(121)까지 이동하는 정공의 이동 거리보다 줄어든다.
이로 인해, 기판(110a)의 전면에서부터 동일한 두께를 갖는 부분에 복수의 에미터부와 복수의 후면 전계부가 위치한 비교예와 비교할 경우, 각 후면 전계부(172)까지 이동하는 각 전자의 이동 거리가 줄어든다. 전자의 이동 거리가 줄어들기 때문에, 기판(110a)을 통해 후면 전계부(172)로 전자가 이동 할 때, 기판(110a) 내에 존재하는 댕글링 본드와 같은 결함에 의해 전자가 포획될 확률이 감소한다. 따라서, 비교예보다 각 후면 전계부(172)로 이동하는 전자의 양이 증가한다.
이때, 기판(110) 내에서의 전자 이동 속도가 정공의 이동 속도보다 빠르기 때문에, 정공보다 빠른 전자의 이동 속도뿐만 아니라 기판(110)의 두께 차이로 인해 줄어든 전자의 이동 거리를 보상하기 위해, 본 예에, 기판(110)의 후면과 대면하고 있는 p형 불순물인 각 에미터부(121)의 폭(W21)은 기판(110)의 후면과 대면하고 있는 n형 불순물부인 각 후면 전계부(172)의 폭(W22)보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이로 인해, 이동도가 낮은 정공의 수집하는 에미터부(121)의 폭(W21)이 전자를 수집하는 후면 전계부(172)의 폭(W22)보다 크기 때문에, 정공의 수집량이 증가하므로, 기판(110a)의 두께(D1, D2) 차이로 인한 전자와 정공의 수집량에 다른 차이가 보상된다.
이와 같이, 기판(110a)의 후면이 제1 부분과 제2 부분 간에 단차가 발생할 경우, 상대적으로 작은 두께를 갖는 부분(제1 부분 또는 제2 부분) 위에 위치하는 하는 제1 보조 전극(151) 또는 제2 보조 전극(152)은 다른 제2 보조 전극(152)이나 제1 보조 전극(151)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이로 인해, 기판(110a)의 단차로 인해 발생하는 태양 전지(13, 14)의 제1 전극부와 제2 전극부 간의 높이가 차이가 보상되므로, 복수의 태양 전지를 리본(ribbon)과 같은 도전성 테이프를 이용하여 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여 태양 전지 모듈을 제작할 때, 태양 전지 모듈의 제작이 용이하게 행해진다.
하지만, 대안적인 예에서, 도 4 및 도 5에서, 상대적으로 작은 두께를 갖는 부분(제1 부분 또는 제2 부분) 위에 위치하는 하는 제1 보조 전극(151) 또는 제2 보조 전극(152)은 다른 제2 보조 전극(152)이나 제1 보조 전극(151)와 동일한 두께를 가질 수 있다. 이럴 경우, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 제조 시간과 제조 비용이 절감된다.
다음, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 설명한다.
도 6 및 도 7에 도시한 태양 전지(15, 16)와 도 1 및 도 2 그리고 도 3에 도시한 태양 전지(11, 12)를 각각 비교해보면, 태양 전지(15)에서 서로 중첩하고 있는 후면 전계부(172) 부분과 제1 후면 버퍼 부분(1921) 부분 사이에 절연물로 이루어진 절연막(181)이 더 위치하거나(도 6), 태양 전지(16)에서 서로 중첩하고 있는 에미터부(121) 부분과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 부분 사이에 절연물로 이루어진 절연막(181)이 더 위치하고 있다(도 7).
도 6의 절연막(181)은 접해있는 후면 전계부(171) 부분과 제1 후면 버퍼 부분(1921) 사이에서 후면 전계부(171)의 연장 방향으로 길게 뻗어 있고, 도 7의 절연막(181)은 접해있는 에미터부(121) 부분과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 사이에서 에미터부(121)의 연장 방향으로 길게 뻗어 있다.
이러한 절연막(181)은 제1 및 제2 후면 버퍼부(192)와 다른 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연막(181)은 실리콘 산화물계(예, SiOx, a-SiOx, SiOx:H, a-SiOx:H) 또는 실리콘 질화물계(예, SiNx) 등과 같은 절연물로 이루어질 수 있고, 이때, 절연막(181)의 두께는 약 10㎚ 내지 수백 ㎚, 예를 들어, 약 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다.
이때, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)는 위치에 무관하게 실질적으로 동일한 두께(T1)를 갖고 있고, 이때의 두께(T1)는 이미 설명한 것처럼 전하의 이동이 가능한 정도의 두께이다. 따라서, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 각각의 두께(T1)는 약 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
이와 같이, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 중첩하는 부분에 제1 후면 버퍼 부분(1921) 또는 제2 후면 버퍼 부분(1922) 이외에도 절연막(181)이 추가로 위치함에 따라, 서로 중첩하고 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에서 제1 후면 버퍼 부분(1921) 또는 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 함께 전기적인 절연을 수행하므로, 서로 중첩하고 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 절연은 더욱 안정적으로 행해진다.
이때, 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 절연막(181)에 의해, 중첩된 부분에서 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 전기적인 간섭이 확실하게 이루어지므로, 대안적인 예에서, 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에는 제1 후면 버퍼 부분(1921)이나 제2 후면 버퍼 부분(1922)이 존재하지 않거나 또는 도 1 내지 도 3과는 반대로 기판(110)과 접해있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 두께보다 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에는 제1 후면 버퍼 부분(1921) 또는 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 두께가 얇을 수 있다.
이로 인해, 서로 중첩된 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제1 또는 제2 후면 버퍼 부분(1921, 1922)을 통과하여 중첩하고 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 전자와 정공 이동을 방지하므로, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 중첩 부분에서 발생하는 전자와 정공의 재결합 손실이 방지되어 태양 전지(15)의 손실이 줄어든다.
도 6 및 도 7에서, 절연막(181)은 서로 중첩하고 있는 후면 전계부(172)와 제1 후면 버퍼 부분(1921) 사이에 위치하거나(도 6), 서로 중첩하고 있는 에미터부(121)와 제2 후면 버퍼 부분(1922) 사이에 위치한다(도 7).
하지만, 이와는 달리, 후면 전계부(172) 위에서 서로 중첩하고 있는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 에미터부(121) 사이에 위치하거나, 에미터부(121) 위에서 서로 중첩하고 있는 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 후면 전계부(172) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 절연막(181)의 위치만 변경될 뿐 절연막(181)의 역할 역시 이미 도 6 및 도 7을 참고로 하여 설명한 것처럼 서로 중첩하고 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 전기적인 절연을 좀더 안정적으로 수행하도록 한다.
다음, 도 8 및 도 9를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 예를 설명한다.
도 8 및 도 9에 각각 도시한 태양 전지(17, 18)는, 도 6 및 도 7에 각각 도시한 태양 전지(15, 16)와 같이, 절연막(182)을 구비하고 있다.
하지만, 도 6 및 도 7에 도시한 절연막(181)과 본 예의 절연막(182)의 형성 위치가 서로 상이하다.
즉, 도 8에 도시한 것처럼, 절연막(182)은 인접한 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 사이의 기판(110)의 후면 바로 위, 인접한 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 측면과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 위에 위치한 후면 전계부(172)의 측면, 그리고 인접한 후면 전계부(172)의 상부 일부 위에 위치한다. 이로 인해, 기판(110)의 후면 바로 위에 위치한 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)은 기판(110)의 후면에서 바로 접해 있지 않고, 일정 간격 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어 있다.
이로 인해, 제1 후면 버퍼 부분(1921)는 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 절연막(182)이 위치하지 않은 기판(110)의 후면 바로 위, 그리고 인접한 절연막(182)을 따라 절연막(182) 위에 위치하며, 에미터부(121)는 제1 후면 버퍼 부분(1921) 위치한다.
이때, 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 그 위에 위치한 에미터부(121)는 서로 동일한 평면 형상을 갖고 있지만, 제1 후면 버퍼 부분(1921) 및 그 위에 위치한 에미터부(121)는 그 하부에 위치한 절연막(182)과 다른 평면 형상을 갖고 있다.
예를 들어, 도 8에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)의 상부면 위에 위치하는 절연막(182)의 일부 위에는 제1 후면 버퍼 부분(1921)이 위치하지 않으므로, 절연막(182)의 상부 일부는 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 에미터부(121)에 의해 도포되지 않고 노출되어 있거나, 도 9에 도시한 것처럼, 에미터부(121)의 상부면 위에 위치하는 절연막(182)의 일부 위에는 제2 후면 버퍼 부분(1922)이 위치하지 않으므로, 절연막(182)의 상부 일부는 제2 후면 버퍼 부분(1922)과 후면 전계부(172)에 의해 도포되지 않고 노출되어 있다.
이와 같이, 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 상부 위의 절연막(182) 위에 위치하는 에미터부(121)나 후면 전계부(172)의 설계 여유도가 증가한다. 이로 인해, 절연막(182) 위에 위치하는 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 절연막(182)의 형성 위치를 넘어서 후면 전계부(172)나 에미터부(121) 위까지 형성되어, 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 단락(short) 현상이 방지되어 서로 접해 있는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)에서의 전하 손실을 방지한다.
또한, 도 6 및 도 7의 절연막(181)에 비해, 도 8 및 도 9의 절연막(182)은 인접한 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 사이의 기판(110)의 후면 바로 위 그리고 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 추가로 위치함에 따라 서로 인접한 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922) 간의 절연 동작과 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 절연 동작이 좀더 안정적으로 이루어진다. 따라서 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)을 각각 통과한 서로 다른 종류의 전하(정공과 전자)가 제1 후면 버퍼 부분(1921)과 제2 후면 버퍼 부분(1922)의 접촉 부분에서 손실되는 문제가 방지되거나 감소하고, 또한, 서로 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 절연 상태가 좀더 확실하게 유지된다.
본 실시예의 도 6 내지 도 9에 도시한 절연막(181, 182)은 도 1 내지 도 3과 같이 위치에 따라 실질적으로 동일한 두께를 갖는 기판(110)을 구비한 태양 전지에 적용되었지만, 이와는 달리, 도 4 및 도 5와 같이 위치에 따라 두께(예, 제1 두께와 제2 두께)가 서로 상이한 기판(110a) 위에서 제1 두께를 갖는 기판(110)의 부분에 복수의 에미터부(121)를 위치시키고 제2 두께를 갖는 기판(110)의 부분에 복수의 후면 전계부(172)를 위치시키는 태양 전지에도 물론 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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.
11-18: 태양 전지 110, 110a: 기판
121: 에미터부 130: 반사 방지부
141, 142: 주 전극 151, 152: 보조 전극
171: 전면 전계부 172: 후면 전계부
191: 전면 버퍼부 192: 후면 버퍼부
1921, 1922: 후면 버퍼 부분 181, 182: 절연막

Claims (20)

  1. 결정질 반도체로 이루어지고 제1 도전성 타입을 갖는 기판,
    상기 기판의 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 버퍼 부분,
    상기 기판의 상기 제1 면 위에 바로 위치하고 비정질 실리콘으로 이루어진 제2 버퍼 부분,
    상기 제1 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부,
    상기 제2 버퍼 부분 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어지며, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 제1 전계부,
    상기 에미터부 위에 바로 위치한 제1 전극부, 그리고
    상기 제1 전계부 위에 바로 위치한 제2 전극부
    를 포함하고,
    상기 에미터부의 일부와 상기 후면 전계부의 일부는 서로 중첩하고 있고,
    상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분은 중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 더 위치하는
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 제1 두께는 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 제2 두께보다 두꺼운 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 두께는 1㎚ 내지 10㎚이고, 상기 제2 두께는 10㎚ 내지 200㎚인 태양 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 버퍼 부분과 상기 제2 버퍼 부분은 비정질 실리콘으로 이루어져 있는 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 에미터부와 상기 제1 전계부는 서로 분리되어 있는 태양 전지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 기판은 서로 다른 두께를 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비하는 태양 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나가 위치하고,
    상기 제2 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 다른 하나가 위치하는 태양 전지.
  8. 제6항에서,
    상기 제1 부분의 두께는 100㎛ 내지 150㎛이고, 상기 제2 부분의 두께는 200㎛ 내지 250㎛인 태양 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분을 사이에 두고 중첩하고 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 사이에 절연막을 더 포함하는 태양 전지.
  10. 제9항에서,
    상기 절연막은 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나의 바로 위에 위치하는 태양 전지.
  11. 제10항에서,
    상기 절연막은 서로 중첩하고 있는 제1 전계부와 제1 버퍼 부분 사이 또는 서로 중첩하고 있는 에미터부와 제2 버퍼 부분 사이에 위치하는 태양 전지.
  12. 제10항에서,
    상기 절연막은 서로 중첩하고 있는 제1 버퍼 부분과 에미터부 사이 또는 서로 중첩하고 있는 제2 버퍼 부분과 제1 전계부 사이에 위치하는 태양 전지.
  13. 제9항에서,
    중첩한 상기 에미터부와 상기 후면 전계부 사이에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 두께는 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치한 상기 제1 버퍼 부분 또는 상기 제2 버퍼 부분의 두께와 동일한 태양 전지.
  14. 제9항에서,
    상기 절연막의 두께는 10㎚ 내지 200㎚인 태양 전지.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 버퍼 부분과 상기 제1 버퍼 부분은 서로 분리되어 있고,
    상기 절연막은 상기 제1 버퍼 부분과 상기 제2 버퍼 부분 사이에 노출된 상기 기판의 상기 제1 면의 일부 바로 위, 그리고 상기 에미터부의 측면과 상기 제2 버퍼 부분 사이 또는 상기 제1 전계부의 측면과 상기 제1 버퍼 부분 사이에 추가로 위치하는 태양 전지.
  16. 제15항에서,
    상기 기판은 서로 다른 두께를 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비하는 태양 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 하나가 위치하고,
    상기 제2 부분 위에 상기 에미터부와 상기 제1 전계부 중 다른 하나가 위치하는 태양 전지.
  18. 제16항에서,
    상기 제1 부분의 두께는 100㎛ 내지 150㎛이고, 상기 제2 부분의 두께는 200㎛ 내지 250㎛인 태양 전지.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 비결정질 반도체로 이루어진 버퍼부를 더 포함하는 태양 전지.
  20. 제1항에서,
    상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 비결정질 반도체로 이루어지고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 제2 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
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