KR20170001683A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는, 기판; 기판의 한쪽 면에 위치하며, 기판의 일부를 노출하는 복수의 제1 개구부를 구비하는 제1 절연막; 및 제1 개구부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극을 포함하며, 각각의 제1 전극은 제1 절연막의 상부에 위치하는 상부 폭이 제1 개구부에 위치하는 하부 폭보다 크게 형성된다. 이때, 제1 전극은 도금층을 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로, 태양전지를 이용한 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다. 이와 같이, 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 통상의 태양전지는 전류 변환 효율이 낮다.
따라서, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고효율 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는, 기판; 기판의 한쪽 면에 위치하며, 기판의 일부를 노출하는 복수의 제1 개구부를 구비하는 제1 절연막; 및 제1 개구부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극을 포함하며, 각각의 제1 전극은 제1 절연막의 상부에 위치하는 상부 폭이 제1 개구부에 위치하는 하부 폭보다 크게 형성된다. 이때, 제1 전극은 도금층을 포함한다.
제1 개구부는 홀 패턴 또는 라인 패턴으로 형성될 수 있고, 제1 개구부의 폭은 제1 전극의 상부 폭의 1/2 이하로 형성될 수 있다.
제1 개구부와 제1 전극은 서로 동일한 개수로 형성되거나, 제1 개구부의 개수가 제1 전극의 개수의 2배 이상으로 형성될 수 있다.
각각의 제1 전극에는 적어도 2개의 제1 개구부가 위치할 수 있다. 이때, 적어도 2개의 제1 개구부는 제1 전극의 길이 방향으로 이격될 수 있다.
태양전지는 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제1 전극용 집전부를 더 포함한다. 이때, 제1 전극용 집전부는 제1 전극과 연결되며, 도금층을 포함한다.
제1 전극용 집전부의 상부 폭은 제1 전극의 상부 폭보다 크게 형성되고, 제2 개구부를 통해 기판과 연결된다.
제2 개구부는 홀 패턴 또는 라인 패턴으로 형성될 수 있고, 제2 개구부의 폭은 제1 전극용 집전부의 상부 폭의 1/2 이하로 형성될 수 있다.
그리고 제2 개구부의 폭은 제1 개구부의 폭보다 크게 형성되거나, 제1 개구부의 폭과 동일하게 형성되거나, 제1 개구부의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
제2 개구부와 제1 전극용 집전부의 개수는 서로 동일할 수 있다.
다른 예로, 제2 개구부의 개수는 제1 전극용 집전부의 개수의 2배 이상일 수 있다.
이때, 각각의 제1 전극용 집전부에는 적어도 2개의 제2 개구부가 위치하며, 적어도 2개의 제2 개구부는 제1 전극용 집전부의 길이 방향 또는 폭 방향으로 이격된다.
적어도 2개의 제2 개구부가 제1 전극용 집전부의 폭 방향으로 이격된 경우, 각각의 제1 전극용 집전부는 기판과 접촉하는 접촉부를 적어도 2개 구비한다.
이러한 구성의 태양전지에 있어서, 제1 개구부와 제2 개구부는 레이저를 이용한 건식 식각 공정을 사용하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 절연막이 하부막 및 상부막의 이중막으로 형성된 경우, 레이저를 이용한 건식 식각 공정으로 상부막을 먼저 제거한 후, 상부막을 마스크로 사용한 습식 식각 공정으로 하부막을 제거하여 제1 개구부와 제2 개구부를 형성할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 기판과 접촉하는 제1 전극의 접촉부가 제1 전극의 상부면 폭보다 작게 형성되고, 기판과 접촉하는 제1 전극용 집전부의 접촉부가 제1 전극용 집전부의 상부면 폭보다 작게 형성된다.
따라서, 제1 전극과 제1 전극용 집전부를 구성하는 금속에 의한 재결합 손실(recombination loss)이 감소하여 개방전압이 증가한다.
또한, 건식 식각 공정과 습식 식각 공정을 함께 사용하여 제1 개구부와 제2 개구부를 형성하면, 건식 식각 공정만을 이용하여 제1 및 제2 개구부를 형성하는 경우에 비해 기판 손상을 방지할 수 있고, 파티클(particle) 제거를 위한 별도의 습식 공정을 생략할 수 있다.
또한, 습식 공정만을 이용하여 콘택 라인을 형성하는 경우에 비해 제1 전극을 미세 선폭으로 형성하면서도 제1 전극의 라인 저항이 증가하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 2는 제1 개구부의 한 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 3은 제1 개구부의 다른 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 4는 제1 개구부의 또 다른 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 5는 제1 전극의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 7은 제1 개구부와 제2 개구부의 한 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 8은 제1 전극용 집전부의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지에 있어서 제1 전극의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 9의 주요부 확대도이다.
도 2는 제1 개구부의 한 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 3은 제1 개구부의 다른 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 4는 제1 개구부의 또 다른 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 5는 제1 전극의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 7은 제1 개구부와 제2 개구부의 한 실시예를 나타내는 기판의 평면도이다.
도 8은 제1 전극용 집전부의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지에 있어서 제1 전극의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 9의 주요부 확대도이다.
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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 주요부 사시도이고, 도 2 내지 도 4는 제1 개구부의 다양한 실시예를 나타내는 기판의 평면도이며, 도 5는 제1 전극의 폭방향 단면을 나타내는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 태양전지는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 절연막(130), 제1 절연막(130)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치하는 제1 전극(first electrode)(140), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(150), 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 전극(second electrode)(160), 제2 전극(160)이 형성되지 않은 영역의 후면 전계부(150)에 위치하는 제2 절연막(170)을 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
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, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 기판(110)은 적어도 한쪽 면의 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성될 수 있다.
기판(110)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되며, 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 형성된 제1 절연막(130)은 기판(110)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지의 효율을 높이는 반사 방지막이다.
이러한 기능을 하는 제1 절연막(130)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 이산화 티탄막 및 산화 알루미늄막 중에서 선택된 어느 한 물질을 포함하는 단일막으로 이루어질 수 있다.
제1 절연막(130)은 에미터부(120)의 일부를 노출하는 복수의 제1 개구부(C1)을 포함한다.
이때, 제1 개구부(C1)는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 전극(140)의 길이 방향으로 복수개 위치하는 원형 홀 패턴(C1-1)으로 형성되거나, 도 3에 도시한 바와 같이 제1 전극(140)의 길이 방향으로 길게 형성된 복수개의 타원형 홀 패턴(C1-2)으로 형성되거나, 도 4에 도시한 바와 같이 제1 전극(140)의 길이 방향으로 형성된 라인 패턴(C1-3)으로 형성될 수 있다. 물론, 제1 개구부(C1)의 형상은 다양하게 변형할 수 있다.
한편, 제1 개구부(C1)는 제1 전극(140)의 상부 폭(W1)보다 작은 폭(W2)으로 형성된다. 바람직하게, 제1 개구부(C1)의 폭(W2)은 제1 전극(140)의 상부 폭(W1)의 0.5배 이하로 형성된다(W2≤0.5W1).
제1 개구부(C1)를 상기 폭(W2)으로 형성하면, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(140)을 형성할 때, 제1 전극(140)과 에미터부(120)의 접촉부, 즉 제1 전극(140)의 하부 폭(W1')을 줄일 수 있으므로, 제1 전극(140)을 형성하는 금속층과 기판의 실리콘이 인접하는 부분에서 발생하는 재결합 손실을 줄일 수 있다.
제1 전극(140)은 제1 개구부(C1)에 채워진 부분을 통해 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 제1 전극(140)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
이러한 제1 전극(140)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
제1 전극(140)은 도금층을 포함하며, 도금층은 에미터부(120)와 직접 접촉하는 시드층(141) 및 시드층(141) 위에 위치하는 전극층(142)을 포함한다.
시드층(141)은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(NiSi, Ni2Si, NiSi2 등을 포함)로 형성되며, 50㎚ 내지 200㎚의 두께로 형성될 수 있다.
여기에서 시드층(141)의 두께를 상기 범위로 제한하는 이유는 시드층(141)의 두께가 50㎚ 미만일 경우 접촉 저항이 높고, 시드층(141)의 두께가 200㎚ 이상일 경우 시드층을 형성하기 위한 열처리 과정에서 니켈 확산으로 인한 션트 리키지(shunt leakage)가 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 시드층(141)의 두께를 50㎚ 내지 200㎚로 형성하면, 접촉 저항을 감소시키면서도 션트 리키지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
시드층(141) 위에 형성되는 전극층(142)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함한다. 이들 도전성 금속 물질의 예는 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 전극층(142)은 구리층(142a)을 포함한다. 구리층(142a)은 실질적인 전기적 도선으로 기능한다. 그런데, 구리의 경우 공기 중에서 쉽게 산화되며 모듈화 공정에서 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 예컨대 리본(도시하지 않음)을 구리층(142a)에 직접 솔더링(soldering)하는 것이 용이하지 않은 것으로 알려져 있다.
따라서, 전극층(142)이 구리층(142a)을 포함하는 경우에는 구리의 산화를 방지하고 리본의 솔더링 작업이 원활히 이루어지도록 하기 위해 구리층(142a) 위에 주석층(142b)이 더 형성된다. 주석층(142b)은 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성될 수 있다.
물론, 구리층(142a)이 아닌 다른 금속 물질, 예를 들어 은(Ag)으로 전극층을 형성하는 경우에는 주석층(142b)을 생략하는 것도 가능하다.
도시하지는 않았지만, 구리층(142a)과 시드층(141) 사이에 확산 방지층을 더 형성할 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계부(150)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부(150)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
후면 전계부(150)의 후면에는 반사방지막으로 기능하는 제2 절연막(170)이 위치하며, 제2 절연막(170)의 후면에 위치하는 제2 전극(160)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
구체적으로 도시하지는 않았지만, 제2 전극(160)은 제1 전극(140)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 절연막(170)은 제1 절연막(130)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극(160)은 제2 절연막(170)에 위치하는 복수의 개구부를 통해 후면 전계부(150)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 절연막(130)과 제2 절연막(170)에 위치하는 개구부는 레이저를 이용한 건식 식각 공정으로 형성할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다.
본 실시예는 전술한 제1 실시예의 태양전지에 있어서, 제1 전극용 집전부(145)와 제2 전극용 집전부(165)를 더 포함한다.
제1 전극용 집전부(145)는 제1 전극(140)과 교차하는 방향으로 적어도 2개가 위치하며, 제1 전극(140)과 물리적 및 전기적으로 연결된다.
또한, 제1 전극용 집전부(145)는 에미터부(120)와도 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이를 위해, 제1 절연막(130)은 전술한 제1 실시예의 제1 개구부(C1) 외에 제2 개구부(C2)를 구비한다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 절연막(130)에는 복수의 제1 개구부(C1)와 복수의 제2 개구부(C2)가 형성된다.
제1 개구부(C1)는 제1 전극(140)이 위치하는 영역에 형성되며, 제2 개구부(C2)는 제1 전극용 집전부(145)가 위치하는 영역에 형성된다.
도 7에는 제2 개구부(C2)가 원형 홀 패턴으로 형성된 것을 도시하였지만, 제2 개구부(C2)는 도 3 및 도 4에 도시한 제1 개구부(C1)와 마찬가지로 타원형 홀 패턴 또는 라인 패턴으로 형성될 수 있다.
제1 전극용 집전부(145)는 제1 전극(140)에서 수집된 전류를 수집하여 태양전지의 외부로 보내는 작용을 한다. 따라서, 전류를 원활하게 수집하기 위해, 제1 전극용 집전부(145)의 상부 폭(W3)은 제1 전극(140)의 상부 폭(W1)보다 크게 형성된다.
이와 같이 제1 전극용 집전부(145)의 상부 폭(W3)이 제1 전극(140)의 상부 폭(W1)에 비해 크므로, 제1 전극용 집전부(145)가 위치하는 영역에 형성되는 제2 개구부(C2)의 폭(W4)은 제1 개구부(C1)의 폭(W2)보다 크게 형성된다.
그리고 제2 개구부(C2)는 제1 전극용 집전부(145)의 폭방향으로 적어도 2개가 위치할 수 있다.
제2 개구부(C2)의 폭(W4)은 제1 전극용 집전부(145)의 상부 폭(W3)의 0.5배 이하로 형성될 수 있다.
제1 전극용 집전부(145)는 제1 전극(140)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 전극용 집전부(145)는 시드층(141)과 전극층(142)으로 이루어질 수 있으며, 전극층(142)은 구리층(142a) 및 주석층(142b)으로 이루어질 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 제2 전극용 집전부(165)는 제1 전극용 집전부(145)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 절연막(170)은 제1 절연막(130)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극용 집전부(165)는 제2 절연막(170)에 위치하는 복수의 제2 개구부를 통해 후면 전계부(150)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 절연막(130)과 제2 절연막(170)에 위치하는 제1 개구부(C1) 및 제2 개구부(C2)는 레이저를 이용한 건식 식각 공정으로 형성할 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지를 설명한다.
본 실시예의 태양전지에 있어서, 기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 형성된 제1 절연막(130)은 금속 산화물(metal oxide) 계열의 물질을 포함한다.
예를 들면, 제1 절연막(130)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 이루어지는 제1 상부막(130b)과, 에미터부(120)와 제1 상부막(130b) 사이에 위치하는 제1 하부막(130a)으로 형성된다.
제1 하부막(130a)은 실리콘 질화막과 빛 흡수계수(absorption coefficient) 또는 밴드갭(Eg)의 차이가 큰 물질, 예컨대 산화 알루미늄막(AlOx)으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성의 제1 하부막(130a)은 패시베이션 막으로 기능하며, 제1 상부막(130b)은 반사방지막으로 기능한다.
제1 하부막(130a)을 구성하는 금속 산화물 계열의 물질로 산화 알루미늄막 대신에 실리콘 산화막(SiOx: H)을 사용하는 것도 가능하다.
제1 절연막(130)에 위치하는 제1 개구부(C1)는 제1 하부막(130a)에 위치하는 제1 개구부(C1)의 최대 폭과 제1 상부막(130b)에 위치하는 제1 개구부의 최대 폭이 서로 다르게 형성되며, 제1 하부막(130a)에 위치하는 제1 개구부의 면적 및 평균 지름은 제1 상부막(130b)에 위치하는 제1 개구부의 면적 및 평균 지름보다 크게 형성된다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 개구부(C1) 중에서 제1 상부막(130b)에 위치하는 부분은 균일한 폭(W2-1)으로 형성되고, 제1 하부막(130a)에 위치하는 부분은 상부 폭(W2-2)이 하부 폭(W2-3)보다 넓게 형성된다.
이러한 형상의 제1 개구부(C1)는 건식 식각 공정과 습식 식각 공정을 사용하여 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기판(110)의 에미터부(120)와 후면 전계부(150)에는 하부막과 상부막으로 이루어진 제1 절연막(130)과 제2 절연막(170)을 각각 형성되어 있다.
이 상태에서, 레이저를 이용한 건식 식각 공정을 실시하여 제1 절연막(130)의 제1 상부막(130b)과 제2 절연막(170)의 제2 상부막(도시하지 않음)을 제거하여 제1 개구부(C1)를 1차로 형성한다.
이때, 레이저로는 대략 355㎚의 파장을 갖는 UV 레이저를 사용할 수 있다.
이와 같이, 레이저를 이용한 건식 식각 공정을 실시하여 제1 개구부(C1)를 1차로 형성하면, 레이저로 인한 손상은 제1 절연막(130)의 제1 하부막(130a) 및 제2 절연막(170)의 제2 하부막(도시하지 않음)이 흡수한다. 따라서 레이저로 인한 기판 손상이 방지된다.
이어서, 노출된 제1 하부막(130a)과 제2 하부막(도시하지 않음)을 선택적 습식 식각(selective wet etching)법을 사용하여 제거함으로써 제1 개구부(C1)를 완성한다.
이와 같이, 습식 공정으로 제1 하부막(130a)과 제2 하부막(도시하지 않음)을 제거하면, 건식 식각 공정에서 발생한 파티클이 제거되므로, 파티클을 제거하기 위한 별도의 습식 공정을 생략할 수 있다.
한편, 습식 공정에서 사용하는 식각액으로는 제1 하부막(130a) 및 제2 하부막 재료만을 식각할 수 있는 종류의 것을 사용한다. 예를 들어, 식각액으로는 실리콘 질화막과 금속 산화막 계열의 선택적 식각이 가능한 BOE(Buffered oxide etchant)를 사용할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 에미터부(120)와 후면 전계부(150)를 형성하기 전에 기판(110)의 양쪽 표면을 텍스처링 표면으로 형성할 수 있다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.
실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 n형의 도전성 타입을 갖는 반도체 기판을 기판(110)을 제조한다.
한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.
따라서 기계적 손상층으로 인한 태양전지의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.
기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 전면(front surface)과 후면(back surface)을 텍스처링 표면으로 형성한다.
본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 기판
120: 에미터부
130: 제1 절연막 130a: 하부막
130b: 상부막 140: 제1 전극
145: 제1 전극용 집전부 150: 후면 전계부
160: 제2 전극 165: 제2 전극용 집전부
170: 제2 절연막 C1: 제1 개구부
C2: 제2 개구부
130: 제1 절연막 130a: 하부막
130b: 상부막 140: 제1 전극
145: 제1 전극용 집전부 150: 후면 전계부
160: 제2 전극 165: 제2 전극용 집전부
170: 제2 절연막 C1: 제1 개구부
C2: 제2 개구부
Claims (21)
- 기판;
상기 기판의 한쪽 면에 위치하는 에미터부;
상기 에미터부 위에 위치하는 하부막 및 상기 하부막 위에 위치하는 상부막을 포함하고, 상기 하부막 및 상기 상부막은 기판의 일부를 노출하는 복수의 제1 개구부 및 복수의 제2 개구부를 구비하는 제1 절연막;
일정한 간격을 두고 서로 이격하여 위치하며, 상기 제1 개구부를 통해 노출된 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극과 교차하며 상기 복수의 제1 전극과 전기적 및 물리적으로 연결되고, 상기 제2 개구부를 통해 노출된 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극용 집전부
를 포함하며,
상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부보다 크게 형성되거나, 상기 제1 전극용 집전부의 폭방향으로 위치하는 상기 제2 개구부의 개수가 상기 제1 전극의 폭방향으로 위치하는 상기 제1 개구부의 개수보다 많으며,
상기 제1 전극 및 상기 제1 전극용 집전부는 상기 에미터부와 접촉하는 시드층 및 상기 시드층 위에 위치하는 전극층을 구비하는 도금층을 각각 포함하고,
각각의 제1 전극은 상기 제1 절연막의 상부에 위치하는 상부 폭이 상기 제1 개구부에 위치하는 하부 폭보다 크게 형성되며,
상기 제1 개구부는 상기 하부막에 위치하는 상기 제1 개구부의 최대 폭이 상기 상부막에 위치하는 상기 제1 개구부의 최대 폭과 서로 다르게 형성되는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제1 개구부는 홀 패턴 또는 라인 패턴으로 형성되는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제1 개구부의 폭이 상기 제1 전극의 상부 폭의 1/2 이하로 형성되는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제1 개구부와 상기 제1 전극의 개수가 서로 동일한 태양전지. - 제1항에서,
상기 제1 개구부의 개수가 상기 제1 전극의 개수의 2배 이상인 태양전지. - 제5항에서,
각각의 제1 전극에는 적어도 2개의 제1 개구부가 위치하며, 상기 적어도 2개의 제1 개구부는 상기 제1 전극의 길이 방향으로 이격된 태양전지. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
상기 제1 전극용 집전부의 상부 폭은 상기 제1 전극의 상부 폭보다 큰 폭으로 형성되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부는 홀 패턴 또는 라인 패턴으로 형성되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부의 폭이 상기 제1 전극용 집전부의 상부 폭의 1/2 이하로 형성되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부의 폭이 상기 제1 개구부의 폭보다 큰 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부와 상기 제1 전극용 집전부의 개수가 서로 동일한 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부의 개수가 상기 제1 전극용 집전부의 개수의 2배 이상인 태양전지. - 제12항에서,
각각의 제1 전극용 집전부에는 적어도 2개의 제2 개구부가 위치하며, 상기 적어도 2개의 제2 개구부는 상기 제1 전극용 집전부의 길이 방향으로 이격된 태양전지. - 제12항에서,
각각의 제1 전극용 집전부에는 적어도 2개의 제2 개구부가 위치하며, 상기 적어도 2개의 제2 개구부는 상기 제1 전극용 집전부의 폭 방향으로 이격된 태양전지. - 제14항에서,
각각의 제1 전극용 집전부는 상기 에미터부와 접촉하는 접촉부를 상기 제1 전극용 집전부의 폭 방향으로 적어도 2개 구비하는 태양전지. - 제7항에서,
상기 하부막은 산화물로 형성되고, 상기 상부막은 질화물로 형성되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 제2 개구부는 상기 하부막에 위치하는 상기 제2 개구부의 최대 폭이 상기 상부막에 위치하는 상기 제2 개구부의 최대 폭과 서로 다르게 형성되는 태양전지. - 제17항에서,
상기 제1 개구부 중에서, 상기 상부막에 위치하는 부분은 균일한 폭으로 형성되고, 상기 하부막에 위치하는 부분은 상부 폭이 하부 폭보다 넓게 형성되며,
상기 제2 개구부 중에서, 상기 상부막에 위치하는 부분은 균일한 폭으로 형성되고, 상기 하부막에 위치하는 부분은 상부 폭이 하부 폭보다 넓게 형성되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 시드층은 니켈을 포함하는 물질로 형성되며, 50nm 내지 200nm의 두께로 형성되는 태양전지. - 제19항에서,
상기 전극층은 구리층 및 구리층 위에 위치하는 주석층을 포함하는 태양전지. - 제20항에서,
상기 시드층과 상기 구리층 사이에 확산 방지층이 위치하는 태양전지.
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