KR20170124639A - 태양 전지의 제조를 위한 공정 및 구조물 - Google Patents

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Abstract

다양한 태양 전지 설계에 부응하기 위해 레이저 어블레이션에 의해 태양 전지(420)의 접점 구멍이 형성된다. 접점 구멍을 형성하기 위한 레이저의 사용은, 확산 영역 상에 형성된 필름을 실질적으로 균일한 두께를 갖는 필름(424)으로 대체함으로써 용이하게 된다. 레이저 어블레이션 공정 여유를 증가시키기 위해 접점 구멍은 깊은 확산 영역까지 형성될 수 있다. 변화하는 두께의 유전체 필름을 통한 접점 구멍을 형성하도록 레이저 구성이 조정될 수 있다.

Description

태양 전지의 제조를 위한 공정 및 구조물{PROCESS AND STRUCTURES FOR FABRICATION OF SOLAR CELLS}
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 선언
본 명세서에 기술된 발명은 미국 에너지부에 의해 지급되는 계약 번호 DE-FC36-07GO17043 하에서의 정부 지원을 받아 이루어졌다. 정부는 본 발명에 있어서 소정의 권리를 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 주제의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 주제의 실시예는 태양 전지 제조 공정 및 구조물에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키는 잘 알려진 장치이다. 태양 전지는 반도체 가공 기술을 사용해 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역(diffusion region)을 포함한다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선은 확산 영역으로 이동하는 전자 및 정공을 생성하여서, 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 배면 접점 배면 접합(back contact, back junction; BCBJ) 태양 전지에서, P-형 및 N-형 확산 영역과 이에 결합된 금속 접점은 태양 전지의 배면 상에 있다. 금속 접점은 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되고 그에 의해 전력을 공급받게 한다.
고효율 태양 전지에서, 분로 저항(shunt resistance), 직렬 저항(series resistance), 및 벌크 수명(bulk lifetime)과 같은 전지 파라미터가 최종적인 제조된 디바이스에 대해 유지할 중요한 파라미터이다. 태양 전지 공정 단계, 특히 BCBJ 태양 전지에 대한 레이저 어블레이션(laser ablation) 단계는 이들 파라미터 각각에 영향을 미칠 수 있다. 직렬 저항 또는 수명으로 인한 사후 레이저 손실(post laser loss)이 단계 비용을 희생하여, 예를 들어 열 또는 에칭 단계를 부가함으로써 상쇄될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 전지 구조가 다른 극성의 확산부 상에 하나의 극성의 금속을 가질 때, 고효율 BCBJ 태양 전지 상에 분로를 형성하는 것의 증가된 복잡함이 일반적일 수 있다.
시장에서 입수가능한 다른 에너지원과 경쟁하기 위해, 태양 전지는 효율적이어야 할 뿐만 아니라 비교적 낮은 비용 및 높은 수율로 제조되어야 한다. 본 발명의 실시예는 태양 전지 제조 비용을 감소시키고 태양 전지 신뢰성을 개선하는 신규한 태양 전지 제조 공정 및 구조물에 관한 것이다.
일 실시예에서, 다양한 태양 전지 설계에 부응하기 위해 레이저 어블레이션에 의해 태양 전지의 접점 구멍이 형성된다. 접점 구멍을 형성하기 위한 레이저의 사용은, 확산 영역 상에 형성된 필름을 실질적으로 균일한 두께를 갖는 필름으로 대체함으로써 용이하게 된다. 흡수부로서의 필름 두께가 레이저 파라미터에 정합하도록 조정될 수 있다. 레이저 어블레이션 공정 여유(margin)를 증가시키기 위해 접점 구멍 아래의 도펀트 깊이가 제어될 수 있다. 변화하는 두께의 유전체 필름을 통한 접점 구멍을 형성하도록 레이저 구성이 조정될 수 있다.
첨부 도면 및 특허청구범위를 포함하는 본 명세서 전체를 읽을 때 본 발명의 이들 및 다른 특징이 당업자에게 즉시 명백할 것이다.
첨부 도면과 함께 고려될 때 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 본 명세서에 개시된 주제의 보다 완전한 이해가 얻어질 수 있으며, 첨부 도면에서 유사한 도면 부호는 도면들 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지시한다. 도면들은 일정한 축척으로 도시되어 있지 않다.
<도 1>
도 1은 반대 극성의 확산 영역들 위에 형성된 금속 접점을 갖는 예시적인 BCBJ 태양 전지의 개략도.
<도 2>
도 2는 도 1의 태양 전지의 평면도.
<도 3>
도 3은 도 2의 단면 A-A에서 취해진, 도 1의 태양 전지의 단면도.
<도 4 내지 도 6>
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
<도 7>
도 7은 도 1의 태양 전지의 다른 평면도.
<도 8>
도 8은 도 7의 단면 B-B에서 취해진, 도 1의 태양 전지의 단면도.
<도 9>
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 깊은 확산 영역을 갖는 태양 전지의 단면도.
<도 10 내지 도 13>
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
<도 14>
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저-형성된 접점 구멍을 갖는 태양 전지의 단면도.
<도 15>
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 추가 유전체 층을 갖는 도 3의 단면도.
의 구체적인 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예는 제한하는 것이 아니라 예시의 목적을 위한 것임을 이해하여야 한다. 본 명세서를 읽은 당업자에게 많은 추가 실시예가 명백할 것이다.

Claims (12)

  1. P-형 확산 영역 및 복수의 N-형 확산 영역;
    상기 P-형 확산 영역에 전기적으로 연결되는 P-형 금속 접점;
    상기 N-형 확산 영역에 전기적으로 연결되고 상기 P-형 확산 영역 바로 위에 있는 N-형 금속 접점;
    상기 P-형 확산 영역 및 N-형 확산 영역 위의 제1 유전체 층; 및
    상기 N-형 금속 접점과 상기 제1 유전체 층 사이의 제2 유전체 층
    을 포함하고,
    상기 P-형 확산 영역은 적어도 한 개의 상기 복수의 N-형 확산 영역에 닿고,
    상기 제1 유전체 층은 상기 N-형 확산 영역은 노출하고 상기 P-형 확산 영역은 노출하지 않는 접점 구멍을 포함하고, 상기 제1 유전체 층은 상기 P-형 확산 영역을 상기 N-형 금속 접점으로부터 전기적으로 절연시키도록 형성되며, 상기 N-형 금속 접점은 상기 접점 구멍을 통해 상기 N-형 확산 영역에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 층의 인접한 두 접점 구멍 사이에 배치되는,
    태양 전지(solar cell).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 착색 잉크를 포함하는, 태양 전지(solar cell).
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 폴리이미드(polyimide)를 포함하는, 태양 전지(solar cell).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 500 옹스트롬 초과의 두께를 갖는, 태양 전지(solar cell).
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 1×107 V/㎝ 초과의 항복 전계를 갖도록 형성되는, 태양 전지(solar cell).
  6. 제1항에 있어서, 상기 태양 전지는 배면 접점 태양 전지인, 태양 전지(solar cell).
  7. 태양 전지 배면의 복수의 제1 전도성형 확산 영역 및 제2 전도성형 확산 영역;
    상기 제1 전도성형 확산 영역에 전기적으로 연결되고 상기 제2 전도성형 확산 영역 바로 위에 있는 제1 금속 접점;
    상기 제2 전도성형 확산 영역에 전기적으로 연결되는 제2 금속 접점;
    상기 제1 전도성형 확산 영역 및 제2 전도성형 확산 영역 위의 층간 유전체; 및
    상기 제2 전도성형 금속 접점과 상기 제1 유전체 층 사이의 희생 층;
    을 포함하고,
    상기 제2 전도성형 확산 영역은 적어도 한 개의 상기 복수의 제1 전도성형 확산 영역에 닿고,
    상기 층간 유전체는 접점 구멍을 포함하고 상기 접점 구멍을 통해 상기 제1 금속 접점이 상기 제1 전도성형 확산 영역에 전기적으로 연결되며, 상기 층간 유전체는 제2 전도성형 확산 영역을 상기 제1 금속 접점으로부터 전기적으로 절연시키도록 형성되고,
    상기 희생 층은 상기 층간 유전체의 인접한 두 접점 구멍 사이에 배치되는,
    태양 전지(solar cell).
  8. 제7항에 있어서, 상기 희생 층은 착색 잉크를 포함하는, 태양 전지(solar cell).
  9. 제7항에 있어서, 상기 희생 층은 폴리이미드(polyimide)를 포함하는, 태양 전지(solar cell).
  10. 제7항에 있어서, 상기 희생 층은 500 옹스트롬 초과의 두께를 갖는, 태양 전지(solar cell).
  11. 제7항에 있어서, 상기 층간 유전체 및 희생 층은 1×107 V/㎝ 초과의 항복 전계를 갖는, 태양 전지(solar cell).
  12. 제7항에 있어서, 상기 태양 전지는 배면 접점 태양 전지인, 태양 전지(solar cell).
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