KR20180000498A - Perl 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Perl 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180000498A
KR20180000498A KR1020160078542A KR20160078542A KR20180000498A KR 20180000498 A KR20180000498 A KR 20180000498A KR 1020160078542 A KR1020160078542 A KR 1020160078542A KR 20160078542 A KR20160078542 A KR 20160078542A KR 20180000498 A KR20180000498 A KR 20180000498A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
passivation layer
solar cell
substrate
openings
bus bar
Prior art date
Application number
KR1020160078542A
Other languages
English (en)
Inventor
안진형
임종근
서재원
김문석
윤산일
Original Assignee
현대중공업그린에너지 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대중공업그린에너지 주식회사 filed Critical 현대중공업그린에너지 주식회사
Priority to KR1020160078542A priority Critical patent/KR20180000498A/ko
Priority to PCT/KR2017/006501 priority patent/WO2017222292A1/ko
Priority to US16/307,577 priority patent/US20190348551A1/en
Priority to JP2019517747A priority patent/JP2019517744A/ja
Priority to EP17815705.3A priority patent/EP3454380A4/en
Publication of KR20180000498A publication Critical patent/KR20180000498A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02008—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules
    • H01L31/0201—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules comprising specially adapted module bus-bar structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H01L31/022458—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells for emitter wrap-through [EWT] type solar cells, e.g. interdigitated emitter-base back-contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 BSF금속층과 버스바전극으로 이루어지는 PERL 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 패시베이션층의 개구부에 BSF금속층이 구비되도록 함과 함께 버스바전극은 패시베이션층 상에 형성되도록 함으로써 패시베이션층의 개구부 형성시 발생된 기계적 결함을 모두 치유하여 태양전지의 강도 특성을 향상시킬 수 있는 PERL 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 PERL 태양전지는 태양전지 기판; 상기 기판 일면 상에 구비되며, 상기 기판 표면을 노출시키는 복수의 개구부를 구비하는 패시베이션층; 상기 패시베이션층 상에 구비되며, 상기 개구부가 구비된 영역과 중첩되지 않는 영역에 구비되는 버스바전극; 및 상기 복수의 개구부를 모두 채우는 형태로 상기 패시베이션층 상에 구비되는 BSF금속층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

PERL 태양전지 및 그 제조방법{Passivated Emitter Rear Locally diffused type solar cell and method for fabricating the same}
본 발명은 PERL 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 BSF금속층과 버스바전극으로 이루어지는 PERL 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 패시베이션층의 개구부에 BSF금속층이 구비되도록 함과 함께 버스바전극은 패시베이션층 상에 형성되도록 함으로써 패시베이션층의 개구부 형성시 발생된 기계적 결함을 모두 치유하여 태양전지의 강도 특성을 향상시킬 수 있는 PERL 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양전지의 광전변환 효율을 개선하기 위해 다양한 구조의 태양전지가 제시되고 있으며, 그 중 하나로 PERL(passivated emitter rear locally diffused)형 태양전지를 들 수 있다. PERL형 태양전지는 기판(p-type) 후면측에 국부적 반도체층(locally p+)이 구비되고, 국부적 반도체층을 포함한 기판 후면 상에 패시베이션층(passivation layer)이 구비되며, 패시베이션층 상에 후면전극이 구비되는 구조를 갖는다(한국공개특허 2012-87022호 참조).
이와 같은 PERL형 태양전지에 있어서, 패시베이션층의 일부는 레이저(laser)에 의해 개구되며, 개구된 부위를 통해 국부적 반도체층과 후면전극이 전기적으로 연결되는 구조(locally contact)를 이룬다.
PERL 태양전지의 후면전극은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 Ag전극(131)과 Al전극(132)으로 구분된다. Ag전극(131)은 버스바전극에 해당되며, Al전극(132)은 Ag전극(131)이 형성된 영역 이외의 기판 후면의 전체면 상에 구비된다. 또한, Ag전극(131)과 Al전극(132) 모두 패시베이션층(120)의 개구된 부위(121)를 통해 기판(110) 후면의 표면과 접촉하는 구조를 이룬다.
Ag전극과 Al전극은 스크린프린팅 후 소성공정을 통해 형성되는데, 소성시 Al전극의 Al과 실리콘 기판의 Si 성분은 상호 확산하여 BSF(back surface field)를 형성한다(도 2 참조). 이에 반해, Ag와 Si는 서로 반응하지 않는 특성을 갖고 있다. 따라서, 패시베이션층의 개구 부위에 있어서, Al이 존재하는 영역에서는 Al과 Si와 반응하여 BSF가 형성되고 Ag가 존재하는 영역에서는 Ag와 Si가 반응하지 않음에 따라 Ag층과 Si층이 경계를 이루어 존재하는 형태를 이룬다.
한편, 레이저를 이용하여 패시베이션층의 일부를 개구시키는 과정에서 패시베이션층의 해당 부위에는 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 인한 전위(dislocation) 등의 기계적 결함이 발생되며, 이와 같은 기계적 결함은 태양전지의 강도 특성을 저하시키는 요인으로 작용한다.
패시베이션층의 개구 부위에 있어서, BSF가 형성된 영역에서는 BSF에 의해 레이저 어블레이션에 의한 기계적 결함이 치유되나 Ag전극이 위치하는 영역에서는 기계적 결함이 그대로 유지된다.
한국공개특허 2012-87022호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, BSF금속층과 버스바전극으로 이루어지는 PERL 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 패시베이션층의 개구부에 BSF금속층이 구비되도록 함과 함께 버스바전극은 패시베이션층 상에 형성되도록 함으로써 패시베이션층의 개구부 형성시 발생된 기계적 결함을 모두 치유하여 태양전지의 강도 특성을 향상시킬 수 있는 PERL 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PERL 태양전지는 태양전지 기판; 상기 기판 일면 상에 구비되며, 상기 기판 표면을 노출시키는 복수의 개구부를 구비하는 패시베이션층; 상기 패시베이션층 상에 구비되며, 상기 개구부가 구비된 영역과 중첩되지 않는 영역에 구비되는 버스바전극; 및 상기 복수의 개구부를 모두 채우는 형태로 상기 패시베이션층 상에 구비되는 BSF금속층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 개구부는 상하 및 좌우 방향으로 이격되어 구비된다.
본 발명에 따른 PERL 태양전지 제조방법은 태양전지 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 일면 상에 패시베이션층을 적층하는 단계; 상기 패시베이션층의 일부를 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 복수의 개구부를 형성하는 단계; 상기 개구부가 구비된 영역과 중첩되지 않는 영역의 패시베이션층 상에 버스바전극 형성을 위한 제 1 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 상기 복수의 개구부가 모두 채워지도록 상기 패시베이션층 상에 BSF금속층 형성을 위한 제 2 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 및 기판을 소성하여 버스바전극 및 BSF금속층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 1 도전성 페이스트는 버스바전극으로 변환되며, 제 2 도전성 페이스트는 금속층으로 변환되며, 제 2 도전성 페이스트의 도전성 물질이 패시베이션층의 개구부를 통해 기판 내부로 확산되어 BSF층이 형성된다.
본 발명에 따른 PERL 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
Ag를 주성분으로 하는 버스바전극이 패시베이션층의 개구부와의 접촉이 회피됨과 함께 Al을 주성분으로 하는 BSF금속층에 의해 패시베이션층의 모든 개구부가 채워지고, 모든 개구부 주변에 BSF층이 형성됨에 따라, 레이저 조사에 의해 개구부 주변에 발생된 기계적 결함이 모두 치유된다.
도 1은 종래 기술에 따른 PERL 태양전지의 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 PERL 태양전지의 배면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지의 구성도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 참고도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지의 배면도.
본 발명은 PERL 태양전지를 구현함에 있어서, 패시베이션층의 모든 개구부가 BSF금속층에 의해 채워지도록 함과 함께 버스바전극이 구비되는 영역과 패시베이션층의 개구부 영역이 중첩되지 않도록 하여, BSF층에 의해 개구부 주변의 기계적 결함이 치유될 수 있도록 하는 기술을 제시한다.
본 발명은 에미터층이 기판 상부측에 위치하는 전면접합형(front-junction) PERL 태양전지 뿐만 아니라 에미터층이 기판 하부측에 위치하는 후면접합형(back-junction) PERL 태양전지에도 적용 가능하다. 이하의 설명에서는 전면접합형(front-junction) PERL 태양전지를 기준으로 설명하기로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지는 기판(210) 후면 상에 패시베이션층(240)을 구비한다.
상기 패시베이션층(240)은 기판(210) 후면 상에 구비되어 표면부동화 및 반사방지 역할을 하며, 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 기판(210)은 제 1 도전형(예를 들어, p형)의 실리콘 기판(210)이며, 상기 기판(210) 내부의 상부측에는 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 에미터층(220)이 구비되며, 상기 기판(210) 전면 상에는 반사방지막(230)이 구비된다. 또한, 상기 반사방지막(230) 상에는 에미터층(220)과 전기적으로 연결되는 전면전극(도시하지 않음)이 구비된다.
상기 패시베이션층(240)에는 복수의 개구부(241)가 구비되며, 상기 개구부(241)에 의해 기판(210)의 후면 표면이 노출된다. 상기 복수의 개구부(241)는 패시베이션층(240)의 평면 기준으로 좌우 및 상하 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격, 배치된다.
상기 개구부(241)를 포함한 패시베이션층(240)의 전면 상에는 후면전극이 구비된다. 즉, 패시베이션층(240)에 구비된 복수의 개구부(241)는 상기 후면전극에 의해 채워지는 형태를 이룬다. 상기 후면전극은 세부적으로, BSF금속층과 버스바전극(251)으로 구분된다.
상기 BSF금속층은 기판(210) 내부에서 광전변환에 의해 생성된 캐리어(carrier)를 수집하는 것으로서, BSF(back surface field)층 형성을 유도하는 기판(210) 후면 상의 금속층(252)뿐만 아니라 BSF층(253)을 포함하는 의미이다.
기판(210) 내부에 형성된 BSF층(253)은 기판(210) 내부의 캐리어가 금속층(252)로 이동하는 과정에서 재결합(recombination)되는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 금속층(252)는 BSF층(253)을 거쳐 이동된 캐리어를 수집하는 역할을 한다. 기판(210)이 p형인 경우 상기 금속층(252)는 Al 등의 3족 금속원소로 구성되며, 상기 BSF층(253)은 금속층(252)의 3족 금속원소가 기판(210) 내부로 확산된 형태로 형성된다. 기판(210)이 n형인 경우에는 금속층(252) 및 BSF층(253)은 5족 금속원소로 이루어진다.
상기 금속층(252)는 패시베이션층(240) 상에 구비됨과 함께 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 채우는 형태로 구비되며, 상기 BSF층(253)은 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 기준으로 한 방사 형태로 형성된다. 이 때, 패시베이션층(240)의 모든 개구부(241)는 상기 금속층(252)에 의해 채워진다.
상기 버스바전극(251)은 상기 BSF금속층에 의해 수집된 캐리어를 인터커넥터(interconnector)(도시하지 않음)을 통해 모듈 외부의 캐패시터 등으로 전달하는 역할을 하며, Ag 성분으로 이루어지거나 Ag 성분을 포함하여 이루어진다.
상기 BSF금속층이 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 채우는 형태로 구비됨에 반해, 상기 버스바전극(251)은 패시베이션층(240) 상에만 구비된다. 즉, 상기 버스바전극(251)은 패시베이션층(240)의 개구부(241) 내에 위치하지 않으며, 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 통해 기판(210) 후면의 표면과 접촉하지 않는다.
상기 패시베이션층(240)의 개구부(241)가 BSF금속층에 의해 채워지도록 함과 함께 상기 버스바전극(251)은 패시베이션층(240) 상에만 구비시키는 이유는, 패시베이션층(240)의 개구부(241) 형성시 레이저 조사에 의해 발생된 기계적 결함을 BSF층(253) 형성을 통해 치유하기 위해서이다. '발명의 배경이 되는 기술'에서 설명한 바와 같이, 소성시 Al은 기판(210)의 Si 성분과 반응하여 BSF를 형성하고, 이와 같은 BSF의 형성에 의해 개구부(241) 주변의 기계적 결함이 치유되나, 버스바전극(251)의 주성분인 Ag는 기판(210)의 Si와 반응을 일으키지 않는다. 따라서, 패시베이션층(240)의 개구부(241) 주변의 기계적 결함을 치유하기 위해서는 Ag와 Si의 접촉을 회피하고, Al과 Si의 접촉을 유도하는 것이 가장 바람직하다. 참고로, Al과 Si의 반응 또는 Ag과 Si의 반응은 고온에서의 고상확산(solid state diffusion) 반응을 의미한다.
상술한 바와 같이, Ag를 주성분으로 하는 버스바전극(251)은 패시베이션층(240) 상에만 구비되어 기판(210) 후면의 표면과의 접촉이 회피되고, Al을 주성분으로 하는 BSF금속층은 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 모두 채우는 형태로 구비됨에 따라, 개구부(241) 형성시 발생된 개구부(241) 주변의 전위(dislocation) 등의 기계적 결함이 BSF층(253) 형성에 의해 치유되며, 이와 같은 기계적 결함의 치유에 의해 태양전지의 강도 특성이 향상된다.
상기 패시베이션층(240) 상에서만 구비됨과 함께 패시베이션층(240)의 개구부(241)와의 접촉이 회피되는 버스바전극(251)은 개구부(241)의 접촉을 회피하는 조건을 만족하는 전제 하에 도 5a 내지 도 5d에 도시한 바와 같이 다양한 형태로 구성할 수 있다. 개구부(241)들 사이의 영역 상에 버스바전극(251)을 구비시키거나 버스바전극(251)의 형상에 맞추어 개구부(241)의 구비 위치를 변경할 수도 있다.
한편, 상기 BSF금속층과 버스바전극(251)은 서로 다른 영역 상에 구비되는데, BSF금속층과 버스바전극(251)의 오믹접촉(ohmic contact) 특성을 향상시키기 위해 BSF금속층이 구비되는 영역과 버스바전극(251)이 구비되는 영역이 일정 부분 중첩될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 PERL 태양전지의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이 태양전지 기판(210)을 준비한다.
상기 기판(210)은 제 1 도전형(예를 들어, p형)의 실리콘 기판(210)이며, 상기 기판(210) 내부의 상부측에는 제 2 도전형(예를 들어, n형)의 에미터층(220)이 구비되며, 기판(210) 전면 상에는 반사방지막(230)이 구비된다. 또한, 상기 반사방지막(230) 상에는 에미터층(220)과 전기적으로 연결되는 전면전극이 구비될 수 있다.
상기 기판(210)이 준비된 상태에서, 상기 기판(210) 후면의 전체면 상에 패시베이션층(240)을 적층한다. 상기 패시베이션층(240)은 화학기상증착(CVD) 등을 통해 적층할 수 있으며, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등으로 구성할 수 있다.
패시베이션층(240)이 적층된 상태에서, 상기 패시베이션층(240)의 일부를 선택적으로 제거하여 기판(210) 후면의 표면을 노출시키는 복수의 개구부(241)를 형성한다(도 4b 참조). 상기 복수의 개구부(241)는 일정 간격으로 이격되어 구비되며, 일 실시예로, 패시베이션층(240)의 평면 기준으로 좌우 방향 및 상하 방향을 따라 이격, 배치될 수 있다. 또한, 상기 개구부(241)는 레이저를 조사하여(laser ablation) 형성할 수 있다.
상기 복수의 개구부(241)는 후술하는 버스바전극(251)과 중첩되지 않으며, 이와 같은 조건 하에 버스바전극(251)의 형성위치에 따라 상기 복수의 개구부(241)의 형성위치를 다양하게 설계할 수 있다.
상기 패시베이션층(240)에 기판(210) 후면의 표면을 선택적으로 노출시키는 복수의 개구부(241)가 형성된 상태에서, 후면전극 형성공정을 진행한다.
먼저, 패시베이션층(240) 상에 버스바전극(251)을 형성하기 위한 제 1 도전성 페이스트(10)를 도포한다(도 4c 참조). 상기 제 1 도전성 페이스트(10)가 도포되는 영역은 개구부(241)가 위치하는 영역과 중첩되지 않는다. 이어, 제 1 도전성 페이스트(10)가 도포되지 않은 패시베이션층(240) 상에 BSF금속층 형성을 위한 제 2 도전성 페이스트(20)를 도포한다(도 4d 참조). 제 2 도전성 페이스트(20)는 패시베이션층(240) 상에 도포됨과 함께 패시베이션층(240)의 모든 개구부(241)를 채우는 형태로 도포된다. 이 때, 제 1 도전성 페이스트(10)와 제 2 도전성 페이스트(20)는 경계 부위에서 일정 부분 중첩되는 형태로 도포될 수 있다.
상기 제 1 도전성 페이스트(10)는 Ag를 주성분으로 하고, 제 2 도전성 페이스트(20)는 Al을 주성분으로 구성할 수 있으며, 제 1 도전성 페이스트(10)와 제 2 도전성 페이스트(20)는 스크린 인쇄법을 통해 도포할 수 있다.
제 1 도전성 페이스트(10) 및 제 2 도전성 페이스트(20)가 도포된 상태에서, 상기 기판(210)을 일정 온도에서 소성한다(도 4e 참조). 소성에 의해 상기 제 1 도전성 페이스트(10)는 버스바전극(251)으로 변환되며, 제 2 도전성 페이스트(20)는 금속층(252)로 변환된다. 또한, 제 2 도전성 페이스트(20)의 도전성 물질인 Al이 패시베이션층(240)의 개구부(241)를 통해 기판(210) 내부로 확산되어 BSF층(253)이 형성된다. 완성된 버스바전극(251)은 개구부(241)와 중첩되지 않으며, 패시베이션층(240)의 모든 개구부(241)는 금속층(252)에 의해 채워지며, 개구부(241)와 접촉하는 기판(210) 내부에는 BSF층(253)이 형성되어 레이저 조사로 인한 개구부(241) 주변의 기계적 결함이 BSF층(253)에 의해 치유된다.
10 : 제 1 도전성 페이스트 20 : 제 2 도전성 페이스트
210 : 기판 220 : 에미터층
230 : 반사방지막 240 : 패시베이션층
241 : 개구부 251 : 버스바전극
252 : 금속층 253 : BSF층

Claims (4)

  1. 태양전지 기판;
    상기 기판 일면 상에 구비되며, 상기 기판 표면을 노출시키는 복수의 개구부를 구비하는 패시베이션층;
    상기 패시베이션층 상에 구비되며, 상기 개구부가 구비된 영역과 중첩되지 않는 영역에 구비되는 버스바전극; 및
    상기 복수의 개구부를 모두 채우는 형태로 상기 패시베이션층 상에 구비되는 BSF금속층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PERL 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 개구부는 상하 및 좌우 방향으로 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 PERL 태양전지.
  3. 태양전지 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 일면 상에 패시베이션층을 적층하는 단계;
    상기 패시베이션층의 일부를 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 복수의 개구부를 형성하는 단계;
    상기 개구부가 구비된 영역과 중첩되지 않는 영역의 패시베이션층 상에 버스바전극 형성을 위한 제 1 도전성 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 복수의 개구부가 모두 채워지도록 상기 패시베이션층 상에 BSF금속층 형성을 위한 제 2 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 및
    기판을 소성하여 버스바전극 및 BSF금속층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PERL 태양전지 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 1 도전성 페이스트는 버스바전극으로 변환되며, 제 2 도전성 페이스트는 금속층으로 변환되며, 제 2 도전성 페이스트의 도전성 물질이 패시베이션층의 개구부를 통해 기판 내부로 확산되어 BSF층이 형성되는 것을 특징으로 하는 PERL 태양전지 제조방법.
KR1020160078542A 2016-06-23 2016-06-23 Perl 태양전지 및 그 제조방법 KR20180000498A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160078542A KR20180000498A (ko) 2016-06-23 2016-06-23 Perl 태양전지 및 그 제조방법
PCT/KR2017/006501 WO2017222292A1 (ko) 2016-06-23 2017-06-21 Perl 태양전지 및 그 제조방법
US16/307,577 US20190348551A1 (en) 2016-06-23 2017-06-21 Perl solar cell and method for preparing same
JP2019517747A JP2019517744A (ja) 2016-06-23 2017-06-21 Ｐｅｒｌ太陽電池及びその製造方法
EP17815705.3A EP3454380A4 (en) 2016-06-23 2017-06-21 SOLAR CELL OF PERL TYPE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160078542A KR20180000498A (ko) 2016-06-23 2016-06-23 Perl 태양전지 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180000498A true KR20180000498A (ko) 2018-01-03

Family

ID=60784236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160078542A KR20180000498A (ko) 2016-06-23 2016-06-23 Perl 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190348551A1 (ko)
EP (1) EP3454380A4 (ko)
JP (1) JP2019517744A (ko)
KR (1) KR20180000498A (ko)
WO (1) WO2017222292A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110265512A (zh) * 2019-05-31 2019-09-20 苏州腾晖光伏技术有限公司 一种太阳能电池背面局域掺杂的掺杂方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111129176A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 浙江爱旭太阳能科技有限公司 用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池
CN115425100A (zh) * 2022-09-21 2022-12-02 通威太阳能(眉山)有限公司 一种太阳电池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9093590B2 (en) * 2006-12-26 2015-07-28 Kyocera Corporation Solar cell and solar cell manufacturing method
KR101578356B1 (ko) * 2009-02-25 2015-12-17 엘지전자 주식회사 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법
KR101139458B1 (ko) * 2009-06-18 2012-04-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
WO2013000026A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Newsouth Innovations Pty Limited Dielectric structures in solar cells
EP2805334A4 (en) * 2012-01-16 2015-10-28 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc ALUMINUM CONDUCTIVE PASTE FOR CELLS ON REAR SIDE WITH PASSIVATED SURFACE WITH LOCALLY OPEN METALLIC HOLES.
KR20140136555A (ko) * 2013-05-20 2014-12-01 현대중공업 주식회사 양면수광형 perl 태양전지 및 그 제조방법
US20150073847A1 (en) * 2013-09-12 2015-03-12 Pedro Gonzalez Dispatch voip system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110265512A (zh) * 2019-05-31 2019-09-20 苏州腾晖光伏技术有限公司 一种太阳能电池背面局域掺杂的掺杂方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3454380A4 (en) 2019-10-16
EP3454380A1 (en) 2019-03-13
US20190348551A1 (en) 2019-11-14
JP2019517744A (ja) 2019-06-24
WO2017222292A1 (ko) 2017-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100984700B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
CN103700713B (zh) 太阳能电池及其制造方法
US20100276772A1 (en) Photoelectric conversion device and method of manufacturing photoelectric conversion device
US20140295612A1 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
JP2013513964A (ja) 裏面接点・ヘテロ接合太陽電池
US8664520B2 (en) Electrode of solar cell
KR20120068203A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101612133B1 (ko) Ｍｗｔ형 태양전지 및 그 제조방법
KR20180000498A (ko) Perl 태양전지 및 그 제조방법
US20120103387A1 (en) Photovoltaic component
KR101925928B1 (ko) 태양 전지 및 그의 제조 방법
KR102085039B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법
KR101038967B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101238988B1 (ko) 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법
KR20120051974A (ko) 태양전지
KR101348848B1 (ko) 후면전극형 태양전지의 제조방법
KR20110003787A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20140049624A (ko) 태양전지 및 그의 제조방법
KR20180127597A (ko) 후면접합 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법
KR101994692B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101322628B1 (ko) 태양전지의 후면반사막 형성방법, 이를 포함하는후면전극부 형성방법 및 태양전지의 제조방법
KR102413639B1 (ko) 태양전지의 전면전극 구조 및 그 형성방법
KR101358513B1 (ko) 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법
KR101345506B1 (ko) 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법
KR101335195B1 (ko) 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application