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KR101199822B1 - 태양 전지 소자, 분할 태양 전지 소자, 태양 전지 모듈 및 전자기기 - Google Patents

태양 전지 소자, 분할 태양 전지 소자, 태양 전지 모듈 및 전자기기 Download PDF

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KR101199822B1
KR101199822B1 KR1020117025342A KR20117025342A KR101199822B1 KR 101199822 B1 KR101199822 B1 KR 101199822B1 KR 1020117025342 A KR1020117025342 A KR 1020117025342A KR 20117025342 A KR20117025342 A KR 20117025342A KR 101199822 B1 KR101199822 B1 KR 101199822B1
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KR
South Korea
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solar cell
cell element
semiconductor layer
electrode
electrodes
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나오야 코바모토
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쿄세라 코포레이션
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Abstract

본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자는 일도전형의 제 1 반도체층과 역도전형의 제 2 반도체층을 갖는 반도체 기판을 구비하고, 상기 제 2 반도체층측의 상기 반도체 기판의 제 1 주면에 있어서 복수의 선상의 집전 전극 각각이 상기 제 1 주면의 중앙부로부터 양단부를 향해서 이간해서 배치된 태양 전지 소자로서, 상기 중앙부에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리가 상기 양단부측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리와 다른 것을 특징으로 한다.

Description

태양 전지 소자, 분할 태양 전지 소자, 태양 전지 모듈 및 전자기기{SOLAR CELL ELEMENT, SEGMENTED SOLAR CELL ELEMENT, SOLAR CELL MODULE, AND ELECTRONIC APPLIANCE}
본 발명은 태양 전지 소자, 이것을 분할해서 얻은 분할 태양 전지 소자, 태양 전지 소자 또는 분할 태양 전지 소자를 구비한 태양 전지 모듈 및 전자기기에 관한 것이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 태양 전지 소자(50)의 집전 효율을 높이기 위해서 태양 전지 소자(50)를 구성하는 반도체 기판(51) 상에 선상의 집전 전극(52)을 등간격으로 다수개 배치하고 있다.
태양 전지 소자(50)를 제작할 때에 반도체 기판(51)에 불순물 원소를 도핑 할 필요가 있다. 이 경우, 제조 조건에 따라서는, 예컨대 반도체 기판(51)의 일주면에 있어서의 중앙부(R1)에 비해 그 외측에 큰 열량이 가해져 그 개소에 불순물 원소가 많이 포함되는 경우가 있다. 즉, 도 10에 있어서 불순물 원소가 중앙부(R1)보다 그 외측에 있는 양단부(R2,R3)에 보다 많이 포함되는 경우가 있다.
이러한 경우, 반도체 기판(51)의 표면 중앙부(R1)에 있어서는 캐리어의 수집(집전)이 불충분하게 되기 쉬워 태양 전지 소자의 발전 효율의 향상을 기대할 수 없다.
반도체 기판(51) 상에 배치하는 집전 전극(52)의 개수를 등간격으로 늘려 감으로써 태양 전지 소자(50)의 집전 효율을 높일 수 있다. 그런데, 서로 이웃하는 집전 전극간의 거리가 짧아지므로 태양 전지 소자(50)를 분할해서 얻은 복수의 분할 태양 전지 소자를 사용할 경우(예컨대, 하기의 특허문헌 1을 참조)에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 집전 전극(52)과 분할 위치[분할선(8)]가 겹치는 경우가 있다. 이 경우, 분할 태양 전지 소자의 출력이 저하되거나 하여 출력 특성에 악영향을 미치는 것이 있다.
그래서, 발전 효율의 향상을 기대할 수 있는 태양 전지 소자 및 출력 특성의 영향이 적은 분할 태양 전지 소자가 요망되고 있고, 나아가서는 이러한 태양 전지 소자 또는 분할 태양 전지 소자를 구비한 태양 전지 모듈 및 전자기기가 요망되고 있다.
일본 특허 공개 제 2000-164901호 공보
본 발명의 일실시형태에 의한 태양 전지 소자는 일도전형의 제 1 반도체층과 역도전형의 제 2 반도체층을 갖는 반도체 기판을 구비하고, 상기 제 2 반도체층측의 상기 반도체 기판의 제 1 주면에 있어서 복수의 선상의 집전 전극 각각이 상기 제 1 주면의 중앙부로부터 양단부를 향해서 이간해서 배치된 태양 전지 소자로서, 상기 중앙부에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리가 상기 양단부측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리와 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시형태에 의한 분할 태양 전지 소자는 상기 태양 전지 소자를 소정의 상기 집전 전극에 따라 분할해서 얻은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시형태에 의한 태양 전지 모듈은 상기 태양 전지 소자 또는 상기 분할 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시형태에 의한 전자기기는 상기 태양 전지 소자 또는 상기 분할 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 태양 전지 소자, 이것을 구비한 태양 전지 모듈 및 전자기기에 의하면 발전 효율의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 출력 특성의 영향이 적은 분할 태양 전지 소자를 제공할 수 있고, 이러한 분할 태양 전지 소자를 구비한 태양 전지 모듈 및 전자기기는 신뢰성이 높다.
도 1은 본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자의 수광면측의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자의 이면측의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 A-A선으로 절단한 단면 모식도이다.
도 4는 도 1의 부분 확대 평면도로서, 도 4(a), 도 4(b)는 각각 제 1 집전 전극의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자의 수광면측의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자의 수광면측의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일형태에 의한 태양 전지 소자의 수광면측의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 7의 B-B선으로 절단한 단면 모식도이다.
도 9(a), 도 9(b)는 각각 본 발명의 일형태에 의한 분할 태양 전지 소자의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 10은 종래의 태양 전지 소자를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명에 의한 실시형태의 예에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
<태양 전지 소자의 기본 구성>
우선, 태양 전지 소자의 기본 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 태양 전지 소자(10)는 반도체 기판(9)의 수광면인 제 1 주면(11)에 있어서 제 1 주면(11)의 중앙부(R1)로부터 양단부(R2,R3)를 향해서, 예컨대 직선상의 복수의 제 1 집전 전극(4a) 각각이 서로 이간해서 배치되어 있다. 도 1에 있어서 4b는 제 1 집전 전극(4a)보다 폭이 넓은 제 1 출력 인출 전극이며, 제 1 집전 전극(4a)에 대해서 직교해서 배치되어 있다. 제 1 집전 전극(4a)과 제 1 출력 인출 전극(4b)으로 제 1 주면(11)에 있어서의 제 1 전극(4)을 구성하고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 양단부(R2,R3)측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 다르면 좋다. 여기서, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 양단부(R2,R3)측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리의 차이가 0.07㎜ 이상이면 양자에 있어서의 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 다른 것으로 정의한다.
한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(9)의 이면인 제 2 주면(12)에 있어서 대략 전체면에 형성된 제 2 집전 전극(5a)과, 제 1 출력 인출 전극(4b)과 같은 방향에 연장된 제 2 출력 인출 전극(5b)으로 구성되는 제 2 전극(5)이 배치되어 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 있어서 8은 태양 전지 소자(10)로부터 분할 태양 전지 소자를 얻기 위한 분할선이며, 예컨대 레이저 광 등을 이용해서 태양 전지 소자(10)를 분할하기 위해 나타낸 분할선이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(9)은 일도전형의 제 1 반도체층(1)과 역도전형의 제 2 반도체층(2)을 갖는다. 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)측에 제 2 반도체층(2)이 위치하고 있다. 또한, 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11) 상에는 반사 방지막(3)이 배치되어 있다. 또한, 반도체 기판(9)의 제 2 주면(12)측에는 BSF 영역(Back Surface Field)의 제 3 반도체층(6)이 설치되어 있다.
또한, 백 콘택트형 태양 전지 소자에 있어서는, 예컨대 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)으로부터 그 반대측에 위치하는 제 2 주면(12)에 걸쳐 관통해서 제 1 집전 전극(4a)에 접속된 복수의 관통 전극(4e)과, 제 2 주면(12)에 배치되어 관통 전극(4e)에 접속된 제 1 출력 인출 전극(4b)을 구비하고 있다.
또한, 본 실시형태의 분할 태양 전지 소자는 상술한 태양 전지 소자를 소정의 제 1 집전 전극(4a)에 따라 분할해서 얻은 것을 특징으로 한다. 예컨대, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 도 1의 태양 전지 소자(10)의 중앙부(R1)에 위치하는 분할선(8)으로 분할해서 분할 태양 전지 소자(15)를 얻는다. 또한, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 도 7의 태양 전지 소자(20)의 중앙부(R1)에 위치하는 분할선(8)으로 분할해서 분할 태양 전지 소자(16)를 얻는다.
<태양 전지 소자 및 분할 태양 전지 소자의 구체적 구성예>
이하, 구체적인 형태예에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 양단부(R2,R3)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리보다 짧아지도록 구성해도 좋다. 예컨대, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)에 있어서의 중앙부(R1)로부터 양단부(R2,R3)를 향해 점차 길어지도록 배치되어 있으면 좋다. 이에 따라, 제 1 집전 전극(4a)에 있어서의 겹쳐진 공차의 편차를 원인으로 하는 제 1 집전 전극(4a)과 분할선(8)의 겹침을 저감할 수 있으므로 분할선(8)을 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이에 위치시키는 설계가 용이하게 된다.
또한, 제 1 전극(4)은, 예컨대 50~200㎛ 폭의 제 1 집전 전극(4a)과 이것에 대해서 직교하는 1.3~2.5㎜ 폭의 제 1 출력 인출 전극(4b)으로 이루어진다. 한편, 제 2 전극(5)은, 예컨대 제 2 주면의 전체면에 배치되어 있는 제 2 집전 전극(5a)과, 1.5~7㎜ 폭의 제 2 출력 인출 전극(5b)을 갖는다.
서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 제 1 집전 전극(4a)의 개수를 최적으로 조합함으로써 태양 전지 소자(10)의 분할선(8)과 제 1 집전 전극(4a)이 겹치지 않도록 하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 통일된 태양 전지 소자(10)(부모 기판)를 1종류만 제작함으로써 복수종 사이즈의 분할 태양 전지 소자(자식 기판)를 용이하게 제작할 수 있다.
또한 외관상의 점으로부터, 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리는 최적값을 기준으로 해서 0.2㎜ 이내의 범위에서 최적값보다 짧아지도록 또는 길어지도록 설정된다. 또한, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 양단부(R2,R3)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리의 차는 0.3㎜ 이내인 것이 바람직하다. 또한, 최적값이란 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a)의 거리가 반도체 기판(1)의 일단부로부터 타단부까지 균등할 경우에 태양 전지 소자의 발전 효율이 높아질 때의 값이다.
제 2 반도체층(2)의 불순물 농도 분포, 시트 저항 분포 등에 맞추어 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리를 적절하게 설정하는 것도 가능하고, 도 5에 나타내는 태양 전지 소자(30)와 같이, 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)의 중앙부(R1)에 있어서 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리를 길게 하고, 양단부(R2,R3)에 있어서 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리를 짧게 해도 좋다.
또한, 도 4(b) 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리가 짧은 제 1 집전 전극군(41)과, 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리가 긴 제 2 집전 전극군(42)을 교대로 또는 적절하게 배치하도록 해도 좋다. 이 구성을 채용함으로써도 점차 겹쳐진 공차의 편차를 원인으로 하는 집전 전극(4a)과 절단 위치[분할선(8)]의 겹침을 저감할 수 있으므로 분할선(8)을 제 1 집전 전극(4a) 사이에 위치시키는 설계가 용이하게 된다.
또한, 제 1 집전 전극(4a)의 개수를 짝수로 하는 것이 바람직하다. 이것은 제 1 집전 전극을 좌우 대칭으로 절단한 사이즈가 정렬된 분할 태양 전지 소자를 얻기 위해서이다. 예컨대, 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리의 최적값으로부터 계산된 제 1 집전 전극(4a)의 개수가 홀수인 경우에도 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리가 짧은 제 1 집전 전극군(41)과, 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리가 긴 제 2 집전 전극군(42)을 조합함으로써 제 1 집전 전극(4a)의 개수를 짝수로 할 수 있다.
또한, 제 1 집전 전극(4a)의 간격과 개수를 최적으로 조합함으로써 태양 전지 소자(10)의 부모 기판은 분할선(8)에 제 1 집전 전극(4a)이 위치하지 않도록 하는 것이 가능하게 되므로 1개의 통일된 태양 전지 소자(10)의 부모 기판만을 제작함으로써 복수종 크기의 태양 전지 소자(10)의 자식 기판을 용이하게 제작할 수 있다.
또한 외관상의 점으로부터도 제 1 집전 전극군(41) 및 제 2 집전 전극군(42)의 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리는 최적값을 기준으로 해서 0.2㎜ 이내의 범위에서 최적값보다 짧아지도록 또는 길어지도록 하고 있다. 또한, 제 1 집전 전극군(41)과 제 2 집전 전극군(42)의 간격의 차는 0.3㎜ 이내인 것이 바람직하다.
또한, 도 4(b)에 있어서, 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)에 있어서의 시트 저항이 높은 제 1 영역과 이 제 1 영역보다 시트 저항이 낮은 제 2 영역에 있어서 제 1 영역에 제 1 집전 전극군(41)을, 제 2 영역에 제 2 집전 전극군(42)을 각각 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 캐리어의 수집을 제 1 영역 및 제 2 영역 각각에 있어서 양호하게 행해진다.
여기서, 제 1 영역과 제 2 영역의 시트 저항값의 차는 5Ω/□ 이상 20Ω/□ 이하의 작은 차로 함으로써 제 1 영역의 제 1 집전 전극군(41)과 제 2 영역의 제 2 집전 전극군(42)의 간격의 차도 작게 할 수 있고, 제 1 집전 전극군(41)과 제 2 집전 전극군(42)의 차를 작게 설정할 수 있으므로 외관이 손상될 일도 없다.
또한, 제 2 반도체층(2)의 제 1 영역과 제 2 영역에 있어서의 시트 저항의 상위는 제 2 반도체층(2)의 제 1 영역의 두께를 제 2 영역의 그 두께보다 얇게 함으로써 실현하는 것이 바람직하다. 제 1 영역과 제 2 영역의 두께의 차는 불순물 농도가 1×1018[atoms/㎤]의 위치에 있어서 0.1㎛ 이상 1㎛ 이하로 하면 좋다.
또한, 제 2 반도체층(2)의 제 1 영역과 제 2 영역에 있어서의 시트 저항의 상위는 제 2 반도체층(2)의 제 1 영역에 있어서의 최대 불순물 농도를 제 2 영역에 있어서의 최대 불순물 농도보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 제 1 영역과 제 2 영역의 최대 불순물 농도의 차는 1×1020[atoms/㎤] 이상 8×1020[atoms/㎤] 이하로 하면 좋다.
이와 같이, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리를 양단부(R2,R3)측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리보다 짧게 형성했을 경우에 그것에 맞추어 제 2 반도체층(2)의 중앙부(R1)에 있어서의 시트 저항이 양단부(R2,R3)측의 제 2 반도체층(2)의 시트 저항보다 높게 함으로써 태양 전지 소자의 발전 효율을 0.1% 정도 향상시킬 수 있다.
여기서 시트 저항의 값의 측정은 4탐침법에 의해 측정할 수 있고, 반도체 기판(9)의 표면에 일직선상으로 배열된 4개의 금속 바늘을 가압하면서 접촉시키고, 외측의 2개의 바늘에 전류를 흘렸을 때에 내측의 2개의 바늘 사이에 발생된 전압을 측정하고, 이 전압으로 흐른 전류로부터 옴의 법칙에 의해 저항값이 구해진다.
또한, 본 실시형태의 태양 전지 소자에 있어서 제 2 반도체층(2)의 시트 저항이 높은 제 1 영역과 제 2 반도체층(2)의 시트 저항이 낮은 제 2 영역을 갖고, 제 1 영역에 제 1 집전 전극군(41)을 설치하고, 제 2 영역에 제 2 집전 전극군(42)을 설치하면 좋다. 즉, 제 2 반도체층(2)은 중앙부(R1)에 있어서의 시트 저항이 양단부(R2,R3)측보다 높게 설치된다.
반도체 기판(9)의 전체에 있어서 시트 저항에 불균일이 없도록 제 2 반도체층(2)을 형성하는 것이 일반적이지만, 본 실시형태에 있어서는 시트 저항이 다른 제 1 영역과 제 2 영역을 설치하고, 제 1 집전 전극군(41)과 제 2 집전 전극군(42)을 설치하는 위치를 제 2 반도체층(2)의 시트 저항에 맞추어 정하고 있다. 이에 따라, 또한 태양 전지 소자의 출력 특성이 저하되는 것을 저감할 수 있고, 경우에 따라서는 출력 특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
제 2 반도체층(2)의 제 1 영역과 제 2 영역의 형성 방법으로서는 여러가지의 방법을 채용할 수 있다. 예컨대, 시트 저항이 균일한 제 2 반도체층(2)을 형성한 후, 제 2 영역으로 하고 싶은 영역에만 다시 도판트를 확산, 또는 제 1 영역이 되는 영역의 제 2 반도체층(2)을 에칭함으로써 형성할 수 있다. 이 경우, 제 1 영역을 양단부(R2,R3) 또는 중앙부(R1) 중 어느 쪽에 설치해도 상관 없다. 또한, 다시 도판트를 확산시킬 경우에는 확산시키지 않을 영역에 확산 방지층을 설치해서 행해지는 것이 바람직하고, 에칭할 경우에는 에칭시키지 않을 영역에 에칭 방지층을 설치해서 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방법과 같이 공정수를 늘리지 않고 형성하는 것도 가능하다. 예컨대, 도포 열확산법에 있어서는 도판트가 함유된 페이스트의 도포 두께를 다르게 함으로써 도포 두께가 얇은 개소에 제 1 영역이 형성되고, 두꺼운 개소에는 제 2 영역이 형성된다. 또한, 예컨대 기상 열확산법에 있어서는 노 내로의 가스 유속(流束)을 작게 함으로써 노 내의 가스의 균일성이 손상된다. 이 때문에, 열에 의한 확산의 영향이 커지므로 반도체 기판의 중앙부에 비해 외주부에 큰 열량이 가해져서 반도체 기판(9)의 중앙부(R1)에 제 1 영역이 형성되고, 양단부(R2,R3)에 제 2 영역이 형성되기 쉽다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 주면(11) 상에 제 1 집전 전극(4a)과 대략 직교하도록 제 1 출력 인출 전극(4b)을 배치하고 있다. 이에 따라, 제 1 집전 전극(4a)에서 모아진 캐리어를 효율적으로 제 1 출력 인출 전극(4b)으로부터 인출할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)으로부터 제 2 주면(12)에 걸쳐 관통한 복수의 관통 구멍(7)과, 이 관통 구멍(7) 내에 제 1 집전 전극(4a)에 도통하는 관통 전극(4e)과, 제 2 주면(12) 상에 관통 전극(4e)에 접속하는 제 1 출력 인출 전극(4b)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기에 있어서는 제 1 출력 인출 전극(4b)을 제 1 주면(11)측에 형성한 형태예에 대해서 설명을 했지만 이하에 설명하는 스루홀형 백 콘택트 구조에서도 본 실시형태의 구성을 적용하는 것이 가능하다.
도 7 및 도 8에 나타내는 스루홀형 백 콘택트 구조의 태양 전지 소자(20)는 제 1 주면(11)과 제 2 주면(12)을 포함하는 반도체 기판(9)과, 반도체 기판(9)을 관통하는 복수의 관통 구멍(7)과, 제 1 전극(4)을 갖는다.
여기서, 제 1 전극(4)에는 제 1 주면(11) 상에 형성된 제 1 집전 전극(4a)과, 제 2 주면(12) 상에 형성된 제 1 출력 인출 전극(4b)과, 제 1 출력 인출 전극(4b) 및 제 1 집전 전극(4a)에 전기적으로 접속되어 관통 구멍(7) 내에 형성된 관통 전극(4e)을 포함한다.
이와 같이, 제 1 전극(4)이 제 2 주면(12) 상에 형성되어 있고, 관통 전극(4e)과 접속하는 제 1 출력 인출 전극(4b)을 더 포함하기 때문에 제 1 주면(11)측에서 모아진 전류를 제 2 주면(12)측으로부터 효율적으로 인출할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 주면(11) 상에 대략 평행하게 설치된 복수의 세선으로 이루어지는 제 1 주면(11)의 제 1 집전 전극(4a)은 각 세선이 관통 전극(4e) 중 적어도 1개와 접속된다.
이에 따라, 반도체 기판(9) 속에서 생성된 캐리어를 효율적으로 집전할 수 있고, 관통 전극(4e)을 통해 이면의 제 2 주면(12)측의 제 1 출력 인출 전극(4b)으로부터 인출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 태양 전지 소자의 분할 방법은 상기의 태양 전지 소자(20)를 이용해서 도 7에 나타내는 중앙부(R1)에 배치된 제 1 집전 전극군의 중심선에 의거하여 절단함과 아울러, 양단부(R2,R3)에 배치한 제 2 집전 전극군에 있어서도 절단함으로써 등분할된 분할 태양 전지 소자를 제 1 집전 전극(4a)이 분할선(8)에 겹치는 않고 얻을 수 있다.
즉, 통상 제 2 반도체층(2)의 시트 저항과 제 1 집전 전극(4a)의 선저항의 관계로부터 최적의 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 설정되지만 본 실시형태에 있어서의 태양 전지 소자의 분할 방법에서는 이들을 고려할 필요가 없고, 전극 형상의 변경에 의한 태양 전지 소자의 출력 특성의 저하를 저감할 수 있다.
<태양 전지 소자의 제조 방법>
이하에, 본 실시형태의 태양 전지 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선 제 1 반도체층(1)이 되는 반도체 기판의 제조에 대해서 설명한다. 반도체 기판이 단결정 실리콘 기판인 경우에는 예컨대 인상법 등에 의해 형성되고, 반도체 기판이 다결정 실리콘 기판인 경우에는 예컨대 주조법 등에 의해 형성된다. 이하, p형의 다결정 실리콘을 이용한 예에 의해서 설명한다.
최초로, 예컨대 주조법에 의해 다결정 실리콘의 잉곳을 제작한다. 이어서, 그 잉곳을 예컨대 250㎛ 이하의 두께로 슬라이스한다. 그 후, 반도체 기판의 절단면의 기계적 손상층이나 오염층을 청정화하기 위해서 표면을 NaOH나 KOH 또는 불산이나 불화 질산 등으로 극히 미량 에칭하는 것이 바람직하다. 또한, 이 에칭 공정 후에 웨트 에칭 방법을 이용해서 반도체 기판의 표면에 미소한 요철 구조를 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 도 7 및 도 8에 나타내는 백 콘택트형 태양 전지 소자의 경우에 있어서는 반도체 기판의 제 1 주면(11)과 제 2 주면(12) 사이에 관통 구멍(7)을 형성한다.
관통 구멍(7)은 기계적 드릴, 워터제트 또는 레이저 가공 장치 등을 이용해서 형성한다. 또한, 관통 구멍(7)의 형성은 제 1 주면(11)의 손상을 피하기 위해 반도체 기판의 제 2 주면(12)측으로부터 제 1 주면(11)측을 향해서 가공을 행하도록 하다. 단, 가공에 의한 반도체 기판으로의 손상이 적으면 제 1 주면(11)측으로부터 제 2 주면(12)측을 향해서 가공을 행하도록 해도 좋다. 또한, 관통 구멍(7)의 형성 후에는 손상층을 제거하기 위해 에칭하는 것이 바람직하다.
이어서, 반도체 기판의 원하는 영역의 표층 내에 역도전형이 되는 n형의 제 2 반도체층(2)을 형성한다. 이러한 제 2 반도체층(2)은 페이스트 상태로 한 P2O5를 반도체 기판의 표면에 도포해서 열확산시키는 도포 열확산법, 또는 가스 상태로 한 POCl3(옥시염화 인)을 확산원으로 한 기상 열확산법 등에 의해 형성된다. 이 제 2 반도체층(2)은 0.2~2㎛ 정도의 깊이, 60~150Ω/□ 정도의 시트 저항으로 형성된다.
또한, 백 콘택트형의 태양 전지 소자에 있어서는 제 2 반도체층(2)이 관통 구멍(7)의 내부 및 제 2 주면(12)에도 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 반도체층(2)의 형성 방법은 상기 방법에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 박막 형성 기술을 이용하여 수소화 아모르포스 실리콘막, 또는 미결정 실리콘막을 포함하는 결정질 실리콘막 등을 형성해도 좋다. 또한, 제 1 반도체층(1)과 제 2 반도체층(2) 사이에 i형 실리콘 영역을 형성해도 좋다.
도포 열확산법에 있어서 이용되는 도판트가 함유된 페이스트는, 예컨대 n형의 경우에는 산화 인 또는 인산 등의 인계 염으로 한다. p형의 경우에는 산화 붕소 또는 붕산 등의 붕소염으로 이루어지는 도판트, 및, 규산 에틸 또는 폴리실리잔 등의 규소 화합물을 에틸알콜, 이소프로필알콜 또는 부틸알콜 등의 용제에 혼합한 것으로 하고, 필요에 따라 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 메틸메타크릴레이트 또는 폴리에틸렌글리콜 등의 수지를 혼합시킨다.
도포방법으로서는, 예컨대 스핀코터법, 스프레이법 또는 스크린 인쇄법 등을 이용하여 반도체 기판 상에 페이스트가 도포된다. 또한, 페이스트의 점도는 이용되는 도포법에 맞추어 적절히 조정하면 되고, 예컨대 스크린 인쇄법을 이용할 경우에는 50~350Paㆍs 정도의 점도의 페이스트가 이용된다. 도포 후 70~150℃의 온도에서 수분간 페이스트를 건조시켜도 좋다.
그리고, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스 분위기 중 또는 산소 등을 포함하는 산화 분위기 중에서 열처리함으로써 페이스트가 글래스화되어 도판트를 포함하는 글래스층이 형성됨과 아울러, 글래스층 중의 도판트가 반도체 기판의 표면 및 내부로 확산된다. 열처리 온도는, 예컨대 300~600℃의 온도에서 5~20분 정도 가열하고, 그 후, 글래스층 중의 도판트를 기판 중에 확산시키기 위해서 600~900℃의 온도에서 10~40분 정도 가열하면 좋다. 또한, 페이스트의 도포 두께를 다르게 함으로써 도포 두께가 얇은 개소에 시트 저항이 높은 제 2 반도체층이 형성되고, 두꺼운 개소에 시트 저항이 높은 제 2 반도체층이 형성된다.
기상 열확산법에 있어서는 가스 도입구와 가스 배기구를 포함하는 석영으로 이루어지는 프로세스 튜브 내에 복수의 반도체 기판을 설치하고, 액체의 POCl3을 캐리어 가스(예컨대, 질소 가스, 산소 가스 등)로 버블링해서 POCl3을 기화시킨 확산 가스를 불활성 가스와 함께 프로세스 튜브 내로 도입한다. 도판트를 포함하는 분위기 중에서 프로세스 튜브의 외주에 설치된 가열 수단에 의해 600℃~900℃ 정도의 온도에 있어서 반도체 기판(1)을 5~30분 정도 열처리한다. 이에 따라, 반도체 기판의 표면에 도판트를 포함하는 글래스층이 형성되고, 글래스층에 존재하는 도판트가 반도체 기판의 표면 근방으로 확산된다. 여기서, 확산 가스와 불활성 가스의 유량비는 예컨대 1:2 ~ 1:20, 보다 바람직하게는 1:4 ~ 1:15로 설정해서 공급하면 좋다. 그 후, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스 분위기 중에서 조금 전의 온도보다 50℃~200℃ 높은 온도에 있어서 열처리를 10~40분 정도 행함으로써 반도체 기판 표면의 글래스층에 존재하는 도판트가 반도체 기판 표면 근방으로 더욱 확산됨과 아울러, 반도체 기판의 표면 근방으로 확산된 도판트가 기판 내부로 확산되어 제 2 반도체층(2)이 형성된다.
이어서, 반사 방지막(3)을 형성한다. 반사 방지막(3)은, 예컨대 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법, 증착법 또는 스퍼터법 등을 이용하여 형성된다. 예컨대, 질화 실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(3)을 PECVD법으로 형성하는 경우이면 반응실 내를 500℃ 정도로 해서 Si3H4(실란)와 NH3(암모니아)의 혼합 가스를 N2(질소)로 희석하고, 글로우 방전 분해로 플라즈마화시켜 퇴적시킴으로써 반사 방지막(3)이 형성된다.
이어서, 반도체 기판(1)의 제 2 주면(12)측에 일도전형의 반도체 불순물이 고농도로 확산된 제 3 반도체층(6)을 형성한다. 제법으로서는, 예컨대 BBr3(3브롬화 붕소)을 확산원으로 한 열확산법을 이용하여 온도 800~1100℃ 정도에서 형성하는 방법, 알루미늄 분말 및 유기 비히클 등으로 이루어지는 알루미늄 페이스트를 인쇄법으로 도포하고, 그 후, 온도 600~850℃ 정도에서 열처리(소성)해서 알루미늄을 반도체 기판(1)에 확산하는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 페이스트를 인쇄해서 소성하는 방법을 이용하면 인쇄면에만 원하는 확산 영역을 형성할 수 있다. 또한, 이 경우에 제 2 반도체층(2)의 형성시와 동시에 제 2 주면측에도 형성되어 있는 n형의 제 2 반도체층을 제거할 필요도 없고, 태양 전지 소자(10)에 있어서는 제 2 주면(12)측의 주변부만 레이저 등을 이용하여 pn 분리를 행하면 좋고, 백 콘택트형의 태양 전지 소자(20)에 있어서는 제 3 반도체층(6)과의 계면에 pn 분리를 더 행하면 좋다. 또한, 제 3 반도체층(6)의 형성 방법은 상기 방법에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 박막 기술을 이용하여 수소화 아모르포스 실리콘막, 또는 미결정 실리콘막을 포함하는 결정질 실리콘막 등을 형성해도 좋다. 또한, 제 1 반도체층(1)과 제 3 반도체층(6) 사이에 i형 실리콘 영역을 형성해도 좋다.
이어서, 제 1 전극(4)과 제 2 전극(5)을 이하와 같이 해서 형성한다. 제 1 전극(4)은, 예컨대 은 등으로 이루어지는 금속 분말과, 유기 비히클과 글래스 프릿을 함유하는 전극 페이스트(은 페이스트)를 이용하여 제작된다.
도 1~도 3의 태양 전지 소자(10)의 경우에는 전극 페이스트를 반도체 기판(1)의 제 1 주면에 도포한다. 그 후, 최고 온도 600~850℃에서 수십초~수십분 정도 소성함으로써 파이어스루(fire through)법에 의해 반사 방지막(3)을 돌파하여 반도체 기판(9) 상에 제 1 전극(4)이 형성된다.
백 콘택트형의 태양 전지 소자(10)의 경우에는 전극 페이스트를 반도체 기판(9)의 제 1 주면(11)측으로부터 도포해서 관통 구멍(7)에도 은 페이스트가 충전되고, 그 후, 최고 온도 600~850℃에서 수십초~수십분 정도 소성함으로써 제 1 주면(11)에 제 1 집전 전극(4a)과, 관통 구멍(7) 내부에 관통 전극(4e)이 형성된다. 그리고, 전극 페이스트를 반도체 기판(9)의 제 2 주면(12)측으로부터 도포하고, 그 후, 최고 온도 500~850℃에서 수십초~수십분 정도 소성함으로써 제 2 주면(12)에 제 1 출력 인출 전극(4b)이 형성된다. 바람직하게는 도포 후, 소정의 온도에서 건조시켜 용제를 증산시킨다. 도포법으로서는 스크린 인쇄법 등을 이용할 수 있다.
또한, 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 양단부측(R2,R3)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 다른 형상의 개구부를 갖는 제판을 이용하여 전극 페이스트가 도포됨으로써 중앙부(R1)에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 양단부(R2,R3)측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리와 다른 형상의 제 1 집전 전극(4a)을 형성할 수 있다.
이어서, 제 2 전극(5)에 대해서 설명한다. 우선, 제 2 집전 전극(5a)은, 예컨대 알루미늄 분말과, 유기 비히클을 함유하는 알루미늄 페이스트를 이용하여 제작된다. 이 페이스트를 제 1 전극(4) 및 제 2 출력 인출 전극(5b)을 형성하는 부위의 일부를 제외하고 제 2 주면(12)의 대략 전체면에 도포한다. 이 도포법으로서는 스크린 인쇄법 등을 이용할 수 있다. 이와 같이 페이스트를 도포한 후, 소정 온도에서 건조시켜 용제를 증산시키는 쪽이 작업시에 페이스트가 그 외의 부분에 부착되기 어렵다는 관점으로부터 바람직하다.
이어서, 제 2 출력 인출 전극(5b)은, 예컨대 은 분말 등으로 이루어지는 금속 분말과, 유기 비히클과 글래스 프릿을 함유하는 은 페이스트를 이용하여 제작된다. 이 은 페이스트를 미리 결정된 형상으로 도포한다. 또한, 은 페이스트는 알루미늄 페이스트의 일부와 접하는 위치에 도포됨으로써 제 2 출력 인출 전극(5b)과 제 2 집전 전극(5a)의 일부가 겹친다. 도포법으로서는 스크린 인쇄법 등을 이용할 수 있고, 도포 후, 바람직하게는 소정의 온도에서 건조시켜 용제를 증산시킨다.
그리고, 반도체 기판(9)을 소성로 내에서 최고 온도 600~850℃에서 수십초~수십분 정도 소성함으로써 제 2 전극(5)이 반도체 기판(9)의 제 2 주면(12)측에 형성된다.
또한, 제 1 전극(4) 및 제 2 전극(5)의 전극 형성은 인쇄ㆍ소성법을 이용했지만 증착, 스퍼터 등의 박막 형성 또는 도금법을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
이어서, 분할 방법에 대해서 설명한다. 태양 전지 소자의 부모 기판의 제 1 주면측 또는 제 2 주면측에 원하는 분할선(8)을 따라 레이저를 조사하여 분할 홈을 형성한다. 사용하는 레이저로서는, 예컨대 YAG 레이저를 이용할 수 있다. 레이저 조건으로서는 파장을 1.06㎛, 출력을 10~30W, 빔 확산각을 1~5mrad로 하고, 50~300㎜/s의 속도로 주사하면 좋다. 분할 홈의 깊이는 반도체 기판(1) 두께의 25% 이상으로 하면 분할 홈을 따라 용이하게 태양 전지 소자의 부모 기판을 분할할 수 있기 때문에 적합하다.
분할 홈을 형성한 태양 전지 소자의 부모 기판에 외력을 가해 분할함으로써 태양 전지 소자의 자식 기판(분할 태양 전지 소자)을 형성할 수 있다. 즉, 예컨대 분할 홈을 따라 부모 기판을 손으로 절곡함으로써 자식 기판을 작성할 수 있다. 또한, 태양 전지 소자의 자식 기판은 대형의 태양 전지 소자의 부모 기판이 갖고 있는 구성, 예컨대 제 1 전극(4) 및 제 2 전극(5)을 구비하고, 분할한 상태에서 태양 전지 소자로서 기능할 수 있지만, 필요에 따라 분할 후의 분할 태양 전지 소자에 대해서 다른 구성을 추가하는 공정을 실시해도 좋다.
일반적으로는 제 2 반도체층(2)의 시트 저항과 제 1 집전 전극(4a)의 선저항의 관계로부터 최적의 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 거리가 설정되지만 제 1 집전 전극군(41) 및 제 2 집전 전극군(42)의 서로 이웃하는 제 1 집전 전극(4a) 사이의 평균 거리를 이 최적값에 가까운 값으로 설계함으로써 전극 형상의 변경에 의해 태양 전지 소자의 출력 특성이 저하되는 문제를 저감할 수 있다.
<태양 전지 모듈 및 전자기기>
본 실시형태의 태양 전지 모듈은, 예컨대 글래스, 수지 또는 금속 등의 지지 기판 상에 1개의 상기 태양 전지 소자 또는 1개의 상기 분할 태양 전지 소자, 또는, 도체에 의해 전기적으로 직렬 접속시킨 복수의 상기 태양 전지 소자 또는 복수의 분할 태양 전지 소자를 내습성이 우수한 예컨대 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 등의 충전재로 밀봉한 구성으로 하는 것이 가능하다. 이 경우, 금속 또는 수지 등의 프레임체를 지지 기판의 주위에 형성해도 좋다.
또한, 본 실시형태의 전자기기는 전자공학의 기술을 응용한 전기제품이며, 정보를 디지털 처리하는 기기, 영상ㆍ음성을 전기적으로 아날로그 처리하는 기기 등이 포함된다. 즉, 예컨대 휴대 전화, 시계, 또는 전자계산기 등의 전원으로서 상기 태양 전지 모듈 또는 분할 태양 전지 소자를 이용할 수 있다.
태양 전지 모듈 및 전자기기의 발전 수단으로서 본 실시형태의 태양 전지 소자 또는 분할 태양 전지 소자를 채용하면 발전 효율의 향상을 기대할 수 있고, 또한 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈 및 전자기기를 제공할 수 있다.
1 : 제 1 반도체층 2 : 제 2 반도체층
3 : 반사 방지막 4 : 제 1 전극
4a : 제 1 집전 전극 4b : 제 1 출력 인출 전극
4e : 관통 전극 5 : 제 2 전극
5a : 제 2 집전 전극 5b : 제 2 출력 인출 전극
6 : 제 3 반도체층 7 : 관통 구멍
8 : 분할선 9 : 반도체 기판
10 : 태양 전지 소자 11 : 제 1 주면
12 : 제 2 주면 15 : 분할 태양 전지 소자
16 : 분할 태양 전지 소자 20 : 태양 전지 소자
30 : 태양 전지 소자 40 : 태양 전지 소자
41 : 제 1 집전 전극군 42 : 제 2 집전 전극군
R1 : 중앙부 R2 : 단부
R3 : 단부

Claims (15)

  1. 일도전형의 제 1 반도체층과 역도전형의 제 2 반도체층을 갖는 반도체 기판을 구비하고, 상기 제 2 반도체층측의 상기 반도체 기판의 제 1 주면에 있어서 복수의 선상의 집전 전극 각각이 상기 제 1 주면의 중앙부로부터 양단부를 향해서 이간해서 배치된 태양 전지 소자로서:
    상기 중앙부에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리가 상기 양단부측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리와 다른 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙부에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리가 상기 양단부측에 위치하고 있는 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전 전극에 교차하는 제 1 출력 인출 전극을 배치한 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상기 제 1 주면으로부터 그 반대측에 위치하는 제 2 주면에 걸쳐 관통해서 상기 집전 전극에 접속된 복수의 관통 전극과, 상기 제 2 주면에 배치되어 상기 관통 전극에 접속된 제 1 출력 인출 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙부에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 시트 저항이 상기 양단부측에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 시트 저항보다 높은 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙부에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 두께가 상기 양단부측에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙부에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 최대 불순물 농도가 상기 양단부측에 있어서의 상기 제 2 반도체층의 최대 불순물 농도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  8. 제 2 항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리가 상기 중앙부로부터 상기 양단부를 향해서 점차 길어지도록 상기 집전 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙부에 위치하고 있는 복수의 상기 집전 전극으로 이루어지는 제 1 집전 전극군과, 상기 양단부측에 위치하고 있는 복수의 상기 집전 전극으로 이루어지는 제 2 집전 전극군을 갖고,
    상기 제 1 집전 전극군의 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리의 평균값이 상기 제 2 집전 전극군의 서로 이웃하는 상기 집전 전극간의 거리의 평균값보다 작은 것을 특징으로 태양 전지 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 집전 전극군의 상기 집전 전극의 개수가 짝수인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  11. 제 1 항에 기재된 태양 전지 소자를 소정의 상기 집전 전극에 따라 분할해서 얻은 것을 특징으로 하는 분할 태양 전지 소자.
  12. 제 1 항에 기재된 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  13. 제 11 항에 기재된 분할 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  14. 제 1 항에 기재된 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  15. 제 11 항에 기재된 분할 태양 전지 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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