KR101212198B1 - 태양 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 개선된 태양 전지에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 제1 부분 및 제2 부분이 정의된 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 전면에 형성되며 상기 제1 부분에서 상기 반도체 기판의 후면까지 연장되는 에미터부와, 상기 에미터부에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제1 전극과, 상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 부분의 두께가 상기 제2 부분의 두께가 더 얇게 형성된다.

태양 전지, 두께, 반도체 기판, 전극

Description

태양 전지{SOLAR CELL}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.

도 2a 내지 도 2i는 도 1에 도시된 태양 전지를 제조하는 방법을 도시한 단면도들이다.

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 구조가 개선된 태양 전지에 관한 것이다.

태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원이 무한할 뿐만 아니라 수명이 긴 장점이 있다. 태양 전지의 종류로 실리콘 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등이 있다.

이 중 실리콘 태양 전지는 p-n 접합을 형성하는 서로 다른 전도형(conductvie type)의 반도체 기판과 에미터층, 이 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 그리고 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하여 구성된다.

여기서, 태양 전지에서는 제1 전극은 반도체 기판의 전면 쪽에 형성되고 제2 전극은 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 태양 전지에서는 제1 전극에 의한 쉐이딩 손실(shading loss)이 10% 내외로 상당히 커서 태양 전지의 효율을 저하시킬 수 있다.

쉐이딩 손실을 줄이기 위해 제1 전극을 반도체 기판의 후면 쪽에 형성하는 후면 전극형 태양 전지가 고안되었다. 이러한 후면 전극형 태양 전지에서는 pn 접합에서 생성된 전하가 제1 전극으로 이동하기 위해 상대적으로 긴 거리를 이동하여야 하므로, 불순물 및 결정 결합 등과 재결합할 확률이 높아지고 이에 따라 전기적 손실이 증가될 수 있다.

이러한 전기적 손실을 방지하기 위해서는 결함이 없는 반도체 기판을 사용하여야 하는데, 이는 결함이 없는 반도체 기판의 제조가 실질적으로 불가능하며 경제성이 낮아지는 문제가 있다.

이와 같이, 후면 전극형 태양 전지에서는 쉐이딩 손실이 저감됨에도 불구하고 전하의 이동 거리가 증가됨에 따라 전기적 손실이 증가하여 효율이 크게 향상될 수 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 쉐이딩 손실 및 전기적 손실을 동시에 저감시킬 수 있는 후면 전극형 태양 전지를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 제1 부분 및 제2 부분이 정의된 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 전면에 형성되며 상기 제1 부분에서 상기 반도체 기판의 후면까지 연장되는 에미터부, 상기 에미터부에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제1 전극, 및 상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 부분의 두께가 상기 제2 부분의 두께가 더 얇게 형성된다.

상기 제1 부분에 상기 제1 전극이 형성되고, 상기 제2 부분에 상기 제2 전극이 형성될 수 있다. 상기 반도체 기판의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 경계에 단차가 형성될 수 있다.

상기 제1 부분에 대응하여 상기 반도체 기판의 후면에 오목부가 형성될 수 있다. 상기 오목부 내에 상기 제1 전극이 형성될 수 있다.

상기 제1 부분에 상기 제1 전극에 연결되는 관통홀이 형성되고, 상기 에미터부는 상기 관통홀을 따라 상기 후면까지 연장될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지는 반도체 기판(10), 이 반도체 기판(10)에 형성되는 에미터부(12), 상기 반도체 기판(12)의 전면 쪽에 형성되는 반사 방지막(14), 그리고 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 형성되는 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)을 포함하여 구성된다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서 반도체 기판(10)은 실리콘으로 이루어지며 p형의 전도형을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 기판이 실리콘 이외의 다양한 반도체 물질로 이루어질 수 있으며 n형의 전도형을 가질 수 있다.

본 실시예에서는 반도체 기판(10)에 제1 부분(10a)과 제2 부분(10b)이 정의된다. 여기서, 제1 부분(10a)은 에미터부(12)가 반도체 기판(10)의 전면에서부터 후면까지 연장되며 후면에도 에미터부(12)가 형성되는 부분을 말하며, 제2 부분(10b)은 반도체 기판(10)의 전면에만 에미터부(12)가 형성되는 부분을 말한다. 이 때, 제1 부분(10a)에는 에미터부(12)와 반도체 기판(10)의 후면에 형성되는 제1 전극(16)을 연결하기 위한 관통홀(10c)이 형성된다.

본 실시예에서는 제1 부분(10a)에 대응하여 반도체 기판(10)의 후면에 오목부(A)가 형성되어, 제1 부분(10a)과 제2 부분(10b)의 경계에 단차가 형성된다. 이러한 단차에 의해 제1 부분(10a)의 두께(t1)가 제2 부분(10b)의 두께(t2)보다 더 얇게 형성된다.

이 반도체 기판(10)에 n형의 에미터부(12)가 형성된다. 에미터부(12)의 전도형은 반도체 기판(10)의 전도형과 반대되면 족하므로, 반도체 기판이 n형인 경우에는 에미터부가 p형일 수 있다. 본 실시예에서 에미터부(12)는 반도체 기판(10)의 전면에 형성되어 반도체 기판(10)과 pn 접합을 형성하는 한편 제1 부분(10a)에서는 관통홀(10c)을 따라 반도체 기판(10)의 후면까지 연장되어 형성된다.

에미터부(12) 중 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 부분 위에 반사 방지막(14)이 형성된다. 반사 방지막(14)은 내부로 입사될 태양광이 반사되어 손실되는 것을 저감시키는 역할과 함께 표면에서 발생할 수 있는 전자의 손실을 방지하는 역할을 한다. 즉, 표면에서 댕글링 본드(dangling bond)에 의해 발생할 수 있는 전자의 손실을 방지 방지막(14)을 형성으로써 방지할 수 있다.

그리고, 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 에미터부(12)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(16) 및 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극(18)이 형성된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 형성되어, 쉐이딩 손실을 저감시킬 수 있고 이에 따라 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.

제1 전극(16)은 제1 부분(10a)의 오목부(A) 내에서 형성된다. 이 때, 제1 부분(10a)의 후면에 형성된 에미터부(12)에 접촉 형성되며 상기 관통홀(10c)을 통해 제1 부분(10a)의 전면에 형성된 에미터부(12)까지 전기적으로 연결된다. 이 제1 전극(16)은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등의 전도성 물질로 이루어지며 스트라이프 형상을 가질 수 있다.

제2 전극(18)은 제2 부분(10a)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 이 제2 전극(18)은 알루미늄(Al) 등의 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(18)이 형성된 부분에 대응하여 반도체 기판(10)의 후면에 후면 전계층(20)이 형성되는데, 이 후면 전계층(20)은 광여기된 전자가 반도체 기판(10)의 후면으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기와 같은 태양 전지로 광이 입사되면, 광전효과에 의해 생성된 정공-전자 쌍이 분리되어 전자는 n형의 에미터부(12)에 집적되고 정공은 p형의 반도체 기 판(10)에 집적되어 전위차가 발생된다. 이러한 전위차에 의해 제1 전극(16), 제2 전극(18)을 통해 전류가 흐르게 되어 태양 전지가 작동하게 된다.

이 때, 에미터부(12) 중 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 부분의 전자들은 제1 부분(10a)에서 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 형성된 제1 전극(16)까지 이동한다. 본 실시예에서는 제1 부분(10a)을 제2 부분(10b)보다 얇게 형성하여 전하의 이동 거리를 줄일 수 있다. 이에 따라, 전하가 전극으로 이동하면서 발생할 수 있는 재결합을 방지하여 전기적 손실을 저감시킬 수 있고, 결과적으로 태양 전지의 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 반도체 기판의 후면에 오목부를 구비하는 간단한 구조를 구비하는 것만으로 제1 부분의 제2 부분의 두께를 달리할 수 있다. 이에 따라 다양한 구조의 태양 전지에 적용될 수 있으며 양상 공정에도 쉽게 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도 2a 내지 도 2i를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2a 내지 도 2i는 도 1에 도시된 태양 전지를 제조하는 방법을 도시한 단면도들이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘으로 이루어지는 p형 반도체 기판(10)을 준비한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 n형 반도체 기판을 준비할 수 있으며 실리콘 이외의 다양한 반도체 물질로 이루어지는 반도체 기판을 준비할 수 있다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이후에 형성될 제1 전극(도 2g의 참조부 호 18 참조)에 대응하여 반도체 기판(10)의 후면에 오목부(A)를 형성하여 제1 부분(10a)과 제2 부분(10b)을 정의한다. 오목부(A)를 형성하는 방법으로는 물리/기계적 방법 또는 화학적 방법 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 부분(10a)에 레이저를 이용하여 관통홀(10c)을 형성한다. 그리고, 알칼리 수용액 또는 혼합산 용액을 이용하여 반도체 기판(10)의 손상된 부분이 제거한다. 이 때, 반도체 기판(10)의 표면에 요철이 형성되어 태양광의 손실을 저감시키는 역할을 한다.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 n형 에미터부(12)을 형성한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에미터부()의 전도형이 반도체 기판(10)의 전도형과 반대되면 족하므로, n형 반도체 기판이 사용되는 경우에는 p형의 에미터부를 형성할 수 있다.

이 때, 반도체 기판(10)의 전면 뿐만 아니라 관통홀(10c)을 따라 관통홀(10c)의 주변부, 그리고 반도체 기판(10)의 측면 및 후면에도 에미터부(12)가 형성된다. 도핑 방법으로는 고온 확산법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.

도핑 이후에는 불필요하게 형성된 피에스지(phosphorus slicate glass, PSG)를 불산 수용액 등으로 제거하는 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 에미터부(12) 위에 반사 방지막(14)을 형성한다. 반사 방지막(14)은 질화 실리콘, 산화 실리콘, 산화 티타늄 등으로 이루어질 수 있으며, 플라즈마 화학 기상 증착법, 전자빔 증착법, 스크린 인쇄법, 스프레이법 등의 다양한 방법으로 형성될 수 있다.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 제2 부분(10b)의 후면에 알루미늄을 함유한 페이스트(18a)를 인쇄법 등으로 도포한 다음 건조한다. 본 실시예에서는 알루미늄을 함유한 페이스트(18a)를 이용하였으나, 다양한 전도성 물질을 함유하는 것이 가능하다.

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제1 부분(10a)의 후면에 은 또는 구리를 함유한 페이스트(16a)를 잉크젯법 또는 디스펜싱법으로 도포한 다음 건조한다. 본 실시예에서는 은 또는 구리를 함유한 페이스트(16a)를 이용하였으나, 다양한 전도성 물질을 함유하는 것이 가능하다.

이어서, 도 2h에 도시된 바와 같이, 열처리를 하여 제1 전극(16), 제2 전극(18) 및 후면 전계층(20)을 형성한다.

즉, 알루미늄을 함유한 페이스트(도 2g의 참조부호 18a 참조)가 열처리에 의해 반도체 기판(10)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(18)을 구성하게 되고, 알루미늄이 반도체 기판(10)의 후면에 소정 두께만큼 확산되어 이 부분의 에미터부(12)이 없어지면서 후면 전계층(20)이 형성된다. 그리고, 은 또는 구리를 함유한 페이스트(16a)가 열처리에 의해 에미터부(12)에 연결되는 제1 전극(16)을 구성하게 된다.

이어서, 도 2i에 도시된 바와 같이, 레이저를 이용하여 제1 부분(10a)의 후면에 형성된 에미터부(12)와 제2 부분(10b)의 후면에 형성된 제2 전극(18)을 단락시킨다.

상기 제조 방법에서 서로 별개의 공정들은 서로 순서가 바뀌어서 수행되는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서는 반도체 기판의 전면에 전극이 형성되지 않은 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전자의 수집을 용이하게 할 수 있도록 얇은 선폭의 보조 전극을 형성하는 것도 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 제1 부분의 후면에 질화 실리콘 등으로 이루어지는 패시베이션막을 더 형성할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

즉, 상기에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명에 따른 태양 전지는, 반도체 기판의 전면에서부터 후면까지 에미터부가 형성되는 반도체 기판의 제1 부분을 제2 부분보다 얇게 형성하여 전하의 이동 거리를 줄일 수 있다. 이에 따라, 전하가 전극으로 이동하면서 발생할 수 있는 재결합을 방지하여 전기적 손실을 저감시킬 수 있다. 그리고, 제1 전극 및 제2 전극이 모두 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되어 태양광의 손실을 저감시킬 수 있다.

즉, 제1 전극 및 제2 전극이 반도체 기판의 후면 쪽에 형성된 후면 전극형 태양 전지에서 전기적 손실을 저감시킬 수 있어 태양 전지의 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 반도체 기판의 후면에 오목부를 구비하는 단순한 구조를 구비하여, 다양한 태양 전지에 적용될 수 있으며 양상 공정에도 쉽게 적용될 수 있다.

Claims (6)

1. 제1 부분 및 제2 부분이 정의된 반도체 기판;

   상기 반도체 기판의 전면에 형성되며, 상기 제1 부분에서 상기 반도체 기판의 후면까지 연장되는 에미터부;

   상기 에미터부에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제1 전극; 및

   상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되면서 상기 반도체 기판의 후면 쪽에 형성되는 제2 전극

   을 포함하고,

   상기 제1 부분의 두께가 상기 제2 부분의 두께가 더 얇으며

   상기 제1 부분에 상기 제1 전극에 연결되는 관통홀이 형성되고,

   상기 에미터부는 상기 관통홀을 따라 상기 후면까지 연장되는 태양 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 부분에 상기 제1 전극이 형성되고,

   상기 제2 부분에 상기 제2 전극이 형성되는 태양 전지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 기판의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 경계에 단차가 형성되는 태양 전지.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 부분에 대응하여 상기 반도체 기판의 후면에 오목부가 형성된 태양 전지.
5. 제4항에 있어서,

   상기 오목부 내에 상기 제1 전극이 형성되는 태양 전지.
6. 삭제

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