KR101868566B1 - Solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층, 상기 반도체층에 형성되고, n형 불순물과 p형 불순물을 포함해 각각 형성된 n형 영역과 p형 영역, 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 나누는 진성의 베리어 영역, 상기 베리어 영역에 형성되며, 상기 n형 불순물 또는 p형 불순물 중 적어도 하나를 포함해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 연결하는 버팅 영역을 포함하고, 상기 버팅 영역은 상기 베리어 영역의 일부에만 형성된다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate opposite to a surface on which light is received, a semiconductor layer formed on the semiconductor layer and including n-type impurities and p- type region and a p-type region, an intrinsic barrier region located between the n-type region and the p-type region and dividing the n-type region and the p-type region, and an n-type impurity or a p- And a butting region connecting the n-type region and the p-type region, wherein the butting region is formed only in a part of the barrier region.
Description
본 발명은 효율을 개선한 태양 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell with improved efficiency.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다. With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation battery that converts solar energy into electric energy.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계 및 제조되는 것이 요구된다.In such solar cells, various layers and electrodes can be fabricated by design. The solar cell efficiency can be determined by the design of these various layers and electrodes. In order to commercialize solar cells, it is required to overcome low efficiency, and various layers and electrodes are required to be designed and manufactured so as to maximize the efficiency of the solar cell.
한편, 에미터와 후면 전계부가 모두 후면에 존재하는 후면 접촉형 태양전지에서 역 바이어스(reverse bias)가 인가되면, 태양전지의 일부 영역에서 에미터와 후면 전계부가 나눠져 있지 않고 서로 접촉하고 있어, 이곳으로 전류가 흐르면서 핫 스팟 문제가 발생한다.On the other hand, when reverse bias is applied in the rear contact type solar cell having both the emitter and the rear electric field portion on the rear surface, the emitter and the back electric field portion are not separated from each other in a part of the region of the solar cell, The hot spot problem occurs.
본 발명은 이 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 태양전지에 역 바이어스가 인가될 때, 전류를 우회시킬 수 있는 션트 경로를 형성해 전류가 한 곳으로 집중해 발생하던 핫 스팟 문제를 해소하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to solve the hot spot problem in which a current is concentrated in one place by forming a shunt path that can bypass a current when a reverse bias is applied to the solar cell.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층, 상기 반도체층에 형성되고, n형 불순물과 p형 불순물을 포함해 각각 형성된 n형 영역과 p형 영역, 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 나누는 진성의 베리어 영역, 상기 베리어 영역에 형성되며, 상기 n형 불순물 또는 p형 불순물 중 적어도 하나를 포함해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 연결하는 버팅 영역을 포함하고, 상기 버팅 영역은 상기 베리어 영역의 일부에만 형성된다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate opposite to a surface on which light is received, a semiconductor layer formed on the semiconductor layer and including n-type impurities and p- type region and a p-type region, an intrinsic barrier region located between the n-type region and the p-type region and dividing the n-type region and the p-type region, and an n-type impurity or a p- And a butting region connecting the n-type region and the p-type region, wherein the butting region is formed only in a part of the barrier region.
상기 버팅 영역은 n형 불순물만을 포함하고, 상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 n형 영역의 불순물 농도와 실질적으로 동일하다.The butting region includes only an n-type impurity, and the impurity concentration of the butting region is substantially equal to the impurity concentration of the n-type region.
상기 버팅 영역은 p형 불순물만을 포함하고, 상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 p형 영역의 불순물 농도와 실질적으로 동일하다.The butting region includes only a p-type impurity, and the impurity concentration of the butting region is substantially equal to the impurity concentration of the p-type region.
상기 버팅 영역은 n형 불순물과 p형 불순물을 모두 포함하고, 상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 n형 영역의 불순물 농도 및 상기 p형 영역의 불순물 농도보다 높다.The butting region includes both an n-type impurity and a p-type impurity, and the impurity concentration of the butting region is higher than the impurity concentration of the n-type region and the impurity concentration of the p-type region.
상기 버팅 영역은 상기 n형 영역에 이웃하게는 상기 n형 불순물의 농도가 상기 p형 불순물의 농도보다 높고, 상기 p형 영역에 이웃하게는 상기 p형 불순물의 농도가 상기 n형 불순물의 농도보다 높다.The n-type impurity concentration of the butting region is higher than the concentration of the p-type impurity in the vicinity of the n-type region, and the concentration of the p-type impurity adjacent to the p- high.
상기 반도체 기판의 면적 대비 상기 버팅 영역의 면적은 10% 이하이다.The area of the butting region with respect to the area of the semiconductor substrate is 10% or less.
상기 버팅 영역은 상기 반도체 기판 전체에 균일하게 분포한다.The butting region is uniformly distributed over the semiconductor substrate.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층, 상기 반도체층에 형성되고, n형 불순물과 p형 불순물을 포함해 각각 형성된 n형 영역과 p형 영역, 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 나누는 진성의 베리어 영역, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역에 각각 연결된 n형 전극과 p형 전극, 상기 n형 영역과 p형 영역을 연결하는 버팅 전극을 포함한다.A solar cell according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate opposite to a surface on which light is received, a semiconductor layer formed on the semiconductor layer and including n-type impurities and p- An n-type region and a p-type region, an intrinsic barrier region located between the n-type region and the p-type region and dividing the n-type region and the p-type region, An electrode and a p-type electrode, and a butting electrode connecting the n-type region and the p-type region.
상기 버팅 전극은 상기 n형 전극 및 상기 p형 전극과 동일한 층에 동일한 물질로 형성된다.The butting electrode is formed of the same material in the same layer as the n-type electrode and the p-type electrode.
상기 버팅 전극의 일부는 상기 n형 영역과 접촉하고, 다른 일부는 상기 p형 영역과 접촉한다.A portion of the butting electrode contacts the n-type region and the other portion contacts the p-type region.
상기 n형 영역, 상기 베리어 영역, 상기 p형 영역은 제1 방향을 따라서 교대로 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로는 서로 나란하게 길게 형성된다.The n-type region, the barrier region, and the p-type region are alternately arranged along the first direction, and are formed to be long in the second direction intersecting the first direction.
상기 n형 전극과 p형 전극은 각각 상기 버팅 전극이 위치하는 영역에서 나눠져 있다.The n-type electrode and the p-type electrode are divided in a region where the butting electrode is located.
상기 태양전지는 상기 반도체층 위로 형성되고, 상기 n형 영역과 p형 영역을 각각 드러내는 제1 접촉구와 상기 n형 영역의 일부, 상기 베리어 영역, 상기 p형 영역의 일부를 동시에 드러내는 제2 접촉구를 포함하는 패시베이션막을 더 포함한다.The solar cell is formed over the semiconductor layer and includes a first contact hole exposing the n-type region and a p-type region, a second contact hole exposing a part of the n-type region, the barrier region, And a passivation film.
상기 버팅 전극의 면적은 상기 반도체 기판의 면적 대비 10% 이하이다.The area of the butting electrode is 10% or less of the area of the semiconductor substrate.
상기 버팅 전극은 상기 반도체 기판 전체에 균일하게 분포한다.The butting electrode is uniformly distributed over the semiconductor substrate.
본 실시예에 따른 태양 전지는 pn 접합에 션트 경로(shunt path)를 형성해, 태양전지에 역바이어스가 인가되면 상기 션트 경로를 통해 전류가 흐르도록 유도해, 역바이어스 인가시 전류가 한곳으로 집중해 발생하던 핫 스팟(hot spot) 문제를 줄인다.A solar cell according to this embodiment forms a shunt path to a pn junction, induces a current to flow through the shunt path when a reverse bias is applied to the solar cell, and when the reverse bias is applied, Reduce hot spot problems that are happening.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 후면 모습을 보여준다.
도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 후면 모습을 보여준다.
도 4는 도 1의 B-B'선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 "I" 부분을 확대한 것으로, 버팅 영역에서 불순물의 분포를 예시하는 도면들이다.1 shows a rear view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG.
FIG. 3 shows a rear view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
4 shows a cross-sectional view taken along the line B-B 'in Fig.
5 to 8 are enlarged views of the portion "I" in Fig. 4, illustrating the distribution of impurities in the butting region.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified into various forms.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar parts throughout the specification. In the drawings, the thickness, the width, and the like are enlarged or reduced in order to make the description more clear, and the thickness, width, etc. of the present invention are not limited to those shown in the drawings.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.Wherever certain parts of the specification are referred to as "comprising ", the description does not exclude other parts and may include other parts, unless specifically stated otherwise. Also, when a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it also includes the case where another portion is located in the middle as well as the other portion. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "directly on" another portion, it means that no other portion is located in the middle.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 후면 모습을 부분적으로 보여주며, 도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 단면 모습을 보여준다.FIG. 1 partially shows a rear view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a sectional view taken along line A-A 'of FIG.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, n형 전극(44)과 p형 전극(42)이 모두 후면에 위치하는 후면 접촉형 구조를 갖는다. 여기서, 후면이라 함은 태양전지가 전기를 생산하기 위해 빛을 수광하는 면의 반대 면을 의미한다. 1 and 2, the
제1 실시예의 태양전지는 반도체 기판(10), 상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층(30), 상기 반도체층에 형성되는 n형 영역(34)과 p형 영역(32), 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치하고, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 분리하는 베리어 영역(32), 상기 n형 영역과 상기 p형 영역에 각각 연결된 n형 전극(44)과 p형 전극(42), 상기 n형 영역과 p형 영역을 연결하는 버팅 전극(46)을 포함한다.The photovoltaic cell of the first embodiment includes a
또한, 반도체 기판(10)과 상기 반도체층(30) 사이로 위치하는 제1 후면 패시베이션막(20), 상기 반도체층(30) 위로 형성되는 제2 후면 패시베이션막(40)을 포함할 수 있다.The
그 외에도 태양 전지(100)는 반도체 기판(10)의 전면 위에 위치하는 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.The
반도체 기판(10)은 바람직한 한 형태에서, n형 불순물을 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로, 단결정 실리콘을 바람직하게 사용할 수 있다.The
반도체 기판(10)이 n형을 가지면, pn 접합을 형성하는 p형 영역(32)을 넓게 형성하여 광전 변환 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는 넓은 면적을 가지는 p형 영역(32)이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(10)은 선택에 따라 p형 불순물을 포함한다거나, 다결정 실리콘 반도체, 비정질 실리콘 등으로 형성되는 것 역시 가능하다.When the
반도체 기판(10)의 전면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(10)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상)을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다.An antireflection structure capable of minimizing reflection can be formed on the front surface of the
그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이룬다. 본 실시예와 같이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 n형 영역(34), p형 영역(32)이 반도체층()에 같이 형성되는 경우, 반도체 기판(10)의 후면 편차에 의해서도 특성이 크게 달라질 수 있어, 평탄한 면인 것이 바람직하다.The rear surface of the
이에 따라 반도체 기판(10)의 후면에는 텍스쳐링에 의한 요철을 형성하지 않아 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성을 향상할 수 있다. 그러나 경우에 따라 반도체 기판(10)의 후면에 텍스쳐링에 의한 요철을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.As a result, unevenness due to texturing is not formed on the rear surface of the
반도체 기판(10)의 후면 위에는 제1 후면 패시베이션막(20)이 형성된다. 일 예로, 제1 후면 패시베이션막(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면 제1 후면 패시베이션막(20)을 패터닝 없이 쉽게 형성할 수 있다. A first
이러한 제1 후면 패시베이션막(20)은 산화막일 수 있고, 특히, 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 효과적이다.This first
제1 후면 패시베이션막(20) 위에는 결정질의 반도체층(30)이 위치한다. 일 예로, 반도체층(30)은 제1 후면 패시베이션막(20)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화하고 캐리어가 쉽게 전달되도록 할 수 있다. A
본 실시예에서 반도체층(30)은, p형 불순물을 가져 에미터로 기능하는 p형 영역(32)과, n형 불순물을 가져 BSF로 기능하는 n형 영역(34)을 포함한다. 이러한 n형 영역(34)과 p형 영역(32)은 불순물을 반도체층(30)에 열확산시켜 형성하거나, 불순물이 포함된 도핑층을 반도체층(30) 위에 형성하고, 도핑층에 레이저를 조사해서, 레이저에 의해 불순물을 반도체층(30)에 확산시켜 형성할 수 있다.In this embodiment, the
이에, n형 영역(34)과 p형 영역(32)은 동일한 층, 즉 반도체층(30)의 일부로 구성될 수가 있다. 그리고 n형 영역(34)과 p형 영역(32) 사이로는 이들이 버팅(butting)되는 것을 방지하는 베리어 영역(36)이 더 형성된다. 이 베리어 영역(34)은 n형 영역(34)과 p형 영역(32)과 다르게 불순물이 포함되지 않은 진성 반도체층이다.Thus, the n-
이 베리어 영역(36)이 n형 영역(34)과 p형 영역(32) 사이로 위치해 이들이 버팅되는 것을 방지해, n형 영역(34)과 p형 영역(32)의 접합에 의해 발생하는 재결합 사이트(recombination site)를 줄여 효율을 향상시킬 수 있다.This
p형 영역(32)은 캐리어가 통과할 수 있는 얇은 두께(1nm 내외)의 제1 후면 패시베이션막(20)을 사이에 두고 pn 접합(또는 pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다. n형 영역(34)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(10)의 후면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계 영역을 구성한다.The p-
p형 영역(32)은 반도체 기판(10)과 반대되는 도전형의 불순물을 포함한다. 그리고 n형 영역(34)은 반도체 기판(10)과 동일한 도전형 불순물을 포함하고, 도핑농도는 반도체 기판(10)과 높다. The p-
본 실시예에서는 p형 영역(32)과 n형 영역(34)이 이 반도체 기판(10) 위로, 반도체 기판(10)과 다른 층으로 형성된다. 이에 따라 p형 영역(32)과 n형 영역(34)은 반도체 기판(10) 상에 다른 결정 구조를 갖는 반도체층(일 예로, 비정질 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성하는 것이 가능해, 이종 접합에 의해 높은 효율을 낼 수가 있다. In this embodiment, the p-
그리고, p형 영역(32)과 n형 영역(34)이 다결정 실리콘층으로 구성되면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. p형 영역(32)과 n형 영역(34)에 포함된 불순물은 반도체층(30)을 형성하는 공정에서 반도체층(30)에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층(30)을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층(30)에 포함될 수도 있다. If the p-
이때, 도전형 영역을 형성하기 위한 불순물은 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 불순물이 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 물질들이 사용된다. n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 물질들이 사용된다. At this time, as the impurity for forming the conductive type region, various materials capable of exhibiting n type or p type can be used. When the impurity is p-type, materials such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) are used. In the case of n-type, materials such as phosphorus (P), arsenic (As), bismuth (Bi) and antimony (Sb) are used.
그리고 p형 영역(32)과 n형 영역(34) 사이에 베리어 영역(36)이 위치하여 p형 영역(32)과 n형 영역(34)을 서로 이격시킨다. p형 영역(32)과 n형 영역(34)이 서로 접촉하는 경우에는 션트(shunt)가 발생하여 태양 전지(100)의 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 p형 영역(32)과 n형 영역(34) 사이에 베리어 영역(36)을 위치시켜 불필요한 션트를 방지할 수 있다. A
바람직하게, 베리어 영역(36)은 불순물이 포함되지 않은 진성(intrinsic) 반도체층이다. p형 영역(32) 및 n형 영역(34)과 베리어 영역(36)은 서로 측면이 접촉되면서 연속적으로 형성되는 동일한 반도체(일례로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 다결정 실리콘)로 구성되되, 베리어 영역(36)은 실질적으로 도펀트를 포함하지 않는 i형(진성) 반도체이다. Preferably, the
일 예로, 반도체 물질을 포함하는 반도체층을 형성한 다음, 반도체층의 일부 영역에 p형 불순물을 도핑하여 p형 영역(32)을 형성하고, 이 p형 영역(32)에서 일정 거리 떨어트려 n형 불순물을 도핑하여 n형 영역(34)을 형성하면, p형 영역(32) 및 n형 영역(34) 사이에, 이들이 버팅되는 것을 방지하는 베리어 영역(36) 또한 만들어진다.For example, after a semiconductor layer including a semiconductor material is formed, a p-
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 일 예로 베리어 영역(36)이 빈 공간인 트렌치로 구성되거나, 불순물이 포함되지 않은 절연 물질(예로, 산화물, 질화물 등)로 구성하는 등, p형 영역(32)과 n형 영역(34) 사이를 떨어트리는 다양한 알려진 방법들이 이용될 수 있다.However, the present invention is not limited thereto. For example, the
그리고, 반도체층(30) 위로는 제2 후면 패시베이션막(40)이 형성될 수 있다. 이 제2 후면 패시베이션막(40)은 반도체층(30)을 완전히 덮도록 형성돼, 실리콘으로 만들어진 반도체층의 표면을 패시베이션하는 효과를 가진다. A
이 제2 후면 패시베이션막(40)은 p형 및 n형 영역(32, 34)과 전극(42, 44)의 전기적 연결을 위한 제1 컨택홀(46)을 구비한다. 제1 컨택홀(46)은 p형 및 n형 영역(32, 34)의 일부를 오픈시켜, 컨택홀(46)을 채우고 있는 전극(42, 44)이 p형 및 n형 영역(32, 34)과 각각 접촉된다. 이에, p형 전극(42)은 p형 영역(32)에만 연결돼 정공을 수집하고, n형 전극(44)은 n형 영역(34)에만 연결돼 전자를 수집한다. This second
또한, 제2 후면 패시베이션막(40)은 제2 컨택홀(48a)을 더 포함한다. 이 제2 컨택홀(48a)은 p형 영역(32), n형 영역(34), 베리어 영역(36)을 동시에 오픈시켜, 버팅 전극(46)이 p형 영역(32)과 n형 영역(34)에 동시에 접촉해 이 p형 영역(32)과 n형 영역(34)을 버팅시킬 수 있도록 한다. In addition, the second
한편, p형 영역(32)과 n형 영역(34)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 그리고, p형 영역(32)과 n형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 베리어 영역(36)이 위치해서, p형 영역(32)과 n형 영역(34)이 버팅되는 것을 방지해 태양전지의 발전 효율을 높인다.On the other hand, the p-
이때, p형 영역(32)의 면적이 n형 영역(34)의 면적보다 클 수 있다. 일례로, p형 영역(32) 및 n형 영역(34)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, p형 영역(32)의 폭(W1)이 n형 영역(34)의 폭(W2)보다 클 수 있다. p형 영역(32)에서 생산되는 캐리어는 정공이고, n형 영역(32)에서 생산되는 캐리어는 전자인데, 정공의 라이프 타임(life time)은 전자에 비해 짧고, 이동 속도 역시 느리다. 그런데, 이처럼 p형 영역(32)의 폭(W1)이 n형 영역(34)의 폭(W2)보다 크게 함으로써, p형 영역(32)에서 생산되는 캐리어의 소실을 줄여 태양전지의 발전 효율을 높일 수 있다.At this time, the area of the p-
그리고 p형 전극(42)이 p형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, n형 전극(44)이 n형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성된다. 또한, p형 전극(42)과 n형 전극(44)은 버팅 전극(48)이 형성된 곳에서, 버팅 전극(48)과 전기적으로 연결되지 않도록 떨어져 있는 것이 바람직하며, 바람직한 한 형태에서, p형 전극(42)과 n형 전극(44)은 버팅 전극(48)이 형성된 곳에서 단선되어 있다. The p-
일 실시예에서, p형 전극(42)과 n형 전극(44)은 일 방향(도면의 x축 방향)으로 길게 이어져 있고, 선택적으로 버팅 전극(28)이 형성된 위치에서만 버팅 전극(46)과 접촉되지 않게 단선되어 있다. 이에 의해서, p형 전극(42)과 n형 전극(44)은 물리적으로 버팅 전극(28)과 분리된 채 형성된다.In one embodiment, the p-
한편, 버팅 전극(48)은 제2 컨택홀(48a)을 통해 p형 영역(32)과 n형 영역(34)에 각각 접촉하고 있다. 이에, p형 영역(32)과 n형 영역(34)이 버팅 전극(48)에 의해 션트(shunt)된다. On the other hand, the butting
제2 컨택홀(48a)은 p형 전극(42)과 n형 전극(44)이 절단된 위치에서 p형 영역(32)과 n형 영역(34) 그리고 그 사이에 존재하는 베리어 영역(36)을 오픈시킨다. 버팅 전극(48)은 이 제2 컨택홀(48a)을 채우면서 형성되므로, 버팅 전극(48)에 의해 p형 영역(32) 일부와 n형 영역(34) 일부 사이에 접합이 만들어진다.The
이에 의해, 태양전지에 역 바이어스가 인가되면, 이 역 바이어스에 의해 전류는 션트된 곳으로 흘러 들어 오게 되며, 이에 의해서 버팅 전극(48)으로 전자가 수집된다. 그런데, 버팅 전극(48)은 재결합 사이트(recombination site)로 기능하므로, 버팅 전극(48)에 모인 전자가 이곳에서 소실되면서, 역 바이어스에 의해 태양전지에 흐르는 전류의 세기를 줄일 수 있다. Thus, when a reverse bias is applied to the solar cell, the reverse bias causes a current to flow into the shunt, whereby electrons are collected by the butting
한편, 에미터와 후면 전계부가 모두 후면에 존재하는 종전과 같은 후면 접촉형 태양전지에서 역 바이어스(reverse bias)가 인가되면, 태양전지는 다이오드이므로 전류가 흐르지 않아야 되지만, 태양전지의 일부 영역에서 에미터와 후면 전계부가 여러 요인(예로, 기술적인 문제나 바이패스를 위한 목적 등)으로 인해 버팅되어 있기 때문에, 이곳으로 전류가 흐르면서 핫 스팟 문제가 발생한다.If a reverse bias is applied in the conventional rear-contact solar cell having both the emitter and the rear electric field portion on the rear surface, the current should not flow because the solar cell is a diode. However, in some areas of the solar cell, The hot spot problem occurs because current and current flow to the backplane and backplane due to various factors (for example, technical problems and purpose of bypassing).
이와 비교해, 이 실시예에서는 버팅 전극(48)에 의해 션트 패스가 만들어져 있으므로, 역 바이어스가 인가될 때 역바이어스에 위해 전류가 어느 한 쪽으로 집중되던 것을 분산시켜 한 곳으로 전류가 과도하게 흘러 발생하던 핫 스팟 문제를 줄일 수 있다.On the other hand, in this embodiment, since the shunt path is formed by the butting
버팅 전극(48)은 n형 전극(44) 또는 p형 전극(42)과 동일 물질로 동일 층 상에 만들어질 수 있다. 일 예로, n형 전극(44) 또는 p형 전극(42)은 각각 제2 후면 패시베이션막(40)에 패터닝 공정에 의해 컨택홀(48, 48a)를 형성한 후에 이 컨택홀(48, 48a)을 채우면서 n형 전극(44), p형 전극(46), 그리고 버팅 전극(48)을 스퍼터링, 도금법, 증착법, 스크린 인쇄법등 알려진 다양한 방법을 통해 형성할 수가 있다.The butting
바람직한 형태에서, 버팅 전극(48)의 크기나 모양은 특별한 제한이 없는 한 구현하고자 하는 형태에 맞춰 변경이 가능하며, 바람직한 한 형태에서 버팅 전극(48)이 형성되는 위치는 전류의 효과적인 분산을 위해 어느 한 곳으로 편중되고 반도체 기판(20) 전체에 균일하게 형성되는 것이 바람직하다.In a preferred form, the size or shape of the butting
또한, 버팅 전극(48)의 면적은 반도체 기판(20)의 면적 대비 10% 이하인 것이 바람직하다. 만약 면적이 10%를 초과하게 되면, 버팅 전극(48)에 의해 만들어진 션트 패스로 인해 캐리어가 수집되지 않는 영역이 너무 많아져 발전 효율이 눈에 띄게 줄어들 수가 있다.The area of the butting
이 실시예에서는 이처럼 p형 영역(32)과 n형 영역(34)을 부분적으로 접합시키고 있기 때문에, 데드 레이어(dead layer, 전기 발전에 사용되지 못하는 영역)가 생기는 영역을 최소한으로 줄여 발전 효율을 줄이지 않으면서도 역 바이어스 인가 시에는 역바이어스에 의한 전류를 분산시켜, 전류 집중 때문에 발생하던 핫 스팟 문제를 해결할 수가 있다.In this embodiment, since the p-
그리고 반도체 기판(10)의 전면 위로는 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)이 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 기판(10)과 전면 패시베이션막(24) 사이로는 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 갖는 불순물이 포함된 전면 전계 영역을 더 포함할 수도 있다. The
전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다.The
전면 패시베이션막(24) 또는 후면 패시베이션막(20, 40)은 반도체 기판(10) 또는 반도체층(30)에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(10) 또는 반도체층(30)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킨다. 반사 방지막(26)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킨다. The
전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. The
이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 위에서 설명한 제1 실시예와 비교해서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 사용했으며, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 후면 모습을 보여주며, 도 4는 도 1의 B-B'선에 따른 단면 모습을, 도 5 내지 도 8은 도 4의 "I" 부분을 확대한 것으로, 버팅 영역에서 불순물의 분포를 예시하는 도면들이다.Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. In comparison with the first embodiment described above, the same reference numerals are used for the same components, and a detailed description thereof will be omitted. FIG. 3 shows a rear view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a sectional view taken along the line B-B 'in FIG. 1, In which the impurity distribution in the butting region is exemplified.
이 제2 실시예를 제1 실시예와 비교하면, p형 영역(32)과 n형 영역(34)을 버팅시키는 방식에서만 차이가 있다. 제1 실시예가 버팅 전극(48)을 통해 p형 영역(32)과 n형 영역(34)에 션트 패스를 형성했다면, 제2 실시예에서는 불순물이 포함된 베리어 영역을 통해 션트 패스를 형성한다. Comparing this second embodiment with the first embodiment, there is a difference only in the manner in which the p-
이 실시예에서, 반도체층(30)은, p형 불순물을 가져 에미터로 기능하는 p형 영역(32)과, n형 불순물을 가져 BSF로 기능하는 n형 영역(34), 그리고 이들 사이로 버팅되는 것을 방지하는 베리어 영역(36)이 형성되고, p형 전극(42)이 p형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, n형 전극(44)이 n형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되는 것 역시 동일하다.In this embodiment, the
다만, n형 영역(34)과 p형 영역(32) 사이는 베리어 영역(36)에 형성된 버팅 영역(361)에 의해서 형성된다는 점에서 다르다.However, the difference between the n-
이 실시예에서, 버팅 영역(361)은 베리어 영역(36)을 가지고 형성되는데, n형 불순물, 또는 p형 불순물 또는 n형 불순물과 p형 불순물을 모두 포함하고 있을 수 있다.In this embodiment, the
반도체층(30)의 일부에 불순물을 도핑해 만든 n형 영역(34)과 p형 영역(32)은 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의해 만들어질 수 있다.The n-
일 예로, 열 확산법에 의해 n형 영역(34)과 p형 영역(32)을 형성한다면, 베리어 영역(36)의 일부가 드러나고, n형 영역은 완전히 가리는 베리어를 반도체층(40) 위에 형성한 후에 p형 불순물을 반도체층(40)에 열확산시키면 p형 영역(32) 뿐만 아니라, 베리어 영역(36)의 일부에도 p형 불순물이 도핑되면서 버팅 영역(361)을 형성하게 된다.For example, if the n-
이후 공정에서, 버팅 영역(361)과 p형 영역(32)을 각각 베리어로 보호하고, n형 영역이 만들어질 반도체층을 오픈한 채, n형 불순물을 반도체층(40)에 열확산시켜 n형 영역(32)을 형성한다. The burring
이에 따라, n형 영역(34)과 p형 영역(32), 그리고 그 사이로 불순물이 도핑되지 않은 베리어 영역(36)이 만들어지며, 또한 n형 영역(34)과 p형 영역(32)을 션트하는 버팅 영역(361)이 반도체층(30)으로 만들어진다.Thereby, the n-
1라인의 베리어 영역(36)을 놓고 볼 때, 버팅 영역(361)은 이 중 일부에 대해서만 형성된다. 만일 1라인 전체에 버팅 영역(361)이 형성되면, 버팅으로 인한 재결합 사이트가 증가해 태양전지의 발전 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이 같은 점을 고려해서, 버팅 영역(361)은 태양전지 전체에 균일하게 분포하는 것이 바람직하며, 반도체 기판의 면적 대비 10% 이하인 것이 이상적이다.When the
한편, 버팅 영역(361)에 포함된 불순물 농도는 동일 공정에서 만들어진 p형 영역(32)에 포함된 불순물 농도와 실질적으로 동일하다.On the other hand, the impurity concentration included in the
도 5는 이처럼 버팅 영역(361)의 일부에 p형 불순물을 도핑해서 버팅 영역을 구성한 것을 예시하며, 도 6은 이와 반대로 n형 불순물을 도핑해서 버팅 영역을 형성한 경우를 예시한다.FIG. 5 illustrates a case where a butting region is formed by doping a part of the
그리고, 도 7은 베리어 영역의 일부에 각각 n형 불순물과 p형 불순물을 도핑해서 버팅 영역을 구성한 경우를 예시한다.7 illustrates a case where a butting region is formed by doping an n-type impurity and a p-type impurity into a part of the barrier region, respectively.
도 7에서 예시하는 버팅 영역(361)은 n형 영역(34)과 p형 영역(32)을 각각 만드는 과정에서 베리어 영역(36) 일부를 각각 노출시켜 n형 불순물과 p형 불순물을 각각 도핑해서 형성할 수 있다.The
이에, 상기 버팅 영역(361)은 상기 n형 영역(34)에 이웃하게는 상기 n형 불순물이 대다수 분포하므로 n형 불순물의 농도가 상기 p형 불순물의 농도보다 높고, 상기 p형 영역에 이웃하게는 상기 p형 불순물이 대다수 분포하므로, p형 불순물의 농도가 상기 n형 불순물의 농도보다 높다.Since the majority of the n-type impurity is adjacent to the n-
그리고, 도 8은 베리어 영역을 n형 불순물과 p형 불순물로 각각 도핑해서 버팅 영역(361)을 구성한 경우를 예시한다.8 illustrates a case where the burring
도 8에 따르면, n형 영역(34)과 p형 영역(32)을 각각 만드는 과정에서 버팅 영역이 되는 베리어 영역(36)을 각각 노출시켜 n형 불순물과 p형 불순물을 2회에 걸쳐 도핑해 형성할 수 있다. 이에 따르면, 버팅 영역(361)이 n형 영역(34)과 p형 영역(32)의 불순물 농도보다 높게 도핑된다.8, the n-type impurity and the p-type impurity are doped twice by exposing the
이상의 설명에서는 버팅 영역(361)이 불순물을 포함하는 기체를 사용하는 상태에서 열처리하는 것에 의하는 열 확산법에 의해 형성되는 것을 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 버팅 영역(361)은 잘 알려진 다양한 기술 일 예로, 도핑층을 형성한 후에 레이저를 조사해 확산시키는 레이저 도핑법, 이온 주입법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.In the above description, it is explained that the
Claims (18)
상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층;
상기 반도체층에 형성되고, n형 불순물과 p형 불순물을 포함해 각각 형성된 n형 영역과 p형 영역;
상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 나누는 진성의 베리어 영역; 및,
상기 베리어 영역에 형성되며, 상기 n형 불순물 또는 p형 불순물 중 적어도 하나를 포함해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 연결하는 버팅 영역;
을 포함하고,
상기 버팅 영역은 상기 베리어 영역의 일부에만 형성되고,
상기 버팅 영역은 n형 불순물만을 포함하거나, p형 불순물만을 포함하거나, n형 불순물과 p형 불순물을 모두 포함하는 태양전지.A semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on a surface of the semiconductor substrate opposite to a surface on which light is received;
An n-type region and a p-type region which are formed in the semiconductor layer and each include an n-type impurity and a p-type impurity;
An intrinsic barrier region located between the n-type region and the p-type region and dividing the n-type region and the p-type region; And
A butting region formed in the barrier region and including at least one of the n-type impurity and the p-type impurity to connect the n-type region and the p-type region;
/ RTI >
Wherein the butting region is formed only in a part of the barrier region,
Wherein the butting region includes only an n-type impurity, only a p-type impurity, or both an n-type impurity and a p-type impurity.
상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 n형 영역의 불순물 농도와 동일한 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the impurity concentration of the butting region is equal to the impurity concentration of the n-type region.
상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 p형 영역의 불순물 농도와 동일한 태양전지.The method according to claim 1,
And the impurity concentration of the butting region is equal to the impurity concentration of the p-type region.
상기 버팅 영역의 불순물 농도는 상기 n형 영역의 불순물 농도 및 상기 p형 영역의 불순물 농도보다 높은 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the impurity concentration of the butting region is higher than the impurity concentration of the n-type region and the impurity concentration of the p-type region.
상기 버팅 영역은 상기 n형 영역에 이웃하게는 상기 n형 불순물의 농도가 상기 p형 불순물의 농도보다 높고, 상기 p형 영역에 이웃하게는 상기 p형 불순물의 농도가 상기 n형 불순물의 농도보다 높은 태양전지.The method according to claim 1,
The n-type impurity concentration of the butting region is higher than the concentration of the p-type impurity in the vicinity of the n-type region, and the concentration of the p-type impurity adjacent to the p- High solar cells.
상기 반도체 기판의 면적 대비 상기 버팅 영역의 면적은 10% 이하인 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein an area of the butting region with respect to an area of the semiconductor substrate is 10% or less.
상기 버팅 영역은 상기 반도체 기판 전체에 균일하게 분포하는 태양전지.10. The method of claim 9,
Wherein the butting region is uniformly distributed over the semiconductor substrate.
상기 반도체 기판 중 빛이 수광되는 면의 반대 면에 형성된 반도체층;
상기 반도체층에 형성되고, n형 불순물과 p형 불순물을 포함해 각각 형성된 n형 영역과 p형 영역;
상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 위치해 상기 n형 영역과 상기 p형 영역을 나누는 진성의 베리어 영역;
상기 n형 영역과 상기 p형 영역에 각각 연결된 n형 전극과 p형 전극; 및,
상기 n형 영역과 p형 영역을 연결하는 버팅 전극;
을 포함하고,
상기 반도체층 위로 형성되고, 상기 n형 영역과 p형 영역을 각각 드러내는 제1 접촉구와 상기 n형 영역의 일부, 상기 베리어 영역, 상기 p형 영역의 일부를 동시에 드러내는 제2 접촉구를 포함하는 패시베이션막을 더 포함하는 태양전지.A semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on a surface of the semiconductor substrate opposite to a surface on which light is received;
An n-type region and a p-type region which are formed in the semiconductor layer and each include an n-type impurity and a p-type impurity;
An intrinsic barrier region located between the n-type region and the p-type region and dividing the n-type region and the p-type region;
An n-type electrode and a p-type electrode connected to the n-type region and the p-type region, respectively; And
A butting electrode connecting the n-type region and the p-type region;
/ RTI >
And a second contact hole formed on the semiconductor layer, the second contact hole exposing a portion of the n-type region, a portion of the barrier region, and the p-type region simultaneously, the first contact hole exposing the n-type region and the p- A solar cell further comprising a membrane.
상기 버팅 전극은 상기 n형 전극 및 상기 p형 전극과 동일한 층에 동일한 물질로 형성된 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the butting electrode is formed of the same material as the n-type electrode and the p-type electrode.
상기 버팅 전극의 일부는 상기 n형 영역과 접촉하고, 다른 일부는 상기 p형 영역과 접촉한 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein a portion of the butting electrode is in contact with the n-type region and the other portion is in contact with the p-type region.
상기 n형 영역, 상기 베리어 영역, 상기 p형 영역은 제1 방향을 따라서 교대로 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로는 나란하게 형성된 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the n-type region, the barrier region, and the p-type region are alternately arranged along a first direction, and are arranged in parallel in a second direction intersecting the first direction.
상기 n형 전극과 p형 전극은 각각 상기 버팅 전극이 위치하는 영역에서 나눠져 있는 태양전지.15. The method of claim 14,
Wherein the n-type electrode and the p-type electrode are divided in a region where the butting electrode is located, respectively.
상기 버팅 전극의 면적은 상기 반도체 기판의 면적 대비 10% 이하인 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein an area of the butting electrode is 10% or less of an area of the semiconductor substrate.
상기 버팅 전극은 상기 반도체 기판 전체에 균일하게 분포하는 태양전지.
14. The method of claim 13,
Wherein the butting electrode is uniformly distributed over the semiconductor substrate.
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