[go: up one dir, main page]

KR20130012368A - 태양 전지 - Google Patents

태양 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20130012368A
KR20130012368A KR1020110073520A KR20110073520A KR20130012368A KR 20130012368 A KR20130012368 A KR 20130012368A KR 1020110073520 A KR1020110073520 A KR 1020110073520A KR 20110073520 A KR20110073520 A KR 20110073520A KR 20130012368 A KR20130012368 A KR 20130012368A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
passivation
electrode
solar cell
protective film
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
KR1020110073520A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101258938B1 (ko
Inventor
이대용
박상욱
Original Assignee
엘지전자 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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020110073520A priority Critical patent/KR101258938B1/ko
Priority to US13/472,109 priority patent/US9087934B2/en
Priority to EP12004640.4A priority patent/EP2551914B1/en
Priority to EP20168748.0A priority patent/EP3719852B8/en
Publication of KR20130012368A publication Critical patent/KR20130012368A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101258938B1 publication Critical patent/KR101258938B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/315—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/148—Double-emitter photovoltaic cells, e.g. bifacial photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/129—Passivating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/215—Geometries of grid contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • 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

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)

Abstract

본 발명은 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 기판의 측면 위, 그리고 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나 위에 위치한 패시베이션부, 상기 에미티부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다. 이로 인해, 태양전지의 상부면이나 후면뿐만 아니라 측면에서도 패시베이션 효과가 얻어져 전하의 손실량이 감소하며, 태양 전지의 측면으로 입사되는 빛의 반사량이 감소하여 기판으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 전자와 정공이 생성되고 생성된 전하는 p-n 접합에 의해 n형과 p형 반도체로 각각 이동하므로, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 기판의 측면 위, 그리고 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나 위에 위치한 패시베이션부, 상기 에미티부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 패시베이션부는 알루미늄 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 기판의 측면 위에 위치한 패시베이션부와 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나 위에 위치한 패시베이션부의 두께는 서로 동일한 것이 좋다.
상기 패시베이션부는 10㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 패시베이션부는 1.4 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 패시베이션부는 상기 기판의 상기 측면 위, 상기 기판의 상기 전면 위와 상기 제1 전극 사이 그리고 상기 기판의 상기 후면 위와 상기 제2 전극 사이에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 상기 후면과 상기 제2 전극 사이에 상기 패시베이션부가 위치할 때, 상기 후면 위에 위치하는 상기 패시베이션부와 상기 제2 전극 사이에 보호막을 추가로 포함할 수 있다.
상기 보호막은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 보호막이 상기 실리콘 질화물로 이루어질 때 상기 보호막의 두께는 상기 보호막이 상기 실리콘 산화물로 이루어질 때 상기 보호막의 두께보다 얇은 것이 좋다.
상기 보호막이 상기 실리콘 질화물로 이루어질 때, 상기 보호막은 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호막이 상기 실리콘 산화물로 이루어질 때, 상기 보호막은 70㎚ 내지 150㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호막이 실리콘 질화물로 이루어질 경우, 상기 보호막은 2.0 내지 2.2의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 보호막이 실리콘 산화물로 이루어질 경우, 상기 보호막은 1.4 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 패시베이션부와 상기 보호막에 형성된 개구부를 통해 상기 기판과 연결될 수 있다.
상기 기판의 상기 전면과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 상기 패시베이션부는 상기 에미터부 바로 위에 위치하고, 상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 패시베이션부 바로 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전극은 상기 반사 방지부와 상기 패시베이션부를 차례로 관통하여 상기 에미터부와 연결되는 것이 좋다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 반사 방지부는 상기 패시베이션부의 두께보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부 바로 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있고, 상기 기판의 상기 전면과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 상기 패시베이션부는 상기 반사 방지부 바로 위에 위치하며, 상기 제1 전극은 상기 패시베이션부와 상기 반사 방지부를 차례로 관통하여 상기 에미터부와 연결될 수 있다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 반사 방지부는 상기 패시베이션부의 두께보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
이러한 특징에 따라, 태양 전지의 기판 측면에도 패시베이션부가 존재하므로, 태양전지의 상부와 후면뿐만 아니라 측면에서도 패시베이션 효과가 얻어져 전하의 손실량이 감소하며, 태양 전지의 측면으로 입사되는 빛의 반사량이 감소하여 기판으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 전체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 전체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션부와 반사 방지부가 위치할 때, 패시베이션부의 두께 변화에 따른 빛의 반사율의 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판의 측면에 패시베이션부가 위치할 경우와 종래 기술에 따라 기판이 측면에 패시베이션부가 위치하지 않을 경우, 기판의 측면에 대한 빛의 반사율을 도시한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 한 예는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면'이라 함]에 위치한 에미터부(emitter portion)(121), 에미터부(121) 위 (즉, 기판(110)의 전면 위)와 기판(110)의 측면 및 후면에 위치하는 패시베이션부(passivation portion, 191), 기판(110)의 전면 위의 패시베이션부(191) 위에 위치한 반사 방지부(130), 기판(110)의 후면 위의 패시베이션부(191) 위에 위치한 보호막(capping layer)(193), 기판(110)의 전면에 위치하고 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 보호막(193) 위에 위치하고 기판(110)과 연결되어 있는 후면 전극부(150), 그리고 기판(110)의 후면에 선택적으로 위치하는 복수의 후면 전계부(back surface field portion)(172)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)가 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형의 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
도 1 및 도 2에서, 기판(110)의 전면에 별도의 텍스처링 처리 공정이 행해져, 기판(110)의 전면은 복수의 요철을 구비한 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가진다. 이 경우, 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121), 패시베이션부(191) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있으므로, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
편의상, 도 1 및 도 2에서 텍스처링 표면의 요철은 모두 동일한 최대 지름과 높이를 갖고 있지만, 실제로 텍스처링 표면의 각 요철의 최대 지름의 크기와 높이의 크기는 랜덤(random)하게 정해지므로, 서로 다른 최대 지름과 높이를 갖는 복수의 요철이 형성된다.
기판(110)에 위치한 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부이다. 따라서 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
패시베이션부(191)는 도 3에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전체면 위, 즉 기판(110)의 측면 위, 기판(110)의 후면 위 그리고 기판(110)의 전면 위[즉, 기판(110)의 전면에 위치한 에미터부(121)의 위]에 위치한다.
이때, 기판(110)의 전면, 측면 및 후면에 위치한 패시베이션부(191)의 두께는 동일하지만 서로 상이할 수 있다.
본 예에서, 패시베이션부(191)는 Al2O3와 같은 알루미늄 산화물(AlxOy)로 이루어지고, 10㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다. 이때, 패시베이션부(191)은 1.4 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다.
이러한 패시베이션부(191)는 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)이 안정한 결합으로 바뀌게 되고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)이 실행된다. 따라서, 패시베이션부 (191)에 의해 결함에 의한 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
특히, 본 예의 경우 기판(110)의 전면 및 후면뿐만 아니라 기판(110)의 측면에도 패시베이션부(191)가 위치하므로, 기판(110)의 패시베이션 기능을 더욱 향상된다. 예를 들어, 결함은 일반적으로 기판(110)의 표면 및 그 부분에 많이 존재하므로, 기판(110)의 측면 및 그 부근 역시 댕글링 결합과 같은 많은 결함이 존재하여, 기판(110)에서 생성된 전하의 손실을 초래한다. 또한, 열산화법 등을 이용하여 기판(110)에 에미터부(121)를 형성할 경우, 기판(110)의 전면뿐만 아니라 기판(110)의 후면에도 에미터부(121)가 형성된다. 따라서 기판(110)의 후면에 위치한 에미터부(121)를 제거하기 위해 식각액 등에 기판(110)의 후면을 침전시킬 경우, 식각액은 기판(110)의 후면뿐만 아니라 기판(110)의 측면에도 스며들어 기판(110)의 측면 표면에 많은 결함이 존재하는 손상층을 발생시키고, 이 손상층에 의해 기판(110)의 측면에서의 전하 손실량은 더욱더 증가하게 된다.
하지만, 본 예의 경우, 기판(110)의 측면에도 패시베이션부(191)가 위치하여 전하의 손실을 초래하는 결함을 제거하므로, 태양 전지(11)의 효율은 더욱더 향상된다.
본 예에서, 패시베이션부(191)의 두께가 10nm 이상일 경우, 패시베이션부(191)는 좀더 안정적으로 패시베이션 기능을 수행하고, 패시베이션부(191)의 두께가 30㎚ 이하일 경우, 패시베이션부(191)는 불필요한 두께 증가로 인한 제조 비용 낭비와 제조 시간 낭비 없이 안정적인 패시베이션 기능을 실시한다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어질 수 있고, 패시베이션부(191)보다 두꺼운 두께를 갖는다. 예를 들어, 반사 방지부(130)는 70㎚ 내지 100㎚의 두께를 가지며, 2.0 내지 2.2의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.2 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 100㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 용이하고 원활하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 에미터부(121)가 좀더 안정적이고 원활하게 연결되도록 한다.
반사 방지부(130)를 형성할 때 인가되는 수소(H)에 의해 반사 방지부(130)는 수소(H)를 함유하게 된다. 이로 인해, 반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 패시베이션 기능을 실행한다.
이와 같이, 패시베이션부(191)뿐만 아니라 반사 방지부(130)에 의해 추가로 패시베이션 기능이 행해지므로, 태양 전지(11)의 패시베이션 효과가 크게 향상되고 이로 인해 태양 전지(11)의 효율은 더욱 증가한다.
또한 반사 방지부(130)는 패시베이션 기능을 실시하는 패시베이션부(191)에 함유된 수소가 기판(110)의 반대쪽으로 이동하는 것을 방해하여 패시베이션부(191)에 의한 패시베이션 효과를 더욱 향상시킨다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)와 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 연결되어 있고, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
각 전면 버스바(142)는 에미터부(121)로부터 이동하는 전하, 즉 캐리어(carrier)(예, 전자)뿐만 아니라 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하를 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전 물질로 이루어져 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
이미 설명한 것처럼, 기판(110)의 후면에 위치한 패시베이션부(191)에 의해 기판(110)의 후면 표면 및 그 근처에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한 기판(110)의 후면에 위치한 패시베이션부(191)는 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)에 입사되는 빛의 양을 증가시킨다. 이러한 패시베이션부(191)의 빛 반사 기능은 패시베이션부(191)에 함유된 금속 성분(예, 알루미늄)과 굴절률의 관계 때문에 이루어질 수 있다.
일반적으로 알루미늄 산화물을 음(-)의 고정 전하(negative fixed charge)의 특성을 갖고 있다.
이로 인해, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)의 후면 바로 위에 알루미늄 산화물로 이루어진 패시베이션부(191)가 위치하면, 패시베이션부(191)가 음(-) 전하의 특성을 띄게 되어 패시베이션부(191) 쪽으로 이동하는 양 전하인 정공은 알루미늄 산화막인 패시배이션부(191)와 반대의 극성을 갖고 있으므로 알루미늄 산화막인 패시베이션부(191)의 극성에 의해 패시베이션부(191) 쪽으로 끌어 당겨지고, 반면, 알루미늄 산화막인 패시베이션부(191)와 동일한 극성을 갖는 음 전하인 전자는 패시베이션부(191)의 극성에 의해 패시베이션부(191)의 반대쪽으로 밀려나게 된다. 이로 인해, p형 기판(110)의 위에 패시베이션부(191)로서 알루미늄 산화물(AlxOy)을 사용할 경우, 음의 고정 전하의 영향으로, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 이동량을 더욱 증가한다.
따라서, n형의 에미터부(121) 위에 음(-)의 고정 전하를 갖는 패시베이션부(191)가 위치할 경우, 위에 기재한 것과 같은 이유로 패시베이션부(191)에 의해 에미터부(121) 쪽으로 이동하는 전자의 이동에 악영향을 미치게 된다. 하지만, 양의 고정 전하를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 반사 방지부(130)가 패시베이션부(191)보다 두꺼운 두께를 갖고 있으므로, 패시베이션부(191)의 고정 전하의 악영향을 안정적으로 차단하여 음의 고정 전하를 갖는 패시베이션부(191)가 에미터부(121) 바로 위치함에도 불구하고 안정적으로 전자가 에미터부(121)쪽으로 이동할 수 있도록 한다.
이러한 패시베이션부(191)는 플라즈마 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법이나 원자층 적층(atomic layer deposition, ALD)법과 같은 다양한 막 형성 공정을 통해 형성될 수 있다.
이때, 패시베이션부(191)가 원자층 적층법으로 형성될 경우, 한번의 공정으로 기판(110)의 전면, 후면 및 측면 위에 동일한 두께로 패시베이션부(191)가 형성된다. 따라서, 패시베이션부(191)의 제조 시간이 줄어든다.
하지만, 패시베이션부(191)가 플라즈마 기상 증착법으로 형성될 경우, 기판(110)의 전면, 후면 및 측면 각각에 패시베이션부(191)는 별개로 형성될 수 있다. 따라서 기판(110)의 전면, 후면 및 측면 각각에 적합한 두께를 갖는 패시베이션부(191)가 형성될 수 있으므로, 기판(110)의 전면, 후면 및 측면에 각각 형성되는 패시베이션부(191)는 서로 상이한 두께를 가질 수 있다. 이럴 경우, 기판(110)의 각 위치에서의 기능에 따라 패시베이션부(191)의 두께 조절이 가능하므로, 패시베이션부(191)에 의한 효과가 더욱 향상된다.
기판(110)의 후면 위에 위치한 패시베이션(191) 위에 위치한 보호막(193)은 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H)이나 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어져 있다.
보호막(193)이 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 경우, 보호막(193)은 70㎚ 내지 150㎚의 두께를 갖고, 1.4 내지 1.6의 굴절률을 갖는다.
또한, 보호막(193)이 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 경우, 실리콘 질화물은 실리콘 산화물보다 반응성이 낮기 때문에 보호막(193)의 두께는 실리콘 산화물로 이루어질 경우보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 실리콘 질화물의 보호막(193)은 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖고, 2.0 내지 2.2의 굴절률을 갖는다.
일반적으로 실리콘 산화물(SiOx)과 실리콘 질화물(SiNx)은 양(+)의 고정 전하(positive fixed charge)를 갖는다.
따라서, 보호막(193)이 실리콘 산화물(SiOx)과 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 경우, 기판(110)의 도전성 타입이 p형이면 기판(110)의 후면으로 이동하는 전하인 정공의 이동에 악영향을 미칠 수 있다. 하지만, 본 예의 경우, 기판(110)과 보호막(193) 사이에 위치한 패시베이션부(191)에 의해, 기판(110)에 미치는 실리콘 질화물로 이루어진 보호막(193)의 고정 전하의 영향이 차단되어 기판(110)의 정공이 안정적인 후면 전극부(150) 쪽으로 이루어진다.
보호막(193)은 역시 보호막(193) 내에 함유된 수소(H)를 이용한 패시베이션 기능이 행해지고, 패시베이션부(191)에 함유되어 패시베이션 기능을 수행하는 알루미늄(Al) 중 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 것을 방지하여, 패시베이션부(191)의 패시베이션 효과를 더욱 향상시킨다.
이러한 보호막(193)은 필요에 따라 생략될 수 있다
기판(110)의 후면에 위치한 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 불순물부인, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 각 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 보호막(193) 위에 위치하고, 후면 전극(151) 및 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 복수의 후면 버스바(152)가 위치한 보호막(193) 부분을 제외한 나머지 보호막(193) 부분 위에 위치한다. 하지만, 대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 또한 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면 전극(151)은 보호막(193)과 패시베이션부(191)를 차례로 통과하여 기판(110)에 위치한 복수의 후면 전계부(172)와 연결된 복수의 접촉부(155)를 구비한다. 이로 인해, 후면 전극(151)은 복수의 접촉부(155)를 통해 기판(110)의 일부, 즉 복수의 후면 전계부(172)에 선택적으로 연결되어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 접촉부(155)는 일정한 간격, 예를 들어, 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 원형, 타원형 또는 다각형과 같은 다양한 단면 형상으로 기판(110)과 연결되어 있다. 본 예에서, 단면 형상은 기판(110)의 전면 또는 후면에 평행하게 접촉부(155)를 잘랐을 경우의 단면 형상을 말한다.
하지만, 대안적인 예에서, 각 접촉부(155)는 전면 전극(141)과 같이 기판(110)과 전기적으로 연결되면서 한 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 접촉부의 개수는 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는 접촉부의 개수보다 훨씬 적다.
이러한 접촉부(155)는 기판(110) 쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 후면 전극(151)으로 전달한다.
이때, 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 인해 기판(110)보다 전도도가 높은 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 접촉부(155)가 접하고 있으므로, 기판(110)으로부터 복수의 접촉부(155)로의 전하 이동도가 향상된다.
이러한 후면 전극(151)은 전면 전극부(140)와 다른 도전성 물질[예, 알루미늄(Al)]을 함유할 수 있지만, 이와 달리, 동일한 도전성 물질을 함유할 수 있다.
기판(110)과 접촉하는 복수의 접촉부(155)는 후면 전극(151)의 성분만 함유하거나 후면 전극(151)의 성분뿐만 아니라 보호막(193), 패시베이션부(191) 및 기판(110)의 성분이 모두 혼합되어 있을 수 있다.
즉, 후면 전극(151)을 형성하기 전에 보호막(193)과 그 하부에 위치한 패시베이션부(191)의 해당 위치에 기판(110)의 후면을 드러내는 복수의 개구부를 형성한 후, 보호막(193) 위와 복수의 개구부를 통해 노출된 기판(110)의 후면 위에 후면 전극(151)을 형성한다. 이때, 복수의 개구부 내에 위치한 후면 전극(151)은 복수의 접촉부(155)로 작용하여 기판(110)의 후면, 즉, 후면 전계부(172)와 후면 전극(151)은 전기적으로 연결된다. 이럴 경우, 복수의 접촉부(155)는 후면 전극(151)의 성분만 함유하게 된다.
하지만, 별도의 개구부 형성 공정 없이, 보호막(193) 위에 후면 전극(151)을 위한 금속 물질을 함유한 페이스트(paste)와 같은 후면 전극용 물질을 도포한 후 건조시킨다. 그런 다음, 건조된 페이스트의 해당 위치에 레이저 빔을 조사하는 것과 같이 페이스트 위에 선택적으로 열을 가한다. 이로 인해, 열이 가해진 페이스스트 부분이 그 하부에 위치한 보호막(193)과 패시베이션부(191)의 물질과 혼합되면서 기판(110)의 후면과 전기적으로 연결되게 된다. 이때, 열이 선택적으로 가해진 페이스트 부분이 복수의 접촉부(155)로 기능하며, 각 접촉부(155)에서 후면 전극(151)의 성분, 보호막(193)의 성분, 패시베이션부(191)의 성분 및 기판(110)의 성분이 혼합된다.
이때, 보호막(193)과 패시베이션부(191)에 복수의 개구부를 형성한 후, 후면 전극(151)을 형성할 경우, 좀더 안정적으로 기판(110)의 후면과 후면 전극(151)간의 전기적인 연결이 이루어진다. 반면, 후면 전극용 페이스트를 선택적으로 열처리하여 기판(110)과 연결되는 후면 전극(151)을 형성할 경우, 보호막(193)과 패시베이션부(191)에 복수의 개구부를 형성하는 공정이 불필요하므로 태양 전지(11)의 제조 시간이 줄어든다.
이미 설명한 것처럼, 패시베이션부(191)는 알루미늄 산화물로 이루어져 있으므로, 후면 전극(151)이 패시베이션부(191) 위에 바로 위치하여 패시베이션부(191)과 접촉할 경우, 후면 전극(151) 형성을 위한 열처리 공정 시에 후면 전극(151)의 물질[예, 알루미늄을 함유한 페이스트(paste)]와 패시베이션부(191)가 반응할 수 있고, 이로 인해, 패시베이션부(191)과 후면 전극(151)이 전기적으로 연결될 수 있다.
하지만, 패시베이션부(191)과 후면 전극(151) 사이에 보호막(193)이 존재할 경우, 보호막(193)은 후면 전극(151)을 형성하기 위한 물질과 패시베이션부(191)의 반응을 차단시키게 된다. 이로 인해, 패시베이션부(191)과 후면 전극(151)과의 전기적인 연결을 좀더 안정적으로 차단한다.
실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 보호막(193)이 위에 기재된 하한치 이상의 두께를 가질 경우, 보호막(193)은 안정적으로 후면 전극부(150)와 패시베이션부(191)와의 반응을 차단하여 후면 전극부(150)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
또한, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 보호막(193)이 위에 기재된 상한치 이하의 두께를 가질 경우, 보호막(193)은 불필요하게 보호막(193)의 두께 증가를 방지하면서 안정적으로 후면 전극부(150)와 패시베이션부(191)와의 반응을 차단한다.
하지만, 기판(110)의 도전성 타입이 n형이고, 에미터부(121)의 도전성 타입은 p형이며, 복수의 후면 전계부(172)의 도전성 타입이 n형일 경우, 후면 전극(151)은 알루미늄이 아닌 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 이용하여 형성될 수 있다. 이 경우, 후면 전극(151)을 형성하기 위한 페이스트가 패시베이션부(191) 위에 바로 도포된 후 열처리 공정을 실시하여 후면 전극(151)이 형성될 때, 열처리 공정 중 알루미늄 산화물로 이루어진 패시베이션부(191)과 은 페이스트로 이루어진 후면 전극(151)과의 반응은 발생하지 않으므로, 보호막(193)은 생략될 수 있다. 또한, 기판(110)의 도전성 타입이 p형이고, 에미터부(121)의 도전성 타입은 n형일 경우에도, 후면 전극부(150)가 패시베이션부(191)와의 반응성이 없는 재료로 이루어질 경우에도 보호막(193)은 생략될 수 있다. 이와 같이 보호막(193)이 생략될 경우, 태양 전지(11)의 제조 비용과 제조 시간이 줄어든다.
후면 전극(151)에 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않는 보호막(193) 위에 위치하며, 전면 버스바(142)와 동일한 방향으로 뻗어 있고, 스트라이프 형상을 갖고 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다. 따라서, 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
도 1과는 달리, 다른 예에서, 복수의 후면 버스바(152)는 인접한 후면 전극(151)과 일부 중첩할 수 있다. 이 경우, 후면 전극(151)과 접촉하는 면적이 증가하여 접촉 저항이 감소하므로, 후면 전극(151)으로부터 복수의 후면 버스바(152)로 전달되는 전하의 양이 증가한다. 또한, 후면 전극(151)은 후면 버스바(152)가 위치한 보호막(193) 위에도 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면 전극(151) 위에 위치한다. 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)의 형성 위치에 무관하게 후면 전극(151)이 보호막(193) 위에 위치하므로, 후면 전극(151)의 형성 공정이 좀더 용이해진다.
또한, 대안적인 예에서, 각 후면전극용 버스바(152)는 스트라이프 형상 대신 각 전면 버스바(142)의 연장 방향을 따라서 일정한 또는 불규칙한 간격으로 배치된 원형, 타원형 또는 다각형의 단면 형상을 갖는 복수의 도전체로 이루어질 수 있다. 이 경우, 후면전극용 버스바(152)를 위한 은(Ag)과 같은 고가의 재료 소모가 감소하여, 태양 전지(11)의 제조 비용이 절감된다.
도 1에 도시한 복수의 후면 버스바(152)의 개수 역시 한 예이고, 필요에 따라 변경 가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 패시시베이션부(191) 및 에미터부(121)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)과 텍스처링 표면에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
기판(110)과 에미터부(121)의 p-n접합에 의해, 이들 생성된 전자와 정공은 각각 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 전면 버스바(142)로 전달되어 수집되고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 접촉부(155)로 전달된 후 후면 버스바(152)에 의해 수집된다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 전면 및 후면뿐만 아니라 기판(110)의 측면에도 패시베이션부(191)가 위치하므로, 패시베이션부(191)의 도포 영역이 증가하여 결함에 의한 전하의 손실량이 크게 감소한다.
또한, 기판(110)의 측면에 공기와 반도체 기판(110) 사이의 굴절률을 갖는 패시베이션부(191)가 존재하므로, 기판(110)의 측면으로 입사되는 빛의 입사량이 증가한다. 태양 전지(11)의 효율이 향상된다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 각 태양 전지(11)의 경우 또는 복수의 태양 전지(11)를 매트릭스(matrix) 형태로 배열한 후, 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 전지 모듈을 형성할 경우, 태양 전지(11)나 태양 전지 모듈로 빛이 입사될 경우, 빛은 입사 각도나 여러 번의 반사 동작에 의해 기판(110)의 전면뿐만 아니라 기판(110)의 측면으로도 입사된다.
따라서, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재하지 않을 경우의 공기와 기판(110) 사이의 굴절률 차이보다, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재할 경우의 패시베이션부(191)과 기판(110) 사이의 굴절률 차이가 감소하게 된다.
즉, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재하지 않을 경우, 빛은 공기(굴절률: 약 1)에서 기판(굴절률: 약 3.1)(110)으로 바로 입사된다. 하지만, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재할 경우, 빛은 공기(굴절률: 약 1)에서 패시베이션부(굴절률: 약 1.6)(191)를 거쳐 기판(굴절률: 약 3.1)(110)으로 입사하여 공기로부터 기판(110)으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하게 된다.
이로 인해, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재할 경우, 공기에서부터 기판(110)으로의 굴절률 변화폭이 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재하지 않을 경우 공기에서부터 기판(110)으로의 굴절률 변화폭보다 작아, 공기로부터 패시베이션부(191)를 거쳐 기판(110)으로 빛이 입사될 때 기판(110)으로의 입사량이 공기로부터 기판(110)으로 바로 빛이 입사될 때 기판(110)으로의 입사량보다 증가하게 된다. 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)과 존재함에 따라 전하의 손실량이 감소하고 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
다음, 도 4 내지 도 6을 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(12)에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 태양 전지(11)과 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면부호를 부여하였고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4 내지 도 6에 도시한 태양 전지(12)는 도 1 내지 도 3에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때, 기판(110)의 전면에 위치한 패시베이션부(191)과 반사 방지부(130)의 위치만 상이하고, 나머지 구성요소는 도 1 내지 도 3에 도시한 태양 전지(11)와 동일하다. 이때, 패시베이션부(191)과 반사 방지부(130)의 재료, 두께 및 굴절률 역시 이미 설명한 것과 동일하다.
즉, 도 1 내지 도 3에 도시한 태양 전지(11)의 경우, 기판(11)의 전면에 위치한 에미터부(121) 위에 바로 패시베이션부(191)가 위치하고, 기판(110)의 전면에 위치한 패시베이션부(191) 위에 반사 방지부(130)가 위치한다.
하지만, 본 실시예에 따른 태양 전지(12)의 경우, 에미터부(121) 위에 위치한 패시베이션부(191)과 반사 방지부(130)의 위치가 태양 전지(11)의 경우와는 반대로, 기판(110)의 전면에 위치한 에미터부(121) 위에 바로 반사 방지부(130)가 위치하고, 반사 방지부(130) 위에 패시베이션부(191)가 위치한다.
이 경우, 기판(110)의 전면에 에미터부(121)를 형성한 후, 에미터부(121) 위, 기판(110)의 후면 및 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 형성된다. 이때, 패시베이션부(191)는 이미 설명한 것처럼 플라즈마 기상 증착법이나 원차증 적층법 등과 같은 막 형성법을 이용하여 형성한다.
이와 같이, 기판(110)의 전면에 위치한 반사 방지부(130) 위에 패시베이션부(191)가 위치할 경우, 실리콘 질화물로 이루어진 반사 방지부(130)는 약 2.1의 굴절률을 갖고 있으므로, 공기로부터 기판(110)까지 굴절률은 순차적으로 증가한다 [예를 들어, 공기(굴절률: 1) < 패시베이션부(굴절률: 1.6) < 반사 방지부(굴절률: 2.1) < 기판(굴절률: 약 3.1)].
따라서, 외부(즉, 공기)로부터 입사되는 빛의 반사율 감소 효과가 증가하여 도 1 내지 도 3에 도시한 태양 전지(11)의 경우보다 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 이로 인해, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하여, 태양 전지(12)의 효율이 향상된다.
다음, 도 7 및 도 8를 참고로 하여, 패시베이션부(191)의 두께 변화에 따라 입사면인 기판(110)의 전면에서의 빛의 반사율 변화를 살펴본다.
도 7은 에미터부(121) 위에 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어진 패시베이션부(191)가 위치하고 이 패시베이션부(191) 위에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 반사 방지부(130)가 위치한 경우, 패시베이션부(191)의 두께 변화에 따른 빛의 반사율을 도시한 것이다. 또한, 도 8은 에미터부(121) 위에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 반사 방지부(130)가 위치하고 이 반사 방지부(130) 위에 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어진 패시베이션부(191)가 위치한 경우, 패시베이션부(191)의 두께 변화에 따른 빛의 반사율을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8에 도시한 것처럼, 패시베이션부(191)의 두께가 30㎚로 증가할 때까지 빛의 반사율은 실리콘 질화물로 이루어진 단일 반사 방지부가 존재하는 경우, 즉 패시베이션부(191)의 두께가 "0"일 경우와의 반사율과 비교하여, 유사한 값을 갖고 있음을 알 수 있었다. 따라서, 패시베이션부(191)의 두께가 10 내지 30㎚일 때, 빛의 반사율은 크게 증가하지 않으면서도 위에 기재한 것과 같은 패시베이션 효과나 고정 전하의 효과와 같은 추가적인 효과가 얻어져 태양 전지(11, 12)의 효과는 크게 향상됨을 알 수 있다.
도 9는 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재할 때와 그렇지 않을 경우, 빛의 반사율을 측정한 그래프이다.
도 9에 도시한 것처럼, 기판(110)의 측면에 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어진 패시베이션부(191)가 존재하지 않을 때 빛의 반사율은 약 39%이었지만, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재할 때 빛의 반사율은 이 보다 작은 값을 나타내며 패시베이션부(191)의 두께가 증가할수록 반사율은 감소함을 알 수 있었다. 따라서, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재하고 이 패시베이션부(191)의 두께가 증가할수록 기판(110)의 측면을 통해 입사되는 빛의 양이 증가하였다.
본 실시예와 같이, 기판(110)의 측면에 패시베이션부(191)가 존재함에 따라 태양 전지(11)으로 입사되는 빛의 양이 증가하고, 이로 인해 태양 전지(11)의 효율이 향상됨을 알 수 있다.
위에 기재된 본 발명의 실시예들은 기판(110)과 에미터부(121)가 동일한 반도체, 즉 기판(110)과 에미터부(121) 모두 결정질 반도체로 이루어져 기판(110)과 에미터부(121)가 동종 접합(homo junction)을 형성하는 태양 전지(11)를 기초하여 설명하였다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)과 에미터부(121)가 서로 다른 반도체, 예를 들어, 기판(110)은 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어지고 에미터부(121)는 비정질 실리콘과 같은 비결정질 반도체로 이루어져 기판(110)과 에미터부(121)가 이종 접합(hetero junction)을 형성하는 태양 전지(11)에 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)가 위치한다. 하지만 본 발명은 기판(110)의 후면에 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)가 모두 위치하는 태양 전지에도 물론 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11, 12: 태양전지 121: 에미터부
130: 반사 방지부 140: 전면 전극부
141: 전면 전극 142: 전면 버스바
150: 후면 전극부 151: 후면 전극
155: 접촉부 172: 후면 전계부
191: 패시베이션부 193: 보호막

Claims (20)

  1. 제1 도전성 타입을 갖는 기판,
    상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 기판의 측면 위, 그리고 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나 위에 위치한 패시베이션부,
    상기 에미티부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 패시베이션부는 알루미늄 산화물로 이루어져 있는 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 기판의 측면 위에 위치한 패시베이션부와 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나 위에 위치한 패시베이션부의 두께는 서로 동일한 태양 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 패시베이션부는 10㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 패시베이션부는 1.4 내지 1.6의 굴절률을 갖는 태양 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 패시베이션부는 상기 기판의 상기 측면 위, 상기 기판의 상기 전면 위와 상기 제1 전극 사이 그리고 상기 기판의 상기 후면 위와 상기 제2 전극 사이에 위치하는 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 기판의 상기 후면과 상기 제2 전극 사이에 상기 패시베이션부가 위치할 때, 상기 후면 위에 위치하는 상기 패시베이션부와 상기 제2 전극 사이에 보호막을 추가로 포함하는 태양 전지.
  8. 제7항에서,
    상기 보호막은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어져 있는 태양 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 보호막이 상기 실리콘 질화물로 이루어질 때 상기 보호막의 두께는 상기 보호막이 상기 실리콘 산화물로 이루어질 때 상기 보호막의 두께보다 얇은 태양 전지.
  10. 제8항에서,
    상기 보호막이 상기 실리콘 질화물로 이루어질 때, 상기 보호막은 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  11. 제8항에서,
    상기 보호막이 상기 실리콘 산화물로 이루어질 때, 상기 보호막은 70㎚ 내지 150㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  12. 제8항에서,
    상기 보호막이 실리콘 질화물로 이루어질 경우, 상기 보호막은 2.0 내지 2.2의 굴절률을 갖는 태양 전지.
  13. 제8항에서,
    상기 보호막이 실리콘 산화물로 이루어질 경우, 상기 보호막은 1.4 내지 1.6의 굴절률을 갖는 태양 전지.
  14. 제7항에서,
    상기 제2 전극은 상기 패시베이션부와 상기 보호막에 형성된 개구부를 통해 상기 기판과 연결되어 있는 태양 전지.
  15. 제6항에서,
    상기 기판의 상기 전면과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 상기 패시베이션부는 상기 에미터부 바로 위에 위치하고,
    상기 태양 전지는 상기 패시베이션부 바로 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 반사 방지부와 상기 패시베이션부를 차례로 관통하여 상기 에미터부와 연결되는
    태양 전지.
  16. 제15항에서,
    상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어져 있는 태양 전지.
  17. 제15항에서,
    상기 반사 방지부는 상기 패시베이션부의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 태양 전지.
  18. 제6항에서,
    상기 에미터부 바로 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함하고,
    상기 기판의 상기 전면과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 상기 패시베이션부는 상기 반사 방지부 바로 위에 위치하며,
    상기 제1 전극은 상기 패시베이션부와 상기 반사 방지부를 차례로 관통하여 상기 에미터부와 연결되는
    태양 전지.
  19. 제18항에서,
    상기 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어져 있는 태양 전지.
  20. 제18항에서,
    상기 반사 방지부는 상기 패시베이션부의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 태양 전지.
KR1020110073520A 2011-07-25 2011-07-25 태양 전지 Active KR101258938B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110073520A KR101258938B1 (ko) 2011-07-25 2011-07-25 태양 전지
US13/472,109 US9087934B2 (en) 2011-07-25 2012-05-15 Solar cell and method for manufacturing the same
EP12004640.4A EP2551914B1 (en) 2011-07-25 2012-06-20 Solar cell and method for manufacturing the same
EP20168748.0A EP3719852B8 (en) 2011-07-25 2012-06-20 Solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110073520A KR101258938B1 (ko) 2011-07-25 2011-07-25 태양 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130012368A true KR20130012368A (ko) 2013-02-04
KR101258938B1 KR101258938B1 (ko) 2013-05-07

Family

ID=46464964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110073520A Active KR101258938B1 (ko) 2011-07-25 2011-07-25 태양 전지

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9087934B2 (ko)
EP (2) EP3719852B8 (ko)
KR (1) KR101258938B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150057033A (ko) * 2013-11-18 2015-05-28 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101258938B1 (ko) * 2011-07-25 2013-05-07 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR101776874B1 (ko) * 2011-12-21 2017-09-08 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR20130096822A (ko) * 2012-02-23 2013-09-02 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101631450B1 (ko) * 2013-03-05 2016-06-17 엘지전자 주식회사 태양 전지
DE202015101360U1 (de) * 2015-03-17 2015-03-26 Solarworld Innovations Gmbh Solarzelle
JP6198996B1 (ja) * 2016-01-13 2017-09-20 三菱電機株式会社 太陽電池および太陽電池を生産する方法
JP6746187B2 (ja) * 2016-11-02 2020-08-26 株式会社カネカ 太陽電池の製造方法
JPWO2018173125A1 (ja) * 2017-03-21 2019-06-27 三菱電機株式会社 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール
EP3618124B1 (en) * 2017-04-27 2022-12-14 Kyocera Corporation Solar battery element and solar battery element manufacturing method
JP6863853B2 (ja) * 2017-07-27 2021-04-21 京セラ株式会社 太陽電池素子および太陽電池モジュール
CN109473504A (zh) * 2017-09-06 2019-03-15 镇江大全太阳能有限公司 一种双面氧化铝钝化背面局部接触高效率晶体硅太阳能电池的制作方法
CN107799570A (zh) * 2017-10-09 2018-03-13 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 顶栅自对准金属氧化物半导体tft及其制作方法
CN109244182A (zh) * 2018-09-03 2019-01-18 江西展宇新能源股份有限公司 一种黑硅perc双面电池及其制作方法
DE102018123485B4 (de) * 2018-09-24 2021-04-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Auftrennen eines Halbleiterbauelements mit einem pn-Übergang
CN116995134A (zh) 2023-05-16 2023-11-03 天合光能股份有限公司 太阳能电池的制作方法
CN117276356A (zh) * 2023-06-02 2023-12-22 天合光能股份有限公司 太阳能电池及其制作方法、光伏组件及光伏系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3536299A1 (de) 1985-10-11 1987-04-16 Nukem Gmbh Solarzelle aus silizium
JP2989373B2 (ja) 1992-05-08 1999-12-13 シャープ株式会社 光電変換装置の製造方法
US5792280A (en) 1994-05-09 1998-08-11 Sandia Corporation Method for fabricating silicon cells
AU701213B2 (en) 1995-10-05 1999-01-21 Suniva, Inc. Self-aligned locally deep-diffused emitter solar cell
JP2004193350A (ja) 2002-12-11 2004-07-08 Sharp Corp 太陽電池セルおよびその製造方法
TW200929575A (en) 2007-12-28 2009-07-01 Ind Tech Res Inst A passivation layer structure of the solar cell and the method of the fabricating
US10032940B2 (en) 2009-09-18 2018-07-24 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Solar cell, method for manufacturing solar cell, and solar cell module
US20110083735A1 (en) 2009-10-13 2011-04-14 Ips Ltd. Solar cell and method of fabricating the same
US20110256377A1 (en) * 2009-11-18 2011-10-20 Shivkumar Chiruvolu Photovoltaic structures produced with silicon ribbons
KR101228140B1 (ko) 2009-11-27 2013-01-31 엘지전자 주식회사 태양전지
TW201121066A (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Ind Tech Res Inst Bificial solar cell
EP2339648A1 (en) 2009-12-23 2011-06-29 Applied Materials, Inc. Enhanced passivation layer for wafer based solar cells, method and system for manufacturing thereof
KR101699300B1 (ko) 2010-09-27 2017-01-24 엘지전자 주식회사 태양전지 및 이의 제조 방법
KR20120084104A (ko) * 2011-01-19 2012-07-27 엘지전자 주식회사 태양전지
KR101258938B1 (ko) * 2011-07-25 2013-05-07 엘지전자 주식회사 태양 전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150057033A (ko) * 2013-11-18 2015-05-28 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3719852C0 (en) 2024-01-10
EP2551914B1 (en) 2020-05-20
US9087934B2 (en) 2015-07-21
EP3719852B1 (en) 2024-01-10
EP3719852A1 (en) 2020-10-07
US20130025665A1 (en) 2013-01-31
EP2551914A2 (en) 2013-01-30
EP3719852B8 (en) 2024-02-14
KR101258938B1 (ko) 2013-05-07
EP2551914A3 (en) 2013-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101258938B1 (ko) 태양 전지
JP5302414B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
KR101776874B1 (ko) 태양 전지
KR101729304B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
JP5628952B2 (ja) 太陽電池
CN102593240B (zh) 太阳能电池及其制造方法
KR101918737B1 (ko) 태양 전지
KR101925928B1 (ko) 태양 전지 및 그의 제조 방법
KR20120087513A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20120088029A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR102132741B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101661364B1 (ko) 태양 전지의 제조 방법
KR101786982B1 (ko) 태양 전지 및 그의 제조 방법
KR101788163B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101307204B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20160064486A (ko) 태양 전지
KR101729744B1 (ko) 태양 전지의 제조 방법
KR101190751B1 (ko) 태양 전지
KR101736960B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20100136640A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20120037120A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20130082256A (ko) 태양 전지의 제조 방법
KR20130091494A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20120070315A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20120021792A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20110725

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20120928

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
PG1501 Laying open of application
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20130226

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20120928

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20130226

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20121105

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0701 Decision of registration after re-examination

Patent event date: 20130419

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event code: PX07013S01D

Patent event date: 20130327

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20130226

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX07011S01I

Patent event date: 20121105

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20130423

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20130424

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160324

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160324

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170314

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170314

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180314

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180314

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190314

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190314

Start annual number: 7

End annual number: 7