KR20130096823A - 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 상기 태양 전지 모듈의 한 예는 기판 및 상기 기판에 위치하고 서로 이격되어 있는 제1 버스바와 제2 버스바를 각각 포함하는 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지에서 인접한 두 태양 전지에 각각 위치한 제1 버스바와 제1 버스바를 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 그리고 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터 사이 위치하며, 수지 내에 분산된 복수의 도전성 입자를 함유하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하며, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 도금법에 의해 형성되고, 상기 도전성 접착 필름과 접하는 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 제1 면은 볼록한 곡면을 갖고 있다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈에 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 반도체에서 전자와 정공이 생성되고, p-n 접합에 의해 생성된 전자는 n형 반도체부 쪽으로 이동하고 생성된 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형 반도체부와 n형 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지 모듈의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지 모듈은 기판 및 상기 기판에 위치하고 서로 이격되어 있는 제1 버스바와 제2 버스바를 각각 포함하는 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지에서 인접한 두 태양 전지에 각각 위치한 제1 버스바와 제1 버스바를 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 그리고 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터 사이 위치하며, 수지 내에 분산된 복수의 도전성 입자를 함유하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 도금법에 의해 형성되고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하며, 상기 도전성 접착 필름과 접하는 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 제1 면은 볼록한 곡면을 갖고 있다.
상기 복수의 도전성 입자 각각의 두께는 상기 도전성 접착 필름의 두께보다 크거나 작을 수 있다.
상기 복수의 도전성 입자 중 적어도 하나는 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나의 내부로 몰입될 수 있다.
상기 복수의 도전성 입자 중 적어도 하나는 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나와 직접 접촉할 수 있다.
상기 도전성 접착 필름의 두께는 3㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 성분으로 포함하는 금속 피복 수지 입자로 형성될 수 있다.
상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자로 형성될 수 있다.
상기 금속 입자는 원형, 타원형, 또는 방사형으로 이루어질 수 있다.
상기 인터커넥터는 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 도전성 금속은 1,000ppm 이하의 납 성분을 포함할 수 있다.
상기 인터커넥터는 상기 도전성 금속의 표면을 피복한 땜납을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면일 수 있다.
상기 도전성 접착 필름은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭과 동일한 폭을 가질 수 있다.
상기 도전성 접착 필름은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭보다 클 수 있다.
복수의 태양 전지 각각은, 상기 기판에 위치하는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고, 상기 에미터부의 일부를 드러내고 서로 이격된 복수의 제2 개구부를 구비한 반사 방지부, 상기 에미터부에 위치하여 상기 에미터부와 상기 제1 버스바와 연결되어 있는 제1 전극, 상기 기판에 위치하여 상기 기판과 상기 제2 버스바와 연결되어 있는 제2 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 버스바는 상기 복수의 제2 개구부를 통해 드러난 상기 에미터부에 위치할 수 있다.
상기 복수의 제2 개구부의 개수는 30개 내지 70개일 수 있다.
상기 복수의 제2 개구부에서 인접한 제2 개구부 간의 간격은 동일할 수 있다.
상기 복수의 제2 개구부에서 인접한 제2 개구부 간의 간격은 상이할 수 있다.
상기 제1 버스바는 상기 복수의 제2 개구부의 사이에 위치한 반사 방지부 위에 추가로 위치할 수 있다.
상기 반사 방지부 위에 위치한 상기 제1 버스바의 높이는 상기 제2 개구부를 통해 노출된 상기 에미터부에 위치한 상기 제1 버스바의 높이보다 낮을 수 있다.
상기 복수의 제2 개구부 각각의 측면은 평탄면일 수 있다.
상기 복수의 제2 개구부 각각의 측면은 요철면일 수 있다.
상기 반사 방지부는 상기 복수의 제2 개구부와 이격되어 있고 상기 반사 방지부 또는 상기 에미터부를 노출하는 복수의 홈을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 홈 각각이 상기 반사 방지부를 노출할 때, 상기 복수의 홈 각각의 지름과 깊이는 각각 300㎚ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 복수의 홈 각각이 상기 에미터부를 노출할 때, 상기 복수의 홈 각각의 지름과 깊이는 각각 70㎚ 내지 120㎚일 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 니켈 규소 화합물(nickel silicide)을 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 상기 기판 위에 위치하고 니켈로 이루어진 제1 막, 상기 제1 막 위에 위치하고 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 이루어진 제2 막을 포함할 수 있다.
상기 제2 막이 구리(Cu)로 이루어질 때, 상기 제2 막 위에 위치하고 은(Ag)이나 주석(Sn)으로 이루어진 제3 막을 더 포함할 수 있다.
이로 같이, 볼록한 곡면 형상을 갖는 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나와 볼록한 곡면 현상을 갖는 인터커넥터와의 접촉을 실시할 경우, 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나와 인터커넥터 사이에 유연성과 성형성이 우수한 수지를 함유하고 있는 도전성 접착 필름을 배치하여 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나와 인터커넥터를 연결한다. 이로 인해, 외부로부터 인가되는 열과 압력에 의한 인터커넥터의 손상 위험이 줄어든다. 이로인해, 태양 전지 모듈의 효율이 향상된다.
또한, 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나와 그 하부에 위치한 에미터부와의 연결을 위해, 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭에 대응하는 크기만큼 반사 방지부에 제2 개구부를 형성하는 대신, 제1 버스바와 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭보다 작은 폭을 갖는 복수의 제2 개구부를 형성한다. 이로 인해, 제2 개구부를 형성하기 위해 인가되는 열로 인한 태양 전지의 효율 감소를 방지하고, 제2 개구부를 형성하기 위한 제조 시간 역시 단축시킨다.
추가로, 제1 버스바와 접하고 있는 반사 방지부에 부분적으로 복수의 홈을 형성하고, 복수의 홈에 제1 버스바가 채워져, 제1 버스바의 접촉 면적이 증가하여 제1 버스바와 방사 방지부 및 에미터부와의 접착력이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 각각 도 2의 'A' 부분을 확대한 도면이다.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 제1 개구부 또는 제2 개구부의 평면도이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 실시예에 따른 태양전지의 전면 전극부의 일부와 그 하부에 위치한 에미터부의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7 및 도 8 각각은 본 실시예에 따라 반사 방지부에 형성된 복수의 제1 및 제2 개구부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 실시예에 따라 제2 개구부에 의해 노출된 제2 에미터 부분 위에 도금된 전면 버스바의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따라 제2 개구부에 의해 노출된 제2 에미터 부분 위에 도금이 이루어져 전면 버스바가 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 12a 내지 도 12g는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 13는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 14은 도 13에서 인접한 태양 전지를 인터커넥터로 직렬 연결한 경우를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 16 내지 도 19은 도 13에서 도전성 접착 필름을 이용하여 전면 버스바와 인터커넥터의 연결 상태를 도시한 다양한 예의 단면도이다.
도 20의 (a)와 (b)는 비교예에 따라 전면 버스바와 인터커넥터의 연결 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 각각 도 2의 'A' 부분을 확대한 도면이다.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 제1 개구부 또는 제2 개구부의 평면도이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 실시예에 따른 태양전지의 전면 전극부의 일부와 그 하부에 위치한 에미터부의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7 및 도 8 각각은 본 실시예에 따라 반사 방지부에 형성된 복수의 제1 및 제2 개구부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 실시예에 따라 제2 개구부에 의해 노출된 제2 에미터 부분 위에 도금된 전면 버스바의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따라 제2 개구부에 의해 노출된 제2 에미터 부분 위에 도금이 이루어져 전면 버스바가 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 12a 내지 도 12g는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 13는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 14은 도 13에서 인접한 태양 전지를 인터커넥터로 직렬 연결한 경우를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 16 내지 도 19은 도 13에서 도전성 접착 필름을 이용하여 전면 버스바와 인터커넥터의 연결 상태를 도시한 다양한 예의 단면도이다.
도 20의 (a)와 (b)는 비교예에 따라 전면 버스바와 인터커넥터의 연결 상태를 도시한 단면도이다.
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 전지 및 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 8을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 한 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 전면(front surface)(제1 면) 쪽에 위치한 에미터부(emitter region)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110)의 전면에 위치하고 복수의 전면 전극(141)(복수의 제1 전극)과 복수의 전면 전극(141)과 연결된 복수의 전면 버스바(복수의 제1 버스바)(142)를 구비한 전면 전극부(140), 기판(110)의 전면의 반대편 면인 기판(110)의 후면(back surface)(제2 면) 쪽에 위치하는 전계부(surface field region)(172), 그리고 전계부(172) 위와 기판(110)의 후면 위에 위치하고 후면 전극(제2 전극)(151)과 후면 전극(151)과 연결된 복수의 후면 버스바(복수의 제2 버스바)(152)를 구비한 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입을 갖고 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 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 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부(11)와 복수의 오목부(12)를 갖는 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가진다. 따라서, 텍스처링 표면에 의해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 복수의 돌출부(11)와 복수의 오목부(12)를 갖는 요철면이므로, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121)의 표면과 에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)의 표면 역시 복수의 돌출부(21)와 복수의 오목부(22)를 갖는 요철면이다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물이 도핑된 불순물 도핑부로서, 기판(110)의 전면 쪽에 위치한다. 이로 인해, 에미터부(121)는 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께와 서로 다른 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분(1211)(제1 불순물 도핑 부분)과 제2 에미터 부분(1212)(제2 불순물 도핑 부분)을 구비하고 있다.
본 실시예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께(깊이)보다 작고, 이로 인해, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도 역시 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 농도보다 작다. 이로 인해, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값은 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값보다 크다. 예를 들어, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq. 이고, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값은 약 10Ω/sq. 내지 50Ω/sq. 일 수 있다.
따라서, 본 예의 에미터부(121)는 서로 다른 면저항값과 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖고 있다.
이때, 제1 에미터 부분(1211)과 기판(110)[즉, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분]과의 p-n 접합면(제1 접합면)과 제2 에미터 부분(1212)과 기판(110) 과의 p-n 접합면(제2 접합면)은 서로 다른 높이에 위치한다. 따라서, 기판(110)의 후면에서부터 제1 접합면까지의 두께는 기판(110)의 후면에서부터 제2 접합면까지의 두께보다 크다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)은 반사 방지부(130) 하부에 위치한다. 제2 에미터 부분(1212)은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142) 하부에 위치하며, 복수의 전면 전극(141) 하부에 위치하는 제2 에미터 부분(1212)인 복수의 전극용 제2 에미터 부분(12a)(에미터부의 제1 부분)와 복수의 전면 버스바(142) 하부에 위치하는 제2 에미터 부분(1212)인 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)(에미터부의 제2 부분)를 구비한다.
이때, 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)의 폭(W11)과 각 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 폭(W12)은 서로 동일하다. 한 예로서, 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)의 폭(W11)과 각 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 폭(W12)은 각각 약 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 것처럼, 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)은 각 전면 전극(141) 하부에서 전면 전극(141)을 따라 전면 전극(141)과 동일한 방향으로 길게 뻗어 있어 있으므로, 각 전면 전극(141) 하부에는 하나의 전극용 제2 에미터 부분(12a)이 존재한다.
각 버스바용 제2 에미터 부분(12b)은 각 전면 버스바(142) 하부에서 전면 버스바(142)를 따라 전면 버스바(142)와 동일한 방향으로 뻗어 있고 서로 이격되어 있는 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)이 존재한다. 따라서, 인접한 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 사이에는 제1 에미터 부분(1211)이 존재한다.
이때, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)의 연장 방향과 복수의 전면 버스바(142)의 연장 방향은 서로 교차하는 방향이므로, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)은 교차하는 부분에서 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)는 서로 연결되어 있다. 따라서, 복수의 전면 전극(141) 하부와 복수의 전면 버스바(142) 하부에서 이들(141, 142)과 동일한 방향으로 뻗어 있는 전극용 제2 에미터 부분(12a)과 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 역시 서로 교차하는 부분에서 서로 연결되어 있다.
따라서, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)가 서로 교차하는 부분을 제외하면, 각 전면 버스바(142) 하부에는 서로 이격되어 있는 복수의 제2 에미터 부분(1212)[즉, 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]이 존재한다. 본 예에서, 인접한 두 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 간격(D11)은 15㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다.
도 1 및 도 2 그리고 도 5 및 7에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 태양 전지(1)에서, 각 전면 버스바(142) 하부에 위치한 복수의 제2 에미터 부분(1212)[즉, 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]의 형성 간격(D11)은 일정하다.
하지만, 도 6 및 도 8에 도시한 것처럼, 다른 예에서, 각 전면 버스바(142) 하부에 위치한 복수의 제2 에미터 부분(1212)[복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]의 간격(D11)은 서로 상이하다.
예를 들어, 도 6 및 도 8에 도시한 것처럼, 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 간의 간격(D11)은 각 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가운데 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 간격(D11)이 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가장자리 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터부(12b)의 간격(D11)보다 클 수 있다.
이때, 각 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가운데 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 간격(D11)은 서로 동일할 수 있고, 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가장자리 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터부(12b)의 간격(D11)은 동일할 수 있다.
이때, 각 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가운데 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 간격(D11)은 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 가장자리 부분에 위치한 버스바용 제2 에미터부(12b)의 간격(D11)에 비해 약 1.5배 내지 5배일 수 있다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)의 위치에 무관하게 서로 인접한 두 버스바용 제2 에미터부(12b)간의 간격(D11)은 서로 상이할 수 있다.
본 예에서, 각 전면 버스바(142) 하부에 존재하는 복수의 제2 에미터 부분(1212)[즉, 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]의 개수는 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭과 인접한 두 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 간격(D11)과 각 제2 에미터 부분(12b)의 폭에 따라 정해지면, 한 예로서, 약 30 내지 70개일 수 있다.
기판(110)과 에미터부(121) 간에 형성된 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, 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 이와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 약 80Ω/sq. 이상이고 약 120Ω/sq. 이하일 경우, 제1 에미터 부분(1211) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키고, 불순물에 의한 전하 손실을 좀더 감소시킨다.
또한, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값이 약 10Ω/sq. 이상이고 약 50Ω/sq. 이하일 경우, 제2 에미터 부분(1212)과 전면 전극부(140)와의 접촉 저항이 줄어 전하의 이동 중 저항에 의한 전하 손실이 줄다.
이미 설명한 것처럼, 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)이 반사 방지부(130) 하부에 위치하므로, 반사 방지부(130)는 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211) 위에 위치한다. 따라서, 각 전면 버스바(142) 하부에 위치한 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 중에서, 인접한 두 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 사이에도 제1 에미터 부분(1211)이 존재하므로, 인접한 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 사이에 위치한 제1 에미터 부분(1211) 위에 반사 방지부(130)가 존재한다.
이러한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H), 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H), 수소화된 실리콘 산화 질화물(SiOxNy:H), 또는 알루미늄 산화물(AlxOy) 등으로 이루어진다.
반사 방지부(130)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
또한 반사 방지부(130)를 형성할 때 주입된 수소(H)나 산소(O) 등을 통해 반사 방지부(130)는 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여, 반사 방지부(130)를 보호부(passivation region)로서도 기능한다. 이러한 반사 방지부(130)로 인해, 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지(1)의 효율은 향상된다.
이러한 반사 방지부(130)의 상부면(즉, 전면 전극부(140)와 접해 있는 쪽의 표면)은, 이미 설명한 것처럼, 그 하부에 위치한 기판(110)의 텍스처링 표면(즉, 요철면)에 의해 복수의 제1 돌출부(21)와 복수의 제2 오목부(22)를 갖는 평탄하지 않은 요철면을 갖고 있다. 이로 인해, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 상부면의 일부는 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 접해 있다.
이때, 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 접해 있는 반사 방지부(130)의 상부면에는 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 복수의 홈(180)를 구비하고 있다.
이때, 각 홈(180)은 전면 전극부(140)와 접해 있는 반사 방지부(130)의 상부면에 위치한 각 돌출부(21)에 위치하며 반사 방지부(130)의 일부가 제거되어 형성된 것으로, 반사 방지부(130)의 상부면에서부터 반사 방지부(130)의 하부면(즉, 반사 방지부(130)의 상부면의 반대편에 위치하며 에미터부(121)와 접해 있는 면) 쪽으로 정해진 두께 또는 깊이(D1)만큼 함몰된 부분이다. 도 3의 (a)에서, 반사 방지부(130)의 상부면 쪽에 형성된 복수의 홈(180)은 반사 방지부(130)만의 일부가 제거되어 형성된 것으로, 반사 방지부(130) 내에만 위치한다.
하지만, 도 3의 (b)에 도시한 것처럼, 다른 예에서, 전면 전극부(140)와 접하는 반사 방지부(130)의 부분에 형성된 복수의 홈(180)은 반사 방지부(130) 뿐만 아니라 그 하부에 위치한 에미터부[즉, 제1 에미터 부분(1211)]의 일부까지 제거하여 형성된다.
따라서, 각 홈(180)을 통해 반사 방지부(130)나 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)이 드러난다.
이때, 각 홈(180)의 깊이(D1)는 도 3의 (a)에 도시한 깊이(D1)보다 크다.
복수의 홈(180)은 레이저 빔을 조사하여 원하는 위치에 형성될 수 있으며, 각 홈(180)의 깊이(D1)는 레이저 빔의 세기에 따라 변할 수 있다.
본 예에서, 각 홈(180)의 깊이(D1)는 각 홈(180) 주변에 위치한 돌출부를 직선으로 연결하여 각 홈(180)에 형성된 가상의 선에서부터 홈(180)의 측면과 나란하게 측정된 깊이 중 최대값일 수 있다.
본 예에서, 도 3의 (a)와 같이 각 홈(180)이 반사 방지부(120)만을 노출할 경우, 각 홈(180)의 깊이(D1)와 지름은 약 300㎚ 내지 10㎛일 수 있고, 도 3의 (b)와 같이 각 홈(180)이 상기 에미터부(121)를 노출할 때, 각 홈(180)의 깊이(D1)와 지름은 각각 70㎚ 내지 120㎚일 수 있다.
각 홈(180)은 형성은 제2 개구부(182)와 나란히 제2 개구부(182)를 따라 동일한 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 가지거나 원형이나 타원형의 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 에미터부(121) 위 및 반사 방지부(130) 위에 위치하여 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있다.
따라서, 반사 방지부(130)는 각 전면 전극(141)과 제2 에미터 부분(1212)의 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)을 연결하기 위해 반사 방지부(130)의 일부를 제거하여 그 하부에 위치한 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)를 드러내는 복수의 제1 개구부(181)와 각 전면 버스바(142)와 제2 에미터 부분(1212)의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)을 연결하기 위해 반사 방지부(130)의 일부를 제거하여 그 하부에 위치한 제2 에미터 부분(1212)의 각 버스바용 제2 에미터 부분(12b)를 드러내는 복수의 제2 개구부(182)를 구비한다.
복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)는 반사 방지부(130)의 해당 위치에 레이저 빔을 조사하여 형성할 수 있다.
각 제1 개구부(181)와 각 제2 개구부(182)에 의해 노출된 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 각 양측면의 형상은 도 4의 (a)에 도시한 것처럼, 평탄면이거나 도 4의 (b)에 도시한 것처럼 비평탄면인 요철면일 수 있다.
제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 양 측면이 평탄면일 때, 사용되는 레이저 빔(LB)은 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭과 동일한 폭을 갖는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 양 측면이 요철면일 때, 사용되는 레이저 빔(LB)은 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭과 동일한 폭을 갖는 스팟(spot) 형상을 가질 수 있다.
각 제1 개구부(181)와 각 제2 개구부(182)에 의해 노출된 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 각 양측면의 형상이 요철면일 경우, 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출되는 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 면적이 증가하므로 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 제2 에미터 부분(12a, 12b)이 접촉하는 접촉 면적이 증가하게 되고, 스트라이프 형상을 갖는 레이저 빔(LB)을 이용하여 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성할 경우, 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 형성 시간이 줄어든다.
도 7 및 도 8에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 개구부(181, 182) 각각의 폭(W41, W42)은 동일하며, 각 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭(W41, W42)은 약 5㎛ 내지 약 15㎛일 수 있다.
복수의 제1 개구부(181)는 복수의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 개구부(즉, 전면 전극용 개구부)이고, 복수의 제2 개구부(182)는 복수의 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 개구부(즉, 전면 버스바용 개구부)이다.
이때, 하나의 제1 개구부(181)는 하나의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 개구부이므로, 반사 방지부(130)에서 하나의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 형성 영역(이하, '전면 전극 형성 영역'또는 '제1 전극 형성 영역' 이라 함)(AA)에 형성되는 제1 개구부(181)의 개수는 하나이다. 이로 인해, 복수의 제1 개구부(181)의 개수는 복수의 전면 전극(141)의 개수와 동일하다.
하지만, 복수의 전면 전극(141)과는 달리, 약 1㎜ 내지 1.5㎜의 폭을 갖는 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해서는 약 30개 내지 약 70개의 제2 개구부(182)가 필요하고, 이로 인해, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 반사 방지부(130)의 영역(이하, '전면 버스바 형성 영역'또는 '제1 버스바 형성 영역'이라 함)(AB)에 형성되는 제2 개구부(182)의 개수는 약 30개 내지 약 70개이다. 따라서, 복수의 제2 개구부(182)의 개수는 복수의 전면 버스바(142)의 개수보다 훨씬 크다.
이와 같이, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해, 하나의 전면 버스바(142)의 폭과 적어도 동일한 폭을 갖는 하나의 제2 개구부(182)를 형성하는 대신, 이격된 복수의 제2 개구부(182)를 형성할 때, 반사 방지부(130)의 전면 버스바 형성 영역(AB)의 폭 또는 하나의 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)에 대해 그 하부에 형성된 복수의 제2 개구부(182)의 총 폭의 비율은 약 1: 0.2 내지 0.5 일 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있고, 각 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212)의 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
각 전면 전극(141)은 각 전극용 제2 에미터 부분(12a) 위뿐만 아니라 인접한 반사 방지부(130) 위에도 일부 위치한다. 따라서, 도 5 및 도 6에 도시한 것처럼, 각 전극용 제2 에미터 부분(12a)의 폭(W11)보다 그 위에 위치한 각 전면 전극(141)의 폭(W21)이 더 크다. 한 예로서, 각 전면 전극(141)의 폭(W21)은 20㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
이로 인해, 각 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212)[즉, 전극용 제2 에미터 부분(12a)]과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)의 제1 에미터부(1211)를 통해 제2 에미터 부분(1212)의 전극용 제2 에미터 부분(12a)으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
이미 설명한 것처럼, 하나의 전면 전극(141)을 형성하기 위해 전극용 제2 에미터 부분(12a)를 드러내는 제1 개구부(181)의 개수는 하나이고, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 버스바용 제2 에미터 부분(12b)를 드러내는 복수의 제2 개구부(182)의 개수는 약 30개 내지 70개일 수 있다.
본 예예서, 하나의 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)에 대해 그 하부에 형성된 복수의 제2 개구부(182)의 총 폭의 비율은 약 1: 0.2 내지 0.5 일 수 있다.
하나의 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)에 대해 그 하부에 형성된 복수의 제2 개구부(182)의 총 폭의 비율이 약 1: 0.2 이상일 경우, 복수의 제2 개구부(182)를 통해 노출된 버스바용 제2 에미터 부분(12a) 위에 형성되는 하나의 전면 버스바(142)가 좀더 안정적으로 형성되어 원하는 폭과 원하는 전도도를 갖는 전면 버스바(142)가 얻어진다.
하나의 전면 버스바(142)에 대응하는 복수의 버스바용 제2 에미터부 형성 폭(W3)에 대해 그 하부에 형성된 복수의 제2 개구부(182)의 총 폭의 비율이 약 1: 0.5 이하일 경우, 복수의 제2 개구부(182)를 형성하는데 소요되는 시간을 좀더 절약하고 복수의 제2 개구부(182) 형성을 위해 열에 노출되는 에미터부(121)의 면적을 좀더 줄일 수 있게 된다.
복수의 전면 버스바(142)는 서로 이격되어 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있고, 각 전면 버스바(142)는 복수의 제2 개구부(182)를 통해 드러난 제2 에미터 부분(1212)의 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
또한 인접한 두 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 사이에 반사 방지부(130)가 위치하므로, 하나의 전면 버스바(142)는 제2 에미터 부분(1212)[즉, 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]뿐만 아니라 반사 방지부(130)와도 연결되어 있다.
물론 인접한 두 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 사이의 반사 방지부(130) 하부에 제1 에미터 부분(1211)이 존재하므로, 하나의 전면 버스바(142) 하부에는 제2 에미터 부분(1212)[즉, 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]뿐만 아니라 제1 에미터 부분(1211)로 존재한다.
각 전면 전극(141)과 마찬가지로, 하나의 전면 버스바(142) 하부에 존재하는 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)이 위치한 기판(110)의 전체 폭(복수의 버스바용 제2 에미터 부분 형성 폭)(W3)[즉, 도 5에서, 하나의 전면 버스바(142) 하부에 존재하는 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 중에서 가장 상부(즉 최외각)에 위치한 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 최측면에서부터 가장 하부(즉, 최외각)에 위치한 버스바용 제2 에미터 부분(12b)의 최측면까지의 거리]보다 그 위에 위치한 각 전면 버스바(142)의 폭(W22)이 더 크다. 한 예로서, 각 전면 버스바(142)의 폭(W22)은 1㎜ 내지 1.5㎜일 수 있다.
결국, 각 전면 버스바(142)는 제2 에미터 부분(1212)의 전극용 제2 에미터 부분(12a) 및 제2 에미터 부분(1212)의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하고, 이미 설명한 것처럼, 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1 및 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향과 같은 정해진 한 방향(제1 방향)으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 세로 또는 가로 방향과 같은 다른 방향(제2 방향)으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 전면 버스바(142)의 폭(W22)은 각 전면 전극(141)의 폭(W21)보다 크다.
이때, 에미터부(121)가 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조를 갖고 있어, 전면 전극부(140)로의 전하 이동이 주로 행해지는 제1 에미터 부분(1211)은 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고, 전면 전극부(140)과 접해 있는 제2 에미터 부분(1212)은 높은 불순물 농도를 갖고 있다. 따라서 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)을 통해 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하는 전하의 양과 불순물의 농도 증가로 인한 전도도 증가로 제2 에미터 부분(1212)에서 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 양이 증가한다. 이로 인해, 에미터부(121)에서 전면 전극부(140)로 수집되는 전하의 양이 증가하여, 태양 전지(1)의 효율은 크게 향상된다.
추가로, 전면 전극부(140)의 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 주로 접촉하여 전하를 출력하는 제2 에미터 부분(1212)은 높은 불순물 도핑 농도로 인해 제1 에미터 부분(1211)보다 높은 전도도와 낮은 면저항값을 갖고 있다. 이로 인해, 제2 에미터 부분(1212)과 전면 전극부(140)와의 접촉 저항이 감소하여, 제2 에미터 부분(1212)에서 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 전송 효율이 향상된다.
이때, 각 전면 전극(141)의 폭(W21)보다 제2 에미터 부분(1212)의 전극용 제2 에미터 부분(12a)의 폭(W11)이 적어, 고농도 불순물 도핑 영역인 전극용 제2 에미터 부분(12a)의 형성 면적이 감소한다. 또한, 각 전면 버스바(142)의 폭(W22)보다 복수의 버스바용 제2 에미터 부분 형성 폭(W3)이 적고, 각 전면 버스바(142) 전체가 제2 에미터 부분(1212)과 접하는 대신, 각 전면 버스바(142)이 부분적으로 고농도 불순물 도핑 영역인 바스바용 제2 에미터부(12b)와 연결되어 있다. 이로 인해, 각 전면 버스바(142) 하부에 형성된 고농도 불순물 도핑 영역[버스바용 제2 에미터 부분(12b)]의 형성 면적이 감소한다. 따라서 에미터부(121)에서 고농도 불순물 도핑 영역(1212)이 감소하여 불순물로 인한 전하의 손실량이 크게 감소하여, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
복수의 태양 전지(1)를 직렬 또는 병렬 연결하여 하나의 태양 전지 모듈을 제조하기 위해, 복수의 전면 버스바(142)는 리본(ribbon)과 같은 인터커넥터(interconnector)가 위치하고, 본 예에서, 이 복수의 전면 버스바(142)와 인터커넥터 사이에는 도전성 접착 필름이 위치하여, 복수의 전면 버스바(142)와 인터커넥터를 전기적 및 물리적으로 연결한다. 따라서, 인터케넥터를 통해 복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되므로 복수의 전면 버스바(142)를 통해 수집된 전하(예, 전자)는 인터케넥터를 통해 외부 장치로 출력된다.
또한, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)가 전극용 제2 에미터 부분(12a)과 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 위뿐만 아니라 반사 방지부(130) 위에도 위치하여 각 개구부(181, 182)의 폭보다 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 폭이 크다. 이로 인해, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 표면적과 단면적이 증가하여, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 전도도가 안정적으로 유지되어 전하의 이동이 안정적으로 행해지고, 각 전면 버스바(142) 위에 위치하는 도전성 접착 필름과의 접촉 면적이 증가하여 각 전면 버스바(142)와 도전성 접착 필름과의 접착력이 좀더 향상된다.
이미 설명한 것처럼, 전면 전극부(140)의 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)와 접하는 반사 방지부(130)의 부분에 반사 방지부(130)나 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)을 드러내는 복수의 홈(180)이 형성되어 있으므로, 반사 방지부(130) 위에 위치한 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)는 복수의 홈(180) 내에도 형성된다.
이로 인해, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)는 그 하부에 위치한 반사 방지부(130)와 에미터부(121)에 접촉하는 접촉 면적이 증가하여, 전면 전극(141)과 그 하부에 위치한 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)와의 접착력 및 전면 버스바(142)와 그 하부에 위치한 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)와의 접착력이 증가한다. 따라서 전면 전극(141)과 그 하부에 위치한 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)와의 물리적인 결합력과 전면 버스바(142)와 그 하부에 위치한 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)의 물리적인 결합력이 향상된다.
본 예에서, 전면 전극부(140)는 도금법을 이용하여 형성되고, 이를 위해, 반사 방지부(130)에 에미터부(121)를 드러나는 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)가 형성된 후, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 에미터부(121) 위에 전기 도금법 등과 같은 도금이 행해진다.
다음, 도 9 및 도 10을 참고로 하여, 도금법으로 전면 전극부(140) 를 제작할 경우, 형성된 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 특성에 대해서 살펴본다. 도 9 및 도 10에서, 개략적인 도시를 위해 기판(110)의 표면은 텍스처링 표면이 아닌 평탄면으로 도시한다.
도 9에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130)를 제거하여 정해진 폭(Wc)을 갖는 제2 개구부(182)[또는 복수의 제1 개구부(181)]를 형성한 후 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 도금을 실시할 경우, 반사 방지부(130)의 상부면 높이에서부터 도금된 두께는 Hf이고, 이미 설명한 것처럼, 도금은 등방 성장이므로 제2 개구부(182)[또는 제1 개구부(181)]의 끝단에서 수평 방향으로 반사 방지부(130) 위에 행해진 도금의 두께 역시 Hf이다. 따라서, 제2 개구부(182)[또는 제1 개구부(181)]를 통해 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 도금된 부분의 상부면 형상은 곡면 형상을 갖게 된다.
따라서, 도금이 행해질 경우, 도 10의 (a)에 도시한 것처럼, 각 제1 개구부(181)(도 9에 도시하지 않음)와 각 제2 개구부(182) 내에 위치한 제2 에미터 부분(1212)에서 금속 도금이 이루어져 원하는 금속이 성장하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)가 형성되기 시작하면서, 점차로 제1 및 제2 개구부(181, 182) 외부로까지 전면 전극(141)와 전면 버스바(142)가 성장된다.
이때, 전면 전극부(140)를 위한 금속의 도금 성장은, 이미 설명한 것처럼, 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로 동일한 속도로 이루어지는 등방 성장이므로, 도 10의 (b)에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 개구부(181, 182) 내에서 도금 성장한 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)가 인접한 반사 방지부(130)의 상부면 높이까지 성장하면, 수평 방향으로도 금속 성장이 이루어져 개구부(181, 182)에 인접한 반사 방지부(130) 위에도 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)가 성장한다.
따라서, 각 전면 전극(141)의 상부면과 각 전면 버스바(142)의 상부면은 곡면 형상을 갖게 된다.
본 예에서, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 인접하게 위치한 복수의 개구부(182)가 형성되므로, 도 10의 (c)에 도시한 것처럼, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 형성된 복수의 제2 개구부(182)에서, 근거리로 인접하게 형성된 두 제2 개구부(182)에서 각각 성장한 금속(즉, 각 전면 버스바(142)의 일부)이 반사 방지부(130) 위에서 서로 만나게 된다.
결국, 서로 이격되어 있는 각각의 제2 개구부(182) 내에서 금속 도금 성장이 이루어지더라고 인접한 두 제2 개구부(182) 간의 간격(D11)이 수평 방향으로의 금속 도금 성장 범위 내에 포함되어 있으므로 인접한 두 제2 개구부(182)를 중심으로 각각 성장한 금속은 두 제2 개구부(182) 사이에 위치한 반사 방지부(130) 위에서 만나게 되어 하나의 전면 버스바(142)를 형성하게 된다.
따라서, 최종적으로 형성된 각 전면 버스바(142)의 폭[즉, 반사 방지부(130)와 제2 에미터 부분(1212)에 접해 있는 각 전면 버스바(142)의 하부면의 폭]은 전면 버스바 형성 영역(AB)의 폭(D21)보다 큰 값을 갖게 된다.
이미 설명한 것처럼, 금속 도금 성장은 등방 성장이므로, 각 제2 개구부(182)를 중심으로 도금이 행해지는 전면 버스바(142) 일부인 금속의 상부면[즉, 하부면의 반대편에 위치한 전면 버스바(142)의 면] 역시 곡면 형상을 갖게 된다. 하지만, 인접한 두 제2 개구부(182)를 중심으로 금속 도금이 각각 행해져 인접한 두 제2 개구부(182) 사이에 위치한 반사 방지부(130) 위에서 중첩하므로, 도금 성장한 금속의 중첩 부분의 상부면 높이가 제2 개구부(182)에 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 도금 성장한 금속 부분의 상부면 높이보다 낮아진다.
따라서, 반사 방지부(130) 위와 제2 개구부(182)를 통해 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 형성된 각 전면 버스바(142)의 상부면[즉, 하부면의 반대편에 위치한 전면 버스바(142)의 면]은 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면을 갖는 곡면 형상을 갖게 된다. 이미 설명한 것처럼, 제2 개구부(182)를 통해 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 위치한 전면 버스바(142)의 상부면 높이가 반사 방지부(130) 위에 위치한 전면 버스바(142)의 높이보다 높다.
이로 인해, 각 전면 버스바(142)의 상부면의 표면의 거칠기가 증가하여 각 전면 버스바(142)와 인터커넥터간의 접촉 면적이 증가하므로, 전면 버스바(142)에서 인터커넥터로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
도 6 및 도 8에 도시한 것처럼, 각 전면 버스바(142) 하부에 위치한 복수의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)]의 간격(D11)이 위치에 따라 서로 상이할 때, 각 전면 버스바(142)의 가운데 부분에서 인접한 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 위에 도금 성장한 부분의 중첩 면적보다 가장 자리 부분에서 인접한 버스바용 제2 에미터 부분(12b) 위에 도금 성장한 부분의 중첩 면적이 증가한다. 따라서 각 전면 버스바(142)의 가운데 부분과 가장자리 부분간의 높이 차이가 감소하게 되고, 이로 인해, 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면인 각 전면 버스바(142)의 상부면 표면의 평탄도가 좀더 증가하게 된다. 이로 인해, 각 전면 버스바(142) 위에 위치하는 도전성 접착 필름과의 접착 동작이 용이해지고, 접착력이 증가하게 된다.
하지만, 각 전면 전극(141)은 하나의 제1 개구부(181)를 이용하여 형성되므로 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖지 않은 매끄러운 곡면 형상을 갖게 된다.
도 9에서, 도금된 전면 버스바(142)의 총 폭(Wf)은 (Wc+2Hf)가 된다. 이때, 도금된 금속[예, 은(Ag)]의 비저항값(specific line resistivity)은 약 2.2uΩ㎝이므로, 은 페이스트로 제작된 전면 버스바의 비저항값(약 6.7uΩ㎝)의 약 1/3에 해당함을 알 수 있다. 또한, 도금된 물질의 접촉 저항(specific contact resistivity)은 약 1mΩ㎝이고, 이 접촉 저항 역시 은 페이스트를 이용할 경우의 접촉저항(약 3mΩ㎝)의 약 1/3에 해당함을 알 수 있다.
이와 같이, 도금으로 제작된 전면 버스바(142)의 비저항값과 접촉 저항값 각각이 은 페이스트로 제작된 전면 버스바의 비저항값과 접촉 저항값 각각의 1/3에 대응되므로, 도금법을 이용하여 제작된 전면 버스바(142)와 은 페이스트로 제작된 전면 버스바(142)가 동일한 단면적을 가질 경우, 도금으로 제작된 전면 버스바의 동작 특성(예, 접촉 특성이나 전도도)은 은 페이스트로 제작된 전면 버스바의 동작 특성보다 약 3배 향상됨을 알 수 있다.
도 9에서, Wc는 10㎛이고 Hf 역시 10㎛ 일 때, 하나의 제2 개구부(182)에서 도금 성장된 전면 버스바(142)의 일부 단면적(A)은 약 257㎛2이다.
한편, 은 페이스트로 제작된 전면 버스바(142)와 동일한 배선 저항을 갖는 하나의 전면 버스바(142)의 단면적(A1)은 R(배선 저항)=[ρ(비저항값)×l(길이)]/A1(단면적)의 산출식에 기초하여 산출될 수 있다. 이때, 은 페이스트로 제작된 전면 버스바와 도금으로 제작된 전면 버스바(142)와 길이(l)는 동일한 것으로 간주하므로, 위의 산출식에서 길이(l)에 대한 요소는 생략한다.
따라서, 은 페이스트로 제작된 전면 버스바의 배선 저항을 Rpaste라 할 때, 이미 설명한 것처럼, 이 때의 비저항값은 6.7uΩ㎝이고, 단면적은 37,500㎛2 이므로, Rpaste =6.7/37500=1.786×10-4Ω이 된다.
따라서, 도금으로 제작된 전면 버스바의 배선 저항(Rplating)이 은 페이스트로 제작된 전면 버스바와 동일한 배선 저항(Rpaste)을 가질 경우의 단면적(A1)은 다음과 같이 산출된다. 이때, 이미 설명한 것처럼, 도금으로 제작된 전면 버스바(142)의 비저항값은 2.2uΩ㎝이다.
Rplating = ρ/A1에서, 1.786 ×10-4Ω =2.2/A1이므로, 단면적(A1)은 약 12,313㎛2이 산출된다.
따라서, 이 단면적(A1)를 하나의 개구부(182)에서 도금 성장한 부분의 단면적(A)으로 나누면 이 단면적(A1)을 얻기 위해 반사 방지부(130)에 형성되는 제2 개구부(182)의 개수가 산출되고, 약 10㎛의 폭을 갖는 개구부(182)의 개수는 약 48개가 될 수 있다.
즉, 폭이 약 1.5㎜인 하나의 전면 버스바를 형성하기 위해, 반사 방지부(130)에 약 1.5mm의 폭을 갖는 하나의 제2 개구부를 형성하는 대신에, 약 10㎛의 폭을 갖는 개구부(182)를 약 48개 형성한 후, 제2 개구부(182) 내에 도금을 실시하여 하나의 전면 버스바(142)를 형성할 경우, 전면 버스바(142)의 도금 성장이 이미 설명한 것처럼, 제2 개구부(182)의 위 쪽뿐만 아니라 좌측과 우측 방향으로도 등방 성장되므로, 복수의 제2 개구부(182) 위에 형성된 전면 버스바(142)의 폭은 대략 1.5mm를 갖게 된다.
이로 인해, 약 ㎜ 1 내지 1.5㎜의 폭을 갖는 하나의 전면 버스바(142)를 복수의 제2 개구부(182)를 통해 노출된 에미터부(121) 위에 도금법을 이용하여 형성할 경우, 약 5㎛ 내지 15㎛의 폭을 갖는 제2 개구부(182)가 약 30개 내지 70개가 필요함을 알 수 있다. 이때, 인접한 두 제2 개구부(182)의 간격은 약 15㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 제2 개구부(182)의 개수는 각 제2 개구부(182)의 폭과 인접한 두 제2 개구부(182) 간의 간격에 따라 변한다.
인접한 두 제2 개구부(182)의 간격이 약 15㎛ 이상일 때, 고농도 불순물 도핑 부분인 제2 에미터 부분(12b)의 형성 면적을 감소시켜 제2 에미터 부분(1212)의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)으로 인한 전하 손실량이 좀더 안정적으로 감소하고, 인접한 두 제2 개구부(182)의 간격이 약 30㎛ 이상일 때, 인접한 제2 개구부(182)에 각각 성장한 전면 버스바(182) 부분이 좀더 안정적으로 접하게 되어 안정적인 전도도를 갖는 하나의 전면 버스바(142)가 복수의 제2 개구부(182) 위에 형성된다.
이와 같이, 각 전면 버스바(142)의 형성을 위해 하나의 전면 버스바(142)가 위치할 부분의 반사 방지부(130) 전체를 모두 레이저로 제거하는 대신, 각 전면 버스바(142)의 형성을 위해 하나의 전면 버스바(142)가 위치할 부분의 반사 방지부(130)를 부분적 또는 선택적으로 제거하므로, 레이저빔이 조사되는 반사 방지부(130)의 영역이 감소하게 된다.
이로 인해, 레이저 빔의 조사 시간이 감소하고, 레이저 빔에 의해 인가되는 열에 의한 에미터부(121)나 기판(110)의 열화 현상이 감소하여, 태양 전지(1)의 제조 시간과 특성 변화가 줄어드는 효과가 발생한다.
본 예에서, 하나의 전면 버스바(142)를 위한 복수의 제2 개구부(182)의 개수가 30개 이상일 경우, 보다 안정적인 전도도와 표면적을 갖는 전면 버스바(142)가 형성되며, 하나의 전면 버스바(142)를 위한 복수의 제2 개구부(182)의 개수가 70개 이하일 경우, 불필요한 시간 낭비와 레이저 조사 면적이 줄어든다.
또한, 식각 페이스트나 별도의 마스크를 이용한 반사 방지부(130)의 제거 동작 대신 반사 방지부(130) 위에 바로 조사되는 레이저 빔을 이용하여 반사 방지부(130)의 원하는 부분을 제거하므로, 형성되는 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭이 식각 페이스트나 마스크를 이용할 때보다 훨씬 감소하게 된다.
이로 인해, 고농도 불순물 도핑 부분인 제2 에미터 부분(1212)의 형성 면적이 감소하고, 전면 전극(141)의 형성 폭이 줄어들어 복수의 전면 전극(141)의 형성 면적이 감소한다.
하지만, 대안적인 예의 태양 전지(1)에서, 도 11에 도시한 것처럼, 하나의 전면 버스바(182)를 위해 제2 에미터 부분(1212)의 버스바용 제2 에미터 부분(12b)을 드러내는 제2 개구부(182)의 개수는 하나일 수 있다.
이 경우, 각 전면 버스바(142)와 제2 에미터 부분(1212)의 바스바용 제2 에미터 부분(12b)의 접촉 면적이 증가하여, 전면 버스바(142)와 제2 에미터 부분(1212)과의 접착력이 증가하게 된다.
이 경우, 각 전면 전극(141)과 같이, 하나의 전면 버스바(142)를 위해서는 하나의 제2 개구부(182)만이 필요하므로 하나의 개구부(182)에서 도금 성장된 물질에 의해 하나의 전면 버스바(142)가 형성된다. 이로 인해, 하나의 제2 개구부(182)에서 형성되어 형성된 하나의 전면 버스바(142)의 상부면의 표면 형상은 각 전면 전극(141)의 상부면의 표면 형상과 같이 곡면 형상을 갖고 있고, 복수의 제2 개구부(182)를 통해 형성된 하나의 전면 버스바(142)의 상부면보다 작은 거칠기를 갖게 되어, 하나의 전면 버스바(142)의 상부면의 평탄도는 복수의 제2 개구부(182)를 통해 형성된 하나의 전면 버스바(142)의 상부면의 평탄도보다 증가한다.
본 예에서, 복수의 홈(180)은 전면 전극부(140)와 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과의 접촉을 위한 것이 아니라 전면 전극부(140)와 그 하부에 위치한 구성요소간의 접착력을 강화하기 위한 것이다. 따라서, 각 홈(180)의 깊이(D1)는 각 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 깊이(D2)보다 깊지 않고, 이들 홈(180)과 개구부(181, 182)의 깊이(D1, D2)는 레이저 빔의 세기, 즉, 파장의 크기에 따라 달라진다. 이로 인해, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성하기 위해 조사되는 레이저 빔의 세기와 복수의 홈(180)을 형성하기 위해 조사된 레이저 빔의 세기는 서로 상이할 수 있고, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 위한 레이저 빔의 세기가 복수의 홈(180)을 위한 레이저 빔의 세기보다 클 수 있다.
본 예에서, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)와 복수의 홈(180)을 형성하기 위해 사용되는 레이저 빔의 파장은 약 350㎚ 내지 1100㎚일 수 있고, 한 예로서, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성하기 위한 레이저 빔은 532㎚의 파장을 갖는 레이저 빔일 수 있고, 복수의 홈(180)을 형성하기 위한 레이저 빔은 약 1100㎚의 파장을 갖는 레이저 빔일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 개구부(181, 182)와 홈(180)을 위한 레이저 빔의 전력(power)은 약 5W 내지 20W일 수 있다. 이때, 레이저 빔의 전력, 세기(파장) 또는 조사 시간은 반사 방지부(130)의 재료나 두께 등에 따라 정해질 수 있다.
사용되는 도금법은 전기 도금법이나 LIP법(light induced plating, LIP) 등을 사용할 수 있다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)의 형성은 동일한 도금 공정을 통해 동시에 이루어지므로, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 막 구조와 재료는 동일하다. 또한 전면 전극부(140)가 도금에 의해 형성되므로, 전면 전극부(140)의 밀도는 은 페이스트 등을 이용한 스크린 인쇄법으로 제조된 전면 전극부의 밀도보다 훨씬 증가하여 전면 전극부(140)의 전도도가 크게 향상된다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 물질로 이루어져 있는 단일막 구조를 갖고 있지만, 대안적인 예에서, 이중막 또는 삼중막과 같은 다중막 구조를 가질 수 있다.
전면 전극부(140)가 은으로 이루어진 단일막일 경우, 전면 전극부(140)의 비저항값(specific line resistivity) 1.6 uΩcm 내지 2.5 uΩcm일 수 있고, 이러한 비저항값의 크기는 은 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄법으로 형성된 전면 전극부(140)의 비저항값(약 6.7uΩcm)보다 훨씬 감소한다.
전면 전극부(140)가 이중막 구조를 가질 경우, 에미터부(121), 즉 기판(110)의 제2 도전성 타입의 부분과 접해 있는 하부막(제1 막) 은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있고, 하부막 위에 위치한 상부막(제2 막)은 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 또한, 전면 전극부(140)가 삼중막 구조를 가질 경우, 에미터부(121)와 접해 있는 하부막(제1 막)은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있고, 하부막 위에 위치한 중간막(제2 막)은 구리(Cu)로 이루어지며 중간막 위에 위치한 상부막(제 3막)은 은(Ag)이나 주석(Sn)로 이루어질 수 있다. 이때, 전면 전극부(140)가 이중막일 때, 하부막의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 1㎛일 수 있고 상부막은 약 5㎛ 내지 약 10㎛일 수 있고, 전면 전극부(140)가 삼중막 일 때, 하부막과 상부막 각각의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 1㎛일 수 있고 중간막은 약 5㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다.
이때, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 하부막은 접해있는 제2 에미터 부분(1212)과의 접촉 저항을 감소시켜 접촉 특성을 향상시키기 위한 것이고, 중간막은 비용 절감을 위한 것으로 구리(Cu)와 같이 저렴하면서도 양호한 전도도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 중간막이 구리(Cu)로 이루어질 경우, 이 중간막 하부에 위치한 하부막은 실리콘(Si)과의 결합력이 양호한 구리가 실리콘(Si)으로 이루어진 제2 에미터 부분(1212) 속으로 침투(흡수)하여 전하의 이동을 방해하는 불순물로서 작용하는 것을 방지한다.
또한, 상부막은 그 하부에 위치한 막(예, 하부막 또는 중간막)의 산화를 방지하고 상부막 위에 위치하는 도전성 접착 필름과의 접착력을 향상시키기 위한 것이다.
이처럼, 이중막 또는 삼중막으로 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)가 이루어지고, 하부막으로 니켈(Ni)을 이용할 경우, 니켈(Ni)과 에미터부(1212), 즉, 기판(110)의 제2 도전성 타입의 부분의 실리콘과의 결합에 의해 하부막과 에미터부(1212) 사이에는 니켈 규소 화합물(nickel silicide)이 존재한다.
반면, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)를 글래스 프릿(glass frit)을 함유한 은 페이스트 등을 이용한 스크린 인쇄법을 이용하여 형성할 경우, 글래스 프릿이 반사 방지부(130)를 관통하여 에미터부(1212)과 접하게 되므로, 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)과 에미터부(1212)가 접하는 부분에는 글래스 프릿의 성분들 중 적어도 하나, 예를 들어, PbO와 같은 납(Pb) 계열 물질, Bi2O3와 같은 비스무트(Bi) 계열 물질, Al2O3와 같은 알루미늄(Al) 계열 물질, B2O3와 같은 붕소(B) 계열 물질, 주석(Sn) 계열 물질, ZnO와 같은 아연(Zn) 계열 물질, TiO와 같은 티타늄(Ti) 계열 물질 및 P2O5와 같은 인(P) 계열 물질 중 적어도 하나가 검출된다.
하지만, 본 예의 경우, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)는 도금으로 형성되므로, 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 기판(110)[즉, 에미터부(121)] 사이에는 글래스 프릿의 성분이 검출되지 않는다.
이와 같이, 전면 전극부(140)가 다층막으로 이루어질 경우, 하부막부터 상부막까지 도금법을 이용하여 차례로 원하는 두께를 갖는 다층막을 형성하게 된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)의 개수, 전면 버스바(142)의 개수 및 제2 에미터 부분(1212)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 불순물부로서, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 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 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 전계부(172)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리와 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉, 전계부(172)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(151)과 연결되어 있다.
또한, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)와 동일하게, 복수의 후면 버스바(152) 위에 인터커넥터가 위치하여 이 인터커넥터를 통해 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다. 이 경우에도 복수의 후면 버스바(152)와 인터커넥터 사이에 도전성 접착 필름이 위치하여, 복수의 후면 버스바(152)와 인터커넥터를 전기적 및 물리적으로 연결한다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다. 따라서 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 함유한 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법을 통해 형성되고, 후면 버스바(152) 역시 은(Ag)을 함유한 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법을 통해 형성될 수 있다.
또한, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152) 또한 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)처럼 도금법을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 전면 전극부(140)와 같이, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 동일한 도금 공정을 통해 동시에 형성되어 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 추가로, 후면 전극(151)과 후면 버스바(142)는 전면 전극(141)과 전면 버스바(152)를 위한 도금 공정을 통해 전면 전극(141) 및 전면 버스바(152)와 동시에 형성될 수 있고, 이 경우, 후면 전극부(150)의 재료는 전면 전극부(140)의 재료와 동일하다. 또한, 후면 전극부(150) 역시 단일막뿐만 아니라 이중막과 삼중막처럼 다중막으로 이루어질 수 있다.
이처럼, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)이 도금법으로 형성될 경우, 후면 전극(151) 및 후면 버스바(152)이 이중막 또는 삼중막으로 이루어질 때, 후면 전계부(172), 즉, 제1 도전성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 기판(110)의 부분과 접하는 하부막이 니켈(Ni)로 이루어질 경우, 니켈(Ni)과 후면 전계부(172)의 실리콘과의 결합에 의해 하부막과 후면 전계부(172) 사이에는 니켈 규소 화합물(nickel silicide)이 존재한다.
또한, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152) 및 후면 전계부(172) 사이에는 PbO와 같은 납(Pb) 계열 물질, Bi2O3와 같은 비스무트(Bi) 계열 물질, Al2O3와 같은 알루미늄(Al) 계열 물질, B2O3와 같은 붕소(B) 계열 물질, 주석(Sn) 계열 물질, ZnO와 같은 아연(Zn) 계열 물질, TiO와 같은 티타늄(Ti) 계열 물질 및 P2O5와 같은 인(P) 계열 물질 중 적어도 하나와 같은 글래스 프릿의 성분이 검출되지 않는다.
본 예와 달리, 대안적인 예에서, 태양 전지(1)의 에미터부(121)는 선택적 에미터 구조를 갖지 않을 수 있다.
이럴 경우, 반사 방지부(130) 바로 밑에 위치한 에미터부(121) 부분의 불순물 도핑 농도, 불순물 도핑 두께 및 면저항값은 반사 방지부(130)가 위치하지 않아 전면 전극부(140) 바로 밑에 위치한 에미터부(121) 부분의 불순물 도핑 농도, 불순물 도핑 두께 및 면저항값과 동일하다. 따라서, 에미터부(121)는 위치에 무관하게 모두 동일한 면저항값, 예를 들어, 약 50 Ω/sq. 내지 80Ω/sq.의 값을 가질 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자와 정공은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 제1 에미터 부분(1211)을 거쳐 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)와 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 인터커넥터로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 에미터부(121)가 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)에 의해, 전하의 손실량은 감소하여, 전면 전극(141)로 이동하는 전하의 양은 증가하여, 태양 전지(1)의 효율은 크게 향상된다.
또한, 전면 전극부(140)가 도금법으로 이루어져, 각 전면 전극(141)의 폭은 페이스트(paste)를 이용하여 스크린 인쇄법으로 제작된 각 전면 전극의 폭(예, 80㎛ 내지 120㎛)보다 훨씬 작다. 이로 인해, 빛의 입사를 방해하는 전면 전극(141)에 형성 면적이 감소하여 태양 전지(1)의 빛의 입사 면적이 증가한다. 따라서, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
또한, 선택적 에미터 구조를 형성할 때, 각 전면 버스바(142) 하부 전체가 아니라 하부에 선택적으로 고농도 불순물 도핑부인 제2 에미터부(1212)가 위치하고, 또한, 각 전면 전극(141)의 폭보다 그 하부에 위치한 제2 에미터부(1212)의 폭이 작으므로, 고농도 불순물 도핑 영역이 감소된다. 이로 인해, 불순물로 인해 손실되는 전하의 양이 크게 감소한다.
또한, 제1 돌출부(21)와 제1 오목부(22)를 갖는 반사 방지부(130)의 상부면에서, 전면 전극부(140)와 접촉하는 부분에 위치한 복수의 홈(180)에 의해, 전면 전극(141)과 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)와의 접촉 면적과 전면 버스바(142)와 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)와의 접촉 면적이 증가하여, 전면 전극(141)과 그 하부에 위치하는 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)간의 접착력과 전면 버스바(142)와 그 하부에 위치하는 반사 방지부(130) 및 에미터부(121)간의 접착력이 향상된다.
다음, 도 12a 내지 도 12g를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 12a에 도시한 것처럼, 평탄면인 제1 도전성 타입(예, p형)을 갖고 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 전면에 습식 식각법 또는 건식 식각법을 이용하여 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면인 텍스처링 표면을 형성한다.
도 12b에 도시한 것처럼, 제1 도전성 타입(예, p형)을 갖고 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 전면 쪽에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물[예, 인(P)]을 함유하는 에미터부(120)를 형성한다. 이때, 에미터부(120)는 이온 주입법이나 열확산법 등을 이용하여 형성될 수 있고, 기판(110)의 제1 도전성 타입의 부분과 p-n 접합을 형성할 수 있다. 이러한 에미터부(120)의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.일 수 있다. 이처럼, 기판(110)속에 제2 도전성 타입의 불순물이 주입되어 에미터부(120)가 형성되므로, 에미터부(120)는 기판(110)과 동일한 재료인 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어진다. 이로 인해, 기판(110)과 에미터부(120)는 동종 접합을 형성한다.
대안적인 예에서, 에미터부(120)를 형성하기 전에 또는 에미터부(120)를 형성한 후 평탄면인 기판(110)의 전면[또는 에미터부(120)의 표면] 또는 전면과 후면에 반응성 이온 식각법(reaction ion etching)과 같은 건식 식각법이나 습식 식각법을 이용하여 기판(110)의 전면 또는 전면과 후면에 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이와 같이, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 방지 효과가 향상되어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
그런 다음, 도 12c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면 쪽에 형성된 에미터부(120) 위에 반사 방지부(130)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H), 수소화된 실리콘 산화 질화물(SiOxNy:H), 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3) 등으로 이루어질 수 있다.
그런 다음, 도 12d에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130) 위에 잉크젯 프린팅법(ink jetting), 스핀 코팅법(spin coating), 또는 스크린 인쇄법 등을 이용하여 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 불순물막(20)을 형성한다.
다음, 도 12e에 도시한 것처럼, 반사 방지부(130) 위에 부분적으로 레이저 빔을 조사하여, 반사 방지부(130)에 에미터부(120)를 각각 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성한다.
제1 및 제2 개구부(181, 182) 각각의 폭(W41, W42)은 동일하며, 각 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭(W41, W42)은 약 5㎛ 내지 약 15㎛일 수 있다. 복수의 제1 개구부(181)는 복수의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 개구부(즉, 전면 전극용 개구부)이고, 복수의 제2 개구부(182)는 복수의 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 개구부(즉, 전면 버스바용 개구부)이다.
이때, 하나의 제1 개구부(181)는 하나의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 개구부로서, 반사 방지부(130)에서 하나의 전면 전극(141)을 형성하기 위한 전면 전극 형성 영역(AA)에 형성되고, 복수의 제2 개구부(182)는 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 개구부로서, 이미, 도 9 및 도 10를 참고로 하여 설명한 것처럼, 약 1㎜ 내지 1.5㎜의 폭을 갖는 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해서는 반사 방지부(130)의 전면 버스바 형성 영역((AB)에 약 30개 내지 약 70개가 형성된다.
이와 같이, 레이저 빔이 불순물막(20)이 도포된 반사 방지부(130) 위에 조사되어 에미터부(120)를 드러내는 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성할 경우, 반사 방지부(130) 위에 위치한 불순물막(20)에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물이 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 에미터부(120)의 부분에 추가로 주입되어 도핑된다.
따라서, 레이저 빔의 조사 목적은 반사 방지부(130)의 원하는 부분을 제거하여 반사 방지부(130)의 원하는 위치에 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성하는 것과 에미터부(120)의 원하는 부분에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물을 추가로 도핑하기 위한 것이다.
이로 인해, 레이저 빔이 조사된 부분 에미터부(120)의 부분, 즉, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 에미터부(120)의 부분은 레이저 빔이 조사되지 않은 에미터부(120)의 나머지 부분보다 높은 불순물 도핑 농도를 갖게 되고, 이로 인해 면저항값 역시 최초 에미터부(120)의 면저항값보다 감소하게 된다.
따라서, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출된 에미터부(120)의 부분은 에미터부(120)의 면저항값(80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.)보다 낮은 면저항값, 예를 들어, 10Ω/sq. 내지 50Ω/sq.의 면저항값을 갖는다.
이로 인해, 레이저 빔의 조사 동작이 완료된 후, 에미터부(120)는 반사 방지부(130) 하부에 위치하고 약 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면저항값(제1 면저항값)을 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출된 에미터부(120) 부분에 위치하고 약 10Ω/sq. 내지 50Ω/sq.(제2 면저항값)을 갖는 제2 에미터 부분(1212)를 구비한 선택적 에미터 구조의 에미터부(121)가 된다.
따라서, 각 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭(W41, W42)은 각 제1 및 제2 개구부(181, 182)에 의해 형성된 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11, W12)과 동일할 수 있고, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 형성된 복수의 제2 개구부(182) 중에서 인접한 두 제2 개구부(182) 간의 간격(D11)은 인접한 두 제2 개구부(182)에 의해 형성된 인접한 두 제2 에미터 부분(1212) 간의 간격(D11)과 동일할 수 있다.
그런 다음, 반사 방지부(130) 위에 잔존하는 불순물막(20)을 불산(HF)이나 순수 등을 이용하여 제거한다.
이와 같이, 레이저 빔의 조사로 인해 반사 방지부(130)에 형성된 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)는 도금법을 이용하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 형성할 때, 에미터부(121)[즉, 제2 에미터 부분(1212)]와 복수의 전면 전극(141) 및 복수의 전면 버스바(142)간의 접촉을 위한 것이다.
이와 같이, 각 전면 버스바(142)의 형성을 위해 하나의 전면 버스바(142)가 위치할 부분의 반사 방지부(130) 전체를 모두 레이저로 제거하는 대신, 각 전면 버스바(142)의 형성을 위해 하나의 전면 버스바(142)가 위치할 부분의 반사 방지부(130)를 부분적으로 또는 선택적으로 제거하므로, 레이저빔이 조사되는 반사 방지부(130)의 영역이 감소하게 된다.
이로 인해, 레이저 빔의 조사 시간이 감소하고, 레이저 빔에 의해 인가되는 열에 의한 에미터부(121)나 기판(110)의 열화 현상이 감소하여, 태양 전지(1)의 제조 시간과 특성 변화가 줄어드는 효과가 발생한다.
또한, 식각 페이스트나 별도의 마스크를 이용한 반사 방지부(130)의 제거 동작 대신 반사 방지부(130) 위에 바로 조사되는 레이저 빔을 이용하여 반사 방지부(130)의 원하는 부분을 제거하므로, 형성되는 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭이 식각 페이스트나 마스크를 이용할 때보다 훨씬 감소하게 된다.
이로 인해, 고농도 불순물 도핑 부분인 제2 에미터 부분(1212)의 형성 면적이 감소하고, 전면 전극(141)의 형성 폭이 줄어들어 복수의 전면 전극(141)의 형성 면적이 감소한다.
본 예에서, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성하기 위한 레이저는 532㎚의 파장을 갖는 레이저일 수 있고, 레이저의 전력(power)은 약 5W 내지 20W일 수 있다. 이때, 레이저의 전력이나 조사 시간은 반사 방지부(130)의 재료나 두께 등에 따라 정해질 수 있다.
이와 같이, 레이저 빔의 조사에 의해 형성된 복수의 제1 개구부(181) 각각과 복수의 제2 개구부(182) 각각의 측면 형상은 평탄면이거나 비평탄면인 요철면일 수 있다.
제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 양 측면이 평탄면일 때, 사용되는 레이저 빔은 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭과 동일한 폭을 갖는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 양 측면이 요철면일 때, 사용되는 레이저 빔은 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 폭과 동일한 폭을 갖는 스팟(spot) 형상을 가질 수 있다.
각 제1 개구부(181)와 각 제2 개구부(182)에 의해 노출된 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 각 양측면의 형상이 요철면일 경우, 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출되는 제2 에미터 부분(12a, 12b)의 면적이 증가하므로 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)와 제2 에미터 부분(12a, 12b)이 접촉하는 접촉 면적이 증가하게 되고, 스트라이프 형상을 갖는 레이저 빔을 이용하여 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성할 경우, 제1 및 제2 개구부(181, 182)의 형성 시간이 줄어든다.
이와 같이, 도금법으로 전면 전극부(140)를 형성하기 위해 반사 방지부(130)에 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)가 형성되면, 도 12f에 도시한 것처럼, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 도금을 실시하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)를 형성한다. 이때, 사용되는 도금법은 전기 도금법이나 LIP법(light induced plating, LIP) 등을 사용할 수 있다.
따라서, 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 노출된 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)에 해당 금속 이온(예, 은 이온)을 함유한 용액[예, 시안화은산칼륨(KAg(CN)2]을 속에 침전시켜 도금을 실시한다.
이미 도 10의 (a) 내지 (c)를 참고로 하여 설명한 것과 같은 도금의 특성에 따라, 각 전면 전극(141)의 상부면과 각 전면 버스바(142)의 상부면은 곡면 형상을 갖게 되고, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 인접하게 위치한 복수의 개구부(182)가 형성되므로, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 형성된 복수의 제2 개구부(182)에서, 근거리로 인접하게 형성된 두 제2 개구부(182)에서 각각 성장한 금속(즉, 각 전면 버스바(142)의 일부)이 반사 방지부(130) 위에서 서로 만나게 되어 하나의 전면 버스바(142)를 형성하게 된다.
따라서, 최종적으로 형성된 각 전면 버스바(142)의 폭[즉, 반사 방지부(130)와 에미터 부분(1212)에 접해 있는 각 전면 버스바(142)의 하부면의 폭]은 전면 버스바 형성 영역(AB)의 폭(D21)보다 큰 값을 갖게 된다.
이미 설명한 것처럼, 금속 도금 성장은 등방 성장이므로, 각 제2 개구부(182)를 중심으로 도금이 행해지는 전면 버스바(142) 일부인 금속의 상부면[즉, 하부면의 반대편에 위치한 전면 버스바(142)의 면] 역시 곡면 형상을 갖게 된다. 하지만, 인접한 두 제2 개구부(182)를 중심으로 금속 도금이 각각 행해져 인접한 두 제2 개구부(182) 사이에 위치한 반사 방지부(130) 위에서 중첩하므로, 도금 성장한 금속의 중첩 부분의 상부면 높이가 제2 개구부(182)에 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 도금 성장한 금속 부분의 상부면 높이보다 낮아진다.
따라서, 반사 방지부(130) 위와 제2 개구부(182)를 통해 노출된 제2 에미터 부분(1212) 위에 형성된 각 전면 버스바(142)의 상부면[즉, 하부면의 반대편에 위치한 전면 버스바(142)의 면]은 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면을 갖는 곡면 형상을 갖게 된다.
이로 인해, 각 전면 버스바(142)의 상부면의 표면의 거칠기가 증가한다.
이와 같이 도금법으로 형성되는 전면 전극부(140)의 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)는 은(Ag)과 같은 금속으로 이루어진 단일막 구조를 갖고 있지만, 대안적인 예에서, 이중막 또는 삼중막과 같은 다중막 구조를 가질 수 있다.
각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)가 이중막 구조를 가질 경우, 에미터부(121)와 접해 있는 하부막은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있고, 하부막 위에 위치한 상부막은 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 또한, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)가 삼중막 구조를 가질 경우, 에미터부(121)와 접해 있는 하부막은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있고, 하부막 위에 위치한 중간막은 구리(Cu)로 이루어지며 중간막 위에 위치한 상부막은 은(Ag)이나 주석(Sn)로 이루어질 수 있다.
이때, 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 하부막은 접해있는 제2 에미터 부분(1212)과의 접촉 저항을 감소시켜 접착 특성을 향상시키기 위한 것이고, 중간막은 비용 절감을 위한 것으로 구리(Cu)와 같이 저렴하면서도 양호한 전도도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 중간막이 구리(Cu)로 이루어질 경우, 이 중간막 하부에 위치한 하부막은 실리콘(Si)과의 결합력이 양호한 구리가 실리콘(Si)으로 이루어진 제2 에미터 부분(1212) 속으로 침투(흡수)하여 전하의 이동을 방해하는 불순물로서 작용하는 것을 방지한다.
또한, 상부막은 그 하부에 위치한 막(예, 하부막 또는 중간막)의 산화를 방지하고 상부막 위에 위치하는 도전성 테이프와의 접착력을 향상시키기 위한 것이다.
이와 같이, 전면 전극부(140)가 다층막으로 이루어질 경우, 하부막부터 상부막까지 도금법을 이용하여 차례로 원하는 두께를 갖는 다층막을 형성하게 된다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)의 형성은 동일한 도금 공정을 통해 동시에 이루어지므로, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 막 구조와 재료는 동일하다.
다음, 도 12g에 도시한 것처럼, 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 전면 버스바(142)와 대응하는 기판(110)의 후면 위에 부분적으로 후면 버스바 패턴(52)을 형성하고, 후면 버스바 패턴(52)이 위치하지 않은 기판(110)의 나머지 후면 위에 알루미늄(Al), 알루미늄(Al)-은(Ag) 또는 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면에 부분적으로 위치하는 후면 전극 패턴(51)을 형성하여, 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)을 구비한 후면전극부 패턴(50)을 완성한다.
이때, 후면 전극 패턴(51)은 인접한 후면 버스바 패턴(52)의 일부 위에 위치하여, 인접한 후면 버스바 패턴(52)과 부분적으로 중첩할 수 있고, 기판(110)의 후면 가장자리 부분에는 형성되지 않을 수 있다.
기판(110)이 p형일 때, 후면 전극 패턴(51)은 알루미늄(Al)을 함유한 페이스트를 사용할 수 있고, 기판(110)이 n형일 때, 후면 전극 패턴(51)은 알루미늄(Al)-은(Ag)을 함유한 페이스트나 은(Ag)을 함유한 페이스트를 사용할 수 있다.
이때, 이들 패턴(51, 52)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 패턴(51, 52)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 후면전극부 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 열처리 공정을 시행한다.
이로 인해, 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151)과 기판(110)과 후면 전극(151)에 연결되는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150), 그리고 후면 전극(151)과 접해 있는 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)가 형성된다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 후면전극부 패턴(50)의 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)은 기판(110)과의 화학적 결합이 이루어져, 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)은 각각 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 형성되고 이때, 인접한 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)과의 화학적 결합 또한 이루어져 인접한 후면 전극(151)과 후면 버스바(152) 간의 전기적인 연결 또한 형성된다.
또한, 열처리 공정 중에, 후면전극부 패턴(50)의 후면 전극 패턴(51)에 포함된 알루미늄(Al)이나 은(Ag)이 기판(110)으로 확산되어 기판(110) 내부에 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물 도핑부인 전계부(172)가 형성된다. 이로 인해, 후면 전극(151)은 기판(110)보다 높은 전도도를 갖는 전계부(172)와 접촉하여 기판(110)과 전기적으로 연결되므로, 기판(110)으로부터의 전하 수집이 좀더 용이하게 행해진다.
본 예의 경우, 기판(110)의 전면에만 에미터부(121)가 형성되므로, 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부와의 전기적인 연결을 차단하는 측면 분리 공정(edge isolation)이나 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부를 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않다. 따라서, 태양 전지(1)의 제조 시간이 단축되어, 태양 전지(1)의 생산성이 향상되고 제조 비용이 줄어든다.
본 예에서, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)를 형성한 후 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150)를 형성하였지만, 이와는 반대로 후면 전극부(150)를 형성한 후 전면 전극부(140)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 복수의 전면 전극(141)이 도금으로 행해지므로, 스크린 인쇄법을 이용하여 형성될 때보다 각 전면 전극(141)의 폭이 감소하여, 태양 전지(1)의 입사면적이 증가한다. 이로 인해, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
본 예와 달리, 에미터부(121)의 구조가 선택적 에미터 구조를 갖지 않을 경우, 즉, 에미터부(121)가 위치에 무관하게 동일한 면저항값을 갖고 있어 전면 전극부(140) 하부에 위치한 에미터부(121)의 면저항값과 그 외의 에미터부(121)의 면저항값이 모두 동일할 경우, 이미 기술한 공정 중에서, 도 12d의 공정은 생략된다.
따라서, 기판(110)의 에미터부(120) 위에 반사 방지부(130)를 형성한 후 바로, 반사 방지부(130) 위에 레이저 빔이 바로 조사되어 반사 방지부(130)에 복수의 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성한다.
이때, 에미터부(120)에 추가로 제2 도전성 타입의 불순물을 주입할 수 있는 별도의 불순물막이 반사 방지부(130)의 상부나 하부에 존재하지 않고, 레이저 빔의 조사 목적이 제2 도전성 타입의 불순물을 추가로 도핑하기 위한 것이 아니라 반사 방지부(130)의 원하는 부분만을 제거하기 위한 것이므로, 레이저 빔이 조사된 에미터부(120) 부분에는 추가의 불순물 도핑 공정은 이루어지지 않게 된다.
따라서, 에미터부(120)에서 레이저 빔이 조사된 부분과 그렇지 않은 부분의 불순물 도핑 농도와 면저항값은 동일하게 유지된다.
이와 같이, 레이저 빔의 조사 목적이 이미 도 12e를 참고로 하여 설명한 것과 상이하므로, 이때, 조사되는 레이저 빔의 파장은 355nm를 가질 수 있다. 역시 레이저의 전력(약 5W 내지 20W)이나 조사 시간은 반사 방지부(130)의 재료나 두께 등에 따라 정해진다.
이럴 경우, 불순물막(20)의 형성 및 제거 공정이 생략되므로, 태양 전지(1)의 제조 시간과 제조 비용이 감소한다.
본 예에서, 후면 전극(151)은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 함유한 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법을 통해 형성되고, 후면 버스바(152) 역시 은(Ag)을 함유한 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법을 통해 형성된다.
하지만, 대안적인 예에서, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152) 또한 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)처럼 도금법을 통해 형성될 수 있다.
이 경우, 전면 전극부(140)와 같이, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 동일한 도금 공정을 통해 동시에 형성되어 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
추가로, 후면 전극(151)과 후면 버스바(142)는 전면 전극(141)과 전면 버스바(152)를 위한 도금 공정을 통해 전면 전극(141) 및 전면 버스바(152)와 동시에 형성될 수 있고, 이 경우, 후면 전극부(150)의 재료는 전면 전극부(140)의 재료와 동일하다. 또한, 후면 전극부(150) 역시 단일막뿐만 아니라 이중막과 삼중막처럼 다중막으로 이루어질 수 있다.
따라서, 후면 전극부(150)이 도금법으로 이루어질 경우, 이중막 또는 삼중막으로 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)가 이루어지고, 하부막으로 니켈(Ni)을 이용할 경우, 후면 전계부(172), 즉, 제1 도전성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 기판(110)의 부분과 후면 전극(151) 사이 그리고 기판(110)과 후면 버스바(152) 사이에는 규소 니켈 규소 화합물(nickel silicide)이 존재하고, 후면 전극(151) 및 후면 버스바(152)와 기판(110)[또는 후면 전계부(172)] 사이에는 글래스 프릿의 성분이 검출되지 않는다.
도 12a 내지 도 12g는 도 1 내지 도 2에 도시한 태양 전지(1)를 제조하는 방법에 대하여 도시하였지만, 도 11에 도시한 태양 전지(1)를 제조할 경우, 전면 버스바(142)를 형성하기 위한 제2 개구부(182)의 개수와 형성 폭을 제외하면 도 12a 내지 도 12g를 참고로 하여 설명한 것과 동일하다.
즉, 도 11에 도시한 태양 전지(1)의 경우, 하나의 전면 버스바(142)를 위해서는 하나의 제2 개구부(182)가 필요하므로, 도 12e의 제1 및 제2 개구부(181, 182) 형성 공정 시 제2 개구부(182)의 형성 개수와 형성 폭을 변경하면 되므로, 도 11에 도시한 태양 전지(1)를 제조하는 방법에 대해서는 생략한다.
다음, 도 13를 참고로 하여, 복수의 태양 전지(1)를 인터커넥터를 이용하여 전기적으로 연결하여 제조하는 태양 전지 모듈에 대하여 설한다.
태양전지 모듈(100)은 복수의 인터커넥터(210)에 의해 전기적으로 연결된 복수의 태양전지(1), 복수의 태양전지(1)를 보호하는 보호막(220), 복수의 태양전지(1)의 수광면 쪽에 위치하는 보호막(220) 위에 배치되는 투명 부재(230), 및 수광면의 반대 쪽에 위치하는 보호막(220)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet)(240)를 포함한다.
그리고 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화된 부품들(210-240)을 수납하는 프레임과 복수의 태양전지(1)에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box)을 더 포함할 수 있다.
후면 시트(240)는 태양전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 복수의 태양전지(1)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(240)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있고, 불투명한 재료로 이루어질 수 있다.
보호막(220)은 행렬 형태로 배열된 복수의 태양전지(1)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 복수의 태양 전지(1)를 에워싸서 복수의 태양전지(1)와 일체화 되는 것으로, 외부로부터의 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 복수의 태양전지(1)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막(220)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
보호막(220) 위에 위치하는 투명 부재(230)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(230)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
이하, 본 발명의 태양전지 모듈(100)에 구비된 복수의 태양전지(1)의 전기적 연결 구조에 대해 도 14 및 도 15를 참조로 하여 상세히 설명한다. 태양전지 모듈(100)에 구비된 복수의 태양전지(1)는 행렬 구조로 배치되어 있고, 도 13 및 도 14에 도시한 것처럼 복수의 인터커넥터(210)에 의해 연결되어 있다.
이때, 인터커넥터(120)는 도 15에 도시한 바와 같이 1,000ppm 이하의 납 성분을 함유하는 무연 재질의 도전성 금속[예, 구리(Cu)](212)과 도전성 금속(122)의 표면에 피복된 유연(有鉛) 재질의 땜납(solder)(예, SnPbAg)(214)으로 이루어진다. 경우에 따라, 전도성 금속(212)을 피복하고 있는 물질은 납을 함유되지 않은 도전성 금속(예, SnAg)로 이루어질 수 있고, 인터커넥터(120)는 도전성 금속(212)으로만 이루어질 수 있다.
도 15에 도시한 것처럼, 인터커넥터(120)의 상부면과 하부면은 평면이 아니라 곡면을 갖고 있고, 이로 인해, 전면 버스바(142)와 전기적으로 연결되는 인터커넥터(210)의 하부면에서, 인터커넥터(210)의 중심부와 이 인터커넥터(210)의 주변부는 동일한 높이에 위치하지 않고 높이 차이(H41)가 발생한다.
행렬 형태로 배열된 복수의 태양 전지(1)에서 동일한 행에 위치하고 인접한 두 태양 전지(1)에서, 하나의 태양 전지(1)에 위치한 각 전면 버스바(142)는 인터커넥터(210)를 통해 나머지 태양 전지(1)에 위치한 각 후면 버스바(152)와 전기적 및 물리적으로 연결한다. 또한, 행렬 형태로 배열된 복수의 태양 전지(1)에서 동일한 열에 위치하여 서로 인접해 있는 두 태양 전지(1)에서, 하나의 태양 전지(1)에 위치하며 인접한 다른 태양 전지(1)와 연결되지 않는 각 전면 버스바(142)는 인터커넥터(210)를 통해 나머지 태양 전지(1)에 위치하며 인접한 다른 태양 전지(1)와 연결되지 않는 각 후면 버스바(152)와 전기적 및 물리적으로 연결한다.
이와 같이, 복수의 인터커넥터(210)를 태양전지(1)의 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152) 간의 연결 구조에 대해 상세히 설명한다.
이미 설명한 것처럼, 본 예에서, 각 전면 버스바(142)와 각 후면 버스바(152)는 인터커넥터(210)와 바로 연결되지 않고 도전성 접착 필름(260)을 통해 인터커넥터(210)와 물리적 및 전기적으로 연결되어 있다.
도 15에 도시한 것처럼, 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152) 각각 위에 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210)가 차례로 위치하고 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)의 연장 방향을 따라 도전성 접착 필름(260과 인터커넥터(210) 역시 연장된다.
도 15에서, 기판(110)의 전면과 후면에 하나의 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)가 위치하여 기판(110)의 전면과 후면에 각각 위치한 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210) 각각의 개수는 하나이지만, 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 버스바(142) 각각 위에 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(120)가 위치하고 기판(110)의 후면에 위치한 복수의 후면 버스바(152) 각각 위에 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(120)가 위치한다. 이로 인해, 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 버스바(142)의 개수와 그 위에 위치한 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210) 각각의 개수는 동일하며 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 버스바(152)의 개수와 그 위에 위치한 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210) 각각의 개수는 동일하다.
도전성 접착 필름(260)은 도 16 내지 도 19에 도시한 바와 같이 수지(262) 및 수지(262)에 분산된 복수의 도전성 입자(264)를 포함한다. 수지(262)는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단, 접착 신뢰성을 높이기 위해서는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 도 16 내지 도 19에서, 편의상, 하나의 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)가 도전성 접착 필름(260)에 의해 연결된 상태만을 도시하였지만, 하나의 후면 버스바(152)와 인터커넥터(210)가 도전성 접착 필름(260)에 의해 연결된 상태 역시 도 16 내지 도 19와 동일하다.
열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.
수지(262)는 열경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 이미 알려진 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 수지(262)는 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210) 및 후면 버스바(152)와 인터커넥터(210)의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 제1 도전성 입자(264)의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지(262)는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
도전성 입자(264)는 도 16 내지 도 19에 도시한 바와 같이, 제1 두께(T1)를 갖는 복수의 제1 도전성 입자(2641)와 제1 두께(T1)보다 작은 제2 두께(T2)를 갖는 복수의 도전성 입자(2642)를 구비한다. 이들 복수의 제1 도전성 입자(2641)와 복수의 제2 도전성 입자(2642)는 수지(262) 내에 분산되어 있다.
이때, 복수의 제1 도전성 입자(2641) 각각은 도 16에 도시한 것처럼 도전성 접착 필름(260)의 두께(T3)보다 작을 수 있다.
하지만, 복수의 제1 도전성 입자(2641) 각각은 도 17 내지 도 19에 도시한 것처럼 도전성 접착 필름(260)의 두께(T3)보다 클 수 있다. 이럴 경우, 각 제1 도전성 입자(2641)의 적어도 일부는 도전성 접착 필름(260) 위로 돌출되어 있다. 이때, 도전성 접착 필름(260)의 두께는 수지(262)의 두께이다.
또한, 대안적인 예에서, 도 16의 경우, 도전성 입자(264)는 복수의 제1 도전성 입자(2641)와 복수의 제2 도전성 입자(2642) 중 하나만 포함할 수 있고, 도 17 내지 도 19의 경우, 도전성 입자(264)는 도전성 입자(264) 중 복수의 제1 도전성 입자(2641)만 포함할 수 있다.
도전성 접착 필름(260)이 도전성 접착 필름(260)의 두께(T3)보다 큰 제1 도전성 입자(2641)를 구비하는 경우, 제1 도전성 입자의 두께(T1)가 도전성 접착 필름(260)의 두께(T3)보다 두껍기 때문에 하나의 제1 도전성 입자(2641)만으로 에 의해 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)의 전기적 및 물리적인 연결이 이루어진다. 따라서, 전면 버스바(142)에서 수집된 전하를 인터커넥터(210)에 좀더 양호하고 안정하게 전달한다.
제1 도전성 입자(1641)의 두께(T1)와 도전성 접착 필름(260)의 두께(T3)보다 작은 복수의 제1 도전성 입자(2641)와 복수의 제2 도전성 입자(2642)은 도 16 및 도 19에 도시한 것처럼 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210) 사이에서 적어도 두 개의 제2 도전성 입자(2642)가 상하 방향으로 중첩하여 전면 버스바(142)와 인터커넥터(120)간의 물리적인 연결 통로를 형성하여 전면 버스바(142)에서 수집된 전하를 복수의 제2 도전성 입자(1642)에 의해 형성된 연결 통로를 통해 인터커넥터(210)로 전달하거나 서로 인접해 있는 도전성 입자(2641, 2642) 사이를 점프(jump)하여 전면 버스바(142)에서 인터커넥터(210)로 전하 이동이 이루어진다.
따라서, 전면 버스바(142)에 위치한 전하는 접해 있는 도전성 입자(2641, 2642)로 이동하거나 전면 버스바(142)와 바로 접해 있지 않은 인접한 도전성 입자(2641, 2642)로 점프(jump)한 후, 다시 인접한 도전성 입자(2641,2642)로 한번 이상 점프하여 전면 버스바(142)에서 인터커넥터(210)로 전하 이동이 이루어진다.
본 예에서, 각 제1 도전성 입자(2641)의 두께(T1)와 각 제2 도전성 입자(2642)의 두께(T2)는 약 2㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다
제1 도전성 입자(2641)와 제2 도전성 입자(2642)는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 포함하는 금속 피복 수지 입자로 이루어지거나, 위의 금속을 주성분으로 하는 금속 입자로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 도전성 입자(2641, 2642) 각각은 도 16 및 도 17에 도시한 것처럼, 원형 또는 타원형의 형상으로 형성되거나 도 18 및 도 19에 도시한 것처럼, 방사형의 형상으로 형성된다.
여기에서, '방사형'은 대략 구체(球體) 형상을 갖는 금속 입자의 표면에 복수의 돌기가 불규칙적으로 형성된 금속 입자의 형상을 말한다.
제1 및 제2 도전성 입자(2641 2642)가 원형이나 타원형으로 이루어질 경우, 제1 및 제2 도전성 입자(2461, 2462)의 두께(T1, T2)는 제1 및 제2 도전성 입자(1641 1642)의 지름(타원형일 경우, 최소 지름)일 수 있다.
그리고 제1 및 제 도전성 입자(2641, 2642)가 방사형의 금속 입자로 이루어지는 경우, 제1 및 제2 도전성 입자(2641, 2642)의 두께(T1, T2)는 금속 입자의 표면에 형성된 복수의 돌기들의 단부를 연결하는 가상선에 의해 형성된 대략 구체 형상의 것으로부터 측정한 최단 직경일 수 있다.
방사형의 금속 입자로 이루어진 제1 및 제2 도전성 입자(2641, 2642)는 원형 또는 타원형으로 이루어진 제1 및 제2 도전성 입자(2641, 2642)에 비해 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210) 중 적어도 하나와의 접촉 면적이 증가하므로, 접촉 저항이 줄어든다.
수지(262)가 경화한 뒤의 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)와의 안정적인 접속력과 접착력을 유지하기 위해, 수지(262) 내에 분산되는 도전성 입자(264)의 배합량은 도전성 접착 필름(260)의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%일 수 있다.
도전성 입자(264)의 배합량이 0.5 체적% 이상일 경우 전면 버스바(142)로부터의 전하 이동이 좀더 안정적으로 이루어지고, 도전성 입자(264)의 배합량이 20 체적% 이하일 경우 전면 버스바(142)과의 보다 안정적인 접속 및 접착이 이루어진다.
이와 같이, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)와의 전기적인 연결을 위해 도전성 접착 필름(260)을 이용할 경우, 전면 버스바(142) 위에 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210)를 부착하는 태빙(tabbing) 공정은 태양전지(1)의 전면 버스바(142)에 도전성 접착 필름(260)을 접착하는 예비 접합(pre-bonding)(제1 접합) 단계와 인터커넥터(210)와 도전성 접착 필름(260)을 접착하는 최종 접합(final-bonding)(제2 접합) 단계를 구비한다.
예비 접합 단계는 전면 버스바(142) 위에 도전성 접착 필름(260)을 안정적으로 배치하기 위한 단계이고, 최종 접합 단계는 전면 버스바(142) 위에 배치된 도전성 접착 필름(260)과 인터커넥터(210)를 안정적으로 접착시켜 전면 버스바(142)와 도전성 접착 필름(260) 및 인터커넥터(210)가 전기적 및 물리적으로 안전하게 연결시키기 위한 단계이다. 따라서, 예비 접합 단계의 공정 온도(즉, 가열 온도)와 도전성 접착 필름(260) 위에 가해지는 압력은 최종 접합 단계의 공정 온도와 인터커넥터(210) 위에 가해지는 압력보다 낮다.
한 예로서, 예비 접합 단계는 가열 온도는 약 100℃ 이하이고 압력은 약 1MPa이며, 최종 접합 단계의 가열 온도는 약 140℃ 내지 180℃이고 압력은 약 2MPa 내지 3MPa일 수 있다.
이로 인해, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)은 둘 사이에 위치한 도전성 접착 필름(260)과 안정적으로 밀착되어 정상적인 연결이 이루어지고, 후면 버스바(152)와 인터커넥터(210)은 역시 둘 사이에 위치한 도전성 접착 필름(260)과 안정적으로 밀착되어 정상적으로 연결된다.
또한 예비 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 대략 5초 내외로 설정할 수 있으며, 최종 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 대략 10초 정도로 설정할 수 있다. 이로 인해, 전면 버스바(142), 도전성 접착 필름(260) 및 인터커넥터(210)가 열로 인한 손상 또는 변질되지 않도록 한다.
이와 같이, 도전성 접착 필름(260)을 이용하여 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210) 간의 연결이 이루어질 때, 예비 접합 단계와 최종 접합 단계에서 인가되는 열과 압력에 의해 도전성 접착 필름(260)의 수지(262)가 연화(軟化)되거나 녹게 되어 수지(262) 속에 함유된 제1 및 제2 도전성 입자(2641, 2642) 중 적어도 하나의 적어도 일부가 인터커넥터(201)와 전면 버스바(142) 중 적어도 하나 속에 들어가게 된다.
이로 인해, 도전성 접착 필름(260)에 의해 전면 버스바(142) 와 인터커넥터(212)가 접착된 상태에서, 도전성 입자(264)와 인터커넥터(210)가 접촉하는 접촉면과 도전성 입자(264)와 전면 버스바(142)가 접촉하는 접촉면이 평탄면이 아닌 비평탄면이 된다.
즉, 도 16 내지 도 19에 도시한 바와 같이 도전성 입자(264)가 인터커넥터(210)와 전면 버스바(142)의 내부로 몰입되며, 도전성 입자(264)가 몰입된 인터커넥터(210)의 표면 형상과 전면 버스바(142)의 표면 형상은 도전성 입자(164)의 표면 형상과 동일하게 된다.
인터커넥터(210)가 도전성 금속(212)과 땜납(214)로 이루어진 경우 도전성 입자(264)의 적어도 일부는 인터커넥터(210)의 땜납(214)까지만 몰입되거나 땜납(214)을 거쳐 도전성 금속(212)까지 몰입될 수 있다.
이때, 도전성 입자(264)는 도 17에 도시한 바와 같이 태빙 작업 시에 가해지는 압력으로 인해 타원 형상으로 변형되면서 인터커넥터(210)의 내부로 몰입되거나, 도 16에 도시한 것처럼 원형 형상을 유지한 상태에서 인터커넥터(210)의 내부로 몰입될 수 있으며, 도전성 입자(2641, 2642)의 경도와 강도 중 적어도 하나는 인터커넥터(210)의 경도와 강도 중 적어도 하나와의 차이에 따라 압력이 가해질 때 변형되는 도전성 입자(2641, 2642)의 형상은 달라질 수 있다.
도전성 접착 필름(260)의 선폭, 인터커넥터(210)의 선폭, 전면 버스바(142)의 선폭은 서로 동일하게 형성하거나 태빙 공정 중에 가입되는 압력 등을 조정하여, 도 16 내지 도 18에 도시한 것처럼 태빙 공정이 완료된 후 도전성 접착 필름(260)의 선폭, 인터커넥터(210)의 선폭, 전면 버스바(142)의 선폭은 서로 동일할 수 있다.
이와는 달리, 도전성 접착 필름(260)의 선폭은 인터커넥터(210)의 선폭 및 전면 버스바(142)의 선폭보다 크게 형성하거나 태빙 공정 중에 가입되는 압력 등을 조정하여, 도 19에 도시한 것처럼 태빙 공정이 완료된 후 도전성 접착 필름(260)은 전면 버스바(142)의 폭보다 큰 폭을 갖게 된다. 이로 인해, 도전성 접착 필름(260)은 전면 버스바(142)의 양 측면을 덮고, 경우에 따라 전면 버스바(142)의 양 측면의 단부와 인접한 반사 방지부(130) 위에도 위치한다. 이럴 경우. 도전성 접착 필름(260)의 접촉 면적이 증가하므로, 도전성 접착 필름(260)의 접착력이 증가하여 좀더 안정적으로 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)가 접착하게 되다.
도시하지는 않았지만, 대안적인 예에서, 인터커넥터(210)와 전면 버스바(142)의 선폭은 도전성 접착 필름(260)의 선폭보다 크게 형성할 수 있다.
이와 같이 도전성 접착 필름(260)을 이용하여 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)를 연결할 때, 인터커넥터(210)의 파손이나 손상 없이 좀더 안정적으로 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)간의 접합을 실시하게 된다.
즉, 본 실시예에서, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)가 도금으로 형성됨에 따라 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)는 평면이 아닌 곡면 형상을 갖게 되어 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 가운데 부분의 높이가 각 전면 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 가장자리 부분보다 높게 된다.
따라서, 이미 설명한 것처럼, 전면 버스바(142)와 전기적으로 접하게 되는 인터커넥터(210)의 상부면과 하부면 역시 평탄면이 아닌 곡면을 갖게 된다.
따라서, 도전성 접착 필름(260)을 이용하지 않고 전면 버스바(142) 위에 바로 인터커넥터(260)를 부착시키는 비교예의 경우, 전면 버스바(142)의 상부면의 곡면 형상과 인터커넥터(260)의 상부면 및 하부면의 곡면 현상에 의해 전면 버스바(142)와 인터커넥터(260)와의 접합에 어려움이 발생한다.
즉, 인터커넥터(210)와 접합되는 전면 버스바(142)의 면(즉, 상부면)과 전면 버스바(142)와 접합되는 인터커넥터(210)의 면(즉, 하부면)이 곡면 형상을 가질 경우, 전면 버스바(142)의 상부면과 인터커넥터(210)의 하부면 중 하나는 오목한 곡면을 갖고 전면 버스바(142)의 상부면과 인터커넥터(210)의 하부면 중 다른 하나는 볼록한 곡면을 가질 때 또는 그 반대의 때 접합이 용이하게 이루어진다.
하지만, 도 20의 (a)에 도시한 것처럼, 서로 접합되는 전면 버스바(142)의 상부면과 인터커넥터(210)의 하부면 모두 볼록한 곡면을 갖고 있어 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)가 바로 접합 경우, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)의 가운데 부분은 서로 접하게 되지만, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)의 주변부에서는 서로 접하지 않고 소정의 거리(H51)로 이격되게 된다.
이때, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)의 이격 거리(H51)은 인터커넥터(120)의 중심부와 이 인터커넥터(120)의 주변부의 높이 차이(H41)와 전면 버스바(142)와 중심부와 이 전면 버스바(142)의 주변부의 높이 차이(H42)의 합일 수 있다.
따라서, 비교예에 따라 플럭스(flux)를 이용한 솔더링(soldering) 방식으로 인터커넥터(210)를 바로 전면 버스바(142) 위에 접착할 경우, 약 220℃ 내지 260℃ 의 온도에서 인터커넥터(210)에 압력을 가해 전면 버스바(142) 위에 바로 인터커넥터(210)를 부착하게 된다.
하지만, 이때, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)가 거리(H51)만큼 이격되어 있고, 수지보다 열에 강한 도전성 금속으로 인터커넥터(210)가 이루어져 있기 때문에 가해지는 압력에 의해 인터커넥터(210)의 일부에 금(crack)(2611)이 발생하거나 인터커넥터(210)의 일부에 떨어져 나가는 것(2612)과 같은 불량이 발생하게 된다[도 20의 (b)]. 또한, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)의 이격 거리(H51)로 인해, 인터커넥터(210)와 전면 버스바(142)가 안정적으로 접합되지 않는 부분이 발생하게 되어, 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210) 간의 전도도와 접합 면적이 줄어들게 된다.
더욱이, 이격 거리(H51)만큼 이격되어 있고 서로 마주보고 있는 인터커넥터(210)의 가장자리 부분과 전면 버스바(142)의 가장자리 부분을 접합하기 위해, 가해지는 압력이나 가열 온도 등을 증가시킬 때, 이미 접합 상태를 유지하고 있는 부분, 예를 들어, 전면 버스바(142)의 가운데 부분과 인터커넥터(210)의 가운데 부분에서는 과도한 압력과 온도 등에 의해 금이 가거나 파손되는 문제가 발생하고, 경우에 따라, 열에 의해 전면 버스바(142), 인터커넥터(210) 및 에미터부(121) 중 적어도 하나에 열화 현상이 발생할 수 있다.
하지만, 본 실시예에 경우, 이미 설명한 것처럼, 도전성 금속보다 열에 약한 수지를 함유한 도전성 접착 필름(260)을 이용하여 전면 버스바(142)와 인터커넥터(610)를 접합하게 된다.
이럴 경우, 예비 접합 단계와 최종 접합 단계에서 인가되는 열에 의해 도전성 접착 필름(260)의 수지(262)는 연화되고 연화된 수지(262)는 도전성 금속보다 훨씬 큰 유연성과 성형성(成形性)을 갖게 된다.
따라서, 가해지는 압력에 따라 도전성 접착 필름(260)이 전면 버스바(142)의 상부면과 인터커넥터(210)의 하부면과 밀착되면 연화된 수지(262)는 볼록한 곡면의 전면 버스바(142)의 상부면과 인터커넥터(210)의 하부면의 표면 형상을 따라가며 부드럽게 성형되고, 이로 인해, 곡면 형상의 전면 버스바(142)의 상부면 및 인터커넥터(210)의 하부면과 도전성 접착 필름(260)은 안정적으로 접하게 된다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 수지(262)의 연화 현상에 의해 수지(262)의 유연성과 성형성이 증가되므로, 도전성 접착 필름(260)과 전면 버스바(142) 및 인터커넥터(210)간의 접착력과 접촉 면적은 증가하게 되고, 수지보다 작은 유연성과 성형성을 갖고 있는 인터커넥터(210)의 금 발생이나 손상 및 파손의 위험이 크게 줄어들거나 방지된다.
또한, 수지(262)를 함유한 도전성 접착 필름(260)을 이용하여 전면 버스바(142)와 인터커넥터(210)를 접합할 경우, 수지(262)의 녹는점이 도전성 금속(212)이나 땜납(214)의 녹는점보다 훨씬 낮기 때문에, 이미 설명한 것처럼, 도전성 접착 필름(260)을 이용한 태빙 공정의 온도는 약 100℃ 내지 180℃에서 행해지는 반면, 인터커넥터(210)와 전면 버스바(142)를 바로 접하는 비교예의 경우 태빙 공정의 온도는 약 220℃ 내지 260℃에서 행해진다.
따라서, 공정 온도가 비교예의 경우보다 훨씬 낮기 때문에, 전면 버스바(142), 인터커넥터(210) 및 에미터(121) 등의 열화 현상이 방지된다.
이미 설명한 것처럼, 하나의 전면 버스바(142)를 형성하기 위해 복수의 제2 개구부(182)를 이용할 경우, 도전성 접착 필름(260)의 하부면과 접하는 전면 버스바(142)의 상부면 역시 곡면 형성을 갖게 된다. 하지만, 이미 설명한 것처럼, 하나의 제2 개구부(182)를 이용하여 하나의 전면 버스바(142)를 형성하는 본 실시예의 다른 예와 비교할 때, 전면 버스바(142)의 상부면의 거칠기와 평탄도는 증가하게 된다. 이로 인해. 하나의 제2 개구부(182)를 이용하여 하나의 전면 버스바(142)를 형성하는 본 실시예의 다른 예에 비해, 도전성 접착 필름(260)과 접하게 되는 전면 버스바(142)의 접촉 면적이 증가하여 도전성 접착 필름(260)과 전면 버스바(142)간의 접착력이 향상되며, 평탄도의 증가로 인해, 좀더 안정적이고 용이하게 도전성 접착 필름(260)과 전면 버스바(142)간의 접착이 이루어진다.
이상에서, 전면 버스바(142)와 도전성 접착 필름(260) 및 인터커넥터(210)과의 접속 구조에 대해 설명하였지만, 전술한 내용은 후면 버스바(152) 도전성 접착 필름(260) 및 인터커넥터(220)의 접속 구조에 대해서도 동일하게 적용된다.
위의 기재 내용 중 기판(110)에 형성된 복수의 돌출부(11)와 반사 방지부(130)에 형성된 복수의 돌출부(21)의 돌출 높이의 차이로 인한 각 수치(예, 두께, 깊이 등)의 차이는 무시하고 돌출 높이의 차이 내에서 서로 다른 수치는 동일한 수치로 간주한다.
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.
Claims (28)
- 기판 및 상기 기판에 위치하고 서로 이격되어 있는 제1 버스바와 제2 버스바를 각각 포함하는 복수의 태양 전지,
상기 복수의 태양 전지에서 인접한 두 태양 전지에 각각 위치한 제1 버스바와 제1 버스바를 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 그리고
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터 사이 위치하며, 수지 내에 분산된 복수의 도전성 입자를 함유하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름
을 포함하며,
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 도금법에 의해 형성되고, 상기 도전성 접착 필름과 접하는 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 제1 면은 볼록한 곡면을 갖고 있는
태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 복수의 도전성 입자 각각의 두께는 상기 도전성 접착 필름의 두께보다 크거나 작은 태양 전지 모듈. - 제2항에서,
상기 복수의 도전성 입자 중 적어도 하나는 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나의 내부로 몰입되는 태양전지 모듈. - 제2항에서,
상기 복수의 도전성 입자 중 적어도 하나는 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나와 직접 접촉하는 태양 전지 모듈. - 제2항에서,
상기 도전성 접착 필름의 두께는 3㎛ 내지 15㎛인 태양 전지 모듈. - 제2항에서,
상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 성분으로 포함하는 금속 피복 수지 입자로 형성되는 태양 전지 모듈. - 제2항에서,
상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자로 형성되는 태양 전지 모듈. - 제6항 또는 제7항에서,
상기 금속 입자는 원형, 타원형, 또는 방사형으로 이루어져 있는 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 인터커넥터는 도전성 금속으로 이루어져 있는 태양 전지 모듈. - 제9항에서,
상기 도전성 금속은 1,000ppm 이하의 납 성분을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제9항에서,
상기 인터커넥터는 상기 도전성 금속의 표면을 피복한 땜납을 더 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면인 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 도전성 접착 필름은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭과 동일한 폭을 갖고 있는 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 도전성 접착 필름은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나의 폭보다 큰 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
복수의 태양 전지 각각은,
상기 기판에 위치하는 에미터부,
상기 에미터부 위에 위치하고, 상기 에미터부의 일부를 드러내고 서로 이격된 복수의 제2 개구부를 구비한 반사 방지부,
상기 에미터부에 위치하여 상기 에미터부와 상기 제1 버스바와 연결되어 있는 제1 전극,
상기 기판에 위치하여 상기 기판과 상기 제2 버스바와 연결되어 있는 제2 전극
을 더 포함하고,
상기 제1 버스바는 상기 복수의 제2 개구부를 통해 드러난 상기 에미터부에 위치하는
태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 복수의 제2 개구부의 개수는 30개 내지 70개인 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 복수의 제2 개구부에서 인접한 제2 개구부 간의 간격은 동일한 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 복수의 제2 개구부에서 인접한 제2 개구부 간의 간격은 상이한 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 제1 버스바는 상기 복수의 제2 개구부의 사이에 위치한 반사 방지부 위에 추가로 위치하는 태양 전지 모듈. - 제19항에서,
상기 반사 방지부 위에 위치한 상기 제1 버스바의 높이는 상기 제2 개구부를 통해 노출된 상기 에미터부에 위치한 상기 제1 버스바의 높이보다 낮은 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 복수의 제2 개구부 각각의 측면은 평탄면인 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 복수의 제2 개구부 각각의 측면은 요철면인 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 반사 방지부는 상기 복수의 제2 개구부와 이격되어 있고 상기 반사 방지부 또는 상기 에미터부를 노출하는 복수의 홈을 더 포함하고 있는 태양 전지 모듈. - 제23항에서,
상기 복수의 홈 각각이 상기 반사 방지부를 노출할 때, 상기 복수의 홈 각각의 지름과 깊이는 각각 300㎚ 내지 10㎛인 태양 전지 모듈. - 제23항에서,
상기 복수의 홈 각각이 상기 에미터부를 노출할 때, 상기 복수의 홈 각각의 지름과 깊이는 각각 70㎚ 내지 120㎚인 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 니켈 규소 화합물(nickel silicide)을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 중 적어도 하나는 상기 기판 위에 위치하고 니켈로 이루어진 제1 막, 상기 제1 막 위에 위치하고 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 이루어진 제2 막을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제2 막이 구리(Cu)로 이루어질 때, 상기 제2 막 위에 위치하고 은(Ag)이나 주석(Sn)으로 이루어진 제3 막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
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