KR20140126819A - 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 다른 도전형을 가지는 에미터층; 상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 동일한 도전형을 가지는 후면 전계층; 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 후면 전계층에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제2 전극이 제1 피치(pitch)를 가지는 복수의 핑거 전극을 포함하고, 상기 후면 전계층은 상기 복수의 핑거 전극에 각기 대응하는 복수의 제1 부분을 포함하며, 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나로부터 돌출되는 접속 돌출부가 형성된다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 구조를 개선한 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환 시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
태양 전지는 실리콘 태양 전지, 화합물 태양 전지, 염료감응 태양 전지, 박막 태양 전지 등으로 구분될 수 있다. 이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 그런데 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 일례로, 전극의 면적이 지나치게 넓어지면 재료의 사용량이 증가하고 표면 재결합에 의하여 태양 전지의 효율을 저하시킬 수 있고, 전극의 면적이 지나치게 좁아지면 전하를 충분하게 수집하기 어려울 수 있다. 따라서, 전극의 면적 및 구조 등이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계되는 것이 요구된다.
본 발명은 우수한 특성을 가지며 불량률이 낮은 태양 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 다른 도전형을 가지는 에미터층; 상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 동일한 도전형을 가지는 후면 전계층; 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 후면 전계층에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제2 전극이 제1 피치(pitch)를 가지는 복수의 핑거 전극을 포함하고, 상기 후면 전계층은 상기 복수의 핑거 전극에 각기 대응하는 복수의 제1 부분을 포함하며, 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나로부터 돌출되는 접속 돌출부가 형성된다.
본 실시예에 따른 태양 전지에서는, 제2 전극 및 후면 전계층 중 어느 하나에 접속 돌출부를 형성하여 제2 전극과 후면 전계층의 접속을 원활하게 하여 불량률을 낮출 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 신뢰성을 향상하고 생산성을 크게 향상할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 접속 돌출부의 폭, 돌출 길이, 피치, 태양 전지의 가장자리 및 버스바 전극로부터의 거리 등을 한정하여 제2 전극의 면적을 작게 유지하면서도 제2 전극과 후면 전계층의 접속이 좀더 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 특성을 높은 수준으로 유지하면서 불량률을 크게 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 전지의 전면을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 후면 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 얼라인 오차가 발생한 경우에도 접속 돌출부에 의하여 접속이 이루어지는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 일 변형예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 또 다른 변형예들을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 또 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 11은 도 10의 변형예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 전지의 전면을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 후면 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 얼라인 오차가 발생한 경우에도 접속 돌출부에 의하여 접속이 이루어지는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 일 변형예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 또 다른 변형예들을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 접속 돌출부의 또 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 11은 도 10의 변형예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 태양 전지의 전면을 도시한 평면도이다. 도 1은 도 2의 I-I선을 따라서 잘라서 본 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 기판(일례로, 반도체 기판)(이하 "반도체 기판")(110)과, 반도체 기판(110)에 형성되는 불순물층(20, 30)과, 불순물층(20, 30)에 전기적으로 연결되는 전극(24, 34)을 포함할 수 있다. 불순물층(20, 30)은 에미터층(20)과 후면 전계층(30)을 포함할 수 있고, 전극(24, 34)은 에미터층(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)과 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(34)을 포함할 수 있다. 이와 함께 태양 전지(100)는 반사 방지막(22), 패시베이션 막(32) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(110)은, 불순물층(20, 30)이 형성되는 영역과 불순물층(20, 30)이 형성되지 않는 부분인 베이스 영역(10)을 포함한다. 베이스 영역(10)은, 일례로 제1 도전형 불순물을 포함하는 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제1 도전형 불순물은 일례로 n형일 수 있다. 즉, 베이스 영역(10)은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소가 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 n형의 불순물을 가지는 베이스 영역(10)을 사용하면, 반도체 기판(110)의 제1 면(이하 "전면")에 p형의 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성되어 pn 접합(junction)을 이루게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(110)의 제2 면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(34)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(24)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그려면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(110)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 영역(10)이 p형을 가질 수도 있음은 물론이다.
반도체 기판(110)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(110)의 전면 및 후면 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 반도체 기판(110)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다.
반도체 기판(110)의 전면 쪽에는 제2 도전형 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 에미터층(20)은 제2 도전형 불순물로 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 p형 불순물을 사용할 수 있다. 이때, 본 실시예에서 에미터층(20)이 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 에미터(homogeneous emitter) 구조를 가질 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터층(20)이 선택적 에미터(selecdive emitter) 구조를 가질 수도 있다. 이에 대해서는 추후에 상세하게 설명한다.
에미터층(20)은 반도체 기판(110)에 다양한 도핑 방법에 의하여 제2 도전형 불순물을 도핑하는 것에 의하여 형성할 수 있다. 일례로, 열 확산법, 이온 도핑법, 레이저 도핑법 등의 도핑 방법을 사용할 수 있다.
반도체 기판(110) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(110)에 형성된 에미터층(20) 위에 반사 방지막(22) 및 제1 전극(24)이 형성된다.
반사 방지막(22)은 제1 전극(24)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(110)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 반사 방지막(22)은 반도체 기판(110)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시키고, 에미터층(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다.
반도체 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 반도체 기판(110)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 그리고 에미터층(20)에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 반사 방지막(22)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
방사 방지막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 방지막(22)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 반도체 기판(110)과 반사 방지막(22) 사이에 패시베이션을 위한 별도의 전면 패시베이션 막(도시하지 않음)을 더 구비할 수도 있다. 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 이러한 반사 방지막(22)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
제1 전극(24)은 반사 방지막(22)에 형성된 개구부를 통하여(즉, 반사 방지막(22)을 관통하여) 에미터층(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(24)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있는데 이에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(110)의 후면 쪽에는 반도체 기판(110)보다 높은 도핑 농도로 제1 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계층(30)이 형성된다. 본 실시예에서 후면 전계층(30)은 제1 도전형 불순물로 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물을 사용할 수 있다.
이때, 본 실시예에서 후면 전계층(30)은, 제2 전극(24)과 인접하는(일례로, 접촉하여) 부분에 국부적으로 형성된 제1 부분(30a)으로 이루어진다. 즉, 후면 전계층(30)은 국부적 후면 전계(local back surface field) 구조를 가져 후면 전계층(30)의 형성 시 반도체 기판(110)이 손상되는 등의 문제를 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 전계층(30)이 선택적 후면 전계(selective back surface field) 구조를 가질 수도 있다. 이에 대해서는 추후에 다시 상세하게 설명한다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.
후면 전계층(30)은 반도체 기판(110)에 다양한 도핑 방법에 의하여 제1 도전형 불순물을 도핑하는 것에 의하여 형성할 수 있다. 일례로, 열 확산법, 이온 도핑법, 레이저 도핑법 등의 도핑 방법을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 후면 전계층(30)이 n형으로 이루어져 추가적인 도핑 공정을 수행하여(즉, 제2 전극(34)의 형성 공정과 별개 공정으로) 후면 전계층(30)을 형성하게 된다. 참고로, 후면 전계층(30)이 p형을 가지는 경우에는 제2 전극(34)을 알루미늄 등으로 형성하고, 제2 전극(34)의 형성을 위한 열처리 시에 알루미늄 등을 확산시키는 것에 의하여(제2 전극(34)의 형성 공정 중에) 후면 전계층(30)을 형성할 수 있다.
이와 함께 반도체 기판(110)의 후면에는 패시베이션 막(32)과 제2 전극(34)이 형성될 수 있다.
패시베이션 막(32)은 제2 전극(34)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(110)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 이러한 패시베이션 막(32)은 반도체 기판(110)의 후면에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
이러한 패시베이션 막(32)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 패시베이션 막(32)을 통하여 반도체 기판(110)의 후면을 통해서도 광이 입사될 수 있도록 하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 즉, 본 실시예의 태양 전지(100)는 양면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형 방식을 가진다.
일례로, 패시베이션 막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션 막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 이러한 패시베이션 막(32)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
제2 전극(34)은 패시베이션 막(32)에 형성된 개구부를 통하여(즉, 패시베이션 막(32)을 관통하여) 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극(34)은 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
상술한 제1 전극(24)은 반사 방지막(22)에 개구부를 형성하고 개구부 내에 도금법, 증착법 등을 수행하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 그리고 패시베이션 막(32)에 개구부를 형성하고, 이 개구부 내에 도금법, 증착법 등을 수행하는 것에 의하여 제2 전극(34)을 형성할 수 있다. 또는, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32) 상에 각기 스크린 인쇄 등으로 도포한 후에 파이어 스루(fire through) 또는 레이저 소성 컨택(laser firing contact) 등을 하여 상술한 형상의 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 별도로 개구부를 형성하는 공정을 추가하지 않아도 된다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 후면 전계층(30)이 제2 전극(34)과 별개의 공정에서 형성될 경우 후면 전계층(30)과 제2 전극(34)의 얼라인이 정밀하게 이루어져야 태양 전지(100)의 특성이 향상되고 불량률이 저하될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 전극(24) 및 제2 전극(34)은 양면 수광 방식이 적용될 수 있는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 먼저, 도 2를 참조하여 제1 전극(24)의 구조를 상세하게 설명하고, 도 3을 참조하여 제2 전극(34) 및 후면 전계층(30)의 구조를 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 제1 전극(24)은 일정한 피치를 가지면서 서로 평행하게 배치되는 복수의 핑거 전극(24a)을 포함할 수 있다. 이와 함께 전극(24)은 핑거 전극들(24a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(24a)을 연결하는 버스바 전극(24b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(24b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(24a)의 피치보다 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(24a)의 폭보다 버스바 전극(24b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 폭을 가질 수 있다. 상술한 제1 전극(24)의 형상은 일례로 제시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
단면 상으로 볼 때, 핑거 전극(24a) 및 버스바 전극(24b)이 모두 반사 방지막(22)을 관통하여 형성될 수도 있다. 또는, 핑거 전극(24a)이 반사 방지막(22)을 관통하고 버스바 전극(24b)은 반사 방지막(22) 상에서 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 후면 평면도이다. 명확한 도시 및 설명을 위하여 도 3에서는 후면 전계층(30)과 제2 전극(34)을 위주로 도시한다.
도 3을 참조하면, 제2 전극(34)은 제1 피치(P1)를 가지면서 서로 평행하게 배치되는 복수의 핑거 전극(34a)을 포함할 수 있다. 이와 함께 제2 전극(34)은 핑거 전극들(34a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(34a)을 연결하는 버스바 전극(34b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(34b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 피치(P1)보다 더 큰 버스바 피치(P)를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(24a)의 폭(W11)보다 버스바 전극(34b)의 폭(W2)이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 폭을 가질 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 제2 전극(34)의 핑거 전극(34a)에 접속 돌출부(34c)(일례로, 제1 접속 돌출부(34c))가 형성된다. 즉, 제2 전극(34)이 버스바 전극(34b)과, 핑거 전극(34a)과, 핑거 전극(34a)으로부터 핑거 전극(34a)과 교차하는 방향으로 돌출되는 접속 돌출부(34c)를 포함한다. 이러한 접속 돌출부(34c)는 제1 부분(30a)과 핑거 전극(34a)의 얼라인 시 공정 오차 등에 의하여 제1 부분(30a)과 핑거 전극(34a)이 벗어나는 경우에도 제1 부분(30a)과 핑거 전극(34a)을 전기적으로 접속하는 역할을 한다. 이를 도 4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 얼라인 오차가 발생한 경우에도 접속 돌출부에 의하여 접속이 이루어지는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서 얼라인 오차가 발생한 경우의 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)을 도시한 평면도이고, 도 4의 (b)는 접속 돌출부(34c)를 구비하지 않는 종래 기술에서 얼라인 오차가 발생한 경우의 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)을 도시한 평면도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 접속 돌출부(34c)가 구비된 경우에는 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(도 3의 참조부호 D1)만큼의 얼라인 오차가 발생하더라도 접속 돌출부(34c)에 의하여 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)이 전기적으로 연결된다. 이때, 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)은 아주 작은 영역에서 부분적으로 컨택이 이루어지는 경우에도 작동이 이루어질 수 있다. 따라서, 최소한의 크기를 가지는 접속 돌출부(34c)에 의하여 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)이 서로 연결만 되는 경우에도 태양 전지(100)가 충분히 작동할 수 있다. 이에 따라 얼라인 오차가 발생하더라도 접속 돌출부(34c)에 의하여 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)이 접속될 수 있다. 반면, 도 4의 (b)를 참조하면, 종래의 경우에는 공정 오차가 발생하여 핑거 전극(34a)이 제1 부분(30a)의 외부에 위치하는 경우에 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)의 접속이 이루어지지 않는다. 핑거 전극(34a)과 제1 부분(30a)이 완전히 벗어나게 되면 심한 경우에는 션트(shunt) 등에 의하여 태양 전지(100)가 작동하지 않을 수도 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 불량률이 높아진다.
다시 도 3을 참조하여 접속 돌출부(34c)를 좀더 상세하게 설명한다. 상술한 접속 돌출부(34c)는 버스바 전극(34b) 및/또는 핑거 전극(34a)을 형성하는 공정에서 함께 형성될 수 있다. 즉, 버스바 전극(34b) 및/또는 핑거 전극(34a)을 인쇄, 도금 등으로 형성할 때 접속 돌출부(34c)를 함께 인쇄, 도금 등으로 형성할 수 있다. 따라서 공정의 추가 없이 제2 전극(34)을 형성하는 공정에서 접속 돌출부(34c)를 함께 형성하여 생산성 측면에서 유리하다. 단면 상으로 볼 때, 핑거 전극(34a)과, 버스바 전극(34b) 및 접속 돌출부(34c)가 모두 패시베이션 막(32)을 관통하여 형성될 수도 있다. 또는, 핑거 전극(24a) 및 접속 돌출부(34c)가 패시베이션 막(32)을 관통하고 버스바 전극(24b)은 패시베이션 막322) 상에서 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 접속 돌출부(34c)는 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)의 접속을 돕는 역할을 한다. 그런데, 접속 돌출부(34c)가 커지면 제2 전극(34)의 면적이 커져 재결합이 증가하고 쉐이딩 손실(shading loss)가 증가하여 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다. 이에 따라 접속 돌출부(34c)는 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)의 접속이 가능하도록 하는 최소한의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
일례로, 접속 돌출부(34c)의 폭(W12)은 핑거 전극(34a)의 폭(W11)보다 작거나 이와 같을 수 있다. 일례로, 핑거 전극(34a)의 폭(W11)에 대한 접속 돌출부(34c)의 폭(W12)의 비율(W12/W11)은 0.3 내지 1.0 일 수 있다. 상기 비율(W12/W11)이 0.3보다 작으면 접속 돌출부(34c)의 폭(W12)이 작아 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 이루어지지 않을 수 있고, 1.0보다 크면 접속 돌출부(34c)의 폭(W12)이 커져서 태양 전지(100)의 특성을 저하시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(100)의 크기, 태양 전지(100)의 종류 등에 따라 상술한 폭(W11, W12)의 구체적인 값, 이들의 비율 등이 변화될 수 있다.
그리고 제1 부분(30a)의 폭(W21)에 대한 접속 돌출부(34c)의 폭(W12)의 비율(W12/W21)은, 일례로, 0.2 내지 1.5일 수 있다. 상기 비율(W12/W21)은 얼라인 특성, 후면 전계층(30) 및 제2 전극(34)의 면적 등을 고려한 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 상술한 비율이 다른 수치를 가지는 것도 가능함은 물론이다.
그리고 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(D1)은 핑거 전극(34a) 사이의 제1 피치(P1)보다 작을 수 있다. 이때, 핑거 전극(34a)의 제1 피치(P1)에 대한 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(D1)의 비율(D1/P1)은 0.6 이하일 수 있다. 상기 비율(D1/P1)이 0.6을 초과하면 이웃한 핑거 전극(34a)의 접속 돌출부들(34c)이 서로 연결될 수 있고, 접속 돌출부(34c)의 길이가 길어져서 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다. 일례로, 핑거 전극(34a)의 제1 피치(P1)에 대한 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(D1)의 비율(D1/P1)은 0.05 내지 0.3일 수 있다. 상기 비율(D1/P1)이 0.05보다 작으면 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(D1)이 작아 얼라인 오차에 충분하게 대응하기 어려울 수 있고, 상기 비율(D1/P1)이 0.3보다 크면 접속 돌출부(34c)의 돌출 길이(D1)가 불필요하게 커질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(100)의 크기, 태양 전지(100)의 종류 등에 따라 상술한 폭(D1, P1)의 구체적인 값 또는 이들의 비율이 변화될 수 있다.
이러한 접속 돌출부(34c)는 일정한 제2 피치(P2)를 가지면서 복수 개가 구비될 수 있다. 그러면 공장 오차 등의 발생 시에 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)을 효과적으로 접속할 수 있다. 좀더 상세하게 설명하면, 공정 오차는 상하 방향, 또는 좌우 방향으로의 시프트(shift)에 의하여 발생할 수 있고, 회전에 의해서도 발생할 수 있다. 이때, 좌우 방향으로 일정한 거리만큼 시프트 된 경우에는 하나의 접속 돌출부(34c)를 구비하여도 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)의 접속이 이루어질 수 있으나, 회전 방향에 의한 얼라인 문제의 경우에는 복수 개의 접속 돌출부(34c)를 구비할 경우에는 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)의 접속이 좀더 잘 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 접속 돌출부(34c)를 복수 개로 구비하여 다양한 형태의 얼라인 오차에 대응할 수 있다.
이때, 제2 피치(P12)는 핑거 전극(34a)의 폭(W11)보다 클 수 있다. 제2 피치(P12)가 핑거 전극(34a)의 폭(W11)보다 작으면 접속 돌출부(34c)가 촘촘하게 위치하여 제2 전극(34)의 면적이 넓어질 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다.
좀더 상세하게는, 핑거 전극(34a) 사이의 제1 피치(P1)에 대한 접속 돌출부(34c) 사이의 제2 피치(P12)의 비율(P12/P1)이 0.5 이상(일례로, 0.5 내지 3.0)일 수 있다. 그리고 상기 비율이 0.5 미만이면 접속 돌출부(34c)에 의하여 제2 전극(34)의 전체 면적이 증가하여 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다. 상기 비율이 3.0을 초과하면 다양한 형태의 얼라인 오차가 발생하였을 때 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 일어나지 않을 수 있다.
여기서, 제2 피치(P12)는 0.5mm 내지 2.0mm일 수 있다. 제2 피치(P12)가 0.5mm 미만이면 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있고, 2.0mm를 초과하면 다양한 형태의 얼라인 오차가 발생하였을 때 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 일어나지 않을 수 있다. 그러나 태양 전지(100)의 크기, 종류 등에 따라 이러한 수치가 달라질 수 있다.
그리고 복수의 접속 돌출부(34c) 중 태양 전지(100)의 가장자리(또는 반도체 기판(110)의 가장자리)에 가까이 위치하는 접속 돌출부(34c)는 태양 전지(100)의 가장자리와 이격되어 형성될 수 있다. 태양 전지(100)의 가장자리에서는 아이솔레이션(isolation) 등의 이유로 후면 전계층을 형성하지 않을 수 있으므로, 이 부분에서 접속 돌출부(34c)가 위치하지 않도록 하여 접속 돌출부(34c)의 개수를 최소화할 수 있다. 일례로, 해당 접속 돌출부(34c)와 태양 전지(100)의 가장자리 사이의 거리(L1)는 0.2mm 내지 1.0mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 복수의 접속 돌출부(34c) 중 버스바 전극(34b)에 가까이 위치하는 접속 돌출부(34c)는 버스바 전극(34b)와 이격되어 형성될 수 있다. 이는 버스바 전극(34b)이 상대적으로 큰 폭을 가져 버스바 전극(34b) 부근에서의 얼라인 오차 등을 보상할 수 있기 때문이다. 이에 따라 접속 돌출부(34c)와 버스바 전극(34b) 사이를 이격시켜 접속 돌출부(34c)의 개수를 최소화할 수 있다. 일례로, 해당 접속 돌출부(34c)와 버스바 전극(34b) 사이의 거리(L2)는 0.1mm 내지 1.0mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
도 3에서는 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)을 기준으로 핑거 전극(34a)의 일측으로 돌출되는 제1 돌출 부분(341) 및 핑거 전극(34a)의 타측으로 돌출되는 제2 돌출 부분(342)을 포함하고, 제1 및 제2 돌출 부분(341, 342)이 대응되는 위치에서 형성되는 것을 예시하였다. 즉, 제1 및 제2 돌출 부분(341, 342)이 핑거 전극(34a)을 기준으로 대칭 형성되는 것을 예시하였다. 이에 의하여 핑거 전극(34a)을 기준으로 이와 교차하는 방향으로 시프트가 발생하는 경우에 모두 대응할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 일례로, 도 5에 도시한 바와 같이, 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)의 일측으로만 돌출되는 것도 가능하다. 이에 의하면 접속 돌출부(34c)를 한 쪽에서 제거하여 제2 전극(34)의 면적 증가를 효과적으로 방지할 수 있다. 또는, 도 6에 도시한 바와 같이 접속 돌출부(34c)가 제1 및 제2 돌출 부분(341, 342)을 포함하되, 제1 및 제2 돌출 부분(341, 342)이 핑거 전극(34a)을 기준으로 서로 어긋나게 형성될 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 돌출 부분(341, 342)에 의하여 열 응력이 집중되는 등의 문제를 발생할 수 있어 열적 안정성을 향상할 수 있다. 이 외에도 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
그리고 도 3에서는 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)과 직교하면서 돌출되어 사각형의 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)과 경사지게 형성되는 것도 가능하다.
이때, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)의 양측에 각기 형성되며 서로 대응되는 위치에 형성되는 제1 및 제2 접속 돌출 부분(341, 342)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 접속 돌출 부분(341, 342)은 서로 반대되는 경사 방향을 가져 핑거 전극(34a)을 기준으로 대칭될 수 있다. 또는, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 경사진 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)의 일측에만 형성되는 것도 가능하다. 또는, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)의 양측에 각기 형성되는 제1 및 제2 접속 돌출 부분(341, 342)을 포함하고, 제1 및 제2 접속 부분(341. 342)이 서로 어긋나는 위치에서 교번하여 형성될 수도 있다. 또는, 도 7의 (d) 내지 (e)에 도시한 바와 같이 접속 돌출부(34c)의 제1 및 제2 접속 돌출 부분(341, 342)이 동일한 경사 방향을 가지는 것도 가능하다.
이 외에도, 도 8에 도시한 바와 같이, 접속 돌출부(34c)가 라운드진 형상(일례로, 반원형, 반타원형 등)을 가지면서 돌출되는 것도 가능하다. 이 외에도 접속 돌출부(34c)는 삼각형, 오각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 이때, 도 7의 다양한 변형예가 도 8에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 3에서는 복수의 핑거 전극(34a)에 형성된 접속 돌출부(34c)가 서로 대응되는 위치에 나란히 형성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 핑거 전극(34a)에 형성된 접속 돌출부(34c)의 위치가 나란히 위치하지 않는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 접속 돌출부(34c)를 형성하여 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속을 원활하게 하여 불량률을 낮출 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 신뢰성을 향상하고 생산성을 크게 향상할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 접속 돌출부(34c)의 폭(W12), 돌출 길이(D1) 및 제2 피치(P12), 태양 전지(1000의 가장자리 및 버스바 전극(34b)로부터의 거리(L1, L2)를 한정하여 제2 전극(34)의 면적을 작게 유지하면서도 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 좀더 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성을 높은 수준으로 유지하면서 불량률을 크게 낮출 수 있다.
특히, 본 실시예는 후면 전계층(30)이 n형을 가져 후면 전계층(30)을 제2 전극(34)과 별개로 형성하는 경우에 적용되어 얼라인 오차에 쉽게 대응할 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다. 그리고 쉐이딩 손실 등에 의하여 태양 전지(100)의 특성에 크게 관계되는 제1 전극(24)에는 접속 돌출부(34c)를 형성하지 않고 후면 쪽에 위치한 제2 전극(34)에만 접속 돌출부(34c)를 형성하여 전면 쪽으로 입사되는 광을 최대한 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 쪽에도 접속 돌출부를 형성할 수도 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 좀더 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 접속 돌출부(30c)(일례로, 제2 접속 돌출부(30c))가 후면 전계층(30)의 제1 부분(30a)에 형성된다. 즉, 후면 전계층(30)이, 제1 부분(30a)과, 제1 부분(30a)으로부터 돌출되는 접속 돌출부(30c)를 포함할 수 있다.
이때, 접속 돌출부(30c)는 제1 부분(30a)을 형성하는 공정에서 함께 형성될 수 있다. 즉, 이온 주입법, 열 확산법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 제1 도전형 불순물을 도핑할 때 제1 부분(30a)과 접속 돌출부(30c)에 해당하는 부분을 함께 도핑할 수 있다. 이에 의하면 별도의 공정을 추가하지 않고 단순히 도핑 시 사용되는 마스크를 변경하는 것에 의하여 쉽게 접속 돌출부(30c)를 형성할 수 있다. 또한, 후면 전계층(30)이 접속 돌출부(30c)를 포함하므로 태양 전지(100)의 특성 등을 더 우수하게 유지할 수 있다. 즉, 핑거 전극(34a)의 전체 면적이 상대적으로 낮은 특정한 기준을 초과하면 전자와 정공의 재결합이 급격하게 발생하여 태양 전지(100)의 특성을 크게 저하할 수 있다. 즉, 핑거 전극(34a)의 면적 증가에 따라 태양 전지(100)의 특성이 민감하게 변화할 수 있다. 반면, 후면 전계층(30)은 재결합 등이 문제되는 기준이 높은 편이므로 후면 전계층(30)의 전체 면적에 의하여 태양 전지(100)의 특성이 크게 변화하지는 않는다.
접속 돌출부(30c)는 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)이 서로 접속할 수 있는 크기를 가지면 족하다. 접속 돌출부(30c)가 불필요하게 크게 형성하는 경우에는 도핑 시간 등이 증가하거나, 표면 재결합 등이 늘어나는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 접속 돌출부(30c)는 핑거 전극(34a)과 후면 전계층(30)의 접속이 가능하도록 하는 최소한의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
일례로, 접속 돌출부(30c)의 폭(W22)은 제1 부분(30a)의 폭(W21)보다 작거나 이와 같을 수 있다. 일례로, 제1 부분(30a)의 폭(W21)에 대한 접속 돌출부(30c)의 폭(W22)의 비율(W22/W21)은 0.1 내지 1.0 일 수 있다. 상기 비율(W22/W21)이 0.1보다 작으면 접속 돌출부(30c)의 폭(W22)이 작아 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 이루어지지 않을 수 있고, 1.0보다 크면 접속 돌출부(30c)의 폭(W22)이 커져서 태양 전지(100)의 특성을 저하시킬 수 있다. 이때, 비율(W22/W21)의 하한이 0.1로 핑거 전극(34a)에 접속 돌출부(34c)를 형성한 경우인 0.3보다 낮다. 이는 후면 전계층(30)의 전체 면적이 핑거 전극(34a)의 전체 면적보다 태양 전지(100)의 특성에 미치는 영향이 크지 않기 때문에 제1 부분(30a)의 폭(W21)을 제2 전극(34)의 핑거 전극(34a)의 폭(W11)보다 크게 형성하기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(100)의 크기, 태양 전지(100)의 종류 등에 따라 상술한 폭(W21, W22)의 구체적인 값, 이들의 비율 등이 변화될 수 있다.
그리고 접속 돌출부(30c)의 돌출 길이(D2)는 제1 부분(30a) 사이의 제1 피치(P2)(일반적으로 핑거 전극(34a) 사이의 제1 피치(P1)와 동일)보다 작을 수 있다. 이때, 제1 부분(30a)의 제1 피치(P2)에 대한 접속 돌출부(30c)의 돌출 길이(D2)의 비율(D2/P2)은 0.6 이하일 수 있다. 상기 비율(D2/P2)이 0.6을 초과하면 이웃한 제1 부분(30a)의 접속 돌출부들(30c)이 서로 연결될 수 있고, 접속 돌출부(30c)의 길이가 길어져서 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다. 일례로, 제1 부분(30a)의 제1 피치(P2)에 대한 접속 돌출부(30c)의 돌출 길이(D2)의 비율(D2/P2)은 0.1 내지 0.6일 수 있다. 상기 비율(D2/P2)이 0.1보다 작으면 접속 돌출부(30c)의 돌출 길이(D2)이 작아 얼라인 오차에 충분하게 대응하기 어려울 수 있고, 상기 비율(D2/P2)이 0.6보다 크면 접속 돌출부(30c)의 돌출 길이(D2)가 불필요하게 커질 수 있다. 이때, 상기 비율(D2/P2)의 값이 핑거 전극(34a)에 접속 돌출부(34c)를 형성한 경우에 비하여 크다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 후면 전계층(30)의 전체 면적이 핑거 전극(34a)의 전체 면적보다 태양 전지(100)의 특성에 미치는 영향이 크지 않아 돌출 길이(D2)의 허용 길이가 상대적으로 크기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(100)의 크기, 태양 전지(100)의 종류 등에 따라 상술한 폭(D2, P2)의 구체적인 값, 이들의 비율 등이 변화될 수 있다.
접속 돌출부(30c)는 일정한 제2 피치(P22)를 가지면서 서로 이격될 수 있다. 이때, 제2 피치(P22)는 제1 부분(30a)의 폭(W21)보다 클 수 있다. 제2 피치(P22)가 제1 부분(30a)의 폭(W21)보다 작으면 접속 돌출부(30c)가 촘촘하게 위치하여 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다.
좀더 상세하게는, 제1 부분(30a) 사이의 제1 피치(P2)에 대한 접속 돌출부(30c) 사이의 제2 피치(P22)의 비율(P22/P2)이 0.5 이상(일례로, 0.5 내지 3.0)일 수 있다. 그리고 상기 비율이 0.5 미만이면 접속 돌출부(30c)에 의하여 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있다. 상기 비율이 3을 초과하면 다양한 형태의 얼라인 오차가 발생하였을 때 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 일어나지 않을 수 있다.
여기서, 제2 피치(P22)는 0.5mm 내지 2.0mm일 수 있다. 제2 피치(P22)가 0.5mm 미만이면 태양 전지(100)의 특성이 저하될 수 있고, 2.0mm를 초과하면 다양한 형태의 얼라인 오차가 발생하였을 때 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 원활하게 일어나지 않을 수 있다. 그러나 태양 전지(100)의 크기, 종류 등에 따라 이러한 수치가 달라질 수 있다.
그리고 복수의 접속 돌출부(30c) 중 태양 전지(100)의 가장자리(또는 반도체 기판(110)의 가장자리)에 가까이 위치하는 접속 돌출부(30c)는 태양 전지(100)의 가장자리와 이격되어 형성될 수 있다. 태양 전지(100)의 가장자리에서는 아이솔레이션(isolation) 등의 이유로 후면 전계층을 형성하지 않을 수 있으므로, 이 부분에서 접속 돌출부(30c)가 위치하지 않도록 하여 접속 돌출부(30c)의 개수를 최소화할 수 있다. 일례로, 해당 접속 돌출부(30c)와 태양 전지(100)의 가장자리 사이의 거리는 0.2mm 내지 1.0mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 복수의 접속 돌출부(30c) 중 버스바 전극(34b)에 가까이 위치하는 접속 돌출부(30c)는 버스바 전극(34b)와 이격되어 형성될 수 있다. 이는 버스바 전극(34b)이 상대적으로 큰 폭을 가져 버스바 전극(34b) 부근에서의 얼라인 오차 등을 보상할 수 있기 때문이다. 이에 따라 접속 돌출부(30c)와 버스바 전극(34b) 사이를 이격시켜 접속 돌출부(30c)의 개수를 최소화할 수 있다. 일례로, 해당 접속 돌출부(30c)와 버스바 전극(34b) 사이의 거리는 0.1mm 내지 1.0mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
도 9에서는 도 2와 유사한 형상, 배치의 접속 돌출부(30a)가 후면 전계층(30)에 형성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 5 내지 도 8의 다양한 변형예가 도 9의 접속 돌출부(30a)에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면 부분 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 접속 돌출부(34c)가 핑거 전극(34a)에 형성되는 제1 접속 돌출부(34c)와 후면 전계층(30)의 제1 부분(30a)에 형성되는 제2 접속 돌출부(30c)를 포함한다. 즉, 본 실시예에서는 제2 전극(34)에 제1 접속 돌출부(34c)가 형성되고 후면 전계층(30)에 제2 접속 돌출부(30c)가 형성된다. 이에 의하면 제1 부분(30a)과 핑거 전극(34a) 사이에서 상대적으로 큰 얼라인 오차가 발생하여도 후면 전계층(30)과 제2 전극(34)을 전기적으로 접속할 수 있다.
도 10의 (a)에는 얼라인 오차가 없는 경우를 예시로 하여 도시하였다. 그리고 도 10의 (b)에는 얼라인 오차가 발생한 경우에 제1 및 제2 접속 돌출부(34c, 30c)에 의하여 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)이 안정적으로 접속한 경우를 예시로 하여 도시하였다. 이와 같이 제1 및 제2 접속 돌출부(34c, 30c)를 함께 구비하면, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 전극(34)과 후면 전계층(30)의 접속이 좀더 안정적으로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 접속 돌출부(34c)의 폭, 돌출 길이 및 제1 피치, 가장자리 및 버스바 전극(34b)으로부터의 거리는 도 2를 참조하여 설명한 접속 돌출부(34c)의 폭(W12), 돌출 길이(D1) 및 제2 피치(P21), 가장자리 및 버스바 전극(34b) 및 가장자리로부터의 거리에 각각 해당할 수 있다. 그리고 제2 접속 돌출부(30c)의 폭, 돌출 길이 및 제2 피치, 가장자리 및 버스바 전극(34b)으로부터의 거리는 도 9을 참조하여 설명한 접속 돌출부(34c)의 폭W22), 돌출 길이(D2) 및 제2 피치(P22), 버스바 전극(34b) 및 가장자리로부터의 거리에 각각 해당한다. 이에 따라 도 2 및 도 9를 참조하여 상세하게 설명한 내용이 본 실시예에 그대로 적용될 수 있으므로 별도의 설명을 생략한다.
앞서 설명한 바와 같이 전체 면적에 따라 태양 전지(100)의 특성에 미치는 영향이 핑거 전극(34a)보다 제1 부분(30a)이 작으므로, 제1 부분(30a)의 폭을 핑거 전극(34a)의 폭보다 작게 할 수 있다. 이에 의하여 얼라인 오차에 최대한 대응하면서도 태양 전지(100)의 특성은 우수하게 유지할 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 8의 변형예는 제1 접속 돌출부(34c) 및/또는 제2 접속 돌출부(30c)에 모두 적용될 수 있다. 이때, 도 10에 도시한 바와 같이 제1 접속 돌출부(34c) 및 제2 접속 돌출부(30c)에 동일 또는 유사한 구조를 적용하는 것도 가능하다. 또는, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 접속 돌출부(34c)와 제2 접속 돌출부(30c)의 구조, 형상 등을 다르게 하는 것에 의하여 다양한 얼라인 오차에 대응하도록 할 수 있다. 도 11에서는 제1 접속 돌출부(34c)가 도 2의 형태, 배열을 가지고, 제2 접속 돌출부(30c)가 도 7의 (d)의 형태, 배열을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태, 배열의 제1 및 제2 접속 돌출부(34c, 30c)가 서로 결합될 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)에서는 후면 전계층(30)이 제1 부분(30a)과 함께 제2 부분(30b)을 포함하는 선택적 구조를 가진다. 구체적으로, 후면 전계층(30)은, 제2 전극(34)과 인접하여(일례로, 접촉하여) 형성되는 제1 부분(30a)과, 적어도 제2 전극(34)이 위치하지 않는 영역에 형성되는 제2 부분(30b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(30a)은 제2 부분(30b)보다 높은 불순물 농도를 가져 제2 부분(30b)보다 작은 저항을 가지고, 제2 부분(30b)는 상대적으로 작은 불순물 농도를 가져 상대적으로 큰 저항을 가진다.
이와 같이, 본 실시예에서는 제2 전극(34) 사이에 대응하는 부분에 상대적으로 높은 저항의 제2 부분(30b)을 형성하여 정공과 전자의 재결합을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이와 함께, 제2 전극(34)(특히, 제2 전극(34)을 구성하는 복수의 핑거 전극(34a))과 인접하는 부분에 상대적으로 낮은 저항의 제1 부분(30a)을 형성하여 제2 전극(34)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 후면 전계층(30)은 선택적 후면 전계 구조에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 최대화할 수 있다.
그리고 에미터층(20)이 제1 전극(24)과 인접하여(일례로, 접촉하여) 형성되는 제1 부분(20a)과, 적어도 제1 전극(24)이 위치하지 않는 영역에 형성되는 제2 부분(20b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(20a)은 제2 부분(20b)보다 높은 불순물 농도를 가져 제2 부분(20b)보다 작은 저항을 가지고, 제2 부분(20b)는 상대적으로 작은 불순물 농도를 가져 상대적으로 큰 저항을 가진다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광이 입사되는 제1 전극(24) 사이의 수광 영역에 대응하는 부분에 상대적으로 큰 저항을 가지는 제2 부분(20b)을 형성하여 얕은 에미터(shallow emitter)를 구현한다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이와 함께, 제1 전극(24)과 인접하는 부분에 상대적으로 작은 저항을 가지는 제1 부분(20a)을 형성하여 제1 전극(24)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 에미터층(20)은 선택적 에미터 구조에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 최대화할 수 있다.
본 실시예에서는 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)이 모두 선택적 구조를 가졌으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 에미터층(20) 및 후면 전계층(30) 중 어느 하나만이 선택적 구조를 가지는 것도 가능하다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 에미터층
30: 후면 전계층
30a: 제1 부분
30c: 접속 돌출부
24: 제1 전극
34: 제2 전극
34a: 핑거 전극
34c: 접속 돌출부
10: 반도체 기판
20: 에미터층
30: 후면 전계층
30a: 제1 부분
30c: 접속 돌출부
24: 제1 전극
34: 제2 전극
34a: 핑거 전극
34c: 접속 돌출부
Claims (20)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 다른 도전형을 가지는 에미터층;
상기 반도체 기판에 형성되며 상기 반도체 기판과 동일한 도전형을 가지는 후면 전계층;
상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
상기 후면 전계층에 전기적으로 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제2 전극이 제1 피치(pitch)를 가지는 복수의 핑거 전극을 포함하고,
상기 후면 전계층은 상기 복수의 핑거 전극에 각기 대응하는 복수의 제1 부분을 포함하며,
상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나로부터 돌출되는 접속 돌출부가 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나의 폭보다 상기 접속 돌출부의 폭이 작거나 같은 태양 전지. - 제2항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 상기 핑거 전극에 형성되고,
상기 핑거 전극의 폭에 대한 상기 접속 돌출부의 폭의 비율이 0.3 내지 1.0인 태양 전지. - 제3항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 상기 제1 부분에 형성되고,
상기 핑거 전극의 폭에 대한 상기 접속 돌출부의 폭의 비율이 0.1 내지 1.0인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부의 돌출 길이는 상기 제1 피치보다 작은 태양 전지. - 제5항에 있어서,
상기 제1 피치에 대한 상기 접속 돌출부의 돌출 길이의 비율이 0.6 이하인 태양 전지. - 제6항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 상기 핑거 전극에 형성되고,
상기 제1 피치에 대한 상기 접속 돌출부의 돌출 길이의 비율이 0.05 내지 0.3인 태양 전지. - 제6항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 상기 제1 부분에 형성되고,
상기 제1 피치에 대한 상기 접속 돌출부의 돌출 길이의 비율이 0.1 내지 0.6인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부는 제2 피치를 두고 복수 개가 이격되어 위치하고,
상기 제2 피치가 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나의 폭보다 큰 태양 전지. - 제9항에 있어서,
상기 제2 피치가 0.5mm 내지 2.0mm인 태양 전지. - 제9항에 있어서,
상기 제1 피치에 대한 상기 제2 피치의 비율이 0.5 내지 3인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 복수의 핑거 전극을 연결하는 버스바 전극을 더 포함하고,
상기 접속 돌출부가 복수 개 구비되고,
상기 복수의 접속 돌출부 중에서 상기 버스바 전극에 가까이 위치하는 상기 접속 돌출부가 상기 버스바 전극과 이격되어 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 복수 개 구비되고,
상기 복수의 접속 돌출부 중에서 상기 반도체 기판의 가장자리에 가까이 위치하는 상기 접속 돌출부가 상기 반도체 기판의 가장자리와 이격되여 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부가 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나의 일측으로 돌출되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부가, 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나의 일측으로 돌출되는 제1 돌출 부분과, 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나의 다른 일측으로 돌출되는 제2 돌출 부분을 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 돌출 부분과 상기 제2 돌출 부분은 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나를 기준으로 대칭으로 형성되거나 서로 어긋나게 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부는 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나와 직교하여 형성되거나, 상기 접속 돌출부는 상기 핑거 전극 및 상기 제1 부분 중 어느 하나에 경사지게 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 접속 돌출부가, 상기 핑거 전극에 형성되는 제1 접속 돌출부와, 상기 제1 부분에 형성되는 제2 접속 돌출부를 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 후면 전계층이 상기 복수의 제1 부분으로 이루어져서 국부적 구조를 가지는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 후면 전계층이, 상기 복수의 제1 부분과, 상기 제1 부분보다 낮은 농도를 가지는 제2 부분을 포함하는 선택적 구조를 가지는 태양 전지.
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