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KR101125435B1 - Ｍｗｔ형 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면전계층과 p 전극 사이의 계면에서 발생되는 재결합을 최소화하여 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 MWT형 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 MWT형 태양전지는 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판의 후면 내부에 이격된 형태로 구비된 복수의 국부 후면전계층과, 상기 기판의 후면 상에 구비되며, 상기 국부 후면전계층의 일부를 선택적으로 노출시키는 재결합 억제층 및 상기 재결합 억제층 상에 구비되어 상기 국부 후면전계층과 전기적으로 연결되는 제 1 도전형의 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

ＭＷＴ형 태양전지{Metal Wrap Through type solar cell}
본 발명은 MWT형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후면전계층과 p 전극 사이의 계면에서 발생되는 재결합을 최소화하여 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 MWT형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지에 태양광이 입사되면 전자-정공(쌍)이 생성되고, 생성된 전자와 정공은 확산하다가 p-n 접합부에 형성되는 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는데, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다. 이와 같이 수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다. 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 후면전극형 태양전지는 유형에 따라 IBC(interdigitated back contact), 포인트 콘택형, EWT(emitter wrap through), MWT(metal wrap through) 등으로 구분된다. 이 중 MWT형 태양전지는 전면의 그리드 핑거(grid finger)와 버스바(bus bar) 중 그리드 핑거는 전면에 그대로 두고 버스바를 후면에 옮긴 구조이며, 전면의 그리드 핑거와 후면의 버스바는 기판을 관통하는 비아홀(via hole)에 의해 연결된다.
MWT형 태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 기판(101) 전체면에 에미터층(102)이 구비되며, 상기 기판(101) 전면 상에는 반사방지막(103) 및 전면 그리드 전극(104)이 구비된다. 또한, 기판(101)의 후면에는 n 전극(105)과 p 전극(106)이 구비되며, 기판(101)을 관통하는 비아홀(108)을 매개로 상기 n 전극(105)과 전면 그리드 전극(104)이 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 p 전극(106)의 하부 즉, 기판 후면의 내부에는 전하 수집효율을 향상시키는 역할을 하는 후면전계층(back surface field)(p+)(109)이 구비되며, 후면전계층(109)과 p 전극(106)은 전면에 걸쳐 서로 접촉하는 구조를 갖는다.
이와 같은 MWT형 태양전지에 있어서, 상술한 바와 같이 후면전계층(109)과 p 전극(106)이 전면에 걸쳐 서로 접촉하는 구조를 이룸에 따라, 후면전계층과 p 전극 사이의 계면에서 재결합률(recombination rate)이 증가되어 궁극적으로 광전변환효율이 저하되는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 후면전계층과 p 전극 사이의 계면에서 발생되는 재결합을 최소화하여 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 MWT형 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 MWT형 태양전지는 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판의 후면 내부에 이격된 형태로 구비된 복수의 국부 후면전계층과, 상기 기판의 후면 상에 구비되며, 상기 국부 후면전계층의 일부를 선택적으로 노출시키는 재결합 억제층 및 상기 재결합 억제층 상에 구비되어 상기 국부 후면전계층과 전기적으로 연결되는 제 1 도전형의 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판을 수직 관통하는 비아홀이 구비되며, 상기 비아홀 주변의 기판 내부 및 기판의 둘레를 따라 에미터층이 구비될 수 있다. 또한, 상기 기판 전면 상에는 빛이 반사되는 것을 방지하는 역할을 하는 반사방지막이 구비되며, 상기 반사방지막 상에는 그리드 라인이 구비될 수 있다. 이와 함께, 상기 기판 후면 상에 n 전극이 구비되며, 상기 n 전극은 비아홀 내부로 연장되어 상기 비아홀 상측의 그리드 라인과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 재결합 억제층은 절연물질로 이루어지며, SiO2, SiNx, SiOxNy, Al2O3, SiC, 비정질 실리콘 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 MWT형 태양전지는 다음과 같은 효과가 있다.
후면전계층과 p 전극 사이의 접촉 면적이 최소화됨에 따라, 후면전계층과 p 전극 사이의 계면에서 발생되는 전자-정공의 재결합을 억제할 수 있으며, 이를 통해 태양전지의 광전변환효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 MWT형 태양전지의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지의 구성도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지를 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지는 먼저, 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(201)을 구비한다. 상기 기판(201)의 표면은 요철 형태로 가공되며, 이를 통해 기판(201) 표면에서의 빛 반사가 최소화된다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형이고, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
상기 기판(201)의 일측에는 상기 기판(201)을 관통하는 비아홀(202)이 구비되며, 상기 비아홀(202)은 전면의 에미터층(203)과 후면의 n 전극(206)을 서로 연결하는 매개체 역할을 한다. 상기 기판(201)의 전면과 후면의 내부 그리고 상기 비아홀(202) 주변의 기판(201) 내부에는 제 2 도전형의 불순물 이온 즉, n형의 불순물 이온이 주입된 에미터층(203)(emitter)이 구비된다.
또한, 상기 기판(201) 전면 상에는 빛이 반사되는 것을 방지하는 역할을 하는 반사방지막(204)이 구비되며, 상기 반사방지막(204) 상에는 그리드 라인(205)(grid line)이 구비된다. 이 때, 상기 그리드 라인(205)은 기판(201)의 양단을 가로지르는 직선 형태로 구비되고, 상기 비아홀(202)이 형성된 영역을 포함하는 형태로 구비되며 이에 따라, 상기 그리드 라인(205)의 일부는 상기 비아홀(202) 내부로 연장된 형태를 갖는다.
상기 기판(201) 후면 상에는 n 전극(206)이 구비되며, 상기 n 전극(206)은 비아홀(202) 내부로 연장되어 상기 비아홀(202) 상측의 그리드 라인(205)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 n 전극(206)은 기판(201) 후면의 에미터층(203) 및 비아홀(202) 주변의 에미터층(203)과도 전기적으로 연결된다.
한편, 기판(201) 후면 내부에는 일정 간격 이격된 형태로 복수의 국부 후면전계층(207)(back surface field)(p+)이 구비된다. 상기 복수의 국부 후면전계층(207)이 구비된 기판(201) 후면 상에는 재결합 억제층(208)이 구비되는데, 상기 재결합 억제층(208)은 상기 국부 후면전계층(207)과 후술하는 p 전극(209) 사이의 접촉 면적을 최소화하여 국부 후면전계층(207)과 p 전극(209)의 계면에서 발생되는 전자-정공의 재결합을 억제하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 수행하기 위해, 상기 재결합 억제층(208)은 상기 국부 후면전계층(207)의 일부 면적만이 노출되도록 상기 기판(201) 후면 상에 구비된다. 이 때, 상기 재결합 억제층(208)은 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하며 일 예로, SiO2, SiNx, SiOxNy, Al2O3, SiC, 비정질 실리콘 등으로 구성될 수 있다.
상기 재결합 억제층(208) 상에는 p 전극(209)이 구비된다. 상기 p 전극(209)은 상기 재결합 억제층(208) 및 국부 후면전계층(207)이 형성된 영역을 포함하는 형태로 구비된다. 이에 따라, 상기 재결합 억제층(208)에 의해 노출된 국부 후면전계층(207)은 상기 p 전극(209)과 전기적으로 연결된다.
201 : 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판
202 : 비아홀 203 : 에미터층
204 : 반사방지막 205 : 그리드 라인
206 : n 전극 207 : 국부 후면전계층
208 : 재결합 억제층 209 : p 전극

Claims (6)

  1. 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판;
    상기 기판의 후면 내부에 이격된 형태로 구비된 복수의 국부 후면전계층;
    상기 기판의 후면 상에 구비되며, 상기 국부 후면전계층의 일부를 선택적으로 노출시키는 재결합 억제층; 및
    상기 재결합 억제층 상에 구비되어 상기 국부 후면전계층과 전기적으로 연결되는 제 1 도전형의 전극을 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1 도전형의 전극은 상기 재결합 억제층 및 국부 후면전계층이 형성된 영역을 포함하는 형태로 구비되며,
    상기 재결합 억제층은 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈랩스루형 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 수직 관통하는 비아홀이 구비되며,
    상기 비아홀 주변의 기판 내부 및 기판의 둘레를 따라 에미터층이 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈랩스루형 태양전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 전면 상에는 빛이 반사되는 것을 방지하는 역할을 하는 반사방지막이 구비되며, 상기 반사방지막 상에는 그리드 라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈랩스루형 태양전지.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 후면 상에 n 전극이 구비되며, 상기 n 전극은 비아홀 내부로 연장되어 상기 비아홀 상측의 그리드 라인과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈랩스루형 태양전지.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 재결합 억제층은 SiO2, SiNx, SiOxNy, Al2O3, SiC, 비정질 실리콘 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈랩스루형 태양전지.
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