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KR101180813B1 - 태양 전지 - Google Patents

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KR101180813B1
KR101180813B1 KR1020110004862A KR20110004862A KR101180813B1 KR 101180813 B1 KR101180813 B1 KR 101180813B1 KR 1020110004862 A KR1020110004862 A KR 1020110004862A KR 20110004862 A KR20110004862 A KR 20110004862A KR 101180813 B1 KR101180813 B1 KR 101180813B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 한 예는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 있는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있고, 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극과 다른 방향으로 서로 이격되어 뻗어 있고, 상기 에미터부보다 높은 불순물 도핑 농도를 가지는 복수의 반도체 전극, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 인접한 두 반도체 전극 간의 간격은 0.02㎝이상 내지 0.2㎝이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.8㎝이다. 이로 인해, 제1 전극이나 반도체 전극으로 이동하는 전하의 이동 거리를 감소시켜 전하의 수집량을 증가시키므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍의 전자와 정공은 p-n 접합에 의해 각각 해당 방향, 즉, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 있는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있고, 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극과 다른 방향으로 서로 이격되어 뻗어 있고, 상기 에미터부보다 높은 불순물 도핑 농도를 가지는 복수의 반도체 전극, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 인접한 두 반도체 전극 간의 간격은 0.02㎝이상 내지 0.2㎝이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.8㎝이다.
인접한 두 반도체 전극 간의 간격은 0.2㎝초과 0.23㎝이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.7㎝일 수 있고, 인접한 두 반도체 전극 간의 간격은 0.23㎝초과 0.27㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.6㎝일 수 있으며, 인접한 두 반도체 전극 간의 간격은 0.27㎝초과 0.3㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.4㎝ 내지 0.5㎝일 수 있다.
상기 복수의 반도체 전극은 상기 복수의 제1 전극과 직교하는 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 있는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있고, 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극의 방향과 다른 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 부분과 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 뻗어 있는 복수의 제2 부분을 구비하고, 상기 에미터부보다 높은 불순물 도핑 농도를 가지는 복수의 반도체 전극, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 인접한 두 제1 부분간의 간격은 0.01㎝ 내지 0.35㎝이고, 인접한 두 제2 부분 간의 간격은 0.01㎝ 내지 0.4㎝이다.인접한 두 제1 전극간의 간격은 0.2㎝ 내지 1.2㎝일 수 있다.상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교할 수 있다.
상기 제2 방향은 상기 복수의 제1 전극의 연장 방향과 동일할 수 있다.
상기 에미터부는 70Ω/sq. 내지 90Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있고, 상기 복수의 반도체 전극은 5Ω/sq. 내지 15Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 각각은 80㎛ 내지 120㎛의 폭을 가질 수 있다.
상기 복수의 반도체 전극 각각은 20㎛ 내지 40㎛의 폭을 가질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 에미터부의 불순물 도핑 농도와 면저항값이 다른 복수의 반도체 전극을 형성하여, 제1 전극이나 반도체 전극으로 이동하는 전하의 이동 거리를 감소시켜 전하의 수집량을 증가시킨다. 이로 인해, 태양 전지의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 에미터부의 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전면 전극부와 그 하부에 위치한 에미터부를 도시한 평면도이다.
도 5는 인접한 두 전면 전극간의 간격과 인접한 두 제2 불순물 도핑부간의 간격 변화에 따른 실시예의 태양 전지에 대한 전력 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에서 전면 전극부와 그 하부에 위치한 에미터부를 도시한 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 인접한 두 제1 부분 간의 간격, 인접한 두 제2 부분간의 간격 및 인접한 두 전면 전극 간의 간격의 변화에 따른 태양 전지의 전력 변화를 도시한 그래프로서, 도 7은 인접한 두 제1 부분 간의 간격이 0.01㎝일 때이고, 도 8은 인접한 두 제1 부분 간의 간격이 0.11㎝일 때이며, 도 9는 인접한 두 제1 부분 간의 간격이 0.35㎝일 때이다.
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 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 불순물 도핑부(impurity doped region)(121), 불순물 도핑부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 불순물 도핑부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 기판(110)의 전면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함]에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(172), 그리고 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입을 갖고 있고 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 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 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 예에서, 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면 위에 위치한 불순물 도핑부(121)와 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있을 경우, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.불순물 도핑부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 빛이 입사되는 면, 즉, 기판(110)의 전면에 위치한다. 따라서 제2 도전성 타입의 불순물 도핑부(121)는 기판(110) 중 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 불순물 도핑부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 불순물 도핑부(1211)와 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)를 구비한다.
본 실시예에서, 제1 불순물 도핑부(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 불순물 도핑부(1212)의 불순물 도핑 두께보다 작다. 이와 같이, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)의 불순물 도핑 농도 역시 상이하다. 따라서, 제1 불순물 도핑부(1211)의 불순물 도핑 농도는 제2 불순물 도핑부(1212)의 불순물 도핑 농도보다 작다.
이처럼, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 기판(110)의 표면에서부터 제1 불순물 도핑부(1211)와 상기 기판(110)과의 p-n 접합면(제1 접합면)까지의 최단 거리(d1)와 기판(110)의 표면에서부터 제2 불순물 도핑부(1212)와 기판(110)과의 p-n 접합면(제2 접합면)까지의 최단 거리(d2)는 서로 상이하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 표면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리(d1)는 기판(110)의 표면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리(d2)보다 짧다.
또한, 기판(110) 내에서 제1 접합면과 제2 접합면은 기판(110)의 후면에 평행한 서로 다른 평행선에 위치하여, 기판(110)의 후면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리(d3)와 기판(110)의 후면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리(d4)는 다르다. 즉, 제1 최단 거리(d3)가 제2 최단 거리(d4)보다 크다.
이때, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 텍스처링 표면의 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에서 제1 최단 거리(d1, d3)와 제2 최단 거리(d2, d4)는 동일한 것으로 간주하다.
또한, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하다. 일반적으로 면저항값은 불순물 도핑 두께에 반비례하므로, 불순물 도핑 두께가 얇은 제1 불순물 도핑부(1211)의 면저항값이 제2 불순물 도핑부(1212)의 면저항값보다 크다. 예를 들어, 제1 불순물 도핑부(1211)의 면저항값은 약 70Ω/sq. 내지 약 90Ω/sq. 일 수 있고, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 면저항값은 약 5Ω/sq. 내지 약 15Ω/sq. 일 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시한 것처럼, 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)는 서로 이격되어 나란히 기판(110)의 정해진 한 방향을 따라 길게 뻗어 있다. 따라서 각 제2 불순물 도핑부(1212)는 스트라이프 형상을 갖고 있다.
각 제2 불순물 도핑부(1212)의 폭(W1)은 약 20㎛ 내지 약 40㎛이고, 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212) 간의 간격(W2)은 약 0.02cm내지 약 0.25cm이다.
이로 인해, 기판(110)과 불순물 도핑부(121)와의 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공은 해당하는 방향, 즉, 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 불순물 도핑부(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 불순물 도핑부(121) 쪽으로 이동한다.
불순물 도핑부(121)는 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 부분과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 불순물 도핑부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 불순물 도핑부(121)쪽으로 이동한다.
불순물 도핑부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 불순물 도핑부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 불순물 도핑부(121)와의 p-n 접합에 의해 전자와 정공의 이동이 이루어질 때, 불순물 도핑부(121)의 위치에 따라 면저항값과 불순물 도핑 농도가 서로 상이한 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)에 의해 전하의 이동 방향과 불순물에 의한 전하의 손실량이 달라지게 된다.
즉, 일반적으로 불순물 도핑부(121)의 면저항값이 높은 부분을 통해 이동할 때보다 면저항값이 낮을 부분을 통해 이동할 때, 전하의 이동은 보다 용이하게 행해지고, 또한, 불순물 도핑부(121)의 불순물 도핑 농도가 증가할 수록 해당 부분의 전도도는 증가하게 된다.
따라서, 본 예와 같이, 해당 전하(예, 전자)가 불순물 도핑부(121)로 이동할 경우, 높은 면저항값을 갖는 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치한 전하는 자신보다 낮은 면저항값을 갖고 있고 자신이 위치한 곳에서부터 가까운 곳에 위치하는 제2 불순물 도핑부(1212)으로 이동하게 된다. 이때, 제1 불순물 도핑부(1211)의 불순물 도핑 농도가 제2 불순물 도핑부(1212)에 비해 작기 때문에, 제1 불순물 도핑부(1211)에서 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동하는 도중 불순물에 의해 전하가 손실되는 양은 제2 불순물 도핑부(1212)을 통해 이동할 때보다 크게 줄어든다.
이와 같이, 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치한 전하들이 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동하면 이 제2 불순물 도핑부(1212)의 전도도는 제1 불순물 도핑부(1211)보다 크기 때문에, 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동한 전하는 해당 방향으로 뻗어 있는 제2 불순물 도핑부(1212)를 따라 이동하게 된다. 따라서 제2 불순물 도핑부(1212)는 전하를 전송하는 반도체 전극(semiconductor electrode)으로서 작용한다.
따라서, 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성하고, 이들 불순물 도핑부(1211, 1212) 중에서 제1 불순물 도핑부(1211)는 발생한 전하를 전면 전극부(140)이나 제2 불순물 도핑부(1212) 쪽으로 이동시키고 전하를 출력하는 전면 전극부(140)와 연결되어 있으므로 에미터부(emitter)로서 기능하고, 제2 불순물 도핑부(1212)는 이미 설명한 것처럼 반도체 전극으로서 기능하다.
이때, 제1 불순물 도핑부(1211)의 일부는 전면 전극부(140)와 접해 있고, 이 전면 전극부(140)는 금속을 함유하고 있으므로, 전면 전극부(140)의 전도도는 제1 불순물 도핑부(1211)뿐만 아니라 제2 불순물 도핑부(1212)보다도 훨씬 크다. 따라서, 전면 전극부(140)와 접하고 있는 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치하는 전하나 전면 전극부(140)와 인접하게 위치하고 있는 전하는 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하게 된다.
이와 같이, 제2 불순물 도핑부(1212)의 형성으로 인해, 전하는 전면 전극부(140)와 접해 있는 인접한 제1 불순물 도핑부(1211)을 통해 전면 전극부(140)로 이동할 뿐만 아니라 인접한 제2 불순물 도핑부(1212)로도 이동한다. 이로 인해, 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치한 전하는 전면 전극부(140)뿐만 아니라 반도체 전극인 제2 불순물 도핑부(1212)를 따라 이동한 후 전면 전극부(140)로 이동하게 된다. 결국, 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치한 전하는 전면 전극부(140)뿐만 아니라 제2 불순물 도핑부(1212)로도 이동하게 되므로 이동할 수 있는 전하의 이동 방향이 증가하고 이동 거리는 감소하게 된다. 따라서, 해당 불순물 도핑부(1211, 1212)로 이동하는 도중 손실되는 전하량이 감소하고, 결국 전면 전극부(140)로 전송되는 전하의 양이 증가하게 된다.
제1 불순물 도핑부(1211)의 면저항값이 약 90Ω/sq. 이하, 약 70Ω/sq. 이상일 경우, 제1 불순물 도핑부(1211)이 얇아서 기판(110)까지 빛이 도달할 확률이 증가해 기판(110)에서 생성되는 전하[즉, 캐리어(carrier)]가 증가하고 전하(예, 전자)의 이동경로가 짧아져 전자와 정공의 재결합될 확률이 낮아지므로, 결과적으로 단락 전류 밀도(Jsc)가 증가한다.
또한, 제2 불순물 도핑부(1212)의 면저항값이 약 15Ω/sq. 이하, 약 5Ω/sq. 이상일 경우, 제2 불순물 도핑부(1212)은 접촉 저항이 낮아져 제2 불순물 도핑부(1212) 상부에 위치하는 전면 전극(141)과의 접촉 시 전하의 손실을 줄이고 제2 불순물 도핑부(1212)의 두께가 두꺼워 전면 전극(141) 형성 시 전면 전극(141)이 제2 불순물 도핑부(1212)를 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 불량을 방지한다. 이로 인해 태양 전지(11)의 필팩터(fill factor, FF)가 향상된다.
제2 불순물 도핑부(1212) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가된다.
불순물 도핑부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 약 70㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가지며, 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 80㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 안정적이고 용이하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 불순물 도핑부(121)가 좀더 안정적으로 연결된다.
반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 실행한다. 따라서, 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능에 의해 결함에 의한 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 제1 불순물 도핑부(1211) 위에 위치하여, 제1 불순물 도핑부(1211)와 바로 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 따라서, 복수의 전면 전극(141) 하부에는 반사 방지부(130)가 존재하지 않는다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
본 예에서, 전면 전극(141)의 각 선폭(W3)은 약 80㎛ 내지 약 120㎛일 수 있고, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)은 0.3cm 내지 약 0.8cm일 수 있다.
각 전면 전극(141)의 선폭(W3)이 약 80㎛ 이상일 경우, 각 전면 전극(141)의 배선 저항이 좀더 감소하고 전도도가 좀더 안정적으로 확보되어 전하의 이동이 보다 안정적으로 행해지고, 전면 전극(141)의 공정이 좀더 용이해지고, 각 전면 전극(141)의 선폭(W3)이 약 120㎛ 이하일 경우, 입사 면적이 좀더 안정적으로 확보되어 입사 면적의 감소로 인해 전하 생성량이 줄어드는 것이 좀더 방지된다.
인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)이 약 0.3cm 이상일 경우, 전면 전극(141)으로 인한 빛의 입사 면적을 크게 감소시키지 않으므로 안정적으로 전하를 수집하고, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)이 약 0.8cm 이하일 경우, 전하의 이동 거리보다 넓은 간격(W4)으로 인해 전하가 인접한 전면 전극(141)으로 이동하지 못하고 손실되는 전하의 발생을 방지한다.
이때, 복수의 전면 전극(141)은 반도체 전극인 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 교차하는 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 4에 도시한 것처럼, 각 전면 전극(141)는 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 중첩하는 부분(CT)(이하, '접촉부'라 함)에서 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 중첩하는 부분을 제외하면, 각 전면 전극(141)은 제1 불순물 도핑부(1211)와 바로 접해 있다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 접해 있는 제1 불순물 도핑부(1211)를 통해 이동한 전하(예, 전자)를 수집한다. 또한, 복수의 전면 전극(141)은 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와의 각 접촉부(CT)에서 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 연결되어 있으므로, 각 제2 불순물 도핑부(1212)를 따라 이동한 전하는 각 접촉부(CT)를 통해서 연결된 해당 전면 전극(141)으로 수집된다.
이처럼, 복수의 전면 전극(141)이 형성되지 않은 부분에 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 반도체 전극인 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)를 형성함에 따라 전극[즉, 전면 전극(141) 또는 제2 불순물 도핑부(1212)]까지 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들게 된다. 따라서, 감소한 이동 거리에 의해, 인접한 전면 전극(141)이나 인접한 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동할 때 불순물이나 결함 등에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 복수의 제2 불순물 도핑부(1212) 위에는 투명한 반사 방지부(130)만 존재하고, 빛의 입사 면적을 감소시키는 금속 물질(예, Ag)을 함유한 전면 전극(141)이 위치하지 않는다. 따라서, 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)에 의한 입사 면적의 감소는 발생하지 않고, 대신 이미 기재한 것처럼, 전하의 이동 거리 감소와 전하 손실량 감소로 인해, 빛의 입사 면적을 감소시키지 않으면서 각 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다.
이때, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 폭(W1)은 이미 설명한 것처럼, 약 30㎛ 내지 40㎛이고, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 폭(W1)이 약 30㎛ 이상일 경우, 원하는 폭(W1)을 갖는 제2 불순물 도핑부(1212)가 좀더 용이하고 안정적으로 설계된다. 또한, 불순물의 도핑 농도가 증가할수록 불순물에 의한 전하의 손실량이 증가하게 된다. 따라서, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 폭(W1)이 약 40㎛ 이하일 경우, 고농도의 불순물 도핑 영역인 제2 불순물 도핑부(1212)의 증가로 인해 불순물에 의한 전하의 손실량을 좀더 감소시킨다. 따라서, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 폭(W1)이 약 40㎛ 이하일 경우, 좀더 안정적으로 제2 불순물 도핑부(1212)로 수집된 전하의 이동이 이루어져 복수의 전면 전극(141)으로의 전하 전송율이 향상된다.
인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)간의 간격(W2)이 0.02㎝ 이상일 경우, 제2 불순물 도핑부(1212)의 고농도 불순물 농도로 인해 손실되는 전하량을 감소시키고, 인접한 제2 불순물 도핑부(1212) 간의 간격(W2)이 0.25㎝ 이하일 경우, 전하의 이동 거리를 좀더 안정적으로 보상하여 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동하는 전하의 손실량을 감소시킨다.
이와 같이, 반도체 전극인 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)가 위치할 때, 인접한 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격(W2) 변화에 따라 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격(W4)은 변화 가능하다.
즉, 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격(W2)이 감소할 경우, 제2 불순물 도핑부(1212)의 형성 개수가 증가하여 전하의 이동 거리를 짧아지게 된다. 따라서 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)을 증가시켜도 제2 불순물 도핑부(1212)의 형성 면적이 증가하므로 전하의 수집량은 감소하지 않게 된다. 이 경우, 전면 전극(141) 간의 간격이 증가함에 따라 전면 전극(141)의 형성 면적이 감소하여 빛의 입사 면적이 증가한다. 따라서, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하는 효과가 발생한다.
이처럼, 인접한 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격(W2) 변화에 따라 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격(W4) 역시 변화 가능하므로, 도 5를 참고로 하여, 인접한 두 전면 전극간의 간격과 인접한 두 제2 불순물 도핑부간의 간격 변화에 따른 실시예의 태양 전지에 대한 전력(power) 변화를 살펴본다.
도 5에서 본 실시예에 따른 태양 전지의 제1 불순물 도핑부는 90Ω/sq.의 면저항값을 갖고 있고 제2 불순물 도핑부는 5Ω/sq.의 면저항값을 갖고 있다. 또한, 도 5에서 비교예에 따른 태양 전지는 반도체 전극으로 기능하는 제2 불순물 도핑부를 구비하고 있지 않으며 에미터부의 면저항값은 90Ω/sq. 이었고, 전면 전극간 간격은 0.21㎝이었다.
또한, 도 5에서, 파워 이득(power gain)은 비교예에 대한 실시예의 전력 증가율을 의미한다. 예를 들어, 파워 이득이 0%일 때는 비교예의 태양 전지와 실시예의 태양 전지에서 출력되는 전력은 서로 같은 상태를 의미하고, 파워 이득이 2%일 때는 비교예의 태양 전지에서 출력되는 전력보다 실시예의 태양 전지에서 출력되는 전력이 2% 향상되었음을 의미한다.
도 5은 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격을 0.02㎝에서 0.3㎝로 변화시킬 때, 본 실시예의 전력이 비교예보다 2%이상 상승한 인접한 두 전면전극(141) 간의 간격을 측정한 도면이다.
도 5에 도시한 것처럼, 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0.02㎝ 내지 0.3㎝를 유지할 경우, 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.8㎝을 유지하였다.
도 5를 기초로 하여 좀더 구체적으로 살펴보면, 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0.02㎝이 내지 0.2㎝일 경우, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.8㎝일 때 약 2% 이상의 전력이 상승하였다.
인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0.2㎝ 초과 0.23㎝ 이하일 경우, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.7㎝일 때 약 2% 이상의 전력이 상승하였으며,
인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0.23㎝ 초과 0.27㎝ 이하일 경우, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.6㎝일 때 약 2% 이상의 전력이 상승하였다.
또한, 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0.27㎝ 초과 내지 0.3㎝일 경우, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격은 0.4㎝ 내지 0.5㎝일 때 약 2% 이상의 전력이 상승하였다.
도 5에 도시한 것처럼, 이미 설명한 것처럼, 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 좁아짐에 따라 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격을 감소시켜 태양 전지의 효율을 비교예의 경우보다 상승함을 알 수 있습니다.
따라서 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격이 약 0.3cm 미만일 경우, 비록 전하의 이동 거리를 감소하지만, 늘어나는 전면 전극(141)의 개수로 인해 기판(110)의 빛 입사면적이 감소하게 된다. 즉, 전면 전극(141)이 금속 물질을 함유하고 있어 기판(110)으로 입사되는 빛을 차단하게 되어, 전면 전극(141)의 형성 면적이 늘어나면 기판(110)으로 빛을 입사시키는 입사면이 감소하는 결과가 초래된다. 이로 인해, 증가한 전면 전극(141)의 형성 면적으로 인해 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 감소하여 기판(110)에서 생성되는 전자와 정공의 양이 줄어들어, 결국 태양 전지(11)를 흐르는 단락 전류(Isc)가 줄어들어 태양 전지(11)의 전력 감소를 초래한다.
또한, 인접한 두 전면 전극(41)간의 간격이 약 0.8cm 초과할 경우, 전면 전극(141)간의 간격 증가로 인해, 전하의 이동 거리가 증가하여 전면 전극(141)으로 이동하는 도중 손실되는 전하의 양이 증가하고, 제2 불순물 부분(121)을 따라 이동하는 전하를 원활하게 수집하지 못하므로 태양 전지(11)의 전력은 역시 감소하게 된다.
이로인해 도 5에 도시한 그래프에 기초하면, 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격이 0,02㎝ 내지 0.3㎝ 중 하나를 가질 때, 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격은 약 0.3cm 내지 약 0.8cm 중 하나를 가질 수 있다.
도 5에서, 비교예에 대한 본 예의 인접한 두 전면 전극(141)간 간격과 인접한 두 제2 불순물 도핑부(1212)의 간격의 변화에 따른 전력 증가율이 2% 이상일 경우, 각 태양 전지의 전력 증가 효과가 안정적으로 얻어질 수 있다.
복수의 전면 버스바(142)는 제1 불순물 도핑부(1211)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과는 교차하는 방향, 예를 들어 직교하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다. 또한, 도 4에 도시한 것처럼, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 동일한 방향으로 뻗어 있다. 이로 인해, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 달리 제1 불순물 도핑부(1211)와만 접해 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 제1 불순물 도핑부(1211)으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
이러한 복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 따라서, 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
각 전면 버스바(142)은 약 1.5㎜ 내지 2㎜의 폭(W5)을 갖고 있다.
이와 같이, 인접한 전면 전극부(140)로의 전하 이동이 주로 행해지는 부분에서, 전면 전극부(140)는 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고 있는 제1 불순물 도핑부(1211)와 연결되어 있으므로 불순물로 인한 전하의 손실을 감소시켜 전하의 이동도가 향상되고, 복수의 제2 불순물 도핑부(1212)와 연결되는 각 전면 전극(141) 부분은 높은 불순물 도핑 농도를 갖고 있는 제2 불순물 도핑부(1212)와 연결되어 있으므로, 연결된 제2 불순물 도핑부(1212)에서부터 해당 전면 전극(141)으로의 전도도가 향상되어, 제2 불순물 도핑부(1212)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 전송량이 증가한다. 따라서 태양 전지(11)의 효율은 증가한다.
본 예에서, 반사 방지부(130)가 양(+)의 고정 전하(positive fixed charge)의 특성을 갖고 있는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어져 있으므로, 기판(110)이 p형 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)로의 전하 전송 효율이 향상된다. 즉, 반사 방지부(130)가 양 전하의 특성을 띄게 되므로, 양 전하인 정공의 이동을 방해한다.
즉, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 반사 방지부(130)가 양 전하의 특성을 띄게 될 때, 반사 방지부(130) 쪽으로 이동하는 음 전하인 전자는 반사 방지부(130)와 반대의 극성을 갖고 있으므로 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130) 쪽으로 끌어 당겨지고, 반면, 반사 방지부(130)와 동일한 극성을 갖는 양 전하인 정공은 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130)의 반대쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 양 극성의 실리콘 질화물(SiNx)에 의해, 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)로 이동하는 전자의 이동량은 좀더 증가되고, 이동을 원치 않은 전하(예, 정공)의 이동은 좀더 효율적으로 방지되어, 기판(110) 전면에서의 전하의 재결합량은 좀더 낮아진다.
본 예에서, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일한 재료로 이루어진다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 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 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다. 대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 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) 위에 위치하여, 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 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
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.
대안적인 예에서, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)의 후면에 바로 위치하여, 인접한 후면 전극(151)과 접해 있을 수 있다. 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)와 접해있는 기판(110)의 후면에는 후면 전계부(172)가 위치하지 않을 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 반도체부인 불순물 도핑부(121)와 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 불순물 도핑부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물 도핑부(121)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 불순물 도핑부(121) 쪽으로 이동한 전자는 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 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
또한, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 높은 불순물 농도를 갖는 복수의 제2 불순물 도핑부(1212), 즉 반도체 전극을 형성함에 따라, 불순물 도핑부(121)를 통해 이동하는 전하는 인접한 전면 전극(141)이나 인접한 전면 버스바(142)뿐만 아니라 인접한 반도체 전극인 제2 불순물 도핑부(1212)로도 이동한다. 따라서, 인접한 전면 전극(141)이나 반도체 전극인 제2 불순물 도핑부(1212) 또는 버스바(142)로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들어 전면 전극부(140)나 제2 불순물 도핑부(1212)로 이동하는 전하의 양이 증가한다. 또한, 전면 전극(141)과 접촉하는 제2 불순물 도핑부(1212)가 전도도가 높은 고농도 불순물 도핑 농도를 갖고 있으므로, 제2 불순물 도핑부(1212)로부터 전면 전극(141)으로의 전도도와 제2 제2 불순물 도핑부(1212)와 전면 전극(141)간의 접촉 저항이 감소하여, 제2 제2 불순물 도핑부(1212)로부터 전면 전극(141)으로의 전하 전송율이 향상된다. 이로 인해, 불순물 도핑부(121)에서 전면 버스바(142)로 전송되는 전하의 양이 증가하여, 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
다음, 도 6을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한다. 도 1 및 도 2와 비교할 때, 도 6에 도시한 태양 전지는 서로 다른 불순물 도핑 두께, 불순물 도핑 농도 및 면저항값을 갖는 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212a)를 구비한 불순물 도핑부(121a)의 배치 형상만 상이하고 다른 구성요소는 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 구체적인 도시와 설명은 생략한다.
즉, 도 6에 도시한 것처럼, 태양 전지는 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼 서로 다른 불순물 도핑 두께, 불순물 도핑 농도 및 면저항값을 갖는 제1 및 제2 불순물 도핑부(1211, 1212a)를 구비한 불순물 도핑부(121a) 그리고 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)로 이루어진 전면 전극부(140)를 구비하고 있다.
이미 설명한 것처럼, 제1 불순물 도핑부(1211)의 면저항값은 약 70Ω/sq. 내지 약 90Ω/sq. 일 수 있고, 각 제2 불순물 도핑부(1212)의 면저항값은 약 5Ω/sq. 내지 약 15Ω/sq. 일 수 있다.
하지만, 제2 불순물 도핑부(1212a)는 제1 방향, 예를 들어, 전면 버스바(142)과 나란한 방향으로 뻗어 있는 제1 부분(12a)뿐만 아니라 제1 방향과 다른 제2 방향, 예를 들어, 각 전면 전극(141)과 나란한 방향으로 뻗어 있는 제2 부분(12b)를 더 구비하고 있다. 이때 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제1 부분(12a)은 도 1 및 도 2의 제2 불순물 도핑부(1212)에 대응할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시한 것처럼, 불순물 도핑부(121a)는 전면 전극부(140)와 같이 격자 형상으로 기판(110)의 전면에 위치한다.
이때, 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제2 부분(12b)은 인접한 두 전면 전극(141) 사이에 하나 이상 존재한다. 따라서, 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제2 부분(12b)은 복수의 전면 전극(141)과 서로 다른 평행선 상에 위치한다.
도 1 및 도 2와는 달리, 본 예는 제2 불순물 도핑부(1212a)가 격자 형태로 배치되어 있으므로, 도 1 및 도 2의 제2 불순물 도핑부(1212)보다 기판(110)의 전면에 형성되는 형성 면적이 제2 부분(12b)만큼 증가한다. 이로 인해, 도 1 및 도 2의 경우보다 제1 불순물 도핑부(1211)에서 인접한 제2 불순물 도핑부(1212a)로 이동하는 전하의 이동 거리는 더욱 감소한다. 따라서 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제1 부분(12a)간의 간격은 도 1 및 도 2의 제2 불순물 도핑부(1212)간의 간격보다 증가해도 된다. 또한, 도 1 및 도 2의 경우에 비해 제2 불순물 도핑부(1212a)의 형성 면적이 증가하므로 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4) 역시 도 1 및 도 2의 경우의 간격(W4)보다 증가한다.
이와 같이, 제2 불순물 도핑부(1212a)가 전면 전극(141)과 나란하게 뻗어 있는 제2 부분(12b)을 구비하고 있고, 이로 인해, 제2 부분(12b)은 각 전면 버스바(142)를 가로질러 연장된다. 따라서, 도 6과 같이, 각 전면 버스바(142)는 제2 부분(12b)과 교차하는 부분에서는 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제2 부분(12b)과 접해있고, 나머지 부분에서는 제1 불순물 도핑부(1211)와 접해 있다.
이때, 제2 불순물 도핑부(1212a)의 제2 부분(12b)을 통해 전달되는 전하는 제1 부분(12a)과 교차하는 지점에서 교차한 제1 부분(12a)을 따라 제1 부분(12a)과 접해 있는 전면 전극(141)으로 이동하거나 또는 접해 있는 전면 버스바(142)로 이동하게 된다.
이와 같이, 반도체 전극으로서 기능하여 제1 불순물 도핑부(1211)에 위치한 전하를 수집하여 접해있는 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)로 전달하는 제2 불순물 도핑부(1212a)의 형성 면적이 증가함에 따라 전하의 이동 거리를 더욱더 감소하게 된다. 따라서, 이미 기재한 것처럼 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)과 제2 불순물 도핑부(1212a)의 인접한 두 제1 부분(12a) 간의 간격(L11)은 도 1 및 도 2에 도시한 경우보다 증가하여, 전면 전극(141)간의 간격 마진(margin)과 제1 부분(12a)간의 간격 마진이 증가한다.
본 예에서, 인접한 두 제1 부분(12a) 간의 간격(L11)은 0.01㎝ 내지 0.35㎝일 수 있고, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)은 0.2㎝ 내지 1.2㎝일 수 있다. 또한 인접한 두 제2 부분(12b) 간의 간격(L12)은 0.01㎝ 내지 0.4㎝일 수 있다.
다음, 도 7 내지 및 도 9를 참고로 하여, 인접한 두 제1 부분(12a) 간의 간격(L11), 인접한 두 제2 부분(12b) 간의 간격(L12) 및 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)의 변화에 따른 태양 전지의 전력 변화를 살펴본다.
도 5를 참고로 하여 이미 설명한 것처럼, 도 7 내지 도 9에서, 파워 이득(power gain)은 비교예에 대한 실시예의 전력 증가율을 의미하며, 비교예는 반도체 전극으로 기능하는 제2 불순물 도핑부를 구비하고 있지 않으며 에미터부의 면저항값은 90Ω/sq. 이었고, 전면 전극간 간격은 0.21㎝인 태양 전지이다.
도 7은 제2 불순물 도핑부(1212a)의 인접한 두 제1 부분(12a)간의 간격(L11)이 약 0.01㎝일 때 인접한 두 제2 부분(12b)의 간격(L12)과 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)을 변화시킴에 따라 변하는 전력을 도시한 그래프이다.
도 7에서, 제2 부분간의 간격(L12)이 0.0㎝에서 0.4㎝로 변할 경우, 전면 전극간(141)의 간격(W4)이 0.2㎝ 내지 1.2㎝의 범위 중 한 값을 가질 때 얻어지는 태양 전지의 전력 증가율은 약 1.8% 내지 3.3%이었다. 이때, 각 태양 전지의 전력 증가 효과가 안정적으로 얻어지는 2% 이상의 전력 증가율이 얻어지는 전면 전극(141)의 간격(W4)은 0.3㎝ 내지 1㎝이었다.
따라서, 제1 부분(12a) 간의 간격(L11)이 0.01㎝일 때, 제2 부분(12b)간의 간격(L12)은 0.01㎝ 내지 0.4㎝이고, 전면 전극(141)간의 간격(W4)은 0.3㎝ 내지 1㎝일 수 있다.
도 8은 제2 불순물 도핑부(1212a)의 인접한 두 제1 부분(12a)간의 간격(L11)이 약 0.11㎝일 때 인접한 두 제2 부분(12b)의 간격(L12)과 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)을 변화시킴에 따라 변하는 전력을 도시한 그래프로서, 도 8에서, 제2 부분간의 간격(L12)이 0.1㎝에서 0.4㎝로 변할 경우, 전면 전극간(141)의 간격(W4)이 0.2㎝ 내지 1.5㎝의 범위 중 한 값을 가질 때 얻어지는 태양 전지의 전력 증가율은 약 1.6% 내지 4.4%이었다. 이때, 약 2% 이상의 전력 증가율이 얻어지는 전면 전극(141)의 간격(W4)은 0.2㎝ 내지 1.2㎝이었다.
따라서, 제1 부분(12a) 간의 간격(L11)이 0.11㎝일 때, 제2 부분(12b)간의 간격(L12)은 0.01㎝ 내지 0.4㎝이고, 전면 전극(141)간의 간격(W4)은 0.2㎝ 내지 1.2㎝일 수 있다.
또한, 도 9은 제2 불순물 도핑부(1212a)의 인접한 두 제1 부분(12a)간의 간격(L11)이 약 0.35㎝일 때 인접한 두 제2 부분(12b)의 간격(L12)과 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격(W4)을 변화시킴에 따라 변하는 전력을 도시한 그래프이다. 도 9에서, 제2 부분간의 간격(L12)이 0.1㎝에서 0.12㎝로 변할 경우, 전면 전극간(141)의 간격(W4)이 0.2㎝ 내지 1.2㎝의 범위 중 한 값을 가질 때 얻어지는 태양 전지의 전력 증가율은 약 0.5% 내지 3.5%이었다. 이때, 약 2% 이상의 전력 증가율이 얻어지는 전면 전극(141)의 간격(W4)은 0.2㎝ 내지 1㎝이었다.
따라서, 제1 부분(12a) 간의 간격(L11)이 0.35㎝일 때, 제2 부분(12b)간의 간격(L12)은 0.01㎝ 내지 0.05㎝이고, 전면 전극(141)간의 간격(W4)은 0.1㎝ 내지 1㎝일 수 있다.
또한, 실시예의 경우 격자 형상으로 제2 불순물 도핑부가 형성되므로, 도 1 및 도 2의 경우와 비교할 때보다 태양 전지의 전력은 더욱더 향상된다.
예를 들어, 도 5를 참고로 할 경우, 전력 이득은 최대 약 3.2%인 반면, 도 7 내지 도 9를 참고로 할 경우, 전력 이득은 최대 4.4%였다.
위에 기재한 실시예들에서, 인접한 두 전면 전극(141) 간의 간격, 인접한 두 전면 전극(141) 사이에 위치하는 제2 불순물 도핑부(1212a)의 개수, 인접한 두 부분(12a 또는 12b) 간의 간격, 전면 버스바(142)의 개수 등은 단지 하나의 예로서 도시한 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11: 태양 전지 121: 불순물 도핑부
130: 반사 방지부 140: 전면 전극부
141: 전면 전극 142: 전면 버스바
150: 후면 전극부 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 172: 후면 전계부
1211: 제1 불순물 도핑부 1212, 1212a: 제2 불순물 도핑부
12a: 제2 불순물 도핑부의 제1 부분 12b: 제2 불순물 도핑부의 제2 부분

Claims (15)

  1. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판에 부분적으로 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 있는 제1 불순물 도핑부,
    상기 기판에 위치하고 상기 제1 불순물 도핑부와 연결되어 있으며, 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 제1 전극,
    상기 기판에서 상기 제1 불순물 도핑부가 위치하지 않는 부분에 위치하고, 상기 복수의 제1 전극의 연장 방향과 다른 방향으로 서로 이격되어 뻗어 있으며 상기 복수의 제1 전극과 중첩하는 부분에서 상기 복수의 제1 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 불순물 도핑부보다 높은 불순물 도핑 농도를 가지는 복수의 제2 불순물 도핑부, 그리고
    상기 기판에 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    인접한 두 제2 불순물 도핑부 간의 간격은 0.02㎝ 이상 0.2㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.8㎝인
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    인접한 두 제2 불순물 도핑부 간의 간격은 0.2㎝ 초과 0.23㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.7㎝인 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    인접한 두 제2 불순물 도핑부 간의 간격은 0.23㎝ 초과 0.27㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.3㎝ 내지 0.6㎝인 태양 전지.
  4. 제3항에서,
    인접한 두 제2 불순물 도핑부 간의 간격은 0.27㎝초과 0.3㎝ 이하이고, 인접한 두 제1 전극 간의 간격은 0.4㎝ 내지 0.5㎝인 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 제2 불순물 도핑부는 상기 복수의 제1 전극과 직교하는 방향으로 뻗어 있는 태양 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 불순물 도핑부는 70Ω/sq. 내지 90Ω/sq.의 면저항값을 갖고, 상기 복수의 제2 불순물 도핑부는 5Ω/sq. 내지 15Ω/sq.의 면저항값을 갖는 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 전극 각각은 80㎛ 내지 120㎛의 폭을 갖는 태양 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 제2 불순물 도핑부 각각은 20㎛ 내지 40㎛의 폭을 갖는 태양 전지.
  9. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판에 부분적으로 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 있는 제1 불순물 도핑부,
    상기 기판에 위치하고 상기 제1 불순물 도핑부와 연결되어 있으며, 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 복수의 제1 전극,
    상기 기판에서 상기 제1 불순물 도핑부가 위치하지 않는 부분에 위치하고, 상기 복수의 제1 전극의 연장 방향과 다른 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 부분과 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 뻗어 있는 복수의 제2 부분을 구비하며, 상기 제1 불순물 도핑부보다 높은 불순물 도핑 농도를 가지는 복수의 제2 불순물 도핑부, 그리고
    상기 기판에 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 불순물 도핑부의 상기 복수의 제1 부분과 중첩하는 부분에서 상기 복수의 제1 부분과 연결되어 있고,
    인접한 두 제1 부분간의 간격은 0.01㎝ 내지 0.35㎝이고, 인접한 두 제2 부분 간의 간격은 0.01㎝ 내지 0.4㎝인
    태양 전지.
  10. 제9항에서,
    인접한 두 제1 전극간의 간격은 0.2㎝ 내지 1.2㎝인 태양 전지.
  11. 제9항에서,
    상기 제1 불순물 도핑부는 70Ω/sq. 내지 90Ω/sq.의 면저항값을 갖고, 상기 복수의 제2 불순물 도핑부는 5Ω/sq. 내지 15Ω/sq.의 면저항값을 갖는 태양 전지.
  12. 제9항에서,
    상기 복수의 제1 전극 각각은 80㎛ 내지 120㎛의 폭을 갖는 태양 전지.
  13. 제9항에서,
    상기 복수의 제2 불순물 도핑부 각각은 20㎛ 내지 40㎛의 폭을 갖는 태양 전지.
  14. 제9항에서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하는 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 방향은 상기 복수의 제1 전극의 연장 방향과 동일한 태양 전지.
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