KR101699301B1 - 양면 수광형 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

양면 수광형 태양전지 모듈은 복수의 양면 수광형 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판; 및 광 투과성 전면 기판과 광 투과성 후면 기판 사이에 위치하며, 복수의 태양전지들을 보호하는 보호막을 포함한다. 보호막은 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상인 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어진다.

Description

양면 수광형 태양전지 모듈{BIFACIAL SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 양면 수광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.

광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.

태양광에 의해 발전하는 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.

통상의 태양전지 모듈은 하부 보호 부재로 불투명 재질의 시트를 사용하고 있으나, 최근에는 상기 하부 보호 부재로 광 투과성의 기판을 사용하여 채광성을 확보하거나, 태양전지의 후면도 광 입사 표면으로 활용하는 기술이 개발되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 양면 수광형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 양면 수광형 태양전지 모듈은 복수의 양면 수광형 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판; 및 광 투과성 전면 기판과 광 투과성 후면 기판 사이에 위치하며, 복수의 태양전지들을 보호하는 보호막을 포함한다.

보호막은 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상인 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어진다.

실리콘 수지는 실록산으로 이루어지며, 실록산은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함한다.

보호막은 태양전지와 광 투과성 전면 기판의 사이 공간 및 태양전지와 광 투과성 후면 기판의 사이 공간에 위치하며, 또한 인접한 태양전지의 사이 공간에도 위치한다.

태양전지는 기판, 기판의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부, 상기 기판의 전면에 위치하며 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극, 기판의 후면에 위치하는 후면 전계부 및 후면 전계부와 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.

태양전지는 제1 전극이 위치하지 않는 영역의 에미터부에 위치하는 제1 반사방지막과, 제2 전극이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부에 위치하는 제2 반사방지막을 더 포함할 수 있으며, 기판의 전면 및 후면 중 적어도 한 면은 텍스처링 표면으로 형성될 수 있다.

그리고 양면 수광형 태양전지 모듈은 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터를 더 포함한다.

이러한 특징에 따르면, 광 투과성 전면 기판은 물론 광 투과성 후면 기판을 통해 양면 수광형 태양전지로 입사되는 빛에 의해서도 발전이 일어나게 되므로, 단락전류밀도가 증가하여 효율이 증가한다.

그리고 보호막이 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상인 실리콘 수지, 특히 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 실록산으로 형성되므로, 자외선 노출로 인한 보호막의 탈색 문제 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 모듈의 내구성이 증가한다.

그리고 실리콘 수지는 기존에 보호막으로 사용하던 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다.

또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 EVA에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 주요부 확대 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 3에 도시한 양면 수광형 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 8은 도 5에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 9에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시한 태양전지의 주요부 확대 단면도이다.
도 14 내지 도 20는 도 12에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 22 내지 도 26은 도 21에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 27은 본 발명의 제5 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 주요부 단면도이다.
도 28은 본 발명의 제6 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 29는 도 28의 주요부 확대 단면도이다.
도 30 내지 도 33은 도 28에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 34 및 도 35는 도 33의 주요부 확대 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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.

본 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 복수의 양면 수광형 태양전지(10), 복수의 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 복수의 태양전지(10)를 보호하는 보호막(30), 태양전지(10)의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판(40), 및 태양전지(10)의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판(50)을 포함한다.

광 투과성 전면 기판(40)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(40)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.

보호막(30)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다.

본 실시예에서, 보호막(30)은 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상인 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어진다. 이때, 실리콘 수지는 액상 또는 필름 형태의 것을 사용할 수 있다.

실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)와 같은 실록산으로 이루어진다.

도 2를 참고하여 빛의 파장에 따른 실리콘 수지와 EVA의 빛 흡수계수(absorption coefficient, cm^-1)를 살펴보면 다음과 같다.

도 2에 도시한 그래프에서, "A" 그래프는 빛의 파장대에 따른 EVA의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이고, "B" 그래프는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이다.

실험에 사용된 EVA는 일반적으로 사용되는 제품이고, 그래프 "B"에 사용된 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS)이다.

도 2에 도시한 것처럼, 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 EVA의 빛의 흡수 계수가 PDMS보다 높다. 따라서, 단파장 대역에서의 빛 흡수율은 실리콘 수지가 EVA에 비해 낮다.

단파장 대역에서의 빛 흡수율이 낮다는 것은 단파장 대역의 빛을 잘 투과시킨다는 의미이다. 본 발명인의 실험에 의하면, 실리콘 수지, PDMS 또는 PDAS와 같은 실록산은 단파장 대역에서의 빛 투과율이 70% 이상인 것을 알 수 있었다.

따라서, 보호막(30)으로 실리콘 수지를 사용할 경우, 보호막(30)에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 태양 전지(10)의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 태양 전지 모듈의 출력 효율이 향상된다.

그리고, 자외선 노출로 인한 보호막의 탈색 문제 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 모듈의 내구성이 증가한다.

그리고 실리콘 수지는 기존에 보호막으로 사용하던 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다. 예를 들면, EVA는 대략 1.0㎜의 두께로 형성되지만, 실리콘 수지는 대략 0.7㎜ 내외의 두께로 형성되므로, 모듈의 두께를 대략 0.6㎜ 정도 줄일 수 있다.

또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 EVA에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축하는 것도 가능하다.

예를 들면, 실리콘 수지는 대략 100℃의 온도에서 경화되지만, EVA는 대략 165℃의 온도에서 경화된다. 따라서, 모듈화 공정을 낮은 온도에서 실시할 수 있다.

그리고 실리콘 수지를 경화하는 데에는 대략 1.5분(min) 정도의 시간이 소비되지만, EVA를 경화하는 데에는 대략 16분 정도의 시간이 소비된다. 따라서, 보호막의 경화 및 모듈화 공정에 소비되는 시간을 단축할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에 사용 가능한 양면 수광형 태양전지에 대해 설명한다.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지에 관한 도면으로서, 도 3은 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 주요부 확대 단면도이다. 그리고 도 5 내지 도 7 도 3에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이고, 도 8은 도 5에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.

태양전지는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(130), 제1 반사방지막(130)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 제1 전극(140), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(150), 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 반사방지막(160), 제2 반사방지막(160)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)를 포함한다.

기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.

기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다. 이때, 기판(110)은 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 것이 바람직하다.

하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.

기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.

이러한 기판(110)은 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다.

보다 구체적으로, 기판(110)은 에미터부(120)가 위치하는 전면(front surface)에 제1 텍스처링 표면(111)을 구비하고, 후면 전계부(150)가 위치하는 후면(back surface)에 제2 텍스처링 표면(113)을 구비한다.

기판(110) 전면(front surface)의 제1 텍스처링 표면(111)에 위치하는 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.

이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.

따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.

에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다. 이때, 에미터부(120)는 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.

이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.

에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.

기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 형성된 제1 반사방지막(130)은 금속 산화물(metal oxide) 계열의 물질을 포함한다.

예를 들면, 제1 반사방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 이루어지는 상부막(131)과, 에미터부(120)와 상부막(131) 사이에 위치하는 하부막(133)으로 형성된다.

하부막(133)은 실리콘 질화막과 빛 흡수계수(absorption coefficient) 또는 밴드갭(Eg)의 차이가 큰 물질, 예컨대 산화 알루미늄막(AlOx)으로 이루어질 수 있다.

이러한 구성의 하부막(133)을 포함하는 제1 반사방지막(130)은 기판(110)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사방지막으로 기능하며, 또한 패시베이션 막으로도 기능한다.

한편, 하부막(133)으로 산화 알루미늄막(133) 대신에 실리콘 산화막(SiOx: H)을 사용하는 것도 가능하다.

제1 반사방지막(130)은 에미터부(120)의 일부를 노출하는 복수의 제1 콘택 라인(CL1)을 포함한다. 그리고 제1 콘택 라인(CL1)을 통해 노출된 에미터부(120)에는 제1 전극(140)이 형성된다.

제1 전극(140)을 미세 선폭 및 높은 종횡비로 형성하기 위해, 제1 콘택 라인(CL1)은 20㎛ 내지 60㎛의 폭(W1)으로 형성되며, 에미터부(120)의 평면적의 2% 내지 6%의 평면적으로 형성된다.

제1 콘택 라인(CL1)을 상기 폭(W1)으로 형성하면, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(140)을 형성할 때, 제1 전극(140)을 20㎛ 내지 50㎛의 두께(T1)로 형성할 수 있다.

도 3은 에미터부(120)의 철부(凸部)로부터 제1 전극(140)의 상부 표면까지의 거리를 두께(T1)로 도시하였지만, 제1 전극(140)의 두께에 비해 에미터부(120)의 요부(凹部)로부터 철부까지의 높이 값이 크지 않으므로, 에미터부(120)의 요부로부터 제1 전극(140)의 상부 표면까지의 거리를 두께라 표현하는 것도 무방하다.

이러한 구조에 따르면, 제1 전극(140)은 높은 종횡비, 예를 들어 0.83 내지 1의 종횡비를 갖는다.

제1 콘택 라인(CL1)을 통해 노출된 에미터부(120)에 형성되는 제1 전극(140)은 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 제1 전극(140)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.

이러한 제1 전극(140)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다. 본 발명에서, 제1 전극(140)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제1 전극(140)은 핑거 전극용 집전부일 수도 있으며, 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.

본 실시예에서, 제1 전극(140)은 도금층으로 구성되며, 도금층은 에미터부(120) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층(141), 확산방지층(142) 및 도전층(143)을 각각 포함한다.

금속 시드층(141)은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni₂Si, NiSi, NiSi₂ 등을 포함)로 형성되며, 50㎚ 내지 200㎚의 두께로 형성된다.

여기에서 금속 시드층(141)의 두께를 상기 범위로 제한하는 이유는 두께가 50㎚ 미만일 경우 저항이 높고 균일한 막 형성이 어려워 이후에 실시되는 확산방지층(142)의 도금 공정에서 균일도(uniformity)를 확보하는 것이 용이하지 않고, 두께가 200㎚ 이상일 경우 열처리 과정에서 금속 시드층(141)이 일정한 비율로 실리콘 쪽으로 확산되어 니켈 실리사이드 층을 형성하기 때문에 니켈 확산으로 인한 션트 리키지(shunt leakage)가 발생될 수 있기 때문이다.

금속 시드층(141) 위에 형성되는 확산방지층(142)은 도전층(143)을 형성하는 물질이 금속 시드층(141)을 통해 실리콘 계면으로 확산됨으로 인해 정션 디그라데이션(junction degradation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된 니켈을 포함한다.

그리고 확산방지층(142) 위에 형성되는 도전층(143)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함한다. 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서 도전층(143)은 구리층(143a)을 포함한다. 구리층(143a)은 실질적인 전기적 도선으로 기능하며, 10㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성된다. 그런데, 구리의 경우 공기 중에서 쉽게 산화되며 모듈화 공정에서 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 예컨대 리본(도시하지 않음)을 구리층(143a)에 직접 솔더링(soldering)하는 것이 용이하지 않은 것으로 알려져 있다.

따라서, 도전층(143)이 구리층(143a)을 포함하는 경우에는 구리의 산화를 방지하고 리본의 솔더링 작업이 원활히 이루어지도록 하기 위해 구리층(143a) 위에 주석층(143b)이 더 형성되며, 주석층(143b)은 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된다.

물론, 구리층(143a) 외에 다른 금속 물질로 도전층을 형성하는 경우, 상기 다른 금속 물질이 공기 중에서 쉽게 산화되지 않고 리본과의 솔더링이 가능한 경우에는 주석층(143b)을 생략하는 것도 가능하다.

제1 전극(140)이 핑거 전극인 경우, 기판(110)의 전면(front surface)에는 핑거 전극으로 이동한 전하를 수집하는 집전부가 더 형성될 수 있다. 집전부는 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금 전극으로 형성할 수 있지만, 핑거 전극과는 달리 도전성 물질을 함유하는 도전 페이스트를 인쇄, 건조 및 소성하여 형성할 수도 있다.

기판(110)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 본 발명에서, 제2 전극(170)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제2 전극(170)은 핑거 전극용 집전부일 수도 있으며, 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.

제2 전극(170)은 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(170)은 은(Ag)으로 형성된다.

그리고 선저항을 확보하기 위해, 제2 전극(170)은 제1 전극(140), 보다 구체적으로 제1 콘택 라인(CL1)의 폭(W1)보다 큰 폭(W2)으로 형성되며, 제2 전극(170)간의 피치는 제1 전극(140)간의 피치보다 좁게 형성된다. 여기에서, 전극간의 피치는 인접한 전극간의 거리를 말한다.

제2 전극(170)이 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(150)는 기판(110)의 후면 전체에 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다. 이때, 후면 전계부(150)는 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.

후면 전계부(150)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.

제2 전극(170)이 위치하지 않는 상기 후면 전계부(150)의 후면에는 제2 반사방지막(160)이 위치하며, 제2 반사방지막(160)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성된다.

이러한 구성의 양면 수광형 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120) 및/또는 후면 전계부(150)를 통해 기판(110)으로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.

이때, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)이 제1 텍스처링 표면(111) 및 제2 텍스처링 표면(113)으로 각각 형성되므로, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 제1 및 제2 텍스처링 표면(111, 113)에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.

이에 더하여, 제1 반사방지막(130) 및 제2 반사방지막(160)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.

이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.

이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(150)를 통해 제2 전극(170)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 제1 전극(140)으로 이동한다.

따라서, 어느 한 태양전지의 제1 전극(140)과 인접한 태양전지의 제2 전극(170)을 인터커넥터(20) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 상기한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(110)의 전면(front surface)에 제1 텍스처링 표면(111), 에미터부(120) 및 제1 반사방지막(130)을 형성하고, 기판(110)의 후면(back surface)에 제2 텍스처링 표면(113), 후면 전계부(150) 및 제2 반사방지막(160)을 형성한다.

이하, 도 8을 참조하여 도 5에 도시한 구조의 기판 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.

실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 n형의 도전성 타입을 갖는 반도체 기판을 기판(110)을 제조한다.

한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.

따라서 기계적 손상층으로 인한 태양전지의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.

기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 전면(front surface)을 제1 텍스처링 표면(111)으로 형성하고, 기판(110)의 후면(back surface)을 제2 텍스처링 표면(113)으로 형성한다.

제1 텍스처링 표면(111) 및 제2 텍스처링 표면(113)을 형성한 후, 기판(110)의 전면 및 후면에 5가 원소의 불순물을 도핑하여 후면 전계부(150)를 형성한다.

그리고 실리콘 질화막(SiNx: H)으로 이루어진 제2 반사방지막(160)을 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(150)의 후면에 형성한다.

계속하여, 제2 반사방지막(160)을 마스크로 하여 기판(110)의 전면(front surface)을 에치백(etch back)함으로써 기판(110)의 전면에 형성된 후면 전계부(150)를 제거하고, 기판(110)의 전면(front surface)에 3가 원소의 불순물을 도핑하여 에미터부(120)를 형성한다.

이어서, 자연 산화막 제거를 위하여 기판을 불산(HF)으로 식각하고, 에미터부(120) 위에 제1 반사방지막(130)을 형성한다.

이때, 제1 반사방지막(130)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법을 이용하여 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(133)과 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(131)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다.

한편, 하부막(133)으로 산화 알루미늄막 대신에 실리콘 산화막(SiOx)을 형성하는 것도 가능하다.

이후, 습식 식각 또는 레이저를 이용한 건식 식각을 실시하여 일부 영역의 제1 반사방지막(130)을 제거하여 복수의 제1 콘택 라인(CL1)을 형성한다.

제1 콘택 라인(CL1)을 형성한 후, 은(Ag)과 글라스 프릿(glass frit)이 혼합된 도전 페이스트를 제2 반사방지막(160)의 아래에 전극 패턴으로 인쇄한 후, 건조 및 소성을 실시한다.

소성을 실시하면, 글라스 프릿에 함유된 납(Pb) 성분으로 인해 펀치 스루(punch-through) 작용이 발생되므로, 후면 전계부(150)와 전기적 및 물리적으로 연결된 제2 전극(170)이 형성된다.

제2 전극(170)을 형성한 후에는 도금 공정을 이용하여 제1 전극(140)을 형성한다. 이하, 제1 전극(140)의 형성 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

제1 반사방지막(130)의 전체 표면 및 제1 콘택 라인(CL1)을 통해 노출된 에미터부(120) 위에 금속 시드층(141)을 형성한다. 금속 시드층(141)은 진공 방법, 예컨대 스퍼터링법 또는 전자 빔 증착법을 실시하여 50㎚ 내지 200㎚의 두께로 니켈을 증착한 후, 질소 분위기에서 300℃ 내지 600℃의 온도로 열처리를 실시하는 것에 따라 형성할 수 있다.

또한, 니켈 무전해도금 공정을 이용하여 50nm 내지 200nm의 두께로 니켈을 증착한 후, 질소 분위기에서 300℃ 내지 600℃의 온도로 열처리를 실시하는 것에 따라 금속 시드층(141)을 형성할 수 있다.

이러한 공정에 따르면 니켈 실리사이드(Ni₂Si, NiSi, NiSi₂)로 이루어진 금속시드층(141)이 형성된다.

다음, 금속 시드층(141)의 일부 영역에 확산방지층(142) 및 도전층(143)을 형성하기 위하여 금속 시드층(141) 위에 배리어 막을 형성하고, 전해도금을 실시하여 5㎛ 내지 15㎛의 두께를 갖는 니켈 확산방지층(142), 10㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖는 구리층(143a) 및 5㎛ 내지 15㎛의 두께를 갖는 주석층(143b)을 금속 시드층(141) 위에 순차적으로 형성한다.

이후, 배리어 막을 제거한 후 주석층(143b)을 마스크로 이용한 식각 공정을 실시하여 금속 시드층(141)의 노출 영역을 제거하여 제1 전극(140)을 형성한다.

이하에서는 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 10 및 도 11은 도 9에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.

본 실시예의 태양전지는 기판 전면의 구조가 전술한 실시예와 동일하므로, 이하에서는 기판 후면의 구조에 대해서만 설명한다.

기판(210)의 전면에는 에미터부(220), 상부막(231) 및 하부막(233)으로 이루어진 제1 반사방지막(230), 제1 전극(240)이 위치하고, 기판(210)의 후면에는 후면 전계부(250), 제2 반사방지막(260) 및 제2 전극(270)이 위치한다.

이때, 제1 전극(240)과 제2 전극(270)은 전술한 제1 실시예의 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금 공정에 의해 형성된다.

제2 전극(270)을 형성하기 위해, 제2 반사방지막(260)은 후면 전계부(250)의 일부를 노출하는 복수의 제2 콘택 라인(CL2)을 포함한다.

선저항을 확보하기 위해 제2 콘택 라인(CL2)은 제1 콘택 라인(CL1)의 폭(W1)보다 큰 폭(W3), 예를 들어 40㎛ 내지 100㎛의 폭(W3)으로 형성되고, 후면 전계부(250) 전체 평면적의 5% 내지 15%의 평면적으로 형성된다. 그리고, 제2 전극(270)간의 피치는 제1 전극(240)간의 피치보다 좁게 형성된다.

구체적으로 도시하지는 않았지만, 도금 공정으로 형성되는 제2 전극(270)은 전술한 제1 실시예의 제1 전극(140)과 마찬가지로, 제2 콘택 라인(CL2)을 통해 노출된 후면 전계부(250)에 순차적으로 적층된 금속 시드층, 확산방지층, 구리층 및 주석층으로 형성될 수 있다.

이러한 구성의 태양전지는 다음에 설명하는 방법에 따라 제조할 수 있다.

본 실시예의 태양전지를 제조하는 방법에 있어서, 기판의 양쪽 표면에 제1 텍스처링 표면 및 제2 텍스처링 표면을 각각 형성하는 단계; 기판 전면(front surface)의 제1 텍스처링 표면에는 에미터부를 형성하고, 기판 후면(back surface)의 제2 텍스처링 표면에는 후면 전계부를 형성하는 단계; 에미터부의 전면(front surface)에는 제1 반사방지막을 형성하고, 후면 전계부의 후면에는 제2 반사방지막을 형성하는 단계까지는 전술한 제1 실시예의 도 8과 동일하다. 따라서, 이하에서는 그 다음 단계부터 설명한다.

텍스처링 표면을 갖는 기판(210)에 에미터부(220), 제1 반사방지막(230), 후면 전계부(250) 및 제2 반사방지막(260)을 형성한 후, 제1 반사방지막(230)에는 복수의 제1 콘택 라인(CL1)을 형성하고, 제2 반사방지막(260)에는 복수의 제2 콘택 라인(CL2)을 형성한다.

이때, 제1 콘택 라인(CL1) 및 제2 콘택 라인(CL2)은 습식 식각 또는 레이저를 이용한 건식 식각을 실시하여 일부 영역의 제1 반사방지막(230) 및 제2 반사방지막(260)을 각각 제거하는 것에 따라 형성할 수 있다.

레이저를 이용한 건식 식각에 의해 제1 콘택 라인(CL1) 및 제2 콘택 라인(CL2)을 형성하는 경우, 레이저에 의해 손상된 에미터부(220)의 손상부(221) 및 후면 전계부(250)의 손상부(251)를 제거하기 위해 불산(HF) 용액으로 한번의 식각을 더 실시할 수 있다.

제1 콘택 라인(CL1) 및 제2 콘택 라인(CL2)을 형성한 후, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(240) 및 제2 전극(270)을 형성한다.

이상에서는 제1 전극(240) 및 제2 전극(270)을 다층 구조의 다중막으로 각각 형성하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 딥핑(deeping) 방식을 이용하는 경우에는 제1 전극(240) 및 제2 전극(270)을 단일막 구조로 형성하는 것도 가능하다.

이하, 도 12 내지 도 20을 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 13은 도 12에 도시한 태양전지의 주요부 확대 단면도이며, 도 14 내지 도 20은 도 12에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.

본 실시예의 태양전지는 기판(310), 기판의 전면에 위치하는 에미터부(320)와 제1 반사방지막(330) 및 제1 전극(340), 기판(310)의 후면에 위치하는 후면 전계부(350)와 제2 반사방지막(360) 및 제2 전극(370)을 포함한다.

후면 전계부(350)는 기판(310)의 후면과 측면 전체 및 기판 전면의 일부, 예컨대 기판 전면의 테두리에 위치한다. 따라서, 빛에 의해 생성된 전하(carrier)가 내부 전계(電界)에서 유효하게 수집된다.

제2 전극(370)은 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(370)은 은(Ag) 또는 은(Ag)과 알루미늄의 혼합물(Ag:Al)로 형성될 수 있다.

이와는 달리, 제2 전극(370)은 금속 물질을 도금하여 형성한 도금층으로 형성될 수도 있다. 이때, 도금층은 니켈 실리사이드(Ni₂Si, NiSi, NiSi₂)로 이루어진 금속 시드층, 니켈 확산방지층, 구리층 및 주석층을 포함할 수 있으며, 이 외에도 다양한 층 구조를 가질 수 있다.

제2 반사방지막(360)은 제2 전극(370)이 위치하는 영역을 제외한 기판(310)의 후면 전체와 측면 전체, 그리고 기판 전면의 테두리 부분에 위치한다.

이때, 제2 반사방지막(360) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분은 대략 1㎜ 이하의 폭(W4)으로 형성된다.

그리고 후면 전계부(350) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 제2 반사방지막(360) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭(W4)과 동일하거나, 상기 폭(W4)보다 작게 형성된다.

즉, 후면 전계부(350)의 단부는 도 13에 도시한 바와 같이 제2 반사방지막(360)의 단부보다 몰입될 수 있지만, 동일 선상에 위치할 수도 있다. 따라서 에미터부(320)와 전기적으로 절연된다.

제2 반사방지막(360)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성될 수 있다.

기판(310)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(320)는 위에서 설명한 바와 같이 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 후면 전계부(350)의 단부와 이격된 상태에서 제1 텍스처링 표면(311)에 형성된다.

이때, 에미터부(320)의 단부는 제2 반사방지막(360)의 단부와 동일선상에 위치할 수 있다.

에미터부(320) 위에 위치하는 제1 반사방지막(330)은 그의 단부가 기판 후면의 테두리 부분에 위치하도록 연장되어 형성된다. 이때, 제1 반사방지막(330) 중에서 기판 후면의 테두리 부분에 위치하는 부분은 제2 반사방지막(360)과 마찬가지로 대략 1㎜ 이내의 폭으로 형성될 수 있다.

따라서, 기판(310)의 측면은 물론 기판 전면의 테두리 부분과 후면 테두리 부분에서는 후면 전계부(350), 제2 반사방지막(360) 및 제1 반사방지막(330)이 서로 중첩한다.

도시하지는 않았지만, 제1 반사방지막(330)은 기판 전면의 테두리 부분을 제외한 에미터부(320)의 전체 면에 형성되거나, 기판 전면의 테두리 부분까지만 연장되어 형성될 수도 있다.

제1 반사방지막(330)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성된 상부막(331)과 산화 알루미늄막(AlOx)으로 형성된 하부막(333)으로 이루어진다.

한편, 하부막(333)으로는 산화 알루미늄막 대신에 열 산화막(thermal oxide)이 사용될 수도 있다.

복수의 제1 전극(340)은 제2 전극(370)과 동일한 폭 및 피치로 형성된다. 하지만, 제1 전극(340)의 폭은 제2 전극(370)의 폭보다 좁게 형성될 수도 있다.

이러한 복수의 제1 전극(340)은 제2 전극(370)과 마찬가지로 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(140)은 은(Ag)으로 형성되거나, 은(Ag)과 알루미늄(Al)이 혼합된 혼합물(AgAl)로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 제1 전극(140)은 도금층으로 형성될 수도 있다.

이하, 도 14 내지 도 20을 참조하여 상기한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

기판(310)의 전면 및 후면을 제1 텍스처링 표면(311) 및 제2 텍스처링 표면(313)으로 각각 형성한 후, 기판(310)의 전면과 후면 및 측면에 5가 원소의 불순물을 도핑하여 후면 전계부(350)를 형성한다.

그리고 실리콘 질화막(SiNx: H)으로 이루어진 제2 반사방지막(360)을 기판(310)의 후면 및 측면의 전체와 기판 전면의 테두리 부분에 형성하고, 제2 반사방지막(360)을 마스크로 하여 기판(310)의 전면(front surface)을 에치백(etch back)함으로써 기판(310)의 전면에 형성된 후면 전계부(350)를 제거한다.

이때, 후면 전계부(350)와 에미터부(320)의 전기적 절연이 확실히 이루어지도록 하기 위해, 후면 전계부(350)의 단부가 제2 반사방지막(360)의 단부 안쪽으로 몰입되도록 에치백을 실시할 수 있다.

에치백을 실시한 다음, 기판(310)의 전면(front surface)에 3가 원소의 불순물을 도핑하여 에미터부(320)를 형성한다.

이때, 기판 전면의 테두리 부분에는 제2 반사방지막(360)이 위치하고 있으므로, 제2 반사방지막(360)이 불순물의 확산 방지 기능을 하게 된다.

따라서, 에미터부(320)는 제2 반사방지막(360)에 의해 덮여있지 않은 영역의 제1 텍스처링 표면(311)에 형성되고, 이로 인해 후면 전계부(350)와 전기적으로 절연된다.

이어서, 자연 산화막 제거를 위하여 기판을 불산(HF)으로 식각하고, 에미터부(320) 위에 제1 반사방지막(330)을 형성한다.

이때, 제1 반사방지막(330)은 하부막(333)과 상부막(331)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다.

한편, 제1 반사방지막(330)은 도 19에 도시한 바와 같이 기판 후면의 테두리 부분까지 연장하여 형성한다. 하지만, 제1 반사방지막(330)은 에미터부(320) 위에만 형성하거나, 기판 전면의 테두리 부분까지만 형성할 수도 있다.

이러한 방법에 따르면, 기판 전면의 테두리 부분, 기판의 측면 및 기판 후면의 테두리 부분에는 후면 전계부(350), 제2 반사방지막(360) 및 제1 반사방지막(330)이 위치한다.

이후, 기판(310)의 전면(front surface)에는 제1 도전 페이스트(341)를 제1 전극 패턴으로 인쇄하고, 기판(310)의 후면(back surface)에는 제2 도전 페이스트(371)를 제2 전극 패턴으로 인쇄한 후, 소성 공정을 실시한다.

이때, 제1 도전 페이스트(341)는 은(Ag)과 알루미늄(Al)의 혼합물(AgAl)과 글라스 프릿(glass frit)이 혼합된 물질이며, 제2 도전 페이스트(371)는 은(Ag)과 글라스 프릿이 혼합된 물질이다.

하지만, 제1 도전 페이스트(341) 및 제2 도전 페이스트(371)에 함유된 도전성 물질은 상기 물질 외에도 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질일 수 있다.

제1 도전 페이스트(341) 및 제2 도전 페이스트(371)의 소성 공정을 실시하면, 글라스 프릿에 함유된 납(Pb) 성분으로 인해 펀치 스루(punch-through) 작용이 발생된다.

따라서, 에미터부(320)와 전기적 및 물리적으로 연결된 제1 전극(340)이 형성되고, 또한 후면 전계부(350)와 전기적 및 물리적으로 연결된 제2 전극(370)이 형성된다.

도면에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(340) 및 제2 전극(370)을 전술한 제2 실시예와 마찬가지로 도금층으로 형성하는 것도 가능하다.

이하, 도 21 내지 도 26을 참고하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 22 내지 도 26은 도 21에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.

본 실시예의 태양전지는 기판(410), 기판의 전면에 위치하는 에미터부(420)와 제1 반사방지막(430) 및 제1 전극(440), 기판(410)의 후면에 위치하는 후면 전계부(450)와 제2 반사방지막(460) 및 제2 전극(470)을 포함한다.

기판(410) 전면(front surface)의 에미터부(420) 위에 형성된 제1 반사방지막(430)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(431)과, 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)의 이중막으로 형성된다.

이때, 제1 반사방지막(430)에서의 빛 반사도를 최소화 하기 위해, 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)은 1.55 내지 1.7의 굴절률을 가지며, 50㎚ 이하의 두께(T2)로 형성된다. 그리고 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(431)은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖고, 50㎚ 내지 100㎚의 두께(T3)로 형성된다.

본 발명인의 실험에 의하면, 제1 반사방지막(430)이 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433) 및 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(431)의 이중막으로 구성될 때, 각 막(431, 433)의 굴절률 및 두께가 상기 범위에 속하는 경우 제1 반사방지막(430)에서의 빛 반사도가 가장 낮은 것을 알 수 있었다.

한편, 도 27에 도시한 바와 같이, 제5 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지는 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)과 에미터부(420) 사이에 위치하는 실리콘 산화막(435)을 더 포함한다. 이때, 실리콘 산화막은 1㎚ 내지 2㎚의 두께(T4)로 형성될 수 있다.

이 경우, 제1 반사방지막(430)은 실리콘 산화막(435), 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433) 및 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(431)의 삼중막으로 구성된다.

제1 전극(440)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다. 본 실시예에서, 제1 전극(440)은 은(Ag)과 알루미늄(Al)이 혼합된 혼합물(Ag:Al)로 형성된다.

제2 전극(470)은 제1 전극(440)과 마찬가지로, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 은(Ag)으로 형성된다.

그리고 제1 전극(440)의 폭(W5)과 제2 전극(470)의 폭(W2)은 서로 동일하게 형성된다(W5=W2).

제2 반사방지막(460)은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖는 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되고, 50㎚ 내지 300㎚의 두께(T5)로 형성된다.

이하, 도 22 내지 도 26을 참고하여 상기한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 기판(410)을 제조한다.

이어서, 기계적 손상층(mechanical damage layer)을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(410)의 양쪽 표면을 제1 텍스처링 표면(411) 및 제2 텍스처링 표면(413)으로 각각 형성한다.

다음으로, 기판(410)의 한쪽 면, 예를 들어 제1 텍스처링 표면(411)에 3가 원소의 불순물을 도핑하여 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 갖는 에미터부(420)를 형성하고, 기판(410)의 다른 쪽 면, 예를 들어 제2 텍스처링 표면(413)에 5가 원소의 불순물을 도핑하여 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 갖는 후면 전계부(450)를 형성한다.

이어서, 자연 산화막 제거를 위하여 기판(410)을 불산(HF)으로 식각하고, 에미터부(420) 위에 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)을 형성한다.

하부막(433)은 반사방지 기능 외에 패시베이션 막으로도 기능하는 것으로, 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.

이때, 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)은 1.55 내지 1.7의 굴절률과 50㎚ 이하의 두께(T2)를 갖도록 형성한다.

한편, 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(433)을 형성하면, 하부막(433)과 에미터부(420)의 계면에는 1㎚ 내지 2㎚의 두께(T4)로 실리콘 산화막(435)이 형성될 수 있다.

하부막(433)을 형성한 다음, 하부막(433)과 후면 전계부(450) 위에 실리콘 질화막을 각각 증착하여 상부막(431) 및 제2 반사방지막(460)을 형성한다.

실리콘 질화막은 하부막(433)과 마찬가지로 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.

이때, 하부막(433) 위에 위치하는 상부막(431)은 1.9 내지 2.3의 굴절률과 50㎚ 내지 100㎚의 두께(T3)를 갖도록 형성하며, 후면 전계부(450)의 후면에 위치하는 제2 반사방지막(460)은 1.9 내지 2.3의 굴절률과 50㎚ 내지 300㎚의 두께(T5)를 갖도록 형성한다.

이후, 기판(410)의 전면(front surface)에는 은(Ag)과 알루미늄(Al)의 혼합물(Ag:Al)과 글라스 프릿(glass frit)이 혼합된 제1 도전 페이스트(441)를 제1 전극 패턴으로 인쇄하고, 기판(410)의 후면(back surface)에는 은(Ag)과 글라스 프릿이 혼합된 제2 도전 페이스트(471)를 제2 전극 패턴으로 인쇄한 후, 소성 공정을 실시하여 제1 전극(440) 및 제2 전극(470)을 형성한다.

이하, 도 28 내지 도 35를 참고하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 28은 본 발명의 제6 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 29는 도 28의 주요부 확대 단면도이다. 그리고 도 30 내지 도 33은 도 28에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이고, 도 34 및 도 35는 도 33의 주요부 확대 단면도이다.

본 실시예의 태양전지는 기판(510), 기판의 전면에 위치하는 에미터부(520)와 제1 반사방지막(530) 및 제1 전극(540), 기판(510)의 후면에 위치하는 후면 전계부(550)와 제2 반사방지막(560) 및 제2 전극(570)을 포함한다.

제1 반사방지막(530)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(531)과, 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(533)의 이중막으로 형성된다. 여기에서, 하부막(533)으로 산화 알루미늄막 대신에 실리콘 산화막을 사용하는 것도 가능하다.

제1 반사방지막(530)은 에미터부(520)의 일부를 노출하는 복수의 개구부, 즉 라인 패턴으로 형성된 복수의 제1 콘택 라인(CL1)을 포함한다. 그리고 제1 콘택 라인(CL1)을 통해 노출된 에미터부(520)에는 제1 전극(540)이 형성된다.

이때, 기판(510)과 인접한 하부막(533)에 위치하는 개구부의 최대 폭과 상부막(531)에 위치하는 개구부의 최대 폭은 서로 다르게 형성되며, 하부막(533)에 위치하는 개구부의 면적 및 평균 지름은 상부막(531)에 위치하는 개구부의 면적 및 평균 지름보다 크게 형성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1 콘택 라인(CL1)은 상부막(531)에 위치하는 제1 부분(CL1-1)과 하부막(533)에 위치하는 제2 부분(CL1-2)을 포함하며, 제1 부분(CL1-1)의 최대 폭과 제2 부분(CL1-2)의 최대 폭은 서로 다르게 형성된다.

이때, 제1 부분(CL1-1)은 균일한 폭(W1-1)으로 형성되고, 제2 부분(CL1-2)은 제1 부분(CL1-1) 쪽의 폭(W1-2)이 기판(510) 쪽의 폭(W1-3)보다 넓게 형성된다. 따라서, 제1 부분(CL1-1)의 최대 폭은 W1-1이 되고, 제2 부분(CL1-2)의 최대 폭은 W1-2가 되며, 제2 부분(CL1-2)의 최소 폭은 W1-3이 된다.

이러한 구조에 따르면, 제1 부분(CL1-1)에 의해 노출된 상부막(531)의 측면은 일직선 형상으로 형성되고, 제2 부분(CL1-2)에 의해 노출된 하부막(533)의 측면은 곡면 형상으로 형성된다.

그리고 제2 부분(CL1-2)의 상단부의 폭(W1-2)은 제1 부분(CL1-1)의 폭(W1-1)보다 크게 형성되고, 제1 부분(CL1-1)은 상단부의 폭과 하단부의 폭이 서로 동일한 폭(W1-1)으로 형성된다.

제2 부분(CL1-2)은 상단부의 폭(W1-2)이 하단부의 폭(W1-3)보다 넓게 형성되고, 제2 부분(CL1-2)의 하단부의 폭(W1-3)은 제1 부분(CL1-1)의 하단부의 폭(W1-1)보다 넓게 형성된다.

여기에서, 제1 부분(CL1-1)의 하단부의 폭은 상부막(531)의 하부 표면에서 측정한 상부막(531) 사이의 이격 거리를 말하고, 제1 부분(CL1-1)의 상단부의 폭은 상부막(531)의 상부 표면에서 측정한 상부막(531) 사이의 이격 거리를 말한다.

그리고 제2 부분(CL1-2)의 상단부의 폭(W1-2)은 하부막(533)의 상부 표면에서 측정한 하부막(533) 사이의 이격 거리를 말하고, 제2 부분(CL1-2)의 하단부의 폭(W1-3)은 하부막(533)의 하부 표면에서 측정한 하부막(533) 사이의 이격 거리를 말한다.

따라서, 제1 전극(540)과 상부막(531)의 접촉면은 평탄한 면으로 형성되고, 제1 전극(540)과 하부막(533)의 접촉면은 곡면으로 형성된다.

한편, 제2 부분(CL1-2)의 상단부의 폭(W1-2)과 하단부의 폭(W1-3)은 제1 방사방지막(530)의 식각 조건에 따라 조절이 가능하다.

제1 콘택 라인(CL1)의 제1 부분(CL1-1)의 폭(W1-1)은 20㎛ 내지 60㎛로 형성되고, 제1 콘택 라인(CL1)의 제1 부분(CL1-1)의 평면적은 에미터부(520)의 평면적의 2% 내지 6%로 형성할 수 있다.

제1 콘택 라인(CL1)의 제1 부분(CL1-1)의 폭(W1-1)을 상기 범위로 형성하면, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(540)을 형성할 때, 제1 전극(540)을 20㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성할 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 제1 전극(540)은 높은 종횡비, 예를 들어 0.83 내지 1의 종횡비를 갖는다.

제1 콘택 라인(CL1)을 통해 노출된 에미터부(520)에 형성되는 제1 전극(540)은 도금층으로 구성되며, 도금층은 에미터부(520) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층(541), 확산방지층(542) 및 도전층(543)을 각각 포함하며, 도전층(543)은 구리층(543a) 및 주석층(543b)을 포함할 수 있다.

이와는 달리, 제1 전극(540)은 도전성 물질, 예컨대 은(Ag)을 함유하는 도전 페이스트로 이루어질 수도 있다.

제2 반사방지막(560)은 전술한 제1 반사방지막(530)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 반사방지막(560)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 이루어지는 상부막(561)과, 산화 알루미늄막(AlOx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어지는 하부막(563)으로 형성된다.

하지만, 제2 반사방지막(560)의 상부막(561) 및 하부막(563)은 제1 반사방지막(530)의 상부막(531) 및 하부막(533)과 동일한 재질로 이루어지지 않을 수도 있다.

제2 반사방지막(560)은 후면 전계부(550)의 일부를 노출하는 복수의 개구부, 예컨대 라인 패턴으로 형성된 복수의 제2 콘택 라인(CL2)을 포함한다. 그리고 제2 콘택 라인(CL2)을 통해 노출된 후면 전계부(550)에는 제2 전극(570)이 형성된다.

제2 콘택 라인(CL2)은 제1 콘택 라인(CL1)과 동일한 구조로 형성된다. 따라서, 제2 콘택 라인(CL2)은 상부막(561)에 위치하는 제3 부분(CL2-1)과 하부막(563)에 위치하는 제4 부분(CL2-2)을 포함한다.

제3 부분(CL2-1)의 폭은 제1 부분(CL1-1)의 폭(W1-1)과 동일하다. 또한, 제4 부분(CL2-2)의 상단부의 폭은 제2 부분의 상단부의 폭(W1-2)과 동일하며, 하단부의 폭은 제2 부분의 하단부의 폭(W1-3)와 동일하다.

하지만, 제1 반사방지막(530)과 제2 반사방지막(560)의 재질, 구조 또는 식각 조건 등이 다를 경우에는 제1 콘택 라인(CL1)과 제2 콘택 라인(CL2)의 각 부분의 폭이 서로 다를 수도 있다.

따라서, 제2 전극(570)과 제2 반사방지막의 상부막(561)의 접촉면은 평탄한 면으로 형성되고, 제2 전극(570)과 제2 하부막(563)의 접촉면은 곡면으로 형성된다.

제2 전극(570)은 전술한 제1 전극(540)과 동일한 물질 또는 다른 물질로 구성될 수 있다. 그리고 제2 전극(570)은 제1 전극(540)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 이와는 달리 선저항을 확보하기 위해 제1 전극(540) 보다 큰 폭으로 형성될 수 있다.

이하, 상기한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 30에 도시한 바와 같이, 태양전지용 기판(510)의 전면(front surface)에 제1 텍스처링 표면(511)을 형성하고, 기판(510)의 후면(back surface)에 제2 텍스처링 표면(513)을 형성한다.

제1 텍스처링 표면(511) 및 제2 텍스처링 표면(513)을 형성한 후, 기판(510)의 전면(front surface)에는 3가 원소의 불순물을 도핑하여 에미터부(520)를 형성하고, 기판(510)의 후면(back surface)에는 5가 원소의 불순물을 도핑하여 후면 전계부(550)를 형성한다.

그리고 자연 산화막 제거를 위하여 기판을 불산(HF)으로 식각하고, 에미터부(520)에 제1 반사방지막(530)을 형성하며, 후면 전계부(550) 후면에 제2 반사방지막(560)을 형성한다.

이때, 제1 반사방지막(530) 및 제2 반사방지막(560)은 산화 알루미늄막 또는 실리콘 산화막을 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착하여 하부막을 형성한 후, 실리콘 질화막을 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착하여 상부막을 형성하는 것에 따라 제조할 수 있다.

이후, 레이저를 이용한 건식 식각을 실시하여 제1 반사방지막(530)의 상부막(531)과 제2 반사방지막(560)의 상부막(561)을 제거하여 제1 콘택 라인(CL1)의 제1 부분(CL1-1)과 제2 콘택 라인(CL2)의 제3 부분(CL2-1)을 형성한다.

건식 식각 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 하부막(533, 563)이 실리콘 질화막과 빛 흡수계수 또는 밴드갭의 차이가 큰 산화 알루미늄으로 이루어진 경우, 상부막(531, 561)은 대략 355㎚의 파장을 갖는 UV 레이저를 실리콘 질화막의 결합 에너지(bonding energy)에 해당하는 주파수(frequency)로 상부막(531, 561)에 조사하는 것에 따라 제거할 수 있다.

그리고, 하부막(533, 563)이 실리콘 질화막과 빛 흡수계수 또는 밴드갭의 차이가 거의 없는 실리콘 산화막으로 이루어진 경우에도 상부막(531, 561)을 제거하기 위해 상기한 UV 레이저를 사용할 수 있다.

이와 같이, 레이저를 이용한 건식 식각을 실시하여 제1 콘택 라인(CL1)의 제1 부분(CL1-1)과 제2 콘택 라인(CL2)의 제3 부분(CL2-1)을 형성하면, 레이저로 인한 손상은 하부막(533, 563)이 각각 흡수한다. 따라서 레이저로 인한 기판 손상이 방지된다.

이어서, 노출된 하부막(533, 563)을 선택적 습식 식각(selective wet etching)법을 사용하여 제거함으로써 제1 콘택 라인(CL1)의 제2 부분(CL1-2)과 제2 콘택 라인(CL2)의 제4 부분(CL2-2)을 형성한다.

이와 같이, 습식 공정으로 하부막(533, 563)을 제거하면, 건식 식각 공정에서 발생한 파티클이 제거되므로, 파티클을 제거하기 위한 별도의 습식 공정을 생략할 수 있다.

한편, 습식 공정에서 사용하는 식각액으로는 하부막(533, 563) 재료만을 식각할 수 있는 종류의 것을 사용한다. 예를 들어, 식각액으로는 실리콘 질화막과 금속 산화막 계열의 선택적 식각이 가능한 BOE(Buffered oxide etchant)를 사용할 수 있다.

이러한 방법에 따르면, 제1 콘택 라인(CL1)에 위치하는 제1 전극(540)과 제2 콘택 라인(CL2)에 위치하는 제2 전극(570)이 하부가 상부에 비해 넓은 폭을 갖는 형상으로 형성된다.

따라서, 반사방지막의 외부로 노출되는 전극 면적을 줄일 수 있으므로, 전극으로 인해 빛 입사 면적이 감소되는 것을 최대한 억제하면서도 에미터부 또는 후면 전계부와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.

또한, 레이저 사용으로 인해 손상된 부분을 제거하기 위한 공정 및 습식 세정 공정을 생략할 수 있으므로 공정수를 줄일 수 있으며, 레이저를 사용하더라도 기판이 손상을 받지 않는 효과가 있다.

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.

10: 양면 수광형 태양전지 20: 인터커넥터
30: 보호막 40: 광 투과성 전면 기판
50: 광 투과성 후면 기판 110: 기판
120: 에미터부 130: 제1 반사방지막
140: 제1 전극 150: 후면전계부
160: 제2 반사방지막 170: 제2 전극

Claims (20)

1. 복수의 양면 수광형 태양전지들;
   상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
   상기 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판; 및
   상기 광 투과성 전면 기판과 광 투과성 후면 기판 사이에 위치하며, 복수의 태양전지들을 보호하는 보호막
   을 포함하며,
   상기 보호막은 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어지고,
   상기 보호막은 상기 태양전지와 상기 광 투과성 전면 기판의 사이 공간, 상기 태양전지와 상기 광 투과성 후면 기판의 사이 공간 및 인접한 태양전지의 사이 공간에 위치하고,
   상기 태양전지들은 기판, 상기 기판의 전면에 위치하는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극이 위치하지 않는 상기 에미터부의 전면에 위치하는 제1 반사방지막, 상기 기판의 후면에 위치하는 후면 전계부, 상기 후면 전계부와 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제2 전극이 위치하지 않는 상기 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 반사방지막을 포함하고,
   상기 제1 반사방지막은 실리콘 질화막 및 상기 에미터부와 상기 실리콘 질화막 사이에 위치하는 산화 알루미늄막을 포함하고,
   상기 산화 알루미늄막과 상기 에미터부 사이에 1㎚ 내지 2㎚ 두께의 실리콘 산화막이 위치하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 실리콘 수지는 300㎚ 내지 500㎚에서의 입사광 파장 대역에서의 광 투과율이 70% 이상인 양면 수광형 태양전지 모듈.
3. 제2항에서,
   상기 실리콘 수지는 실록산으로 이루어지는 양면 수광형 태양전지 모듈.
4. 제3항에서,
   상기 실록산은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에서,
   상기 에미터부가 위치하는 상기 기판의 표면 및 상기 후면 전계부가 위치하는 상기 기판의 표면은 제1 텍스처링 표면 및 제2 텍스처링 표면으로 각각 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
10. 제1항에서,
    상기 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터를 더 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
11. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 제2 전극은 서로 다른 물질로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
12. 제11항에서,
    상기 제1 전극은 은(Ag) 및 알루미늄(Al)의 혼합물(Ag:Al)로 형성되며, 상기 제2 전극은 은(Ag)으로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
13. 제1항에서,
    상기 후면 전계부는 상기 기판의 후면 전체에 위치하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
14. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 동일한 폭으로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
15. 제1항에서,
    상기 기판은 인(P)이 도핑된 n형 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈.
16. 제1항에서,
    상기 에미터부는 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈.
17. 제1항에서,
    상기 후면 전계부는 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈.
18. 제1항에서,
    상기 산화 알루미늄막은 1.55 내지 1.7의 굴절률을 갖고, 50㎚ 이하의 두께로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
19. 제1항에서,
    상기 실리콘 질화막은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖고, 50㎚ 내지 100㎚의 두께로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
20. 제1항에서,
    상기 제2 반사방지막은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖고, 50㎚ 내지 300㎚의 두께로 형성된 실리콘 질화막으로 이루어지는 양면 수광형 태양전지 모듈.

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