JP5374755B2 - シリコンナノワイヤ形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンナノワイヤの製造方法、シリコンナノワイヤを含む太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する。
現在、気候変動枠組条約による温室ガス削減義務への参加を促す声が次第に強まっており、それが二酸化炭素市場の活性化につながり、新・再生可能エネルギー分野への関心が高まっている。
代表的な新・再生可能エネルギー分野である太陽電池は無限かつ清潔なエネルギー源である太陽光を用いて電気を生産するシステムであり、直接的に光を電気に変える太陽電池がその中心にある。
現在、商用化されている90%以上の太陽電池は、バルクベースのシリコン太陽電池であるのでシリコンの需給バランスの影響を受けており、高温を中心とする工程であるので複雑であり、薄型化、薄膜化又は低温工程などが容易ではないという問題点がある。
本発明の目的は、シリコンナノワイヤを製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、低温高密度プラズマを用いてシード層からシリコンナノワイヤを製造する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、シリコンナノワイヤを製造する方法を含む太陽電池を製造する方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の一側面によれば、基板と、前記基板上に具備された第1++型多結晶シリコン層と、前記第1++型多結晶シリコン層から成長した第1型シリコンナノワイヤを含む第1型シリコンナノワイヤ層と、前記第1型シリコンナノワイヤ層が具備された基板上に具備された真性層と、前記真性層上に具備された第2型ドーピング層と、を含む太陽電池が提供される。
前記太陽電池は前記第2型ドーピング層上に具備されたTCO層と、前記TCO層上に具備され前記TCO層の所定領域を露出させる反射防止膜と、前記露出されたTCO層の所定領域上にパターン化された形態で具備された前面電極と、を含む。
前記太陽電池は前記基板と第1++型多結晶シリコン層との間に具備されたTCO層、及び前記第2型ドーピング層上に具備された背面電極を含む。
前記真性層はトップセル真性層で、前記第2型ドーピング層はトップセル第2型ドーピング層であり、前記太陽電池は前記トップセル第2型ドーピング層上に具備されたバッファ層と、前記バッファ層上に具備されたボトムセル第1型ドーピング層と、前記ボトムセル第1型ドーピング層上に具備されたボトムセル真性層と、前記ボトムセル真性層上に具備されたボトムセル第2型ドーピング層と、前記ボトムセル第2型ドーピング層上に具備された背面電極と、を含む。
前記第1型シリコンナノワイヤはその長さが2乃至5μmで、その直径は1乃至5nmである。
前記目的を達成するために、本発明の他の側面によれば、基板上に第1++型多結晶シリコン層を形成する第1++型多結晶シリコン層形成ステップと、前記第1++型多結晶シリコン層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成ステップと、前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成する金属ナノ粒子形成ステップと、及び前記金属ナノ粒子をシードにして前記第1++型多結晶シリコン層から第1型シリコンナノワイヤを成長させる第1型シリコンナノワイヤ成長ステップと、を含むシリコンナノワイヤ形成方法が提供される。
前記目的を達成するために、本発明のさらに他の側面によれば、太陽電池の製造方法において、基板上に第1++型多結晶シリコン層を形成する第1++型多結晶シリコン層形成ステップと、前記第1++型多結晶シリコン層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成ステップと、前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成する金属ナノ粒子形成ステップと、前記金属ナノ粒子をシードにして前記第1++型多結晶シリコン層から第1型シリコンナノワイヤを成長させる第1型シリコンナノワイヤ成長ステップと、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップの後に、前記第1型シリコンナノワイヤが成長した基板上に真性層を形成する真性層形成ステップと、前記真性層上に第2型ドーピング層を形成する第2型ドーピング層形成ステップと、前記第2型ドーピング層上にTCO層を形成するTCO層形成ステップと、前記TCO層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成ステップと、前記反射防止膜上に前面電極を形成する前面電極形成ステップと、を含む。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップの前に、前記基板上にTCO層を形成するTCO層形成ステップを含み、前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップの後に、前記第1型シリコンナノワイヤが成長した基板上に真性層を形成する真性層形成ステップと、前記真性層上に第2型ドーピング層を形成する第2型ドーピング層形成ステップと、前記第2型ドーピング層上に背面電極を形成する背面電極形成ステップと、を含む。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップの前に、前記基板上にTCO層を形成するTCO層形成ステップを含み、前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップの後に、前記第1型シリコンナノワイヤが成長した基板上にトップセル真性層を形成するトップセル真性層形成ステップと、前記トップセル真性層上にトップセル第2型ドーピング層を形成するトップセル第2型ドーピング層形成ステップと、前記トップセル第2型ドーピング層上にバッファ層を形成するバッファ層形成ステップと、前記バッファ層上にボトムセル第1型ドーピング層を形成するボトムセル第1型ドーピング層形成ステップと、前記ボトムセル第1型ドーピング層上にボトムセル真性層を形成するボトムセル真性層形成ステップと、前記ボトムセル真性層上にボトムセル第2型ドーピング層を形成するボトムセル第2型ドーピング層形成ステップと、前記ボトムセル第2型ドーピング層上に背面電極を形成する背面電極形成ステップと、を含む。
前記金属薄膜層形成ステップは、スパッタリング法(sputtering method)又は蒸着法(evaporation method)を用いて金属を蒸着し、100乃至150nmの厚さに蒸着するステップである。
前記金属ナノ粒子形成ステップ及び第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、誘導結合プラズマCVD装置(inductively coupled plasma chemical vapor deposition)又はVHFプラズマCVD装置(very high frequency−chemical vapor deposition)を利用する。
前記金属ナノ粒子形成ステップ及び第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、誘導結合プラズマCVD装置又はVHFプラズマCVD装置を用いて連続的に進行する。
前記金属ナノ粒子形成ステップは、200乃至400℃の工程温度、80乃至150mTorrの工程圧力、100乃至300sccmの水素(H)ガス流量、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び30乃至90分の工程時間を含む工程条件で前記誘導結合プラズマCVD装置を用いて前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成するステップである。
前記金属ナノ粒子形成ステップは、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記VHFプラズマCVD装置を用いて前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成するステップである。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、200乃至400℃の工程温度、70乃至80mTorrの工程圧力、0.1乃至0.2のシランガス比、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び1乃至20分の工程時間を含む工程条件で前記誘導結合プラズマCVD装置を用いるステップであり、前記シランガス比はシラン(SiH)ガス及び水素ガスの混合ガスにおける前記シランガスの比のことである。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、0.4乃至0.6のシランガス比、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記VHFプラズマCVD装置を用いるステップであり、前記シランガス比はシランガス及び水素ガスの混合ガスにおける前記シランガスの比のことである。
前記シリコンナノワイヤはその長さが2乃至5μmで、その直径が1乃至5nmである。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップの後、前記基板上に残留する金属を除去する残留金属除去ステップを含む。
本発明の構成によれば、上述した本発明のすべての目的を達成することができる。具体的には、本発明によれば、シリコンナノワイヤを製造する方法を提供する効果がある。
また、本発明によれば、低温高密度プラズマを用いてシード層を形成し、前記シード層を用いてシリコンナノワイヤを製造する方法を提供する効果がある。
さらに、本発明によれば、シリコンナノワイヤを製造する方法を含む太陽電池を製造する方法を提供する効果がある。
本発明の一実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。 本発明の他の実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。 本発明の一実施の形態による第1型シリコンナノワイヤを製造する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態による太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
以下、添付図面に基づいて本発明による実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。
図1を参照しながら説明すると、本発明の一実施の形態による太陽電池100は、基板110、第1++型多結晶シリコン層120、第1型シリコンナノワイヤ層130、真性層140、第2型ドーピング層150、TCO層160、反射防止膜170、及び前面電極180を含む。
この時、前記第1型はP型で、前記第2型はN型である。これとは逆に、前記第1型はN型で、前記第2型はP型であり得る。
一方、前記「++」付きで表示される第1型又は第2型における「++」は、P型又はN型の不純物がドーピングされた程度を示し、「+」が付いていない第1型又は第2型に比べて「+」付きで表示されている第1型又は第2型の方により多くの不純物がドーピングされていることを意味し、「++」付きで表示されている第1型又は第2型の方に「+」付きで表示されている第1型又は第2型に比べてより多くの不純物がドーピングされているということを意味する。
前記基板110は太陽光が透過され得る透明な絶縁基板又は金属フォイル基板などのような不透明な基板からなることができる。
前記基板110が透明な絶縁基板からなる場合、前記基板110はガラス基板又はプラスチックなどからなることができる。
前記基板110が金属フォイル基板からなる場合には前記基板110上に具備された前記第1++型多結晶シリコン層120との絶縁のために、前記基板110と前記第1++型多結晶シリコン層120との間に絶縁層を具備し得る。
前記第1++型多結晶シリコン層120は前記基板110の一側表面上に具備される。
前記第1++型多結晶シリコン層120は第1型が高濃度にドーピングされた多結晶シリコン層として具備される。
前記第1++型多結晶シリコン層120は第1型が高濃度にドーピングされた多結晶シリコンからなり背面電極の役割を行う。
また、前記第1++型多結晶シリコン層120は前記第1型シリコンナノワイヤ層130の第1型シリコンナノワイヤが成長するシード層の役割を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ層130は前記第1++型多結晶シリコン層120の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤ層130は金属誘起結晶化法(metal induced crystallization method)又はレーザー結晶化法(laser crystallization method)で前記第1++型多結晶シリコン層120の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。
前記第1型シリコンナノワイヤ層130を構成する前記第1型シリコンナノワイヤの長さは2乃至5μmで、その直径は1乃至5nmであることが好ましい。これは前記第1型シリコンナノワイヤ層130の第1型シリコンナノワイヤは太陽光が入射された時光を吸収する役割を行うからである。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤが太陽光を最も多く吸収できる長さ及び直径である2乃至5μm及び1乃至5nmに形成されていることが好ましい。
前記真性層140は前記第1型シリコンナノワイヤ層130及び前記第1型シリコンナノワイヤが成長していない第1++型多結晶シリコン層120の表面、即ち、前記前記第1型シリコンナノワイヤ層130が形成された基板110上に具備される。
前記真性層140は第1型又は第2型の不純物がドーピングされていない真性シリコンからなる。
前記真性層140は様々な形態の真性シリコンからなることができるが、好ましくは水素化された非晶質シリコン層、即ち、α−Si:H層からなることが好ましい。
前記真性層140は前記第1型シリコンナノワイヤ層130を不動態化(passivation)する役割も行う。
前記真性層140は化学気相蒸着装置(chemical vapor deposition)又は物理気相成長装置(physical vapor deposition)で形成することができる。好ましくは前記真性層140は誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成することができる。
前記真性層140を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で蒸着する場合には、水素ガス及びシランガスを含む混合ガスを使用するが、前記水素ガスに対するシランガスの比が8乃至10で、工程圧力は70乃至90mtorrで、工程パワーは200乃至300Wで、工程温度は250乃至350℃である工程条件で蒸着して形成することが好ましい。
前記真性層140を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成する場合には、前記真性層140と接触する層、特に前記第1型シリコンナノワイヤ層130との間の界面特性が優秀になる。
前記第2型ドーピング層150は前記真性層140上に具備される。
前記第2型ドーピング層150は第2型がドーピングされたシリコン層からなる。
前記第2型ドーピング層150は第2+型ドーピング層からなることができ、前記第2型ドーピング層に比べて第2型の不純物の濃度が低い第2型ドーピング層からなることができる。
前記第2型ドーピング層150はプラズマ化学気相蒸着装置(plasmaenhanced chemical vapor deposition)などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで形成することができる。
前記TCO(transparent conducting oxide)層160は前記第2型ドーピング層150上に具備される。
前記TCO層160は透明な導電酸化物、例えば、ZnO(zinc oxide)、アルミニウムがドーピングされたZnO膜であるAZO(aluminum zinc oxide)、ITO(indium tin oxide)、及びSnO2:Fなどのような物質からなることができる。
前記TCO層160は少なくとも5μm以上の厚さに形成されることが好ましく、スパッタリング(sputtering)装置などのような物理気相成長装置又は有機金属化学気相成長装置(metal organic chemical vapor deposition:MOCVD)などのような化学気相蒸着装置などを用いて形成することができる。
前記反射防止膜170は前記TCO層160上に具備され、前記TCO層160の一部の領域は露出されるように具備されている。
前記反射防止膜170は入射された太陽光が反射されて外部に放出されることを防止する構成要素で、前記太陽電池100を光電変換の効率を高める役割を行う。
前記反射防止膜170はシリコン窒化膜(SiN)などのような物質であり得る。
前記前面電極180は前記反射防止膜170によって露出された前記TCO層160の一部の領域上に前記TCO層160と接触するように具備される。
前記前面電極180はアルミニウム(Al)又は銀(Ag)などのような導電性物質からなる。
前記前面電極180は0.2乃至1μm、好ましくは0.5μmの厚さに形成されている。
前記前面電極180はパターン化された形態で具備される。
図2は本発明の他の実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。
図2を参照しながら説明すると、本発明の他の実施の形態による太陽電池200は基板210、TCO層220、第1++型多結晶シリコン層230、第1型シリコンナノワイヤ層240、真性層250、第2型ドーピング層260、及び背面電極270を含む。
前記基板210は太陽光が透過され得る透明な絶縁基板からなることができる。
前記基板210はガラス基板又はプラスチックなどからなることができる。
前記TCO層220は前記基板210の一側表面上に具備される。
前記TCO層220は透明な導電酸化物、例えば、ZnO、AZO、ITO、及びSnO2:Fなどのような物質からなることができる。
前記TCO層220はスパッタリング装置などのような物理気相成長装置又は有機金属化学気相成長装置などのような化学気相蒸着装置などを用いて形成することができる。
前記第1++型多結晶シリコン層230は前記TCO層220上に具備される。
前記第1++型多結晶シリコン層230は第1型が高濃度にドーピングされた多結晶シリコン層として具備される。
また、前記第1++型多結晶シリコン層230は前記第1型シリコンナノワイヤ層240の第1型シリコンナノワイヤが成長するシード層の役割を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ層240は前記第1++型多結晶シリコン層230の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤ層240は金属誘起結晶化法又はレーザー結晶化法で前記第1++型多結晶シリコン層230の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。
前記第1型シリコンナノワイヤ層240を構成する前記第1型シリコンナノワイヤの長さは2乃至5μmで、その直径は1乃至5nmであることが好ましい。これは前記第1型シリコンナノワイヤ層240の第1型シリコンナノワイヤは太陽光が入射された時光を吸収する役割を行うからである。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤが太陽光を最も多く吸収できる長さ及び直径である2乃至5μm及び1乃至5nmに形成されていることが好ましい。
前記真性層250は前記第1型シリコンナノワイヤ層240及び前記第1型シリコンナノワイヤが成長していない第1++型多結晶シリコン層240の表面上に具備される。
前記真性層250は第1型又は第2型の不純物がドーピングされていない真性シリコンからなる。
前記真性層250は様々な形態の真性シリコンからなることができるが、好ましくは水素化された非晶質シリコン層、即ち、α−Si:H層からなることが好ましい。
前記真性層250は400乃至600μm、好ましくは500μmの厚さに具備される。
前記真性層250は前記第1型シリコンナノワイヤ層240を不動態化する役割も行う。
前記真性層250は化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置で形成できる。好ましくは前記真性層250は誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成できる。
前記真性層250を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で蒸着する場合には、水素ガス及びシランガスを含む混合ガスを使用するが、前記水素ガスに対するシランガスの比が8乃至10で、工程圧力は70乃至90mtorrで、工程パワーは200乃至300Wで、工程温度は250乃至350℃である工程条件で蒸着して形成されることが好ましい。
前記真性層250を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成する場合には、前記真性層250と接触する層、特に前記第1型シリコンナノワイヤ層240との間の界面特性が優秀になる。
前記第2型ドーピング層260は前記真性層250上に具備される。
前記第2型ドーピング層260は第2型がドーピングされたシリコン層からなる。
前記第2型ドーピング層260は第2型ドーピング層からなることができ、前記第2型ドーピング層に比べて第2型の不純物の濃度が低い第2型ドーピング層からなることができる。
前記第2型ドーピング層260はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで形成できる。
前記第2型ドーピング層260は10乃至15nm、好ましくは12nmの厚さに具備される。
前記背面電極270は第2型ドーピング層260上に具備される。
前記背面電極270はアルミニウム又は銀などのような導電性物質からなる。
前記背面電極270は前記第2型ドーピング層260の全体表面に具備される。
前記背面電極270は入射された太陽光が反射されて外部に放出されることを防止する反射防止膜の役割も行う。
前記背面電極270はアルミニウムで形成される場合、200乃至400nm、好ましくは300nmの厚さに具備される。
図3は本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池を図示した断面図である。
図3を参照しながら説明すると、本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池300は、基板310、TCO層320、トップセル330、バッファ層340、ボトムセル350、及び背面電極360を含む。
前記トップセル330は第1++型多結晶シリコン層332、第1型シリコンナノワイヤ層334、トップセル真性層336、及びトップセル第2型ドーピング層338を含む。
前記ボトムセル350はボトムセル第1型ドーピング層352、ボトムセル真性層354、及びボトムセル第2型ドーピング層356を含む。
前記基板310は太陽光が透過され得る透明な絶縁基板からなることができる。
前記基板310はガラス基板又はプラスチックなどからなることができる。
前記TCO層320は前記基板310の一側表面上に具備される。
前記TCO層320は透明な導電酸化物、例えば、ZnO、AZO、ITO、及びSnO2:Fなどのような物質からなることができる。
前記第1++型多結晶シリコン層332は前記TCO層320上に具備される。
前記第1++型多結晶シリコン層332は第1型が高濃度にドーピングされた多結晶シリコン層として具備される。
前記第1++型多結晶シリコン層332は前記第1型シリコンナノワイヤ層334の第1型シリコンナノワイヤが成長するシード層の役割を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ層334は前記第1++型多結晶シリコン層332の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤ層332は金属誘起結晶化法又はレーザー結晶化法で前記第1++型多結晶シリコン層332の所定領域で成長した第1型シリコンナノワイヤからなる。
前記第1型シリコンナノワイヤ層334を構成する前記第1型シリコンナノワイヤの長さは2乃至5μmで、その直径は1乃至5nmであることが好ましい。これは前記第1型シリコンナノワイヤ層334の第1型シリコンナノワイヤは太陽光が入射された時光を吸収する役割を行うからである。即ち、前記第1型シリコンナノワイヤが太陽光を最も多く吸収できる長さ及び直径である2乃至5μm及び1乃至5nmに形成されていることが好ましい。
前記トップセル真性層336は前記第1型シリコンナノワイヤ層334及び前記第1型シリコンナノワイヤが成長していない第1++型多結晶シリコン層332の表面上に具備される。
前記トップセル真性層336は第1型又は第2型の不純物がドーピングされていない真性シリコンからなる。
前記トップセル真性層336は様々な形態の真性シリコンからなることができるが、好ましくは水素化された非晶質シリコン層、即ち、α−Si:H層からなることが好ましい。
この時、前記トップセル真性層336は前記図2を参照しながら説明した前記真性層250と同じ形態であり得る。
前記トップセル真性層336は前記第1型シリコンナノワイヤ層334を不動態化する役割も行う。
前記トップセル真性層336は化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置で形成できる。好ましくは前記トップセル真性層336は誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成できる。
前記トップセル真性層336を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で蒸着する場合には、水素ガス及びシランガスを含む混合ガスを使用するが、前記水素ガスに対するシランガスの比が8乃至10で、工程圧力は70乃至90mtorrで、工程パワーは200乃至300Wで、工程温度は250乃至350℃である工程条件で蒸着して形成されることが好ましい。
前記トップセル真性層336を前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置で形成する場合には、前記トップセル真性層336と接触する層、特に前記第1型シリコンナノワイヤ層334との間の界面特性が優秀になる。
前記トップセル真性層336は400乃至600μm、好ましくは500μmの厚さに具備される。
前記トップセル第2型ドーピング層338は前記トップセル真性層336上に具備される。
前記トップセル第2型ドーピング層338は第2型の不純物がドーピングされたシリコン層からなる。
この時、前記トップセル第2型ドーピング層338は前記図2を参照しながら説明した前記第2型ドーピング層260と同じ形態であり得る。
前記トップセル第2型ドーピング層338は第2型ドーピング層からなることができ、前記第2+型ドーピング層に比べて第2型の不純物の濃度が低い第2型ドーピング層からなることができる。
前記トップセル第2型ドーピング層338はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで形成できる。
前記バッファ層340は前記トップセル第2型ドーピング層338上に具備される。
前記バッファ層340は前記トップセル330とボトムセル350を電気的に連結する役割を行う。
前記バッファ層340は前記トップセル330とボトムセル350、特に前記トップセル330のトップセル第2型ドーピング層338と前記ボトムセル350のボトム第1型ドーピング層352とがトンネル接合(tunnel junction)を行うようにする役割を行う。
前記バッファ層340は前記トップセル330とボトムセル350との間のバンドギャップを調節する役割も行う。
前記バッファ層340はZnOなどのような透明な導電物質からなることが好ましい。
前記ボトムセル第1型ドーピング層352は前記バッファ層340上に具備される。
前記ボトムセル第1型ドーピング層352は第1型ドーピング層からなることができ、前記第1型ドーピング層に比べて第2型の不純物の濃度が低い第2型ドーピング層からなることができる。
前記ボトムセル第1型ドーピング層352はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで形成できる。
前記ボトムセル真性層354は前記ボトムセル第1型ドーピング層352上に具備される。
前記ボトムセル真性層354は第1型又は第2型の不純物がドーピングされていない真性シリコンからなる。
前記ボトムセル真性層354は様々な形態の真性シリコンからなることができるが、好ましくは水素化された微細結晶質シリコン層、即ち、μc−Si:H層からなることが好ましい。
前記ボトムセル真性層354は化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置で形成できる。
前記ボトムセル真性層354は1乃至2μmの厚さに具備される。
前記ボトムセル第2型ドーピング層356は前記ボトムセル真性層354上に具備される。
前記ボトムセル第2型ドーピング層356は第2型の不純物がドーピングされたシリコン層からなる。
前記ボトムセル第2型ドーピング層356は第2型ドーピング層からなることができ、前記第2型ドーピング層に比べて第2型の不純物の濃度が低い第2型ドーピング層からなることができる。
前記ボトムセル第2型ドーピング層356はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで形成できる。
前記背面電極360は前記第2型ドーピング層356上に具備される。
前記背面電極360はアルミニウム又は銀などのような導電性物質からなる。
図4は本発明の一実施の形態による第1型シリコンナノワイヤを製造する方法を示すフローチャートである。
図4を参照しながら説明すると、本発明の一実施の形態による第1型シリコンナノワイヤを製造する方法は、第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S110)、金属薄膜層形成ステップ(S120)、金属ナノ粒子形成ステップ(S130)、第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)、及び残留金属除去ステップ(S150)を含む。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S110)は基板上に第1++型多結晶シリコン層を形成するステップである。
前記第1++型多結晶シリコン層は第1型が高濃度にドーピングされたシリコン層が多結晶に結晶化している。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S110)は前記第1++型多結晶シリコン層を様々な方法で形成できる。
本実施の形態では前記第1++型多結晶シリコン層を形成する方法のうち一つを紹介する。
前記第1++型多結晶シリコン層を形成する方法は、前記基板上に第1++型非晶質シリコン層を形成し、金属誘起結晶化法又はレーザー結晶化法などのような結晶化法を用いて前記第1++型シリコン層を前記第1++型多結晶シリコン層に形成する方法であり得る。
この時、第1++型非晶質シリコン層を形成するために一般的なシリコン層形成方法を用いることができる。即ち、プラズマ化学気相蒸着装置又は誘導結合プラズマCVD装置などのような化学気相蒸着装置を用いて前記基板110上に前記第1++型非晶質シリコン層を形成できる。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S110)の後、前記金属薄膜層形成ステップ(S120)を行う。
前記金属薄膜層形成ステップ(S120)はスパッタリング法又は蒸着法 を用いて前記第1++型多結晶シリコン層上に金属を蒸着して金属層を形成するステップである。
前記金属薄膜層形成ステップ(S120)は前記金属層を100乃至150nmの厚さに蒸着する。
前記金属薄膜層形成ステップ(S120)は前記金属層を形成するが、前記金属層の金属が低密度で蒸着するように前記金属層を形成するステップであることが好ましい。これは前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)で前記金属層が金属ナノ粒子に容易に変化できるようにするためである。
前記金属薄膜層の金属はAu、In、Ga及びSnのうちいずれか一つ以上を含む。
前記金属薄膜層形成ステップ(S120)の後、前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)を行う。
前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)は前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に変化させるステップである。
前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)は誘導結合プラズマCVD装置又はVHFプラズマCVD装置を用いて前記金属ナノ粒子を形成する。
前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)は前記誘導結合プラズマCVD装置を用いる場合、200乃至400℃の工程温度、80乃至150mTorrの工程圧力、100乃至300sccmの水素ガス流量、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び30乃至90分の工程時間を含む工程条件で前記金属ナノ粒子を形成するステップであり得る。
また、前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)は前記VHFプラズマCVD装置を用いる場合、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記金属ナノ粒子を形成するステップであり得る。
前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)の後、前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)は誘導結合プラズマCVD装置又はVHFプラズマCVD装置を用いて前記第1型シリコンナノワイヤ、正確には第1型シリコンナノワイヤを成長させるステップである。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)は前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)で前記金属ナノ粒子が形成された前記第1++型多結晶シリコン層をシード層にして前記第1型シリコンナノワイヤを成長させるステップである。
即ち、前記第1++型多結晶シリコン層上に形成された金属ナノ粒子が結晶成長のシード(seed)として作用し、前記第1++型多結晶シリコン層から前記第1型シリコンナノワイヤが成長される。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)は前記誘導結合プラズマCVD装置を用いる場合、200乃至400℃の工程温度、70乃至80mTorrの工程圧力、0.1乃至0.2のシランガス比、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び1乃至20分の工程時間を含む工程条件で前記第1型シリコンナノワイヤを成長させるステップである。
また、前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)は前記VHFプラズマCVD装置を用いる場合、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、0.4乃至0.6のシランガス比、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記第1型シリコンナノワイヤを成長させるステップである。
この時、前記誘導結合プラズマCVD装置及びVHFプラズマCVD装置を用いて前記第1型シリコンナノワイヤを成長させる工程における前記シランガス比とは、シランガス及び水素ガスの混合ガスにおける前記シランガスの比(SiH/(SiH+H))を意味する。
前記金属ナノ粒子形成ステップ(S130)及び前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)は前記誘導結合プラズマCVD装置及びVHFプラズマCVD装置を用いて連続的に進行することができる。即ち、前記第1++型多結晶シリコン層上に具備された金属薄膜層を金属ナノ粒子に変化させ、前記金属ナノ粒子を用いて前記第1++型多結晶シリコン層から前記第1型シリコンナノワイヤを成長させる工程を前記誘導結合プラズマCVD装置又はVHFプラズマCVD装置で連続的な工程として進行することができる。
この時、前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)で成長した第1型シリコンナノワイヤはその長さが2乃至5μmで、その直径が1乃至5nmである。
前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)の後、前記残留金属除去ステップ(S150)を行う。
前記残留金属除去ステップ(S150)は前記前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)の後、前記基板、特に前記第1型シリコンナノワイヤからなる第1型シリコンナノワイヤ層上に残留する金属をエッチングなどのような湿式工程で除去するステップである。
この時、前記残留する金属は前記金属薄膜層の一部又は前記金属ナノ粒子の一部であり得る。
図5は本発明の一実施の形態による太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
図5を参照しながら説明すると、本発明の一実施の形態による太陽電池の製造方法は第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S210)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)、真性層形成ステップ(S230)、第2型ドーピング層形成ステップ(S240)、TCO層形成ステップ(S250)、反射防止膜形成ステップ(S260)、及び前面電極形成ステップ(S270)を含む。
本実施の形態による太陽電池の製造方法は、図1を参照しながら説明した太陽電池100を製造する方法を中心に説明する。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S210)は前記基板110上に前記第1++型多結晶シリコン層120を形成するステップである。
まず、前記基板110上に第1++型多結晶シリコン層120を形成する前に、前記基板110を洗浄して準備する。この時、前記基板110を洗浄する過程は前記基板110上に残留する有機物、金属、及び酸化物などを除去する過程であり得る。前記基板110上に残留する有機物、金属、及び酸化物などを除去する工程は一般的な半導体製造工程で用いられる工程を利用できる。
次に、前記基板110上に前記第1++型多結晶シリコン層120を形成する。
前記基板110上に前記第1++型多結晶シリコン層120を形成する方法は、図4を参照しながら説明した前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S110)と同じ方法を利用することができるので詳細な説明は省略する。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S210)の後、前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)は前記第1++型多結晶シリコン層120で前記第1型シリコンナノワイヤを成長させて前記第1型シリコンナノワイヤ層130を形成するステップである。
前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)は前記図4を参照しながら説明した金属薄膜層形成ステップ(S120)、金属ナノ粒子形成ステップ(S130)、第1型シリコンナノワイヤ成長ステップ(S140)、及び残留金属除去ステップ(S150)を順に行って前記第1++型多結晶シリコン層120上から前記第1型シリコンナノワイヤを成長させて前記第1型シリコンナノワイヤ層130を形成するステップであるので詳細な説明は省略する。
前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)の後、前記真性層形成ステップ(S230)を行う。
前記真性層形成ステップ(S230)は前記第1型シリコンナノワイヤ層130及び前記第1型シリコンナノワイヤが成長していない第1++型多結晶シリコン層120の表面上に前記真性層140を形成するステップである。
前記真性層形成ステップ(S230)は第1型又は第2型の不純物がドーピングされていない様々な形態の真性シリコンからなる真性層140を形成できるが、好ましくは水素化された非晶質シリコン層、即ち、α−Si:H層からなる真性層140を形成することが好ましい。
前記真性層形成ステップ(S230)は化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置、好ましくは誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置を用いて前記真性層140を形成するステップであり得る。
前記真性層形成ステップ(S230)は前記誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置を用いる場合には、水素ガス及びシランガスを含む混合ガスを使用するが、前記水素ガスに対するシランガスの比が8乃至10で、工程圧力は70乃至90mtorrで、工程パワーは200乃至300Wで、工程温度は250乃至350℃である工程条件で前記真性層140を形成することが好ましい。
前記真性層形成ステップ(S230)の後、前記第2ドーピング層形成ステップ(S240)を行う。
前記第2ドーピング層形成ステップ(S240)は前記真性層140上に前記第2型ドーピング層150を形成するステップである。
前記第2型ドーピング層形成ステップ(S240)はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などで第2型不純物又は第2型不純物がドーピングされたシリコン層である前記第2型ドーピング層150を形成するステップであり得る。
前記第2型ドーピング層形成ステップ(S240)の後、前記TCO層形成ステップ(S250)を行う。
前記TCO層形成ステップ(S250)は前記第2型ドーピング層150上に前記TCO層160を形成するステップである。
前記TCO層形成ステップ(S250)は前記第2型ドーピング層150上に透明な導電酸化物、例えば、ZnO、AZO、ITO、及びSnO:Fなどのような物質からなる前記TCO層160を少なくとも5μm以上の厚さに形成するステップである。
前記TCO層形成ステップ(S250)はスパッタリング装置などのような物理気相成長装置又は有機金属化学気相成長装置などのような化学気相蒸着装置などを用いて前記TCO層160を形成するステップであり得る。
前記TCO層形成ステップ(S250)の後、前記反射防止膜形成ステップ(S260)を行う。
前記反射防止膜形成ステップ(S260)は前記TCO層160上にシリコン窒化膜などのような物質で前記反射防止膜170を形成するステップである。
前記反射防止膜形成ステップ(S260)は前記反射防止膜170を二つの方法で形成するステップであり得る。
第一の方法は、前記TCO層160上の全体面に前記反射防止膜170を形成する方法であり、第二の方法は前記TCO層160上に前記反射防止膜170を形成するが、前記TCO層160の所定領域が露出されるように前記反射防止膜170をパターン化して形成する方法である。
前記反射防止膜形成ステップ(S270)の後、前記前面電極形成ステップ(S270)を行う。
前記前面電極形成ステップ(S270)はアルミニウム又は銀などのような導電性物質を前記TCO層160と接触するように形成するが、パターン化された形態に前記前面電極180を形成するステップである。
前記前面電極形成ステップ(S270)は前記反射防止膜形成ステップ(S260)と同様に二つの方法で形成するステップであり得る。
第一の方法は前記反射防止膜170が前記TCO層160の全面にわたって形成されている場合、前面電極形成用ペーストを前記反射防止膜170の所定領域上に塗布、即ち、パターン形状に塗布した後、これを焼成し前記反射防止膜170をエッチングして前記TCO層160に接触する前記前面電極180を形成する方法であり得る。
この時、前記前面電極形成用ペーストは前記前面電極280を構成する物質であるアルミニウム又は銀を含むのみならず、前記反射防止膜170をエッチング(etching)できるエッチング物質を含む。
第二の方法は前記反射防止膜170がパターン化された形態で前記TCO層160上に具備された場合、前記前面電極180を露出された前記TCO層160上にパターン化された形態に蒸着する方法であり得る。即ち、パターンマスク法などを用いてパターン化された前記前面電極180を形成する方法であり得る。
この時、前記前面電極形成ステップ(S270)は前記前面電極180を0.2乃至1μm、好ましくは0.5μmの厚さに形成するステップである。
図6は本発明の他の実施の形態による太陽電池の製造方法を図示したフローチャートである。
図6を参照しながら説明すると、本発明の他の実施の形態による太陽電池の製造方法は、TCO層形成ステップ(S310)、第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S320)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S330)、真性層形成ステップ(S340)、第2型ドーピング層形成ステップ(S350)、及び背面電極形成ステップ(S360)を含む。
本実施の形態による太陽電池の製造方法は、前記図2を参照しながら説明した太陽電池200を製造する方法を中心に説明する。
前記TCO層形成ステップ(S310)は前記基板210上に前記TCO層220を形成するステップである。
まず、前記基板210上に前記TCO層220を形成する前に、前記基板210を洗浄して準備する。
この時、前記基板210を洗浄する方法は、前記図5を参照しながら説明した前記基板110を洗浄する方法と同じ方法を使用できるので詳細な説明は省略する。
また、前記TCO層形成ステップ(S310)は前記図5を参照しながら説明した前記TCO層形成ステップ(S250)と同じ方法で前記基板210上にTCO層220を形成することができるので詳細な説明は省略する。
前記TCO層形成ステップ(S310)の後、第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S320)を行う。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S320)は前記TCO層220上に第1++型多結晶シリコン層230を形成するステップであり、前記図5を参照しながら説明した第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S220)と同じ方法を利用できるので詳細な説明は省略する。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S320)の後、前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S330)を行う。
前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S330)は前記第1++型多結晶シリコン層230から前記第1型シリコンナノワイヤを成長させて前記第1型シリコンナノワイヤ層240を形成するステップであり、前記図5を参照しながら説明した第1型シリコンナノワイヤ形成ステップ(S220)と同じ方法を利用できるので詳細な説明は省略する。
前記第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S330)の後、前記真性層形成ステップ(S340)を行う。
前記真性層形成ステップ(S340)は前記第1型シリコンナノワイヤ層240が成長した基板上に前記真性層250を400乃至600μm、好ましくは500μmの厚さに形成するステップであり、前記図5を参照しながら説明した真性層形成ステップ(S230)とは形成される真性層250の厚さが異なり得ることを除けば同じ方法を利用できるので詳細な説明は省略する。
前記真性層形成ステップ(S340)の後、前記第2型ドーピング層形成ステップ(S350)を行う。
前記第2型ドーピング層形成ステップ(S350)は前記真性層250上に第2型ドーピング層260を形成するステップである。
前記第2型ドーピング層形成ステップ(S350)は前記第2型ドーピング層260を10乃至15nm、好ましくは12nmの厚さに形成するステップであり、前記図5を参照しながら説明した第2型ドーピング層形成ステップ(S240)とは形成される前記第2型ドーピング層260の厚さが異なり得ることを除けば同じ方法を利用することができるので詳細な説明は省略する。
前記第2型ドーピング層形成ステップ(S350)の後、前記背面電極形成ステップ(S360)を行う。
前記背面電極形成ステップ(S360)は前記第2型ドーピング層260上に前記背面電極270を形成するステップである。
前記背面電極形成ステップ(S360)は前記背面電極270をアルミニウムで形成する場合、200乃至400nm、好ましくは300nmの厚さに形成するステップである。
前記背面電極形成ステップ(S360)はスパッタリング法又は蒸着法などを用いて前記第2型ドーピング層260上にアルミニウム又は銀などのような導電性物質からなる背面電極270を形成するステップである。
図7は本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池の製造方法を図示したフローチャートである。
図7を参照しながら説明すると、本発明のさらに他の実施の形態による太陽電池の製造方法は、TCO層形成ステップ(S410)、第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S422)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S424)、トップセル真性層形成ステップ(S426)、トップセル第2型ドーピング層形成ステップ(S428)、バッファ層形成ステップ(S430)、ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)、ボトムセル真性層形成ステップ(S444)、ボトムセル第2型ドーピング層形成ステップ(S446)、及び背面電極形成ステップ(S450)を含む。
本実施の形態による太陽電池の製造方法は、前記図3を参照しながら説明した太陽電池300を製造する方法を中心に説明する。
前記TCO層形成ステップ(S410)は前記基板310上にTCO層320を形成するステップである。
まず、前記基板310上に前記TCO層320を形成する前に、前記基板310を洗浄して準備する。
この時、前記基板310を洗浄する方法は、前記図5を参照しながら説明した前記基板110を洗浄する方法と同じ方法を使用することができるので詳細な説明は省略する。
また、前記TCO層形成ステップ(S410)は前記図5を参照しながら説明した前記TCO層形成ステップ(S250)と同じ方法で前記基板310上にTCO層320を形成できるので詳細な説明は省略する。
前記TCO層形成ステップ(S410)の後、前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S422)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S424)、トップセル真性層形成ステップ(S426)、及びトップセル第2型ドーピング層形成ステップ(S428)を順に行う。
前記第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S422)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S424)、トップセル真性層形成ステップ(S426)、及びトップセル第2型ドーピング層形成ステップ(S428)はそれぞれが、前記TCO層320上に前記第1++型多結晶シリコン層332を形成し、前記第1++型多結晶シリコン層332からシリコンナノワイヤを成長させて前記第1型シリコンナノワイヤ層334を形成し、前記第1型シリコンナノワイヤ層334が形成された基板上にボトムセル真性層336を形成し、前記ボトムセル真性層336上にボトムセルドーピング層338を形成するステップであり、前記図5を参照しながら説明した第1++型多結晶シリコン層形成ステップ(S210)、第1型シリコンナノワイヤ層形成ステップ(S220)、真性層形成ステップ(S230)、及び第2型ドーピング層形成ステップ(S240)と同じ方法で形成できるので詳細な説明は省略する。
前記トップセル第2型ドーピング層形成ステップ(S428)の後、前記バッファ層形成ステップ(S430)を行う。
前記バッファ層形成ステップ(S430)は前記ステップで形成されたトップセル330と、この後形成されるボトムセル350との間でトンネル接合が行われるようにするバッファ層340を形成するステップである。
前記バッファ層形成ステップ(S430)は化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置を用いて前記第2型ドーピング層338上に前記バッファ層340を形成するステップである。
前記バッファ層形成ステップ(S430)の後、前記ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)を行う。
前記ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)は前記バッファ層340上に前記ボトムセル第1型ドーピング層352を形成するステップである。
前記ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)は、前記バッファ層340上に前記第1型がドーピングされたシリコン層を形成するステップである。
この時、前記ボトムセル第1型ドーピング層352は第1型ドーピング層からなることができ、前記第1型ドーピング層に比べて第1型の不純物の濃度が低い第1型ドーピング層からなることができる。
前記ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)はプラズマ化学気相蒸着装置などのような化学気相蒸着装置又は物理気相成長装置などを用いて前記ボトムセル第1型ドーピング層352を形成するステップであり得る。
前記ボトムセル第1型ドーピング層形成ステップ(S442)の後、前記ボトムセル真性層形成ステップ(S444)を行う。
前記ボトムセル真性層形成ステップ(S444)は前記ボトムセル第1型ドーピング層352上に水素化された微細結晶質シリコン層、即ち、μc−Si:H層からなる前記ボトムセル真性層354を1乃至2μmの厚さに形成するステップである。
前記ボトムセル真性層形成ステップ(S444)は誘導結合プラズマ化学気相蒸着装置を用いて前記水素化された微細結晶質シリコン層からなるボトムセル真性層354を直接形成することもでき、前記第1型ドーピング層352上に水素化された非晶質シリコン層を形成した後、結晶化法を用いてこれを微細結晶化して前記水素化された微細結晶質シリコン層からなるボトムセル真性層354を形成するステップであり得る。この時、前記結晶化法は熱処理結晶化法、レーザー結晶化法、及び金属触媒結晶化法など様々な方法のうちいずれか一つを選択して進行することができる。
前記ボトムセル真性層形成ステップ(S444)の後、前記ボトムセル第2型ドーピング層形成ステップ(S446)を行う。
前記ボトムセル第2型ドーピング層形成ステップ(S446)は前記ボトムセル真性層354上に前記ボトムセル第2型ドーピング層356を形成するステップであり、図5を参照しながら説明した第2型ドーピング層形成ステップ(S230)と同じ方法で形成できるので詳細な説明は省略する。
前記ボトムセル第2型ドーピング層形成ステップ(S446)の後、前記背面電極形成ステップ(S450)を行う。
前記背面電極形成ステップ(S450)は前記ボトムセル第2型ドーピング層356上に前記背面電極360を形成するステップであり、図6を参照しながら説明した前記背面電極形成ステップ(S360)と同じ方法で形成できるので詳細な説明は省略する。
以上、本発明を上述した実施の形態を例に説明したが、本発明はこれに制限されるものではない。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく修正、変更を行うことができ、このような修正及び変更も本発明に属するものであることを理解できるであろう。
110,210,310 基板
120,230,332 第1++型多結晶シリコン層
130,240,334 第1型シリコンナノワイヤ層

Claims (10)

  1. 基板上に第1++型多結晶シリコン層を形成する第1++型多結晶シリコン層形成ステップと、
    前記第1++型多結晶シリコン層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成ステップと、
    前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成する金属ナノ粒子形成ステップと、
    前記金属ナノ粒子をシードにして前記第1++型多結晶シリコン層から第1型シリコンナノワイヤを成長させる第1型シリコンナノワイヤ成長ステップと、を含み、
    前記金属ナノ粒子形成ステップ及び第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、誘導結合プラズマCVD装置(inductively coupled plasma chemical vapor deposition)又はVHFプラズマCVD装置(very high frequency−chemical vapor deposition)を用いることを特徴とするシリコンナノワイヤ形成方法。
  2. 前記金属薄膜層形成ステップは、スパッタリング法(sputtering method)又は蒸着法(evaporation method)を用いて金属を蒸着し、100乃至150nmの厚さに蒸着するステップであることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  3. 前記金属はAu、In、Ga及びSnのうちいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  4. 前記金属ナノ粒子形成ステップ及び第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、誘導結合プラズマCVD装置又はVHFプラズマCVD装置を用いて連続的に進行することを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  5. 前記金属ナノ粒子形成ステップは、200乃至400℃の工程温度、80乃至150mTorrの工程圧力、100乃至300sccmの水素(H)ガス流量、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び30乃至90分の工程時間を含む工程条件で前記誘導結合プラズマCVD装置を用いて前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成するステップであることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  6. 前記金属ナノ粒子形成ステップは、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記VHFプラズマCVD装置を用いて前記金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成するステップであることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  7. 前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、200乃至400℃の工程温度、70乃至80mTorrの工程圧力、0.1乃至0.2のシランガス比、500乃至700Wのプラズマパワー、30乃至50Wのサセプタパワー、及び1乃至20分の工程時間を含む工程条件で前記誘導結合プラズマCVD装置を用いるステップであり、
    前記シランガス比はシラン(SiH)ガス及び水素ガスの混合ガスにおける前記シランガスの比であることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  8. 前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップは、200乃至400℃の工程温度、0.05乃至0.2Torrの工程圧力、0.4乃至0.6のシランガス比、40乃至60Wのプラズマパワー、及び30乃至60分の工程時間を含む工程条件で前記VHFプラズマCVD装置を用いるステップであり、
    前記シランガス比はシランガス及び水素ガスの混合ガスにおける前記シランガスの比であることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  9. 前記シリコンナノワイヤはその長さが2乃至5μmで、その直径が1乃至5nmであることを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
  10. 前記第1型シリコンナノワイヤ成長ステップの後、
    前記基板上に残留する金属を除去する残留金属除去ステップを含むことを特徴とする請求項に記載のシリコンナノワイヤ形成方法。
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