KR100397596B1 - 함몰전극형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 텍스처링을 실시하는 단계: 반도체 기판의 상부에 반도체층을 형성하여 pn접합을 형성하는 단계: 반도체 기판의 전면 및 후면에 산화막을 형성하는 단계: 상기 반도체 기판 후면의 산화막을 에칭하여 제거하는 단계: 보론을 확산하는 단계: 상기 반도체 기판의 전면에 홈을 형성한 후 에칭하는 단계: 불순물을 상기 홈의 반도체 기판 영역에 도입한 후 에칭하는 단계: 상기 홈에 전도성 금속을 증착시켜 전면전극을 형성하는 단계: 반도체 기판 후면에 전도성 금속을 증착하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법과, 그 제조방법에 따라 제조된 함몰전극형 태양전지를 제공한다. 본 발명에 의하면, 보론의 도핑 및 확산으로 후면전계를 형성함으로써 후면에서의 재결합전류가 감소되어 전지의 변환효율이 증가된다.

Description

함몰전극형 태양전지 및 그 제조방법
본 발명은 함몰전극형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하기로는 후면전계 형성시 확산불순물 농도가 증가하더라도 전지의 변환효율이 감소되지 않는 함몰전극형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
함몰전극형 태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 일반적으로 개방회로전압(VOC)을 높여야 한다. VOC는 하기식 (1)로 나타낼 수 있다.
VOC= nkT/q1n(JSC/J0+ 1) (1)
여기에서 n은 전자의 농도, k는 볼츠만 상수(=1.38×10-23joule/K), T는 절대온도(K), q는 전하량(=1.602×10-19coulomb), JSC는 단락회로전류밀도, J0는 다크(dark) 포화전류밀도이다.
상기식 (1)에서 알 수 있는 바와 같이, 태양전지에서의 중요한 요소인 개방회로전압(VOC)을 높이기 위해서는 J0를 줄여야 하며 J0는 하기식 (2)로 나타낼 수 있다.
J0= Jofs+ Jobs+ Joe+ Job+ Jofg(2)
여기서, Jofs는 전면전류, Jobs는 후면전류, Joe는 에미터(emitter)전류, Job는 기저전류, Jofg는 전면홈전류이다.
그런데 Jobs가 J0에서 가장 큰 비중을 차지하므로 J0를 줄이기 위해서는 Jobs값을 감소시켜야만 한다.
태양전지의 다른 중요한 요소인 충실도(fill factor, 이하 FF)는 하기식(3)으로 표현된다.
FF = {VOC-1n(VOC+ 0.92)}/(VOC+1) (4)
여기서, VOC= VOC/(kT/q)로 25℃에서 kT/q=0.026mV이며 증가된 VOC는 충실도를 향상시킨다. 향상된 VOC와 FF는 전체변환효율(η)을 향상시킨다.
η= VOCISCFF/Pin(5)
여기서, Pin는 입사된 빛에너지의 양이다.
상기식 (5)에서 알 수 있는 바와 같이 VOC와 FF가 증가하면 η는 증가한다.
함몰전극형 태양전지(Buried Contact Solar Cell, 이하 BCSC)는 제1도에 도시된 바와 같은 구조를 가진다. 여기에서 (1)은 p형 반도체기판, (2)는 전면전극, (3)은 산화막, (4)는 후면전극이다.
BCSC는 일반적으로 다음의 공정을 거쳐 제조된다.
먼저 텍스처링을 실시하여 p형 반도체 기판 표면에 피라미드 구조를 형성한다. 이미터를 확산하여 pn접합을 형성하고 반도체 기판의 표면에 산화막을 형성한다. 반도체 기판의 전면에 레이저를 이용하여 홈을 형성하고 에칭한 다음, 전도성 금속을 도금하여 전면전극을 만든다.
반도체 기판 후면의 산화막 상부에 알루미늄을 증착시키고 소결하여 p+반도체층을 형성한다.
상기의 제조방법에서 알 수 있는 바와 같이, BCSC에서는 확산불순물로서 알루미늄을 증착, 소결하여 전지의 후면에 전계를 형성한다.
그러나, 일반적으로 알루미늄을 이용하여 후면전계를 형성하는 경우, 불순물 농도가 높아짐에 따라 전지의 변환효율이 감소되는 경향을 알 수있다. 또한 알루미늄의 소결시 고온에서의 장시간 열처리과정중에 알루미늄의 일부가 실리콘 층으로 침투하여 캐리어들의 재결합 손실이 증가함으로써 전지의 성능이 저하된다.
그러므로 상기 문제점을 해결하여 본 발명은 후면전계 형성시 확산불순물의 농도가 증가하더라도 전지의 변환효율이 감소되지 않는 함몰전극형 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는텍스처링을 실시하는 단계:
반도체 기판의 상부에 반도체층을 형성하여 pn접합을 형성하는 단계:
반도체 기판의 전면 및 후면에 산화막을 형성하는 단계:
상기 반도체 기판 후면의 산화막을 에칭하여 제거하는 단계:
보론을 확산하는 단계:
상기 반도체 기판의 전면에 홈을 형성한 후 에칭하는 단계:
불순물을 상기 홈의 반도체 기판 영역에 도입한 후 에칭하는 단계:
상기 홈에 전도성 금속을 증착시켜 전면전극을 형성하는 단계:
반도체 기판 후면에 전도성 물질을 증착하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 의해서 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 제조방법에 따라 얻어진 함몰전극형 태양전지에 의하여 달성된다.
상기 보론 확산단계가 900내지 1000℃에서 실시되고, 보론이 도핑된 영역의 판저항은 5~20Ω/□이다.
상기 반도체 기판의 전면과 후면에 형성시킨 산화막의 두께는 너무 무거우면 전지의 성능을 저하시키므로 1000~2000Å의 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전극 형성시 전도성 금속으로는 니켈, 구리, 은, 알루미늄, 아연, 주석, 인듐 및 그 산화물중에서 선택된 적어도 하나를 사용한다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
p형 실리콘 기판의 텍스처링을 실시한 후 실리콘 기판을 세정하였다. 실리콘 기판의 전면에 인을 100~200Ω/□로 확산한 다음, 상기 실리콘 기판의 전면과 후면에 1000~1500Å 두께의 산화막을 각각 형성하였다. 실리콘 기판의 후면에 형성된 산화막을 완전히 제거하고 보론의 불순물을 950~1000℃에서 접촉저항이 100~200Ω/□이 되도록 확산시켰다.
상기 실리콘 기판의 전면에 레이저를 이용하여 폭 20~30㎛, 깊이 20~80㎛의 홈을 형성한 후 인을 홈내로 강하게 확산시켰다. 홈내에 형성된 P2O5·xSiO2(인 실리카 유리)를 불산용액으로 제거한 후 홈내를 니켈/구리/은 순으로 도금시켜 태양전지를 제조하였다.
(비교예)
p형 실리콘 기판의 텍스처링을 실시한 후 실리콘 기판을 세정하였다. 실리콘 기판의 전면에 인을 100~200Ω/□로 확산한 다음, 상기 실리콘 기판의 전면과 후면에 1000~1500Å 두께의 산화막을 각각 형성하였다.
상기 실리콘 기판의 전면에 레이저를 이용하여 폭 20~30㎛, 깊이 20~80㎛의홈을 형성한 후 인을 홈내로 강하게 확산시켰다. 홈내에 형성된 불순물을 불산용액으로 제거한 후 홈내를 니켈/구리/은 순으로 도금시켜 전면 전극을 형성하였다.
실리콘 기판의 후면에 형성된 산화막상부에 알루미늄을 증착시킨 후 소결하여 후면전극을 형성하여 함몰전극형 태양전지를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 태양전지의 후면에서의 재결합전류와 변환효율을 측정하였고, 그 수치를 비교검토한 결과, 본 발명의 함몰전극형 태양전지의 경우가 후면에서의 재결합전류가 보다 적고 변환효율이 보다 우수하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 의하면, 보론의 도핑 및 확산으로 후면전계를 형성함으로써 후면에서의 재결합전류가 감소되어 전지의 변환효율이 증가된다.
제1도는 함몰전극형 태양전지의 구조를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1. 반도체 기판 2. 전면전극
3. 산화막 4. 후면전극

Claims (6)

  1. 텍스처링을 실시하는 단계:
    반도체 기판의 상부에 반도체층을 형성하여 pn접합을 형성하는 단계:
    반도체 기판의 전면 및 후면에 산화막을 형성하는 단계:
    상기 반도체 기판 후면의 산화막을 에칭하여 제거하는 단계:
    보론을 확산하는 단계:
    상기 반도체 기판의 전면에 홈을 형성한 후 에칭하는 단계:
    불순물을 상기 홈의 반도체 기판 영역에 도입한 후 에칭하는 단계:
    상히 홈에 전도성 금속을 증착시켜 전면전극을 형성하는 단계:
    반도체 기판 후면에 전도성 금속을 증착하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보론 확산단계가 900내지 1000℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보론 확산단계에서 보론이 도핑된 영역의 판저항이 5~20Ω/□인 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서 상기 산화막 형성단계에서 신화막의 두께가 1000∼2000Å인것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속이 니켈, 구리, 은, 알루미늄, 아연, 주석, 인듐 및 그 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항의 제조방법에 따라 얻어진 함몰전극형 태양전지.
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