KR100446597B1 - Method of manufacturing recessed electrode type solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 p형 실리콘 기판을 텍스처링한 다음, 세정하는 단계; 상기 기판 전면에 인(P) 함유 실리콘 글래스(silicon glass)를 스핀코팅한 다음, 베이킹하는 단계; 실리콘 기판 전면내로 홈을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭하는 단계; 상기 홈에 인화합물 함유 니켈(Ni) 도금액을 무전해 도금하는 단계; 상기 실리콘 기판 후면에 알루미늄을 증착하는 단계; 포밍가스 어닐링단계; 및 니켈이 도금된 홈 상부에 구리를 도금하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명에 따르면, 에미터의 형성, 홈내의 확산 및 금속의 열처리를 단 한번의 고온공정으로 가능하게 함으로써 제조공정이 단순하다.The present invention provides a method of manufacturing a recessed electrode type solar cell. The method comprises the steps of texturing a p-type silicon substrate and then cleaning; Spin-coating phosphorus (P) -containing silicon glass on the entire surface of the substrate and then baking; Forming a groove into the entire surface of the silicon substrate and then etching the groove; Electroless plating the phosphorus compound-containing nickel (Ni) plating solution into the grooves; Depositing aluminum on the backside of the silicon substrate; Forming gas annealing step; And plating copper over the nickel-plated grooves. According to the present invention, the manufacturing process is simplified by enabling the formation of emitters, diffusion in grooves and heat treatment of metals in a single high temperature process.
Description
본 발명은 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 에미터의 형성, 홈내의 확산 및 금속의 열처리를 단 한번의 고온공정으로 가능하게 함으로써 제조공정이 단순화된 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a recessed electrode type solar cell, wherein a method for manufacturing a recessed electrode type solar cell is simplified by enabling the formation of an emitter, diffusion in a groove, and heat treatment of a metal in a single high temperature process. It is about.
일반적인 함몰전극형 태양전지의 제조공정은 고온공정 즉, 에미터의 형성, 산화막 형성, 홈내의 확산, 기판 후면상의 알루미늄의 소결 및 기판 전면전극 형성시의 금속 소결공정을 포함하고 있어서, 4개 이상의 로(furnace)가 필요하다. 그리고 이러한 고온공정을 실시하는 동안에는 반도체 기판에 오염물질이 유입되기가 쉽기 때문에 오염을 최대한 막기 위하여 불활성 가스를 계속적으로 공급하는 것이 필요할 뿐만 아니라 세정공정에 대한 중요성이 높아진다. A general manufacturing process of a recessed electrode type solar cell includes a high temperature process, that is, forming an emitter, forming an oxide film, diffusing into a groove, sintering aluminum on the back of the substrate, and metal sintering at the time of forming the substrate front electrode. Furnace is required. During the high temperature process, since contaminants are easily introduced into the semiconductor substrate, it is necessary not only to continuously supply an inert gas to prevent contamination, but also increase the importance of the cleaning process.
상술한 바와 같은 요인으로 인하여 종래기술에 따라 제조된 태양전지는 제조단가가 높아서 현재 실용화가 곤란한 상태이다.Due to the factors described above, the solar cell manufactured according to the prior art is in a difficult state of practical use because of high manufacturing cost.
태양전지의 제조단가를 낮추기 위한 노력의 하나로서, 반도체 기판으로서 단결정실리콘 기판 대신 다결정 실리콘 기판 또는 무정형 실리콘 기판으로 대체하는 방법이 시도되고 있다. 그러나 이 방법은 만족할 만한 결과를 얻지 못했다. 즉 단결정 실리콘 기판 대신 다결정 실리콘 기판을 사용하는 경우에는 기판의 가격을 낮출 수는 있지만 물에 대한 재현성(reproductivity)이 부족하고, 무정형 실리콘 기판을 사용하는 경우에는 열화(degradation)과 효율면에서 바람직하지 못했다.As one of efforts to reduce the manufacturing cost of solar cells, a method of replacing a single crystal silicon substrate with a polycrystalline silicon substrate or an amorphous silicon substrate has been attempted as a semiconductor substrate. However, this method did not yield satisfactory results. In other words, if a polycrystalline silicon substrate is used instead of a single crystal silicon substrate, the cost of the substrate can be lowered, but there is a lack of reproductivity for water, and an amorphous silicon substrate is undesirable in terms of degradation and efficiency. I couldn't.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 에미터의 형성, 홈내의 확산 및 금속의 열처리를 단 한번의 고온공정으로 가능하게 함으로써 제조공정이 단순화된 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a recessed electrode type solar cell, in which an emitter is formed, diffusion in a groove, and heat treatment of a metal are performed in a single high temperature process. To provide.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 (a) p형 실리콘 기판을 텍스처링한 다음, 세정하는 단계; (b) 상기 기판 전면에 인(P) 함유 실리콘 글래스(silicon glass)를 스핀코팅한 다음, 베이킹하는 단계; (c) 실리콘 기판 전면내로 홈을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭하는 단계; (d) 상기 홈에 인화합물 함유 니켈(Ni) 도금액을 무전해 도금하는 단계; (e) 상기 실리콘 기판 후면에 알루미늄을 증착하는 단계; (f) 포밍가스 어닐링단계; 및 (g) 니켈이 도금된 홈 상부에 구리를 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (a) texturing the p-type silicon substrate, and then cleaning; (b) spin-coating phosphorus-containing silicon glass on the entire surface of the substrate and then baking; (c) forming a groove into the entire surface of the silicon substrate and then etching the groove; (d) electroless plating a phosphorus compound-containing nickel (Ni) plating solution on the grooves; (e) depositing aluminum on the backside of the silicon substrate; (f) forming gas annealing step; And (g) plating copper over the nickel-plated grooves.
또한, 본 발명의 과제는 (a) p형 실리콘 기판을 텍스처링한 다음, 세정하는 단계; (b) 상기 기판 전면에 인(P) 함유 실리콘 글래스를 스핀코팅한 다음, 베이킹하는 단계; (c) 상기 기판 후면에 보론(B) 함유 실리콘 글래스를 스핀코팅한 다음, 베이킹하는 단계; (d) 상기 실리콘 기판 전면내로 홈을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭하는 단계; (e) 상기 홈에 인화합물 함유 니켈(Ni) 도금액을 무전해 도금하는 단계; (f) 실리콘 기판 후면내로 홈을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭하는 단계; (g) 상기 실리콘 기판 전면의 홈에 산화물을 스핀코팅한 다음, 베이킹하여 산화막을 형성하는 단계; (h) 상기 실리콘 기판 후면의 홈에 보론 화합물 함유 니켈(Ni) 도금액을 무전해도금하는 단계; (i) 실리콘 기판 전면의 홈에 형성된 산화막을 약화시킨 다음, 제거하는 단계; (j) 포밍가스 어닐링 단계; 및 (k) 상기 실리콘 기판 전면 및 후면의 홈 상부에 구리를 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 의해서도 이루어진다.In addition, an object of the present invention is to (a) texturing the p-type silicon substrate, then cleaning; (b) spin-coating phosphorus (P) -containing silicon glass on the entire surface of the substrate and then baking; (c) spin-coating boron (B) -containing silicon glass on the back side of the substrate and then baking; (d) forming a groove in the entire surface of the silicon substrate and then etching the groove; (e) electroless plating a phosphorus compound-containing nickel (Ni) plating solution on the grooves; (f) forming a groove into the back side of the silicon substrate and then etching the groove; (g) spin-coating an oxide in the groove in front of the silicon substrate, and then baking to form an oxide film; (h) electroless plating a boron compound-containing nickel (Ni) plating solution into the groove on the rear surface of the silicon substrate; (i) weakening and then removing the oxide film formed in the groove in front of the silicon substrate; (j) forming gas annealing step; And (k) is also made by the method of manufacturing a recessed electrode type solar cell, characterized in that it comprises the step of plating a copper on the upper grooves of the front and rear of the silicon substrate.
통상적인 함몰전극형 태양전지에서는 전지의 활성영역으로부터 금속 전극을 완전히 분리하기 위하여 전극이 형성되는 홈영역에 n형 또는 p형 불순물을 깊게 도핑하는 것이 일반적이다. 본 발명에서는 이러한 불순물의 도핑공정과 금속 도금층 형성과정을 동시에 이루어지도록 한 것이다.In a typical recessed electrode type solar cell, in order to completely separate the metal electrode from the active region of the cell, it is common to deeply dope n-type or p-type impurities in the groove region where the electrode is formed. In the present invention, the doping step of the impurity and the metal plating layer forming process are performed at the same time.
이하, 인(P) 화합물을 함유하는 니켈(Ni) 도금액을 이용한 무전해도금과정의 원리를 간단하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the principle of the electroless plating process using a nickel (Ni) plating solution containing a phosphorus (P) compound will be briefly described.
니켈 도금과정은 하이포-포스파이트(hypo-phosphite) 이온의 존재하에서 니켈 이온의 촉매적 환원반응에 의하여 이루어진다. 수용성 매질에서는 상기 하이포-포스파이트 음이온이 H를 발생시키면서 포스파이트(phosphite) 이온으로 산화되는데, 이 때의 반응속도는 하이포-포스파이트 이온의 농도 및 온도에 따라 달라진다 (반응식 1). Nickel plating is performed by catalytic reduction of nickel ions in the presence of hypo-phosphite ions. In an aqueous medium, the hypo-phosphite anion is oxidized to phosphite ions while generating H, and the reaction rate depends on the concentration and temperature of the hypo-phosphite ions (Scheme 1).
상기 산화반응은 고온, 알칼리 용액하에서는 동일상 반응으로 동시에 일어나는데 비하여, 중성 또는 적당한 산성조건에서는 촉매로서 Ⅷ족 금속 원소, 예를 들어 Pd, Ni 등의 존재하에서 진행된다(촉매적 동일상반응).The oxidation reaction occurs simultaneously in the same phase reaction under high temperature and alkaline solution, whereas in neutral or moderate acidic conditions, the oxidation proceeds in the presence of Group VIII metal element, for example, Pd, Ni, etc. (catalytic in-phase reaction).
상술한 바와 같이, 무전해 도금 반응은 하이포-포스파이트 분자의 촉매탈수소(catalytic dehydrogenation)반응이다. As mentioned above, the electroless plating reaction is a catalytic dehydrogenation reaction of hypo-phosphite molecules.
만약 중성 또는 적절한 산성 조건하에서 니켈과 같은 금속 양이온이 존재하면 하이포-포스파이트 이온 또는 상기 니켈 양이온이 없어질 때까지 촉매 금속 표면상에 도금이 계속 이루어지게 된다. 이 때의 전체 반응식은 다음과 같다. If metal cations such as nickel are present under neutral or suitable acidic conditions, plating continues on the catalytic metal surface until the hypo-phosphite ions or the nickel cations are lost. The overall reaction at this time is as follows.
니켈 이온의 환원은 금속 표면에 원자 H가 흡수됨으로써 이루어진다. 이와 같은 반응과 동시에 하이포-포스파이트 이온, 원자 H 및 니켈 양이온간의 제2반응이 일어나서 니켈 포스파이드(phosphide) Ni3P (중간체 화합물로서 포스파이트염을 형성하기도 함)을 형성한다.The reduction of nickel ions is achieved by the absorption of atoms H on the metal surface. Simultaneously with this reaction, a second reaction between hypo-phosphite ions, atoms H and nickel cations occurs to form nickel phosphide Ni 3 P (which may form a phosphite salt as an intermediate compound).
이를 기본적인 반응식으로 표현하면 하기 반응식 3, 4, 5, 6 및 7과 같다.If this is expressed as a basic scheme, it is the same as Schemes 3, 4, 5, 6 and 7.
상기 반응식 3-7로부터 알 수 있는 바와 같이, 반응이 진행되면 Ni3P 합금이 형성되는데, 상기 합금은 그 자체가 촉매로서의 역할을 한다. 따라서 시간이 경과되면 도금 코팅 두께는 일정시간동안 지속적으로 증가되며, 도금액의 pH와 반응물의 이온농도가 감소됨에 따라 점차적으로 제한된다.As can be seen from Scheme 3-7, as the reaction proceeds, a Ni 3 P alloy is formed, which itself serves as a catalyst. Therefore, as time passes, the coating thickness is continuously increased for a certain time, and gradually limited as the pH of the plating solution and the ion concentration of the reactants decrease.
보론 함유 니켈 도금액을 이용한 무전해도금의 원리는 Ni3P대신 NiB가 생성되는 것을 제외하고는 인 함유 니켈 도금액을 이용한 무전해 도금의 원리의 경우와 동일하다.The principle of electroless plating using boron-containing nickel plating liquid is the same as that of electroless plating using phosphorus-containing nickel plating liquid except that NiB is produced instead of Ni 3 P.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단면(single sided) 및 (double sided) 양면 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing single sided and double sided double-sided depressed electrode solar cells according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a-f에는 단면 함몰전극형 태양전지의 제조순서가 도시되어 있다.1A-F illustrate a manufacturing procedure of the cross-sectional recessed electrode solar cell.
이를 참조하면, 먼저, p형 실리콘 기판 (11)을 텍스처링한 다음, 이 기판을 깨끗하게 세정한다. 세정된 기판 (11)의 전면상에 인 함유 실리콘 글래스를 스핀코팅한 다음 베이킹하여 n+형 반도체층 (12)과 산화막 (13)을 순차적으로 형성시킨다 (도 1a). 여기에서 상기 인 함유 실리콘 글래스에서 인의 농도는 5 내지 10%, 특히 약 10%가 바람직하다. 그리고 상기 베이킹 조건은 150 내지 200℃에서 15 내지 20 분동안 실시하는 것이고, 특히 약 200℃에서 약 20분동안 실시하는 것이 바람직하다.Referring to this, first, the p-
이어서, 상기 실리콘 기판 (11)의 전면에 홈 (14)을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭한다(도 1b). 여기에서 홈 에칭은 50 내지 55℃에서 KOH 용액을 사용하여 15 내지 20분동안 특히 약 20분동안 실시함으로써 이루어진다.Subsequently, a
에칭된 홈 (14) 상부에 인화합물 함유 니켈 도금액을 이용하여 도금한다(도 1c). 상기 니켈 도금액으로는 통상적인 니켈 도금액이라면 모두 사용가능하며, 구체적인 예로써 NaH2PO2와 NiCl2를 함유하고 있는 니켈 도금액이 있다. 여기에서 상기 니켈 도금액을 이용하여 도금할 때의 조건은 90 내지 97℃에서 5 내지 15분동안이다.The
실리콘 기판 후면상에 알루미늄을 증착하여 알루미늄층 (15)을 형성한다(도 1d). 이 때 알루미늄층의 두께는 1 내지 2㎛이 바람직하다.Aluminum is deposited on the back surface of the silicon substrate to form an aluminum layer 15 (FIG. 1D). At this time, the thickness of the aluminum layer is preferably 1 to 2㎛.
이어서, 포밍가스 어닐링을 실시한다. 이 때 실험조건은 800 내지 900℃에서 20분 내지 60분동안 실시한다. 이러한 어닐링 과정에서 실리콘 기판 전면의 홈 (14)에는 n+형 반도체층 (12')과 니켈 도금층 (16)이 순차적으로 적층된다(도 1e).Next, forming gas annealing is performed. At this time, the experimental conditions are carried out for 20 to 60 minutes at 800 to 900 ℃. In this annealing process, the
이후, 실리콘 기판 전면상의 니켈 도금층 (16) 상부에 구리를 도금하여 구리(Cu) 도금층 (17)을 형성한다(도 1f).Thereafter, copper is plated on the nickel plating layer 16 on the entire surface of the silicon substrate to form a copper (Cu) plating layer 17 (FIG. 1F).
도 2a-j는 양면 함몰전극형 태양전지의 제조공정 순서를 나타낸 도면이다.2a-j is a view showing a manufacturing process sequence of a double-sided recessed electrode solar cell.
이를 참조하면, 먼저, p형 실리콘 기판 (21)을 텍스처링한 다음, 이 기판을 깨끗하게 세정한다. 세정된 기판 (21)의 전면상에 인(P) 함유 실리콘 글래스를 스핀코팅한 다음, 베이킹하여 n+형 반도체층 (22)과 산화막 (23)을 순차적으로 형성시킨다(도 2a). 여기에서 실리콘 글래스 내의 인의 농도나 베이킹 조건은 단면 함몰전극형 태양전지 제조시의 경우와 동일하다.Referring to this, first, the p-
이어서, 상기 기판 (21)의 후면에 보론(B) 함유 실리콘 글래스를 스핀코팅한 다음 p+형 반도체층 (24)를 형성한다(도 2b). 여기에서 실리콘 글래스중의 보론의 함량은 5 내지 10%이고, 특히 약 10%인 것이 바람직하다.Subsequently, after spin-coating a boron (B) -containing silicon glass on the rear surface of the
그 후, 상기 실리콘 기판의 전면에 홈 (25)을 형성한 다음, 이 홈내를 에칭한다(도 2c). 여기에서 홈 에칭 조건은 단면 함몰전극형 태양전지 제조시의 경우와 동일하다. Thereafter,
에칭된 홈 (25) 상부에 인화합물 함유 니켈 도금액, 예를 들어 NaH2PO2와 NiCl2를 함유하고 있는 니켈 도금액을 사용하여 도금한다(도 2d). 그 후, 실리콘 기판 (21)의 후면에 홈 (25')을 형성한 다음, 이 홈 (25')내를 에칭한다(도 2e).The plating is performed using a nickel plating solution containing a phosphorus compound, for example, NaH 2 PO 2 and NiCl 2 , on the etched groove 25 (FIG. 2D). Thereafter, a groove 25 'is formed in the rear surface of the
실리콘 기판 (21) 후면의 홈 (25') 에칭이 완결되면, 실리콘 기판 전면의 홈 (25)상에 산화막 (23')을 형성한다(도 2f). 이렇게 기판 (21) 전면 홈 (25)을 마스킹하고 나서, 실리콘 기판 후면의 홈 (25')상에 보론화합물 함유 니켈 도금액을 무전해도금한다(도 2g). 여기에서 보론 화합물 함유 니켈 도금액으로는 통상적인 니켈 도금액이라면 모두 사용가능하며, 구체적인 예로는 NaBH4와 NiCl2를 함유하고 있는 니켈 도금액을 들 수 있다.When etching of the grooves 25 'on the rear surface of the
그 후, 실리콘 기판 전면의 홈 (25)에 형성된 산화막 (23')을 약화시킨 다음, 제거한다(도 2h).Thereafter, the oxide film 23 'formed in the
이어서, 포밍가스 어닐링을 실시한다(도 2i). 이 어닐링 과정에서 실리콘 기판 (21) 전면의 홈 (25)에는 n+형 반도체층 (22')과 니켈 도금층 (26)이 순차적으로 적층되고, 실리콘 기판 (21) 후면의 홈 (25')에는 p+형 반도체층 (24')와 니켈 도금층 (26')이 순차적으로 적층된다.Next, forming gas annealing is performed (FIG. 2I). In this annealing process, the
이후, 실리콘 기판 전면 및 후면상의 니켈 도금층 (26) 및 (26') 상부에 구리를 도금하여 구리 도금층 (27) 및 (27')을 각각 형성한다(도 2j).Thereafter, copper is plated on the nickel plating layers 26 and 26 'on the front and rear surfaces of the silicon substrate to form copper plating layers 27 and 27', respectively (FIG. 2J).
상술한 바와 같이 본 발명의 제조방법은 에미터 형성, 니켈 도금층의 형성 및 상기 도금층의 소결이 오직 한 단계에 의하여 이루어진다. 이와 같은 제조공정에 따르면, 단면 함몰전극형 태양전지의 경우에는 16∼18% 그리고 양면 함몰전극형 태양전지의 경우에는 약 19%의 효율을 갖는다. As described above, in the manufacturing method of the present invention, the emitter formation, the nickel plating layer formation, and the sintering of the plating layer are performed by only one step. According to such a manufacturing process, it has an efficiency of 16 to 18% for the single-sided depressed electrode solar cell and about 19% for the double-sided depressed electrode solar cell.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 가지고 있다.According to the present invention, it has the following effects.
첫째, 에미터 형성, 산화막 형성 및 전극 형성시 최대 2개의 로만 사용하여도 무방하다. 그리고 만약 스핀-온 공급원이 에미터 형성과 산화막 약화에 사용된다면, 로장비는 오직 1개만 있어도 된다. 이와 같이 로의 숫자를 줄일 수 있게 되면 로로 공급하는 질소나 산소 가스 비용이 절감되어 결국 전지 제조단가가 낮아진다. First, up to two furnaces may be used for emitter formation, oxide film formation and electrode formation. And if a spin-on source is used for emitter formation and oxide weakening, there may be only one furnace equipment. When the number of furnaces can be reduced in this way, the cost of nitrogen or oxygen gas supplied to the furnace is reduced, resulting in a lower battery manufacturing cost.
둘째, 기판으로서 고가인 고품질의 기판을 사용하지 않아도 된다. 즉, 다결정기판을 비롯한 여러종류의 기판을 사용할 수 있게 된다.Second, it is not necessary to use an expensive high quality substrate as a substrate. That is, various kinds of substrates including a polycrystalline substrate can be used.
셋째, 고온공정의 수자 줄어들기 때문에 오염발생률이 적어서 세정공정에 대한 필요성 및 중요성이 통상적인 태양전지에 비하여 적어진다. 따라서, 종래의 세정공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.Third, since the number of high-temperature processes is reduced, the contamination rate is low, so the necessity and importance of the cleaning process is less than that of conventional solar cells. Therefore, the cost of the conventional washing process can be reduced.
상술한 바와 같은 효과로 인하여 본 발명에 따라 제조된 함몰전극형 태양전지는 통상적인 화석연료와 유리하게 경쟁할 수 있는 유리한 위치에 설 수 있게 된다. Due to the effects as described above, the depressed electrode solar cell manufactured according to the present invention can stand in an advantageous position that can advantageously compete with conventional fossil fuels.
도 1a-f는 본 발명에 따른 단면 함몰전극형 태양전지의 제조공정을 순서적으로 나타낸 도면이고,1a-f is a view sequentially showing a manufacturing process of the cross-sectional recessed electrode solar cell according to the present invention,
도 2a-j는 본 발명에 따른 양면 함몰전극형 태양전지의 제조공정을 순서적으로 나타낸 도면이다.Figure 2a-j is a view sequentially showing the manufacturing process of the double-sided depressed electrode solar cell according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11, 21... p형 실리콘 기판 12, 12', 22, 22'.. n+형 반도체층11, 21 ... p-
13, 23, 23'... 산화막 14, 25, 25'... 홈13, 23, 23 '...
15... 알루미늄층 24, 24'... p+형 반도체층15 ...
16, 26, 26'... 니켈(Ni) 도금층 16, 26, 26 'Nickel plated layer
17, 27,27'... 구리(Cu) 도금층17, 27,27 '... Copper plated layer
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