KR100600850B1 - 효율이 향상된 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 p형 액티브층과 p+형 베이스층 사이에 절연막을 형성하여 후면 재결합 및 후면반사를 감소시켜 효율을 향상시키고, 베이스콘택을 p+형 베이스층상에 형성하여 콘택저항을 감소시킬 수 있는 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 박막 실리콘 태양전지는 절연기판상에 형성된 p+형 반도체층과; 상기 p+형 반도체층의 일부분을 노출시키는 콘택개구부를 포함하고, 상기 p+형 반도체층의 일측에지부분이 노출되도록 상기 p+형 반도체층상에 형성된 절연막과; 상기 콘택개구부를 통해 상기 p+형 반도체층과 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택되도록, 상기 절연막상에 형성된 p형 반도체층과; 상기 p형 반도체층상에 형성된 n+형 반도체층과; 상기 노출된 p+형 반도체층상에 형성된 콘택을 구비한다.
Description
도 1은 종래의 박막 실리콘 태양전지의 단면구조도,
도 2a 내지 2g는 본 발명의 실시예에 따른 박막 실리콘 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 절연기판 21 : 시드층
22 : p+형 반도체층 23 : 절연막
24, 28, 30 : 콘택 개구부 25 : p형 반도체층
26 : n+형 반도체층 27 : 보호막
29 : 베이스 콘택 31 : 에미터 콘택
본 발명은 박막 실리콘 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 p형 액티브층과 p+형 베이스층 사이에 절연막을 형성하여 효율을 향상시키고 콘택저항을 감소시킬 수 있는 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 박막 실리콘 태양전지의 단면구조를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 종래의 박막 실리콘 태양전지는 절연기판(10)상에 베이스층인 p+형 반도체층(11)이 형성되고, 상기 p+형 반도체층(11)상에 액티브층인 p형 반도체층(12)이 형성되며, 상기 p형 반도체층(12)상에 에미터층인 n+형 반도체층(13)이 형성되고, 상기 n+형 반도체층(13)상에 반사방지막(14)이 형성되며, 상기 p형 반도체층(12)과 전기적으로 콘택되도록 베이스콘택(15)이 형성되고, 상기 반사방지막(14)상에 에미터콘택(16)이 형성된 구조를 갖는다.
상기한 바와같은 종래의 박막 실리콘 태양전지는 베이스콘택(15)이 p형 반도체층(12)과 전기적으로 콘택되도록 형성되어 콘택저항이 높으며, p+형 반도체층(11)상에 직접 p형 반도체층이 전면적으로 접하도록 형성되므로, 후면 재결합(back surface recombination)과 후면반사(back surface reflection)에 의하여 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 베이스 콘택(15)을 형성하기 위한 p형 반도체층(12)의 식각시, 식각콘트롤이 어려운 문제점이 있었다.
한편, 종래의 또 다른 실리콘 박막 태양전지로는 도전성 기판의 전면상에 전면전극을 형성하고 도전성 기판을 베이스콘택으로 이용하는 구조와 기판전면에 베이스영역과 에미터영역을 형성하고, 베이스콘택과 에미터콘택 또한 전면상에 인터디지트형태(interdigitated structure)로 형성한 구조가 있었다.
그러나, 전자의 태양전지는 후면콘택이 액티브층에 직접 접하도록 형성되지 않기 때문에 기판을 통해 흐르는 전류의 저항손실 및 재결합손실이 커다란 문제점이 있었다. 그리고, 후자의 태양전지는 기판의 전면상에 두 종류의 베이스콘택과 에미터콘택을 형성하여야 하기 때문에 전극면적으로 인한 표면 셰이딩손실(surface shading loss)이 커서 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, p형 액티브층과 p+형 베이스층사이에 절연막을 형성하여 줌으로써, 후면재결합 및 후면반사를 방지하여 효율을 향상시킬 수 있는 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 베이스콘택을 p+형 베이스층과 직접 전기적으로 콘택되도록 형성하여 줌으로써, 콘택저항을 감소시킬 수 있는 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연기판상에 형성된 p+형 반도체층과; 상기 p+형 반도체층의 일부분을 노출시키는 콘택개구부를 포함하고, 상기 p+형 반도체층의 일측에지부분이 노출되도록 상기 p+형 반도체층상에 형성된 절연막과; 상기 콘택개구부를 통해 상기 p+형 반도체층과 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택되도록, 상기 절연막상에 형성된 p형 반도체층과; 상기 p형 반도체층상에 형성된 n+형 반도체층과; 상기 노출된 p+형 반도체층상에 형성된 콘택을 구비하는 박막 실리콘 태양전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 절연기판상에 p+형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 p+형 반도체층의 일부분을 노출시키는 제1콘택개구부를 구비한 절연막을 형성하는 단계 와; 상기 제1콘택개구부를 통해 상기 p+형 반도체층과 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택되는 p형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 p형 반도체층상에 n+형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 n+형 반도체층의 에지부분이 노출되도록 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막을 이용하여 노출된 n+형 반도체층과 그하부의 p형 반도체층 및 절연막을 식각하여 상기 p+형 반도체층을 노출시키는 제2콘택개구부를 형성하는 단계와; 상기 제2콘택개구부에 상기 p+형 반도체층과 직접 전기적으로 콘택되는 콘택을 형성하는 단계를 포함하는 박막 실리콘 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 박막 실리콘 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도를 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 절연기판(20)상에 실리콘박막을 성장시키기 위한 시드층(21)을 형성한다. 상기 시드층(21)으로 다결정 실리콘막이 형성되는데, 상기 다결정 실리콘막은 비정질 실리콘막을 증착한 다음 열처리하여 결정화하거나 또는 금속유도 결정화방법(MIC, metal induced crystallization)을 이용하여 결정화하여 형성한다.
상기 시드층(21)상에 액상 성장법(LPE, liquid phase epitaxy) 또는 CVD 법으로 결정질 실리콘박막의 p+형 반도체층(22)을 형성한다. 상기 p+형 반도체층(22)은 베이스층으로 작용하며, B, Ga 등과 같은 p형 불순물이 고농도로 도핑된 반도체층으로서 수㎛이상의 두께를 갖는다.
본 발명의 실시예에서는, 시드층(21)을 형성한 다음 시드층(21)상에 p+형 반도체층(22)을 액상 성장법 또는 CVD 법으로 형성하였는데, CVD 법으로 p+형 반도체층(22)을 형성하는 경우에는 상기 시드층(21)없이 절연기판(20)상에 직접 p+형 반도체층(22)을 형성할 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 p+형 반도체층(22)상에 산화막 또는 질화막과 같은 절연막(23)을 수백 내지 수천 Å의 두께로 증착한다. 상기 절연막(23)은 후면 재결합방지 및 후면반사방지막으로서의 역할을 한다. 상기 절연막(23)의 소정부분을 식각하여 콘택개구부(24)를 형성하는데, 상기 절연막(23)은 사진식각, 레이저, 또는 기계적인 스크라이빙(mechanical scribing) 등의 방법을 이용하여 절연막(23)을 식각한다. 이때, 콘택개구부(24)는 그의 면적이 상기 p+형 반도체층(22)의 전체 면적중 10%이내가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, 상기 콘택개구부(24)를 통해 상기 p+형 반도체층(22)에 연결되는 p형 반도체층(25)을 상기 절연막(23)상에 형성한다. 이때, 상기 p형 반도체층(25)은 액티브층으로서, 상기 콘택개구부(24)가 채워지도록 성장시킨 다음 연속적으로 수 내지 수십 ㎛의 두께로 성장시킨다. 이때, 상기 액티브층인 p형 반도체층(25)이 상기 p+형 반도체층(22)과 콘택개구부(24)를 통해서 전기적으로 연결될 때, 전체적으로 연결되는 것이 아니라 국부적으로 연결되므로, 상기 절연막(23)에 의해 후면재결합 및 후면반사가 방지되어진다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 콘택개구부(24)를 채운 다음 연속하여 절연막(23)상에 p형 반도체층을 성장시켜 액티브층(25)을 형성하였으나, 상기 콘택 개구부(24)를 p+형 반도체층으로 채운 다음 연속적으로 절연막(23)상에 p형 반도체층을 성장시켜 액티브층(25)을 형성할 수도 있다.
도 2d를 참조하면, 화학적 또는 기계적인 방법으로 상기 p형 반도체층(25)의 표면을 텍스쳐링한 다음, 상기 p형 반도체층(25)상에 n+형 반도체층(26)을 형성한다. 상기 n+형 반도체층(26)은 에미터층으로서, 상기 p형 반도체층(25)상에 성장시켜 형성하거나 또는 상기 p형 반도체층(25)으로 n+형 불순물을 도핑시켜 형성한다. 이때, 에미터층(26)인 n+형 반도체층을 액티브층(25)인 p형 반도체층 또는 p+/p 형 반도체층과 연속하여 성장시킬 수도 있다.
도 2e를 참조하면, 상기 n+형 반도체층(26)상에 산화막 또는 질화막으로 된 보호막(27)을 형성하고, 에미터영역에 해당하는 부분에만 남도록 상기 보호막(27)을 패터닝하여 제거한다.
도 2f를 참조하면, 상기 보호막(27)을 이용하여 그 하부의 n+형 반도체층(26), 상기 p형 반도체층(25) 및 상기 절연막(23)을 식각하여 상기 p+형 반도체층(22)을 노출시키는 콘택개구부(28)를 형성한다.
즉, 상기 보호막(27)을 마스크로 하여 실리콘 식각액(silicon etching solution), 예를 들어 질산(HNO3)과 불산(HF)이 30:1의 비율로 혼합된 식각액을 이용하여 n+형 반도체층(26)과 p형 반도체층(25)을 식각하고, 이어서 선택적 식각액(selective etching solution), 예를 들어 완충 산화막 식각액(BOE, buffered oxide etchant)으로 상기 절연막(23)을 식각하여 콘택개구부(28)를 형성한다. 따라서, 본 발명에서는 실리콘 식각액을 이용하여 n+형 반도체층(26)과 p형 반도체층(25)을 식각한 다음 선택적 식각액을 이용하여 절연막(23)을 식각하여 줌으로써, 식각콘트롤이 용이하여 콘택개구부(28)의 형성이 용이하다.
상기 콘택개구부(28)를 통해 노출된 p+형 반도체층(22)상에 베이스콘택(29)을 형성한다. 상기 베이스콘택(29)은 금속전극으로서, Al을 사용한다.
도 2g를 참조하면, 에미터콘택이 형성될 부분의 보호막(27)을 식각하여 콘택개구부(30)를 형성한 다음 상기 콘택개구부(30)에 에미터 콘택(31)을 형성한다. 상기 에미터콘택(31)은 금속전극으로서, Ti, Pd, Ag, Ni, Cu 등이 사용된다.
상기한 바와같은 본 발명의 실시예에 따르면, p+형 베이스층과 p형 액티브층사이에 절연막을 형성하여 p+형 베이스층과 p형 액티브층을 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택시켜 줌으로써, 후면반사와 후면 재결합을 감소시켜 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 베이스 콘택을 p+형 반도체층과 직접 전기적으로 콘택되도록 형성하여 줌으로써, 콘택저항을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 절연막과 n+형 반도체층 및 p형 반도체층에 대한 선택적 에칭이 가능하므로, p+형 반도체층을 노출시키는 콘택개구부의 형성이 용이한 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 기판상에 형성된 p+형 반도체층과;상기 p+형 반도체층의 일부분을 노출시키는 콘택개구부를 포함하고, 상기 p+형 반도체층의 일측에지부분이 노출되도록 상기 p+형 반도체층상에 형성된 절연막과;상기 콘택개구부를 통해 상기 p+형 반도체층과 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택되도록, 상기 절연막상에 형성된 p형 반도체층과;상기 p형 반도체층상에 형성된 n+형 반도체층과;상기 노출된 p+형 반도체층상에 형성된 콘택을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 절연막은 질화막 또는 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리기판 또는 석영기판과 같은 절연성 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지.
- 기판상에 p+형 반도체층을 형성하는 단계와;상기 p+형 반도체층의 일부분을 노출시키는 제1콘택 개구부를 구비한 절연막 을 형성하는 단계와;상기 제1콘택 개구부를 통해 상기 p+형 반도체층과 국부적으로 그리고 전기적으로 콘택되는 p형 반도체층을 형성하는 단계와;상기 p형 반도체층상에 n+형 반도체층을 형성하는 단계와;상기 n+형 반도체층의 에지부분이 노출되도록 보호막을 형성하는 단계와;상기 보호막을 이용하여 노출된 n+형 반도체층 및 그하부의 p형 반도체층과 절연막을 식각하여 상기 p+형 반도체층을 노출시키는 제2콘택개구부를 형성하는 단계와;상기 제2콘택개구부에 상기 p+형 반도체층과 직접 전기적으로 콘택되는 콘택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 p+형 반도체층은 상기 기판상에 시드층을 형성하고 상기 시드층상에 액상성장법으로 성장시키거나, 또는 상기 기판상에 CVD법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 p형 반도체층과 n+형 반도체층은 연속적으로 성장시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제2콘택개구부를 형성하는 방법은 상기 n+형 반도체층 과 p형 반도체층을 실리콘 식각액을 이용하여 식각한 다음, 상기 절연막을 완충 산화막식각액을 이용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지의 제조방법.
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