KR100921701B1 - 태양전지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

제조 시간이 현저히 단축되고 제조 단가가 저렴한 실리콘 태양전지의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 (a) 기판(100) 상에 제1 비정질 실리콘층(130p)을 형성하는 단계; (b) 제1 비정질 실리콘층(130p) 상에 제2 비정질 실리콘층(130i)을 형성하는 단계; (c) 제2 비정질 실리콘층(130i) 상에 제3 비정질 실리콘층(130n)을 형성하는 단계; (d) 제3 비정질 실리콘층(130n) 상에 제4 비정질 실리콘층(140p)을 형성하는 단계; (e) 제4 비정질 실리콘층(140p) 상에 제5 비정질 실리콘층(140i)을 형성하는 단계; (f) 제5 비정질 실리콘층(140i) 상에 금속층(150)을 형성하는 단계; (g) 제5 비정질 실리콘층(140i)을 결정화 열처리하는 단계; 및 (h) 상기 (g)에서 결정화된 실리콘층(140i) 상에 제6 비정질 실리콘층(140n)을 형성하는 단계를 포함한다,
태양전지, 탄뎀 구조, 실리콘, 다결정 실리콘, 금속

Description

태양전지 제조방법{Method For Manufacturing Solar Cell}
본 발명은 실리콘 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 시간이 현저히 단축되고 제조 단가가 저렴한 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 그 응용 범위가 매우 넓다.
태양전지는 기본적으로 pn 접합으로 구성된 다이오드로서 그 동작원리는 다음과 같다. 태양전지의 pn 접합에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로 정공은 p층으로 이동함에 따라 pn간에 광기전력이 발생하게 되는데, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산하게 된다.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양하게 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘계 태양전지가 대표적이다. 실리콘계 태양전지는 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지와 박막형 [비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지로 구분된다. 이외에도 태양전지의 종류에는 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등을 들 수 있다.
단결정 실리콘 기판형 태양전지는 다른 종류의 태양전지에 비해서 변환 효율이 월등히 높다는 장점이 있지만 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용함에 따라 제조 단가가 높다는 치명적인 단점이 있다. 다결정 실리콘 기판형 태양전지 역시 단결정 실리콘 기판형 태양전지보다는 제조 단가가 저렴할 수 있지만, 벌크 상태의 원재료로부터 태양전지를 만드는 점은 단결정 실리콘 기판형 태양전지와 다를 바 없기 때문에, 원재료비가 비싸고 공정 자체가 복잡하여 제조 단가 절감에 한계가 있을 수 밖에 없다.
이와 같은 기판형 태양전지의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 유리와 같은 기판 위에 광흡수층인 실리콘을 박막 형태로 증착하여 사용함으로써 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 박막형 실리콘 태양전지가 주목을 받고 있다. 박막형 실리콘 태양전지는 기판형 실리콘 태양전지의 약 1/00에 해당되는 두께만으로도 태양전지의 제조가 가능하다.
박막형 실리콘 태양전지 중 가장 처음 개발되고 현재 주택용 등에 보급되기 시작한 것이 비정질 실리콘 박막형 태양전지이다. 비정질 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)법에 의해 형성할 수 있어서 대량 생산에 적합하고 제조 단가가 저렴한 대신에 비정질 실리콘 내에 다량으로 존재하는 실리콘 원자의 댕글링 본드(dangling bond) 때문에 변환 효율이 기판형 실리콘 태양전지에 비해 너무 낮다는 문제점이 있다. 또한, 비정질 실리콘 태양전지는 수명이 비교적 짧고 사용함에 따라 효율이 감소하는 열화 현상이 나타나는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 비정질 실리콘 태양전지의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이 광학적 밴드갭이 서로 다른 복수개의 셀을 2단 내지 3단 적층시킨 다중 구조, 이른바 탄뎀(Tandem) 구조의 태양전지이다. 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지는 폭 넓은 광 스펙트럼 영역을 분할하여 수광함으로써 광전 변환 효율이 향상되고 광 열화 현상에 기인한 광전 변환 특성의 저하를 어느 정도 방지할 수 있다.
예를 들어, Saitoh 등은 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)을 사용하여 p-i-n형 비정질 실리콘(a-Si)/미소 결정질 실리콘(μc-Si) 탄뎀 태양전지를 제조하였고, 이때 1cm2 면적에서 초기화 변환 효율은 9.4%, 안정화된 변환 효율은 8.5%이었다. 그러나, Saitoh 등이 개발한 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지는 PECVD를 이용하여 미소 결정질 실리콘을 형성할 때 낮은 증착 압력과 높은 증착 파워 조건을 요구되어 증착 시간이 너무 길어지는 등 실제 양산화가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 변환 효율이 우수한 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제조 시간이 현저히 단축되고 제조 단가가 저렴한 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 양산화가 가능한 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 (a) 기판 상에 제1 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 비정질 실리콘층 상에 제2 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (c) 상기 제2 비정질 실리콘층 상에 제3 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (d) 상기 제3 비정질 실리콘층 상에 제4 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (e) 상기 제4 비정질 실리콘층 상에 제5 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (f) 상기 제5 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계; (g) 상기 제5 비정질 실리콘층을 결정화 열처리하는 단계; 및 (h) 상기 (g)에서 결정화된 실리콘층 상에 제6 비정질 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 상기 (g)에서 결정화된 실리콘층 내에 잔존하는 금속 성분을 게터링 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제6 비정질 실리콘층은 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 금속층은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 결정화 열처리시 열처리 온도는 상기 제1 내지 제6 비정질 실리콘층의 고상 결정화(solid phase crystallization) 온도 이하일 수 있다.
상기 열처리 온도는 400 내지 700℃일 수 있다.
상기 게터링 열처리 과정을 통하여 금속 성분이 상기 제6 비정질 실리콘층 내의 불순물과 화합물을 형성할 수 있다.
상기 게터링 열처리시 열처리 온도는 400 내지 600℃일 수 있다.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지는 복수개의 실리콘층 중의 적어도 한 층은 금속-인 화합물 성분을 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 금속유도 결정화에 의해 다결정 실리콘층을 형성함으로써 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지의 제조 시간이 현저히 단축되어 제조 단가가 저렴해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 대형 태양전지의 대량 생산에 용이하게 적용할 수 있다는 효과가 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1l은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1l은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(10)이 구성을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 탄뎀 구조를 갖는 태양전지(10)는 기판(100) 상에 반사 방지층(110), 투명 전도층(120), 제1 p-i-n 실리콘층[p형 실리콘층(130p), i형 비정질 실리콘층(130i), n형 실리콘층(130n)], 제2 p-i-n 실리콘층[p형 실리콘층(140p), i형 다결정 실리콘층(140i), n형 실리콘층(140n)], 투명 전도층(160) 및 금속 전극층(170)이 순차적으로 적층되어 있다.
또한, 도 1l을 참조하면, 다결정 실리콘 태양전지(10)는 p-i-n 구조의 실리콘층이 2단으로 적층되어 있는 구성으로 되어 있다. 여기서, p-i-n 구조란 p형으로 도핑된 실리콘층(130p, 140p)과 n형으로 도핑된 실리콘층(130n, 140n) 사이에 p형 실리콘층(130p, 140p)과 n형 실리콘층(130n, 140n)과 비교할 때 상대적으로 절연성인 i형(즉, 진성; intrinsic) 실리콘층(130i, 140i)을 형성하는 구조를 말한다.
통상적으로 실리콘 태양전지에서 태양광은 p형 실리콘층을 통하여 i형 실리콘층에 입사되도록 하는 것이 태양전지의 효율 향상 측면에서 바람직하다. 이는 태양광에 의해 생성된 전자와 정공의 표동 이동도(drift mobility) 차이를 고려한 것으로서, 일반적으로 정공의 표동 이동도가 전자에 비해 낮기 때문에 태양광에 의한 캐리어의 수집 효율을 극대화하기 위해서는 대부분의 캐리어들이 p형 실리콘층/i형 실리콘층 계면에서 생성하도록 하여 정공의 이동 거리를 최소화 하여야 하기 때문이다.
한편, 본 발명에서 태양전지를 구성하는 기본 구조로 p-i-n 구조에 대해 설명하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 n-i-p 구조, 즉 n형 실리콘층/i형 실리콘층/p형 실리콘층을 적층한 구조도 가능하다. 다만, n-i-p 구조의 경우 태양광이 p쪽에서 입사되는 점을 감안할 때 태양광은 기판의 반대쪽에서 입사되므로 이 경우 기판은 반드시 유리와 같은 투명한 재질로 할 필요가 없으며 예를 들어 실리콘이나 금속 재질의 기판 사용도 가능하다.
또한, 본 발명에서 p형 실리콘층(130p, 140p)과 n형 실리콘층(130n, 140n) 사이에 반드시 도핑이 전혀 되지 않은 i형 실리콘층(130i, 140i)이 배치되는 것으로 되어 있지만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 p형 실리콘층(130p, 140p)과 n형 실리콘층(130n, 140n)에 비하여 상대적으로 절연성인(즉, 전기전도도가 낮은) 비정질 실리콘층이 배치되는 것도 무방하다. 예를 들어, p형 실리콘층(130p, 140p)과 n형 실리콘층(130n, 140n)을 하이(high) 도핑시키고 그 사이에 n형 또는 p형 불순물이 로우(low) 도핑된 실리콘층(130i, 140i)을 배치하는 것도 가능하다.
이하 탄뎀 구조를 갖는 태양전지(10)의 제조방법을 각 단계별로 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 기판(100) 상에 반사 방지층(110)을 형성한다. 태양전지에 있어서 기판(100)은 태양광의 흡수를 위하여 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하며 예를 들어, 유리 및 플라스틱을 포함할 수 있다.
이때, 기판(100) 표면은 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 텍스쳐링(texturing) 처리할 수 있다. 여기서, 텍스쳐링이란 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실에 의해 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것으로서, 태양전지에서 사용되는 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 기판 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스쳐링으로 기판 표면이 거칠어지면 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시킴으로써 광 포획량이 증가되어 광학적 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 반사 방지층(110)은 기판(100)을 통하여 입사된 태양광이 실리콘층에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써 태양전지의 효율을 저하시키는 현상을 방지하는 역할을 하며, 예를 들어 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 반사 반지층(110)의 형성 방법으로는 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD) 및 PECVD법 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 반사 반지층(110) 상에 제1 투명 전도층(120)을 형성한다. 제1 투명 전도층(120)은 태양광을 투과시킬 수 있으면서 p형 실리콘층(130p)과 전기적 연결이 가능하도록 하는 역할을 하며, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속 등의 불순물이 도핑된ZnO를 포함할 수 있다. 제1 투명 전도층(110)의 형성 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증기 증착법(physical vapor deposition; PVD)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 1c 내지 도 1e를 참조하면, 투명 전도막(30) 상에 3층의 비정질 실리콘층, 즉 p형 비정질 실리콘층(130p), i형 비정질 실리콘층(130i), n형 비정질 실리콘층(130n)을 차례대로 형성시켜 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지의 제1 p-i-n 실리콘층을 형성한다.
제1 p-i-n 실리콘층(130p, 130i, 130n)은 비정질 실리콘 상태로 형성되며, 이의 형성 방법으로는 LPCVD번, PECVD법, 열선 화학 기상 증착(hot wire chemical vapor deposition)법 등과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 p-i-n 실리콘층(130p, 130i, 130n)의 실리콘층에 대한 n형 또는 p형 도핑은 비정질 실리콘층 형성시에 인시츄(in situ) 도핑 하는 것이 바람직하다. 이때, p형 도핑시 불순물로서는 보론(B)을 n형 도핑시 불순물로서는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이다. 제1 p-i-n 실리콘층(130p, 130i, 130n)의 두께와 도핑 농도는 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 두께와 도핑 농도를 적용할 수 있다.
다음으로, 도 1f 내지 도 1g를 참조하면, n형 비정질 실리콘층(130n) 상에 p형 비정질 실리콘층(140p) 및 i형 비정질 실리콘층(140i)을 차례대로 형성한다. p형 비정질 실리콘층(140p) 및 i형 비정질 실리콘층(140i)의 형성 방법 및 도핑 방법으로는 상술한 바와 같은 p형 비정질 실리콘층(130p)과 i형 비정질 실리콘층(130i)의 형성 방법과 동일하다. p형 비정질 실리콘층(140p) 및 i형 비정질 실리콘층(140i)의 두께와 도핑 농도는 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 두께와 도핑 농도를 적용할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 비정질 실리콘층/다결정 실리콘층의 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지를 제조하기 위하여, 금속유도 결정화(metal induced crystallization; MIC)법을 사용하여 i형 비정질 실리콘층(140i)을 다결정(polycrystalline) 실리콘층으로 결정화시킨다.
금속유도 결정화(MIC; metal induced crystallization)법은 LCD와 같은 평판 디스플레이의 구동 소자에 해당하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly silicon thin film transistor; Poly Si TFT) 분야 등에서 공지의 기술이므로 금속유도 결정화의 기구(mechanism) 등의 상세한 내용은 본 명세서에서 생략하기로 한다.
이를 위해서는 먼저 도 1h에 도시한 바와 같이, n형 비정질 실리콘층(140n) 을 형성하기 전에 i형 비정질 실리콘층(140i) 상에 금속층(150)을 형성한다. 금속층(150)은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 성분을 포함할 수 있으나, Ni만을 포함하는 것이 더 바람직하다. 금속층(150)의 형성 방법으로는 LPCVD법, PECVD법, 원자 단위층 증착법(atomic layer deposition; ALD) 등과 같은 화학 기상 증착법, 스퍼터링법 등과 같은 물리 기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 1i를 참조하면, i형 비정질 실리콘층(140i)을 열처리(또는 어닐링)한다. 상기 열처리 과정을 통하여 i형 비정질 실리콘층(140i)이 i형 다결정 실리콘층(140i)으로 결정화되는데, 금속 촉매의 영향으로 비정질 실리콘층의 고상 결정화 온도보다 저온에서 결정화가 가능하다. 결정화 열처리 공정은 통상적인 어닐링 노(furnace)를 사용하여 진행하면 되며 결정화 열처리 조건은 온도 400 내지 700℃, 시간 1 내지 10 시간의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 결정화 열처리 공정을 통하여 p형 비정질 실리콘층(140p) 역시 결정화되어 p형 다결정 실리콘층(130p)이 될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 비정질 실리콘층/다결정 실리콘층의 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지를 제조하기 위하여, 결정화 열처리 온도는 비정질 실리콘층, 즉 i형 비정질 실리콘층(130i)이 고상 결정화(solid phase crystallization)가 일어나는 온도 범위 내에서 선택하지 않는 것이 바람직하다. 다시 말하여, 상기 결정화 열처리 공정 중에 i형 비정질 실리콘층(130i)이 SPC 반응을 통해 다결정 실리콘층으로 결정화되는 것을 피하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 1j를 참조하면, i형 다결정 실리콘층(140i) 상에 n형 비정질 실리콘층(140n)을 형성한다. n형 비정질 실리콘층(140n)의 형성 방법 및 도핑 방법으로는 상술한 바와 같은 n형 비정질 실리콘층(130n)의 경우와 동일하다. n형 비정질 실리콘층(140n)의 두께와 도핑 농도는 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 두께와 도핑 농도를 적용할 수 있다.
이로써 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지의 제2 p-i-n 실리콘층(140p, 140i, 140n)이 완성된다. 도시한 바와 같이, 제2 p-i-n 실리콘층은 제1 p-i-n 실리콘층이 그대로 반복되는 구조를 갖는다. 따라서, 제1 실리콘층이 n-i-p 구조를 갖는 경우에는 제2 실리콘층 역시 n-i-p 구조를 가져야 한다.
다음으로, 도 1k를 참조하면, i형 다결정 실리콘층(140i) 내에 잔존하고 있는 도 1i에서 금속유도 결정화를 위하여 도입되었던 금속 성분을 제거하기 위한 게터링(gettering) 열처리한다. 게터링 열처리 과정에서 i형 다결정 실리콘층(140i) 내에 잔존하고 있던 금속, 예를 들어 Ni은 n형 비정질 실리콘(140n) 내로 확산되어 n형 불순물인 P와 반응하여 니켈-인(Ni2P) 화합물을 형성함으로써 i형 다결정 실리콘층(140i) 내에 잔존하고 있던 금속이 제거된다. 이로써 금속유도 결정화를 위하여 불가피하게 도입된 Ni이 태양전지 내부, 더 구체적으로는 i형 다결정 실리콘층(140i) 내에 존재함으로써 누설 전류를 증가시키는 등 금속 오염에 의해 태양전지의 제반 특성이 저하되는 현상을 방지할 수 있다. 게터링(gettering) 열처리 조건은 400 내지 600℃의 온도와 1 내지 5 시간의 범위 내인 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바와 같은 태양전지의 금속 오염을 최소화 하기 위하여, 도입되는 금속 성분의 양을 조절할 필요가 있을 수 있다. 이를 위해서는 금속층(150)의 두께를 조절하는 방법을 예로 들 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 경우에 따라서는 태양전지 내부에 잔존하는 금속의 양을 최소한으로 유지하기 위하여 한 원자층(one atomic layer) 미만으로 금속층의 두께를 조절할 필요도 있으며, 여기서 한 원자층 미만의 두께란 비정질 실리콘층 상에 한 원자층의 금속층이 연속적으로 형성되지 않고 드문드문 형성되는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에서 금속층(150)은 i형 비정질 실리콘층(140i) 상에 형성한 후 결정화 열처리를 수행하는 것으로 되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 n형 비정질 실리콘층(130n)이나 p형 비정질 실리콘층(140p) 상에 금속층(150)을 형성한 후 결정화 열처리를 수행하여도 무방하다.
끝으로, 도 1l을 참조하면, n형 비정질 실리콘층(140n) 상에 제2 투명 전도층(160)과 금속 전극층(170)을 차례대로 형성하며 이로써 최종적으로 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지(10)가 완성된다. 제2 투명 전도층(160)의 재질과 형성 방법은 상술한 바와 같은 제1 투명 전도층(120)의 경우와 동일하다. 또한, 금속 전극층(170)의 재질은 알루미늄 등과 같은 전도성 물질이면 되고 이의 형성 방법은 열 증착법 또는 스퍼터링법 등과 같은 물리 기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 1l에 도시된 태양전지(10)의 구성에 있어서, 반사 방지층(110), 제1(120) 및 제2 투명 전도층(160)은 경우에 따라 생략될 수 있다. 아울러, 반사 방지층(110)과 제1 투명 전도층(120)은 어느 한 층만 사용하는 것이 태양전지의 제반 특성을 고려하였을 때 더 바람직한 경우도 있다.
한편, 상기에서 본 발명의 실시예로서 p-i-n 실리콘층을 2단으로 적층시킨 탄뎀 구조의 실리콘 태양전지에 대하여 설명한 바 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 p-i-n 실리콘층을 3단으로 적층시킨 태양전지도 본 발명의 실시예가 될 수 있다. 즉, 어떠한 태양전지도 그 태양전지를 구성하는 적어도 한 층의 실리콘층 내에 금속-인 화합물 성분이 포함되어 있다면 이러한 태양전지 및 그 제조방법은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지는 금속유도 결정화법을 이용하여 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화시킴으로써 PECVD법을 이용하여 미소 결정질 실리콘 자체를 제조하는 종래의 탄뎀 구조를 갖는 실리콘 태양전지에 비하여 제조 시간이 현저히 단축되고 제조 단가가 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1a 내지 도 1l은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 구성을 나타내는 도면.
<주요 도면 부호에 관한 간단한 설명>
100: 기판
110: 반사 반지층
120: 제1 투명 전도층
130p: p형 비정질 실리콘층
130i: i형 비정질 실리콘층
130n: n형 비정질 실리콘층
140p: p형 비정질 실리콘층
140i: i형 비정질 실리콘층
140n: n형 비정질 실리콘층
150: 금속층
160: 제2 투명 전도층
170: 금속 전극층

Claims (10)

  1. (a) 기판 상에 제1 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 비정질 실리콘층 상에 제2 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 제2 비정질 실리콘층 상에 제3 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 제3 비정질 실리콘층 상에 제4 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 제4 비정질 실리콘층 상에 제5 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 제5 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계;
    (g) 상기 제5 비정질 실리콘층을 결정화 열처리하는 단계; 및
    (h) 상기 (g)에서 결정화된 실리콘층 상에 제6 비정질 실리콘층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (g)에서 결정화된 실리콘층 내에 잔존하는 금속 성분을 게터링 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 비정질 실리콘층은 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속층은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속층은 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결정화 열처리시 열처리 온도는 상기 제1 내지 제6 비정질 실리콘층의 고상 결정화(solid phase crystallization) 온도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 온도는 400 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 게터링 열처리 과정을 통하여 금속 성분이 상기 제6 비정질 실리콘층 내의 불순물과 화합물을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 게터링 열처리시 열처리 온도는 400 내지 600℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  10. 삭제
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