KR100965397B1 - Apparatus and method for manufacturing tandem type solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층형 박막 태양전지 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a laminated thin film solar cell manufacturing apparatus and method thereof.
일반적으로 태양전지는 태양 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 소자를 말한다. 태양전지는 단결정 실리콘 성장 기술의 발달, 화석연료의 고갈, 이산화탄소에 의한 지구의 온난화 및 이산화탄소 발생량의 국제적 규제 등을 계기로 최근 차세대 청정 에너지원으로 주목받고 있다.In general, a solar cell refers to a device that generates electricity by converting solar light energy into electrical energy. Solar cells have recently attracted attention as the next generation of clean energy sources due to the development of single crystal silicon growth technology, depletion of fossil fuels, global warming by carbon dioxide, and international regulation of carbon dioxide generation.
이러한 태양전지는 사용된 반도체 소재에 따라 실리콘 태양전지(Silicon Solar Cell) 및 화합물 반도체 태양전지(Coumpound Semiconductor Solar Cell) 등으로 구분될 수 있다. 실리콘 태양전지는 단결정(Single Crystalline) 또는 다결정(Poly Crystalline)의 벌크형 실리콘 태양전지와, 단결정, 다결정 또는 비정질(Amorphous)의 박막형 실리콘 태양전지를 포함한다. 화합물 반도체 태양전지에 서 화합물은 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs) 등 Ⅲ-Ⅴ족 화합물계, 황화구리(Cu2S), 황화카드늄(CdS), 카드뮴텔루라이드(CdTe) 등 Ⅱ-Ⅳ족 화합물계일 수 있다.Such solar cells may be classified into silicon solar cells and compound semiconductor solar cells according to the semiconductor material used. Silicon solar cells include single crystal or poly crystalline bulk silicon solar cells, and single crystalline, poly crystalline or amorphous thin film silicon solar cells. In compound semiconductor solar cells, the compounds are group III-V compounds such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), copper sulfide (Cu 2 S), cadmium sulfide (CdS), cadmium tellurium It may be a group II-IV compound, such as a ride (CdTe).
최근 태양전지의 개발은 광전 변환 효율의 향상, 제조 원가의 절감 및 대면적화의 관점에서 진행되고 있는 데, 벌크형 실리콘 태양전지는 높은 광전 변환 효율에도 불구하고 실리콘 기판 자체의 제조 단가가 높고 대면적화 측면에서 불리한 단점이 있다. 반면 박막형 실리콘 태양전지는 벌크형 실리콘 태양전지에 비해 낮은 효율 등의 문제점을 가지고 있지만, 사용되는 소재 비용이 낮아 제작 단가를 낮출 수 있고 대면적화가 용이하기 때문에 향후 태양전지 시장을 주도할 수 있을 것으로 보인다.Recently, the development of solar cells is progressing from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, reducing the manufacturing cost and large area.Bulk type silicon solar cells have high manufacturing cost and large area of the silicon substrate in spite of high photoelectric conversion efficiency. There is a disadvantage in that. On the other hand, thin-film silicon solar cells have problems such as lower efficiency than bulk silicon solar cells, but they are likely to lead the solar cell market in the future due to the low cost of materials and low manufacturing cost and easy large area. .
또한, 박막형 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘을 중심으로 한 소재를 판형 유리나 금속에 여러 층으로 증착하는 구조를 가지므로, 증착되는 소재의 다양화 및 다층셀 구조의 관점에서 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 여지도 크다. In addition, since the thin-film silicon solar cell has a structure of depositing a material centered on amorphous silicon in plate-like glass or metal in multiple layers, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency in view of the diversification of the deposited material and the multilayer cell structure. There is also a lot of room.
박막형 실리콘 태양전지는, 전하의 확산거리가 길어 생성된 전하들이 공핍영역으로 확산수집되는 결정질 실리콘 태양전지와는 달리, 재결합(Recombination)이나 포획(Trapping)으로 인한 짧은 전하 캐리어의 확산거리 때문에, 일반적으로 광흡수 목적용 진성층(i층: Intrinsic Layer)과 생성된 전하 분리를 위한 내부전계 형성용 p층과 n층을 포함하는 pin 구조를 가진다.Thin-film silicon solar cells, unlike crystalline silicon solar cells in which charges are diffused and collected and diffused into depletion regions, are generally due to short diffusion of charge carriers due to recombination or trapping. It has a pin structure including an intrinsic layer (i-layer) for light absorption purposes and a p layer and an n layer for forming an internal electric field for separation of generated charges.
박막형 실리콘 태양전지는 1976년 칼슨(Carlson) 등에 의해 최초 pin 구조 로 제작된 이후, 광전 변환 효율을 높이기 위한 연구가 계속되어 왔다. 박막형 실리콘 태양전지의 광전 변환 효율을 높이는 방법으로는, i층에 소량의 붕소(B)를 균일하게 도핑하는 방법, 경계면에 완충층을 형성하여 광학적 손실을 줄이는 방법, 기판 전극의 반사를 줄이는 방법, 및 복수의 단일 접합 셀(Single Junction Cell)을 접합시켜 분광 반응도를 높이는 방법 등이 이용되고 있다. Since the thin-film silicon solar cell was manufactured in 1976 by Carlson et al. For the first pin structure, research to improve photoelectric conversion efficiency has been continued. As a method of increasing the photoelectric conversion efficiency of a thin-film silicon solar cell, a method of uniformly doping a small amount of boron (B) in the i layer, a method of forming a buffer layer at the interface to reduce the optical loss, a method of reducing the reflection of the substrate electrode, And a method of increasing spectral reactivity by joining a plurality of single junction cells.
종래, 이중 접합 셀(Double Junction Cell)로 불리는 적층형(Tandem) 박막 실리콘 태양전지는, i형 비정질 실리콘(a-Si:H)을 포함하는 제1 pin 구조 반도체층과 i형 미결정 실리콘(μc-Si)을 포함하는 제2 pin 구조 반도체층이 적층된 구조를 가진다. 제1 pin 구조 반도체층은 1.7eV 정도의 밴드갭 에너지를 가지며 400 내지 500nm 정도의 태양광 파장을 잘 흡수하고, 제2 pin 구조 반도체층은 1.1eV 정도의 밴드갭 에너지를 가지며 600 내지 700nm 정도의 태양광 파장을 잘 흡수하는 것으로 알려져 있다. 이중 접합셀 구조의 박막형 태양전지는 단일 접합 셀로 존재하는 경우 잘 흡수하지 못하는 태양광을 서로 보완하여 흡수할 수 있는 구조를 가지므로 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Conventionally, a tandem thin film silicon solar cell called a double junction cell includes a first pin structure semiconductor layer containing i-type amorphous silicon (a-Si: H) and i-type microcrystalline silicon (μc-). The second pin structure semiconductor layer containing Si) is laminated. The first pin structure semiconductor layer has a bandgap energy of about 1.7 eV and absorbs about 400 to 500 nm of solar wavelengths well, and the second pin structure semiconductor layer has a bandgap energy of about 1.1 eV and about 600 to 700 nm of It is known to absorb sunlight wavelengths well. The thin-film solar cell having a double junction cell structure can improve photoelectric conversion efficiency because the thin film solar cell having a single junction cell has a structure that can absorb and absorb sunlight, which is hardly absorbed.
한편, i형 미결정 실리콘은 증착속도가 매우 낮아 통상의 주파수 전원을 인가하는 경우 그 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 통상의 인가 주파수 전원보다 높은 고주파 전원을 인가하여 i형 미결정 실리콘의 증착속도를 향상시키려는 연구들이 이루어지고 있다. 그런데, 적층형 박막 실리콘 태양전지 제조 시 생산성을 높이기 위하여, i형 미결정 실리콘과 i형 비정질 실리콘에에 다른 주파수 전원을 인가하여 증착하는 경우, 별도의 챔버와 추가적인 공정을 필요로하므로 장비 비 용 및 공정 효율 측면에서 불리하다. On the other hand, i-type microcrystalline silicon has a problem that the productivity is lowered when the conventional frequency power is applied because the deposition rate is very low. In order to improve the deposition rate of the i-type microcrystalline silicon by applying a high frequency power supply higher than a conventional applied frequency power supply. However, in order to increase productivity in manufacturing a multilayer thin-film silicon solar cell, when different frequency power is applied to i-type microcrystalline silicon and i-type amorphous silicon, a separate chamber and an additional process are required, so that equipment costs and processes are increased. It is disadvantageous in terms of efficiency.
따라서, 적층형 박막 실리콘 태양전지를 제조하는 경우 i형 미결정 실리콘층과 i형 비정질 실리콘층을 하나의 동일 챔버에서 증착할 수 있는 새로운 기술 개발이 요구된다. Therefore, when manufacturing a stacked thin film silicon solar cell, it is required to develop a new technology capable of depositing an i-type microcrystalline silicon layer and an i-type amorphous silicon layer in one same chamber.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 증착속도가 다른 i형 미결정 실리콘과 i형 비정질 실리콘을 하나의 동일 챔버에서 증착시킬 수 있도록 하는 적층형 박막 태양전지 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides an apparatus and a method for manufacturing a stacked thin film solar cell, which enable deposition of i-type microcrystalline silicon and i-type amorphous silicon having different deposition rates in one same chamber. Its purpose is to.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 적층형 박막 태양전지 제조 장치는, i형 비정질 반도체층을 포함하는 제1 pin 구조 반도체층과 i형 미결정 반도체층을 포함하는 제2 pin 구조 반도체층을 방전 플라즈마를 사용하여 동일 챔버에서 차례로 형성하는 적층된 박막 태양전지 제조 장치로서, 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 챔버 내에 위치되어 상기 챔버 내에 상기 플라즈마를 발생시키는 전극; 상기 전원 공급부와 전극 사이에 연결되어 임피던스 정합하는 매칭네트워크; 상기 i형 비정질 반도체층을 증착하는 경우 상기 제1 주파 수 전원을 선택하고, 상기 i형 미결정 반도체층을 증착하는 경우 상기 제2 주파수 전원을 선택하도록 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부; 및 상기 매칭 네트워크에 연결되며 상기 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원 중 상기 제어부의 제어에 따라 선택된 주파수 전원을 상기 전극에 공급하는 스위칭 소자;를 포함하며, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 큰 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the multilayer thin film solar cell manufacturing apparatus of the present invention discharges a first pin structure semiconductor layer including an i-type amorphous semiconductor layer and a second pin structure semiconductor layer including an i-type microcrystalline semiconductor layer. A laminated thin film solar cell manufacturing apparatus sequentially formed in the same chamber using plasma, comprising: a power supply unit supplying a first frequency power source and a second frequency power source; An electrode positioned in the chamber to generate the plasma in the chamber; A matching network connected between the power supply and the electrode to match an impedance; A control unit for controlling the switching element to select the first frequency power source when depositing the i-type amorphous semiconductor layer and to select the second frequency power source when depositing the i-type microcrystalline semiconductor layer; And a switching element connected to the matching network and configured to supply a frequency power selected from among the first frequency power and the second frequency power according to the control of the controller to the electrode, wherein the second frequency is greater than the first frequency. It is desirable to be large.
본 발명의 적층형 박막 태양전지 제조 방법은, 제1 i형 반도체층을 포함하는 제1 pin 구조 반도체층과 제2 i형 반도체층을 포함하는 제2 pin 구조 반도체층이 적층된 박막 태양전지 제조 방법으로서, 제1 주파수의 전원을 인가하여 방전 플라즈마를 발생시켜 상기 제1 i형 반도체층을 증착하는 단계; 및 제2 주파수의 전원을 인가하여 방전 플라즈마를 발생시켜 상기 제2 i형 반도체층을 증착하는 단계를 포함하되, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 큰 것이 바람직하다.In the method for manufacturing a stacked thin film solar cell of the present invention, a method for manufacturing a thin film solar cell in which a first pin structure semiconductor layer including a first i-type semiconductor layer and a second pin structure semiconductor layer including a second i-type semiconductor layer are stacked. And depositing the first i-type semiconductor layer by applying a power of a first frequency to generate a discharge plasma; And depositing the second i-type semiconductor layer by generating a discharge plasma by applying a power of a second frequency, wherein the second frequency is greater than the first frequency.
여기서, 상기 제1 i형 반도체층은 비정질 반도체층이고, 상기 제2 i형 반도체층은 미결정 반도체층일 수 있으며, 상기 제1 i형 반도체층을 증착하는 단계 및 상기 제2 i형 반도체층을 증착하는 단계는 동일 챔버에서 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the first i-type semiconductor layer is an amorphous semiconductor layer, the second i-type semiconductor layer may be a microcrystalline semiconductor layer, depositing the first i-type semiconductor layer and depositing the second i-type semiconductor layer Preferably, the step is performed in the same chamber.
또한 상제 제1 주파수는 13.56MHz 이고, 상기 제2 주파수는 초단파(VHF: Very High Frequency) 주파수 대역에서 선택된 주파수인 것이 바람직하다.In addition, the first first frequency is 13.56MHz, the second frequency is preferably a frequency selected in the Very High Frequency (VHF) frequency band.
본 발명에 따르면, 증착속도가 다른 i형 미결정 실리콘과 i형 비정질 실리콘 을 하나의 동일 챔버에서 증착할 수 있기 때문에 별도의 챔버를 필요로 하지 아니하며, 적층형 박막 태양전지의 제조 공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since i-type microcrystalline silicon and i-type amorphous silicon having different deposition rates can be deposited in one same chamber, a separate chamber is not required and the manufacturing process of the stacked thin film solar cell can be shortened. It works.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명을 설명함에 있어 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대하여 동일한 참조 번호를 사용한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자, 예를 들면, 제1, 제2 등은 동일 또는 유사한 개체를 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다.In describing the present invention, in order to facilitate understanding, the same reference numerals are used for the same means regardless of the reference numerals. Numerals used in the description of the present specification, for example, first and second, are merely identification symbols for distinguishing the same or similar entities.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 장치(100)는 챔버(110), 전원 공급부(140), 제1 전극(120), 제2 전극(122), 매칭 네트워크(Matching Network)(160), 전원 공급부(140), 스위칭 소자(150), 및 제어부(170)를 포함하는 플라즈마 화학기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치이다. 1 is a view showing a laminated thin film solar cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the stacked thin film solar
여기서 적층형 박막 태양전지는 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)층을 포함하는 제1 pin 구조 반도체층과 i형 미결정 실리콘(microcrystalline silicon; μc-Si)층을 포함하는 제2 pin 구조 반도체층이 적층된 실리콘 박막 태양전지이다. The stacked thin film solar cell may include a first pin structure semiconductor layer including an i-type amorphous silicon (a-Si: H) layer and a second pin structure semiconductor layer including an i-type microcrystalline silicon (μc-Si) layer. This is a laminated silicon thin film solar cell.
상기 챔버(110)는 i형 비정질 실리콘층 및 i형 미결정 실리콘층이 기판(130)에 증착되는 동일한 반응 공간을 제공하는 것으로서, 측벽, 상부벽, 하부벽이 밀폐되어 구성된 하우징을 포함한다. 기판(130)은 제1 pin 구조 반도체층 및 제2 pin 구조 반도체층을 형성하기 위하여 p형 또는 n형 비정질 실리콘층이 증착된 유리 기판, 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 챔버(110)의 하부벽 가장자리 중 한 영역에는 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결되는 배출구(114)가 형성된다. The
상기 제1 전극(120)은 가스 공급부(도시되지 않음)에 연결되는 가스 유입구(112)가 형성되고, 가스 유입구(112)를 통해 유입된 반응 가스를 챔버(110) 내로 공급하는 샤워 헤드(Shower Head)일 수 있다. 반응 가스는 실리콘(Si)을 포함하는 실란(SiH4), 붕소(B)를 포함하는 다이보레인(B2H6), 인(P)을 포함하는 포스핀(PH3), 실란(SiH4)의 농도를 희석하는 수소(H2) 중 적어도 하나의 가스일 수 있다. 상기 제2 전극(122)은 기판(130)이 놓여지는 서셉터(Suscepter)일 수 있다. 제2 전극(122)은 기판(130)을 가열하는 히터 코일(도시되지 않음)을 포함하고, 전기적으로 접지되는 것이 바람직하다. The
제1 전극(120)은 챔버(110)의 상부벽 중앙 영역에 위치되고, 제2 전극(122)은 제1전극(120)에 대향하여 챔버(110)의 하부벽 중앙 영역에 위치된다. 제1 전극(120)과 제2 전극(122)은 스위칭 소자(150)에 전기적으로 연결되어 플라즈마를 발생시키는 회로를 이룰수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(122)은 전원 공급부(140)로부터 공급되는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원 중 스위칭 소자(150)에 의해 선택된 주파수 전원을 인가받아, 가스 유입구(112)를 통해 챔버(110)로 유입되는 반응 가스를 챔버(110)내에서 방전시켜 플라즈마(180)를 형성한다. 여기서, 제1 주파수는 13.56MHz 이고, 제2 주파수는 초단파(VHF: Very High Frequency) 주파수 대역에서 선택된 주파수이다. 제2 수파수는 바람직하게는 27MHz 내지 100MHz 주파수 대역에서 선택된 하나의 주파수 일 수 있다.The
상기 전원 공급부(140)는 매칭 네트워크(160)에 전기적으로 연결되며, 매칭 네트워크(160)를 통해 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 제1 주파수 전원 또는 제2 주파수 전원을 공급하는 발전기(Generator)이다. The
상기 스위칭 소자(150)는 제1 전극(120), 제2 전극(122) 및 매칭 네트워크(160)에 전기적으로 연결되며, 제어부(170)의 제어에 의해 스위칭 동작을 수행하여 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원 중 선택된 주파수 전원을 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 인가한다. 스위칭 소자(150)는 진공 어레이(Vacuum Array) 일 수있다.The
상기 매칭 네트워크(Matching Network)(160)는 인덕터와 커패시터를 포함하며, 전원 공급부(140)와 스위칭 소자(150) 사이에 위치된다. 매칭 네트워크(160)는 전원 공급부(140)의 내부 임피던스와 스위칭 소자(150), 제1 전극(120) 및 제2 전극(122)의 임피던스를 정합시켜 전원 공급부(140)에서 공급되는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원이 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 반사 손실 없이 인가될 수 있도록 한다.The
상기 제어부(170)는 챔버(110) 내에서 적층형 박막 태양전지가 제조될 수 있도록 가스 공급부(도시되지 않음), 진공 펌프(도시되지 않음), 스위칭 소자(150) 및 전원 공급부(140)를 제어한다. 제어부(140)는 아래 도2의 적층형 박막 태양전기 제조 방법의 설명을 통하여 보다 자세하게 설명한다.The
본 실시예에서 제1전극(120)과 제2전극(122)에 인가되는 전원의 주파수는 제어부(170)에 의해 제어되는 스위칭 소자(150)에 의해 선택되는 경우를 예시하여 설명하였지만, 전원의 주파수 선택은 이에 한정되지 아니한다. 예를 들면, 제어부(170)는 스위칭 소자(150)를 거치지 아니하고 직접 전원 공급부(140)를 제어하여 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원 중 하나의 주파수 전원을 선택하여 제1전극(120)과 제2전극(122)에 인가할 수도 있다.In this embodiment, the frequency of the power applied to the
또한, 본 실시예에서 전원 공급부(140)는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원 중 하나의 주파수 전원을 선택적으로 공급할 수 있는 하나의 발전기인 경우를 예시하여 설명하였지만, 전원 공급부(140)는 이에 한정되지 아니한다. 예를 들면, 전원 공급부(140)는 제3 주파수 전원 이상의 주파수 전원을 공급할 수 있다. 또한 전원 공급부(140)는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원를 별개로 공급하는 2개의 발전기로 구성될 수도 있다.In addition, in this embodiment, the
상술한 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 장치(100)는 복수의 챔버를 직선 형상으로 연결한 인라인(Inline) 방식, 또는 중앙에 중간실을 마련하고 그 주위에 복수의 챔버를 배치하는 멀티 챔버(Multi Chamber) 방식으로 채용될 수 있다.The multilayer thin film solar
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 방법은, 도 1의 제어부에 의해 제어되는 제1 pin 구조 반도체층 형성단계(S100)와 제2 pin 구조 반도체층 형성단계(S200)를 포함한다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a stacked thin film solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing a stacked thin film solar cell according to an embodiment of the present disclosure, a first pin structure semiconductor layer forming step S100 and a second pin structure semiconductor layer forming step controlled by the controller of FIG. 1 are performed. (S200).
상기 제1 pin 구조 반도체층 형성단계(S100)는 p형 비정질 실리콘층, i형 비정질 실리콘층 및 n형 비정질 실리콘을 형성하는 단계이다. 먼저 제어부(170)는 가스 공급부를 제어하여 챔버(110) 내에 실란(SiH4)과 다이보레인(B2H6)을 유입시키고, 그와 동시에 스위칭 소자(150)을 제어하여 제1 주파수 전원이 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 인가되도록 한다. 이때, 제1 주파수 전원이 인가된 제1 전극(120)과 제2 전극(122)은 실란(SiH4)과 다이보레인(B2H6)을 방전시켜 챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 분해된 실란(SiH4)과 다이보레인(B2H6)은 기판(130)에 쌓여 p형 비정질 실리콘층이 형성된다. 여기서 기판(130)은 패터닝된 투명 전극이 이미 형성된 유리 기판 등인 것이 바람직하다.The first pin structure semiconductor layer forming step (S100) is a step of forming a p-type amorphous silicon layer, an i-type amorphous silicon layer, and n-type amorphous silicon. First, the
다음으로, 제어부(170)는 가스 공급부를 제어하여 챔버(110) 내에 실란(SiH4)을 유입시키고, 그와 동시에 스위칭 소자(150)을 제어하여 제1 주파수 전원이 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 인가되도록 한다. 이때, 제1 주파수 전원이 인가된 제1 전극(120)과 제2 전극(122)은 실란(SiH4)을 방전시켜 챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 분해된 실란(SiH4)은 기판(130)에 쌓여 i형 비정질 실리콘층이 형성된다.Next, the
다음으로, 제어부(170)는 가스 공급부를 제어하여 챔버(110) 내에 실란(SiH4)과 포스핀(PH3)을 유입시키고, 그와 동시에 스위칭 소자(150)을 제어하여 제1 주파수 전원이 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 인가되도록 한다. 이때, 제1 주파수 전원이 인가된 제1 전극(120)과 제2 전극(122)은 실란(SiH4)과 포스핀(PH3)을 방전시켜 챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 분해된 실란(SiH4)과 포스핀(PH3)은 기판(130)에 쌓여 n형 비정질 실리콘층이 형성된다.Next, the
제1 pin 구조 반도체층 형성단계(S100)는 p형 비정질 실리콘층과 i형 비정질 실리콘층 사이에 광학적 손실을 줄이는 버퍼층(Buffer Layer)을 형성하는 단계, 및 제1 pin 구조 반도체층과 제2 pin 구조 반도체층 사이에 중간층(Intermediate Layer)을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수 있다. In the first pin structure semiconductor layer forming step (S100), forming a buffer layer to reduce optical loss between the p-type amorphous silicon layer and the i-type amorphous silicon layer, and the first pin structure semiconductor layer and the second pin The method may further include at least one step of forming an intermediate layer between the structural semiconductor layers.
상기 제2 pin 구조 반도체층 형성단계(S200)는 p형 비정질 실리콘층, i형 미결정 실리콘층 및 n형 비정질 실리콘을 형성하는 단계이다. 제어부(170)는 가스 공급부를 제어하여 챔버(110) 내에 실란(SiH4)과 수소(H2)를 유입시키고, 그와 동시에 스위칭 소자(150)을 제어하여 제2 주파수 전원이 제1 전극(120)과 제2 전극(122)에 인가되도록 한다. 이때, 제2 주파수 전원이 인가된 제1 전극(120)과 제 2 전극(122)은 실란(SiH4)과 수소(H2)를 방전시켜 챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 분해된 실란(SiH4)과 수소(H2)는 기판(130)에 쌓여 i형 미결정 실리콘층이 형성된다. 제2 주파수는 제1 주파수인 13.56MHz보다 큰 초단파(VHF: Very High Frequency) 주파수 대역에서 선택된 주파수이다. The second pin structure semiconductor layer forming step (S200) is a step of forming a p-type amorphous silicon layer, an i-type microcrystalline silicon layer, and an n-type amorphous silicon. The
일반적으로 플라즈마 화학기상 증착(PECVD)법은 방전을 통해 발생하는 고에너지 전자를 반응가스와 충돌시켜 반응가스를 해리시킨 플라즈마를 이용하는 방법인데, 전원의 주파수가 증가하면 방전을 통해 발생하는 전자의 에너지가 증가하여 반응가스의 해리도가 커진다. 따라서, i형 미결정 실리콘층 증착시 초단판 주파수 대역의 주파수 전원을 인가하면, i형 비정질 실리콘층보다 증착속도가 느린 i형 미결정 실리콘층 증착속도를 향상시킬 수 있게 되어(바람직하게는 i형 비정질 실리콘층 증착속도와 동일한 속도로 향상시킴), i형 비정질 실리콘층과 i형 미결정 실리콘층을 동일한 하나의 챔버(110) 내에서 형성할 수 있게 된다.In general, the plasma chemical vapor deposition (PECVD) method uses a plasma in which high-energy electrons generated through a discharge collide with a reaction gas to dissociate the reaction gas. When the frequency of the power source increases, the energy of electrons generated through the discharge is increased. Increases and the degree of dissociation of the reaction gas increases. Therefore, when the frequency power of the ultrashort plate frequency band is applied when depositing the i-type microcrystalline silicon layer, the deposition rate of the i-type microcrystalline silicon layer, which is slower than the i-type amorphous silicon layer, can be improved (preferably i-type amorphous Improved at the same rate as the silicon layer deposition rate), the i-type amorphous silicon layer and the i-type microcrystalline silicon layer can be formed in the same one chamber (110).
한편, 실란(SiH4)의 농도를 수소(H2)로 희석시키는 경우, 수소(H2)의 양이 증가할 수록 결정도가 증가한다. 이는 활성화된 수소 원자가 불안정한 상태로 있는 실리콘 원자를 식각하여 증착과 식각의 준평형 상태에서 증착되거나, 수소기(Hydrogen)에 의한 흡착 종의 표면 이동이 촉진되기 때문이다. 따라서, 실란(SiH4)의 농도를 희석시키는 수소(H2)의 양을 조절하여 본실시예에서 필요로 하는 i형 미결정 실리콘층을 형성할 수 있다. 또한 제2 전극(122)가 히터 코일을 포함 하는 경우 실란(SiH4)을 분해하는 열선 화학기상증착법(HWCVD)에 의해서도 i형 미결정 실리콘층을 형성할 수도 있다.On the other hand, in the case of diluting the concentration of the silane (SiH 4) into hydrogen (H 2), with increasing amounts of hydrogen (H 2) to increase the crystallinity. This is because the activated hydrogen atoms are etched in an unstable silicon atom to be deposited in a quasi-equilibrium state of deposition and etching, or the surface movement of the adsorbed species by the hydrogen group (Hydrogen) is promoted. Therefore, the i-type microcrystalline silicon layer required in this embodiment can be formed by adjusting the amount of hydrogen (H 2 ) diluting the concentration of silane (SiH 4 ). In addition, when the
기타 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층 형성단계는 제1 pin 구조 반도체층 형성단계와 동일 유사하여 제1 pin 구조 반도체 형성단계(S100)로부터 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The other p-type amorphous silicon layer and the n-type amorphous silicon layer forming step are similar to the first pin structure semiconductor layer forming step, so a person skilled in the art can easily perform the first pin structure semiconductor forming step (S100), so the detailed description is omitted. do.
본 실시예에서는 동일한 하나의 챔버에서 이종 상(Phase)의 동종 물질인 i형 비정질 실리콘층과 i형 미결정 실리콘층의 형성을 예시하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 예를들면, 동일한 하나의 챔버에서 동종 상의 동종 물질 i형 비정질 실리콘층과 i형 비정질 실리콘층을 서로 다른 속도로 증착할 수도 있다. In the present embodiment, the formation of the i-type amorphous silicon layer and the i-type microcrystalline silicon layer, which are homogeneous materials of different phases in the same chamber, has been described by way of example, but the present invention is not limited thereto. For example, the same type of i-type amorphous silicon layer and the i-type amorphous silicon layer may be deposited at different rates in the same chamber.
도 3은 도 1의 적층형 박막 태양전지 제조 장치를 이용하여 제조한 적층형 박막 태양전지의 적층 구조를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따라 제조한 적층형 박막 태양전지(200)는 투명전극(204)이 형성된 유리 기판(202)에 p형 비정질 실리콘층(212), i형 비정질 실리콘층(214), n형 실리콘층(216)이 증착된 제1 pin 구조 반도체층(210)이 적층되고, 제1 pin 구조 반도체층(210)위에 p형 비정질 실리콘층(222), i형 미결정 실리콘층(224), n형 실리콘층(224)이 증착된 제2 pin 구조 반도체층(220)이 적층되며, 제2 pin 구조 반도체층(220)의 n형 실리콘층(226)이 위에 후면 반사층(206) 및 후면 전극(208)이 차례 로 적층된 구조를 가진다. 3 is a diagram illustrating a laminated structure of a stacked thin film solar cell manufactured using the stacked thin film solar cell manufacturing apparatus of FIG. 1. Referring to FIG. 3, the multilayer thin film
본 실시예 따라 제조된 적층형 박막 태양전지(200)는 밴드갭 에너지를 다르게 하면서 흡수 파장 영역을 넓히기 위해 제2 pin 구조 반도체층(220)의 i형 미결정 실리콘층(224)을 제1 pin 구조 반도체층(210)의 i형 비정질 실리콘층(214)보다 두껍게 형성하지만, i형 미결정 실리콘층(224) 형성시 인가되는 전원 주파수를 i형 비정질 실리콘층(214) 형성시에 인가되는 전원 주파수보다 높은 초단파 주파수를 사용하여 그 증착속도를 향상시켰다.In the stacked thin film
상기에서는 2개의 pin 구조 반도체층이 적층된 적층형(Tandem) 박막 태양전지를 예시하여 본 발명의 적층형 박막형 태양전지 제조 장치 및 그 방법을 설명하였지만, 본 발명의 적층형 박막형 태양전지 제조 장치 및 그 방법은 3개 이상의 pin 구조 반도체층을 적층한 박막 태양전지에 응용될 수도 있다. 이 때, 전원 공급부는 기준 주파수(13.56MHz) 전원과 기준 주파수(13.56MHz)보다 높은 고주파 대역(VHF)에서 선택된 2 이상의 주파수 전원을 공급하는 것이 바람직하다. In the above, the multilayer thin film solar cell manufacturing apparatus and method thereof of the present invention have been described by illustrating a tandem thin film solar cell in which two pin structure semiconductor layers are stacked, but the multilayer thin film solar cell manufacturing apparatus and method of the present invention are It may be applied to a thin film solar cell in which three or more pin structure semiconductor layers are stacked. At this time, it is preferable that the power supply unit supply two or more frequency powers selected from a reference frequency (13.56 MHz) power source and a high frequency band (VHF) higher than the reference frequency (13.56 MHz).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art that various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below And can be changed.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 장치를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a laminated thin film solar cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 적층형 박막 태양전지 제조 방법을 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a stacked thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 1의 적층형 박막 태양전지 제조 장치를 이용하여 제조한 적층형 박막 태양전지의 적층 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a laminated structure of a stacked thin film solar cell manufactured using the stacked thin film solar cell manufacturing apparatus of FIG. 1.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110: 챔버 120: 제1 전극110: chamber 120: first electrode
122: 제2 전극 130: 기판122: second electrode 130: substrate
140: 전원 공급부 150: 스위칭 소자140: power supply unit 150: switching element
160: 매칭 네트워크 170: 제어부160: matching network 170: control unit
180: 플라즈마180: plasma
Claims (5)
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---|---|---|---|
KR1020080132309A KR100965397B1 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Apparatus and method for manufacturing tandem type solar cell |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012036346A1 (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-22 | 한국에너지기술연구원 | Vapor deposition method of silicon-based nanoparticle thin film, silicon-based nanoparticle thin film, and a vapor deposition device of silicon-based nanoparticle thin film |
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2008
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