KR100965827B1 - 태양전지의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 태양전지 - Google Patents

태양전지의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 p형 실리콘 기판을 제공하고, 상기 p형 실리콘 기판의 일면을 표면조직화하고, 상기 표면조직화된 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 포함하는 반사방지층을 형성하고, 상기 n형 불순물을 포함하는 반사방지층이 형성된 기판을 열처리하여 상기 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 확산시켜 n형 불순물층을 형성하여 pn 접합을 형성하고, 상기 반사방지층 및 상기 반사방지층이 형성되지 않은 p형 실리콘 기판의 일면 상에 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지, pn 접합, 반사방지층

Description

태양전지의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 태양전지{a Fabrication Method Of a Solar Cell and a Solar Cell Fabricated Thereby}
본 발명은 태양전지의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 태양전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 n형 불순물을 포함하는 반사방지층을 열처리하여 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 확산시켜 n형 불순물층을 형성하여 pn 접합을 형성하는 태양전지의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들의 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있다. 하지만, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 갖는다. 이러한 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 음전하를 띤 전자와 이 전자가 빠져나가 양전하를 띤 정공이 발생 하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과라 하는데 태양전지를 구성하는 p형과 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 방향으로, 정공은 p형 반도체 방향으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
태양전지는 p형(또는 n형) 기판에 n형(또는 p형) 불순물을 도핑함으로써 pn 접합을 형성하고, pn 접합의 일면에 반사방지막 및/또는 절연막을 형성하고, 전극을 형성함으로써 제조된다. 이러한 태양전지 제조공정에서 pn 접합 형성공정은 일반적으로 p형 기판에 n형 불순물인 인(P)을 함유한 물질을 스프레이하거나 프린팅한 후 열처리하는 방법을 이용하거나, 또는 POCl3 또는 PH3를 고온확산하는 방법을 이용한다.
그러나 이러한 종래의 태양전지의 제조방법에서는 pn 접합을 형성하기 위하여 p형 기판에 n형 불순물층을 형성하고 열처리하고, pn 접합이 형성된 후 반사방지막층을 형성하므로 공정이 복잡하다는 문제가 있다. 또한, n형 불순물층의 열처리 공정시 n형 불순물이 기판의 에지부분에 형성되어 전면과 후면이 연결되는 문제도 발생한다.
본 발명의 목적은 반사방지층에 n형 불순물을 포함시켜 반사방지층을 형성하고 열처리하여 n형 불순물층을 공정이 보다 단순화된 제조방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 기판 에지의 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면을 서로 전기적으로 분리하는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정이 불필요한 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 p형 실리콘 기판을 제공하고, 상기 p형 실리콘 기판의 일면을 표면조직화하고, 상기 표면조직화된 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 포함하는 반사방지층을 형성하고, 상기 n형 불순물을 포함하는 반사방지층이 형성된 기판을 열처리하여 상기 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 확산시켜 n형 불순물층을 형성하여 pn 접합을 형성하고, 상기 반사방지층 및 상기 반사방지층이 형성되지 않은 p형 실리콘 기판의 일면 상에 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 태양전지를 제공한다.
본 발명은 n형 불순물이 포함된 반사방지막층을 제조함으로써, n형 불순물층이 별도로 필요하지 않아 공정을 단순화시키는 효과가 있다. 또한, 기판의 에지에 n형 불순물이 확산되지 않아, 기판 에지의 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면 을 서로 전기적으로 분리하는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정이 불필요한 이점이 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예를 따른 태양전지의 제조방법을 설명한 단면도들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 우선 p형 실리콘 기판(100)을 제공한다. p형 실리콘 기판(100)은 붕소(B), 저마늄(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 실리콘 기판인 것이 바람직하다.
이어서, p형 실리콘 기판(100)의 일면을 표면조직화한다. 상기 표면조직화는 빛 수집효과를 높이면서, 전면반사율을 감소시키고 태양전지 내에서 빛의 통과길이를 연장하여 흡수된 빛의 이용효율을 높이기 위하여 수행된다. 상기 표면조직화는 화학적 습식 식각(chemical wet etching)방법, 플라즈마를 이용한 건식식각방법 및 레이저 또는 다이아몬드 날을 이용한 물리적 식각방법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 이용하여 수행될 수 있다. 여기서, 플라즈마를 이용한 건식식각방법은 최소의 식각을 달성하면서도 재현성을 가질 수 있다. 레이저를 이용한 물리적 식각방법은 기판 표면에 레이저로 홈을 형성하여 기판의 표면을 조직화할 수 있다. 또한 다이아몬드 날을 이용한 물리적 식각방법은 다이아몬드 날을 이용하여 기판을 기계적으로 표면을 조직화한 후, 다시 화학용액으로 표면결함을 제거하여 규칙적인 피라미드를 형성할 수 있다.
이어서, 표면조직화된 p형 실리콘 기판(100')에 n형 불순물을 포함하는 반사방지층(110)을 형성한다. n형 불순물을 포함하는 반사방지층(110)은 열산화법, 스크린프린팅법, 스핀코팅법, 스프레이법, PECVD법, APCVD법 및 LPCVD로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 이용하여 형성되는 것으로 실리콘 산화막이 바람직하다. n형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 등의 5족 원소인 것이 바람직하다. 상기 반사방지막층(110)은 높이가 커질수록 상기 n형 불순물의 농도는 낮아지고 일정높이 이상에서는 n형 불술물을 포함하지 않는다. 상기 일정높이는 수 nm에서 300nm이내에서 선택되는 것이 바람직하다.
이어서, n형 불순물을 포함하는 반사방지층(110)이 형성된 기판을 열처리하여 p형 실리콘 기판(100')에 n형 불순물을 확산시켜 n형 불순물층(120)을 형성하고 pn 접합을 형성한다. 열처리는 900 내지 1100℃에서 10초 내지 5분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 반사방지층(110) 방향으로 n형 불순물이 확산되지 않고, p형 실리콘 기판(100')으로 확산되어 n형 불순물층(120)이 형성되어 pn 접합을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, n형 불순물이 p형 실리콘 기판(100')으로 확산되므로 반사방지층(110)에 n형 불순물이 존재하지 않거나 미량만이 존재할 수 있다.
이어서, 반사방지층(110)과 반사방지층(110)이 형성되지 않은 p형 실리콘 기판(100')의 일면 상에 전극(130, 140)을 각각 형성한다. 전극(130, 140)은 전극 형성용 페이스트를 일정 패턴에 따라 도포한 후 열처리함으로써 형성될 수 있다. 반사방지층(110) 상에 형성되는 전극은 전면전극(130)으로서 전기전도성이 우수한 은 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 반사방지층(110)이 형성되지 않은 p형 실리콘 기판(100')의 일면 상에 형성된 전극은 후면전극(140)으로서 전기전도성이 우수하고 실리콘과의 친화력이 우수한 알루미늄 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 알루미늄 전극은 3가 원소로서 실리콘 기판과의 접면에서 p+층, 즉 BSF(Back surface field)를 형성하여 캐리어들이 표면에서 사라지지 않고 모이도록 하여 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 n형 불순물이 포함된 반사방지막층을 제조함으로써, n형 불순물층이 별도로 필요하지 않아 공정을 단순화시키는 효과가 있다. 또한, 기판의 에지에 n형 불순물이 확산되지 않아, 기판 에지의 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면을 서로 전기적으로 분리하는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정이 불필요한 이점이 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예를 따른 태양전지의 제조방법을 설명한 단면도들이다.

Claims (7)

  1. p형 실리콘 기판을 제공하고,
    상기 p형 실리콘 기판의 일면을 표면조직화하고,
    상기 표면조직화된 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 포함하는 반사방지층을 형성하고,
    상기 n형 불순물을 포함하는 반사방지층이 형성된 기판을 열처리하여 상기 p형 실리콘 기판에 n형 불순물을 확산시켜 n형 불순물층을 형성하여 pn 접합을 형성하고,
    상기 반사방지층 및 상기 반사방지층이 형성되지 않은 p형 실리콘 기판의 일면 상에 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면조직화는 화학적 습식 식각(chemical wet etching)방법, 플라즈마를 이용한 건식식각방법 및 레이저 또는 다이아몬드날을 이용한 물리적 식각방법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 n형 불순물을 포함하는 반사방지층은 열산화법, 스크린프린팅법, 스 핀코팅법, 스프레이법, PECVD법, APCVD법 및 LPCVD로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사방지층은 실리콘산화막인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리는 900 내지 1100℃에서 10초 내지 5분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 전극형성용 페이스트를 일정패턴으로 도포한 후 열처리함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 청구항 1 기재의 방법으로 제조된 태양전지.
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