KR100971739B1 - Method For Manufacturing Solar Cell - Google Patents
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Abstract
간편한 방식으로 광 흡수층의 도핑 농도가 소정의 값 이하가 되도록 하는 태양전지 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지(100) 제조방법은 기판(110) 상에 제1 도전형의 제1 실리콘층(120)을 형성하는 단계; 제1 실리콘층(120) 상에 제1 도전형의 제2 실리콘층(130)을 형성하는 단계; 및 제2 실리콘층(130) 상에 제2 도전형의 제3 실리콘층(140)을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 실리콘층(130)이 소정의 도핑 농도를 갖도록 제2 실리콘층(130) 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단하는 것을 특징으로 한다.A solar cell manufacturing method is disclosed in which the doping concentration of the light absorbing layer is less than or equal to a predetermined value in a simple manner. Method for manufacturing a solar cell 100 according to the present invention comprises the steps of forming a first silicon layer 120 of the first conductivity type on the substrate 110; Forming a second silicon layer (130) of a first conductivity type on the first silicon layer (120); And forming a third silicon layer 140 of the second conductivity type on the second silicon layer 130, wherein the second silicon layer 130 has a predetermined doping concentration. ) The supply of dopant is stopped for a predetermined time during the formation process.
태양전지, 실리콘, 다결정, 도핑 농도, 로우 도핑, 도펀트 공급 Solar Cell, Silicon, Polycrystalline, Doping Concentration, Low Doping, Dopant Supply
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 간편한 방식으로 광 흡수층의 도핑 농도가 소정의 값 이하가 되도록 하는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell manufacturing method. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell in which the doping concentration of the light absorbing layer is set to be equal to or less than a predetermined value in a simple manner.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 그 응용 범위가 매우 넓다. Solar cells are a key component of solar power, which converts sunlight directly into electricity, and its application ranges from space to home.
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.A solar cell is basically a diode composed of a pn junction and its operation principle is as follows. When solar light having energy greater than the energy band gap of a semiconductor is incident on a pn junction of a solar cell, electron-hole pairs are generated, and electrons are n-layers and holes are p-layers by an electric field formed at the pn junction. As it moves, photovoltaic power is generated between pn. At this time, if a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to produce power.
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.Solar cells are variously classified according to materials used as light absorbing layers, and silicon-based solar cells using silicon as light absorbing layers are typical. Silicon-based solar cells are classified into substrate type (single crystal, poly crystal) solar cells and thin film type (amorphous, poly crystal) solar cells. Other types of solar cells include CdTe and CIS (CuInSe 2 ) compound thin film solar cells, III-V solar cells, dye-sensitized solar cells, organic solar cells, and the like.
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. 또한, 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.The single crystal silicon substrate type solar cell has an advantage of significantly higher conversion efficiency than other types of solar cells, but has a fatal disadvantage of high manufacturing cost by using a single crystal silicon wafer. In addition, polycrystalline silicon substrate-type solar cells may also be cheaper to manufacture than monocrystalline silicon substrate-type solar cells. However, since solar cells are made from bulk raw materials, the cost of raw materials is high and the process is high. Due to its complexity, manufacturing costs can be limited.
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 1/100에 해당되는 두께만으로도 태양전지의 제조가 가능하다. In order to solve the problems of the substrate-type solar cell, a thin-film silicon solar cell that can significantly lower the manufacturing cost by using a thin film of silicon as the light absorption layer on a substrate such as glass is attracting attention. Thin-film silicon solar cells can be manufactured with a solar cell having a thickness of about 1/100 of the substrate-type silicon solar cell.
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 저렴하다는 장점이 있으나 변환 효율이 기판 형 실리콘 태양전지에 비해 너무 낮다는 문제점이 있다.Amorphous silicon thin film solar cells are the first among thin film silicon solar cells that have been developed and are now being used for home use. Amorphous silicon solar cells have the advantage of being able to form amorphous silicon by chemical vapor deposition, which is suitable for mass production and inexpensive to manufacture, but the conversion efficiency is too low compared to substrate type silicon solar cells. There is this.
다결정 실리콘 박막형 태양전지는 광흡수층으로 다결정 실리콘을 사용하기 때문에 광흡수층으로 비정질 실리콘을 사용하는 비정질 실리콘 박막형 태양전지보다 태양전지의 특성이 우수하다. 그러나, 다결정 실리콘 박막형 태양전지는 다결정 실리콘을 제조하기가 용이하지 않다는 단점이 있다.Since the polycrystalline silicon thin film solar cell uses polycrystalline silicon as the light absorption layer, the solar cell has better characteristics than the amorphous silicon thin film solar cell using amorphous silicon as the light absorption layer. However, a polycrystalline silicon thin film solar cell has a disadvantage in that it is not easy to manufacture polycrystalline silicon.
한편, 앞에서 언급한 바와 같이, 태양전지는 기본적으로 pn 접합으로 구성된 다이오드이므로, 태양전지를 제조하기 위해서는 전자(electron)나 홀(hole)의 농도를 증가시키는 도펀트(불순물)를 첨가하여 진성(intrinsic) 실리콘을 n형 또는 p형 실리콘으로 만드는 도핑(doping) 공정이 필수적으로 요구된다. On the other hand, as mentioned above, since the solar cell is basically a diode composed of a pn junction, intrinsic by adding a dopant (impurity) to increase the concentration of the electron (electron) or hole (hole) to manufacture the solar cell A doping process to make silicon into n-type or p-type silicon is indispensable.
특히, 박막형 실리콘 태양전지의 pn 접합 사이에 배치되는 광 흡수층은 소정의 농도 이하로 도핑될 필요성이 있다. 이는 광 흡수층의 도핑 농도가 낮을수록 광 흡수층의 내부 전계가 커지고 안정해져서 캐리어(전자, 정공)의 이동이 원활해지고, 또한 광 흡수층의 도핑 농도가 낮을수록 캐리어(전자, 정공)의 재결합 확률이 낮아져서 태양전지의 효율이 향상될 수 있기 때문이다. 통상적으로 태양전지의 제반 특성을 고려할 때 박막형 실리콘 태양전지의 광 흡수층의 도핑 농도는 약 1ⅹ1016/cm3 이하가 되도록 하는 것이 유리하다.In particular, the light absorbing layer disposed between the pn junctions of the thin film silicon solar cell needs to be doped to a predetermined concentration or less. The lower the doping concentration of the light absorbing layer, the larger the internal electric field of the light absorbing layer, and the more stable the carriers (electrons, holes) move, and the lower the doping concentration of the light absorbing layer, the lower the probability of recombination of carriers (electrons, holes) This is because the efficiency of the solar cell can be improved. In general, in consideration of various characteristics of the solar cell, the doping concentration of the light absorbing layer of the thin-film silicon solar cell is advantageously about 1 × 10 16 / cm 3 or less.
하지만, 종래의 도핑 방법, 예를 들어 확산(diffusion) 도핑 방법이나 인시츄(in situ) 도핑 방법에 의하면, 상대적으로 높은 도핑 농도로 도핑하는 것은 용이하지만, 5ⅹ1016/cm3 이하의 낮은 도핑 농도로 도핑하는 것은 용이하지 않다는 한 계가 있었다. 또한, 종래의 도핑 방법 중 하나인 이온 주입(ion implantation) 방법에 의하면 도핑 농도를 정밀하게 제어할 수 있어 5ⅹ1016/cm3 이하의 낮은 도핑 농도로 도핑하는 것이 가능하지만, 이온 주입 방법을 이용할 경우 도핑 공정에 소요되는 시간과 비용이 증가하기 때문에, 박막형 실리콘 태양전지의 대량 생산 공정에 적용되기 어렵다는 문제점이 있었다.However, according to conventional doping methods, such as diffusion doping or in situ doping, it is easy to dope at a relatively high doping concentration, but a low doping concentration of 5x10 16 / cm 3 or less There was a limitation that it was not easy to dope with. In addition, according to the ion implantation method, which is one of the conventional doping methods, the doping concentration can be precisely controlled, so that it is possible to do the low doping concentration of 5 × 10 16 / cm 3 or less. Since the time and cost of the doping process increases, there is a problem that it is difficult to apply to the mass production process of the thin film silicon solar cell.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광 흡수층의 형성 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단하여 광 흡수층의 도핑 농도가 소정의 값 이하가 되도록 하는 태양전지 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, the solar cell manufacturing method to stop the dopant supply for a predetermined time during the formation of the light absorbing layer so that the doping concentration of the light absorbing layer is below a predetermined value. The purpose is to provide.
또한, 본 발명은 대량 생산 공정에 적용 가능한 태양전지 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing method applicable to mass production process.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 기판 상에 제1 도전형의 제1 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 제1 실리콘층 상에 제1 도전형의 제2 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 실리콘층 상에 제2 도전형의 제3 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 실리콘층이 소정의 도핑 농도를 갖도록 상기 제2 실리콘층 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solar cell manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming a first silicon layer of the first conductivity type on the substrate; Forming a second silicon layer of a first conductivity type on the first silicon layer; And forming a third silicon layer of a second conductivity type on the second silicon layer, wherein the dopant is supplied during the formation of the second silicon layer so that the second silicon layer has a predetermined doping concentration. It is characterized by stopping for a time.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 기판 상에 제1 도전형의 제1 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 제1 실리콘층 상에 제2 도전형의 제2 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 실리콘층 상에 제2 도전형의 제3 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 실리콘층이 소정의 도핑 농도를 갖도록 상기 제2 실리콘층 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시 간 동안 중단하는 것을 특징으로 한다.And, in order to achieve the above object, the solar cell manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming a first silicon layer of the first conductivity type on the substrate; Forming a second silicon layer of a second conductivity type on the first silicon layer; And forming a third silicon layer of a second conductivity type on the second silicon layer, wherein the dopant is supplied during the formation of the second silicon layer so that the second silicon layer has a predetermined doping concentration. It is characterized by stopping for a period of time.
상기 기판은 유리, 플라스틱, 실리콘, 금속, 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다.The substrate may comprise glass, plastic, silicon, metal, stainless steel.
상기 제1 도전형이 n형인 경우 상기 제2 도전형은 p형이고, 상기 제1 도전형이 p형인 경우 상기 제2 도전형은 n형일 수 있다.When the first conductivity type is n-type, the second conductivity type may be p-type, and when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type may be n-type.
상기 제1, 제2 및 제3 실리콘층의 적어도 한 층은 다결정 실리콘층일 수 있다.At least one layer of the first, second and third silicon layers may be a polycrystalline silicon layer.
상기 제1, 제2 및 제3 실리콘층의 형성 방법은 저압 화학 기상 증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열선 화학 기상 증착법을 포함할 수 있다.The method of forming the first, second and third silicon layers may include low pressure chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, and hot ray chemical vapor deposition.
상기 소정의 도핑 농도는 1ⅹ1016/cm3 이하일 수 있다.The predetermined doping concentration may be 1 × 10 16 / cm 3 or less.
상기 도펀트의 공급을 소정의 주기로 단속(斷續)할 수 있다.The supply of the dopant can be interrupted at a predetermined cycle.
본 발명에 따르면, 광 흡수층 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단함으로써 간편하고 용이하게 광 흡수층이 소정 농도 이하의 도핑 농도를 갖도록 하는 효과가 있다.According to the present invention, the supply of the dopant is stopped for a predetermined time during the process of forming the light absorbing layer, so that the light absorbing layer has a doping concentration of less than a predetermined concentration.
또한, 본 발명에 따르면, 광 흡수층 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단하여 광 흡수층이 소정 농도 이하의 도핑 농도를 가짐으로써 태양전지의 제반 특성이 향상되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the supply of the dopant is stopped for a predetermined time during the process of forming the light absorbing layer, so that the light absorbing layer has a doping concentration of less than a predetermined concentration, thereby improving various characteristics of the solar cell.
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 구현 될 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.DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the several aspects.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 기판(110)상에 n+형 실리콘층(120), n-형 실리콘층(130) 및 p+형 실리콘층(140)이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어 있을 수 있다. 참고로, 도 1은 상기 3개의 실리콘층 이외에 태양전지의 구성에 필요한 투명 전도막, 전극 등은 생략된 것이다. Referring to FIG. 1, the
기판(110)은 태양광의 흡수를 위하여 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하 며, 예를 들어, 유리, 플라스틱 등을 포함할 수 있다. 다만, 도 1에서는 태양광이 기판(110)의 하측에서 입사하는 구조에 대하여 도시하고 있으나 본 발명의 태양전지의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 기판(110)의 상측에서 태양광이 입사하는 구조를 포함할 수 있다. 이 경우 기판(110)의 재질은 반드시 투명 재질일 필요는 없으며 예를 들어, 실리콘, 금속 및 스테인레스 스틸 등과 같은 불투명 재질의 기판을 사용할 수 있다.The
기판(110)상에는 3층의 실리콘층, 즉 n+형 실리콘층(120), n-형 실리콘층(130), p+형 실리콘층(140)이 차례대로 적층되어 박막형 실리콘 태양전지의 기본적인 구성인 n-i-p 구조를 형성한다. 여기서, n-i-p 구조란 n형으로 하이(high) 도핑된 n+형 실리콘층(120)과 p형으로 하이(high) 도핑된 p+형 실리콘층(140) 사이에 도펀트(불순물)가 로우(low) 도핑되어 n+형 실리콘층(120)과 p+형 실리콘층(140)과 비교할 때 상대적으로 절연성인 n-형 실리콘층(130)을 형성하는 구조를 말한다. Three layers of the silicon layer, that is, the n +
상술한 바에 따르면, 본 발명에서 태양전지의 기본 구조로 n-i-p 구조에 대해 설명하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 p-i-n 구조, 즉 p+형 실리콘층/p-형 실리콘층/n+형 실리콘층을 적층한 구조도 가능하다. As described above, the nip structure as the basic structure of the solar cell has been described in the present invention, but the present invention is not limited thereto, and a pin structure, that is, a structure in which a p + type silicon layer / p-type silicon layer / n + type silicon layer is laminated is also illustrated. It is possible.
또한, 상술한 바에 따르면, 본 발명에서 태양전지의 구조에서 i쪽 실리콘층의 도전형은 기판과 접하고 있는 실리콘층의 도전형과 동일하게 되어 있지만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며, i쪽 실리콘층의 도전형을 기판과 접하고 있는 실리콘층의 도전형과 다르게 설정하여 태양전지를 구성할 수도 있다.In addition, according to the above, in the present invention, the conductivity type of the silicon layer on the i side of the solar cell is the same as the conductivity type of the silicon layer in contact with the substrate, but is not necessarily limited thereto. The solar cell may be configured by setting the conductivity type different from that of the silicon layer in contact with the substrate.
따라서, 본 발명에서의 태양전지의 구성을 종합하여 볼 때, 기판으로부터 n+형 실리콘층/n-형 실리콘층/p+형 실리콘층, n+형 실리콘층/p-형 실리콘층/p+형 실리콘층, p+형 실리콘층/p-형 실리콘층/n+형 실리콘층, p+형 실리콘층/n-형 실리콘층/n+형 실리콘층의 구성이 모두 가능하다. Therefore, in view of the constitution of the solar cell of the present invention, an n + type silicon layer / n-type silicon layer / p + type silicon layer, an n + type silicon layer / p-type silicon layer / p + type silicon layer, The configurations of the p + type silicon layer / p-type silicon layer / n + type silicon layer, the p + type silicon layer / n-type silicon layer / n + type silicon layer are all possible.
이하에서는 도 1의 구성인 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140)을 기준으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a description will be given based on the n +
한편, 태양전지(100)는 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140) 중 적어도 한 층은 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140) 모두가 다결정 실리콘층인 것이 좋다. 다결정 실리콘 박막형 태양전지는 부존량이 풍부한 실리콘을 원재료로 하면서 박막형 태양전지 제조공정을 이용하여 대량 생산을 통해 가격을 획기적으로 절감할 수 있다는 장점이 있으면서 동시에 다결정 실리콘 자체가 비정질 실리콘보다 전자 이동도가 높기 때문에 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, in the
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the
먼저, 기판(110)을 준비하는 단계이다. 상술한 바와 같이, 기판(110)은 유리, 플라스틱, 실리콘, 금속, 스테인레스 스틸 등을 포함할 수 있다. 또한, 기판 표면은 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 텍스쳐링(texturing) 처리할 수 있다. First, the
다음으로, 기판(110)상에 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140)을 차례로 형성하는 단계이다. 상기 3층의 실리콘층은 비정질 실리콘 상 태로 형성되며, 이의 형성 방법으로는 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 열선 화학 기상 증착(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)법 등을 포함할 수 있다. Next, the n +
또한, 3층의 실리콘층(120, 130, 140)에 대한 n형 또는 p형 도핑은 비정질 실리콘층 형성 시에 인시츄(in situ) 도핑하는 것이 좋다. 이때, n형 도핑시 도펀트로서는 인(P)을 p형 도핑시 도펀트로서는 보론(B) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이다. 3층의 실리콘층(120, 130, 140)의 두께와 도핑 농도는 통상적인 n-i-p 구조의 실리콘 박막형 태양전지에서 채택하고 있는 두께와 도핑 농도를 적용하는 것이 바람직하다.In addition, n-type or p-type doping of the three
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, n-형 실리콘층(130)의 도핑 농도를 소정의 농도, 예를 들어 태양전지의 제반 특성의 향상에 유리한 농도인 약 1ⅹ1016/cm3 이하로 하기 위하여, n-형 실리콘층(130)의 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단할 수 있다. 이때, 바람직하게는 도펀트의 공급을 소정의 시간 간격에 따라 주기적으로 중단할 수도 있다. 즉, 도펀트의 공급은 주기적으로 단속(斷續)될 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, the doping concentration of the n-
이와 같은 도펀트의 공급 중단은 예를 들어 플라즈마 화학기상 증착법으로 비정질 실리콘층을 형성할 때 도펀트를 공급할 때에는 실리콘을 포함하는 소스가스에 도핑 가스를 혼합하여 챔버 내에 공급하고, 도펀트를 공급하지 않을 때에는 실 리콘을 포함하는 소스가스만 챔버 내에 공급하는 방식을 채택하여 수행될 수 있다.Such interruption of the dopant is, for example, when the amorphous silicon layer is formed by plasma chemical vapor deposition, when the dopant is supplied, the doping gas is mixed with the source gas containing silicon and supplied into the chamber, and when the dopant is not supplied, It can be carried out by adopting a method of supplying only the source gas containing the recone into the chamber.
상술한 바와 같은 도핑 방식이 적용된 n-형 실리콘층(130)의 구체적인 형성 조건은 n-형 실리콘층의 두께 등에 따라 변경될 수 있으나, 박막형 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 n-형 실리콘층의 두께를 고려해 볼 때, (i) 도펀트의 공급을 중단하는 동안에는 실리콘을 포함하는 가스인 SiH4 및 H2를 공급함에 있어서 공급량은 SiH4/H2 = 200 sccm/600 sccm, 증착압력은 2 torr, 증착전력은 25 watt, 증착온도는 300℃일 수 있으며, (ii) 도펀트를 공급하는 동안에는 실리콘을 포함하는 가스인 SiH4 및 H2 및 도펀트인 PH3를 공급함에 있어서 공급량은 SiH4/H2/PH3 = 200 sccm/600 sccm/1 sccm, 증착압력은 2 torr, 증착전력은 25 watt, 증착온도는 300℃일 수 있다.Specific formation conditions of the n-
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도핑 방식에 의하여 형성되는 n-형 실리콘층(130)의 구조를 개념적으로 나타내는 도면이다.2 conceptually illustrates a structure of an n-
도 2를 참조하면, 도펀트의 공급을 중단하는 동안에는 진성(intrinsic) 실리콘층(132)이 적층되고, 도펀트를 공급하는 동안에는 통상적인 도핑 농도(예를 들면, 5ⅹ1016/cm3)로 로우 도핑된 n-형 실리콘층(134)이 적층된다. 또한, 도펀트의 공급은 주기적으로 단속될 수 있으므로, 상기의 적층 과정은 주기적으로 반복될 수 있다. 예를 들면, n-형 실리콘층(130)의 총 두께가 1μm인 경우에 진성 실리콘층(132)/n-형 실리콘층(134)이 900Å/100Å 또는 500Å/500Å의 두께를 가지고 반 복적으로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 도시한 바와 같이, 도펀트의 공급 여부를 조절하여 900Å/100Å 또는 500Å/500Å의 진성 실리콘층(132)/n-형 실리콘층(134)을 적층하여 형성한 후 이 과정을 10번 반복하면 1μm의 n-형 실리콘층(130)을 형성할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절하게 변경될 수도 있음을 밝혀둔다.Referring to FIG. 2, an
다음으로, 비정질 상태로 형성된 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140)을 결정화시켜 다결정 상태의 n+형 실리콘층(120)/n-형 실리콘층(130)/p+형 실리콘층(140)을 형성하는 단계이다. 결정화 열처리 공정은 통상적인 어닐링 노(furnace)를 사용하여 진행하면 되며 결정화 열처리 조건은 열처리 온도는 400 내지 700℃, 열처리 시간 1 내지 10 시간의 범위로 하는 것이 바람직하다.Next, the n +
한편, 실리콘층(120, 130, 140)의 결정화 과정에서 통상적인 도핑 농도(예를 들면, 5ⅹ1016/cm3)로 도핑된 n-형 실리콘층(134) 내에 존재하는 도펀트가 진성 실리콘층(132)으로 확산됨에 따라 결과적으로 n- 실리콘층(130)의 전체적인 평균 도핑 농도는 바람직하게 1ⅹ1016/cm3 이하로 조절될 수 있다. 이와 같은 1ⅹ1016/cm3 이하의 도핑 농도는 종래의 도핑 방식을 이용해서는 결코 용이하게 얻을 수 없는 것으로 평가된다.Meanwhile, in the crystallization process of the silicon layers 120, 130, and 140, the dopant present in the n-
한편, 상기에서 본 발명의 실시예로서 하나의 n-i-p 실리콘층을 포함하는 단일 접합(single junction)의 태양전지를 설명한 바 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 이른바 탄뎀(tandem) 구조라고 하는 두 개의 n-i-p 실리콘층을 포함하는 더블 접합(double junction)의 태양전지 및 세 개의 n-i-p 실리콘층을 포함하는 트리플 접합(triple junction)의 태양전지 등도 본 발명의 실시예가 될 수 있다.On the other hand, while the solar cell of a single junction (single junction) comprising a single nip silicon layer as an embodiment of the present invention has been described above, but not necessarily limited to, for example, two so-called tandem (tandem) structure Embodiments of the present invention also include a double junction solar cell including three nip silicon layers and a triple junction solar cell including three nip silicon layers.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 박막형 태양전지(100) 제조방법은 태양전지의 광 흡수층에 해당하는 n-형 실리콘층(130) 형성 과정 중에 도펀트의 공급을 소정의 시간 동안 중단하는 방식을 채택함으로써 간단하고 용이하게 n-형 실리콘층(130)의 도핑 농도를 소정의 농도 이하가 되도록 조절할 수 있는 이점이 있다. 특히, 상기 방식은 태양전지의 대량 생산 공정에 바로 적용이 가능하여 태양전지의 성능이 향상되면서 태양전지의 제조 단가는 저렴해질 수 있다.As described above, the method of manufacturing the silicon thin film
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Variations and changes are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the invention and the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도핑 방법에 의하여 형성되는 n-형 실리콘층(130)의 구조를 개념적으로 나타내는 도면이다.2 conceptually illustrates a structure of an n-
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 태양전지100: solar cell
110: 기판110: substrate
120: n+형 실리콘층120: n + type silicon layer
130: n-형 실리콘층130: n-type silicon layer
132: 진성 실리콘층132: intrinsic silicon layer
134: n-형 실리콘층134: n-type silicon layer
140: p+형 실리콘층140: p + type silicon layer
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