KR101009422B1 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 실리콘 기판의 표면을 조직화하는 단계; 상기 실리콘 기판 내부에 에미터 층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 기판의 상부면에 반사 방지막을 형성하는 단계; 상기 반사 방지막의 상부면에 제1 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층의 상부면에 제2 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제3 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제3 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 제4 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제4 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 소성 처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, the method of manufacturing a solar cell according to the present invention comprises the steps of organizing the surface of the silicon substrate; Forming an emitter layer inside the silicon substrate; Forming an anti-reflection film on an upper surface of the silicon substrate; Forming a first metal paste layer on an upper surface of the anti-reflection film; Drying the first metal paste layer; Forming a second metal paste layer on an upper surface of the first metal paste layer; Drying the second metal paste layer; Forming a third metal paste layer preset on a lower surface of the silicon substrate; Drying the third metal paste layer; Forming a fourth metal paste layer on a lower surface of the silicon substrate; Drying the fourth metal paste layer; And firing the silicon substrate. The method of manufacturing a solar cell according to the present invention can reduce the area occupied by the front electrode to increase the light absorption rate and reduce the sheet resistance to reduce the collection loss of the carrier.
버스바 전극, 핑거 전극, 금속 페이스트층 Busbar electrode, finger electrode, metal paste layer
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell.
일반적으로, 태양전지는 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치로서, 태양 에너지는 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지로서 각광받고 있다. 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 한다. 태양전지의 광전변환 효율이 증가되기 위해서는, 태양전지의 전면 전극이 태양광을 최대한 많이 받아 손실 없이 캐리어(carrier)를 수집할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 태양전지의 전면전극의 점유면적이 감소되고, 그 표면적이 증가될 필요가 있다. 하지만 종래의 태양전지의 제조 방법에 따르면, 전면 전극의 점유 면적을 감소시키면서 그 표면적을 증가시키는 데는 한계가 있었다. 그러므로 태양전지의 광전변환 효율을 좀 더 증가시킬 수 있는 태양전지의 제조 방법이 요구되고 있다.In general, a solar cell is a device for producing electrical energy using solar energy, solar energy has been spotlighted as a renewable energy that can reduce environmental pollution. In order for a solar cell to be applied to a real industry, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell must be high. In order to increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, the front electrode of the solar cell should receive as much sunlight as possible to collect carriers without loss. For this purpose, the occupied area of the front electrode of the solar cell needs to be reduced, and its surface area needs to be increased. However, according to the conventional solar cell manufacturing method, there is a limit in increasing the surface area while reducing the occupied area of the front electrode. Therefore, there is a need for a method of manufacturing a solar cell that can further increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에미터층 및 반사방지막이 형성된 실리콘 기판상에 미리 설정된 배선 패턴에 따라 제1 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조한 후, 제1 금속 페이스트층 상에 제2 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조 및 소성 처리하여, 제1 및 제2 금속 페이스트층으로 이루어지는 전면 전극을 형성함으로써, 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a technical problem to be achieved by the present invention is to screen-print and dry a first metal paste layer according to a wiring pattern set in advance on a silicon substrate on which an emitter layer and an antireflection film are formed, and then a second metal paste on the first metal paste layer. By screen-printing the layer to dry and calcining to form a front electrode composed of the first and second metal paste layers, the area of the front electrode can be reduced to increase light absorption and the sheet resistance to reduce carrier collection loss. The present invention provides a method for manufacturing a solar cell.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 실리콘 기판을 에칭하여 상기 실리콘 기판의 표면을 조직화하는 단계; 상기 실리콘 기판에 불순물을 주입하여 상기 실리콘 기판 내부에 에미터 층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 기판의 상부면에 반사 방지막을 형성하는 단계; 상기 반사 방지막의 상부면에 미리 설정된 전면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린(screen) 인쇄하여 제1 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층의 상부면에 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제2 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제1 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제3 금속 페이스트층을 형성하는 단 계; 상기 제3 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제2 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제4 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제4 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 소성 처리하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, comprising: etching a silicon substrate to organize a surface of the silicon substrate; Implanting impurities into the silicon substrate to form an emitter layer inside the silicon substrate; Forming an anti-reflection film on an upper surface of the silicon substrate; Screen printing the metal paste on the upper surface of the anti-reflection film to form a first metal paste layer according to a predetermined wiring pattern of the front electrode; Drying the first metal paste layer; Screen printing a metal paste on an upper surface of the first metal paste layer to form a second metal paste layer; Drying the second metal paste layer; Screen printing the metal paste on the lower surface of the silicon substrate to form a third metal paste layer according to a predetermined wiring pattern of the first rear electrode; Drying the third metal paste layer; Forming a fourth metal paste layer by screen printing the metal paste on the lower surface of the silicon substrate according to a predetermined wiring pattern of the second back electrode; Drying the fourth metal paste layer; And firing the silicon substrate.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 에미터층 및 반사방지막이 형성된 실리콘 기판상에 미리 설정된 배선 패턴에 따라 제1 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조한 후, 제1 금속 페이스트층 상에 제2 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조 및 소성 처리하여, 제1 및 제2 금속 페이스트층으로 이루어지는 전면 전극을 형성하므로, 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있다.As described above, in the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, after screen-printing and drying a first metal paste layer on a silicon substrate on which an emitter layer and an antireflection film are formed, the first metal paste layer is formed on the first metal paste layer. Screen printing of the second metal paste layer on the substrate and drying and firing to form a front electrode composed of the first and second metal paste layers, thus reducing the occupied area of the front electrode to increase light absorption and reducing sheet resistance to collect carriers. The loss can be reduced.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 나타내는 흐름도이다. 도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 태양전지의 선택적 에미터 형성 과정을 설명하기 위한 기판의 단면도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention. 2A through 2E are cross-sectional views of a substrate for describing a process of forming a selective emitter of the solar cell illustrated in FIG. 1.
먼저, 실리콘 기판(110)을 에칭(etching)하여, 실리콘 기판(110)의 표면을 조직화한다(단계 1001). 단계 1001에서, 건식 또는 습식 에칭에 의해 실리콘 기판(110)의 표면에 요철이 형성된다. 도 2a에 상세하게 도시되지 않았지만, 실리콘 기판(110)의 표면에는 아주 미세한 요철이 형성되어 있다. 여기에서, 실리콘 기판(110)은 붕소(B) 이온이 도핑된 p형 기판일 수 있다.First, the
이 후, 실리콘 기판(110) 내부에 불순물이 주입되어 에미터층이 형성된다(단계 1002). 에미터층은 예를 들어, 제1 에미터층(111)과 제2 에미터층(112)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 에미터층(111, 112)의 형성과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 조직화된 표면상에 예를 들어 인(P) 성분 또는 POCl3(phosphorus oxychloride)를 포함하는 불순물 용액(미도시)이 코팅되고, 불순물 용액이 코팅된 실리콘 기판(110)의 표면 전체에 제1 열에너지가 주입된다. 그 결과, 제1 열에너지에 의해, 불순물 이온이 실리콘 기판(110) 내부에 확산되어, 도 2c에 도시된 것과 같이, 제1 에미터층(111)이 형성된다. 또, 제1 열에너지가 주입되는 동안, 불순물 용액이 코팅된 실리콘 기판(110)의 표면 중 일부 영역에 레이저(laser) 광 등에 의한 제2 열에너지가 주입된다. 그 결과, 제2 열에너지에 의해, 불순물 이온이 제1 에미터층(111)의 일부 영역 내에 더 확산되어, 도 2c에 도시된 것과 같이, 제2 에미터층(112)이 형성된다. 제1 및 제2 에미터층(111, 112)이 형성된 실리콘 기판(110)의 표면에 PSG(phosphorus silicate glass)(미도시) 층이 더 형성될 수 있다. 이 경우, 5%의 NF 용액에 실리콘 기판(111)을 담그면 PSG 층(115)이 제거될 수 있다.Thereafter, impurities are implanted into the
이 후, 도 2d에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 상부면에 반사 방지막(120)이 형성된다. 또, 도 2d 및 도 2e에 도시된 것과 같이, 반사 방지막(120)의 상부면에 미리 설정된 전면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트가 스크린(screen) 인쇄되어 제1 금속 페이스트층(131, 141)이 형성되고(단계 1004), 제1 금속 페이스트층(131, 141)이 건조된다(단계 1005).Thereafter, as shown in FIG. 2D, an
여기에서, 전면 전극은 적어도 하나의 버스바(busbar) 전극(133, 도 3 참고)과 버스바 전극(133)에 연결된 복수의 핑거(finger) 전극(143, 도 3 참고)을 포함한다. 또한, 제1 금속 페이스트층은 버스바 전극(133)용의 제1 금속 페이스트층(131)과 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)을 포함한다. 버스바 전극(133)용의 제1 금속 페이스트층(131)의 폭(D1)은 3∼4㎜이고, 버스바 전극용(133)의 제1 금속 페이스트층(131)의 높이(H1)는 20∼30㎛일 수 있다. 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)의 폭(D2)은 60∼80㎛이고, 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)의 높이(H2)는 20∼30㎛일 수 있다.Here, the front electrode includes at least one busbar electrode 133 (see FIG. 3) and a plurality of finger electrodes 143 (see FIG. 3) connected to the
그 후, 도 2f 및 도 2g에 도시된 것과 같이, 제1 금속 페이스트층(131, 141)의 상부면에 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제2 금속 페이스트층(132, 142)이 형성되고(단계 1006), 제2 금속 페이스트층(132, 142)이 건조된다(단계 1007). 여기에서, 제2 금속 페이스트층은 버스바 전극(133)용의 제2 금속 페이스트층(132)과 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)을 포함한다. 버스바 전극(133)용의 제2 금속 페이스트층(132)의 폭(D3)은 2∼2.5㎜이고, 버스바 전극(133)용의 제2 금 속 페이스트층(132)의 높이(H3)는 10∼20㎛일 수 있다. 또한, 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)의 폭(D4)은 40∼60㎛이고, 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)의 높이(H4)는 10∼20㎛일 수 있다. 제1 및 제2 금속 페이스트층은 Ag(-) 재질의 금속을 포함할 수 있다.Thereafter, as shown in FIGS. 2F and 2G, the metal paste is screen printed on the upper surfaces of the first
도 2h에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 하부면에 미리 설정된 제1 후면 전극(152)의 배선 패턴을 따라 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제3 금속 페이스트층(151)이 형성되고(단계 1008), 제3 금속 페이스트층(151)이 건조된다(단계 1009). 제3 금속 페이스트층(151)은 AgAl 재질의 금속을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2H, the metal paste is screen printed along the wiring pattern of the first
또, 도 2i에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 하부면에 미리 설정된 제2 후면 전극(162)의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제4 금속 페이스트층(161)이 형성되고(단계 1010), 제4 금속 페이스트층(161)이 건조된다(단계 1011). 제4 금속 페이스트층(161)은 Al(+) 재질의 금속을 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2I, a metal paste is screen printed on the lower surface of the
이 후, 실리콘 기판(110)이 소성 처리된다(단계 1012). 그 결과, 도 2j에 도시된 것과 같이, 상부의 반사 방지막(120)을 뚫고 확산된 버스바 전극(133)이 제2 에미터층(112)에 오믹(ohmic) 접촉을 이루고, 제1 후면 전극(152)이 실리콘 기판(110)에 오믹 접촉을 이루게 된다. 또, 도 2k에 도시된 것과 같이, 상부의 반사 방지막(120)을 뚫고 확산된 핑거 전극(143)이 제2 에미터층(112)에 오믹 접촉을 이루게 된다.Thereafter, the
도 3은 도 1에 도시된 태양전지의 제조과정에 따라 제조된 태양전지를 나타내는 평면도이다. 도 3에서, 점선(A)을 따라 절단한 태양전지(100)의 단면 형상은 도 2j에 도시된 것과 같고, 점선(B)을 따라 절단한 태양전지(100)의 단면 형상은 도 2k에 도시된 것과 같다.3 is a plan view illustrating a solar cell manufactured according to the manufacturing process of the solar cell shown in FIG. In FIG. 3, the cross-sectional shape of the
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조과정에서는, 전면 전극인, 버스바 전극 및 핑거 전극을 형성할 때, 제1 금속 페이스트층을 형성한 후, 제2 금속 페이스트층을 형성한다. 또한, 제1 및 제2 금속 페이스트층의 폭과 높이를 상술한 크기의 범위로 형성하므로, 전면 전극의 저항이 감소되고, 전면 전극이 태양광을 많이 흡수하여 캐리어를 신속하게, 또한, 많이 수집할 수 있어, 광전변환 효율이 증가될 수 있다.As described above, in the manufacturing process of the solar cell according to the present invention, when the bus bar electrode and the finger electrode, which are the front electrodes, are formed, the first metal paste layer is formed and then the second metal paste layer is formed. In addition, since the width and height of the first and second metal paste layers are formed in the above-described size range, the resistance of the front electrode is reduced, and the front electrode absorbs a lot of sunlight so that the carrier can be collected quickly and in large quantities. The photoelectric conversion efficiency can be increased.
상기한 실시 예들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명이 이들 실시 예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The above embodiments are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. In addition, although not described, equivalent means will also be referred to as being incorporated in the present invention. Therefore, the true scope of the present invention will be defined by the claims below.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 태양전지의 선택적 에미터 형성 과정을 설명하기 위한 기판의 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views of a substrate for describing a process of forming a selective emitter of the solar cell illustrated in FIG. 1.
도 3은 도 1에 도시된 태양전지의 제조과정에 따라 제조된 태양전지를 나타내는 평면도이다.3 is a plan view illustrating a solar cell manufactured according to the manufacturing process of the solar cell shown in FIG.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉Description of the Related Art
110: 실리콘 기판 111: 제1 에미터층110: silicon substrate 111: first emitter layer
112: 제2 에미터층 120: 반사 방지막112: second emitter layer 120: antireflection film
131: 버스바 전극용 제1 금속 페이스트층131: first metal paste layer for busbar electrodes
132: 버스바 전극용 제2 금속 페이스트층 133: 버스바 전극132: second metal paste layer for busbar electrodes 133: busbar electrodes
141: 핑거 전극용 제1 금속 페이스트층141: first metal paste layer for finger electrode
142: 핑거 전극용 제2 금속 페이스트층 143: 핑거 전극142: second metal paste layer for finger electrode 143: finger electrode
151: 제3 금속 페이스트층 152: 제1 후면 전극151: third metal paste layer 152: first back electrode
161: 제2 금속 페이스트층 162: 제2 후면 전극 161: second metal paste layer 162: second back electrode
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