KR101023144B1 - 전사법을 이용한 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
복잡한 포토리소그래피 공정을 사용하지 않고 고효율의 태양전지를 저렴하게 대량생산할 수 있는 태양전지의 구조 및 제조 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해 본 발명에서는 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 일부분 상에 형성된 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 타면에 형성된 적어도 하나 이상의 요부(凹部)와 요부(凹部) 사이의 평탄부; 요부 상에 형성되고 상면이 평탄부에 비해 오목한 후면 전극층; 및 적어도 하나 이상의 후면 전극층을 제외한 나머지 후면 전극층 및 제1도전형 반도체층의 타면 상에 형성된 패시베이션(passivation)층을 포함하는 태양전지를 제공한다.
전사법, 반사층, 다공성실리콘, 태양전지
Description
도 1은 종래 PERL 구조의 태양전지를 도시한 사시도이고,
도 2는 전사법을 이용한 종래 박막 태양전지를 도시한 단면도이며,
도 3은 전사법에 의해 태양전지를 제조하는 방법을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 단면도이며,
도 5a 내지 5h은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 도시한 단면도이다.
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전사법을 이용하여 간단하고 저렴한 방법으로 후면 국부전극 구조를 가지는 실리콘 박막 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍에서 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으 로써 전력을 생산한다.
이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해 고안된 종래 고효율 태양전지 구조의 하나인 피이알엘(PERL : passivated emitter rear locally diffusion, 이하 PERL이라 칭한다) 구조에서는, 실리콘 기판의 후면에 국부적으로 후면전극을 형성하고, 후면전극을 제외한 나머지 후면에는 후면필드(back surface field : BSF) 형성을 위한 후면 반사층(back reflector)을 형성한다.
도 1은 종래 PERL 구조의 태양전지를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, PERL 구조의 태양전지에서 p형의 실리콘 기판(10)의 전면은 광흡수를 높이기 위해 텍스처링(texturing)되어 있고, 텍스처링된 기판(10)의 전면에는 n층(11)이 형성되어 있다.
n층(11) 상에는 전면 패시베이션을 위한 전면산화막(12)이 형성되어 있고, 전면에서 태양광의 반사방지를 위해 전면산화막(12) 위에 실리콘질화막(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
전면산화막(12)의 일부분이 제거된 개구부(14)를 통해 노출된 n+ 영역(13) 상에는 금속층(15)이 형성되어 있고, 금속층(15) 상에는 전면전극(16)이 형성되어 있다.
기판(10)의 후면 상에는 후면 산화막(23)이 형성되어 있고, 후면 전극(24)은 후면 산화막(23)이 부분적으로 제거된 개구부(22)를 통해 p+영역(22)과 연결되도록 후면 산화막(23) 상에 형성되어 있다.
그러나 상술한 바와 같은 종래 PERL 구조의 태양전지에서는 후면 전극을 형성하기 위해 기판(10)의 후면 상에 형성된 후면 산화막(19)을 부분적으로 제거하는 포토리소그래피 공정을 수행하여야 한다.
그러나 포토리소그래피 공정은 고가의 장비를 이용하는 등 공정 비용이 많이 드는 단점이 있다.
따라서, 고효율 태양전지의 대량생산을 위해서는 그 성능을 유지하면서 저렴한 공정 비용으로 제조할 수 있는 방법이 필요하다.
포토리소그래피 공정을 사용하지 않으면서 효율을 향상시킨 태양전지로는 대표적으로 전사법(layer transfer process)을 이용한 박막 태양전지가 있다. 도 2는 전사법을 이용한 종래 박막 태양전지를 도시한 단면도이다.
전사법에서는 실리콘 기판 위에 다공성 실리콘을 형성하고 열처리한 후, 열처리한 다공성 실리콘 위에 태양전지의 광전변환층을 형성하고 그 위에 글래스 캐리어를 접착한다. 그 다음 다공성 실리콘의 열처리면을 따라 벽개하고, 글래스 캐리어 반대편의 노출된 실리콘 박막 상에 후면 전극을 형성한다.
도 2에 도시된, 전사법을 이용한 종래 박막 태양전지에서는 p형 실리콘 박막(32), n층(33), 전면질화막(34), 및 전면전극(35)을 포함하는 태양전지의 전면부가 투명접착제(36)를 이용하여 글래스 캐리어(37)와 접착되어 있다.
글래스 캐리어(37)의 반대편에는 열처리한 다공성 실리콘(31)이 노출되어 있는데, 그 위에서 다공성 실리콘(31)의 내부로 인을 고농도 주입 및 확산하여 p+층(38)을 만들고, 다공성 실리콘(31) 상에는 후면전극(39)을 형성한다.
그러나 상술한 종래 박막 태양전지에서는 글래스 캐리어(37)를 통해 입사된 후 태양전지의 광전변환층을 거쳐 후면으로 나온 빛을 다시 태양전지를 향해 반사시키기 위해, 태양전지와 분리된 별도의 거울(detached back reflector)(40)를 사용해야하는 문제점이 있다.
또한, 태양전지의 후면 전체에 p+층(38)이 형성되어 있으므로 태양광에 의해 생성된 전하가 p+층에서 재결합되어 광전변환 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 복잡한 포토리소그래피 공정을 사용하지 않고 고효율의 태양전지를 저렴하게 대량생산할 수 있는 태양전지의 구조 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전사법을 이용하여 박막 태양전지를 제조하되, 구성 및 제조 방법이 간단하고 효율이 향상된 박막 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 일부분 상에 형성된 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 타면에 형성된 적어도 하나 이상의 요부(凹部)와 요부(凹部) 사이의 평탄부; 요부 상에 형성되고 상면이 평탄부에 비해 오목한 후면 전극층; 및 적어도 하나 이상의 후면 전극층을 제외한 나머지 후면 전극층 및 제1도전형 반도체층의 타 면 상에 형성된 패시베이션(passivation)층을 포함하는 태양전지를 제공한다.
이 때 제1도전형의 반도체층은 10-50㎛의 두께를 가질 수 있다.
전면 전극 및 제2도전형 반도체층 상에는 접착제를 매개로 하여 접합된 투광성의 지지기판을 더 포함할 수 있다.
요부는 0.1-9 ㎛ 깊이를 가질 수 있으며, 요부의 폭이 깊이보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 예를 들면 요부는 사다리꼴의 단면형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지는 패시베이션층 상에 형성된 거울층을 더 포함할 수도 있다.
거울층은 도전성 물질로 이루어질 경우 패시베이션층 및 후면 전극층 상에 형성될 수 있다.
반도체층은 실리콘이고, 패시베이션층은 실리콘질화막이며, 후면 전극층은 알루미늄, 구리, 및 은 중의 어느 하나이고, 거울층은 알루미늄 또는 은으로 형성될 수 있다.
제2도전형 반도체층과 전면 전극 사이 및 제2도전형 반도체층 상에 형성된 반사방지막을 더 포함할 수도 있다. 반사방지막은 실리콘질화막으로 이루어질 수 있다.
후면 전극층 하부에 형성된 다공성 실리콘층을 더 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층의 일면은 텍스처링된 구조인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 태양전지를 제조하는 방법은, 형판용 기판 및 투광성의 지지기판을 준비하는 단계; 형판용 기판의 일면을 선택적으로 식각하여 적어도 하나 이상의 돌출부를 형성하는 단계; 돌출부가 형성된 형판용 기판의 일면 상에 희생막을 형성하는 단계; 희생막을 열처리하되 표면으로부터 일부 두께까지 열처리하여 희생막 내에 열처리 경계면을 형성하는 단계; 열처리된 희생막 상에 제1도전형의 반도체층 및 제2도전형의 반도체층을 순차 형성하는 단계; 제2도전형 반도체층의 일부분 상에 전면 전극을 형성하는 단계; 지지기판을 전면 전극 및 제2도전형 반도체층과 서로 접합하는 단계; 열처리 경계면을 따라 벽개하여 형판용 기판과 지지기판을 분리하는 단계; 분리된 지지기판에서 노출된 희생막 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 제1도전형의 반도체층이 노출될 때까지 후면 전극층을 연마하고, 돌출부와 대응하는 영역인 요부(凹部) 상에 후면 전극층을 남기는 단계; 및 적어도 하나 이상의 후면 전극층을 제외한 나머지 후면 전극층 및 노출된 제1도전형 반도체층 상에 패시베이션(passivation)층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
형판용 기판으로는 실리콘 기판을 사용하고, 희생막으로는 다공성 실리콘을 형성하며, 반도체층으로는 실리콘층을 형성할 수 있다. 제1도전형의 반도체층은 10-50㎛의 두께로 형성할 수 있다.
돌출부는 폭이 높이보다 크거나 같고 높이는 0.1-9㎛가 되도록 형성할 수 있으며, 예를 들면 돌출부는 사다리꼴의 단면형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 제조 방법은 패시베이션층 상에 거울층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 패시베이션층 및 후면 전극층 상에 도전성 물질로 이루어진 거울층을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또는, 제2도전형 반도체층의 형성 후 및 전면 전극의 형성 전에, 제2도전형의 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제1도전형 반도체층의 형성 후 및 제2도전형 반도체층의 형성 전에는 제1도전형의 반도체층을 텍스처링하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
전사법(layer transfer process)은 다공성 실리콘을 이용한다는 점에서 피에스아이(PSI : porous silicon) 공정이라 불리기도 한다. 전사법에 의해 태양전지를 제조하는 방법이 도 3에 도시되어 있으며, 도 3을 참조하여 전사법에 의한 태양전지의 제조에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 실리콘 기판의 한 면에 다공성 실리콘을 형성하고 열처리를 하면 열처리된 다공성 실리콘의 표면은 공극이 메워져 매끄럽게 되고 열처리된 부분과 열처리되지 않은 부분 간의 계면(이를 열처리 계면이라 칭함)은 기계적인 힘에 의해 쉽게 분리될 수 있는 상태가 된다.
열처리된 다공성 실리콘 위에 광전변환층으로 사용될 실리콘 박막(p형 실리콘) 및 n형 실리콘막을 성장한 후, 표면에는 전극을 형성한다.
그 위에 캐리어(carrier)를 접착하고 기계적인 힘을 가하면 열처리 계면에서 박리가 일어나, 실리콘 기판과 캐리어가 분리된다. 캐리어에 접착된 실리콘 박막의 후면에 전극을 형성하면 태양전지가 완성된다.
분리된 실리콘 기판은 표면의 열처리된 다공성 실리콘 층을 제거함으로써 기 판으로 재활용할 수 있다. 이와 같이 값비싼 실리콘 기판을 수십 회 재활용함으로써 실리콘 태양전지 제조원가의 주요 구성요소인 고순도 실리콘 원료의 사용을 크게 줄일 수 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 전사법에 의한 박막 태양전지에 있어서, 광전변환층 후면에서 빛을 반사시키는 수단과 빛에 의해 생성된 전하가 후면에서 재결합하는 것을 억제하는 수단을, 복잡한 포토리소그래피 공정 없이 실현하고자 한다.
특히, 박막 태양전지에서는 광전변환층으로 사용되는 실리콘 층의 두께가 기존의 결정질 실리콘 태양전지에 비해 1/10이하로 매우 얇기 때문에 태양전지 내부에 빛을 가두고(light trapping) 빛에 의해 생성된 전하가 태양전지의 표면에서 재결합되지 않도록 표면을 패시베이션(passivation) 하는 기술이 무엇보다 중요하다.
본 발명에서는 간단하고도 저렴한 방법으로 전면 및 후면을 모두 패시베이션하고 후면 거울층을 형성하여 태양광의 흡수를 최대화시키고 재결합 손실을 최소화시킨다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 단면도가 도시되어 있다. 태양전지의 광전변환층인 제1도전형의 반도체층(120)으로는 p형 실리콘층이 형성될 수 있고, 제1도전형의 반도체층(120) 상에는 이와는 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층(125)(n형 실리콘층)이 형성되어 있다.
또한 광흡수를 향상시키기 위해 제1도전형 반도체층(120)의 수광면은 텍스처링된 구조인 것이 바람직하다.
제2도전형 반도체층(120)의 일부분 상에는 전면 전극(140)이 형성되어 있다. 이 때 제2도전형 반도체층(120) 상에는 입사되는 태양광의 흡수를 증대시키고 반사를 줄이기 위한 반사방지막(130)이 형성된 후, 반사방지막(130) 상에 전면 전극(140)이 형성될 수도 있다.
반사방지막(130)으로는 실리콘질화막이 형성될 수 있으며, 이 때 반사방지막(130)은 전면 패시베이션의 역할도 수행할 수 있다.
제1도전형의 반도체층(120)은 10-50㎛의 두께로 형성되어 박막 태양전지를 이룰 수도 있으나, 반드시 박막 태양전지로 한정되는 것은 아니다. 만약, 박막 태양전지일 경우에는 얇은 광전변환층을 지지해주는 지지기판이 필요할 수 있다.
도 1에는 투광성의 지지기판(160)이 접착제층(150)을 매개로 하여 전면 전극(140) 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함한 박막 태양전지의 전면부(수광면부) 와 접합된 것이 도시되어 있다.
한편, 제1도전형 반도체층(120)의 후면에는 적어도 하나 이상의 요부(凹部)(105)가 형성되어 있으며, 요부(105) 사이의 제1도전형 반도체층(120)의 후면은 평탄하다.
요부(105)는 폭이 깊이보다 크거나 같아서 좁고 깊은 형상 보다는 넓고 얕은 형상에 가까운 것이 바람직하다. 특히 제1도전형의 반도체층(120)의 두께가 10-50㎛ 정도인 박막 태양전지일 경우 요부의 깊이는 0.1-9㎛ 인 것이 바람직하다. 요부의 형상이 한정된 것은 아니나, 일 예로서 사다리꼴의 단면형상을 가질 수 있다.
요부(105)의 깊이는 열처리된 다공성 실리콘층(110a) 및 후면전극층(170)의 두께에 의해 결정된다. 즉, 요부의 깊이는 최소한 열처리된 다공성 실리콘(110a)과 후면전극층(170)의 두께 합보다는 커야 한다.
또한 요부(105)의 폭은 넓을수록 후면전극층(170)의 전기저항이 작아져 태양전지의 효율저하를 줄일 수 있는 반면에, 패시베이션 및 후면반사가 이루어지는 평탄부도 감소하여 패시베이션 및 후면반사에 의한 효율향상 효과도 감소하게 된다. 따라서 이 두 요인을 모두 고려하여 최적화시켜야 한다. 본 발명에서는 요부(105)의 폭이 요부 사이에 위치하는 평탄부의 폭보다는 작거나 같도록 한다.
요부(105) 상에는 요부의 오목한 표면 형상을 그대로 드러내는 얇은 두께로 후면 전극층(170)이 형성되어 있어서, 후면 전극층(170)의 상면은 제1도전형 반도체층(120)의 평탄한 후면에 비해 오목하다.
이 때 요부(105)의 하부로는 다공성 실리콘(110a)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
적어도 하나 이상의 후면 전극층(170)을 제외한 나머지 후면 전극층 및 제1도전형 반도체층(120)의 후면 상에는 후면 패시베이션층(180)이 형성되어 있고, 후면 패시베이션층(180) 상에는 후면 거울층(190)이 형성되어 있다.
요부(105)에 형성된 후면 전극층(170)으로는 전력이 수집되고, 수집된 전력은 후면 패시베이션층(180)에 의해 덮이지 않고 외부로 노출된 후면 전극층(170)을 통해서 외부 단자와 연결될 수 있다.
후면 거울층(190)이 도전성 물질로 이루어진다면 후면 거울층(190)은 후면 패시베이션층(180) 뿐만 아니라 후면 전극층(170) 상에 형성되어도 무방하다. 예를 들면, 후면 전극층(170)은 알루미늄, 구리, 또는 은으로 이루어질 수 있고, 후면 거울층(190)은 알루미늄 또는 은으로 이루어질 수 있다.
그러면, 상술한 바와 같은 태양전지를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 5a 내지 5h은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 도시한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에서는 전사법을 이용하여 박막 태양전지를 제조하였다.
박막 태양전지 제조를 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지의 제조 방법은 크게 형판공정(도 5a-5b), 다공성 실리콘 공정(도 5c-5d), 및 후면전극 공정(도 5e-5h)의 세 공정으로 구분할 수 있다.
즉, 형판 공정에서는 형판용 기판에 요철을 가지는 형판을 제작하고,
다공성 실리콘 공정에서는 제작된 형판 상에 다공성 실리콘 및 태양전지의 광전변환층을 포함한 전면부를 형성하고 지지기판을 접합한 후 벽개하여 형판용 기판과 지지기판을 분리하며,
후면전극 공정에서는 분리된 지지기판 측에 접합된 태양전지 후면의 요부 상에 후면전극을 형성함으로써, 박막 태양전지를 제조하는 것이다.
그러면, 이하에서 보다 상세하게 박막 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 형판용 기판(100) 상에 스크린 프린팅과 같은 방법으로 마스크 패턴(101)를 형성한 후, 식각용액에 의해 화학적으로 식각하여 마스크 패턴(101)으로 덮이지 않고 노출된 기판(100)을 소정 깊이 식각한다.
형판용 기판(100)으로는 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼를 식각할 때에는 질산, 불산, 및 초산의 혼합 산용액을 사용하거나 또는 KOH 또는 NaOH와 같은 알칼리 용액을 사용할 수 있다.
마스크 패턴(101)의 폭은 특별히 한정되는 것은 아니고 스크린 프린팅과 같은 간단한 공정에 의해 구현할 수 있는 정도의 값이면 적당하다. 일 예로서 마스크 패턴(101)의 폭은 0.1mm로 하고, 마스크 패턴(101)으로 덮이지 않고 노출된 기판(100)의 폭, 즉 마스크 패턴(101) 사이의 거리는 0.9mm 로 할 수 있다.
다음, 도 5b에 도시된 바와 같이 마스크(101)를 제거하면 기판(100)에는 돌출부(105)가 형성되고 돌출부(105) 사이에는 평탄한 오목부(106)가 형성되어 있다.
그러나 상술한 식각용액을 이용한 화학적 식각 방법으로 한정되는 것은 아니고, 형판 공정에서는 널리 알려진 실리콘 가공기술을 모두 적용할 수 있다.
도 5b의 상부에는 상부에서 내려다 본 평면도가 도시되어 있는데, 이 평면도에는 오목부(106)가 격자 모양으로 형성된 것이 도시되어 있다. 이와 같이 형판용 기판(100)의 일면에는 적어도 하나 이상의 돌출부(105)와 돌출부 사이의 오목부(106)가 형성되어 있으며, 이러한 형상이 이후 박막 태양전지의 후면 형상을 구현하는 형판(template) 역할을 하게 된다.
돌출부(105)는 이후 반전되어 박막 태양전지에서는 요부(凹部)가 되고 이 요부 위에는 후면전극층이 형성된다. 따라서 돌출부(105)의 면적이 커질수록 후면전극의 저항이 낮아지므로, 후면전극의 저항이 지나치게 커지지 않는 범위 내에서 돌출부(105)의 면적을 확보해두는 것이 바람직하다.
오목부(106)는 반드시 격자모양의 패턴으로 형성되는 것으로 한정되지 않고 후면전극의 저항을 고려하여 확보된 돌출부 면적을 만족시키는 조건 하에서 어떠한 모양을 가져도 무방하다.
또한 돌출부(105)는 특정 형상으로 한정되는 것은 아니나, 도 2b에 도시된 바와 같이 단면형상이 사다리꼴을 가질 수 있다. 돌출부(105)는 폭이 높이보다 크거나 같고 높이는 0.1-9㎛가 되도록 형성할 수 있다.
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 돌출부(105) 및 오목부(106)가 형성된 형판용 기판(100) 상에 다공성 실리콘(100)을 형성한다. 이 때 다공성 실리콘(110)은 벽개면으로 작용하는 희생막(sacrificial layer)의 역할을 수행하는 것으로서, 기판의 돌출부(105) 및 오목부(106) 형상을 그대로 유지하는 정도의 두께로 형성하도록 한다.
다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, 다공성 실리콘(110)을 열처리하되 표면으로부터 일부 두께까지 열처리하여 다공성 실리콘(110) 내에 열처리 경계면(c)을 형성한다. 즉, 열처리 경계면(c)을 중심으로 열처리된 다공성 실리콘층(110a) 및 열처리되지 않은 다공성 실리콘층(110b)으로 구분된다.
이 때 열처리된 다공성 실리콘층(110a)은 공극이 메워져 매끄럽게 되고 열처리 경계면(c)을 중심으로 이 두 층(110a, 110b)은 쉽게 분리될 수 있는 상태가 된다.
이어서, 열처리된 다공성 실리콘층(110a) 상에 제1도전형의 반도체층(p형 실리콘)(120) 및 제2도전형의 반도체층(n형 실리콘)(110b)을 순차 형성하고, 제2도전 형 반도체층(110b)의 일부분 상에 전면 전극(140)을 형성한다.
제1도전형의 반도체층은 10-50㎛의 두께로 형성할 수 있으며, 제1도전형의 반도체층(120)을 형성한 다음에는 태양광의 흡수를 높이기 위해 그 표면을 텍스처링할 수 있으며, 텍스처링된 제1도전형의 반도체층(120) 위에 제2도전형의 반도체층(125)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제2도전형의 반도체층(125) 상에는 태양광의 흡수를 증대시키고 반사를 줄이기 위해 반사방지막(130)을 형성할 수도 있다. 반사방지막(130)으로는 실리콘질화막을 형성할 수 있다.
이 때 반사방지막(130)은 패시베이션의 역할도 동시에 수행할 수 있다.
다음, 접착제(150)를 매개로 하여 투광성의 지지기판(160)을 전면 전극(140) 및 제2도전형 반도체층(125)과 서로 접합한다.
다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, 다공성 실리콘의 열처리 경계면(c)을 따라 벽개하여 형판용 기판(100)과 지지기판(160)을 서로 분리한 후, 분리된 지지기판(160) 측에 태양전지의 후면부를 형성한다.
즉, 분리된 지지기판(160) 측에서 노출된 다공성 실리콘(110a) 상에 후면 전극층(170)을 형성한다. 이 때 후면 전극층(170)은 요철 형상을 그대로 유지하는 정도의 두께로 형성한다. 후면 전극층(170)으로는 알루미늄 박막, 구리 박막, 또는 은 박막을 형성할 수 있다.
다음, 도 5f에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 반도체층(120)이 노출될 때까지 후면 전극층(170)을 연마하고, 돌출부와 대응하는 영역인 요부(凹部)(150) 상에 후면 전극층(170)을 남긴다. 즉 요부(150)에는 다공성 실리콘층(110a) 및 후면 전극층(170)이 형성되어 있고, 요부(150) 사이의 평탄부에는 후면 전극층(170) 및 다공성 실리콘층(110a)이 제거되어 제1도전형의 반도체층(120)이 노출되어 있다.
다음, 도 5g에 도시된 바와 같이, 노출된 제1도전형 반도체층(120)의 표면을 패시베이션하기 위해 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 등의 방법으로 실리콘질화막과 같은 패시베이션층(180)을 형성한다.
이 때 패시베이션층(180)은 적어도 하나 이상의 후면 전극층(170)을 제외한 나머지 후면 전극층 및 노출된 제1도전형 반도체층 상에 형성하여, 적어도 하나 이상의 후면 전극층(170)은 외부 단자와 연결되도록 노출시켜 둔다. 이를 위해서는 적어도 하나 이상의 후면 전극층(170)에는 패시베이션층(180)이 형성되지 않도록 섀도우 마스크(200)를 사용하는 것이 바람직하다.
이 때 모든 후면 전극층(170)으로는 전력이 수집되고, 수집된 전력은 패시베이션층(180)으로 덮이지 않고 노출되는 후면 전극층(170)을 통해 외부로 흘러나올 수 있다.
다음, 도 5h에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(180) 상에 후면 거울층(190)을 형성한다. 거울층(190)은 지지기판(160)을 통해 태양전지 내로 입사한 후 외부로 빠져나가는 빛을 반사시켜 다시 태양전지 내로 재흡수시키는 역할을 수행한다.
거울층(180)으로는 특별히 한정되는 물질은 없으나, 일 예로서 반사율이 높은 금속(알루미늄, 은 등)을 사용할 수 있다. 거울층(180)으로서 금속을 사용할 경우 패시베이션층(180) 뿐만 아니라 후면 전극층(170) 상에까지 거울층(180)을 형성 하여도 무방하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 간단하고도 저렴한 방법으로 태양전지의 전면 및 후면을 패시베이션하고 후면 거울층을 형성하여 태양광의 흡수를 최대화시키고 재결합 손실을 최소화시킴으로써 태양전지의 효율을 높이는 효과가 있다.
특히, 본 발명에서는 종래 기술에서 별도로 요구되었던 후면 거울(detached back reflector)을 박막 형태로 일체화함으로써 제조원가를 절감할 수 있고, 종래기술에서는 불가능했던 후면 패시베이션(passivation)을 적용함으로써 보다 효율이 높은 실리콘 박막 태양전지를 저렴하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (25)
- 제1도전형의 반도체층;상기 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층;상기 제2도전형 반도체층의 일부분 상에 형성된 전면 전극;상기 제1도전형 반도체층의 타면에 형성된 적어도 하나 이상의 요부(凹部)와 상기 요부(凹部) 사이의 평탄부;상기 요부 상에 형성되고 상면이 상기 평탄부에 비해 오목한 후면 전극층; 및적어도 하나 이상의 후면 전극층을 제외한 나머지 후면 전극층 및 상기 제1도전형 반도체층의 타면 상에 형성된 패시베이션(passivation)층을 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1도전형의 반도체층은 10-50㎛의 두께를 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전면 전극 및 제2도전형 반도체층 상에 접착제를 매개로 하여 접합된 투광성의 지지기판을 더 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 요부는 0.1-9㎛의 깊이를 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 요부의 폭이 요부의 깊이보다 크거나 같고, 상기 요부의 폭이 상기 평탄부의 폭보다 작거나 같은 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 요부는 사다리꼴의 단면형상을 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션층 상에 형성된 거울층을 더 포함하는 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 거울층은 도전성 물질로 이루어지고, 상기 거울층은 상기 패시베이션층 및 후면 전극층 상에 형성된 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체층은 실리콘이고, 상기 패시베이션층은 실리콘질화막인 태양전 지.
- 제 7 항에 있어서,상기 후면 전극층은 알루미늄, 구리, 및 은 중의 어느 하나이고,상기 거울층은 알루미늄 또는 은인 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2도전형 반도체층과 전면 전극 사이 및 제2도전형 반도체층 상에 형성된 반사방지막을 더 포함하는 태양전지.
- 제 11 항에 있어서,상기 반사방지막은 실리콘질화막인 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 후면 전극층 하부에 형성된 다공성 실리콘층을 더 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층의 일면은 텍스처링된 구조인 태양전지.
- 형판용 기판 및 투광성의 지지기판을 준비하는 단계;상기 형판용 기판의 일면을 선택적으로 식각하여 적어도 하나 이상의 돌출부를 형성하는 단계;상기 돌출부가 형성된 형판용 기판의 일면 상에 희생막을 형성하는 단계;상기 희생막을 열처리하되 표면으로부터 일부 두께까지 열처리하여 상기 희생막 내에 열처리 경계면을 형성하는 단계;상기 열처리된 희생막 상에 제1도전형의 반도체층 및 제2도전형의 반도체층을 순차 형성하는 단계;상기 제2도전형 반도체층의 일부분 상에 전면 전극을 형성하는 단계;상기 지지기판을 상기 전면 전극 및 제2도전형 반도체층과 서로 접합하는 단계;상기 열처리 경계면을 따라 벽개하여 상기 형판용 기판과 상기 지지기판을 분리하는 단계;상기 분리된 지지기판에서 노출된 다공성 실리콘 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;상기 제1도전형의 반도체층이 노출될 때까지 상기 후면 전극층을 연마하고, 상기 돌출부와 대응하는 영역인 요부(凹部) 상에 후면 전극층을 남기는 단계; 및적어도 하나 이상의 후면 전극층을 제외한 나머지 후면 전극층 및 상기 노출된 제1도전형 반도체층 상에 패시베이션(passivation)층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 형판용 기판으로는 실리콘 기판을 사용하고, 상기 희생막으로는 다공성 실리콘을 형성하며, 상기 반도체층으로는 실리콘층을 형성하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제1도전형의 반도체층은 10-50㎛의 두께로 형성하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 돌출부는 폭이 높이보다 크거나 같고 상기 높이는 0.1-9㎛가 되도록 형성하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 돌출부는 사다리꼴의 단면형상을 가지는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 패시베이션층 상에 거울층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 패시베이션층 및 후면 전극층 상에 도전성 물질로 이루어진 거울층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 패시베이션층으로는 실리콘질화막을 형성하고,상기 후면 전극층으로는 알루미늄, 구리, 및 은 중의 어느 하나를 형성하고,상기 거울층으로는 알루미늄, 또는 은을 형성하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제2도전형 반도체층의 형성 후 및 상기 전면 전극의 형성 전에, 상기 제2도전형의 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 반사방지막으로는 실리콘질화막을 형성하는 태양전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층의 형성 후 및 제2도전형 반도체층의 형성 전에는 상기 제1도전형의 반도체층을 텍스처링하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
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