KR101029023B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 이러한 태양전지는 베이스 기판, 진성 실리콘층, p형 실리콘층, n형 실리콘층, p형 전극 및 n형 전극, 절연층, 제1 전극 및 제2 전극 및 전하유도 전원을 포함한다. 상기 베이스 기판은 태양광을 수광하는 상부면 및 이와 반대의 하부면을 포함한다. 상기 진성 실리콘층은 상기 베이스 기판의 상기 하부면을 커버하도록, 상기 하부면 아래에 형성된다. 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 상기 진성 실리콘층 하부면에 서로 이격되도록 형성된다. 상기 p형 전극 및 n형 전극은 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층의 하부면에 각각 형성된다. 상기 절연층은 상기 p형 전극 및 n형 전극을 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 하부면에 형성된다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 p형 전극 및 n형 전극을 각각 마주보도록 상기 절연층 하부에 형성된다. 상기 전하유도 전원은 상기 제1 전극에 마이너스 단자가 연결되고, 상기 2 전극에 플러스 단자가 연결된다. 따라서, 에너지 효율이 높은 태양전지의 제조공정을 단순화할 수 있다.
태양전지, p형 전극, n형 전극, 수평배열
Description
본 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히 광전효율이 향상되고, 제조공정을 단순화할 수 있는 구조를 갖는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자로써, 친환경적이고, 수명이 길고, 무한 에너지원이라는 여러 장점으로 인해 기존의 석탄, 석유 등의 에너지원을 대체할 수 있는 대체 에너지원으로 그 적용 분야가 계속해서 확대되고 있는 실정이다.
종래의 태양전지에서, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘 기판 상부면에 순차적으로 형성된 진성 비정질 실리콘층, p형 비정질 실리콘층 및 p형 전극과, 하부면에 순차적으로 형성된 진성 비정질 실리콘층, n형 비정질 실리콘층 및 n형 전극을 포함하는 태양전지가 있다. 이러한 태양전지는 광전변환 효율이 매우 높은 것으로 알려져 있다.
그런데, 이러한 종래의 태양전지는 진성 비정질 실리콘층의 상부와 하부에 진성 비정질 실리콘층을 형성하여야 하므로, 동일한 공정을 두번 수행해야 한다. 따라서 생산성이 떨어지는 문제가 발생된다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 제조공정을 단순화할 수 있는 구조를 갖으며, 광전효율이 향상된 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 이러한 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지는 베이스 기판, 진성 실리콘층, p형 실리콘층, n형 실리콘층, p형 전극 및 n형 전극, 절연층, 제1 전극 및 제2 전극 및 전하유도 전원을 포함한다. 상기 베이스 기판은 태양광을 수광하는 상부면 및 이와 반대의 하부면을 포함한다. 상기 진성 실리콘층은 상기 베이스 기판의 상기 하부면을 커버하도록, 상기 하부면 아래에 형성된다. 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 상기 진성 실리콘층 하부면에 서로 이격되도록 형성된다. 상기 p형 전극 및 n형 전극은 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층의 하부면에 각각 형성된다. 상기 절연층은 상기 p형 전극 및 n형 전극을 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 하부면에 형성된다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 p형 전극 및 n형 전극을 각각 마주보도록 상기 절연층 하부에 형성된다. 상기 전하유도 전원은 상기 제1 전극에 마이너스 단자가 연결되고, 상기 2 전극에 플러스 단자가 연결된다.
예컨대, 상기 베이스 기판은 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘을 포함하고, 상기 진성 실리콘층은 진성 비정질 실리콘을 포함하며, 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 각각 p형 비정질 실리콘 및 n형 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 교대로 배열되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 서로 나란하도록 길게 연장될 수 있다.
예컨대, 상기 p형 전극 및 n형 전극은 투명한 도전성의 인듐화합물 또는 금속을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 베이스 기판의 상기 하부면은, 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층에 대응하는 제1 및 제2 그루브를 포함하여, 상기 진성 실리콘층과 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층의 접촉면적을 증가시킬 수 있다.
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예컨대, 상기 절연층에는 파장변환입자들이 산포되어 상기 태양전지에서 흡수되지 않는 파장의 광을 상기 태양전지에서 용이하게 흡수되는 파장으로 변환시킬 수 있다.
예컨대, 상기 베이스 기판의 표면에는 광을 가두기 위한 피라미드형의 요철패턴이 형성될 수도 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지 제조방법은 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 비정질 실리콘막 상부에 제1 지역을 커버하고, 제2 지역에 제1 형 비정질 실리콘층을 하는 단계와, 상기 제1 형 비정질 실리콘층이 형성된 제2 지역을 커버하고, 상기 제1 지역에 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 제1 형 비정질 실리콘층 및 제2 형 비정질 실리콘층 위에 각각 제1 형 전극 및 제2 형 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1형 전극 및 제2 형 전극을 커버하도록 상기 p형 또는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제1 형 전극 및 제2 형 전극을 각각 마주보도록 상기 절연층 하부에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제1 형 및 제2 형이 각각 p형 및 n형인 경우, 상기 제1 전극에 전하유도 전원의 마이너스 단자를 연결하고, 상기 2 전극에 상기 전하유도 전원의 플러스 단자를 연결하며, 상기 제1 형 및 제2 형이 각각 n형 및 p형인 경우, 상기 제1 전극에 전하유도 전원의 플러스 단자를 연결하고, 상기 2 전극에 상기 전하유도 전원의 마이너스 단자를 연결하는 단계를 포함한다.
예컨대, 상기 태양전지 제조방법은 상기 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 이전에, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘 기판의 표면의 제1 지역 및 제2 지역에 그루브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 그루브는 상기 제1 지역 및 제2 지역에 레이저를 조사함으로써 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계에서, 공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm 및 수소가스(H2) 100sccm을 사용하여 형성할 수 있으며, 또한 이때의 공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트이다.
예컨대, 상기 제1 형 및 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 중 어느 하나가 p형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계인 경우, 공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 2%의 디보란(diborane, B2H6) 가스 20sccm을 사용하여 형성할 수 있으며, 또한 이때의 공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트이다.
예컨대, 상기 제1 형 및 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 중 어느 하나가 n형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계인 경우, 공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 1%의 포스핀(Phosphine, PH3) 가스 40sccm을 사용하여 형성할 수 있으며, 또한 이때의 공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트이다.
상기 태양전지 제조방법은 예컨대, 상기 p형 전극 및 n형 전극이 형성된 베이스 기판상에 상기 p형 전극 및 n형 전극을 커버하는 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 절연층은 내부에 파장변환입자들이 산포될 수 있다.
상기 태양전지 제조방법은 예컨대, 상기 절연층 상부에, 상기 p형 전극 및 n형 전극과 각각 마주보는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극에 전하유도 전원의 마이너스 단자를 연결하고, 상기 2 전극에 상기 전하유도 전원의 플러스 단자를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 절연층 상부에 도전층을 형성하는 단계, 및 상기 도전층을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 도전층은 투명한 도전성 물질인 인듐화합물 또는 금속을 포함할 수 있다.
또는, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계에서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속테이프를 부착함으로써 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 일면에 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층이 모두 형성된다. 따라서, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판과 상기 p형 비정질 실리콘층 및 n형 비정질 실리콘층 사이에 배치되는 진성 비정질 실리콘층이 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 일면에만 형성된다. 따라서, 제조공정을 단순화할 수 있다.
또한, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 하부면에 다수의 그루브를 형성하는 경우, 각 층들 사이에 형성되는 계면의 면적을 증가시켜 광전변환효율이 더욱 향상된다.
또한, 전하유도 전원은 분리된 전공과 전자쌍을 각각 p형 전극과 n형 전극으로 유도하여 재결합을 방지함으로써 광전변환효율이 향상된다.
또한, 절연층 내부에 파장변환입자들이 산포되는 경우, 이러한 파장변환입자들은 상기 태양전지에서 흡수가 잘 되지 않는 파장의 빛을 상기 태양전지에서 흡수가 잘되는 파장으로 변화시켜 광전변환효율을 향상시킨다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명 될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지의 저면도이고, 도 2는 도 1에서 도시된 태양전지의 I-I'을 절단한 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지(100) 는 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110), 진성 비정질 실리콘층(120), p형 비정질 실리콘층(130), n형 비정질 실리콘층(140), p형 전극(150) 및 n형 전극(160)을 포함한다.
상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)은 광이 입사되는 상부면 및 상기 상부면과 반대쪽 면인 하부면을 포함한다. 또한, 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110) 표면은 등방성 에칭에 의해서 수 미크론 내지 수십 미크론 크기의 피라미드 형상의 패턴(도시안됨)이 형성될 수 있다. 이러한, 피라미드 형상의 패턴(도시안됨)은 입사된 빛을 가두어 광전변환효율을 향상시킨다.
상기 진성 비정질 실리콘층(120)은 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 하부면에 형성된다. 상기 진성 비정질 실리콘층(120)은 수 나노미터(nm)에서 수십 나노미터(nm)의 두께를 갖으며, 예컨대 대략 5nm정도의 두께를 갖는다. 이러한 진성 비정질 실리콘층(120)은 경계면 특성(Boundary Characteristics)을 향상시키고, 생성되는 파워의 손실을 감소시켜 상기 태양전지(100)의 광전효율을 향상시킨다.
상기 p형 비정질 실리콘층(130)과 상기 n형 비정질 실리콘층(140)은 서로 이격되도록 상기 진성 비정질 실리콘층(120) 하부면에 형성된다. 예컨대, 상기 p형 비정질 실리콘층(130) 및 n형 비정질 실리콘층(140)은 교대로 배열되며, 상기 p형 비정질 실리콘층(130) 및 n형 비정질 실리콘층(140)은 서로 나란하도록 길게 연장된다. 이러한 패턴은 예시적인 것을 뿐, 저면도에서 볼 때, 지그재그 형태, 곡선형태 등 다양한 변형이 가능하다.
예컨대, 상기 p형 비정질 실리콘층(130)은 억셉터로서 붕소(B)를 포함하며, 상기 n형 비정질 실리콘층(140)은 도우너로서 인(P)을 포함한다. 상기 p형 비정질 실리콘층(130)과 상기 n형 비정질 실리콘층(140)은 수 나노미터(nm)에서 수십 나노미터(nm)의 두께를 갖으며, 예컨대 대략 5nm정도의 두께를 갖는다.
상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)은 각각 상기 p형 비정질 실리콘층(130)과 상기 n형 비정질 실리콘층(140) 하부에 형성된다. 상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)은 예컨대, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 투명한 도전성의 인듐화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)은 예컨대 대략 100nm의 두께를 갖는다.
이와 달리, 상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)은 도전성이 좋은 금속물질을 포함할 수도 있다.
상기 p형 전극(150)과 n형 전극(160)은 축전기(190)에 연결되어 태양전지에서 발생된 전력을 저장하여 사용하게 된다. 도 2에서 예시된 도면에서는 이웃하는 한 쌍의 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)으로 구성되는 단위 태양 전지들이 병렬로 축전기(190)에 연결된 것을 도시하였다. 즉, p형 전극(150)들은 모두 축전기(190)의 플러스 단자에, n형 전극(160)들은 모두 축전기(190)의 마이너스 단자에 연결되어 있다. 이 경우, 축전기(190)의 양단에 인가되는 전위가 작으므로, 이러한 축전기들을 직렬로 연결하면 고 전위를 얻을 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 한 쌍의 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)으로 구성되는 단위 태양 전지들을 직렬로 하여 축전기에 연결할 수도 있다. 즉, 도 1에 서 맨 좌측 p형 전극(150)을 축전기(190)의 플러스 단자에 연결하고, n형 전극(160)을 그 다음의 p형 전극(150)에 연결하고, 이러한 과정을 반복한 후, 맨 우측의 n형 전극(160)을 축전기(190)의 마이너스 단자에 연결하면 축전기(190)에서 고 전위를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층이 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 상부와 하부에 각각 형성되는 종래의 태양전지와 달리, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지(100)는 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 일면에 p형 비정질 실리콘층(130)과 n형 비정질 실리콘층(140)이 모두 형성된다. 그러므로, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)과 상기 p형 비정질 실리콘층(130) 및 n형 비정질 실리콘층(140) 사이에 배치되는 진성 비정질 실리콘층(120)이 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 일면에만 형성된다. 따라서, 제조공정을 단순화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다. 도 3에서 도시된 태양전지(200)는 도 1 및 2에서 도시된 태양전지(100)와 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에 형성된 그루브(Groove)를 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 태양전지(200)는 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110), 진성 비정질 실리콘층(120), p형 비정질 실리콘층(130), n형 비정질 실리콘층(140), p형 전극(150) 및 n형 전극(160)을 포함한다.
상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 하부면에는 다수의 그루브가 형성된다. 따라서, 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 하부면에 형성된 진성 비정질 실리콘층(120)은 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 하부면의 형상을 따라 굴곡지게 된다.
상기 p형 비정질 실리콘층(130)과 n형 비정질 실리콘층(140) 각각 하나의 그루브에 대응하도록 형성된다.
이와 같이, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)의 하부면에 다수의 그루브를 형성하는 경우, 각 층들 사이에 형성되는 계면의 면적을 증가시켜 광전변환효율이 더욱 향상된다.
도 4는 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다. 도 4에서 도시된 태양전지(300)는 도 3에서 도시된 태양전지(200)와 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110) 하부면에 형성된 절연층(210), 제1 전극(230), 제2 전극(240) 및 전하유도 전원(250)을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지(300) 는 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110), 진성 비정질 실리콘층(120), p형 비정질 실리콘층(130), n형 비정질 실리콘층(140), p형 전극(150), n형 전극(160), 절연층(210), 제1 전극(230), 제2 전극(240) 및 전하유도 전원(250)을 포함한다.
상기 절연층(210)은 상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)이 형성된 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110) 하부에 형성된다.
상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)은 상기 절연층(210) 하부에, 상기 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)을 마주보도록 형성된다. 따라서, 상기 제1 전극(230)은 상기 p형 전극(150)과 마주보며 상기 절연층(210)에 의해 전기적으로 절연된다. 또한, 상기 제2 전극(240)은 상기 n형 전극(160)과 마주보며 상기 절연층(210)에 의해 전기적으로 절연된다.
상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)은 반사율이 우수하고 가공성이 좋은 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(AMO)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)에서 다시 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)을 향해 빛을 반사시킴으로써 광의 이용효율을 증가시킬 수 있다.
상기 전하유도 전원(250)의 마이너스 단자는 상기 제1 전극(230)과 전기적으로 연결되고, 플러스 단자는 상기 제2 전극(240)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 태양광에 의해 정공과 전자쌍으로 분리되면, 상기 정공은 마이너스 전위를 갖는 상기 제1 전극(230)으로 이끌리고, 상기 전자는 플러스 전위를 갖는 상기 제2 전 극(240)으로 이끌려 상기 정공은 상기 p형 전극(130)에 축적되고, 상기 전자는 상기 n형 전극(240)에 축적된다. 즉, 상기 전하유도 전원(250)은 분리된 전공과 전자쌍을 각각 p형 전극(130)과 n형 전극(140)으로 유도하여 재결합을 방지함으로써 광전변환효율이 향상된다.
도 5는 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다. 도 5에서 도시된 태양전지(400)는 도 4에서 도시된 태양전지(200)와 절연층(310)을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지(400)는 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110), 진성 비정질 실리콘층(120), p형 비정질 실리콘층(130), n형 비정질 실리콘층(140), p형 전극(150), n형 전극(160), 절연층(310), 제1 전극(230), 제2 전극(240) 및 전하유도 전원(250)을 포함한다.
상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)은 반사율이 우수하고 가공성이 좋은 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(AMO)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)에서 다시 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)을 향해 빛을 반사시킴으로써 광의 이용효율을 증가시킬 수 있다.
상기 절연층(310) 내부에는 파장변환입자(311)들이 산포된다. 이러한 파장 변환입자(311)들은 상기 태양전지(400)에서 흡수가 잘 되지 않는 파장의 빛을 상기 태양전지(400)에서 흡수가 잘되는 파장으로 변화시켜 광전변환효율을 향상시킨다.
도 6 내지 도 10 도 3에서 도시된 태양전지의 제조과정을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에 그루브를 형성한다. 이러한 그루브는 예컨대, 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에 레이저를 조사함으로써 형성될 수 있다. 이러한 그루브는 건식이나 습식식각을 이용하여 형성될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 그루브가 형성된 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에 진성 비정질 실리콘층(120)을 형성한다. 예컨대, 그루브가 형성된 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에, 공정조건으로서 RF플라즈마 CVD(13.56MHz)에 의해, 형성온도 200℃, 반응압력 20Pa, RF파워는 150와트(W)로 하고, 실란가스(SiH4) 40sccm 및 수소가스(H2) 100sccm을 사용하여 진성 비정질 실리콘층(120)을 형성한다. 이때, 진성 비정질 실리콘층(120)의 두께는 대략 수 내지 수십 나노미터로 형성하며, 예컨대 5nm로 형성한다.
도 8을 참조하면, 상기 진성 비정질 실리콘층(120)이 형성된 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에, 제 2 지역을 커버하고, 제1 지역을 노출시켜, 상기 제1 지역에 p형 비정질 실리콘층(130)을 형성한다. 공정조건으로서, RF플라즈마 CVD(13.56MHz)에 의해, 형성온도 200℃, 반응압력 20Pa, RF파워는 150와트(W)로 하고, 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 2%의 디보란(diborane, B2H6) 가스 20sccm을 사용하여 p형 비정질 실리콘층(130)을 형성한다. 이때, p형 비정질 실리콘층(130)의 두께는 대략 수 내지 수십 나노미터로 형성하며, 예컨대 5nm로 형성한다.
도 9를 참조하면, 상기 p형 비정질 실리콘층(130)이 형성된 제1 지역을 커버하고, 상기 제2 지역을 노출시켜, 상기 제2 지역에 n형 실리콘층(140)을 형성한다. 공정조건으로서, RF플라즈마 CVD(13.56MHz)에 의해, 형성온도 200℃, 반응압력 20Pa, RF파워는 150와트(W)로 하고, 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 1%의 포스핀(Phosphine, PH3) 가스 40sccm을 사용하여 n형 실리콘층(140)을 형성한다. 이때, n형 실리콘층(140)의 두께는 대략 수 내지 수십 나노미터로 형성하며, 예컨대 5nm로 형성한다.
도 8 및 9에서, 상기 p형 비정질 실리콘층(130)을 먼저 형성한 후, 상기 n형 실리콘층(140)을 형성하였으나, 반대로 n형 실리콘층(140)을 먼저 형성한 후, 상기 p형 비정질 실리콘층(130)을 형성할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 상기 p형 비정질 실리콘층(130)과 n형 실리콘층(140)이 형성된 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판(110)에 절연층(810)을 형성한다. 상기 절연층(810) 내부에는 파장변환입자가 산포되지 않은 절연층(210)이 될 수도 있고, 파장변화입자가 산포된 절연층(310)이 될 수도 있다.
이후, 다시 도 4를 참조하면, 절연층(210) 상부에는 도전층(도시안됨)이 형성되고 이를 패터닝하여 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)이 형성될 수 있다.
또는, 간단하게 금속테이프를 상기 절연층(210)에 금속테이프를 부착함으로써 상기 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)이 형성될 수도 있다.
이후, 도 4에서 보이는 것과 같이 전하유도 전원(250)을 연결한다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 일면에 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층이 모두 형성된다. 따라서, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판과 상기 p형 비정질 실리콘층 및 n형 비정질 실리콘층 사이에 배치되는 진성 비정질 실리콘층이 상기 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 일면에만 형성된다. 따라서, 제조공정을 단순화할 수 있다.
또한, 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판의 하부면에 다수의 그루브를 형성하는 경우, 각 층들 사이에 형성되는 계면의 면적을 증가시켜 광전변환효율이 더욱 향상된다.
또한, 전하유도 전원은 분리된 전공과 전자쌍을 각각 p형 전극과 n형 전극으로 유도하여 재결합을 방지함으로써 광전변환효율이 향상된다.
또한, 절연층 내부에 파장변환입자들이 산포되는 경우, 이러한 파장변환입자들은 상기 태양전지에서 흡수가 잘 되지 않는 파장의 빛을 상기 태양전지에서 흡수가 잘되는 파장으로 변화시켜 광전변환효율을 향상시킨다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통 상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지의 저면도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 태양전지의 I-I'을 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양전지의 단면도이다.
도 6 내지 도 10은 도 3에서 도시된 태양전지의 제조과정을 나타낸 단면도이다.
<주요 도면번호에 대한 간단한 설명>
100, 200, 300: 태양전지
110: 저농도의 p형 또는 n형 단결정 실리콘기판
120: 진성 비정질 실리콘층 130: p형 비정질 실리콘층
140: n형 비정질 실리콘층 150: p형 전극
160: n형 전극 210: 절연층
230: 제1 전극 240: 제2 전극
250: 전하유도 전원
Claims (26)
- 태양광을 수광하는 상부면 및 이와 반대의 하부면을 포함하는 베이스 기판;상기 베이스 기판의 상기 하부면을 커버하도록, 상기 하부면 아래에 형성된 진성 실리콘층;상기 진성 실리콘층 하부면에 서로 이격되도록 형성된 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층;상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층의 하부면에 각각 형성된 p형 전극 및 n형 전극;상기 p형 전극 및 n형 전극을 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 하부면에 형성된 절연층;상기 p형 전극 및 n형 전극을 각각 마주보도록 상기 절연층 하부에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및상기 제1 전극에 마이너스 단자가 연결되고, 상기 2 전극에 플러스 단자가 연결된 전하유도 전원을 포함하는 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 베이스 기판은 p형 또는 n형 단결정 실리콘을 포함하고,상기 진성 실리콘층은 진성 비정질 실리콘을 포함하고,상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 각각 p형 비정질 실리콘 및 n형 비정질 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 교대로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제3 항에 있어서,상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층은 서로 나란하도록 길게 연장된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 p형 전극 및 n형 전극은 투명한 도전성의 인듐화합물 또는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 베이스 기판의 상기 하부면은, 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층에 대응하는 제1 및 제2 그루브를 포함하여, 상기 진성 실리콘층과 상기 p형 실리콘층 및 n형 실리콘층의 접촉면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 절연층에는 파장변환입자들이 산포된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 베이스 기판의 표면에는 광을 가두기 위한 피라미드형의 요철패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- p형 또는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;상기 비정질 실리콘막 상부에 제1 지역을 커버하고, 제2 지역에 제1 형 비정질 실리콘층을 하는 단계;상기 제1 형 비정질 실리콘층이 형성된 제2 지역을 커버하고, 상기 제1 지역에 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;상기 제1 형 비정질 실리콘층 및 제2 형 비정질 실리콘층 위에 각각 제1 형 전극 및 제2 형 전극을 형성하는 단계;상기 제1형 전극 및 제2 형 전극을 커버하도록 상기 p형 또는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼에 절연층을 형성하는 단계;상기 제1 형 전극 및 제2 형 전극을 각각 마주보도록 상기 절연층 하부에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및상기 제1 형 및 제2 형이 각각 p형 및 n형인 경우, 상기 제1 전극에 전하유도 전원의 마이너스 단자를 연결하고, 상기 2 전극에 상기 전하유도 전원의 플러스 단자를 연결하고, 상기 제1 형 및 제2 형이 각각 n형 및 p형인 경우, 상기 제1 전극에 전하유도 전원의 플러스 단자를 연결하고, 상기 2 전극에 상기 전하유도 전원의 마이너스 단자를 연결하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.
- 삭제
- 제11 항에 있어서,상기 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 이전에, p형 또는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면의 제1 지역 및 제2 지역에 그루브를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 그루브를 형성하는 단계에서는 상기 제1 지역 및 제2 지역에 레이저를 조사함으로써 그루브를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제11 항에 있어서,상기 진성 비정질 실리콘층을 형성하는 단계에서,공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm 및 수소가스(H2) 100sccm을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제15 항에 있어서,공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제11 항에 있어서,상기 제1 형 및 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 중 어느 하나가 p형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계인 경우,공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 2%의 디보란(diborane, B2H6) 가스 20sccm을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제17 항에 있어서,공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제11 항에 있어서,상기 제1 형 및 제2 형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 중 어느 하나가 n형 비정질 실리콘층을 형성하는 단계인 경우,공정가스로서 실란가스(SiH4) 40sccm, 수소가스(H2) 40sccm 및 1%의 포스핀(Phosphine, PH3) 가스 40sccm을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제19 항에 있어서,공정조건으로서, 압력은 20Pa, RF 파워는 150와트인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 삭제
- 제11 항에 있어서,상기 절연층은 내부에 파장변환입자들이 산포된 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 삭제
- 제11 항에 있어서,상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는,상기 절연층 상부에 도전층을 형성하는 단계; 및상기 도전층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제24 항에 있어서,상기 도전층은 투명한 도전성 물질인 인듐화합물 또는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제11 항에 있어서,상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계에서,상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속테이프를 부착함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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Payment date: 20140402 Year of fee payment: 4 |
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