KR101071546B1 - Solar cell manufacturing method and the solar cell manufactured using the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 제조방법 및 이를 통해 제조된 태양전지에 관한 것으로, 그 방법은 1) P형 실리콘 기판 표면을 텍스쳐링(Texturing)하는 단계와; 2) P형 실리콘 기판에 후면전계층을 형성하는 단계와; 3) 상기 후면전계층의 대향면에 대해 확산방지막을 형성하는 단계와; 4) 레이저를 이용해 상기 확산방지막 상에 일정한 패턴을 갖도록 홈을 형성하는 단계와; 5) 상기 확산방지막 하측 전체면에 대해 도핑물질을 침투시켜 에미터층을 형성하는 단계와; 6) 에칭을 통해 상기 확산방지막을 제거하는 단계와; 7) 상기 에미터층 위에 반사방지막을 증착하는 단계 및; 8) 상기 홈과 대응되는 위치의 반사방지막 위에 금속전극을 형성하고, 소성(燒成, firing)을 통해 상기 금속전극이 에미터층과 접점되게 하는 단계; 를 포함한다.The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufactured through the method, the method comprising the steps of: 1) texturing the surface of the P-type silicon substrate; 2) forming a backside field layer on the P-type silicon substrate; 3) forming a diffusion barrier on the opposite surface of the back surface layer; 4) forming a groove on the diffusion barrier layer using a laser to have a predetermined pattern; 5) forming an emitter layer by penetrating a doping material to the entire lower surface of the diffusion barrier film; 6) removing the diffusion barrier layer by etching; 7) depositing an antireflection film on the emitter layer; 8) forming a metal electrode on the anti-reflection film corresponding to the groove and making the metal electrode contact with the emitter layer through firing; It includes.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법 및 이를 통해 제조된 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에미터층 형성을 단순화하여 태양전지 제조공정을 단축하고, 반사방지막에서 금속전극이 차지하는 공간을 최소화함으로써 태양광 흡수 효율을 증대시킬 수 있게 하는 태양전지 제조방법 및 이를 통해 제조된 태양전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufactured through the same, and more particularly, to simplify the formation of the emitter layer to shorten the solar cell manufacturing process, and to minimize the space occupied by the metal electrode in the anti-reflection film to absorb sunlight The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufactured through the same.
최근 들어 세계적인 고유가 행진과 화석연료 고갈에 대응하기 위하여 대체에너지원 발굴에 대한 필요성이 높아지고 있다. 아울러 지구 온난화를 방지하기 위한 기후 조약 발효에 이어 우리나라도 2013년부터 포스트 교토의 정서 국제협약에 기준한 대기오염 해소 및 이산화탄소 가스 감축 등을 위한 정부차원의 대응방안 마련이 요구되고 있다.Recently, the necessity of discovering alternative energy sources is increasing to cope with the global high oil price march and fossil fuel exhaustion. In addition, following the entry into force of a climate treaty to prevent global warming, Korea has also been required to prepare government-level countermeasures to resolve air pollution and reduce carbon dioxide gas in accordance with the Post-Kyoto Emotional International Convention.
태양광은 지구상에서 가장 풍부하고 공해가 전혀 발생하지 않는 청정한 에너지원으로서 지구상에 공급되는 총 태양광 에너지는 초당 약 12만 테라와트(120×1015 TW)에 달한다. 이는 지구상의 인류가 사용하는 총 에너지의 10,000배에 해당되는 분량이며, 이 태양광 에너지를 활용하는 기술을 개발하는 것은 국가의 당면한 에너지 및 환경문제를 해결하는 유력한 방안이 될 것이며, 현재 태양전지에 대한 연구개발이 왕성하게 진행되고 있다.Solar is the cleanest, most pollution-free source of energy on earth, with a total of about 120,000 terawatts per second (120 × 1015 TW) of solar energy. This is about 10,000 times the total energy used by humans on the planet. Developing technologies that utilize this solar energy will be a viable solution to the country's immediate energy and environmental problems. Korea's research and development is progressing vigorously.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 무공해, 자원의 무한정, 반 영구적 수명 등의 장점을 가지며, 환경 문제를 떠나서도 인류의 에너지 문제를 궁극적으로 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using the photovoltaic effect. It has the advantages of pollution-free, indefinite resource, and semi-permanent life. It is expected to be an energy source that can be solved.
또한 태양전지는 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다.In addition, solar cells are classified into silicon solar cells, thin film solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic polymer solar cells according to their constituent materials.
이중 결정질 실리콘 태양전지가 전세계 태양전지의 총 생산량의 대부분을 차지하고 있으며, 광전변환효율이 다른 전지에 비해서 높고, 계속 제조단가를 낮추는 기술이 개발되고 있기 때문에 가장 대중적인 태양전지라고 할 수 있다.Double crystalline silicon solar cells account for most of the world's total solar cell production, photovoltaic conversion efficiency is higher than other cells, and because the technology to continue to lower the manufacturing cost is the most popular solar cell.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 실리콘 기판의 전면에 n형 반도체층과 후면에 p형 반도체층을 형성하여 pn 접합계면을 포함하도록 제조되며, 전면의 n형 반도체층은 에미터(emitter)로 작용하고, 조사되는 빛의 반사를 최소화시키기 위하여 반사방지막층을 도포한 후 전극을 배선한다.Such a solar cell is generally manufactured to include a pn junction interface by forming an n-type semiconductor layer on the front surface of the silicon substrate and a p-type semiconductor layer on the rear surface, and the n-type semiconductor layer on the front surface acts as an emitter. In order to minimize the reflection of the irradiated light, the anti-reflection film is coated and then the electrodes are wired.
최근 태양전지의 금속전극이 배선되는 하부의 에미터 부분의 구조를 개선하거나 공정을 제어하여 고효율의 광전 변환율을 가지도록 활발한 연구가 시도되고 있다.Recently, active researches have been made to improve the structure of the lower emitter portion where the metal electrode of the solar cell is wired or to control the process to have high efficiency photoelectric conversion rate.
도 1을 참조하면, P형 실리콘 기판(1)에는 에미터층(2)과 상기 에미터층(2)에 패턴 형성되는 금속전극(3)이 접점되며, 에미터층 위에는 금속전극이 노출되게 반사방지막(4)이 증착되어 있다.Referring to FIG. 1, an
그리고 상기 P형 실리콘 기판 하면에는 전면전극과 대응되게 후면전계층(5)이 배치되어 있다.The
이러한 구조의 종래 태양전지는 에미티층이 도핑된 후에 에미티층에 도전형 반도체부가 구비되도록 홈을 형성한 후 금속전극이 안착되는 방식을 하고 있어서 금속전극을 접점하는 공정이 순차적으로 이루어짐에 따라 태양전지 제조 공정이 길어지고 복잡해지는 문제점이 있다.In the conventional solar cell having such a structure, a groove is formed so that a conductive semiconductor portion is provided in the emission layer after the emission layer is doped, and then the metal electrode is seated, so that the process of contacting the metal electrode is sequentially performed. There is a problem that the manufacturing process is long and complicated.
즉, 종래의 기술은 P형 실리콘 기판에 금속전극을 에미터층을 접점시키기 위해서는 형성하기 위해서는 에미터층과 금속전극 사이를 연결하는 별도의 전극패턴이 형성되는 공정을 필연적으로 수행해야하므로 이러한 공정으로 인해 태양전지 제조 공정 수율이 저하되는 문제점이 있다.In other words, the prior art is inevitably performed to form a separate electrode pattern connecting the emitter layer and the metal electrode in order to form a metal electrode to contact the emitter layer on the P-type silicon substrate due to this process There is a problem that the yield of the solar cell manufacturing process is lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에미터층 형성을 단순화하여 태양전지 제조공정을 단축하고, 반사방지막에서 금속전극이 차지하는 공간을 최소화함으로써 태양광 흡수 효율을 증대시킬 수 있게 하는 태양전지 제조방법 및 이를 통해 제조된 태양전지를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to simplify the formation of the emitter layer to shorten the solar cell manufacturing process, and to minimize the space occupied by the metal electrode in the anti-reflection film to improve the solar absorption efficiency The present invention provides a solar cell manufacturing method and a solar cell manufactured through the same.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.The present invention has the following structure in order to achieve the above object.
본 발명의 태양전지 제조방법은, 1) P형 실리콘 기판 표면을 텍스쳐링(Texturing)하는 단계와; 2) P형 실리콘 기판에 후면전계층을 형성하는 단계와; 3) 상기 후면전계층의 대향면에 대해 확산방지막을 형성하는 단계와; 4) 레이저를 이용해 상기 확산방지막 상에 일정한 패턴을 갖도록 홈을 형성하는 단계와; 5) 상기 확산방지막 하측 전체면에 대해 도핑물질을 침투시켜 에미터층을 형성하는 단계와; 6) 에칭을 통해 상기 확산방지막을 제거하는 단계와; 7) 상기 에미터층 위에 반사방지막을 증착하는 단계 및; 8) 상기 홈과 대응되는 위치의 반사방지막 위에 금속전극을 형성하고, 소성(燒成, firing)을 통해 상기 금속전극이 에미터층과 접점되게 하는 단계; 를 포함한다.The solar cell manufacturing method of the present invention comprises the steps of: 1) texturing the surface of a P-type silicon substrate; 2) forming a backside field layer on the P-type silicon substrate; 3) forming a diffusion barrier on the opposite surface of the back surface layer; 4) forming a groove on the diffusion barrier layer using a laser to have a predetermined pattern; 5) forming an emitter layer by penetrating a doping material to the entire lower surface of the diffusion barrier film; 6) removing the diffusion barrier layer by etching; 7) depositing an antireflection film on the emitter layer; 8) forming a metal electrode on the anti-reflection film corresponding to the groove and making the metal electrode contact with the emitter layer through firing; It includes.
그리고 상기 4)단계의 도핑물질은 Pocl3 가스를 이용해 이루어지는 것이 바람직하다.And the doping material of step 4) is Pocl 3 It is preferable to use gas.
또한 상기 홈은 단면형상이 직사각형인 것이 바람직하다.In addition, the groove is preferably rectangular in cross-sectional shape.
그리고 상기 홈 하측부분에 형성된 에미터층의 깊이를 H, 상기 확산방지막 하측부분에 형성된 상기 에미터층의 깊이를 H1, 상기 H에서 H1을 뺀 에미터층의 깊이를 H2라 하였을 때, H2 ≥ H1 인 것이 바람직하다.When the depth of the emitter layer formed at the lower portion of the groove is H, the depth of the emitter layer formed at the lower portion of the diffusion barrier layer is H1, and the depth of the emitter layer minus H1 is H2, H2 ≥ H1. desirable.
또한 상기 확산방지막은 이산화규소(SiO2)로 이루어진 것이 바람직하다.In addition, the diffusion barrier is preferably made of silicon dioxide (SiO 2 ).
그리고 상기 홈을 형성시키는 레이저는, 광원으로부터 조사된 레이저를 제1콜리메이트 렌즈 및 화이버를 통과시켜 일정한 조사 폭을 가지도록 하며, 상기 화이버 말단부에는 컵을 배치시켜 조사되는 레이저를 확산시키는 것이 바람직하다.In addition, the laser forming the groove may have a constant irradiation width by passing the laser irradiated from the light source through the first collimated lens and the fiber, and disposing the irradiated laser by disposing the cup at the end of the fiber. .
또한 상기 컵에 의해 확장된 레이저를 제2콜리메이트 렌즈 및 평행광(平行光)렌즈를 통과시켜 일정한 광 폭을 갖게 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to have a constant light width by passing the laser extended by the cup through the second collimated lens and the parallel light lens.
그리고 상기 평판렌즈를 통과한 레이저를 마스크에 의해 상기 확산방지막에 형성될 패턴의 폭을 조정하는 것이 바람직하다.And it is preferable to adjust the width of the pattern to be formed on the diffusion barrier film by the laser beam passing through the flat lens.
또한 상기 후면전계층은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the back surface layer preferably includes aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
그리고 상기 금속전극은 은(Ag)을 포함하는 것이 바람직하다.The metal electrode preferably contains silver (Ag).
한편 태양전지 제조방법에 의해 제조된 태양전지에 있어서, P형 실리콘 기판(10)과; 상기 P형 실리콘 기판(10) 저면에 형성되는 후면전계층(11)과; 상기 P형 실리콘 기판(10) 상면에 침투되어 안착되는 에미터층(13)과; 상기 에미터층(13)에 일정한 패턴을 갖고 접점되는 금속전극(15); 및 상기 에미터층(13) 위에 증착되는 반사방지막(15);을 포함하며, 상기 에미터층(13)은 금속전극(15)이 접점되는 부분의 깊이와 반사방지막(14) 저면 측의 깊이가 서로 다르게 형성된다.On the other hand, in the solar cell manufactured by the solar cell manufacturing method, the P-
그리고 상기 에미터층은 상기 금속전극에 접점되는 부분의 에미터층 깊이를 H', 상기 반사방지막 하측 부분에 형성된 에미터층의 깊이를 H1', 상기 H'에서 H1'을 뺀 에미터층의 깊이를 H2'라 하였을 때, H2' ≥ H1' 인 것이 바람직하다.The emitter layer has a depth of the emitter layer H 'being the depth of the emitter layer in contact with the metal electrode, a depth of the emitter layer formed at the lower portion of the anti-reflection film H1', and the depth of the emitter layer is H2 'minus the H1' from the H '. In this regard, it is preferable that H2 '> H1'.
본 발명에 따르면, 에미터층 형성을 단순화하여 태양전지 제조공정을 단축하고, 반사방지막에서 금속전극이 차지하는 공간을 최소화함으로써 태양광 흡수 효율을 증대시킬 수 있게 하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to simplify the formation of the emitter layer to shorten the solar cell manufacturing process and increase the solar absorption efficiency by minimizing the space occupied by the metal electrode in the anti-reflection film.
도 1은 종래의 일반적인 태양전지 구조를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 태양전지 제조방법에 따른 공정을 나타내는 블록도.
도 3 내지 도 10은 본 발명에 따른 태양전지 제조 공정 흐름을 나타내는 흐름도.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 홈 형성을 위한 레이저를 나타내는 블록도.
도 13은 본 발명에 따른 레이저 범위를 나타내는 그래프.1 is a block diagram showing a conventional general solar cell structure.
Figure 2 is a block diagram showing a process according to the solar cell manufacturing method of the present invention.
3 to 10 is a flow chart showing a solar cell manufacturing process flow in accordance with the present invention.
11 and 12 are block diagrams illustrating a laser for groove formation according to the present invention.
13 is a graph showing the laser range according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain in detail the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 태양전지 제조방법은 1) P형 실리콘 기판 표면을 텍스쳐링(Texturing)하는 단계(S10)와; 2) P형 실리콘 기판에 후면전계층을 형성하는 단계(S20)와; 3) 상기 후면전계층의 대향면에 대해 확산방지막을 형성하는 단계(S30)와; 4) 레이저를 이용해 상기 확산방지막 상에 일정한 패턴을 갖도록 홈을 형성하는 단계(S40)와; 5) 상기 확산방지막 하측 전체면에 대해 도핑물질을 침투시켜 에미터층을 형성하는 단계(S50)와; 6) 에칭을 통해 상기 확산방지막을 제거하는 단계(S60)와; 7) 상기 에미터층 위에 반사방지막을 증착하는 단계(S70) 및; 8) 상기 홈과 대응되는 위치의 반사방지막 위에 금속전극을 형성하고, 소성(燒成, firing)을 통해 상기 금속전극이 에미터층과 접점되게 하는 단계(S80); 를 포함한다.
As shown in FIG. 2, the method of manufacturing a solar cell of the present invention includes: 1) texturing a surface of a P-type silicon substrate (S10); 2) forming a backside field layer on the P-type silicon substrate (S20); 3) forming a diffusion barrier film on the opposite surface of the back surface field layer (S30); 4) forming a groove on the diffusion barrier layer using a laser to have a predetermined pattern (S40); 5) forming an emitter layer by penetrating a doping material to the entire lower surface of the diffusion barrier (S50); 6) removing the diffusion barrier layer through etching (S60); 7) depositing an anti-reflection film on the emitter layer (S70); 8) forming a metal electrode on the anti-reflection film corresponding to the groove and making the metal electrode contact with the emitter layer through firing (S80); It includes.
본 발명의 태양전지 제조방법에 따른 공정 흐름을 보면, 우선 1)단계(S10)에서와 같이 P형 실리콘 기판 표면을 텍스쳐링(Texturing)한다. 이는 표면을 거칠게 함으로써 흡수되는 태양광을 거친 표면을 이용해 난반사시켜 흡수율을 최대화시키기 위함이다.Referring to the process flow according to the solar cell manufacturing method of the present invention, first, as shown in step 1) (S10) to the surface of the P-type silicon substrate (Texturing). This is to maximize the absorption rate by the diffuse reflection of the surface of the sunlight absorbed by roughening the surface.
이 후 도 3에 도시된 바와 같이 P형 실리콘 기판(10) 저면에 후면전계층(11)을 형성하는 단계(S20)를 수행한다.Thereafter, as shown in FIG. 3, a step S20 of forming the back
이 단계에서는 상기 후면전극층으로 산화알루미늄(Al2O3)이 이용되며, 이러한 공정은 일반적으로 실시될 수 있다.In this step, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used as the back electrode layer, and this process may be generally performed.
앞서 진행된 후면전계층 형성 단계(S20) 이후에, 도 4에 도시된 바와 같이 P형 실리콘 기판(10) 상면에 에미터층을 형성하기 위한 확산방지막(12)을 도핑하는 단계(S30)를 수행한다.After the above-mentioned backside field layer forming step (S20), as shown in FIG. 4, a step (S30) of doping the
이 단계에서는 상기 확산방지막(12)으로 이산화규소(SiO2)를 이용하며, 표면 형성의 균일성을 확보하기 위하여 다양한 방법을 실시할 수 있으나, 대표적인 예로서 열처리확산법(Thermal diffsuion), 스핀 온 도핑법(spin on doping), 직접 인쇄법(direct printing), 스크린 인쇄법(screen printing), 스프레이 도핑법(spray doping), 페이스트 도핑법 중에서 선택된 어느 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.In this step, silicon dioxide (SiO 2 ) is used as the
이 후 도 5에 도시된 바와 같이 레이저(L)를 이용해 도핑된 확산방지막(12)에 일정한 패턴을 갖도록 홈(13a)을 형성하는 단계(S40)를 수행한다.Thereafter, as shown in FIG. 5, a step S40 of forming the
이 단계에서는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 레이저 조사수단을 이용하게 되는데, 상기 레이저 조사수단은 레이저를 발생시키는 수단(미도시)으로부터 일반적인 기술임으로 구체적인 설명은 생략하며, 조사된 레이저는 제1콜리메이트 렌즈(CL), 화이버(F), 한쌍의 밀러(M1,M2), 조절렌즈(FL)를 통과시키며 P형 실리콘 기판(10) 측까지 전달하여 P형 실리콘 기판 위에 도핑된 확산방지막에 일정한 패턴을 갖는 홈을 형성하게 된다.In this step, as shown in FIGS. 11 and 12, the laser irradiation means is used. Since the laser irradiation means is a general technology from a means for generating a laser (not shown), a detailed description thereof will be omitted, and the irradiated laser may be 1 Diffusion prevention film doped on the P-type silicon substrate by passing through the collimated lens (CL), the fiber (F), a pair of Miller (M1, M2), the adjustment lens (FL) to the P-
특히, 도 13에 도시된 그래프에서 보이듯 레이저의 집광 크기에 따라 레이저의 세기가 달라지는데 효율적인 레이저 세기를 얻고 확산방지막 상에 형성될 홈의 단면을 직사각형의 원하는 크기를 갖게 제작하기 위하여 상기 화이버측 후단에는 컵(C)과 제2콜리메이트렌즈 및 평행광(平行光)렌즈(PL)가 더 구비된다.In particular, as shown in the graph shown in FIG. 13, in order to obtain an efficient laser intensity and to produce a cross section of a groove to be formed on the diffusion barrier film having a desired rectangular size, the laser intensity varies depending on the size of the laser. The cup C, the second collimated lens and the parallel light lens PL are further provided.
상기 컵은 화이버를 통과한 레이저를 일정한 크기로 확산시켜 레이저 세기를 원하는 크기로 조절하기 위한 초기 단계로서 컵을 통과한 레이저는 제2콜리메이트 렌즈(CL)를 통과하며 집광되고, 집광된 레이저는 평행광(平行光)렌즈(PL)를 통과함으로써 조사되는 레이저의 직경이 일정하게 유지된다.The cup diffuses the laser beam through the fiber to a predetermined size to adjust the laser intensity to a desired size. The laser beam passing through the cup is focused while passing through the second collimated lens CL. The diameter of the laser irradiated by passing through the parallel light lens PL is kept constant.
즉, 제2콜리메이트 렌즈를 통과한 레이저는 포커싱되지만 이를 평행광(平行光)렌즈를 통과시키면 일정한 직경의 평행 상태로 유지할 수 있게 된다.That is, the laser passing through the second collimated lens is focused, but if it passes through the parallel light lens, it is possible to maintain the parallel state of a constant diameter.
더불어 상기 평행광(平行光)렌즈(PL)를 통과한 레이저의 직경은 마스크(M)에 의해 그 크기를 조정할 수 있다.In addition, the diameter of the laser beam passing through the parallel light lens PL may be adjusted by the mask M. FIG.
즉, 도 12에 도시된 바와 같이 평행광(平行光)렌즈(PL)를 통과한 레이저의 직경을 A1이라 하고, 마스크(M)를 통과하는 레이저의 직경을 A2라 하였을 때, 이때 A2를 A1보다 직경이 작게 조정할 수 있게 되며, 그 직경이 홈의 폭을 결정하게 되는 것이다.That is, when the diameter of the laser passing through the parallel light lens PL is A1 and the diameter of the laser passing through the mask M is A2, as shown in FIG. 12, A2 is A1. The smaller the diameter can be adjusted, the diameter determines the width of the groove.
여기서 레이저가 통과되는 마스크 구멍(미도시)의 크기와 형태를 필요에 따라 다양하게 조정할 수 있다. 예를 들어 외주가 원통 형상인 것을 마스크를 통과시키며 각 형태를 갖게 하는 것이 가능하다.Here, the size and shape of the mask hole (not shown) through which the laser passes can be variously adjusted as necessary. For example, it is possible to have each shape by passing through a mask that the outer periphery is cylindrical shape.
이는 확산방지막에 형성되는 홈이 확산방지막의 표면에 대해 내주면이 직각(홈의 단면이 직사각형)이 되게 형성되어 에미터층에 안착되는 금속전극이 차지하는 공간을 작게 형성하고 뿐만 아니라 레이저의 크기를 조정함으로써 홈의 크기를 조절할 수 있어 반사방지막의 면적에 대응되는 최적의 면적 효율을 얻을 수 있게 하는 것이 가능하다.This is because the grooves formed in the diffusion barrier film are formed at right angles to the surface of the diffusion barrier film (the cross section of the grooves is rectangular) to form a small space occupied by the metal electrode seated on the emitter layer, as well as to adjust the size of the laser. It is possible to adjust the size of the groove to obtain the optimum area efficiency corresponding to the area of the anti-reflection film.
한편 상기 레이저는 도핑된 확산방지막에 일정한 패턴을 갖는 홈을 형성하며, 형성되는 홈이 확산방지막 표면과 직각이 되게 조사하는 역할로서 조사되는 레이저가 각 형태를 하게 하는 수단이라면 어떠한 것도 포함할 수 있다.On the other hand, the laser forms a groove having a predetermined pattern in the doped diffusion barrier film, and the groove formed is a role of irradiating at right angles to the surface of the diffusion barrier film may include any means that allows the laser to be irradiated to each shape. .
이 후 한쌍의 밀러를 통해 레이저 조사 위치를 조절하며 최종 P형 실리콘 기판 측에 조절된 레이저를 조사하게 되는 구조를 하고 있다.After that, the laser irradiation position is adjusted through a pair of Millers, and the structure of irradiating the adjusted laser to the final P-type silicon substrate side is constructed.
이와 같이 특정 범위를 가지며 일정한 세기를 얻을 수 있게 됨으로써 요구되는 홈의 폭 및 깊이를 갖는 패터닝을 수행할 수 있게 되는 것이다.In this way, it is possible to perform a patterning having a width and depth of the groove required by having a certain range and a constant intensity can be obtained.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 레이저광(사각빔)을 사용하는 경우, 삼각형태로 조사되는 통상적인 레이저를 이용하여 사다리꼴이나 원추형으로 형성되는 홈에 비해 동일한 깊이를 갖는 홈이라도 그 홈의 폭이 좁게 형성될 수 있으므로 상대적으로 광흡수면적을 극대화할 수 있으며, 레이저에 의한 기판의 손상도 방지할 수 있게 된다.In addition, when using the laser light (square beam) according to the present invention, even if the groove having the same depth compared to the groove formed in a trapezoidal or conical shape using a conventional laser irradiated in a triangular shape, the width of the groove is narrow Since it can be formed can be relatively maximized the light absorption area, it is possible to prevent damage to the substrate by the laser.
4)단계(S40)를 거친 이후, 도 6에 도시된 바와 같이 확산방지막(12) 위에 도핑물질(P)을 도핑하여 P형 실리콘 기판(10)과 확산방지막(12) 사이에 에미터층(13)을 형성하기 위한 단계(S50)를 수행한다.4) After the step (S40), as shown in Figure 6, the doping material (P) is doped on the
이 단계에서는 도핑물질로 인(P)을 이용한다. 상기 인(P)은 Pocl3 가스로부터 열처리확산법(Thermal diffsuion), 스핀 온 도핑법(spin on doping), 직접 인쇄법(direct printing), 스크린 인쇄법(screen printing), 스프레이 도핑법(spray doping), 페이스트 도핑법 중에서 선택된 어느 하나의 방법에 의해 분리한 후 분리된 인이 확산방지막 내부로 침투하여 P형 실리콘 기판에 안착되게 하는 것이다.In this step, phosphorus (P) is used as the doping material. The phosphorus (P) is thermally diffusion, spin on doping, direct printing, screen printing, spray doping from Pocl 3 gas. After separation by any one method selected from the paste doping method, the separated phosphorus penetrates into the diffusion barrier film and is deposited on the P-type silicon substrate.
이 상태에서 도핑된 도핑물질은 일정한 온도 및 시간에 의해 확산방지막을 침투 후 P형 실리콘 기판 위에 안착되는데, 이때 상기 확산방지막에 형성된 홈에 의해 에미터층(13)이 단차지게 형성된다.In this state, the doped material penetrates the diffusion barrier film by a constant temperature and time, and is then deposited on the P-type silicon substrate. At this time, the
즉, 상기 확산방지막(12)과 P형 실리콘 기판(10) 사이에 형성되는 에미터층(13)은 상기 확산방지막(12)과 P형 실리콘 기판(10) 사이의 경계면에 형성되는 침투 영역(13a) 보다 상기 홈(12a)의 대응되는 위치에 침투하는 침투 영역(13b)이 더 깊게 형성되어 후술하는 금속전극이 별도의 수단 없이 에미터층과 연결될 수 있게 함으로써 전체 공정을 단축할 수 있다.That is, the
여기에서 상기 에미터층(13)은 확산방지막(12)과 P형 실리콘 기판(10) 사이에 도핑되는 침투 영역(13a)과 홈(12a) 하측에 형성되는 침투 영역(13b)으로 구분되며, 상기 확산방지막을 통과하여 침투된 침투 영역(13a)의 깊이를 H1라 하고, 홈에 의해 침투된 침투 영역(13b)의 깊이를 H라 하며, 상기 H에서 H1을 뺀 부분을 H2라 하였을 때 H2 ≥ H1되는 것이 바람직하다.The
이는, 홈 부분에 형성되는 에미터층의 깊이가 클수록 그 상부에 접지되는 금속전극과의 접촉저항이 줄어듦으로써 전압의 크기가 커지며 전류의 양이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.This means that the larger the depth of the emitter layer formed in the groove portion, the smaller the contact resistance with the metal electrode grounded on the upper portion thereof, thereby increasing the magnitude of the voltage and reducing the amount of current.
도 7에 도시된 바에 의하면, 에미터층이 도핑된 후에는 P형 실리콘 기판 위에 안착된 확산방지막(12)을 에칭 공정을 통해 제거하는 단계(S60)를 수행한다.As shown in FIG. 7, after the emitter layer is doped, a step (S60) of removing the
이 단계에서는 에미터층을 도포하는 과정에 P형 실리콘 기판 에미터층 사이에 PSG층이 형성되기 때문에 상기 PSG층에 의해 에미터층과 금속전극의 접점이 올바르게 이루어지지 않을 수 있어 필수적으로 제거하여야 한다.In this step, since the PSG layer is formed between the P-type silicon substrate emitter layer in the process of applying the emitter layer, the PSG layer may not be properly contacted with the emitter layer and must be removed.
그리고 상기와 같은 방법 이외에도 도핑물질을 도핑하여 침투할 수 있는 것이면 어떠한 방법도 가능하다.In addition to the above method, any method may be used as long as it can penetrate the doping material.
이 후 도 8에 도시된 바와 같이 에미터층(13) 위에 반사방지막(14)을 도핑하는 단계(S70)를 수행하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 8, the
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이 반사방지막(14) 위에 P형 실리콘 기판에 도핑된 에미터층의 침투 영역(13b)과 대응되는 위치에 금속전극(15)을 안착시키고, 안착된 금속전극을 에미터층과 접점시키는 단계(S80)를 수행한다.Next, as shown in FIG. 9, the
이 단계에서는 금속전극(15)으로 은(Ag)을 이용하며, 상기 금속전극 및 반사방지막을 형성 단계에서는 스핀 온 도핑법(spin on doping), 직접 인쇄법(direct printing), 스크린 인쇄법(screen printing), 스프레이 도핑법(spray doping), 페이스트 도핑법 중에서 선택된 어느 하나의 방법에 의해 수행될 수 있으나, 이러한 방법 이외에도 금속전극을 안착할 수 있는 방법이라면 어떠한 것도 포함할 수 있다.In this step, silver (Ag) is used as the
이 후 도 10에 도시된 바와 같이 반사방지막 위에 금속전극이 안착된 상태로 P형 실리콘 기판을 소성(燒成, firing) 공정을 통해 반사방지막 위의 금속전극(15)이 반사방지막을 뚫고 하부에 위치한 에미터층의 침투 영역(13b)과 접점되게 한다.Thereafter, as shown in FIG. 10, the
이와 같이 본 발명의 태양전지 제조방법에 의해 형성된 태양전지는, 도 10에 도시된 바와 같이 P형 실리콘 기판(10)과; 상기 P형 실리콘 기판(10) 저면에 형성되는 후면전계층(11)과; 상기 P형 실리콘 기판(10) 상면에 침투되어 안착되는 에미터층(13)과; 상기 에미터층(13)에 일정한 패턴을 갖고 접점되는 금속전극(15); 및 상기 에미터층(13) 위에 증착되는 반사방지막(14);을 포함하며, 상기 에미터층(13)은 금속전극(15)이 접점되는 부분의 깊이와 반사방지막(15) 저면 측의 깊이가 서로 다르게 형성된다.Thus, the solar cell formed by the solar cell manufacturing method of the present invention, as shown in Figure 10 P-
바람직하게는 상기 에미터층은 상기 금속전극에 접점되는 부분의 에미터층 깊이를 H', 상기 반사방지막 하측 부분에 형성된 에미터층의 깊이를 H1', 상기 H'에서 H1'를 뺀 에미터층의 깊이를 H2'라 하였을 때, H2' ≥ H1'이다.Preferably, the emitter layer has a depth of an emitter layer obtained by subtracting H 'from the emitter layer depth of a portion in contact with the metal electrode, a depth of the emitter layer formed under the anti-reflection film H1', and H1 'from H'. When H2 ', H2'> H1 '.
즉, 본 발명은 에미터층에 금속전극과의 접점을 위한 별도의 접점수단을 구비하지 않아도 되기 때문에 종래에 비해 전체 두께를 얇게 형성하는 것이 가능하고, 금속전극과 에미터층의 직접 연결을 통해 전달되는 저항의 크기가 작아져 이로 인한 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 금속전극과 에미터층이 접점되는 영역이 P형 실리콘 기판 표면에 직교하게 형성됨으로 금속전극이 차지하는 공간을 최적화할 수 있게 된다.That is, since the present invention does not have to provide a separate contact means for contact with the metal electrode in the emitter layer, it is possible to form a thin overall thickness compared to the conventional, and is transmitted through the direct connection of the metal electrode and the emitter layer In addition to minimizing the size of the resistors, the loss can be minimized, and the area where the metal electrode and the emitter layer contact each other is formed perpendicular to the surface of the P-type silicon substrate, thereby optimizing the space occupied by the metal electrode.
본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
The present invention is not limited by the embodiments described above, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.
10 : P형 실리콘 기판 11 : 후면전계층
12 : 확산방지막 12a : 홈
13 : 에미터층 13a,13b : 침투 영역
14 : 반사방지막 15 : 금속전극10: P-type silicon substrate 11: back field layer
12:
13:
14
Claims (12)
2) P형 실리콘 기판에 후면전계층을 형성하는 단계와;
3) 상기 후면전계층의 대향면에 대해 확산방지막을 형성하는 단계와;
4) 레이저를 이용해 상기 확산방지막 상에 일정한 패턴을 갖도록 홈을 형성하는 단계와;
5) 상기 확산방지막 하측 전체면에 대해 도핑물질을 침투시켜 에미터층을 형성하는 단계와;
6) 에칭을 통해 상기 확산방지막을 제거하는 단계와;
7) 상기 에미터층 위에 반사방지막을 증착하는 단계 및;
8) 상기 홈과 대응되는 위치의 반사방지막 위에 금속전극을 형성하고, 소성(燒成, firing)을 통해 상기 금속전극이 에미터층과 접점되게 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.1) texturing the P-type silicon substrate surface;
2) forming a backside field layer on the P-type silicon substrate;
3) forming a diffusion barrier on the opposite surface of the back surface layer;
4) forming a groove on the diffusion barrier layer using a laser to have a predetermined pattern;
5) forming an emitter layer by penetrating a doping material to the entire lower surface of the diffusion barrier film;
6) removing the diffusion barrier layer by etching;
7) depositing an antireflection film on the emitter layer;
8) forming a metal electrode on the anti-reflection film corresponding to the groove and making the metal electrode contact with the emitter layer through firing; Solar cell manufacturing method comprising a.
상기 5)단계의 도핑물질은 POCl3 가스를 이용해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 1,
The doping material of step 5) is a solar cell manufacturing method characterized in that using POCl 3 gas.
상기 홈은 단면형상이 직사각형인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The groove is a solar cell manufacturing method, characterized in that the cross-sectional shape is rectangular.
상기 홈 하측 부분에 형성된 에미터층의 깊이를 H, 상기 확산방지막 하측 부분에 형성된 상기 에미터층의 깊이를 H1, 상기 H에서 H1을 뺀 에미터층의 깊이를 H2라 하였을 때, H2 ≥ H1 인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 3, wherein
When the depth of the emitter layer formed on the lower portion of the groove is H, the depth of the emitter layer formed on the lower portion of the diffusion barrier layer is H1, and the depth of the emitter layer minus H1 is H2, H2 ≥ H1. Solar cell manufacturing method.
상기 확산방지막은 이산화규소(SiO2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 4, wherein
The diffusion barrier is a solar cell manufacturing method, characterized in that made of silicon dioxide (SiO 2 ).
상기 홈을 형성시키는 레이저는, 광원으로부터 조사된 레이저를 제1콜리메이트렌즈 및 화이버를 통과시켜 일정한 조사 폭을 가지도록 하며, 상기 화이버 말단부에는 컵을 배치시켜 조사되는 레이저를 확산시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 4, wherein
The laser forming the grooves have a constant irradiation width by passing the laser irradiated from the light source through the first collimating lens and the fiber, and a cup is disposed at the end of the fiber to diffuse the irradiated laser beam. Solar cell manufacturing method.
상기 컵에 의해 확장된 레이저를 제2콜리메이트렌즈 및 평행광(平行光)렌즈를 통과시켜 일정한 폭을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method according to claim 6,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the laser extended by the cup passes through a second collimated lens and a parallel light lens to have a predetermined width.
상기 평행광(平行光)렌즈를 통과한 레이저를 마스크에 의해 상기 확산방지막에 형성될 패턴의 폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 7, wherein
And a width of a pattern to be formed on the diffusion barrier layer by using a mask having a laser beam passing through the parallel light lens.
상기 후면전계층은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The backside field layer is a solar cell manufacturing method comprising aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
상기 금속전극은 은(Ag)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The metal electrode is a solar cell manufacturing method characterized in that it comprises silver (Ag).
P형 실리콘 기판(10)과;
상기 P형 실리콘 기판(10) 저면에 형성되는 후면전계층(11)과;
상기 P형 실리콘 기판(10) 상면에 침투되어 안착되는 에미터층(13)과;
상기 에미터층(13)에 일정한 패턴을 갖고 접점되는 금속전극(15); 및
상기 에미터층(13) 위에 증착되는 반사방지막(15);을 포함하며,
상기 에미터층(13)은 금속전극(15)이 접점되는 부분의 깊이와 반사방지막(14) 저면 측의 깊이가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.A solar cell manufactured by the solar cell manufacturing method of any one of claims 1 to 10,
A P-type silicon substrate 10;
A backside electric field layer 11 formed on the bottom surface of the P-type silicon substrate 10;
An emitter layer 13 that penetrates and sits on an upper surface of the P-type silicon substrate 10;
A metal electrode 15 having a predetermined pattern and contacting the emitter layer 13; And
And an anti-reflection film 15 deposited on the emitter layer 13,
The emitter layer 13 is a solar cell, characterized in that the depth of the portion where the metal electrode 15 is in contact with the depth of the bottom surface side of the anti-reflection film (14) is formed different.
상기 에미터층은 상기 금속전극에 접점되는 부분의 에미터층 깊이를 H', 상기 반사방지막 하측 부분에 형성된 에미터층의 깊이를 H1', 상기 H'에서 H1'을 뺀 에미터층의 깊이를 H2'라 하였을 때, H2' ≥ H1' 인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 11,
The emitter layer is H 'the depth of the emitter layer in contact with the metal electrode, H1' the depth of the emitter layer formed on the lower portion of the anti-reflection film H1 ', the depth of the emitter layer minus H1' from H 'is H2'. When, H2 '≥ H1' characterized in that the solar cell.
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| KR101503794B1 (en) | 2013-12-19 | 2015-03-18 | 한국에너지기술연구원 | Method for manufactoring a solar cell using optical system |
| KR20190116079A (en) * | 2018-04-03 | 2019-10-14 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Solar cell and fabricating of method of the same |
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2011
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