KR101072543B1 - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. 상기 태양 전지의 제조 방법은 실리콘 웨이퍼에 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀의 내벽 및 상기 비아홀을 잇는 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 쉘로우 이미터(shallow emitter)를 형성하고, 상기 쉘로우 이미터의 상기 비아홀을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역에 일정 이상의 높은 밀도를 갖도록 도펀트(dopant)를 헤비 도핑(heavy doping)시키어 선택적 이미터를 형성한다. 따라서, 본 발명은 MWT 태양 전지에 일정 폭과 높이를 갖는 전면 전극에 접하는 영역에 레이저 도핑 또는 에칭을 실시하여 선택적 이미터를 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MWT 태양 전지에 일정 폭과 높이를 갖는 전면 전극에 접하는 영역에 레이저 도핑 또는 에칭을 실시하여 선택적 이미터를 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
종래의 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공 이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형및 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다
이 중 종래의 백-콘택 실리콘 태양 전지는 전면(front surface) 및 배면(rear surface) 상에 콘택을 갖는 종래 실리콘 태양전지에 비하여 몇 가지 장점을 가지고 있다. 첫 번째 장점은, 감소되거나 제거된 콘택 차폐 손실(shading obscuration losses)로 인해 더 높은 변환 효율을 가진다는 것이다(콘택 그리드(grid)로부터 반사된 햇빛을 전기로 변환시켜 이용할 수 없다). 두 번째 장점은 백-콘택 셀(cells)을 전기 회로 안으로 조립하는 것이 더 쉬워지고 따라서 비용을 낮출 수 있는 것인데, 왜냐하면 양쪽 극성 콘택들이 동일한 면(surface) 상에 있기 때문이다. 예를 들어, 현재 광전지 모듈(photovoltaic module) 조립에 비하여 매우 큰 비용 절감이 달성될 수 있으며, 이것은 단일 단계에서 태양 전지 전기 회로와 광전지 모듈을 캡슐화(encapsulate) 함으로써 백-콘택 셀과 함께 달성될 수 있다.
백-콘택 실리콘 태양 전지를 만드는 몇 가지 방식이 있다. 이러한 방식은 MWA(Metallization Wrap Around), MWT(Metallization Wrap Through), EWT(Emitter Wrap Through), 및 백-접합(back-junction) 구조를 포함한다.
MWA 및 MWT는 전면 상에 전류 컬렉션 그리드(current collection grids)를 가지고 있다. 이 그리드들은 각각 백 콘택 셀을 만들기 위해 에지(edge) 둘레로 랩 핑(wrapping) 되거나 홀(holes)을 통해 배면까지 랩핑된다.
이 중 MWT는 홀을 드릴링한 이후에 텍스처링을 실시하고, 이어 PSG를 형성한 이후에 헤비 도핑을 실시하여 이미터를 형성한다. 그러나, 이러한 경우에 웨이퍼 전면에 일정 폭 및 높이 이하의 파인(미세) 라인 핑거가 형성되는 경우에 이에 대응되는 선택적 이미터를 형성할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 창출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 MWT 태양 전지에 일정 폭과 높이를 갖는 전면 전극에 접하는 영역에 레이저 도핑 또는 에칭을 실시하여 선택적 이미터를 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제 2목적은 전면 전극이 세밀한 폭과 높이를 이루는 파인 라인 핑거인 경우에 이들과의 접촉 저항을 낮추어 전력 소모를 저감시킬 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 태양 전지의 제조 방법은 실리콘 웨이퍼에 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀의 내벽 및 상기 비아홀을 잇는 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 쉘로우 이미터(shallow emitter)를 형성하고, 상기 쉘로우 이미터의 상기 비아홀을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역에 일정 이상의 높은 밀도를 갖도록 도펀트(dopant)를 헤비 도핑(heavy doping)시키어 선택적 이미터를 형성한다.
여기서, 상기 헤비 도핑은, 상기 웨이퍼 전면에 PSG를 형성하고, 레이저를 사용하여 상기 PSG를 어닐링하여 상기 선택적 이미터를 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 헤비 도핑은, 상기 웨이퍼 전면에 확산부를 형성하고, 상기 비 아홀을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역을 마스킹하고, 상기 마스킹된 영역의 외부 영역을 에치 백(each-back)하여 상기 선택적 이미터를 형성할 수도 있다.
또한, 상기 선택적 이미터가 형성된 이후에, 상기 웨이퍼의 전면의 헤비도핑부에 Ag 페이스트를 프린팅하고, 상기 웨이퍼의 후면에 Al를 프린팅하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웨이퍼의 전면의 헤비 도핑부에 Ag을 프린팅하는 경우에, 빛 반사를 최소화하기 위해서 상기 비이홀을 잇는 방향을 따라 상기 비아홀과 연결되도록 파인 라인 핑거를 형성하고, 상기 도금 처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 쉘로우 이미터를 형성한 이후에, 쉘로우 이미터 층을 형성하고, 상기 쉘로우 이미터 층에 알루미늄을 프린팅하고, 이를 열처리하여, 상기 알루미늄이 상기 쉘로우 이미터 층을 p 타입 도핑층으로 변형시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 MWT 태양 전지에 일정 폭과 높이를 갖는 전면 전극에 접하는 영역에 레이저 도핑 또는 에칭을 실시하여 선택적 이미터를 형성하여 이미터 층 및 이미터 표면의 재결합을 감소시켜 변환효율을 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 전면 전극이 세밀한 폭과 높이를 이루는 파인 라인 핑거인 경우에 이들과의 접촉 저항을 낮추어 전력 소모를 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여, 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다. 도 2는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법으로 제조된 태양 전지를 보여주는 부분 단면도이다. 도 3a는 정상 파인 라인 핑거를 갖는 태양 전지를 보여주는 평면도이다. 도 3b는 본 발명에 따르는 파인 라인 핑거를 갖는 태양 전지를 보여주는 평면도이다.
먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조 하면, 웨이퍼(100)에 비아홀들(200)을 형성한다. 여기서, 상기 준비되는 실리콘 웨이퍼(100)의 전면과 배면을 관통할 수 있는 비아홀들(200)을 레이저를 사용하여 형성한다. 여기서, 상기 비아홀(200)은 상기 웨이퍼(100)의 전면과 배면을 따라 그 내경이 점진적으로 좁아지도록 형성하는 것이 좋다.
그리고, 상기 비아홀들(200)이 형성된 웨이퍼들(100)을 에칭 및 클리닝한다. 여기서, 이 단계에서 알칼리 에칭을 포함하고, 또는 산성 에칭을 포함하여 향상된 흡수를 위하여 전면을 텍스처링한다.
그리고, 도 1c를 참조 하면, 상기 웨이퍼(100)의 배면에 상기 비아홀(200)과 콘택되는 n 타입 제 1콘택홀을 형성한다.
이어, 상기 비아홀(200)의 내벽 및 상기 비아홀(200)을 잇는 상기 웨이퍼(100)의 전면 및 후면에 쉘로우 이미터(300, shallow emitter)를 형성한다.
따라서, 상기 웨이퍼(100)의 전면과 상기 웨이퍼(100)의 배면 및 비아홀(200)의 내벽에 낮은 밀도의 쉘로우 이미터(300)가 형성된다.
도 1d와 도 2에 도시된 바와 같이, 도번 '301'은 쉘로우 이미터 층이다.이후에 Al을 프린팅하고 열처리하는 공정에서 Al이 이미터 도핑층을 컴펜세이션(compensation)시켜 p 타입 도핑층으로 변형시킨다. 여기서, 상기 컴펜세이션은 이미터(n 타입-인)보다 고농도로 Al( p 타입 도펀트)을 도핑시켜서 p 타입으로 변형시키는 과정이다.
그리고, 상기 쉘로우 이미터(300)의상기 비아홀(200)을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역에 일정 이상의 높은 밀도를 갖도록 도펀트(dopant)를 헤비 도핑(heavy doping)시키어 선택적 이미터(500)를 형성한다.
여기서, 본 발명에서의 헤비 도핑은 두 가지 중어느 하나를 선택할 수 있다. 즉, 하나는 레이저 도핑 방법이고 다른 하나는 에치 백 방법이다.
전자의 경우에 있어서, 헤비 도핑은 상기 웨이퍼(100) 전면에 PSG를 형성하고, 레이저를 사용하여 상기 PSG를 어닐링하여 상기 선택적 이미터(500)를 형성할 수 있다. 여기서, 높은 밀도의 선택적 이미터(500)가 형성되는 위치는 전극 또는 하기의 파인 라인 핑거(700)가 마련되는 영역인 것이 바람직하다.
후자에 있어서, 헤비 도핑은 상기 웨이퍼(100) 전면에 높은 밀도를 형성하는 PSG를 형성하고, 상기 비아홀(200)을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역을 마스킹하고, 상기 마스킹된 영역의 외부 영역을 에치 백(each-back)하여 상기 선택적 이미터(500)를 형성할 수도 있다.
여기서, 다른 가능한 방법은 도핑 페이스트(DOPING PASTE) 방법이다. 이는 상기 웨이퍼(100)에 인을 함유한 도핑 페이스트를 도포하고, 고온에서 열처리하여 페 이스트에 함유된 인을 웨이퍼(100) 내로 도핑하여 헤비 이미터를 형성하고, 쉘로우 이미터 공정을 진행하여 선택적인 이미터(500)를 형성한다. 상기 페이스크 도포는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 형성한다. 상기 고온 열처리 공정을 튜브형 퍼니스를 이용하고, 한번의 공정에서 헤비 도핑과 쉘로우 도핑이 순차적으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기와 같은 두 가지의 방법 중 어느 하나를 선택하여 선택적 이미터(500)를 형성한 이후에, 확산에 의하여 남겨진 PSG를 제거하기 위하여 에칭을 수행한다. 여기서, 에천트는 수성 HF 화학적 에칭, HF 기상 에칭 또는 플라즈마 에천트를 포함할 수 있다.
이어, 반사 방지 코팅을 형성하기 위하여 웨이퍼(100) 전면 상에 실리콘 나이트 라이드 층을 증착한다. 여기서, 상기 실리콘 나이트 라이드는 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 증착한다.
그리고, 웨이퍼(100)의 전면에 Ag을 프린팅하고, 웨이퍼의 후면에 Al를 프린팅한다.
이어, 금속 소성과정을 거쳐, 태양 전지 테스트 과정을 진행한다.
한편, 도 2를 참조 하면, 상기의 쉘로우 이미터(300)를 형성하고, 상기의 헤비 도핑을 사용한 선택적 이미터(500)를 형성한 이후에, 확산되고 남겨진 PSG를 제거하고, 상기와 같이 화학 기상 증착을 사용하여 실리콘 나이트 라이드를 웨이퍼(100)의 전면, 배면에 증착하고, 웨이퍼(100) 후면에 Al을 프린팅한다.
그리고, 웨이퍼(100)의 배면에 Ag를 프린팅한다. 이때, 상기 비이홀(200)을 잇는 방향을 따라 상기 비아홀(200)과 연결되도록 파인 라인 핑거(700)를 형성한다.
그리고, 금속 소성 과정을 거치는 중에 도금 처리를 수행하여 태양 전지 테스트 과정을 수행한다.
여기서, 도 3a 및 도 3b를 참조 하면, 상기 파인 라인 핑거(700)의 높이(H2)를 9㎛로 형성하고, 폭(W2)을 60㎛로 형성하고, 단면적을 270㎛2이 되도록 형성한다.
이러한 경우에, 도 3a의 정상 파인 라인 핑거(700)의 경우와 비교하여 본다면, 여기서, 상기 정상 파인 라인 핑거(700)의 높이(H1)는 18㎛, 폭(W1)은 120㎛, 단면적은 1080㎛2로 형성되고, 파인 라인 핑거의 물질이 동일하다고 가정하고 밀도가 일정하며, 전류 밀도가 일정하다고 가정하는 경우에, 쉐이딩 로스(%)는 본 발명에 따르는 파인 라인 핑거가 적용되는 경우 2.6%, 정상 파인 라인 핑거의 경우 5.2%인 것을 알 수 있다. 여기서, 파인 라인 핑거들의 간격(D)은 2.3㎜이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법으로 제조된 태양 전지를 보여주는 부분 단면도이다.
도 3a는 정상 파인 라인 핑거를 갖는 태양 전지를 보여주는 평면도이다.
도 3b는 본 발명에 따르는 파인 라인 핑거를 갖는 태양 전지를 보여주는 평면도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 웨이퍼
200 : 비아홀
300 : 쉘로우 이이터
301 : 쉘로우 이미터 층
500 : 선택적 이미터
700 : 파인 라인 핑거
Claims (7)
- 실리콘 웨이퍼에 비아홀을 형성하고,상기 비아홀의 내벽 및 상기 비아홀을 잇는 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 쉘로우 이미터(shallow emitter)를 형성하고,상기 쉘로우 이미터의 상기 비아홀을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역에 일정밀도를 갖도록 도펀트(dopant)를 헤비 도핑(heavy doping)시키어 선택적 이미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 헤비 도핑은,상기 웨이퍼 전면에 PSG를 형성하고,레이저를 사용하여 상기 PSG를 어닐링하여 상기 선택적 이미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 헤비 도핑은,상기 웨이퍼 전면에 헤비 이미터 층을 형성하고,상기 비아홀을 잇는 방향을 따르는 다수의 영역을 마스킹하고,상기 마스킹된 영역의 외부 영역을 에치 백(eath-back)하여 상기 선택적 이 미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 헤비 도핑은,상기 웨이퍼 전면에 인함유 페이스트를 도포하고,고온 열처리하여 헤비이미터층을 만들고, 쉘로우 이미터를 형성하여 상기 선택적 이미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 선택적 이미터가 형성된 이후에, 상기 웨이퍼의 전면의 헤비도핑부에 Ag 페이스트를 프린팅하고, 상기 웨이퍼의 후면에 Al를 프린팅하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 웨이퍼의 전면의 헤비 도핑부에 Ag을 프린팅하는 경우에, 빛 반사를 최소화하기 위해서 상기 비아홀을 잇는 방향을 따라 상기 비아홀과 연결되도록 파인 라인 핑거를 형성한 후 도금 처리를 하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 쉘로우 이미터를 형성한 이후에,쉘로우 이미터 층을 형성하고,상기 쉘로우 이미터 층에 알루미늄을 프린팅하고,이를 열처리하여,상기 알루미늄이 상기 쉘로우 이미터 층을 p 타입 도핑층으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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