KR101088382B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 제1도전형의 반도체 기판 표면에 보호막을 증착하는 단계, 상기 보호막을 패터닝하는 단계, 화학 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 표면을 등방성 식각하는 단계, 상기 반도체 기판 표면에 남아 있는 보호막을 제거하는 단계, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계, 상기 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면 전극을 형성하는 단계 및 상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법 {Solar cell and manufacturing method of the same}
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광의 반사율을 감소시킬 수 있는 태양전지 및 그 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 광전자(photon)를 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 한다)를 일컫는다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이처럼 태양전지는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 소자이므로, 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 최대한 많은 빛을 흡수하는 것이 중요하다. 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 활성층에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하고, 전지표면의 반사에 의한 손실을 최소화하는 것은 매우 중요하다. 즉, 태양전지의 효율을 높이기 위한 중요한 요건 중의 하나가 표면에서의 반사율을 감소시키는 것이다.
태양전지의 효율을 감소 시키는 여러 요인 중에서 에너지 변환 효율을 향상 시키기 위해 가장 먼저 개선해야할 요인은 광학적 손실이다. 이 광학적 손실은 반도체 기판 표면에서의 빛의 반사에 의한 손실로서, 이를 줄여주는 방법 중 하나가 텍스처링(texturing)이다.
기존의 다결정 반도체 기판은 다양한 크기와 방향의 결정립이 존재하기 때문에, 단결정 반도체 기판에 비해 균일한 텍스처링 구조물을 얻기 어려움을 가지고 있다. 이 때문에 종래 다결정 반도체 기판에서는 단결정 반도체 기판과 달리 기판의 방향성에 의존하지 않는 등방성 식각이 이용되었다. 그 방법으로 산(Acid)을 이용한 습식 화학 식각, RIE(reaction ion etching)등이 있으나, 단가가 비싸고 양산 적용이 어려운 RIE보다 산을 이용한 습식 화학 식각이 주로 적용되었다. 하지만 산을 이용한 습식 화학 식각 또한 표면의 균일성과 두께 조절의 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 균일하고 낮은 반사율을 가지며, 양산 가능한 텍스처링 구조의 태양전지를 제조하여 낮은 반사율로 인한 효율 향상에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1도전형의 반도체 기판 표면에 보호막을 증착하는 단계, 상기 보호막을 기계적으로 패터닝하는 단계, 화학 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 표면을 등방성 식각하는 단계, 상기 반도체 기판 표면에 남아 있는 보호막을 제거하는 단계, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계, 상기 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면 전극을 형성하는 단계 및 상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 보호막을 패터닝하는 단계는, 상기 반도체 기판 표면의 보호막을 선택적으로 제거하는 방식으로 패터닝하는 것일 수 있다. 상기 보호막을 패터닝하는 단계는, 다이아몬드 블레이드를 이용하여 상기 보호막을 패터닝할 수 있다.
상기 등방성 식각 단계는, 상기 보호막이 있는 부분은 식각되지 않고, 패터닝된 부분이 선택적으로 식각되면서 균일한 텍스처링 구조물을 형성하는 것일 수 있다.
상기 등방성 식각 단계는, 강산 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 표면을 등방성 식각하는 것일 수 있다. 이때, 상기 강산 용액은 HNO3, HF 또는 CH3COOH 용액일 수 있다.
본 발명에 의하면 태양전지 제조시에 균일하고 낮은 반사율을 갖는 텍스처링 구조를 반도체 기판 표면에 형성할 수 있으므로, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판(210) 표면에 보호막(10)을 형성하고 기계적으로 패터닝(20)을 형성한 상태를 위에서 바라본 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 태양전지 제조 방법은 제1도전형의 반도체 기판(210) 표면에 보호막을 증착한다. 그리고, 보호막(10)을 패터닝(20)한다.
본 발명의 일 실시예에서 반도체 기판(210) 표면의 보호막(10)을 선택적으로 제거하는 방식으로 패터닝할 수 있으며, 다이아몬드 블레이드를 이용하여 기계적으로 보호막(10)을 패터닝할 수 있다.
다음, 화학 용액을 이용하여 반도체 기판(210) 표면을 등방성 식각한다. 그리고, 반도체 기판(210) 표면에 남아 있는 보호막을 제거한다. 본 발명의 일 실시예에서 화학 용액을 이용하여 반도체 기판(210) 표면을 등방성 식각함에 있어서, 보호막(10)이 있는 부분은 식각되지 않고, 패터닝(20)된 부분이 선택적으로 식각되면서 균일한 텍스처링 구조물을 형성하게 된다.
본 발명에서 강산 용액을 이용하여 반도체 기판(210) 표면을 등방성 식각하는 것이 바람직하다. 이때, 강산 용액은 HNO3, HF 또는 CH3COOH 용액일 수 있다.
도 3은 도 2의 반도체 기판(210)을 화학용액을 이용하여 등방성 식각한 후, 보호막(10)을 제거하여 결과적으로 텍스처링된 표면(30)이 형성된 반도체 기판(210)을 도시하고 있다.
다음, 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 반도체 기판(210) 전면에 주입하여 에미터층(220)을 형성한다. 본 발명에서 에미터층(220)은 반도체 기판(210)과 함께 p-n 접합을 형성하게 된다.
다음, 에미터층 상에 반사방지막(230)을 형성한다.
그리고, 반사방지막(230)의 일부 영역을 관통하여 에미터층(220)에 연결되도록 전면 전극(240)을 형성한다.
마지막으로, 전면전극(240)이 형성된 면과 반대면인 반도체 기판(210)의 후면에 후면 전극(250)을 형성한다.
본 발명에서 전면전극(240) 및 후면전극(250)은 인쇄법(Printing)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에서 전면전극(240)을 형성하는 단계와, 후면전극(250)을 형성하는 단계는 그 순서를 바꾸어도 무방하다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
210 반도체 기판 220 에미터층
230 반사방지막 240 전면전극
250 후면전극

Claims (7)

  1. 제1도전형의 반도체 기판 표면에 보호막을 증착하는 단계;
    상기 보호막을 기계적으로 패터닝하는 단계;
    화학 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 표면을 등방성 식각하는 단계;
    상기 반도체 기판 표면에 남아 있는 보호막을 제거하는 단계;
    상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계;
    상기 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계;
    상기 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호막을 패터닝하는 단계는,
    상기 반도체 기판 표면의 보호막을 선택적으로 제거하는 방식으로 패터닝하는 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호막을 패터닝하는 단계는,
    다이아몬드 블레이드를 이용하여 상기 보호막을 패터닝하는 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 등방성 식각 단계는,
    상기 보호막이 있는 부분은 식각되지 않고, 패터닝된 부분이 선택적으로 식각되면서 균일한 텍스처링 구조물을 형성하는 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 등방성 식각 단계는, 강산 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 표면을 등방성 식각하는 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강산 용액은 HNO3, HF 또는 CH3COOH 용액인 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법을 이용하여 제조된 태양전지.
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