KR101137068B1 - 후면전극형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 후면부에 p+ 영역과 n+ 영역을 형성함에 있어 포토리소그래피 공정을 회피하여 공정 횟수를 최소화할 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 기판 후면에 p형 에미터 영역(p+)을 형성함과 함께 상기 p형 에미터 영역(p+) 상에 BSG막을 형성하는 단계와, 열확산 공정을 통해 후면전계층(n+) 및 전면전계층(n+)을 동시에 형성함과 함께 후면전계층(n+) 및 전면전계층(n+) 상에 각각 PSG막을 형성하는 단계 및 상기 기판 후면의 PSG막에 레이저를 조사하여 상기 PSG막 내의 인(P) 이온이 상기 후면전계층(n+)으로 확산되도록 하여 상기 후면전계층(n+)을 고농도 후면전계층(n++)으로 전환시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 후면부에 p+ 영역과 n+ 영역을 형성함에 있어 포토리소그래피 공정을 회피하여 공정 횟수를 최소화할 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는데, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다. 이와 같이 수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다. 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 미국등록특허 7,339,110호에 제시된 후면전극형 태양전지의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 실리콘 기판의 후면부에 p형 불순물 이온이 주입된 영역인 p+ 영역과 n형 불순물 이온이 열확산에 의해 주입된 영역인 n+ 영역이 구비되고, p+ 영역과 n+ 영역 상에 서로 맞물린 형태(interdigitated)의 금속전극(50)(52)이 구비된 구조를 이룬다.
한편, 미국등록특허 7,339,110호에 개시된 후면전극형 태양전지의 제조방법을 살펴보면, p+ 영역과 n+ 영역을 형성하기 위해 각각 열확산 공정을 수행하며, 각각의 열확산 공정에 의해 생성된 산화막을 제거해야 한다. 이 때, n+ 영역 형성을 위한 열확산 공정 진행시, n+ 영역을 한정하기 위해 p+ 영역 형성시 생성된 산화막을 선택적으로 패터닝해야 하는 공정이 추가된다.
이와 같이 종래의 후면전극형 태양전지의 제조방법은 2번의 열확산 공정이 반드시 요구되며, 산화막 패터닝 및 식각 마스크 패터닝 등을 위해 적어도 4회 이상의 포토리소그래피 공정 및 식각공정이 요구되는 등 공정이 매우 복잡하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 기판 후면부에 p+ 영역과 n+ 영역을 형성함에 있어 포토리소그래피 공정을 회피하여 공정 횟수를 최소화할 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 기판 후면의 일정 영역 상에 p형 불순물 이온을 포함한 페이스트를 선택적으로 인쇄하는 단계와, 상기 기판을 열처리하여 기판 후면에 p형 에미터 영역(p+)을 형성함과 함께 상기 p형 에미터 영역(p+) 상에 BSG막을 형성하는 단계와, 상기 기판의 일정 영역 상에 n형 불순물 이온을 포함한 페이스트를 선택적으로 인쇄하는 단계와, 상기 기판을 열처리하여 기판 후면에 고농도 후면전계층(n++)을 형성함과 함께 상기 고농도 후면전계층(n++) 상에 PSG막을 형성하는 단계 및 열확산 공정을 통해 상기 기판 전면의 내부에 전면전계층(n+)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 고농도 후면전계층(n++)의 형성 후, 잔존하는 BSG막 및 PSG막을 제거하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 고농도 후면전계층(n++) 및 p형 에미터 영역(p+) 상에 각각 도전성 물질을 스크린 인쇄하고, 소성 공정을 적용하여 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
p형 에미터 영역, 전면전계층 및 고농도 후면전계층의 형성시 포토리소그래피 공정이 요구되지 않음에 따라, 단위 공정의 수를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 미국등록특허 7,339,110호에 제시된 후면전극형 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201), 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 표면에 요철(302)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 방법 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 표면의 요철(302)구조는 수광면 즉, 전면에만 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형이고, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 n형인 것을 기준으로 한다.
텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이 p+ 에미터 영역(p+)(304)이 형성될 부위에 상응하는 기판(301) 후면 상에 p형 불순물 이온(예를 들어, 붕소(B) 이온)을 포함하는 페이스트(paste)(303)를 인쇄한다(S203). 그런 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이 열처리 공정을 진행하여 상기 페이스트(303)의 p형 불순물 이온이 기판(301) 내부로 확산되도록 하여 p+ 에미터 영역(p+)(304)을 형성한다(S204). 이 때, 상기 열처리 공정으로 인해 p+ 에미터 영역(p+)(304)이 형성된 기판(301) 후면 상에는 붕소(B)와 실리콘(Si) 등이 반응한 BSG(boro-silicate glass)막(305) 등의 확산 부산물층이 형성되며, 그 이외의 기판(301) 후면 상에는 실리콘 산화막 등의 자연산화막(306)(native oxide)이 형성된다. 또한, 상기 BSG막(305)은 페이스트가 실리콘 기판(301)과 반응하여 형성된 것임에 따라, 자연산화막(306)에 대비하여 그 두께가 월등히 크며, 상기 BSG막(305)과 자연산화막(306)의 두께는 5~10 : 1의 비로 설계하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상태에서, 도 3d에 도시한 바와 같이 습식 식각을 통해 상기 자연산화막(306)을 제거한다(S205). 전술한 바와 같이 BSG막(305)의 두께가 자연산화막(306)의 두께보다 월등히 큼에 따라, 습식 에천트를 이용하여 BSG막(305)과 자연산화막(306)을 동시에 식각하더라도 BSG막(305)의 일부 두께가 식각된 상태에서 자연산화막(306)을 모두 식각, 제거할 수 있다. 따라서, 상기 자연산화막(306) 제거 공정은 별도의 포토리소그래피 공정이 적용되지 않는다.
상기 자연산화막(306)을 제거한 상태 즉, p형 에미터 영역(p+) 상에 BSG막(305)이 잔존한 상태에서, 도 3e에 도시한 바와 같이 자연산화막이 제거된 기판 후면의 표면 상에 고농도의 n형 불순물 이온(예를 들어, 인(P) 이온)을 포함하는 페이스트(도시하지 않음)를 인쇄한다(S206). 그런 다음, 열처리 공정을 진행하여 상기 페이스트의 n형 불순물 이온이 기판(301) 내부로 확산되도록 하여 고농도 후면전계층(n++)(307)을 형성한다(S207). 이 때, 상기 열처리 공정으로 인해 고농도 후면전계층(n++)(307)이 형성된 기판(301) 후면 상에는 인(P)과 실리콘(Si) 등이 반응한 PSG(phosphor-silicate glass)막(308)과 같은 확산 부산물층이 형성된다.
상기 기판 후면에 p형 에미터 영역(p+)(304)과 고농도 후면전계층(n++)(307)이 형성된 상태에서, 도 3f에 도시한 바와 같이 열확산 공정을 실시하여 기판 전면의 내부에 전면전계층(n+)(309)을 형성한다(S208). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 1 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 기판(301) 내부로 확산(diffusion)되도록 한다. 이에 따라, 기판(301) 전면 내부에는 n형 불순물 이온의 확산에 따라 전면전계층(n+)(309)이 형성된다. 이 때, 상기 기판 후면 상에는 BSG막(305) 및 PSG막(308)이 구비됨에 따라, n형 불순물 이온이 기판 후면 내부로 확산되지 않는다. 한편, 상기 전면전계층(n+)(309) 상에는 확산 부산물층인 PSG(phosphor-silicate glass)막(310)이 형성된다.
상기 전면전계층(n+)(39)의 형성이 완료된 상태에서, 불산(HF) 등의 식각용액을 이용하여 잔존하는 확산 부산물층 즉, PSG막(308)(310) 및 BSG막(305)을 제거한다(도 3g 참조). 그런 다음, 상기 기판(301) 전면 상에 반사방지막(311)을 형성한다(도 3h 참조). 상기 반사방지막(312)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다. 이어, 상기 기판(301) 후면의 p형 에미터 영역(p+)(304) 및 고농도 후면전계층(n++)(37) 상에 도전성 물질을 스크린 인쇄법 등을 통해 도포한 후, 소성 공정(fast firing furnace)을 진행하면 도 3i에 도시한 바와 같이 n 전극(312)과 p 전극(313)이 형성되며(S209), 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 완료된다.
301 : 실리콘 기판 302 : 요철
303 : 페이스트 304 : p형 에미터 영역(p+)
305 : BSG막 306 : 자연산화막
307 : 고농도 후면전계층(n+) 308, 310 : PSG막
309 : 전면전계층(n+) 311 : 반사방지막
312 : n 전극 313 : p 전극
303 : 페이스트 304 : p형 에미터 영역(p+)
305 : BSG막 306 : 자연산화막
307 : 고농도 후면전계층(n+) 308, 310 : PSG막
309 : 전면전계층(n+) 311 : 반사방지막
312 : n 전극 313 : p 전극
Claims (2)
- n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 후면의 p형 에미터 영역(p+)이 형성될 영역 상에 p형 불순물 이온을 포함한 페이스트를 선택적으로 인쇄하는 단계;
상기 기판을 열처리하여 기판 후면에 p형 에미터 영역(p+)을 형성함과 함께 상기 p형 에미터 영역(p+) 상에 BSG막을 형성하는 단계;
상기 기판 후면의 고농도 후면전계층(n++)이 형성될 영역 상에 n형 불순물 이온을 포함한 페이스트를 선택적으로 인쇄하는 단계;
상기 기판을 열처리하여 기판 후면에 고농도 후면전계층(n++)을 형성함과 함께 상기 고농도 후면전계층(n++) 상에 PSG막을 형성하는 단계;
열확산 공정을 통해 상기 기판 전면의 내부에 전면전계층(n+)을 형성하는 단계;
상기 기판 후면의 BSP막, PSG막 및 상기 열확산 공정에 의해 기판 전면에 형성된 확산 부산물층을 제거하는 단계;
상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 고농도 후면전계층(n++) 및 p형 에미터 영역(p+) 상에 각각 도전성 물질을 스크린 인쇄하고, 소성 공정을 적용하여 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 열확산 공정에 의한 전면전계층(n+) 형성시, 상기 기판 후면에 형성된 상기 BSG막 및 PSG막은 n형 불순물 이온이 기판 후면으로 확산되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 후면전극형 태양전지의 제조방법.
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KR1020100064309A KR101137068B1 (ko) | 2010-07-05 | 2010-07-05 | 후면전극형 태양전지의 제조방법 |
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2010
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Patent Citations (2)
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