KR101155192B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계와, 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계 및 상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 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, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 둘레에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다.
이와 함께, 상기 후면전극(105)과 접하는 기판 내부에는 p형 후면전계층(106)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)과 p형 후면전계층(106)의 전기적 절연을 위해 기판의 일측에는 아이솔레이션용 트렌치(107)가 구비된다. 상기 아이솔레이션용 트렌치(107)는 통상, 레이저 등을 이용하여 형성한다.
한편, 태양전지의 광전변환 효율이 향상되기 위해서는 p형 반도체층과 n형 반도체층에서의 캐리어(carrier) 수집률이 높아져야 한다. 이를 위해, p형 반도체층의 후면에 후면전계층(BSF, back surface field)(108)을 형성하고 있으며, 상기 후면전계층은 p형 반도체층의 후면에 전계를 유도하여 캐리어의 수집률을 향상시키는 역할을 한다.
이와 같은 후면전계층의 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다. 통상, p형의 결정질 실리콘 기판의 후면 상에 알루미늄(Al) 페이스트를 도포한 후, 일정 온도 하에서 열처리하여 알루미늄이 기판 내부로 확산되도록 함으로써 확산된 두께만큼의 후면전계층을 형성할 수 있다. 한편, 알루미늄 페이스트의 도포 두께가 두꺼워질수록 후면전계층의 효과 및 도포 효율이 향상되나, 열변형에 의해 기판 자체가 휘어지는 현상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계와, 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계 및 상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 기판의 전면에 형성하는 것이 바람직하다. 상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계는, 습식식각을 통해 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 공정과, 상기 기판 후면을 CMP 공정을 통해 평탄화하는 공정을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 패턴 마스크층은 절연물질로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
후면전극 및 후면전계층이 일정 간격을 두고 형성됨에 따라, 후면전극 및 후면전계층에 의해 기판이 휘어지는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 페이스트의 도포 두께를 높여 도포 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 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, 습식식각방법 또는 반응성이온식각(reactive ion etching) 등의 건식식각방법을 이용하여 진행할 수 있다. 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형이고, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
상기 표면의 요철(302)구조는 수광면 즉, 전면에만 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 후면 요철(302)로 인해 응력이 유도되어 기판(301)이 휘어지는 현상이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 습식식각방법을 이용하여 텍스쳐링을 하는 경우, 기판(301) 전면뿐만 아니라 후면에도 요철(302)이 형성되는데, 이 경우 후면의 요철(302)은 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 통해 평탄화한다.
이와 같은 상태에서, 확산공정을 실시하여 n형 반도체층(303)을 형성한다(S203). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산(diffusion)되도록 한다. 이를 통해, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)의 둘레를 따라 일정 깊이로 n형 반도체층(303)이 형성된다.
n형 반도체층(303)이 형성된 상태에서, 도 3c에 도시한 바와 같이 기판(301) 후면 상에 국부적 후면전계층(p+)(307) 형성을 위한 패턴 마스크층(304)을 형성한다(S204). 상기 패턴 마스크층(304)은 기판(301) 후면을 선택적으로 노출시켜 후속의 금속 페이스트(305) 도포시 금속 페이스트(305)가 기판(301) 후면 상에 일정 간격으로 도포되는 것을 유도하는 역할을 하며, 캐리어의 재결합을 방지하기 위해 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 패턴 마스크층(304)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등의 절연물질을 기판(301) 후면의 전면 상에 적층한 다음, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다.
상기 패턴 마스크층(304)이 형성된 상태에서, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 패턴 마스크층(304)에 의해 노출된 기판(301) 후면 상에 알루미늄 페이스트(305)를 도포한다(S205). 이에 따라, 패턴 마스크층(304) 사이에 알루미늄 페이스트(305)가 구비된 구조를 갖게된다. 그런 다음, 일정 온도에서 기판(301)을 소성(firing)하면 도 3e에 도시한 바와 같이 알루미늄이 기판(301) 후면 내부로 확산되어 후면전계층(p+)(307)(BSF)이 형성됨과 함께 기판(301) 후면 상에는 후면전극(306)이 형성된다(S206).
후면전극(306) 및 후면전계층(p+)(307)이 완성된 상태에서, 상기 패턴 마스크층(304)을 식각, 제거하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 완료된다. 한편, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 후면전극(306) 및 후면전계층(p+)(307)의 형성 전에 기판(301) 전면 상에 반사방지막 및 전면전극을 미리 형성할 수도 있다.
301 : 기판 302 : 요철
303 : 반도체층 304 : 패턴 마스크층
305 : 알루미늄 페이스트 306 : 후면전극
307 : 후면전계층
303 : 반도체층 304 : 패턴 마스크층
305 : 알루미늄 페이스트 306 : 후면전극
307 : 후면전계층
Claims (4)
- 텍스쳐링 공정을 통해 p형 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계;
기판 내부에 일정 깊이로 n형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계;
상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계; 및
상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계는,
습식식각을 통해 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 공정과,
상기 기판 후면을 CMP 공정을 통해 평탄화하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 요철은 기판의 전면에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 마스크층은 절연물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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