KR101188486B1 - 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극에 대한 국부적 레이저 조사를 통해 전극의 조직 치밀도를 향상시켜 전기적 특성을 개선할 수 있는 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판 상에 진성층, 제 2 도전형의 비정질 실리콘층 및 투명전도산화막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 투명전도산화막 상에 전극을 형성하는 단계 및 상기 전극에 레이저를 조사하여 상기 전극의 조직을 재배열하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극에 대한 국부적 레이저 조사를 통해 전극의 조직 치밀도 및 투명전도산화막과의 계면접합 특성을 향상시켜 전기적 특성을 개선할 수 있는 이종접합형 태양전지의 전극 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 실리콘 기판 내부에 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, 태양전지의 광전변환효율을 극대화하기 위한 조건 중 하나는 전자, 정공의 재결합율을 최소화하는 것이다. 일반적으로, 태양전지는 p형 실리콘기판 상에 n형 반도체층이 형성된 구조를 이루고, n형 반도체층은 n형 불순물 이온이 기판에 주입되어 형성된 것인데, 전하가 이동 중에 n형 반도체층의 침입형 사이트(interstitial sites) 또는 대체형 사이트(substitutional sites)에 포집되어 재결합되는 경우가 발생하며, 이는 태양전지의 광전변환효율에 악영향을 끼친다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 진성층(intrinsic layer)을 구비시키는 이른바, 이종접합형(hetero-junction) 태양전지가 제시되었으며 이를 통해 캐리어(carrier)의 재결합율을 저하시킬 수 있다.
한편, 이종접합형 태양전지에 있어서 진성층 상에 비정질 반도체층(a-Si:H)이 구비되는데, 비정질 반도체층의 낮은 전기전도도를 보완하기 위해 비정질 반도체층 상에 투명전도산화막(TCO, transparent conductive oxide)이 보조전극으로서 구비된다. 또한, 상기 투명전도산화막 상에 외부회로와 연결되는 금속전극이 구비되며, 상기 금속전극은 통상 금속 페이스트(paste)를 투명전도산화막 상에 스크린 인쇄한 후 소성하여 형성한다.
이 때, 상기 금속전극의 소성시 비정질 실리콘 박막층의 물성이 고온에 의해 열화되는 것을 방지하기 위해 300 ℃ 이하의 저온에서 진행되어야 한다. 이에, 사용되는 금속 페이스트의 점성, 가소성 등을 제어하기 위해 금속 페이스트 내에는 도전성 고분자가 첨가되는데, 상기 도전성 고분자로 인해 금속전극의 비저항이 높아지고 금속전극과 리본 사이의 접착특성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 금속 페이스트가 소성된 금속전극은 낮은 소성온도로 인해 조직의 치밀도가 떨어져 전기적 특성이 저하된다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전극에 대한 국부적 레이저 조사를 통해 전극의 조직 치밀도 및 투명전도산화막과의 계면접합 특성을 향상시켜 전기적 특성을 개선할 수 있는 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판 상에 진성층, 제 2 도전형의 비정질 실리콘층 및 투명전도산화막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 투명전도산화막 상에 전극을 형성하는 단계 및 상기 전극에 레이저를 조사하여 상기 전극의 조직을 재배열하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 투명전도산화막 상에 전극을 형성하는 단계는, 상기 투명전도산화막 상에 도전성 페이스트를 도포하는 과정과, 200～300℃의 온도에서 상기 도전성 페이스트를 소성하여 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
저온 소성을 통해 형성된 전극에 레이저를 조사함으로써, 전극의 조직을 치밀화하고 전기적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 및 도 2a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(201)을 준비하고(S101), 상기 기판(201) 상에 진성층(202)(intrinsic layer)과 비정질 반도체층(a-Si:H)을 순차적으로 적층한다. 상기 진성층(202)은 상기 비정질 반도체층과 마찬가지로 비정질 실리콘층(203)으로 구성되며, 상기 비정질 반도체층에는 제 2 도전형의 불순물 이온이 도핑되어 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이다.
이어, 상기 비정질 반도체층 상에 투명전도산화막(204)(transparent conductive oxide)을 적층한다(S102). 상기 투명전도산화막(204)은 ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), In2O3 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 투명전도산화막(204)이 적층된 상태에서, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 투명전도산화막(204) 상에 전극(205)을 형성한다. 구체적으로, 전극(205)이 형성될 영역에 상응하는 투명전도산화막(204) 상에 도전성 페이스트를 도포(S103)한 다음, 일정 온도 하에서 소성(firing) 공정을 진행하여 전극(205)을 형성한다(S104). 이 때, 소성 공정은 상기 진성층(202) 및 비정질 실리콘층(203)이 열화되는 것을 방지하기 위해 200～300 ℃ 이하의 저온에서 진행되는 것이 바람직하다. 한편, 이와 같이 300 ℃ 이하의 저온에서 소성 공정이 진행됨에 따라, 전극(205)의 조직 내에 공극(206)(cavity)이 구비되어 조직 치밀도가 떨어지며, 이와 같은 공극(206)은 전기적 특성을 저하시키는 요인으로 작용한다.
공극(206)으로 인한 전극(205)의 전기적 특성 저하를 방지하기 위해, 본 발명에서는 레이저 조사를 통한 전극(205) 재배열 공정을 제시한다. 구체적으로, 상기 전극(205)이 형성된 상태에서, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 전극(205)에 레이저를 조사하여 전극(205)을 가열함으로써 전극(205) 내의 금속이 재배열되어 치밀화되도록 유도한다(S105). 이를 통해, 전극(205) 내의 공극(206)이 최소화되며 이에 따라, 전극(205) 자체의 저항 및 전극(205)과 투명전도산화막(204) 사이의 접촉 저항이 개선된다.
201 : 기판 202 : 진성층
203 : 비정질 실리콘층 204 : 투명전도산화막
205 : 전극 206 : 공극
203 : 비정질 실리콘층 204 : 투명전도산화막
205 : 전극 206 : 공극
Claims (2)
- 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판 상에 진성층, 제 2 도전형의 비정질 실리콘층 및 투명전도산화막을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 투명전도산화막 상에 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전극에 레이저를 조사하여 상기 전극의 조직을 재배열하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 투명전도산화막 상에 전극을 형성하는 단계는,
상기 투명전도산화막 상에 도전성 페이스트를 도포하는 과정과,
200～300℃의 온도에서 상기 도전성 페이스트를 소성하여 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지의 전극 제조방법. - 삭제
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