KR101198430B1 - 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 전후면에 수광 부위를 형성하되, 기판의 전면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 전극을 형성하고, 기판의 후면 수광 부위에 국부적으로 베이스 및 전극을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상하부면에 전면전극 및 후면전극을 구비한 제1도전형의 기판을 포함하며, 상기 기판의 상층부에 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고, 상기 전면전극이 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되며, 상기 기판의 하층부에 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고, 상기 후면전극이 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되는 것을 특징으로 함으로써, 기판의 수광 부위를 증가시켜 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수하여 태양광 흡수량을 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판의 수광 부위에 국부적으로 전극을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 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, 태양전지에 태양광이 입사되어 태양전지 내부에 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 베이스층인 제1도전형 반도체층(11) 위에 에미터층인 제2도전형 반도체층(12)이 적층되며, 제2도전형 반도체층(12)의 상부면에 핑거 바 또는 버스 바 등의 패턴을 가진 전면전극(14)이 형성되고 제1도전형 반도체층(11)의 하부면에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다.
이때, 제1도전형 반도체층(11) 및 제2도전형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 제1도전형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 제2도전형 반도체층(12)으로 구분되며, 제1도전형 반도체층(11)의 하부에는 전체적으로 후면 전계 형성을 위한 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)이 구비되고, 상부면에 전면전극(14)이 형성된 제2도전형 반도체층(12)에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)이 선택적으로 구비된다.
여기서, 제1도전형 반도체층(11)의 하부에 전체적으로 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)은 제1도전형 반도체층(11)에 비해 높은 에너지 장벽을 가진 후면 전계를 형성하기 때문에, 추후 제1도전형 반도체층(11) 내에서 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)가 후면전극(15)으로 이동하는 것을 차단하는 역할을 수행하게 된다.
이러한, 기판형 실리콘계 태양전지의 일반적인 제조 과정을 살펴보면, 먼저 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링, 제2도전형의 불순물 이온 주입(Doping)?확산(Diffusion)을 통한 제2도전형 반도체층(12) 형성, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다.
한편, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 이전에는, 확산 공정에 의해 기판(10) 표면에 형성된 PSG(Phosphorus Silicate Glass)막 또는 BSG(Boron Silicate Glass)막 등의 불순물을 포함한 불순물 산화막을 제거하는 세정 공정 및 제2도전형 반도체층(12) 위에 반사방지막(13)을 형성하는 공정 등을 진행하고, 실리콘 기판(10)의 표면과 전면전극(14) 간의 접촉 저항을 감소시키기 위하여 전면전극(14)이 형성될 부위에 해당하는 제2도전형 반도체층(12)에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2), 즉 에미터를 선택적으로 형성하게 된다.
아울러, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 이후에는, 소성 공정을 통해 제1도전형 반도체층(11)의 하부에 전체적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)을 형성하고, 레이저를 이용하여 기판 전면의 둘레를 따라 일정 깊이의 단선용 트렌치를 형성하는 절연 공정을 진행하게 된다.
이는, 제2도전형 반도체층(12) 형성시, 제2도전형 불순물 이온이 포함된 용액에 실리콘 기판(10)을 담그고 후속으로 열처리 공정을 수행하여, 제2도전형 불순물 이온을 실리콘 기판(10) 내에 확산시키는 방식으로 진행되기 때문에, 실리콘 기판(10)의 상부 이외에 측부에도 제2도전형 반도체층이 형성되는데, 이와 같이 기판의 측부에 형성된 제2도전형 반도체층은 전면전극(14)과 후면전극(15)을 단락(short)시켜 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키는 요인으로 작용하므로, 실리콘 기판(10)의 측부에 형성된 제2도전형 반도체층에 의한 전면전극(14)과 후면전극(15) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 필요가 있기 때문이다.
이와 같은 일반적인 태양전지에서의 광 발전시 소수 운송자(1)의 이동 과정을 살펴보면, 예컨대 제1도전형이 p형, 제2도전형이 n형인 경우, 태양광이 입사됨에 따라 제1도전형 반도체층(11) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)인 전자는 제2도전형 반도체층(12), 즉 에미터층이 형성되어 있는 실리콘 기판(10)의 전면 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 다수 운송자(2)인 정공은 실리콘 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하게 된다.
이러한 일반적인 태양전지에는 깊이 방향에 따른 불순물 도핑 농도가 상부에서 가장 높고 하부쪽으로 내려갈수록 감소하는 특성을 보이며, 이에 따라 에너지 밴드 구조상 전도대(Conduction Band)가 상부쪽으로 갈수록 낮아지는 특성을 갖는 제2도전형 반도체층(12), 즉 에미터층이 실리콘 기판(10)의 수광면 전체에 형성되어 있으므로, 에미터층의 깊이 방향 에너지 밴드 구조에 의해, 제1도전형 반도체층(11)에서 광생성된 소수 운송자가 에미터층을 따라 이동하되, 특히 반사방지막(13)에 근접한 에미터층의 상부, 즉 실리콘 기판(10)의 표면을 따라 이동하다가 전면전극(14)으로 포집되게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 태양전지는 소수 운송자(1)의 이동 경로인 실리콘 기판(10)의 표면 부위가 결정 결함 및 불순물 등이 다수 존재하는 결함 밀도가 높은 부위이기 때문에, 소수 운송자(1)가 전면전극(14)으로 포집되기 전에 재결합하여 쉽게 소실될 우려가 있다.
더욱이, 종래의 태양전지는 100㎛ 내지 140㎛ 이내의 큰 선폭(W)을 가지는 전면전극(14)을 실리콘 기판(10)의 전면, 즉 수광면에 형성해야 하기 때문에, 수광율 유지를 위한 충분한 면적의 수광면을 확보하기 위해 전면전극(14) 간의 간격(d)이 1800㎛ 내지 2300㎛ 이내로 매우 크게 형성되어, 제1도전형 반도체층(11)에서 광생성된 소수 운송자(1)의 전면전극(14)까지 이동 거리가 길어지게 되므로, 소수 운송자(1)가 전면전극(14)으로 포집되기 전에 재결합하여 쉽게 소실될 우려가 있다.
즉, 종래의 태양전지는 그 구조상, 광생성된 소수 운송자(1)의 재결합율이 높아 광전 변환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양전지는 그 구조상, 기판(10)의 후면에 전체적으로 금속성의 후면전극(15)이 형성되어 있어, 제조 원가가 높고, 지표면에서 반사되는 태양광의 경우에는 전혀 흡수할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양전지는 제조시, 산화막 제거를 위한 세정 공정 및 단선용 트렌치를 형성하는 절연 공정 등의 복잡한 공정 절차가 필요함에 따라, 제조 기간 및 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 전후면에 수광 부위를 형성하되, 기판의 전면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 전극을 형성하고, 기판의 후면 수광 부위에 국부적으로 베이스 및 전극을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 상하부면에 전면전극 및 후면전극을 구비한 제1도전형의 기판을 포함하며, 상기 기판의 상층부에 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고, 상기 전면전극이 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되며, 상기 기판의 하층부에 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고, 상기 후면전극이 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기판의 상하부면에는 상기 전면전극 및 상기 후면전극이 형성된 부위를 제외하고 패시베이션층(Passivation)이 형성되며, 상기 패시베이션층 위에는 반사방지막(ARC: Anti-Reflective Coating)이 적층되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 전면전극 및 상기 후면전극은 각각 상기 기판과 직접 접촉되는 하층부에 시드층을 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 전면전극 및 후면전극은 핑거 라인 형태의 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 전면전극은 20㎛ 내지 40㎛의 선폭으로 형성되며, 450㎛ 내지 2300㎛의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법은, 제1도전형의 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판의 상층부에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계와; 상기 기판의 하층부에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계와; 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 상부에 금속 물질을 도포하는 단계와; 소성 공정을 진행하여 상기 기판의 전후면에 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계는, 불순물 페이스트를 소스로 한 확산 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계는, 상기 기판의 전면에 제2도전형의 불순물 페이스트를 국부적으로 패터닝하는 단계와; 상기 기판의 후면에 제1도전형의 불순물 페이스트를 국부적으로 패터닝하는 단계와; 상기 제2도전형의 불순물 페이스트 및 상기 제1도전형의 불순물 페이스트에 함유된 불순물이 상기 기판 내부로 확산하도록 열처리 공정을 시행하는 단계와; 상기 열처리 공정에 의해 상기 제2도전형의 불순물 페이스트 및 상기 제1도전형의 불순물 페이스트가 패터닝된 부위를 제외한 상기 기판의 표면에 패시베이션층이 형성되는 단계와; 상기 기판의 전후면에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법은, 제1도전형의 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판의 표면에 패시베이션층을 형성하는 단계와; 상기 기판의 전면에 반사방지막을 형성하는 단계와; 레이져 도핑 방식을 통해 상기 기판의 전후면에 형성된 반사방지막 및 패시베이션층을 국부적으로 제거하며, 상기 기판의 상층부에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 노출시켜 형성하고, 상기 기판의 하층부에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 노출시켜 형성하는 단계와; 도금 공정을 진행하여 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 노출 부위에 접촉하도록 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전극을 형성하는 단계는, 비저항을 낮추어 주는 시드층(Seed Layer)을 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 직접 접촉하도록 증착시키고, 상기 시드층 위에 금속 도금하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판을 준비하는 단계에서는, 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정 및 텍스쳐링 공정을 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 의하면, 기판의 전후면에 수광 부위를 형성함으로써, 기판의 수광 부위를 증가시켜 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수하여 태양광 흡수량을 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 의하면, 기판의 전면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 전극을 형성함으로써, 광생성된 소수 운송자의 재결합율를 감소시켜 소수 운송자의 라이프 타임을 증가시킬 수 있고, 에미터에 접촉되어 소수 운송자를 포집하는 전극 간의 이격 거리 및 전극의 선폭을 감소시킬 수 있어, 수광면을 최대한 확보하면서 태양전지의 광전 변환 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 의하면, 기판의 후면 수광 부위에 국부적으로 베이스 및 전극을 형성함으로써, 기판의 전후면을 동일한 구조로 형성할 수 있어, 태양전지 제조 시의 고온 공정에 의한 휨(Bowing) 현상 발생이 줄어들며, 이로 인해 얇은 두께의 기판을 사용한 태양전지 제조 공정 시 기판의 파손율을 최소화시킬 수 있고, 기판의 후면에 전체적으로 금속성의 전극을 형성하지 않음에 따라 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 의하면, 산화막 제거를 위한 세정 공정이나 단선용 트렌치 형성을 위한 절연 공정 등을 수행할 필요가 없어, 공정 절차를 간소화하여 제조 기간을 단축시킬 수 있으며, 제조 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지는 상하부면에 전면전극(14) 및 후면전극(15)을 구비한 실리콘 재질의 제1도전형의 기판(10)을 포함하며, 이때 기판(10)의 상층부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)이 국부적으로 형성되며, 전면전극(14)이 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)에 접촉 형성된 구조를 가지고, 기판(10)의 하층부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)이 국부적으로 형성되며, 후면전극(15)이 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)에 접촉 형성된 구조를 가진다. 여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형, 제2도전형은 n형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
이때, 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)은 기판(10) 내에서 p-n 접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 이동을 가능케 하여 기판(10) 내부에서 전위차를 발생시킬 수 있으며, 금속성의 전면전극(14)과 기판(10)의 경계면의 접촉 저항을 감소시키는 역할을 수행하게 된다.
이러한, 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)은 기판(10) 내에 광생성된 소수 운송자의 이동 거리를 감소시켜 주기 위하여 좁은 간격(예를 들어, 450㎛ 내지 2300㎛ 정도)을 갖고 형성되되, 상부면에 접촉 형성될 전면전극(14)의 간격을 너무 좁게하면 전극에 의한 빛 가림 손실(Shading Loss)의 우려가 있으므로, 상부면에 접촉 형성될 전면전극(14)의 간격을 고려하여 적절한 폭(예를 들어, 20㎛ 내지 40㎛ 정도)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)은 기판(10)의 하층부에 형성되어 기판(10) 내에서 고저접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 후면쪽 이동을 방지함과 동시에, 후면전극(15)으로 포집되는 다수 운송자(2)의 이동을 수월하게 하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 기판(10)의 상하부면에는 전면전극(14) 및 후면전극(15)이 형성된 부위를 제외하고 유전 특성을 보유한 패시베이션층(Passivation)(20, 21)이 형성되고, 기판(10)의 상하부면에 형성된 패시베이션층(20, 21)의 표면에는 유전 특성을 보유한 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(AlO3), 티타늄 산화물(TiO2) 또는 실리콘 질화물(Si3N4) 등으로 구성된 반사방지막(ARC: Anti-Reflective Coating)(13)이 적층된다.
아울러, 전면전극(14)은 예컨대, 핑거 라인 형태 등의 패턴으로 형성될 수 있으며, 기판(10)의 상층부에 국부적으로 형성된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)의 형성 위치에 대응하도록 기판(10)의 상부에 형성되므로, 약 20㎛ 내지 40㎛ 정도의 선폭(W)으로 형성되되, 전극 간의 간격(d)은 약 450㎛ 내지 2300㎛ 정도가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에 따른 전면전극(14)은 선폭이 일반적인 태양전지에 비해 1/2 내지 1/4 정도의 크기를 가지므로, 일반적인 태양전지의 전면전극 간 간격에 비해 전극 간 간격을 1/2 내지 1/4 정도로 좁혀도 일반적인 태양전지의 수광면과 동일한 수준의 수광면을 확보할 수 있다.
한편, 후면전극(15)은 예컨대, 핑거 라인 형태 등의 패턴으로 형성될 수 있으며, 기판(10)의 하층부에 국부적으로 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)의 형성 위치에 대응하도록 기판(10)의 하부에 형성된다. 이때, 후면전극(15)은 약 20㎛ 내지 40㎛ 정도의 선폭(W')으로 형성되되, 전극 간의 간격(d')은 약 450㎛ 내지 2300㎛ 정도가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 실리콘 재질의 기판(10)을 준비한다(S100).
상기한 단계 S100에서는 기판(10)의 커팅 공정의 결과로 생성된 결함 부분을 제거하기 위하여 화학적 방식으로 기판(10)을 식각하는 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정을 진행하게 된다. 이때 식각 용액으로 수산화칼륨(KOH) 용액 등을 사용하여 기판(10)의 표면을 전체적으로 일정 깊이만큼 식각한 후, DIW(Deionized Water) 등을 사용하여 세정하는 것이 바람직하다.
아울러, 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정 이후에는, 산(Acid) 또는 알카리(Alkaline) 등을 이용한 습식 텍스쳐링 공정이나 건식 텍스쳐링 공정을 진행하게 된다. 이러한 텍스쳐링 공정에 의해 형성되는 기판(10)의 표면 요철 구조는 도면의 간략화를 위해 도 4 내지 도 9에 도시하지 않았다.
상기한 단계 S100을 통해 기판(10)이 준비된 상태에서, 전면전극(14)이 형성될 부위에 해당하는 기판(10)의 상층부에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)을 형성하고, 후면전극(14)이 형성될 부위에 해당하는 기판(10)의 하층부에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)을 형성한다(S110).
상기한 단계 S110에서는 불순물 이온 주입 공정이나 레이져 도핑 등을 수행할 수도 있으나, 본 발명에서는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2도전형의 불순물 페이스트(5) 및 제1도전형의 불순물 페이스트(6)를 소스로 한 확산 공정을 수행한다. 이때 확산 방지막을 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있다.
즉, 상기한 단계 S110에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전면에 제2도전형의 불순물 페이스트(5)를 국부적으로 패터닝하고, 기판(10)의 후면에 제1도전형의 불순물 페이스트(6)를 국부적으로 패터닝한 다음, 제2도전형의 불순물 페이스트(5) 및 제1도전형의 불순물 페이스트(6)에 각각 함유된 불순물이 기판(10) 내부로 확산하도록 열처리 공정을 시행하여 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상층부에 국부적으로 헤비 도핑(Heavy Doping)된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)을 형성하고, 기판(10)의 하층부에 국부적으로 헤비 도핑(Heavy Doping)된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S110을 통해 기판(10)의 상층부에 형성된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)은 예컨대, n++ 영역으로 이루어지며, 기판(10)의 전면에서 전계를 형성하는 역할을 담당하고, 기판(10)의 하층부에 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)은 예컨대, p+ 영역으로 이루어지며, 기판(10)의 후면에서 전계를 형성하는 역할을 담당하게 된다.
한편, 상기한 단계 S110에서 확산 공정 시의 열처리에 의해, 제2도전형의 불순물 페이스트(5) 및 제1도전형의 불순물 페이스트(6)가 패터닝된 부위를 제외한 기판(10)의 표면, 즉 전후면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(20, 21)이 자연 형성된다(S120).
상기한 단계 S120 이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 화학기상증착 공정 등을 통해 기판(10)의 전후면에 반사방지막(13-1, 13-2)을 형성한다(S130).
상기한 단계 S130에서의 반사방지막(13-1, 13-2) 형성 시에는, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 반사방지막(13)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있는데, 일 예로 PECVD 공정을 통해 실리콘 질화막을 형성하는 것은, 원료가스인 SiH4와 NH3을 플라즈마 상태로 방전, 활성화시켜 실리콘 질화막을 생성시키는 방법을 통해 구현될 수 있다. 아울러, 반사방지막(13)은 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(AlO3) 또는 티타늄 산화물(TiO2) 등으로도 이루어질 수 있다.
상기한 단계 S130 다음에는, 스크린 프린팅 공정을 통해 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전후면에 전면전극(14) 및 후면전극(15)을 형성한다(S140).
상기한 단계 S140에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상층부에 형성된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)의 상부에 에 대응하는 반사방지막(13-1) 위에 은(Ag) 등으로 구성된 전면 금속 물질(14-1)을 도포하고, 기판(10)의 하층부에 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)의 상부에 대응하는 반사방지막(13-2) 위에 알루미늄(Al) 및 은(Ag) 등을 포함하는 후면 금속 물질(15-1)을 도포한 후, 소성 공정을 진행하게 된다.
전술한 단계 S100 내지 S140에 의해 최종적으로 도 2에 도시된 바와 같은 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지를 제조할 수 있다.
다르게는, 상기한 단계 S100을 통해 기판(10)이 준비된 상태에서, 열처리 공정을 수행하여 상기한 단계 S120을 수행한 후, 상기한 단계 S130을 수행하고, 그 다음으로 기판(10)의 전후면에 형성된 반사방지막(13-1, 13-2) 및 패시베이션층(20, 21)을 국부적으로 제거하면서 기판(10)의 상하층부에 국부적으로 불순물을 도핑시킬 수 있는 레이져 도핑 방식을 통해 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전면에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)을 노출시켜 형성하고, 기판(10)의 후면에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)을 노출시켜 형성한 후, 도금 공정을 진행하여 기판(10)의 상층부에 형성된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2)의 노출 부위에 접촉하도록 전면전극(14)을 형성하고, 기판(10)의 하층부에 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)의 노출 부위에 접촉하도록 후면전극(15)을 형성함으로써, 최종적으로 도 2에 도시된 바와 같은 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지를 제조할 수도 있다.
이때, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 시에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2) 및 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)의 노출 부위에 각각 직접 접촉하도록 금속 도금만을 시행하거나, 기판(10)과의 접촉시 비저항을 낮추어 주는 시드층(Seed Layer)(14-2, 15-2)을 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-2) 및 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역(10-1)의 노출 부위에 각각 직접 접촉하도록 증착시킨 후, 그 시드층(14-2, 15-2) 위에 금속 도금하여 전면전극(14) 및 후면전극(15)을 형성할 수 있다. 즉, 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 전면전극(14) 및 후면전극(15)은 각각 기판(10)과 직접 접촉되는 하층부에 시드층(14-2, 15-2)을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
1: 소수 운송자 2: 다수 운송자
5, 6: 불순물 페이스트 10: 기판
11: 제1도전형 반도체층 10-1: 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역
12: 제2도전형 반도체층 10-2: 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역
13, 13-1, 13-2: 반사방지막 14: 전면전극
14-1: 전면 금속 물질 14-2, 15-2: 시드층
15: 후면전극 15-1: 후면 금속 물질
20, 21: 패시베이션층
5, 6: 불순물 페이스트 10: 기판
11: 제1도전형 반도체층 10-1: 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역
12: 제2도전형 반도체층 10-2: 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역
13, 13-1, 13-2: 반사방지막 14: 전면전극
14-1: 전면 금속 물질 14-2, 15-2: 시드층
15: 후면전극 15-1: 후면 금속 물질
20, 21: 패시베이션층
Claims (11)
- 상하부면에 전면전극 및 후면전극을 구비한 제1도전형의 기판을 포함하며,
상기 기판의 상층부에 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고,
상기 전면전극이 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되며,
상기 기판의 하층부에 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 국부적으로 형성되고,
상기 후면전극이 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 접촉 형성되며,
상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은, 서로 간에 450㎛ 내지 2300㎛의 간격을 갖고 형성되며, 상기 전면전극의 간격을 고려하여 20㎛ 내지 40㎛의 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상하부면에는 상기 전면전극 및 상기 후면전극이 형성된 부위를 제외하고 패시베이션층(Passivation)이 형성되며,
상기 패시베이션층 위에는 반사방지막(ARC: Anti-Reflective Coating)이 적층되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전면전극 및 상기 후면전극은 각각 상기 기판과 직접 접촉되는 하층부에 시드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전면전극 및 후면전극은 핑거 라인 형태의 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제4항에 있어서,
상기 전면전극은 20㎛ 내지 40㎛의 선폭으로 형성되며, 450㎛ 내지 2300㎛의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제1도전형의 기판을 준비하는 단계와;
상기 기판의 상층부에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계와;
상기 기판의 하층부에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계와;
상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 상부에 금속 물질을 도포하는 단계와;
소성 공정을 진행하여 상기 기판의 전후면에 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계에서는, 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 간격을 450㎛ 내지 2300㎛로 형성하고, 상기 전면전극의 간격을 고려하여 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 폭을 20㎛ 내지 40㎛으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 제조 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계는,
불순물 페이스트를 소스로 한 확산 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 고농도 도핑 영역을 형성하는 단계는,
상기 기판의 전면에 제2도전형의 불순물 페이스트를 국부적으로 패터닝하는 단계와;
상기 기판의 후면에 제1도전형의 불순물 페이스트를 국부적으로 패터닝하는 단계와;
상기 제2도전형의 불순물 페이스트 및 상기 제1도전형의 불순물 페이스트에 함유된 불순물이 상기 기판 내부로 확산하도록 열처리 공정을 시행하는 단계와;
상기 열처리 공정에 의해 상기 제2도전형의 불순물 페이스트 및 상기 제1도전형의 불순물 페이스트가 패터닝된 부위를 제외한 상기 기판의 표면에 패시베이션층이 형성되는 단계와;
상기 기판의 전후면에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 국부화 에미터 제조 방법.
- 제1도전형의 기판을 준비하는 단계와;
상기 기판의 표면에 패시베이션층을 형성하는 단계와;
상기 기판의 전면에 반사방지막을 형성하는 단계와;
레이져 도핑 방식을 통해 상기 기판의 전면에 형성된 반사방지막 및 패시베이션층을 국부적으로 제거하며, 상기 기판의 상층부에 국부적으로 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 노출시켜 형성하는 단계와;
레이져 도핑 방식을 통해 상기 기판의 후면에 형성된 반사방지막 및 패시베이션층을 국부적으로 제거하며, 상기 기판의 하층부에 국부적으로 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 노출시켜 형성하는 단계와;
도금 공정을 진행하여 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 노출 부위에 접촉하도록 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역을 노출시켜 형성하는 단계에서는, 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 간격을 450㎛ 내지 2300㎛로 형성하고, 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 폭을 20㎛ 내지 40㎛으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전극을 형성하는 단계는,
비저항을 낮추어 주는 시드층(Seed Layer)을 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 직접 접촉하도록 증착시키고, 상기 시드층 위에 금속 도금하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 제조 방법.
- 제6항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판을 준비하는 단계에서는,
쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정 및 텍스쳐링 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 제조 방법.
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