KR101212486B1 - 이종접합 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지는 P형 결정질 실리콘 기판; 상기 P형 결정질 실리콘 기판의 일측면에 증착되는 p- 아몰포스층; 상기 p- 아몰포스층의 상부면에 증착되는 진성 아몰포스층; 상기 진성 아몰프스층의 상부면에 증착되는 n 아몰포스층; 상기 P형 결정질 실리콘 기판의 타측면에 증착되는 p+ 아몰포스층; 상기 n 아몰포스층 및 상기 p+ 아몰포스층의 상부면에 각각 구비되는 투명전도성 산화막 및 상기 각 투명전도성 산화막의 상부면에 구비되는 전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 이종접합 태양전지는 낮은 온도에서 제작이 가능하고, 높은 개방전압을 갖기 때문에 태양전지의 생산단가를 절감하며 변환효율을 향상시키는 이점이 있다.

Description

이종접합 태양전지 및 그 제조방법{HETERO-JUNCTION SOLAR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
개시된 기술은 이종접합 태양전지 및 그 제조방법에 관한 기술이다.
태양전지란 광기전력을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 태양전지는 구성물질에 따라 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분되며, P-N접합에 사용되는 P형 반도체와 N형 반도체의 성질에 따라 동종접합과 이종접합으로 나누어진다.
이종접합 태양전지는 서로 다른 물질 또는 결정구조를 갖는 태양전지를 말하며, 특히 협의의 이종접합 태양전지란 비정질(아몰포스)/결정질이 결합된 구조를 말한다. 이와 같은 결정질/비결정질 실리콘 이종접합 태양전지는 기존의 확산형 결정질 실리콘 태양전지에 비해 낮은 온도에서 제작이 가능하여 제조단가를 절감할 수 있기 때문에 태양전지의 상용화를 위한 하나의 대안으로 많은 관심을 받고 있다.
실시예들 중에서, 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지는, 아몰포스층의 비정질과 P형 실리콘 기판의 결정질을 결합한 이종접합 태양전지에 있어서, 상기 이종접합 태양전지는 상기 아몰포스층의 상부면에 각각 구비되는 투명전도성 산화막 및 상기 각 투명전도성 산화막의 상부면에 구비되는 전극을 포함하되; 상기 아몰포스층은 상기 P형 실리콘 기판의 일측면에 증착되는 p- 아몰포스층; 상기 p- 아몰포스층의 상부면에 증착되는 진성 아몰포스층; 상기 진성 아몰프스층의 상부면에 증착되는 n 아몰포스층; 및 상기 P형 결정질 실리콘 기판의 타측면에 증착되는 p+ 아몰포스층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 상기 p- 아몰포스층은 2~5nm, 상기 진성 아몰포스층은 2~10nm, 상기 n 아몰포스층은 5~20nm, 상기 p+ 아몰포스층은 5~30nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. 다른 실시예에서, 상기 p- 아몰포스층, 상기 진성 아몰포스층, 상기 n 아몰포스층 및 상기 p+ 아몰포스층은 플라즈마 화학기상 증착(PECVD)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지 제조방법은, 아몰포스증의 비정질과 P형 실리콘 기판의 결정질을 결합하는 이종접합 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 이종접합 태양전지 제조방법은 결정질 P형 실리콘 준비단계; 상기 P형 실리콘의 일측면과 타측면에 각각 아몰포스층을 형성하는 단계; 상기 아몰포스층의 상부면에 각각 투명전도성 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 각 투명전도성 산화막의 상부면에 전극을 형성하는 단계를 포함하되; 상기 아몰포스층을 형성하는 단계는 상기 P형 실리콘의 일측면에 p- 아몰포스층을 형성하는 단계; 상기 p- 아몰포스층의 상부면에 진성 아몰포스층을 형성하는 단계; 상기 진성 아몰포스층의 상부면에 n 아몰포스층을 형성하는 단계; 및 상기 P형 실리콘의 타측면에 p+ 아몰포스층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도.
본 출원에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 외 구성요소는 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어있는 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지는, P형 결정질 실리콘 기판(101); 상기 P형 결정질 실리콘 기판(101)의 일측면에 증착되는 p- 아몰포스층(102); 상기 p- 아몰포스층(102)의 상부면에 증착되는 진성 아몰포스층(103); 상기 진성 아몰프스층(103)의 상부면에 증착되는 n 아몰포스층(104); 상기 P형 결정질 실리콘 기판(101)의 타측면에 증착되는 p+ 아몰포스층(105); 상기 n 아몰포스층(104) 및 상기 p+ 아몰포스층(105)의 상부면에 각각 구비되는 투명전도성 산화막(201) 및 상기 각 투명전도성 산화막(201)의 상부면에 구비되는 전극(202);을 포함하여 구성된다.
개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지는 베이스기판으로 P형 결정질 실리콘(c-si) 기판(101)이 사용되며, 베이스기판의 일측면(도면에서 상부면)에 p- 아몰포스층(102)이 형성되어 있다. p- 아몰포스층(102, a-Si:H(p-))은 챔버 내에서 플라즈마 화학기상 증착(PECVD)에 의하여 증착됨으로써 형성된다. 플라즈마 화학기상 증착은 공지의 기술로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이때 p- 아몰포스층(102)은 2~5nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
p- 아몰포스층(102)의 상부면에는 진성 아몰포스층(103, a-Si:H(i))이 플라즈마 화학기상 증착에 의하여 형성되며, 진성 아몰포스층(103)의 두께는 2~10nm의 두께로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 진성 아몰포스층(103)의 상부면에는 n 아몰포스층(104, a-Si:H(n))이 플라즈마 화학기상 증착에 의하여 형성되며, n 아몰포스층(104)은 5~20nm의 두께로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. n 아몰포스층(104)의 상부면에는 투명전도성 산화막(201, TOC)이 구비되며, 상기 투명전도성 산화막(201)의 상부면에는 전극(202)이 구비되어 있다.
한편, 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지는 베이스기판인 P형 결정질 실리콘의 타측면에 p+ 아몰포스층(105, a-Si:H(p+))이 플라즈마 화학기상 증착에 의하여 형성되며, 상기 p+ 아몰포스층(105)은 5~30nm의 두께로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 p+ 아몰포스층(105)의 상부면에는 투명전도성 산화막(201)이 구비되어 있으며, 상기 투명전도성 산화막(201)의 상부면에는 전극(202)이 더 구비되어 있다.
상기와 같이 구성된 비정질/결정질 실리콘 이종접합 태양전지는 낮은 온도에서 제작이 가능하고, 높은 개방전압을 갖기 때문에 태양전지의 생산단가를 절감하며 변환효율을 향상시키는 이점이 있다.
도 2는 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 개시된 기술에 따른 이종접합 태양전지 제조방법은, 결정질 P형 실리콘(101) 준비단계(S10); 상기 P형 실리콘(101)의 일측면에 p- 아몰포스층(102)을 형성하는 단계(S20); 상기 p- 아몰포스층(102)의 상부면에 진성 아몰포스층(103)을 형성하는 단계(S30); 상기 진성 아몰포스층(103)의 상부면에 n 아몰포스층(104)을 형성하는 단계(S40); 상기 P형 실리콘(101)의 타측면에 p+ 아몰포스층(105)을 형성하는 단계(S50); 상기 n 아몰포스층(104) 및 상기 p+ 아몰포스층(105)의 상부면에 투명전도성 산화막(201)을 형성하는 단계(S60) 및 상기 투명전도성 산화막(201)의 상부면에 전극(202)을 형성하는 단계(S70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때 p- 아몰포스층(102), 진성 아몰포스층(103), n 아몰포스층(104), p+ 아몰포스층(105)은 전술하여 설명한 바와 같이 챔버의 내부에서 플라즈마 화학기상 증착법에 의하여 형성될 수 있다. 또한 플라즈마 화학기상 증착법에 의하여 전술한 각 불순물층을 형성한 다음에는 웨이퍼의 좌우측면 또는 반대쪽 측면에 형성되어 있는 불필요한 불순물층을 제거하는 식각공정이 더 구비될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
일 실시예에 따른 이종접합 태양전지는 낮은 온도에서 제작이 가능하고, 높은 개방전압을 갖기 때문에 태양전지의 생산단가를 절감하며 변환효율을 향상시키는 이점이 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분양의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101: P형 결정질 실리콘 기판
102: p- 아몰포스층(a-Si:H(p-))
103: 진성 아몰포스층(a-Si:H(i))
104: n 아몰포스층(a-Si:H(n))
105: p+ 아몰포스층(a-Si:H(p+))
201: 투명전도성 산화막
202: 전극

Claims (4)

  1. 아몰포스층의 비정질과 P형 실리콘 기판의 결정질을 결합한 이종접합 태양전지에 있어서, 상기 이종접합 태양전지는
    상기 아몰포스층의 상부면에 각각 구비되는 투명전도성 산화막 및
    상기 각 투명전도성 산화막의 상부면에 구비되는 전극을 포함하되;
    상기 아몰포스층은
    상기 P형 실리콘 기판의 일측면에 증착되는 p- 아몰포스층;
    상기 p- 아몰포스층의 상부면에 증착되는 진성 아몰포스층;
    상기 진성 아몰프스층의 상부면에 증착되는 n 아몰포스층; 및
    상기 P형 결정질 실리콘 기판의 타측면에 증착되는 p+ 아몰포스층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 p- 아몰포스층은 2~5nm, 상기 진성 아몰포스층은 2~10nm, 상기 n 아몰포스층은 5~20nm, 상기 p+ 아몰포스층은 5~30nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 p- 아몰포스층, 상기 진성 아몰포스층, 상기 n 아몰포스층 및 상기 p+ 아몰포스층은 플라즈마 화학기상 증착(PECVD)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.
  4. 아몰포스증의 비정질과 P형 실리콘 기판의 결정질을 결합하는 이종접합 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 이종접합 태양전지 제조방법은
    결정질 P형 실리콘 준비단계;
    상기 P형 실리콘의 일측면과 타측면에 각각 아몰포스층을 형성하는 단계;
    상기 아몰포스층의 상부면에 각각 투명전도성 산화막을 형성하는 단계; 및
    상기 각 투명전도성 산화막의 상부면에 전극을 형성하는 단계를 포함하되;
    상기 아몰포스층을 형성하는 단계는
    상기 P형 실리콘의 일측면에 p- 아몰포스층을 형성하는 단계;
    상기 p- 아몰포스층의 상부면에 진성 아몰포스층을 형성하는 단계;
    상기 진성 아몰포스층의 상부면에 n 아몰포스층을 형성하는 단계; 및
    상기 P형 실리콘의 타측면에 p+ 아몰포스층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지 제조방법.
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