KR101212491B1 - 태양전지 셀 제조 방법 - Google Patents

태양전지 셀 제조 방법 Download PDF

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Abstract

태양전지 셀의 제조 방법은 (a) 역피라미드 구조로 제1 도전형 기판에 대하여 텍스처링을 하는 단계, (b) 상기 텍스처링된 제1 도전형 기판에 대하여 제2 도전형 기판으로 도핑하여 태양전지 구조물을 형성하는 단계, (c) 태양 전지용 스크린 마스크를 준비하는 단계 및 상기 스크린 마스크를 기초로 메탈 프린팅(metal printing)을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 스크린 마스크는 태양전지 구조물 상의 모서리에 형성되고 적어도 하나의 핑거 라인의 적어도 일부와 교차되는 적어도 하나의 보조 핑거 라인을 포함한다.

Description

태양전지 셀 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL}
개시된 기술은 태양전지 셀(Cell) 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 태양 전지의 전극 구조를 개선한 태양전지 셀 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 이용하여 빛을 전기로 바꾸는 전지를 말하는데, 정공에 의해 전도가 발생하는 p형 반도체와 전자에 의해 전도가 발생하는 n형 반도체를 접합시켜 빛에 의하여 전자와 정공 전하가 생성되어 전류가 흐르게 되면서 광기전력이 발생되는 원리를 이용한 것이 바로 태양광 전지이다.
실시예들 중에서, 태양전지 셀의 제조 방법은 (a) 역피라미드 구조로 제1 도전형 기판에 대하여 텍스처링을 하는 단계, (b) 상기 텍스처링된 제1 도전형 기판에 대하여 제2 도전형 기판으로 도핑하여 태양전지 구조물을 형성하는 단계, (c) 태양 전지용 스크린 마스크를 준비하는 단계 및 상기 스크린 마스크를 기초로 메탈 프린팅(metal printing)을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 스크린 마스크는 태양전지 구조물 상의 모서리에 형성되고 적어도 하나의 핑거 라인의 적어도 일부와 교차되는 적어도 하나의 보조 핑거 라인을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 보조 핑거 라인의 적어도 일부는 상기 핑거 라인들 모두와 교차될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 태양전지 셀의 제조 방법은 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에 상기 태양전지 구조물의 전면 및 후면에 산화층을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 산화층의 두께는 200Å에 상응할 수 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 태양전지 셀을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제1 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제2 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제3 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
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. 예를들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그다른 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 다른표현들, 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 기술이속하는 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 기술의 일 실시예에 따른 태양전지 셀을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 셀(100)은 태양전지 구조물(110), 버스바(bus bar)(120), 핑거 라인(finger line)(130) 및 보조 핑거 라인(140)을 포함한다.
태양전지 구조물(110)은 p형 과 n형 반도체 기판들로 적층될 수 있다. 일 실시예에서, 태양전지 구조물(110)은 p형 실리콘 웨이퍼 상에 확산 공정을 통하여 n형 반도체 층을 적층할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 태양전지 구조물(110)은 유리 기판 상에 n형과 p형을 반도체 층들을 적층할 수 있다.
버스바(120)는 태양전지 구조물(110) 상에 형성될 수 있고, 일 실시예에서, Ni, Ag, Cu 또는 이들의 결합으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 버스바(120)는 적어도 하나 이상으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 만일 버스바(120)가 복수개로 구현된다면 복수의 버스바들(120)은 이격적으로 평행하게 구현될 수 있다.
핑거 라인(130)은 태양전지 구조물(110) 상에 형성될 수 있고, 일 실시예에서, Ni, Ag, Cu 또는 이들의 결합으로 구성될 수 있다. 핑거 라인(130)은 태양전지 구조물(110)에서 생성되는 캐리어(carrier)들을 수집하여 버스바(120)로 이동시킬 수 있고, 버스바(120)와 수직으로 교차될 수 있다. 일 실시예에서, 핑거 라인(130)은 적어도 하나 이상으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 만일 핑거 라인(130)이 복수개로 구현된다면 복수의 핑거 라인들(130)은 이격적으로 평행하게 구현될 수 있다.
보조 핑거 라인(140)은 태양전지 구조물(110) 상에 형성될 수 있고, 일 실시예에서, Ni, Ag, Cu 또는 이들의 결합으로 구성될 수 있다. 보조 핑거 라인(140)은 태양전지 구조물(110)의 모서리 부분에 있는 캐리어의 수집을 증가시키기 위한 것으로, 태양전지 구조물(110)의 모서리에 형성되고 핑거 라인(130)의 적어도 일부와 교차될 수 있다. 일 실시예에서, 보조 핑거 라인(140)은 버스바(120)와 평행하며 핑거 라인들(130) 모두와 교차될 수 있다. 일 실시예에서, 보조 핑거 라인들(140)의 적어도 일부는 적어도 하나의 버스바(120)와 교차되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 보조 핑거 라인(140)은 모서리 양단에 동일한 개수로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보조 핑거 라인들(140)의 개수가 4에 상응하는 경우에는 2 개의 보조 핑거 라인들(140)이 모서리 양단 각각에 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제1 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, 태양전지 셀(200)은 메탈 프린팅(metal printing) 기법으로 전극을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 메탈 프린팅 기법은 스크린 마스크(screen mask)를 이용할 수 있고, 스크린 마스크는 도 1에 있는 전극 구조에 상응하는 개구부를 가지고, 일 실시예에서, 실크 또는 스테인리스 망사로 제조될 수 있으며 전극 구조를 형성하기 위하여 유제(emulsion)를 이용할 수 있다.
도 3에서, 태양전지 셀(200)의 제조를 위하여, 제1 도전형 반도체 기판(210)이 준비된다(단계 S310). 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(210)은 p형 반도체 웨이퍼에 상응할 수 있다.
제1 도전형 반도체 기판(210)에 텍스처링(texturing)(즉, 표면조직화)이 수행되고, 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(210)은 피라미드 구조의 형상을 가질 수 있다 (단계 S320).
제1 도전형 반도체 기판(210) 상에 제2 도전형 반도체 층(220)이 도핑(dopping)되고, 일 실시예에서, 제2 도전형 반도체 층(220)은 n형 반도체에 상응할 수 있으며 POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시키는 공정을 통하여 형성될 수 있다(단계 S330).
태양전지용 스크린 마스크가 태양전지 구조물(260) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 스크린 마스크는 도 1에 있는 전극 구조에 상응하는 개구부를 형성할 수 있다(단계 S340).
태양전지 구조물(260)에 메탈 프린팅(metal printing) 공정이 수행되어 태양전지 구조물(260)의 표면에 도 1에 있는 전극 구조에 상응하는 금속 패턴이 형성될 수 있다(단계 S350).
금속 패턴이 형성된 태양전지 구조물(260)은 고온의 벨트형 소성로에서 급속 열처리되어 제2 도전형 반도체 층(220)과 화학적으로 접촉할 수 있다(단계 S360).
도 2 및 도 3에서, 스크린 마스크는 도 1에 있는 태양전지 셀의 전극 구조의 역 패턴을 가질 수 있다. 즉, 태양전지 셀의 전극 구조의 경우, 도 1에 있는 선들(즉, 버스바, 핑거 라인, 보조 핑거 라인)은 실제의 형상을 설명하고 있으나, 스크린 마스크의 경우, 도 1에 있는 라인들은 빈 공간으로 대체된다.
도 4 및 도 5는 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제2 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서, 태양전지 셀(400)의 전극은 태양전지 구조물(470)에 도 1에 도시된 전극 구조에 상응하는 홈을 형성하여 함몰형으로 형성 될 수 있다. 일 실시예에서, 태양전지 셀(400)의 표면에 소정의 전극 패턴으로 홈이 형성되며, 소정의 전극 패턴은 도 1에 도시된 전극 구조에 상응하여 버스바(440), 핑거 라인(450) 및 보조 핑거 라인(460) 패턴부를 포함할 수 있다.
도 5에서, 태양전지 셀(400)의 제조를 위하여, 제1 도전형 반도체 기판(410)이 준비된다(단계 S510). 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(410)은 p형 반도체 웨이퍼에 상응할 수 있다.
제1 도전형 반도체 기판(410)에 텍스처링(texturing)(즉, 표면조직화)이 수행되고, 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(410)은 피라미드 구조의 형상을 가질 수 있다 (단계 S520).
제1 도전형 반도체 기판(410) 상에 제2 도전형 반도체 층(420)이 도핑(dopping)되고, 일 실시예에서, 제2 도전형 반도체 층(420)은 n형 반도체에 상응할 수 있으며 POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시키는 공정을 통하여 형성될 수 있다(단계 S530).
제2 도전형 반도체 층(420) 상에 산화막(430)과 반사방지막(435)이 순서대로 증착되고, 일 실시예에서, 산화막(430)은 SiO2로 구성될 수 있으며 두께는 10nm에 상응할 수 있다. 산화막(430)은 고온에서 산소를 주입하여 성장될 수 있고, 반사방지막(435)은 CVD(화학 기상 증착)법을 이용하여 형성될 수 있다(단계 S540).
태양전지 구조물(470)의 표면에 소정의 전극 패턴으로 홈이 형성되고, 일 실시예에서, 홈은 감광층을 이용한 사진패턴 형성기술, 레이저 또는 다이아몬드 날을 이용하여 형성될 수 있다(단계 S550).
소정의 전극 패턴으로 형성된 홈에 대한 식각 공정을 통하여 불순물이 제거될 수 있다(단계 S560).
소정의 전극 패턴으로 형성된 홈 영역은 더 높은 농도의 제2 도전형 반도체로 도핑되어 전극의 접촉저항을 줄일 수 있고, 일 실시예에서, 제2 도전형 반도체는 n형 반도체에 상응할 수 있다(단계 S570).
전극은 소정의 전극 패턴으로 형성된 홈 영역에 형성되고, 일 실시예에서, 전극은 무전해 도금 또는 진공증착을 이용하여 형성될 수 있다(단계 S580).
도 6 및 도 7은 도 1의 태양전지 셀을 제조하는 제3 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서, 태양전지 셀(600)의 표면은 역 피라미드 구조로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 태양전지 셀(600)의 전극은 역 피라미드 구조의 표면에 메탈 프린팅 기법을 이용하여 형성될 수 있고, 전극과 제2 도전형 반도체 층(620)이 접촉하는 부분에 고농도의 제2 도전형 반도체가 도핑되어 접촉저항을 줄일 수 있다.
도 7에서, 태양전지 셀(600)의 제조를 위하여, 제1 도전형 반도체 기판(610)이 준비된다(단계 S710). 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(610)은 p형 반도체 웨이퍼에 상응할 수 있다.
제1 도전형 반도체 기판(610)에 텍스처링(texturing)(즉, 표면조직화)이 수행되고, 일 실시예에서, 제1 도전형 반도체 기판(610)은 식각 공정을 통하여 역 피라미드 구조의 형상을 가질 수 있다 (단계 S720).
제2 도전형 반도체 층(620)은 제1 도전형 반도체 기판(610) 상에 도핑(dopping)되고(단계 S730), 일 실시예에서, POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시키는 공정을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체 층(620)은 n형 반도체에 상응할 수 있다.
산화층(630)은 태양전지 구조물(670)의 전?후면에 증착되고(단계 S740), 캐리어의 재결합을 줄여 태양전지 셀(600)의 광전변환효율을 증가 시킬 수 있다. 일 실시예에서, 산화층(630)은, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 200Å의 두께로 구성될 수 있다. 상기 두께는 산화층(630)에 의한 광전변환효율의 적절한 효율성을 제공하고, 이보다 얇거나 두꺼울 경우에는 광전변환효율 및/또는 경제성의 문제를 제기할 수 있다.
태양전지용 스크린 마스크가 태양전지 구조물(670) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 스크린 마스크는 도 1에 있는 전극 구조에 상응하는 개구부를 형성할 수 있다(단계 S750).
태양전지 구조물(670)에 메탈 프린팅(metal printing) 공정이 수행되어 태양전지 구조물(670)의 표면에 도 1에 있는 전극 구조에 상응하는 금속 패턴이 형성될 수 있다(단계 S760).
금속 패턴이 형성된 태양전지 구조물(670)은 고온의 벨트형 소성로에서 급속 열처리되어 제2 도전형 반도체 층(620)과 화학적으로 접촉할 수 있다(단계 S770).
도 5 및 도 6에서, 스크린 마스크는 도 2 및 도 3에서 설명한 스크린 마스크와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
일 실시예에 따른 태양전지 셀은 핑거 라인의 적어도 일부와 교차되는 보조 핑거 라인을 태양전지 구조물의 가장자리 부분에 형성하여 캐리어(carrier)의 수집량을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 태양전지 셀은 보조 핑거라인을 이용하여 태양전지 셀의 수광 면적이 증대될수록 효과적인 전극 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 최근의 태양전제 셀의 크기가 6 인치 이상으로 설계되더라도 태양 전지 셀은 효율적으로 캐리어를 수집할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 태양전지 셀(Cell)
110, 260, 470, 670 : 태양전지 구조물
120, 230, 440, 640 : 버스바(bus bar)
130, 240, 450, 650 : 핑거 라인(finger line)
140, 250, 460, 660 : 보조 핑거 라인
210 : p형 반도체 기판
220 : n형 반도체 층
430 : 산화막
435 : 반사방지막
630 : 산화층

Claims (4)

  1. (a) 역피라미드 구조로 제1 도전형 기판에 대하여 텍스처링을 하는 단계;
    (b) 상기 텍스처링된 제1 도전형 기판에 대하여 제2 도전형 기판으로 도핑하여 태양전지 구조물을 형성하는 단계;
    (c) 태양 전지용 스크린 마스크를 준비하는 단계; 및
    상기 스크린 마스크를 기초로 메탈 프린팅(metal printing)을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 스크린 마스크는 태양전지 구조물 상의 모서리에 형성되고 적어도 하나의 핑거 라인의 적어도 일부와 교차되는 적어도 하나의 보조 핑거 라인을 포함하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보조 핑거 라인의 적어도 일부는
    상기 핑거 라인들 모두와 교차되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에
    상기 태양전지 구조물의 전면 및 후면에 산화층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 산화층의 두께는 200Å에 상응하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
KR1020110040431A 2011-04-28 2011-04-28 태양전지 셀 제조 방법 KR101212491B1 (ko)

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