KR101247357B1 - 태양전지 제조 방법 - Google Patents

태양전지 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101247357B1
KR101247357B1 KR1020110047118A KR20110047118A KR101247357B1 KR 101247357 B1 KR101247357 B1 KR 101247357B1 KR 1020110047118 A KR1020110047118 A KR 1020110047118A KR 20110047118 A KR20110047118 A KR 20110047118A KR 101247357 B1 KR101247357 B1 KR 101247357B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
emitter layer
layer
solar cell
substrate
paste
Prior art date
Application number
KR1020110047118A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120129077A (ko
Inventor
허윤성
박승일
Original Assignee
주식회사 디엠에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디엠에스 filed Critical 주식회사 디엠에스
Priority to KR1020110047118A priority Critical patent/KR101247357B1/ko
Publication of KR20120129077A publication Critical patent/KR20120129077A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101247357B1 publication Critical patent/KR101247357B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

태양전지 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, n형 불순물의 확산에 의해 제1 에미터층이 형성되고 제1 에미터층의 표면에 n형 불순물을 함유하는 자연산화막이 형성된 기판을 제공하는 단계, 자연산화막의 일부 영역에 n형 불순물을 함유하는 페이스트를 도포하는 단계, 및 기판에 선택적으로 열에너지를 가함에 의해 페이스트 및 페이스트 하부의 자연산화막과 제1 에미터층에 열에너지를 공급하여 제2 에미터층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.

Description

태양전지 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신재생 에너지 중에서, 특히, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만, 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 하고, 그 제조 가격이 낮아야 한다.
광전변환 효율의 측면에서 살펴보면 실리콘 태양전지가 가지는 이론적 한계효율이 그다지 높지 않기 때문에 실제 태양전지의 광전변환 효율을 높이는데 제한이 있지만, 현재 세계적인 연구 그룹에 의해서 실리콘 태양전지가 24% 이상의 광전변환 효율을 가지는 것으로 보고되고 있다.
하지만, 태양전지를 대량 생산할 경우, 태양전지의 평균 광전변환 효율은 실 제로 17%를 넘기 어려운 실정이다. 따라서 연간 30MW 이상 규모의 자동화 대량 생산공정 라인에서 적용 가능한 고효율 생산 방식이 요구되고 있다.
광전 변환 효율의 증가를 위해, 태양전지에는 선택적 에미터가 형성될 수 있다. 이러한 선택적 에미터는 그 해당 영역에 레이저를 조사함으로써 형성될 수 있다.
그러나 이와 같이 레이저를 이용하는 방식의 경우, 비교적 고가이며, 열충격으로 인한 웨이퍼의 파손 또는 고온에 의한 웨이퍼 손상 등의 문제가 발생될 우려가 있다.
그리고 선택적 에미터 형성을 위해 국부적인 영역에 에너지를 가하여 불순물을 확산시키는 경우, 불순물의 농도를 원하는 정도까지 높이는데 한계가 있다.
본 발명의 실시예는, 선택적 에미터의 불순물 농도를 증가시켜, 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, n형 불순물의 확산에 의해 제1 에미터층이 형성되고 제1 에미터층의 표면에 n형 불순물을 함유하는 자연산화막이 형성된 기판을 제공하는 단계, 자연산화막의 일부 영역에 n형 불순물을 함유하는 페이스트를 도포하는 단계, 및 기판에 선택적으로 열에너지를 가함에 의해 페이스트 및 페이스트 하부의 자연산화막과 제1 에미터층에 열에너지를 공급하여 제2 에미터층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.
페이스트를 도포하는 단계는, 스크린 프린팅 및 잉크젯 프린팅 중 적어도 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
제2 에미터층을 형성하는 단계는, 할로겐 램프 및 IR 램프 중 적어도 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
제2 에미터층을 형성하는 단계에서 페이스트와 기판 중 적어도 일부의 온도는, 제1 에미터층의 형성시 기판 중 적어도 일부의 온도 보다 높을 수 있다.
태양전지 제조 방법은, 페이스트를 도포하는 단계와 제2 에미터층을 형성하는 단계 사이에, 자연산화막 상에, 페이스트를 열에너지에 노출시키는 개구부가 형성된 마스크를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
마스크는, 투명 기판, 및 투명 기판에 형성되며, 개구부를 갖는 패턴층을 포함할 수 있다.
패턴층은 금속막 또는 적외선 차단막일 수 있다.
패턴층이 상기 적외선 차단막인 경우, 패턴층은 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
개구부는, 태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역, 및 태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
투명 기판에는 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부가 형성될 수 있다.
투명기판에는 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부가 형성될 수 있다.
태양전지 제조 방법은, 페이스트를 도포하는 단계와 제2 에미터층을 형성하는 단계 사이에, 기판을 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
태양전지 제조 방법은, 제2 에미터층을 형성하는 단계 이후에, 제1 에미터층에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 에미터의 불순물 농도를 증가시킴으로써, 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
도 9 및 도 10은 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 이용되는 마스크에 형성된 패턴층의 입사광 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프.
도 13은 버스바층과 핑거층이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 14는 버스바전극과 핑거전극이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 이용되는 마스크를 나타내는 단면도.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16) 및 자연산화막(17)이 형성된 기판(10)을 제공하는 공정(S110), 페이스트(15)를 도포 및 건조하는 공정(S120, S130), 기판(10)을 예열한 뒤(S140), 마스크(140)를 배치하고(S150) 기판(10)에 열에너지를 선택적으로 공급하여 제2 에미터층(18)을 형성하는 공정(S160), 자연산화막(17)을 제거하는 공정(S170), 반사방지막을 형성하는 공정(S180)을 포함하는 태양전지(100) 제조 방법이 제시된다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 에미터층(18)의 형성을 위한 열에너지의 공급 이전에, 자연산화막(17) 상에 추가적으로 n형 불순물을 포함하는 페이스트(15)를 도포함으로써, 제2 에미터층(18)의 n형 불순물 농도를 현저히 증가시킬 수 있다.
이에 따라 제1 에미터층(16)과 제2 에미터층(18) 간 면저항 차이가 예를 들어 60옴 이상이 될 수 있으므로, 결과적으로 태양전지(100)의 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 태양전지(100) 제조 방법의 각 공정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 n형 불순물의 확산에 의해 제1 에미터층(16)이 형성되고 제1 에미터층(16)의 표면에 n형 불순물을 함유하는 자연산화막(17)이 형성된 기판(10)을 제공한다(S110).
이 때, 기판(10)은 테이블(도 4의 150) 상에 안착되어 있을 수 있다. 이와 같이 기판(10)을 테이블(도 4의 150) 상에 고정시켜 놓은 상태에서 선택적 에미터를 형성하는 공정을 진행하게 되면, 기판(10)에 진동이 발생할 염려 없이 안정적으로 선택적 에미터를 형성할 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)을 제작하기 위하여 붕소 이온이 도핑된 p형 실리콘기판(12)의 표면에 인과 같은 n형 불순물을 코팅하여 n형 불순물층(14)을 형성한 뒤, 실리콘기판(12)에 열에너지(E1)를 가하는 방법을 이용할 수 있다.
실리콘기판(12)의 표면에 열에너지(E1)가 가해지면, 도 2에 도시된 바와 같이 n형 불순물 이온이 실리콘기판(12) 내부로 확산되어 도 3에 도시된 바와 같이 제1 에미터층(16)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 에미터층(16)은 인과 같은 n형 불순물이 확산되어 형성된 n층에 해당된다.
이와 같이 제1 에미터층(16)이 형성된 이후, 제1 에미터층(16)의 표면에는 도 3에 도시된 바와 같이 자연산화막(17)(PSG, phosphorus silicate glass)이 형성될 수 있다. 이와 같은 자연산화막(17)은 제1 에미터층(16) 표면의 자연 산화에 의해 생성되는 층으로서, n형 불순물을 함유하고 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 자연산화막(17)의 일부 영역에 n형 불순물을 함유하는 페이스트(15)를 도포하고(S120), 도포된 페이스트(15)를 건조하여 n형 불순물 이외의 용매 등을 제거한다(S130).
즉, 본 공정은 자연산화막(17)의 표면 중 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅 등과 같은 공정에 의해 페이스트(15)를 도포하는 공정으로서, 이러한 공정에 의해 추후 형성될 제2 에미터층(18)의 불순물 농도를 현저히 증가시킬 수 있다.
종래의 경우, 단지 자연산화막과 제1 에미터층이 보유하고 있는 n형 불순물을 더 확산시켜 제2 에미터층을 형성함으로써 제2 에미터층의 불순물 농도를 원하는 정도로 높이는데 한계가 있었으며, 이에 따라 제1 에미터층과 제2 에미터층 간 면저항의 차이를 50옴 이상으로 구현하는데 어려움이 있었다.
이에 대해 본 실시예의 경우 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 페이스트(15)를 추가로 도포하여 n형 불순물을 부가함으로써, 제1 에미터층(16), 자연산화막(17) 및 페이스트(15) 모두가 보유하고 있는 불순물의 확산에 의해 제2 에미터층(18)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 에미터층(18)의 불순물 농도를 현저히 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 제1 에미터층(16)과 제2 에미터층(18) 간 면저항 차이를 60옴 이상으로 구현할 수 있게 된다.
한편, 이와 같은 기판(10) 전체에 소정의 열에너지를 가하는 예열 공정이 진행될 수도 있다(S140). 도 4에는 이러한 예열 공정을 위한 예열 유닛(170)이 도시되어 있다.
예열 유닛(170)을 통해 기판(10) 전체에 소정의 에너지를 가하도록 하고, 예열에 의해 공급되는 에너지 외에 나머지 필요한 에너지를 마스크(140) 및 광원을 통해 공급함으로써, 기판(10)이 받는 전체 열에너지양 및 기판(10) 전체 평균 온도 변화를 줄일 수 있다.
이러한 방법을 통해, 과도한 세기의 열에너지가 조사되고 온도가 지나치게 가열되어 기판(10)이 손상되는 현상이 방지될 수 있다. 이 때, 예열 공정과 광원을 이용한 열에너지 공급 공정은 순차로 이루어질 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다.
이 때, 예열 유닛(170)은 테이블(150)을 통해 기판(10)을 예열할 수 있다. 즉, 예열 유닛(170)이 테이블(150)을 가열함으로써, 가열된 테이블(150)이 기판(10)을 예열하도록 할 수 있는 것이다. 이 경우, 예열 유닛(170)으로는 도 4에 도시된 바와 같이 테이블(150)에 매립된 열선 등을 이용할 수 있을 것이다.
한편, 본 실시예에서는 테이블(150)을 매개로 기판(10)을 예열하는 경우를 예로 들었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 테이블(150)과 별개로 기판(10)을 직접 가열할 수 있는 비접촉 방식의 예열 유닛(170)을 이용할 수도 있을 것이다.
다음으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자연산화막(17) 상에 페이스트(15)를 열에너지에 노출시키는 개구부(143)가 형성된 마스크(140)를 배치하고(S150), 마스크(140)를 이용하여 기판(10)에 선택적으로 열에너지를 가함에 의해, 마스크(140)의 개구부(143)를 통해 열에너지에 노출된 페이스트(15) 및 이러한 페이스트(15) 하부에 위치한 자연산화막(17)과 제1 에미터층(16)에 열에너지를 공급하여, n형 불순물이 더욱 확산되어 형성되는 제2 에미터층(18)을 형성한다(S160).
마스크(140) 및 광원을 이용하여 기판(10)에 열에너지를 선택적으로 공급함으로써, 기판(10) 중 마스크(140)에 대응되는 부분은 열에너지에 노출되지 않고, 개구부(143)에 대응되는 부분, 즉, n형 불순물을 함유한 페이스트(15)와 자연산화막(17), 그리고 이미 n형 불순물이 확산되어 있는 제1 에미터층(16)은 열에너지에 노출되므로, 이와 같이 기판(10) 중 개구부(143)에 대응되는 부분에는 고농도의 n형 불순물이 확산된 제2 에미터층(18)이 형성될 수 있다. 이 경우, 광원으로는 할로겐 램프 또는 IR 램프 등이 이용될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상술한 바와 같이 자연산화막(17)의 표면 중 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에, n형 불순물을 함유하는 페이스트(15)가 도포되므로, 이러한 페이스트(15)의 n형 불순물에 의해 선택적 제2 에미터층(18)의 형성이 가능하게 됨과 동시에 이러한 제2 에미터층(18)의 불순물 농도가 현저히 증가될 수 있다.
이러한 제2 에미터층(18)을 형성하는 공정(S160)의 수행에 따른 페이스트(15)와 기판(10) 중 적어도 일부의 온도는, 제1 에미터층(16)의 형성시 가해지는 열에너지에 의한 기판(10) 중 적어도 일부의 온도 보다 높게 된다.
전술한 바와 같이 예열 공정을 진행하는 경우, 예열에 의해 기판(10)에 가해지는 에너지(E3)와 광원에 의해 가해지는 에너지(E2)에 따른 페이스트(15) 및 기판(10)의 온도는 제1 에미터층(16)을 형성하기 위해 기판(10)에 가해지는 에너지(E1)에 따른 기판(10)의 온도 보다 더 크게 된다.
다음으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 에칭 등의 공정에 의해 제1 에미터층(16) 표면의 자연산화막(17)을 제거하고(S170), 이어서 에칭 등에 의해 실리콘기판(12)의 하면에 위치한 제1 에미터층(16)을 제거할 수도 있다.
다음으로 제2 에미터층(18) 상에 버스바전극(도 14의 13a)과 핑거전극(도 14의 13b)을 형성할 수 있으며, 에미터층 상면 중 이들 전극이 형성되지 않은 영역에는 반사방지막을 형성할 수 있다(S180). 그리고 제2 에미터층(18)의 상면뿐만 아니라 p형 실리콘기판(12)의 하면에도 전극을 형성할 수 있다.
이하, 제2 에미터층(18)이 형성되는 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 일어난다. 확산량이 농도구배(concentration gradient)에 비례한다는 피크(Fick)의 제1 법칙에 따른 확산 현상의 기본이 되는 수식은 아래와 같다.
Figure 112011037230371-pat00001
[수학식 1]에서, J는 확산량(즉, 단위면적을 지나는 확산 물질의 양)을 나타내고, D는 확산계수이다. 또한, C는 확산물질의 농도를 나타내고, x는 Y축에서의 확산 물질의 이동 거리를 나타낸다.
이때, 확산계수는 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가하고, 이를 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.
Figure 112011037230371-pat00002
[수학식 2]에서, D0는 온도에 민감하지 않은 상수이고, k는 볼츠만(Boltzmann) 상수이고, T는 온도이다. Q는 활성화 에너지(activation energy)로서 불리며, 물질에 따라 약 2∼5eV의 값을 가진다. [수학식 2]에 기초한 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프가 도 9 및 도 10에 도시된다. 예를 들어, Q = 2eV이고, D0 = 8 × 10-5㎡/sec인 경우, 300°K에서, D ≒ 10-38㎡/sec이지만, T= 1500°K에서, D = 10-11㎡/sec으로 급격히 증가한다.
따라서 도 9에 도시된 것과 같이, 실리콘기판(12)의 두 지점에 온도가 다른 두 개의 에너지 E1과 E2+E3를 각각 주입했다고 가정하면, 두 지역에 대한 확산계수가 D1과 D2로서 서로 다르기 때문에(즉, 온도가 높아질수록 확산계수가 증가하기 때문에), n형 불순물의 도달 정도가 달라지게 되어 도 5에 도시된 것과 같이 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18)이 형성되어, 양자가 서로 구분될 수 있게 된다.
도 9에 도시된 그래프는, 도 10에 도시된 것과 같이, 로그(log) 함수와 온도의 역수의 관계를 나타내는 그래프로 다시 나타낼 수 있다. 도 10에 도시된 그래프에 대응하게 [수학식 2]를 로그 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.
Figure 112011037230371-pat00003
이하, 도 11 내지 도 17을 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지(100) 제조 방법에 이용되는 마스크에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
마스크(140)는 상술한 바와 같이 광을 선택적으로 통과시켜 페이스트(15)와 그 하부의 자연산화막(17) 및 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18) 형성을 위한 열에너지를 제공할 수 있다.
이러한 마스크(140)는 도 11에 도시된 바와 같이, 투명 기판(141)과 그 저면에 형성되는 패턴층(142) 및 그 상면에 형성되는 렌즈부(144)로 이루어질 수 있다.
투명 기판(141)은 광이 투과할 수 있는 물질, 예를 들어, 유리, 쿼츠(quartz), 파이렉스(Pyrex) 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 패턴층(142)은 제2 에미터층(18)이 형성될 영역과 대응되도록 패터닝되어 램프 유닛(110)의 광을 선택적으로 투과시키는 개구부(143)를 가질 수 있으며, 금속막 또는 적외선 차단막일 수 있다.
패턴층(142)이 금속막인 경우, 패턴층(142)은 투명 기판(141)에 니켈, 크롬 등의 금속막을 증착한 뒤, 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 대응되도록 금속막 중 일부를 에칭하여 제거함으로써 형성될 수 있다.
이상에서는 패턴층(142)에 금속막이 증착됨으로써 투명 기판(141)과 패턴층(142)이 일체로 형성되는 마스크(140)를 제시하였으나, 투명 기판(141)과 패턴층(142)은 별도의 공정에 의해 각각 형성된 후 이를 적층함으로써 마스크(140)가 형성될 수도 있다.
패턴층(142)이 적외선 차단막인 경우, 패턴층(142)은 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 예를 들어 28 내지 31층의 다층 구조로 형성될 수 있다. 이러한 적외선 차단막은 투명 기판(141)과 열팽창계수가 유사한 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 제1 굴절률층은 SiO2을 증착함으로써 형성되고, 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질을 증착함으로써 형성될 수 있다.
제2 에미터층(18)의 형성을 위한 열에너지 공급에 있어, 가열의 효과를 보다 높이기 위해서는 할로겐 램프, IR 램프 등과 같은 광원으로부터 적외선과 같은 장파장의 광을 입사시킬 필요가 있다. 이 경우, 패턴층(142)에서 광의 흡수가 일어나 패턴층(142) 자체가 가열될 수 있다. 그리고 이와 같이 패턴층(142)이 가열되는 경우 패턴층(142)과 투명 기판(141) 간의 열팽창계수 차이 등에 따라 개구부(143)의 형상이 변경되거나 패턴층(142)과 투명 기판(141) 간의 접착력이 감소될 수도 있다.
이에 대해 패턴층(142)이 적외선 차단막인 경우, 제2 에미터층(18)이 형성되지 않는 불필요한 영역으로 입사하는 장파장 영역의 광이 보다 효과적으로 반사됨으로써 차단될 수 있다. 이러한 적외선 차단막은 도 12에 도시된 바와 같이 파장이 α 이상인 경우 입사되는 광을 모두 반사시킬 수 있으며, α는 예를 들어 300 내지 500 nm일 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16)에 선택적으로 형성되는 제2 에미터층(18)은 태양전지(100)의 버스바전극(13a)이 형성될 위치에 형성되는 버스바층(18a)과, 핑거전극(13b)이 형성될 위치에 형성되는 핑거층(18b)을 포함할 수 있다.
도 14에는 핑거층(18b) 상에 핑거전극(13b)이 형성되고, 버스바층(18a) 상에 버스바전극(13a)이 형성되어 있는 모습이 도시되어 있다. 핑거전극(13b)과 버스바전극(13a)이 형성되지 않은 나머지 부분에는 반사방지막(11)이 형성된다.
이러한 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성하기 위하여, 마스크(140)에 형성되는 개구부(143)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 형성될 핑거전극(13b)의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역(143a)과, 기판(10)에 형성될 버스바전극(13a)의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역(143b)을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 영역(143a)과 제2 영역(143b)을 모두 포함하는 개구부(143)가 형성된 마스크(140)를 이용하게 되면, 광원에 의한 1회의 열에너지 공급 공정으로 동시에 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성할 수 있다.
패턴층(142)에 형성되는 개구부(143)에 있어서, 핑거전극(13b)에 대응되는 제1 영역(143a)은 폭이 약 50 ~ 150 ㎛일 수 있으며, 버스바전극(13a)에 대응되는 제2 영역(143b)은 폭이 약 1.5 ~ 3.0 mm일 수 있다.
제1 영역(143a)과 제2 영역(143b)을 통해 기판(10)에 공급되는 단위 면적당의 열에너지의 양은 균일한 것이 좋다. 그러나, 기판(10)에 공급되는 단위 면적당 열에너지의 양은 개방된 영역의 면적이 클수록 커지게 된다. 이는 기판(10)에 공급된 열에너지가 마스크(140)의 저면을 따라 측면 방향으로 퍼지는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
이러한 현상을 고려하여, 제2 영역(143b)에 그리드와 같은 별도의 무늬를 삽입하여, 제1 영역(143a)과 제2 영역(143b) 사이에 단위 면적당 공급되는 열에너지의 편차를 최소화 할 수도 있다. 이 때, 그리드의 폭과 제1 영역(143a)의 폭을 동일하게 설계하면, 상기 편차를 보다 더 줄일 수 있을 것이다.
기판(10) 상의 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 공급되는 열에너지의 밀도를 증가시키기 위해 투명 기판(141)의 상면에는 도 8에 도시된 바와 같이 패턴층(142)의 개구부(143) 위치와 대응되도록 렌즈부(144)가 형성될 수 있다. 렌즈부(144)는 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈부(144a) 및 제2 렌즈부(144b)로 구성된다.
제1 렌즈부(144a)는, 투명 기판(141)의 상면에 상기 제1 영역(143a)으로의 집광을 위하여 형성될 수 있다. 이에 따라 상대적으로 단위 면적당 공급되는 에너지의 양이 적은 제1 영역(143a)에 입사되는 에너지가 보강될 수 있다.
이와 마찬가지로, 투명 기판(141)의 상면에는 제2 영역(143b)으로의 집광을 위한 제2 렌즈부(144b)가 형성될 수 있다. 도 15에는 투명 기판(141)에 제1 렌즈부(144a)와 제2 렌즈부(144b)가 모두 형성된 모습이 도시되어 있다.
한편, 도 15에 도시된 바와 같이, 하나의 마스크(140)에 제1 렌즈부(144a)와 제2 렌즈부(144b)를 모두 형성하는 경우, 버스바층(18a)과 핑거층(18b)이 서로 교차하는 영역에서 핑거층(18b)이 형성되어야 할 부분에 열에너지가 제대로 가해지지 못할 수도 있다.
이러한 문제를 예방하기 위해, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 제1 렌즈부(144a)와 제2 렌즈부(144b)가 각각 형성된 마스크(140)를 준비한 다음, 제2 에미터층(18)의 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 형성하는 공정을 분리하여 진행할 수도 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 기판
11: 반사방지막
12: 실리콘기판
14: n형 불순물층
15: 페이스트
17: 자연산화막
13a: 버스바전극
13b: 핑거전극
16: 제1 에미터층
18: 제2 에미터층
18a: 버스바층
18b: 핑거층
100: 태양전지
140: 마스크
141: 투명 기판
142: 패턴층
143: 개구부
143a: 제1 영역
143b: 제2 영역
144: 렌즈부
144a: 제1 렌즈부
144b: 제2 렌즈부
150: 테이블
170: 예열 유닛

Claims (14)

  1. n형 불순물의 확산에 의해 제1 에미터층이 형성되고 상기 제1 에미터층의 표면에 n형 불순물을 함유하는 자연산화막이 형성된 기판을 제공하는 단계;
    상기 자연산화막의 일부 영역에 n형 불순물을 함유하는 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 자연산화막 상에, 상기 페이스트를 열에너지에 노출시키는 개구부가 형성된 마스크를 배치하는 단계; 및
    상기 기판에 선택적으로 상기 열에너지를 가함에 의해 상기 페이스트 및 상기 페이스트 하부의 상기 자연산화막과 상기 제1 에미터층에 상기 열에너지를 공급하여 제2 에미터층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 개구부는,
    태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역; 및
    태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 마스크에는 상기 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페이스트를 도포하는 단계는,
    스크린 프린팅 및 잉크젯 프린팅 중 적어도 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 에미터층을 형성하는 단계는,
    할로겐 램프 및 IR 램프 중 적어도 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 에미터층을 형성하는 단계에서 상기 페이스트와 상기 기판 중 적어도 일부의 온도는, 상기 제1 에미터층의 형성시 상기 기판 중 적어도 일부의 온도 보다 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는,
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판에 형성되며, 상기 개구부를 갖는 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패턴층은 금속막 또는 적외선 차단막인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패턴층이 상기 적외선 차단막인 경우,
    상기 패턴층은 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 상기 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 마스크에는 상기 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 페이스트를 도포하는 단계와 상기 제2 에미터층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 기판을 예열하는 단계를 더 포함하는 태양전지 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 에미터층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 제1 에미터층에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 제조 방법.
KR1020110047118A 2011-05-19 2011-05-19 태양전지 제조 방법 KR101247357B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110047118A KR101247357B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 태양전지 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110047118A KR101247357B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 태양전지 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120129077A KR20120129077A (ko) 2012-11-28
KR101247357B1 true KR101247357B1 (ko) 2013-03-25

Family

ID=47513634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110047118A KR101247357B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 태양전지 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101247357B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070071060A (ko) * 2005-12-29 2007-07-04 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지의 제조 방법
KR20090091474A (ko) * 2008-02-25 2009-08-28 엘지전자 주식회사 탑햇 형태의 레이저 어닐링을 이용한 태양전지의 선택적에미터 형성방법 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법
KR20110044619A (ko) * 2009-10-23 2011-04-29 주식회사 효성 태양전지의 선택적 에미터 형성 방법 및 그 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070071060A (ko) * 2005-12-29 2007-07-04 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지의 제조 방법
KR20090091474A (ko) * 2008-02-25 2009-08-28 엘지전자 주식회사 탑햇 형태의 레이저 어닐링을 이용한 태양전지의 선택적에미터 형성방법 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법
KR20110044619A (ko) * 2009-10-23 2011-04-29 주식회사 효성 태양전지의 선택적 에미터 형성 방법 및 그 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120129077A (ko) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2266143B1 (en) Method of forming emitter layer of solar cell, and method of manufacturing solar cell
Yin et al. Optoelectronic enhancement of ultrathin CuIn1–xGaxSe2 solar cells by nanophotonic contacts
US20160380138A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
JP5047186B2 (ja) 太陽電池素子とその製造方法
CN102292818A (zh) 太阳能电池及其制造方法、以及形成杂质区的方法
CN105185865A (zh) 太阳能电池的后加工设备
Kim et al. Double antireflection coating layer with silicon nitride and silicon oxide for crystalline silicon solar cell
US7759231B2 (en) Method for producing metal/semiconductor contacts through a dielectric
CN102893404B (zh) 用于局部高掺杂和接通是太阳能电池或太阳能电池前体的半导体结构的方法
KR20120095410A (ko) 솔라 셀 제조를 위한 자기-정렬된 마스킹
JP2014197578A (ja) 太陽電池の製造方法
CN105185863A (zh) 用于制造太阳能电池的方法
KR20090091474A (ko) 탑햇 형태의 레이저 어닐링을 이용한 태양전지의 선택적에미터 형성방법 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법
KR101037316B1 (ko) 태양전지의 선택적 에미터 형성장치
KR101247357B1 (ko) 태양전지 제조 방법
KR20120095570A (ko) 마스크 및 그 제조 방법
JP5127273B2 (ja) 太陽電池素子の製造方法
JP5618465B2 (ja) 薄膜太陽電池モジュール
KR101089992B1 (ko) 태양전지의 선택적 에미터 형성방법
JP2011077306A (ja) 太陽電池及びその製造法
US20110226316A1 (en) Solar Cell Method of Fabrication via Float Glass Process
TW201403683A (zh) 處理工件的方法
KR101286398B1 (ko) 광파장 이하의 격자 미세 구조물을 갖는 반사 방지막과 그 제조방법
CN110050352B (zh) 高效率太阳能电池的制造方法
KR101124487B1 (ko) 태양전지의 선택적 에미터 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160216

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170313

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180305

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee