KR101247815B1 - Hetero-junction silicon solar cell and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 이종접합 태양전지는 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판의 전면 상에 적층된 전면 Al2O3 박막층과, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제2 도전형의 비정질 실리콘층과, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 전면 투명전도산화막과, 상기 기판의 후면 상에 적층된 후면 Al2O3 박막층과, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제1 도전형의 비정질 실리콘층과, 상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 후면 투명전도산화막, 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 구비되는 전면 전극 및 후면 전극을 포함한다.The heterojunction solar cell according to the present invention has a first conductivity type crystalline silicon substrate, a front Al 2 O 3 thin film layer laminated on the front surface of the substrate, and a second conductive type laminated on the front Al 2 O 3 thin film layer. An amorphous silicon layer of, a front transparent conductive oxide film laminated on the second conductive amorphous silicon layer, a rear Al 2 O 3 thin film layer laminated on the back side of the substrate, and a rear Al 2 O 3 thin film layer A first conductive amorphous silicon layer, a back transparent conductive oxide layer stacked on the first conductive amorphous silicon layer, and a front electrode and a rear electrode provided on the front and rear transparent conductive oxide layers, respectively. do.
Description
본 발명은 이종접합 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정질 실리콘 박막과 결정질 실리콘 기판의 계면에 알루미늄 산화막(Al2O3)을 삽입하여 패시베이션 효과를 높임으로써 태양전지의 효율 향상을 이룰 수 있는 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heterojunction silicon solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, the efficiency of the solar cell by inserting an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) at the interface between the amorphous silicon thin film and the crystalline silicon substrate to increase the passivation effect. The present invention relates to a structure capable of achieving an improvement and a method of manufacturing the same.
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. A solar cell is a core element of solar power generation that converts sunlight directly into electricity. Basically, it is a diode made of p-n junction. When solar light is converted into electricity by a solar cell, when sunlight enters the silicon substrate of the solar cell, an electron-hole pair is generated. By the electric field, the electrons move to the n layer and the holes move to the p layer Photovoltaic power is generated between the pn junctions. When both ends of the solar cell are connected to each other, a current flows and the power can be produced.
한편, 태양전지의 광전변환효율을 극대화하기 위한 조건 중 하나는 전자, 정공의 재결합률을 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. On the other hand, one of the conditions for maximizing the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is to minimize the recombination rate of electrons, holes. In general, a solar cell has a structure in which an n-type semiconductor layer is formed on a p-type silicon substrate, and the n-type semiconductor layer is formed by implanting n-type impurity ions into a substrate. It can be captured and recombined at interstitial sites or substitutional sites, which adversely affects photovoltaic conversion efficiency of solar cells.
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 재결합률을 저하시킬 수 있다. In order to solve this problem, a so-called hetero-junction solar cell having an intrinsic layer between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer has been proposed. The recombination rate can be lowered.
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. Meanwhile, in a heterojunction solar cell, an amorphous semiconductor layer (a-Si: H) is provided on an intrinsic layer, and a transparent conductive oxide film (TCO, transparent) is formed on an amorphous semiconductor layer to compensate for the low electrical conductivity of the amorphous semiconductor layer. conductive oxide) is provided as an auxiliary electrode. In addition, a metal electrode connected to an external circuit is provided on the transparent conductive oxide film, and the metal electrode is usually formed by screen printing a metal paste on a transparent conductive oxide film and then baking it.
본 발명은 이종접합형 태양전지에서 비정질 실리콘 박막과 결정질 실리콘 기판의 계면에 알루미늄 산화막(Al2O3)을 삽입하여 패시베이션 효과를 높임으로써 태양전지의 효율 향상을 이룰 수 있는 구조 및 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention provides a structure and a manufacturing method that can improve the efficiency of the solar cell by inserting an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) at the interface between the amorphous silicon thin film and the crystalline silicon substrate in a heterojunction solar cell to increase the passivation effect. Its purpose is to.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지는 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판의 전면 상에 적층된 전면 Al2O3 박막층과, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제2 도전형의 비정질 실리콘층과, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 전면 투명전도산화막과, 상기 전면 투명전도산화막 상에 구비되는 전면 전극, 및 상기 기판의 후면 상에 구비되는 후면 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises a first conductive crystalline silicon substrate, a front Al 2 O 3 thin film layer laminated on the front surface of the substrate, and the front Al A second conductive amorphous silicon layer laminated on the 2 O 3 thin film layer, a front transparent conductive oxide film laminated on the second conductive amorphous silicon layer, a front electrode provided on the front transparent conductive oxide film, and It characterized in that it comprises a back electrode provided on the back of the substrate.
상기 전면 Al2O3 박막층은 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴 박막으로 구성될 수 있다.The front Al 2 O 3 thin film layer may be composed of a thin film having a uniform thickness or a pattern thin film including pores.
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상기 공극의 면적은 상기 기판 면적의 0.1 내지 10% 일 수 있다.The area of the pore may be 0.1 to 10% of the area of the substrate.
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상기 전면 Al2O3 박막층은 원자층 증착(ALD), 플라즈마강화 화학기상증착(PECVD), 스퍼터링(sputtering) 중 하나의 방법에 의해 증착될 수 있다. The front Al 2 O 3 thin film layer may be deposited by one of atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and sputtering.
상기 전면 Al2O3 박막층의 두께는 1 나노미터(㎚) 내지 50 나노미터(㎚) 범위일 수 있다.The thickness of the front Al 2 O 3 thin film layer may range from 1 nanometer (nm) to 50 nanometers (nm).
본 발명의 다른 실시예에 따른 이종접합형 태양전지는 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판의 전면 상에 적층된 전면 Al2O3 박막층과, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제2 도전형의 비정질 실리콘층과, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 전면 투명전도산화막과, 상기 기판의 후면 상에 적층된 후면 Al2O3 박막층과, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제1 도전형의 비정질 실리콘층과, 상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 후면 투명전도산화막, 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 구비되는 전면 전극 및 후면 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention is laminated on a crystalline silicon substrate of a first conductivity type, a front Al 2 O 3 thin film layer laminated on the front surface of the substrate, and the front Al 2 O 3 thin film layer. A second conductive amorphous silicon layer, a front transparent conductive oxide film laminated on the second conductive amorphous silicon layer, a rear Al 2 O 3 thin film layer laminated on a rear surface of the substrate, and the rear Al 2 A first conductive amorphous silicon layer stacked on the O 3 thin film layer, a rear transparent conductive oxide film stacked on the first conductive amorphous silicon layer, and a front electrode provided on the front and rear transparent conductive oxide films, respectively. And a rear electrode.
상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층은 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴 박막으로 구성될 수 있다.The front and rear Al 2 O 3 thin film layer may be composed of a thin film or a pattern thin film containing pores of uniform thickness.
상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층의 두께는 1 나노미터(㎚) 내지 50 나노미터(㎚) 범위일 수 있다. The thickness of the front and rear Al 2 O 3 thin film layer may range from 1 nanometer (nm) to 50 nanometers (nm).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계와, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 제2 도전형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계와, 상기 전면 투명전도산화막 상에 전면 전극을 도포하는 단계, 및 상기 기판의 후면 상에 후면 전극을 도포하는 단계를 포함한다.Meanwhile, a method of manufacturing a heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention includes preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type, cleaning and texturing the substrate, and forming a front Al on the front surface of the substrate. Depositing a 2 O 3 thin film layer, depositing a second conductive amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer, and depositing a front transparent conductive oxide film on the second conductive amorphous silicon layer And applying a front electrode on the front transparent conductive oxide film, and applying a back electrode on a rear surface of the substrate.
상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계 후에 상기 전면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include forming a pattern including a thin film or a pore having a uniform thickness in the front Al 2 O 3 thin film layer after depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the front surface of the substrate.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계와, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 제2 도전형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계와, 상기 가판의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계와, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 제1 도전형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와, 상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 후면 투명전도산화막을 증착하는 단계, 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 전면 및 후면 전극을 도포하는 단계를 포함한다.On the other hand, the method for manufacturing a heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a crystalline silicon substrate of the first conductivity type, cleaning and texturing the substrate, the front Al on the front surface of the substrate Depositing a 2 O 3 thin film layer, depositing a second conductive amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer, and depositing a front transparent conductive oxide film on the second conductive amorphous silicon layer Depositing a rear Al 2 O 3 thin film layer on the back surface of the substrate, depositing a first conductive amorphous silicon layer on the back Al 2 O 3 thin film layer, and the first conductive type Depositing a backside transparent conductive oxide film on the amorphous silicon layer of, and applying front and back electrodes on the frontside and backside transparent conductive oxide film, respectively.
상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계 후에 상기 전면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include forming a pattern including a thin film or a pore having a uniform thickness in the front Al 2 O 3 thin film layer after depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the front surface of the substrate.
또한, 상기 기판의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계 후에 상기 후면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. And, the method may further include the step of forming a pattern comprising a thin film or pores of uniform thickness on the back of Al 2 O 3 thin film layer after depositing the back of Al 2 O 3 thin film layer on the back surface of the substrate.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계와, 상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 전면 및 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 제2 도전형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와, 상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계와, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 제1 도전형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와, 상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 후면 투명전도산화막을 증착하는 단계, 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 전면 및 후면 전극을 도포하는 단계를 포함한다.On the other hand, the method for manufacturing a heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a crystalline silicon substrate of the first conductivity type, cleaning and texturing the substrate, and on the front and rear of the substrate Depositing a front and rear Al 2 O 3 thin film layer on the front surface, depositing a second conductive amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer, and on the second conductive amorphous silicon layer Depositing a front transparent conductive oxide film, depositing a first conductive amorphous silicon layer on the rear Al 2 O 3 thin film layer, and depositing a rear transparent conductive oxide film on the first conductive amorphous silicon layer And applying front and rear electrodes on the front and rear transparent conductive oxide films, respectively.
상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 전면 및 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계 후에 상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. After depositing each of the front and back Al 2 O 3 thin film layer in the front and the back surface of the substrate comprising the step further of forming a pattern comprising a thin film or pores of uniform thickness on the front and back Al 2 O 3 thin film layer can do.
본 발명에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The manufacturing method of the heterojunction solar cell according to the present invention has the following effects.
Al2O3 박막층이 결정질 실리콘 기판의 표면에 증착되어 표면 재결합 속도를 크게 낮출 수 있다. An Al 2 O 3 thin film layer may be deposited on the surface of the crystalline silicon substrate to significantly lower the surface recombination rate.
Al2O3 박막층은 증착 공정과 열처리 공정에 의해서 Al2O3 박막층 내에 고정 음전하(fixed negative charge)를 갖는데, 고정 음전하를 갖는 Al2O3 박막층은 전계 효과(field effect)에 의해 재결합 속도가 감소되기 때문에 패시베이션 특성이 향상될 수 있다. Al 2 O 3 thin film layer is gatneunde a fixed negative charge (fixed negative charge) in the Al 2 O 3 thin film layer by the vapor deposition step and the annealing step, Al 2 O 3 thin film having a fixed negative charge is the recombination velocity by an electric field effect (field effect) Since it is reduced, the passivation characteristic can be improved.
도 1은 본 발명에 따른 Al2O3 박막층이 삽입된 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 Al2O3 박막층이 삽입된 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 Al2O3 패턴 박막층이 삽입된 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 Al2O3 패턴 박막층이 삽입된 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8a 내지 8g는 본 발명의 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a cross-sectional light receiving type cross-section heterojunction solar cell in which an Al 2 O 3 thin film layer is inserted according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell in which the Al 2 O 3 thin film layer is inserted according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a cross-sectional light receiving type cross-section heterojunction solar cell in which an Al 2 O 3 pattern thin film layer is inserted according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell in which an Al 2 O 3 pattern thin film layer is inserted according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cross-sectional light receiving cross-section heterojunction solar cell of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention.
8A to 8G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이종접합 태양전지 및 그 제조방법을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 Al2O3 박막층이 삽입된 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 단면도이다. Hereinafter, a heterojunction solar cell and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view of a cross-sectional light receiving type cross-section heterojunction solar cell in which an Al 2 O 3 thin film layer is inserted according to the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지는 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판(101)을 구비한다. 상기 제1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 제2 도전형은 제1 도전형의 반대이다. 이하의 설명에서는 제1 도전형이 n형, 제2 도전형이 p형인 것을 중심으로 설명하기로 한다. As shown in FIG. 1, the cross-section light receiving cross-section heterojunction solar cell according to the embodiment of the present invention includes a
상기 n형 기판(101)의 전면 상에는 전면 Al2O3 박막층(102)이 구비된다. 또한, 상기 전면 Al2O3 박막층(102) 상에는 p형 비정질 실리콘층(103), 전면 투명전도산화막(104)이 순차적으로 구비된다. 또한 상기 전면 투명전도산화막(104) 상에는 외부 회로와 연결되는 전면 전극(105)이 구비된다. 상기 n형 기판(101)의 후면 상에는 외부 회로와 연결되는 후면 전극(106)이 구비된다. 이 때, 상기 전면 Al2O3 박막층(102)은 균일한 두께로 구성될 수 있고, 공극(through hole)을 포함할 수 있다. The front Al 2 O 3
여기서, 상기 공극의 면적은 상기 n형 기판(101) 면적의 0.1 내지 10% 일 수 있다. Here, the area of the void may be 0.1 to 10% of the area of the n-
한편, 상기 전면 Al2O3 박막층은 원자층 증착(ALD, atomic layer deposition), 플라즈마강화 화학기상증착(PECVD, plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering) 중 하나의 방법에 의해 증착될 수 있다. 상기 전면 Al2O3 박막층(102)의 증착 방법에 따라 상기 Al2O3 박막층(102)은 수소를 포함할 수 있고, 결정질 또는 비정질일 수 있다. The front Al 2 O 3 thin film layer may be deposited by one of atomic layer deposition (ALD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and sputtering. have. According to the deposition method of the front Al 2 O 3
상기 전면 Al2O3 박막층(102)의 두께는 1 나노미터(㎚) 내지 50 나노미터(㎚) 범위일 수 있다. 상기 기판(101) 상에서 광생성 전하들이 전면 Al2O3 박막층(102)을 지나 비정질 실리콘층(103)과 투명전도산화막(104), 전극(105)으로 이동하여 수집되기 위하여 터널링(tunneling)이 일어나도록 전면 Al2O3 박막층(102)의 두께가 약 5 나노미터(㎚) 이하가 되도록 충분히 얇게 증착될 수 있고, 전면 Al2O3 박막층(102)에 상기 설명한 공극 패턴이 형성될 수 있다. The thickness of the front Al 2 O 3
상기 전면 Al2O3 박막층(102)의 공극 패턴은 사진 공정과 식각공정, 레지스트의 패턴인쇄와 식각공정, 에칭 레지스트의 패턴인쇄 공정, 또는 레이저 조사에 의한 식각공정에 의해 형성될 수 있다. The pore pattern of the front Al 2 O 3
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지는 전면 Al2O3 박막층(302)이 패턴 박막으로 구성될 수 있다. 상기 전면 Al2O3 박막층(302)이 패턴 형성됨으로써, 그 위에 구비되는 p형의 비정질 실리콘층(303)이 n형 실리콘 기판(301)과 직접 접촉할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, in the cross-section light receiving cross-section heterojunction solar cell according to the exemplary embodiment of the present disclosure, the front Al 2 O 3
한편, 상기 투명전도산화막(104, 304)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. The transparent
도 2는 본 발명에 따른 Al2O3 박막층이 삽입된 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 단면도이다. 도 2를 참조하면, n형의 결정질 실리콘 기판(204) 상에 전면 Al2O3 박막층(202)이 구비된다. 상기 전면 Al2O3 박막층(202) 상에 p형의 비정질 실리콘층(203)과 상기 p형의 비정질 실리콘층(203) 상에 전면 투명전도산화막(204)이 구비된다. 본 실시예에서는 기판(201)의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층(205)이 더 구비되고, 상기 Al2O3 박막층(205) 상에 p형 비정질 실리콘층(206), 후면 투명전도산화막(207)이 순차적으로 구비된다. 상기 전면 및 후면 투명전도산화막(204, 207) 상에 전면 전극(208) 및 후면 전극(209)이 각각 구비된다. 이 때, 본 실시예의 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지도 상기 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지와 마찬가지로, 상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층(202, 205)은 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴 박막으로 구성될 수 있다. 상기 공극은 상기 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 공극에서 설명한 바와 동일한 특성을 가질 수 있다. 2 is a cross-sectional view of a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell in which the Al 2 O 3 thin film layer is inserted according to the present invention. Referring to FIG. 2, a front Al 2 O 3
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층(402, 405)은 패턴 박막으로 구성될 수 있다. 상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층(402, 405)이 패턴 형성됨으로써, 그 위에 각각 구비되는 p형의 비정질 실리콘층(403)과 n형의 비정질 실리콘층(406)이 n형 실리콘 기판(401)과 직접 접촉할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 4, the front and rear Al 2 O 3 thin film layers 402 and 405 may be formed of a pattern thin film. The front and rear Al 2 O 3 thin film layers 402 and 405 are formed in a pattern, such that the p-type
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. Next, a method of manufacturing a heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention will be described. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cross-sectional light receiving type cross-section heterojunction solar cell of the present invention, and FIG. 6 illustrates a method of manufacturing a double-sided light receiving type double-sided heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 단면 수광형 단면 이종접합 태양전지의 제조방법은 n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계(S501)와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계(S502)와, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S503)와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 p형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S504)와, 상기 p형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S505)와, 상기 전면 투명전도산화막 상에 전면 전극을 도포하는 단계, 및 상기 기판의 후면 상에 후면 전극을 도포하는 단계(S506)를 포함한다. 상기 전면 전극은 저온으로 소성된다(S507). 상기 저온 소성 공정에 의해 상기 전면 전극 및 후면 전극의 접착성 및 치밀성이 향상된다. 그리고, 상기 전면 전극 및 후면 전극의 도포는 무전해 도금방법 또는 전해 도금방법을 이용할 수 있으며, 주석(Sn), 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5, a method of manufacturing a cross-section light receiving cross-section heterojunction solar cell includes preparing an n-type crystalline silicon substrate (S501), cleaning and texturing the substrate (S502), and a front surface of the substrate. Depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on (S503), depositing a p-type amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer (S504), and forming the p-type amorphous silicon layer on the Depositing a front transparent conductive oxide film (S505), applying a front electrode on the front transparent conductive oxide film, and applying a rear electrode on a rear surface of the substrate (S506). The front electrode is baked at a low temperature (S507). By the low temperature baking process, the adhesion and the compactness of the front electrode and the back electrode are improved. The front electrode and the rear electrode may be coated using an electroless plating method or an electrolytic plating method, and may be formed of tin (Sn), silver (Ag), or the like.
여기서, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S503) 후에 상기 전면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Here, after the step of depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the front surface of the substrate (S503) may further comprise the step of forming a pattern including a thin film or pores of uniform thickness on the front Al 2 O 3 thin film layer. have.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법은 n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계(S601)와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계(S602)와, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(603)와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 p형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S604)와, 상기 p형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S605)와, 상기 기판의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S606)와, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 n형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S607)와, 상기 n형의 비정질 실리콘층 상에 후면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S608), 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 전면 및 후면 전극을 도포하는 단계(S609)를 포함한다. 상기 도포된 전면 및 후면 전극은 저온으로 소성된다(S610). 상기 저온 소성 공정에 의해 상기 전면 전극 및 후면 전극의 접착성 및 치밀성이 향상된다. Referring to FIG. 6, the method of manufacturing a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention includes preparing an n-type crystalline silicon substrate (S601), and cleaning and texturing the substrate ( (S602), depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the entire surface of the substrate (603), depositing a p-type amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer (S604), and depositing a front transparent conductive oxide film on a p-type amorphous silicon layer (S605), depositing a back Al 2 O 3 thin film layer on a back surface of the substrate (S606), and on the back Al 2 O 3 thin film layer Depositing an n-type amorphous silicon layer on (S607), depositing a back transparent conductive oxide film on the n-type amorphous silicon layer (S608), and front and back on the front and rear transparent conductive oxide films, respectively. And applying a rear electrode (S609). The coated front and rear electrodes are baked at low temperature (S610). By the low temperature baking process, the adhesion and the compactness of the front electrode and the back electrode are improved.
여기서, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S603) 후에 상기 전면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 기판의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S606) 후에 상기 후면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Here, after the step of depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the front surface of the substrate (S603) may further comprise the step of forming a pattern including a thin film or pores of uniform thickness on the front Al 2 O 3 thin film layer. The method may further include forming a pattern including a thin film or a gap having a uniform thickness in the rear Al 2 O 3 thin film layer after depositing the rear Al 2 O 3 thin film layer on the rear surface of the substrate (S606). have.
한편, 상기 기판의 전면 상에 전면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S603), 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 p형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S604), 상기 p형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S605)로 구성되는 전면 구조 형성 단계와 상기 가판의 후면 상에 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S606), 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 n형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S607), 상기 n형의 비정질 실리콘층 상에 후면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S608)로 구성되는 후면 구조 형성 단계는 서로 그 순서가 바뀔 수 있다. On the other hand, depositing a front Al 2 O 3 thin film layer on the front surface of the substrate (S603), depositing a p-type amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer (S604), the amorphous p-type Forming a front structure comprising the step of depositing a front transparent conductive oxide film on the silicon layer (S605) and depositing a back Al 2 O 3 thin film layer on the back of the substrate (S606), the back Al 2 O 3 thin film layer The back structure forming step of depositing an n-type amorphous silicon layer on the n-type amorphous silicon layer and depositing a back transparent conductive oxide film on the n-type amorphous silicon layer (S608) may be reversed. have.
도 7을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법은 n형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계(S701)와, 상기 기판을 세정하고 텍스쳐링하는 단계(S702)와, 상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 전면 및 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S703)와, 상기 전면 Al2O3 박막층 상에 p형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S704)와, 상기 p형의 비정질 실리콘층 상에 전면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S705)와, 상기 후면 Al2O3 박막층 상에 n형의 비정질 실리콘층을 증착하는 단계(S706)와, 상기 n형의 비정질 실리콘층 상에 후면 투명전도산화막을 증착하는 단계(S707), 및 상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 전면 및 후면 전극을 도포하는 단계(S708)를 포함한다. 상기 도포된 전면 및 후면 전극은 저온으로 소성된다(S709). 이와 같이, 본 실시예에서는 상기 도 6에서 설명된 실시예와 달리 전면 및 후면 Al2O3 박막층이 동시에 형성된다. Referring to FIG. 7, a method of manufacturing a double-sided light-receiving double-sided heterojunction solar cell according to another embodiment of the present invention includes preparing an n-type crystalline silicon substrate (S701), and cleaning and texturing the substrate (S702). ), And depositing a front and rear Al 2 O 3 thin film layer on the front and rear of the substrate, respectively (S703), and depositing a p-type amorphous silicon layer on the front Al 2 O 3 thin film layer (S704). ), Depositing a front transparent conductive oxide film on the p-type amorphous silicon layer (S705), depositing an n-type amorphous silicon layer on the back Al 2 O 3 thin film layer (S706), and and depositing a rear transparent conductive oxide film on the n-type amorphous silicon layer (S707), and applying front and rear electrodes on the front and rear transparent conductive oxide films (S708), respectively. The coated front and rear electrodes are baked at a low temperature (S709). Thus, in this embodiment, unlike the embodiment described in FIG. 6, the front and rear Al 2 O 3 thin film layers are formed at the same time.
여기서, 본 실시예에서도 상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 전면 및 후면 Al2O3 박막층을 증착하는 단계(S703) 후에 상기 전면 및 후면 Al2O3 박막층에 균일한 두께의 박막 또는 공극이 포함된 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Here, the present embodiment also includes a front and back on after the step (S703) of depositing the respective front and back Al 2 O 3 thin films having a uniform thickness on the front and back Al 2 O 3 thin film layer or the pores of the substrate The method may further include forming a pattern.
도 8a 내지 8g는 본 발명의 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 상기 도 7의 순서도에서 도시한 바와 같이 전면 및 후면 Al2O3 박막층을 기판의 전면 및 양면에 동시에 증착한 후, 비정질 실리콘층과 투명전도산화막을 전면과 후면에 각각 증착하는 공정을 나타내는 단면도이다.Figure 8a to 8g is a cross-sectional views, the front surface of the front and back Al 2 O 3 thin film as described above is also shown in the flow chart of seven substrate and a method of manufacturing the double-sided light receiving type two-sided hetero-junction solar cell of the present invention After depositing on both surfaces simultaneously, it is sectional drawing which shows the process of depositing an amorphous silicon layer and a transparent conductive oxide film in the front and back surface, respectively.
도 8a 내지 8g를 살펴보면, n형 결정질 실리콘 기판(801)을 준비하고, 상기 기판(801)을 세정하고 텍스쳐링한다(도 8a). 그 후, 상기 기판(801)의 전면 및 후면 상에 전면 및 후면 Al2O3 박막층(802, 803)을 증착한다(도 8b). 그리고, 상기 전면 Al2O3 박막층(802) 상에 p형의 비정질 실리콘층(804)을 증착하고(도 8c), 상기 p형의 비정질 실리콘층(804) 상에 전면 투명전도산화막(805)을 증착한다(도 8d). 그리고, 상기 후면 Al2O3 박막층(803) 상에 n형의 비정질 실리콘층(806)을 증착하고(도 8e), 상기 n형의 비정질 실리콘층(806) 상에 후면 투명전도산화막(807)을 증착한다(도 8f). 최종적으로, 상기 전면 및 후면 투명전도산화막(805, 807) 상에 각각 전면 및 후면 전극(808, 809)을 도포하고 저온 소성한다(도 8g). 8A to 8G, an n-type
상기 도 6의 순서도에서 도시한 바와 같이 전면 구조 형성과정과 후면 구조 형성과정을 순차적으로 거치는 경우는 상기 전면 Al2O3 박막층(802)과 상기 후면 Al2O3 박막층(803)은 전면 및 후면 구조 형성과정에 따라 다른 시기에 각각 증착될 수 있다. As shown in the flowchart of FIG. 6, the front Al 2 O 3
이와 같이, 본 발명에 따른 이종접합 태양전지는 전면 구조만을 구비하는 단면 수광형 단면 이종접합 또는 전면 구조 및 후면 구조를 모두 구비하는 양면 수광형 양면 이종접합 태양전지일 수 있고, 이러한 유형에 따라 제조 방법을 결정할 수 있다. 상기 전면 구조와 후면 구조 간의 형성 순서는 서로 바꿀 수 있다. As such, the heterojunction solar cell according to the present invention may be a single-sided light receiving cross-section heterojunction having only a front structure or a double-sided light receiving double-sided heterojunction solar cell having both a front structure and a back structure, and manufactured according to this type. You can decide how. The order of formation between the front structure and the back structure can be interchanged.
상기 실리콘 기판은 p형 또는 n형을 사용할 수 있으며, 단결정 또는 다결정으로 사용할 수 있다. 그리고, 상기 실리콘 기판의 유형 및 결정구조에 따라서 상기 Al2O3 박막층의 두께 및 공극 패턴은 달라질 수 있고, 도핑된 비정질 실리콘 기판의 전하 유형, 두께 및 도핑 농도에 따라서 상기 Al2O3 박막층의 두께 및 공극 패턴이 달라질 수 있다. 또한, 상기 본 발명의 실시예들에서, 후면 전극은 기판의 후면에 전체적으로 도포되거나, 후면 투명전도산화막 상에 전체적으로 도포되어 소성되어 형성되는 단면 수광형 구조일 수 있다. The silicon substrate may use p-type or n-type, and may be used as a single crystal or polycrystal. And, depending on the type and crystal structures of the silicon substrate and the thickness and the gap pattern of the Al 2 O 3 thin film layer varies, the Al 2 O 3 thin film according to the charge type, thickness and doping density of the doped amorphous silicon substrate The thickness and void pattern can vary. In addition, in the embodiments of the present invention, the rear electrode may be coated on the back of the substrate as a whole, or may be a cross-sectional light-receiving structure formed by being coated on the back transparent conductive oxide film as a whole.
상기 여러 실시예들에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이종접합형 태양전지에서 비정질 실리콘 박막과 결정질 실리콘 기판의 계면에 Al2O3 박막층을 삽입하여 패시베이션 효과를 높임으로써 태양전지의 효율 향상을 이룰 수 있다. As described in the various embodiments of the present invention, in the heterojunction solar cell according to the present invention, an Al 2 O 3 thin film layer is inserted at an interface between an amorphous silicon thin film and a crystalline silicon substrate to increase the passivation effect, thereby improving efficiency of the solar cell. Can be.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.
201 : 기판 202 : 전면 Al2O3 박막층
205 : 후면 Al2O3 박막층 203, 206 : 비정질 실리콘층
204 : 전면 투명전도산화막 207 : 후면 투명전도산화막
208 : 전면 전극 209 : 후면 전극201: substrate 202: front Al 2 O 3 thin film layer
205: backside Al 2 O 3
204: front transparent conductive oxide film 207: rear transparent conductive oxide film
208: front electrode 209: rear electrode
Claims (18)
상기 기판의 전면 상에 적층된 전면 Al2O3 박막층;
상기 전면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제2 도전형의 비정질 실리콘층;
상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 전면 투명전도산화막;
상기 전면 투명전도산화막 상에 구비되는 전면 전극; 및
상기 기판의 후면 상에 구비되는 후면 전극을 포함하여 이루어지며,
상기 전면 Al2O3 박막층은 상기 기판 상에 일정 간격을 두고 이격되어 패턴 박막 형태로 구비되며,
상기 전면 Al2O3 박막층은 광생성 전하의 터널링(tunneling)을 위해 공극 패턴을 구비하며,
상기 공극의 면적은 상기 기판 면적의 0.1 내지 10% 이며, 상기 전면 Al2O3 박막층의 두께는 1 나노미터(㎚) 내지 50 나노미터(㎚) 범위인 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.A crystalline silicon substrate of a first conductivity type;
A front Al 2 O 3 thin film layer laminated on the front of the substrate;
A second conductive amorphous silicon layer stacked on the front Al 2 O 3 thin film layer;
A front transparent conductive oxide film laminated on the amorphous silicon layer of the second conductivity type;
A front electrode provided on the front transparent conductive oxide film; And
It comprises a back electrode provided on the back of the substrate,
The front Al 2 O 3 thin film layer is provided in the form of a pattern thin film spaced apart at a predetermined interval on the substrate,
The front Al 2 O 3 thin film layer has a pore pattern for tunneling the photogenerated charge,
The area of the pore is 0.1 to 10% of the substrate area, the thickness of the front Al 2 O 3 thin film layer is a heterojunction solar cell, characterized in that the range of 1 nanometer (nm) to 50 nanometers (nm).
상기 전면 Al2O3 박막층은 원자층 증착(ALD), 플라즈마강화 화학기상증착(PECVD), 스퍼터링(sputtering) 중 하나의 방법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.The method of claim 1,
The front Al 2 O 3 thin film layer is a heterojunction solar cell, characterized in that deposited by one of the method of atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering (sputtering).
상기 기판의 전면 상에 적층된 전면 Al2O3 박막층;
상기 전면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제2 도전형의 비정질 실리콘층;
상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 전면 투명전도산화막;
상기 기판의 후면 상에 적층된 후면 Al2O3 박막층;
상기 후면 Al2O3 박막층 상에 적층된 제1 도전형의 비정질 실리콘층;
상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 적층된 후면 투명전도산화막; 및
상기 전면 및 후면 투명전도산화막 상에 각각 구비되는 전면 전극 및 후면 전극을 포함하여 이루어지며,
상기 전면 Al2O3 박막층 및 후면 Al2O3 박막층은 상기 기판 상에 일정 간격을 두고 이격되어 패턴 박막 형태로 구비되며,
상기 전면 Al2O3 박막층 및 후면 Al2O3 박막층은 광생성 전하의 터널링(tunneling)을 위해 공극 패턴을 구비하며,
상기 공극의 면적은 상기 기판 면적의 0.1 내지 10% 인 것을 특징으로 하는 이종접합 태양전지.A crystalline silicon substrate of a first conductivity type;
A front Al 2 O 3 thin film layer laminated on the front of the substrate;
A second conductive amorphous silicon layer stacked on the front Al 2 O 3 thin film layer;
A front transparent conductive oxide film laminated on the amorphous silicon layer of the second conductivity type;
A backside Al 2 O 3 thin film layer laminated on the backside of the substrate;
An amorphous silicon layer of a first conductivity type stacked on the rear Al 2 O 3 thin film layer;
A transparent back oxide film stacked on the first conductive amorphous silicon layer; And
It comprises a front electrode and a rear electrode provided on the front and rear transparent conductive oxide film, respectively,
The front Al 2 O 3 thin film layer and the back Al 2 O 3 thin film layer are provided in the form of a pattern thin film spaced apart at regular intervals on the substrate,
The front Al 2 O 3 thin film layer and the back Al 2 O 3 thin film layer has a pore pattern for tunneling (photon generation charge),
The area of the void is a heterojunction solar cell, characterized in that 0.1 to 10% of the substrate area.
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