KR101266337B1 - 실리콘 태양전지의 제조방법 - Google Patents
실리콘 태양전지의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101266337B1 KR101266337B1 KR1020110005221A KR20110005221A KR101266337B1 KR 101266337 B1 KR101266337 B1 KR 101266337B1 KR 1020110005221 A KR1020110005221 A KR 1020110005221A KR 20110005221 A KR20110005221 A KR 20110005221A KR 101266337 B1 KR101266337 B1 KR 101266337B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- photonic crystal
- sic
- thin film
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 39
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 229910004012 SiCx Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 12
- 229910014299 N-Si Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001093 holography Methods 0.000 claims description 2
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 26
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 abstract description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 14
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
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
- H01L31/1812—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 including only AIVBIV alloys, e.g. SiGe
-
- 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
- H01L31/075—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 PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
- H01L31/076—Multiple junction or tandem 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
- Y02E10/548—Amorphous 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)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 기존의 다접합 다전극 탠덤(Tandem)구조를 개선한 다물질을 포함한 단일접합 단일전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 SiC/Si 광결정 핀(PIN) 구조 실리콘 태양전지의 새로운 구조의 발명으로 핀(PIN) 구조의 광흡수층인 I층을 SiC박막과 Si 박막이 병렬 배열하는 구조로 형성하는데, SiC박막의 모자이크 패턴이나 광결정 패턴을 형성하고 광결정의 나노구멍에 Si 나노와이어가 증착되어 양단의 PN 접합에 I층인 SiC 박막층과 Si 나노와이어 층이 병렬 연결되어 회로를 구성하는 SiC/Si 광결정 PIN 구조를 갖는다. 박막형 구조를 기존의 벌크형 실리콘 태양전지에 접목하고 박막형 구조에 양자점이나 광결정구조를 직렬형 탠덤 구조와는 다르게 병렬로 도입함으로써 가시광 영역의 스펙트럼 부정합을 극복하고 효율 향상이 가능한 단일 접합형 다물질의 구조가 된다.
본 발명의 기대효과로는 SiCx/Si 광결정 PIN 구조 실리콘 태양전지를 개발함으로써 광결정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)으로부터 광의 구속과 나노구멍을 통한 전자의 전도특성을 확보할 수 있어 효율적인 광의 구속 및 흡수와 전자의 효율적인 인출이 병렬 에너지밴드구조로부터 가능해진다.
본 발명은 SiC/Si 광결정 핀(PIN) 구조 실리콘 태양전지의 새로운 구조의 발명으로 핀(PIN) 구조의 광흡수층인 I층을 SiC박막과 Si 박막이 병렬 배열하는 구조로 형성하는데, SiC박막의 모자이크 패턴이나 광결정 패턴을 형성하고 광결정의 나노구멍에 Si 나노와이어가 증착되어 양단의 PN 접합에 I층인 SiC 박막층과 Si 나노와이어 층이 병렬 연결되어 회로를 구성하는 SiC/Si 광결정 PIN 구조를 갖는다. 박막형 구조를 기존의 벌크형 실리콘 태양전지에 접목하고 박막형 구조에 양자점이나 광결정구조를 직렬형 탠덤 구조와는 다르게 병렬로 도입함으로써 가시광 영역의 스펙트럼 부정합을 극복하고 효율 향상이 가능한 단일 접합형 다물질의 구조가 된다.
본 발명의 기대효과로는 SiCx/Si 광결정 PIN 구조 실리콘 태양전지를 개발함으로써 광결정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)으로부터 광의 구속과 나노구멍을 통한 전자의 전도특성을 확보할 수 있어 효율적인 광의 구속 및 흡수와 전자의 효율적인 인출이 병렬 에너지밴드구조로부터 가능해진다.
Description
본 발명은 SiCx/Si 광결정 핀(PIN) 구조의 실리콘 태양전지의 제조방법으로서, 광결정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)으로부터 광의 구속과 나노구멍을 통한 전자의 전도특성을 확보함으로써, 병렬 에너지밴드구조로부터 효율적인 광의 구속 및 흡수와 전자의 효율적인 인출이 가능하게 하기 위한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지를 지칭하는 것이다.
한편, 상기와 같은 태양전지의 제조공정을 도 1을 참조하여 설명한다.
먼저, p형 실리콘 기판(10)을 준비한다(S1).
그리고, 실리콘 기판(10)을 알칼리 수용액이나 혼합산 용액에 침적하여 실리콘 기판(10)의 제조 시에 표면이 손상된 부분을 제거한다(S2).
그리고, 실리콘 기판(10)의 표면의 빛 반사 손실을 줄여주기 위해 실리콘 기판(10)의 전면과 후면에 에칭으로 조직화(texturing)면(12)을 형성한다(S3).
이와 같은 표면 조직화에 의해 실리콘 기판(10)의 전면에서의 반사율을 감소시키고, 태양전지 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 후면으로부터 내부반사가 이루어지도록 하여 실리콘 기판(10)에 흡수된 빛의 양을 증가시키기는 것이다. 따라서 태양전지의 단락전류를 향상시킬 수 있다.
다음 공정으로 확산 공정(S4)을 진행하여 실리콘 기판(10)의 표면에 확산막(20)을 형성한다.
이러한 확산공정은 실리콘 기판(10) 상의 조직화된 면(texturized surface)에 인산 또는 POCl3가스를 이용하여 N형 도핑을 수행하여 N형 Si의 전자 에미터층을 형성한다.
확산공정(S4)에 의해 실리콘 기판(10)의 표면에 확산막(20)과 함께 PSG(Phosphosilicate glass)와 같은 부산물층(22)이 형성된다. 그런데 이와 같은 글래스류의 부산물층(22)에 의해 실리콘 기판(10)의 표면의 절연특성이 나빠진다.
따라서, 부산물층(22)을 습식에칭(wet etching)를 통해 제거하는 공정을 거친다(S5).
다음 공정으로는 p-n접합 형성을 위한 공정에서 기판의 에지(edge) 부분에도 불순물이 도핑되기 때문에, 태양전지의 전면과 후면전극이 전기적으로 연결되어 전지효율을 감소시키게 된다.
따라서 에지의 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면의 확산막(20)을 서로 전기적으로 분리하기 위하여 레이저를 이용하여 가장자리부분에서 전기적 분리홈을 파는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정(S6)을 진행한다.
그 다음, 실리콘 기판(10)의 전면에 SiNx 반사방지막을 증착하여 형성하여 광흡수도를 높힌다(S7).
반사방지막(anti-reflection coating)은 상층에서 반사된 빛과 하층에서 반사된 빛이 서로 상쇄간섭(destructive interference)을 일으키도록 함으로써 태양전지 표면에서의 빛 반사를 줄이고, 특정한 파장영역의 선택성을 증가시키기 위해 사용된다.
그 후, 실리콘 기판(10)의 전면에 전면전극(35)을 핑거(finger)와 버스(bus)선으로 제작하고 후면에도 Al를 증착하여 코파이어링(co-firing) 열처리로부터 전극이 옴(Ohmic) 접촉되어지게 한다(S8).
전면전극(35) 형성시 고려해야 될 두 가지 사항은 전면전극(35)의 설계 및 스크린 인쇄법에 의해 전면전극(35)을 형성할 때 열처리 온도와 시간이다. 상용으로 가장 일반적인 상부전극은 Ag를 스크린 인쇄하는 방법이다.
이 후, 실리콘 기판(10)의 후면에 후면전극(37)을 인쇄한 후 건조하는 공정을 진행한다(S9).
이 후, 실리콘 기판(10)을 열처리로(furnace)에서 코파이어링(co-firing)공정을 거쳐 전면전극(35)과 후면전극(37)을 실리콘 기판(10)의 내부로 침투시킴으로써, 전면전극(35)과 후면전극(37)으로 전류가 흐르도록 한다.(S10).
도 2는 종래 적층 탠덤(tandem) 태양전지 소자는 표준형 태양전지인 PN 접합을 갖는 Si 태양전지의 공정에서 여러 개의 PN 접합을 갖도록 적층하여 병렬연결 또는 직렬연결 전극을 도출(metal-interconnection)한 것을 보여주는 도면이다.
외부로 전극을 도출한 병렬형태는 각각의 접합양단에 전극을 형성하여 병렬로 연결하였고, 단일전극만 도출한 직렬형태는 각각의 PN접합사이에 전극을 형성함으로써 직렬 연결하였다.
한편, 현재 진행되고 있는 실리콘 태양전지의 연구개발의 현황을 간단히 살펴본다.
실리콘의 에너지밴드갭이 1.12 eV로서 파장으로는 1,100 nm이며 도 3은 AM1.5G 태양스펙트럼(Solar Spectrum)이다. 태양스펙트럼은 단파장영역으로 에너지가 실리콘의 두 배 영역에서 최대가 된다. 이러한 실리콘 밴드갭 초과영역에서의 여분 에너지는 실리콘내부에 전자-정공 쌍을 생성하는데 충분하지만 에너지가 대부분 물질내부를 열적 진동시켜 소멸되어진다. 또한 해칭된 부분인 장파장 영역은 실리콘내부를 투과해 버려 손실된다. 따라서 4족반도체인 Ge(0.66eV), Si(1.12eV), SiC(2.5eV)의 3종류의 반도체는 각각 파장영역이 1878nm, 1107 nm, 그리고 496 nm로서 태양광스펙트럼의 분포대역을 커버하며, 이들의 조합은 매우 중요하다고 할 수 있다. 태양광이 실리콘 물질내부에 입사되어 에너지가 소멸되는 과정에 대한 자세한 설명으로 도 3의 하방에 나타난 5단계 과정이 있다.
즉, ①단계: (1) 밴드갭보다 작은 입사에너지의 장파장은 흡수되지 못하고 투과된다. ②단계: 밴드갭보다 매우 큰 입사 에너지의 단파장은 격자진동으로 인한 열 발생의 손실이 된다. ③과 ④단계: PN 접합과 오믹 금속접촉에서 오는 손실을 준다. ⑤단계: 전자-정공의 재결합으로 인한 손실이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다물질을 포함한 단일접합 단일전극형으로 구성하여 광결정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)으로부터 광의 구속과 나노구멍을 통한 전자의 전도특성을 확보함으로써 병렬 에너지밴드구조로부터 효율적인 광의 구속 및 흡수와 전자의 효율적인 인출이 가능하게 하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 핀(PIN) 구조의 광흡수층인 I층을 SiC박막과 Si 박막이 병렬 배열하는 구조로 형성하되, 상기 SiC박막에 모자이크 패턴이나 광결정 패턴을 형성하고 광결정의 나노구멍에 Si 나노와이어를 증착시켜 양단의 PN 접합에 I층인 SiC 박막층과 Si 나노와이어 층을 병렬 연결하는 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 하나의 본 발명은, 조직화된 P형 실리콘 기판 위에 광 흡수층인 i-Si층을 PECVD 적층하는 공정;
SiCx층을 적층하여 인산 도포하여 열확산방식으로 N-SiCx층과 N-Si층을 형성하는 공정; 및
인실리사이드유리층(PSG)을 제거 후 다시 SiO2/SiNx 반사방지막 코팅을 수행하는 공정을 포함하여 이루어지는 실리콘 태양전지의 제조공정을 제공한다.
상기 반사막 코팅 공정을 수행하기 전에 p형 반도체 표면에 1-100nm의 나노두께를 갖는 Ag금속을 전체 에미터 표면에 증착함으로써 물질 병렬구조의 전면 전극을 형성한다.
상기 N-SiCx층을 적층하는 공정은, 포토리소그래피공정으로 마이크로 크기를 갖는 패턴을 형성하여 식각하거나 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 나노패턴을 형성하여 식각한 다음, Si층을 증착하여 식각된 패턴부위의 구멍을 채우며, 인산도핑 확산공정을 수행하여 에미터(emitter)층인 N-Si/N-SiCx 병렬구조를 완성한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 SiCx/Si 광결정 PIN 구조 실리콘 태양전지로서, 광결정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)으로부터 광의 구속과 나노구멍을 통한 전자의 전도특성을 확보할 수 있어 효율적인 광의 구속 및 흡수와 전자의 효율적인 인출이 병렬 에너지밴드구조로부터 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 제조공정을 도시한 도면,
도 2는 종래 적층 탠덤 태양전지 소자의 병렬연결 또는 직렬연결 전극을 도출한 것을 보여주는 도면,
도 3은 종래의 AM1.5G 태양스펙트럼을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 서로 다른 단일 접합 물질들이 병렬로 배열하는 구조 태양전지의 도면,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 밴드갭이 서로 다른 반도체물질을 적층한 단일 접합구조의 태양전지를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 물질 병렬구조를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 다른 물질 병렬구조를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명의 포토리소그래피 공정을 통하여 포토마스크작업, 마이크로크기의 모자이크 패턴을 형성, 습식이나 건식 식각을 수행한 도면,
도 9는 본 발명의 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 나노패턴을 형성하고 SiCx층을 건식식각을 통하여 광결정을 제작한 도면,
도 10은 본 발명의 제 5실시에에 따른 3주기이상의 다층의 실리콘 양자점이 포함된 SiC 층에 광결정을 형성하고 광결정의 나노구멍에 실리콘 와이어를 형성하는 병렬구조의 실시예이다.
도 2는 종래 적층 탠덤 태양전지 소자의 병렬연결 또는 직렬연결 전극을 도출한 것을 보여주는 도면,
도 3은 종래의 AM1.5G 태양스펙트럼을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 서로 다른 단일 접합 물질들이 병렬로 배열하는 구조 태양전지의 도면,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 밴드갭이 서로 다른 반도체물질을 적층한 단일 접합구조의 태양전지를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 물질 병렬구조를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 다른 물질 병렬구조를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명의 포토리소그래피 공정을 통하여 포토마스크작업, 마이크로크기의 모자이크 패턴을 형성, 습식이나 건식 식각을 수행한 도면,
도 9는 본 발명의 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 나노패턴을 형성하고 SiCx층을 건식식각을 통하여 광결정을 제작한 도면,
도 10은 본 발명의 제 5실시에에 따른 3주기이상의 다층의 실리콘 양자점이 포함된 SiC 층에 광결정을 형성하고 광결정의 나노구멍에 실리콘 와이어를 형성하는 병렬구조의 실시예이다.
이하에서는 본 발명의 제 1실시예를 설명한다.
도 4에 도시된 본 실시예는 서로 이웃한 단일 접합 물질들을 갖지만 서로 다른 병렬로 배열하는 구조이다.
물질 병렬형태(parallel materials)는 도핑을 한 반도체 물질이 한 평면상에 놓이는 즉, 서로 다른 반도체물질이 같은 P형 도핑층으로 한 평면상에 공존하고, 또한 서로 다른 반도체물질이 같은 N형 도핑층으로 한 평면상에 공존하는 형태이다.
그리고 물질 직렬형태(serial materials)는 서로 다른 반도체 물질이 같은 P층이 직렬 배열되고, 또한 서로 다른 반도체 물질이 같은 N형층이 직렬 배열하여 단일 PIN 접합을 형성하는 물질 직렬형태의 구조이다.
이하에서는 본 발명의 제 2실시예를 설명한다.
도 5는 에너지 밴드갭이 서로 다른 반도체물질을 적층하여 단일 접합구조를 형성한 경우이다. 실리콘 기판에 점점 커지는 밴드갭을 갖는 반도체물질을 적층하여 밴드갭보다 큰 에너지를 갖는 단파장 빛은 흡수되고 밴드갭보다 작은 에너지를 갖는 장파장빛은 내부로 입사되어 다시 작아진 밴드갭 물질을 만나 밴드갭보다 큰 에너지를 갖는 파장의 빛은 다시 흡수되는 과정이 반복되는 광 윈도우 개념의 직렬 적층구조의 예이다.
이와 같은 태양전지를 제조하는 방법은, 도 1의 S3공정을 수행한 다음, 조직화(texturised)된 P형 실리콘 기판 위에 광 흡수층인 i-Si층을 PECVD 적층하고 이어서 SiCx층을 적층하고, 이 후 인산 도포하여 열확산방식으로 N-SiCx층과 N-Si층을 형성한다.
그리고 인실리사이드유리층(PSG)을 제거 후 다시 SiO2/SiNx 반사방지막 코팅을 수행하게 된다.
SiC는 밴드갭이 2.5 eV이며 간접밴드를 갖는 물질이다. 1.1 eV의 Si 에너지밴드와는 전도대와 0.5 eV, 가전자대와는 0.9 eV의 에너지 부정합을 갖는다. 이러한 SiC층에 Si 양자점이 내포되는 경우 에너지 3-5 nm 크기의 Si 양자점의 밴드갭이 1.7 eV이다. 이러한 양자점이 고밀도로 증착되어 있는 경우 양자점 배열로 인한 미니밴드를 형성하게 되어진다.
따라서 Si 에너지 밴드 영역인 1100 nm 파장 이하대역과 600 nm 파장 이하대역의 태양광이 흡수될 수 있게 된다. 단파장의 광은 실리콘물질 내부로 깊게 투과하질 못하기 때문에 표면에 밴드갭이 큰 물질인 N-SiCx층은 광이 입사가능한 윈도우층이다. 후면의 P-Si층에 밴드갭이 0.65-1.12 eV인 SiGe 박막을 증착하여 보론(B)이나 Al으로 도핑한다.
또한 도 1에 도시된 표준공정의 S4 및 S5공정을 수행하고, S6공정인 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 수행하기 전에 p형 반도체 표면에 1-100nm의 나노두께를 갖는 Ag금속을 전체 에미터 표면에 증착한다. 특히 이러한 나노크기의 Ag 금속증착은 물질 병렬구조에서는 전면 전극형성에 필요하다.
이하에서는 본 발명의 제 3실시예를 설명한다.
도 6은 물질 병렬구조의 한 예로, 인산도핑전에 N-SiCx층을 포토리소그래피공정으로 마이크로 크기를 갖는 패턴을 형성하여 식각하거나 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 나노패턴을 형성하여 식각한 다음, Si층을 증착하여 식각된 패턴부위의 구멍을 채운다. 그리고 나서 인산도핑 확산공정을 수행하여 에미터(emitter)층인 N-Si/N-SiCx 병렬구조를 완성한다.
이하에서는 본 발명의 제 4실시예를 설명한다.
도 7은 물질 병렬구조의 한 예로, 조직화된(texturised) P-Si 표면에 SiCx층을 도핑하지 않고 PECVD 증착한 다음, 이를 패턴화하고 Si 층을 패턴의 부위나 구멍에 증착하여 채운다. 그리고 인산 도핑을 수행하여 태양전지를 완성한다. i층과 N층이 2 channel 구조를 갖는 경우이다.
도 8은 포토리소그래피 공정을 통하여 포토마스크작업을 수행하고, 마이크로크기의 모자이크 패턴을 형성하며, 또한 이를 습식이나 건식 식각을 수행한 도면이다.
도 9는 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 나노패턴을 형성하고, SiCx층을 건식식각을 통하여 광결정을 제작한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 제 5실시예를 설명한다.
도 10은 3주기이상의 다층의 실리콘 양자점이 포함된 SiC 층에 광결정을 형성하고 광결정의 나노구멍에 실리콘 와이어를 형성하는 경우의 병렬구조의 실시예이다.
본 실시예는 도 1의 S3공정인 식각(texture etch) 공정후에 SiCx 층과 Si층을 적층하게 되고, 또한 나노패턴이나 마이크로 패턴을 수행하게 된다. 그리고 이어서 S4공정인 인산 확산(Phosphor diffusion(n-Si)) 공정을 연속하여 수행하게 된다.
본 실시예는 먼저 도 1의 S1, S2공정인 P형 실리콘 기판의 손상(slicing saw damage)을 제거하기 위한 공정으로 표면을 일정 두께 식각한다. 그리고 평탄한 표면의 기판을 홈을 파서 조직화(texturization)하며 태양광 입사경로를 확보한다.
그리고 다시 S2공정인 P형 실리콘 표면 조직화(texturized surface) 제조공정을 수행한다.
그리고 추가적으로 플라즈마증착공정(PECVD)을 통하여 SiCx 층 박막을 증착한다. 이때 가스의 유량비를 조절함으로써 Si-rich인 상태의 SiCx층을 제작함으로써 Si 양자점이 형성되도록 한다.
Si QD을 포함하는 SiCx 박막층을 광홀로그램 공정이나 포토리소그래피 공정을 통하여 나노 또는 마이크로 크기의 패턴을 형성한다. 나노크기의 패턴의 격자는 주기가 100-1200 nm, 구멍직경 또는 선폭은 40-100 nm 크기이다. 마이크로 크기의 패턴주기은 30-200 um이며 구멍직경 또는 선폭은 10-100um이다. 나노크기 패턴은 ICP 건식식각공정으로 마이크로크기의 패턴은 습식 또는 건식식각공정을 통하여 형성한다. 또한 식각된 패턴의 깊이와 같은 높이의 Si 층을 증착한다.
이어서 S4공정인 인산 또는 POCl3가스를 이용하여 N형 도핑을 수행하여 N형 SiCx과 N형 Si의 전자 에미터(emitter)층을 형성한다. 표면에 형성된 인실리사이드 유리박막층(PSG)을 습각 습식공정으로 제거한다.
그리고 연속적으로 나노크기의 Ag 입자를 표면에 도포하거나, 또는 1-100nm 두께의 Ag 박막을 진공 증착한다. 이러한 투명금속층은 광투과율이 가시광선에서 90% 이상 유지한다.
이어서 S6공정인 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정으로 전체면에 확산되어 N형 도핑된 표면을 분리하기 위해 레이저를 이용하여 가장자리부분에서 전기적 분리 홈을 파서 형성한다.
이어서 S7공정을 수행하여 에미터(emitter) 표면에 SiO2/SiNx 반사방지막을 증착하여 형성하여 광흡수도를 높힌다.
이어서 S8공정을 수행하여 절연층위에 Ag 전극라인을 핑거(finger)와 버스(bus)선으로 제작한다.
그리고 S9, S10공정을 통하여 후면에도 Al를 증착하여 동시연소(cofiring) 열처리로부터 전극이 Ohmic 접촉되어지며 태양전지가 제작 완성된다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
Claims (4)
- 삭제
- 조직화된 P형 실리콘 기판 위에 광흡수층인 i-Si층을 PECVD 적층하는 공정;
상기 i-Si층 위에 SiCx층을 적층하는 공정;
상기 SiCx층을 포토리소그래피공정으로 마이크로 크기를 갖는 패턴을 형성하여 식각하거나 광홀로그래피 공정을 통하여 광결정 형상의 나노 패턴을 형성하여 식각한 다음, 그 위에 Si층을 증착하여 식각된 상기 패턴의 구멍을 채우는 공정;
인산도핑 확산공정을 통해 상기 Si층과 SiCx층을 에미터층인 N-SiCx층과 N-Si층으로 형성하고, 상기 N-SiCx층과 상기 N-Si을 병렬구조로 완성하는 공정;
상기 N-SiCx층과 N-Si층 형성 과정에서 발생된 인실리사이드유리층(PSG)을 제거 한 후 그 위에 SiO2/SiNx 반사방지막 코팅을 수행하는 공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조공정. - 제 2 항에 있어서,
상기 반사방지막 코팅 공정을 수행하기 전, 1-100nm의 나노두께를 갖는 Ag금속을 상기 에미터층 전체에 증착하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조공정. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110005221A KR101266337B1 (ko) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | 실리콘 태양전지의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110005221A KR101266337B1 (ko) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | 실리콘 태양전지의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120083963A KR20120083963A (ko) | 2012-07-27 |
| KR101266337B1 true KR101266337B1 (ko) | 2013-05-22 |
Family
ID=46715002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110005221A KR101266337B1 (ko) | 2011-01-19 | 2011-01-19 | 실리콘 태양전지의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101266337B1 (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103107217B (zh) * | 2013-01-14 | 2015-09-23 | 华中科技大学 | 一种薄膜太阳能电池及其制作方法 |
| CN111584665A (zh) * | 2019-07-18 | 2020-08-25 | 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 | 一种用于薄片化双面电池的背面氮化硅叠层膜的制备方法 |
| CN116364806A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-06-30 | 天合光能股份有限公司 | 叠层太阳能电池的制备方法和叠层太阳能电池 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282911A (ja) | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Canon Inc | 太陽電池モジュールアレイ及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法 |
| KR100878419B1 (ko) | 2007-07-13 | 2009-01-13 | 삼성전기주식회사 | 수발광소자 |
| KR100995833B1 (ko) | 2009-03-26 | 2010-11-22 | 한양대학교 산학협력단 | 유기물-무기물 복합재료를 이용한 태양전지 및 그 제조방법 |
-
2011
- 2011-01-19 KR KR1020110005221A patent/KR101266337B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282911A (ja) | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Canon Inc | 太陽電池モジュールアレイ及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法 |
| KR100878419B1 (ko) | 2007-07-13 | 2009-01-13 | 삼성전기주식회사 | 수발광소자 |
| KR100995833B1 (ko) | 2009-03-26 | 2010-11-22 | 한양대학교 산학협력단 | 유기물-무기물 복합재료를 이용한 태양전지 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120083963A (ko) | 2012-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101573934B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| WO2022033482A1 (zh) | 硅太阳能电池制备方法、硅晶片以及硅太阳能电池片 | |
| US8981210B2 (en) | Solar battery cell and method of manufacturing the solar battery cell | |
| JP5813204B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| KR101957801B1 (ko) | 플렉서블 이중접합 태양전지 | |
| TWI474488B (zh) | 太陽能電池 | |
| TWI518937B (zh) | Manufacture of solar cells | |
| KR20120111378A (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| US9997647B2 (en) | Solar cells and manufacturing method thereof | |
| KR101266337B1 (ko) | 실리콘 태양전지의 제조방법 | |
| US20110253210A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| KR102060710B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| JP6783231B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| KR101622088B1 (ko) | 태양전지 | |
| KR101743716B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| Safdar et al. | Interplay between optical and electrical properties of nanostructured surfaces in crystalline silicon solar cells | |
| KR101318326B1 (ko) | 초고효율을 나타내는 이종접합 실리콘 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101072357B1 (ko) | 공중 가설된 전극 구조를 갖는 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101199213B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| TWI395340B (zh) | 多接面太陽能電池 | |
| KR101429198B1 (ko) | 실리콘 기판의 텍스처링용 식각액 및 이를 이용한 고효율 태양전지의 제조방법 | |
| KR101178445B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| JP2011018748A (ja) | 太陽電池セルの製造方法 | |
| TWI455335B (zh) | 背接觸式太陽能電池及其製造方法 | |
| KR101199649B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170427 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |