KR101288189B1 - 이종접합 태양전지의 전극 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 실리콘 이종접합 태양전지의 전극을 형성하는 방법으로서 선택적 무전해 증착법을 이용한 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, HIT이종접합 태양전지를 전극 전 공정까지 제작 한 후에 이어서 전면 후면에 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 씨드층 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅을 적용하는 방법과, 스퍼터링 방법을 적용하는 방법과 잉크젯을 이용하는 방법과 스탬핑(stamping)을 적용하는 방법과 카본잉크를 적용하는 방법을 통한 씨드패터닝이 가능한 방법을 포함하며 이후 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 전극 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 선택적 무전해 증착공정을 적용한 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선을 형성하는 방법에 대한 발명이다.
Description
본 발명은 이종접합 태양전지의 전극 배선 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 무전해 증착 공정기술을 이용하여 종래의 Ag paste를 적용한 전극의 별도의 소성공정 없이 완전히 금속층으로 매립할 수 있는 고효율, 초저비용 금속 전극 형성 방법에 관한 것이다. 이종접합 실리콘 태양전지의 금속전극은 현재 Silver paste를 이용한 screen printing방법이 대세를 이루고 있다. 하지만 cell전체의 효율적인 측면과 비용적인 측면에서 매우 큰 영향을 끼치는 실리콘 태양전지의 분야에 있어서 silver paste를 적용한 screen printing방법은 실리콘 태양전지의 고 효율화에는 하나의 큰 단점으로 지적될 수 있다. 또한, 전극 설계 나 전극 형성과정은 전극재료 및 전극재료 증착방법에 매우 민감할 수 밖에 없으며 이러한 전극재료 및 형성방법은 저비용, 고효율을 지향할 수 있도록 최적화 된 선정이 필요하며, 기판의 접합구조에 따른 전극재료와 적절한 형성 기법의 선정이 중요하다. 현재 상용화 된 태양전지에 널리 쓰이고 있는 스크린 프린팅 기법은 비교적 재료와 단위공정 장비가 저가이며 다량의 제품을 대기 중에서 대면적으로 빠른 시간내에 생산할 수 있고, 적합한 전극재료를 선택적으로 적용 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 전극 재료 자체가 glass frit 성분을 포함하고 있어 비저항이 매우 크다는 단점이 있어서 이 또한 효율 향상에는 장애 요인으로 지적되고 있다. 또한 에미터의 전면에 스크린 프린팅으로 형성한 Ag 전면 전극은 열처리 공정과정에서 전극과 에미터 표면의 접합면에서부터 시작하여 기판 쪽으로 확산 침투를 일으키는 현상으로 인하여 전극 저항이 매우 커질 수 있고 이로 인한 전극효율 감소는 피할 수 없는 상황이라 하겠다. 또한 실리콘 태양전지의 두께가 얇아지면서 실버 스크린 프린팅시 압력에 의하여 기판이 깨지는 불량율도 증가되는 추세여서 이를 극복하기 위한 새로운 전극형성 방법의 개발이 필요하다. Printing 및 고온 Firing시 wafer가 얇아지면서 불량률 발생이 높아질 위험이 있으며, Ag전극내에 Glass Frit으로 인한 저항이 높아지면서 고효율화에 대한 장애요인이 되고 있고, 무엇보다도 Ag원재료의 단가가 급격히 상승하고 있어서 Cost를 줄이기 위해서는 Ag를 대체할 새로운 재료 및 공정, 장비기술이 절실히 요청되고 있는 상황이다.
아몰퍼스 실리콘과 단결정 실리콘의 장점을 동시에 이용한 HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer) 구조의 태양전지가 일본의 산요전기에서 개발 되었다. 기존의 태양전지가 고온의 확산공정에 의해 에미터를 형성시킨 것과는 달리 HIT 구조에서는 p-type과 intrinsic 아몰퍼스 실리콘을 이용하여 결정질 실리콘에 형성시킨 것이 특징이다. 아몰퍼스 층은 접합만 형성시켜주고 실제 빛을 흡수하는 영역은 그 아래의 결정질 실리콘이다. 그리고 접합계면에 절연층을 둠으로써 전지의 역포화 밀도를 줄여 일반 태양전지에 비해서 온도 특성이 우수하다. 아몰퍼스 박막의 형성은 보통 400 ℃이하에서 가능하기 때문에 전 공정이 저온에서 이루어진다는 것도 큰 장점이다. 그러나 전면의 아몰퍼스가 전도도가 낮아서 보조전극으로 투명 전도막을 사용해야 하는데 투명전도막에서의 반사나 흡수는 변환효율을 줄이는 단점이 있다. Intrinsic 층을 사용한 경우 연구실 레벨에서의 변화효율은 23％에 이른다. 기존 결정질 실리콘 태양전지와 HIT 태양전지의 구조의 차이점은 에미터 형성에 있다. 동종접합으로 에미터를 형성하였는지 이종접합으로 형성하였는가로 구분이 된다. 동종접합의 경우는 웨이퍼 표면에 도핑을 이용하여 형성을 하는 방식으로 고온의 열처리 과정이 필수적이다. 뿐만 아니라 후면 전계를 형성하기 위해서도 고온의 열처리 공정이 필요하다. 반면 HIT cell의 경우에는 전면의 에미터와 후면의 전계를 형성하기 위하여 a-Si:H 박막을 이용함으로써 이런 고온의 열처리 공정을 거치지 않는 장점을 가진다. 본 발명에서는 이러한 이종접합 실리콘 태양전지에 적용되는 새로운 전극형성 방법 및 그 적층 구조에 관한 발명이다.
본 발명에 의하면, 아아크레이어의 금속전극 형성부분을 패터닝한 후에 무전해도금법을 이용하여 아아크레이어에는 니켈 또는 구리층을 형성을 제어하여 금속전극 형성부분만을 선택적 증착함으로써 별도의 포토레지스트 형성공정이 필요 없이 진행이 가능하며 또한 저항이 낮은 구리를 선택적으로 증착함으로써 태양전지의 전극면적 감소를 통한 효율 향상과 저저항으로 인한 효율개선을 할 수 있는 새로운 전극배선 형성 공정에 관한 것이다.
본 발명은, 실리콘 이종접합 태양전지의 전극을 형성하는 방법으로서 선택적 무전해 증착법을 이용한 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, HIT이종접합 태양전지를 전극 전 공정까지 제작 한 후에 이어서 전면 후면에 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 씨드층 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅을 적용하는 방법과, 스퍼터링 방법을 적용하는 방법과 잉크젯을 이용하는 방법과 스탬핑(stamping)을 적용하는 방법과 카본잉크를 적용하는 방법을 통한 씨드패터닝이 가능한 방법을 포함하며 이후 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 전극 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 선택적 무전해 증착공정을 적용한 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선을 형성하는 방법에 대한 발명이다.
본 발명은, 실리콘 이종접합 태양전지의 전극을 형성하는 방법으로서 선택적 무전해 증착법을 이용한 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, HIT이종접합 태양전지를 전극 전 공정까지 제작 한 후에 이어서 전면 후면에 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 씨드층 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅을 적용하는 방법과, 스퍼터링 방법을 적용하는 방법과 잉크젯을 이용하는 방법과 스탬핑(stamping)을 적용하는 방법과 카본잉크를 적용하는 방법을 통한 씨드패터닝이 가능한 방법을 포함하며 이후 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 전극 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 선택적 무전해 증착공정을 적용한 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선을 형성하는 방법에 대한 발명이다.
씨드층 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅 방법, 스퍼터링 방법, 잉크젯 방법과 스탬핑(stamping) 방법과 카본잉크를 적용하는 방법을 통한 씨드패터닝이 가능한 방법을 포함하며 이후 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 전극 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 선택적 무전해 증착공정을 적용한 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선을 형성한다.
선택적 증착법을 이용한 이종접합 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, n-type Si 전후면에 텍스쳐링(texturing)을 형성하는 단계와, 전면 또는 후면에 intrinsic 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 p-type 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 TCO layer를 형성하는 단계와 이어서 전면 후면에 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 이후 어닐링(annealing)을 하는 단계와 이후 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 고효율 저비용 태양전지의 전극배선에 적용 가능하다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 이종접합 태양전지의 금속 전극 배선 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 선택적 증착 특성을 이용한 이종접합 태양전지의 전극 배선 형성 방법은, 선택적 증착법을 이용한 이종접합 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, n-type Si 전후면에 텍스쳐링(texturing)을 형성하는 단계와, 전면 또는 후면에 intrinsic 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 p-type 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 TCO layer를 형성하는 단계와 이어서 전면 후면에 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 이후 어닐링(annealing)을 하는 단계와 이후 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 이종접합 태양전지의 금속 전극 배선 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실리콘 기판(100)상에 P타입 또는 N타입을 형성하고 Texturing을 습식식각(Wet etch)또는 플라즈마 에치(Plasma etch)를 포함하는 건식각(Dry etch)공정으로 진행하게 된다. 이어서 intrinsic 아몰포스 레이어를 증착한다. 이어서, 전면 또는 후면에 p-type 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계로서 (120), (130) 물리증착법이나 화학증착법이 가능하며, SiON, Si3N4, SiOx막 형성 방법으로도 적용이 가능하다. 이어서 전, 후면에 TCO(Transparence conducting oxide)를 형성하는 단계에 있어서 투명 전도성 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide) 및 ZnO(Al)등 의 TCO를 증착하는 방법이 가능하다. TCO증착후 씨드층을 형성하는 방법이 가능하다.
씨드층을 형성하는 단계로서 씨드층으로는 Ag paste, Ag, Cu, Ni, Mo, Sn, Co, W를 적용하는 씨드층을 형성하는 방법이 가능하며 씨드층으로 적용하는 물질 및 공정을 포함하며 씨드층의 증착방식으로는 스크린프린팅, sputtering 방법이 가능하며,, CVD법, evaporation법, ALD법, 무전해/전해 도금 법을 적용한 증착이 가능한 이종접합 태양전지 전극 형성 방법이 가능하다. 이러한 전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 제거하는 씨드층 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅을 적용하는 방법과, 스퍼터링 방법을 적용하는 방법과 잉크젯을 이용하는 방법과 스탬핑(stamping)을 적용하는 방법과 카본잉크를 적용하는 방법을 통한 씨드패터닝이 가능한 방법을 포함하며 전극의 캡을 형성하여 이종접합 태양전지의 전극을 형성한다.
100: 실리콘기판
110: intrinsic a-Si Layer
120: 전면 p-type a-Si Layer
130: 후면 p-type a-Si Layer
140: 투명전도성옥사이드(TCO) 레이어층
150: 씨드 형성 및 씨드패터닝(seed patterning) 단계
160: 선택적 무전해 구리증착 단계
170: 무전해/전해 캡형성 단계
110: intrinsic a-Si Layer
120: 전면 p-type a-Si Layer
130: 후면 p-type a-Si Layer
140: 투명전도성옥사이드(TCO) 레이어층
150: 씨드 형성 및 씨드패터닝(seed patterning) 단계
160: 선택적 무전해 구리증착 단계
170: 무전해/전해 캡형성 단계
Claims (6)
- 실리콘 이종접합 태양전지의 전극을 형성하는 방법으로서 무전해/전해 도금법을 이용한 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, n-type Si 전후면에 텍스쳐링(texturing)을 형성하는 단계와, 전면 또는 후면에 intrinsic 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 p-type 아몰포스(amorphous)-Si을 형성하는 단계와 이어서 전면 또는 후면에 ITO,ZnO(Al)등의 TCO layer를 형성하는 단계와 이어서 전면 후면에 Ag, Cu, Ni, Sn, Co,W 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계와 이어서 씨드층 패터닝하는 방법과 이어서 전, 후면에 동시 증착 방법으로 Cu를 형성하는 단계와 이어 캡 증착 단계를 포함하는 증착공정을 적용하여 이후 어닐링(annealing)을 하는 단계와 이후 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 처리하는 방법을 실시하는 방법으로 무전해/전해 증착공정을 적용한 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,
전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 패터닝하는 방법을 적용하며,
상기 씨드층을 패터닝하는 방법으로서 스크린프린팅을 적용하는, 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법. - 제 1 항에 있어서,
전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 패터닝하는 방법을 적용하며,
상기 씨드층을 패터닝하는 방법으로서 스퍼터링을 적용하는, 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법. - 제 1 항에 있어서,
전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 패터닝하는 방법을 적용하며,
상기 씨드층을 패터닝하는 방법으로서 잉크젯을 적용하는, 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법. - 제 1 항에 있어서,
전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 패터닝하는 방법을 적용하며,
상기 씨드층을 패터닝하는 방법으로서 스탬핑(stamping)을 적용하는, 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법. - 제 1 항에 있어서,
전극형성을 위한 전극부위 이외의 씨드층을 패터닝하는 방법을 적용하며,
상기 씨드층을 패터닝하는 방법으로서 카본잉크를 적용하는, 실리콘 이종접합 태양전지의 금속전극배선 형성방법.
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