KR101302373B1 - Method of Manufacturing Solar Cell - Google Patents
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Abstract
결정화도를 향상시켜 효율을 증가시킬 수 있는 태양전지 제조방법을 제공한다. 이러한 태양전지 제조방법은 투명전극이 코팅된 기판에 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계와, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 진성 실리콘층을 형성하는 단계와, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여, 상기 진성 실리콘층 위에, 제2 도핑 실리콘층을 형성하는 단계, 및 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여, 제2 도핑 실리콘층 위에 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 포함한다.It provides a solar cell manufacturing method that can increase the crystallinity to increase the efficiency. Such a solar cell manufacturing method includes forming a first doped silicon layer using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas on a transparent electrode coated substrate, and using the silane (Si n H 2n +2 ) gas. Forming an intrinsic silicon layer on the first doped silicon layer, forming a second doped silicon layer on the intrinsic silicon layer using silane (Si n H 2n +2 ) gas, and dichlorosilane (SiH Using 2 Cl 2 ) gas to form a third doped silicon layer over the second doped silicon layer.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히 박막 실리콘 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell manufacturing method, and more particularly to a thin film silicon solar cell manufacturing method.
종래의 화력발전이 화석연료의 고갈, 이산화탄소에 의한 지구 온난화 등의 많은 문제점을 발생시키고, 원자력발전 또한 안전상의 많은 문제점을 노출하고 있어, 근래 풍력, 태양광발전 등의 대체 에너지 개발이 활발히 진행되고 있다.Conventional thermal power generation causes many problems such as depletion of fossil fuel and global warming by carbon dioxide, and nuclear power also exposes many safety problems. Recently, alternative energy development such as wind power and photovoltaic power generation is actively progressed. have.
태양광발전에는 태양전지가 사용되는데, 이러한 태양전지는 태양광 또는 다른 광을 사용하여 전기에너지를 생성한다. 태양전지는 광전효과를 이용하여 광을 전기에너지로 변환한다. Photovoltaic power generation uses solar cells, which generate electrical energy using sunlight or other light. Solar cells use the photoelectric effect to convert light into electrical energy.
현재 태양전지들의 광전변환 효율을 향상시키기 위해서 다양한 구조 및 재료들의 연구가 진행되고 있다. 이러한 태양전지들 중에서, 실리콘층을 이용한 태양전지들이 널리 사용되고 있는데, 이러한 태양전지는 기판에 투명 전극층, P형 실리콘층, 진성실리콘층, N형 실리콘층, 투명 전극층 및 집전 전극이 순차적으로 형성된다.In order to improve photoelectric conversion efficiency of solar cells, various structures and materials have been studied. Among these solar cells, solar cells using a silicon layer are widely used. In such a solar cell, a transparent electrode layer, a P-type silicon layer, an intrinsic silicon layer, an N-type silicon layer, a transparent electrode layer, and a collecting electrode are sequentially formed on a substrate. .
이러한 태양전지들은, 제1 챔버 내에서 P형 실리콘층을 형성한 후, 제2 챔버로 이동하여, 진성 실리콘층을 형성하고, 다시 제3 챔버로 이동하여 N형 실리콘층을 형성하는 방식으로 각 챔버를 이동하면서 각 층을 형성하게 된다.These solar cells each form a P-type silicon layer in the first chamber and then move to the second chamber to form an intrinsic silicon layer and then to a third chamber to form an N-type silicon layer. Each layer is formed as it moves through the chamber.
이러한 태양전지들 중 미세 결정질 실리콘(μc-Si)층을 갖는 태양전지들이 널리 사용되고 있는데, 미세 결정질 실리콘 태양전지의 경우 비정질 실리콘 태양전지에 비해 효율이 낮고 또 낮은 개방전압과 높은 단락전류 때문에 모듈화를 할 경우 저항에 효율 감소가 크다. 하지만 비정질 태양전지와는 다른 영역의 빛을 흡수하기 때문에 높은 효율의 태양전지를 위해 이 두 종류의 태양전지를 적층해서 제조한다.Among these solar cells, solar cells having a microcrystalline silicon (μc-Si) layer are widely used. The microcrystalline silicon solar cells are less efficient than amorphous silicon solar cells, and have modularity due to low open voltage and high short circuit current. In this case, the efficiency decrease in resistance is large. However, because it absorbs light in a different area than amorphous solar cells, two types of solar cells are stacked and manufactured for high efficiency solar cells.
미세 결정질 실리콘층을 증착하는 과정에서, 계면에 의해 미세 결정질 실리콘이 직접형성되지 못하고 비정질 실리콘(a-Si)층이 형성되기 시작하다가 점차적으로 미세 결정질 실리콘이 형성된다. 이 때문에 결정질 태양전지의 개방전압이 감소하고 전류가 감소하는 효과가 발생된다. 이 경우 결정질 태양전지의 효율은 높아지나 비정질 실리콘과 적층할 경우 상당수 빛이 비정질에서 흡수된 이후 결정질 태양전지에 도달하기 때문에 상대적으로 적은 빛에서 비정질 태양전지와의 단락전류값을 맞추기 위해 결정질 층이 두껍게 증착이 되거나 비정질 층이 얇게 증착되야 한다. 전자의 경우에는 제조 시간, 단가 등이 높아지고 후자의 경우에는 효율이 감소되는 문제점이 발생된다.
In the process of depositing the microcrystalline silicon layer, the microcrystalline silicon is not directly formed by the interface and the amorphous silicon (a-Si) layer starts to form, and then the microcrystalline silicon is gradually formed. As a result, the open voltage of the crystalline solar cell is reduced and the current is reduced. In this case, the efficiency of the crystalline solar cell is high, but when laminated with amorphous silicon, since a large amount of light reaches the crystalline solar cell after being absorbed from the amorphous, the crystalline layer is formed to match the short-circuit current value with the amorphous solar cell at a relatively low light. Either a thicker deposit or a thinner amorphous layer should be deposited. In the former case, manufacturing time, unit cost, etc. are increased, while in the latter case, efficiency is reduced.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 결정질 태양연지의 P와 N층의 결정화도를 향상시켜 비정질 태양전지와 적층했을 경우 효율을 증가시키거나, 또는 제조시간과 단가를 낮출 수 있는 태양전지 제조방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to improve the crystallinity of the P and N layers of the crystalline solar cells to increase the efficiency when laminated with an amorphous solar cell, or to increase the manufacturing time and cost reduction solar cell manufacturing method To provide.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양전지 제조방법은 투명전극이 코팅된 기판에 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계와, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 진성 실리콘층을 형성하는 단계와, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여, 상기 진성 실리콘층 위에, 제2 도핑 실리콘층을 형성하는 단계, 및 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여, 제2 도핑 실리콘층 위에 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 포함한다.The solar cell manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention for achieving the above object is to form a first doped silicon layer using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas on a transparent electrode coated substrate; , by using a silane (Si n H 2n +2); and silane (Si n H 2n +2) by using the gas formed an intrinsic silicon layer over the first doped silicon layer gas, over the intrinsic silicon layer, Forming a second doped silicon layer, and using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, forming a third doped silicon layer over the second doped silicon layer.
이때, 상기 제1 도핑 실리콘층을 형성한 후, 상기 진성 실리콘층을 형성하기 이전에, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, after the first doped silicon layer is formed, the method may further include treating the first doped silicon layer with a hydrogen plasma before forming the intrinsic silicon layer.
또한, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리한 이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a fourth doped silicon layer on the first doped silicon layer by using a silane (Si n H 2n +2 ) gas after treating the first doped silicon layer with a hydrogen plasma. have.
한편, 상기 수소 플라즈마로 처리하는 단계 및 상기 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행될 수 있다.Meanwhile, the treating with the hydrogen plasma and the forming of the fourth doped silicon layer may be performed in the same chamber.
또한, 상기 제3 도핑 실리콘층의 형성은, 제 2 도핑 실리콘층 및 제3 도핑 실리콘층을 합한 전체 두께의 15% 내지 85%에 이르기까지 진행될 수 있다.In addition, the third doped silicon layer may be formed up to 15% to 85% of the total thickness of the second doped silicon layer and the third doped silicon layer.
한편, 제1 도핑 실리콘층 또는 상기 제3 도핑 실리콘층의 형성에서 사용되는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스는 수소 가스(H2)에 희석되어 사용되거나, 또는 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스에 희석되어 사용될 수 있다.Meanwhile, the dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas used in the formation of the first doped silicon layer or the third doped silicon layer is diluted with hydrogen gas (H 2 ), or silane (Si n H 2n +2). ) Can be used diluted with a mixed gas of gas and hydrogen gas (H 2 ).
이때, 상기 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 또는 상기 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계에서, 공정 시작 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양은, 공정 만료 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 양보다 많은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
In this case, in the forming of the first doped silicon layer or the forming of the third doped silicon layer, a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas compared to a silane (Si n H 2n +2 ) gas at the start of the process. The amount of is, the solar cell manufacturing method, characterized in that more than the amount of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) relative to the silane (Si n H 2n +2 ) gas at the end of the process.
본 발명에 의한 태양전지 제조방법에 의하면, 진성 실리콘층에 비해 두께가 얇은 제1 및 제3 도핑 실리콘층의 형성시 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 형성함으로써, 염화수소 가스(HCl)가 초기 생성되는 비정질 실리콘층을 에칭함으로써 미세 결정질 실리콘층이 곧바로 형성되어 막질을 향상시킬 수 있다.According to the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, hydrogen chloride gas (HCl) is formed by using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas when forming the first and third doped silicon layers thinner than the intrinsic silicon layer. By etching the amorphous silicon layer that is initially generated, the microcrystalline silicon layer can be immediately formed to improve the film quality.
또한, 상기 제2 도핑 실리콘층은 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 제2 도핑 실리콘층을 형성하고, 이후 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 제3 도핑 실리콘층을 형성함으로써, 진성 실리콘층과 제2 도핑 실리콘층의 계면에서 염소(Cl)로 인한 결함(Defect)을 방지할 수 있다.In addition, the second doped silicon layer forms a second doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas, and then uses a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas to form a third doped silicon layer. By forming, defects due to chlorine (Cl) at the interface between the intrinsic silicon layer and the second doped silicon layer can be prevented.
한편, 한편, 상기 제1 도핑 실리콘층을 형성한 후, 상기 진성 실리콘층을 형성하기 이전에, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리하는 경우, 잔류하는 염소(Cl)를 염화수소 가스(HCl)로 변화시킴으로써 제거할 수 있다.Meanwhile, after the first doped silicon layer is formed and before the intrinsic silicon layer is formed, when the first doped silicon layer is treated with hydrogen plasma, the remaining chlorine (Cl) is replaced with hydrogen chloride gas (HCl). Can be removed.
한편, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리한 이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 경우, 제1 도핑 실리콘층에 잔류할 수도 있는 염소(Cl)가 진성 실리콘층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. Meanwhile, after the first doped silicon layer is treated with hydrogen plasma, when the fourth doped silicon layer is formed on the first doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas, the first doped silicon Chlorine (Cl), which may remain in the layer, can be prevented from diffusing into the intrinsic silicon layer.
상기 수소 플라즈마로 처리하는 단계 및 상기 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행되는 경우, 공정을 간단히 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.When the treatment with the hydrogen plasma and the fourth doping silicon layer are performed in the same chamber, productivity may be improved by simplifying the process.
또한, 상기 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 또는 상기 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계에서, 공정 시작 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을, 공정 만료 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 양보다 많도록 조절함으로써, 수소 플라즈마 처리를 진행하지 않는 경우에도 염소(Cl)에 의한 오염을 감소시킬 수 있다.
In addition, in the forming of the first doped silicon layer or the forming of the third doped silicon layer, a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas compared to a silane (Si n H 2n +2 ) gas at the start of the process. The amount of is adjusted to be greater than the amount of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) relative to the amount of silane (Si n H 2n +2 ) gas at the end of the process, so that even if the hydrogen plasma treatment is not performed, chlorine (Cl) Can reduce contamination.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 태양전지 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에서 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 이후의 기판을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에서 진성 실리콘층을 형성하는 단계 이후의 기판을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에서 제2 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 이후의 기판을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에서 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 이후의 기판을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1에서 투명 전극층을 형성하는 단계 및 집전 전극을 형성하는 단계 이후의 기판을 도시한 단면도이다.
도 7은 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스에 의한 결정성장과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 514nm의 레이저로 측정한 평균 라만 결정화와 단락전류(Isc) 및 개방전압(Voc)의 관계를 도시하는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the substrate after forming the first doped silicon layer in FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate after forming the intrinsic silicon layer in FIG. 1.
4 is a cross-sectional view illustrating the substrate after forming the second doped silicon layer in FIG. 1.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the substrate after forming the third doped silicon layer in FIG. 1.
6 is a cross-sectional view illustrating a substrate after forming a transparent electrode layer and forming a current collecting electrode in FIG. 1.
FIG. 7 is a diagram conceptually showing a process of crystal growth by dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between average Raman crystallization measured by a laser of 514 nm, and a short circuit current (Isc) and an open voltage (Voc).
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다. 또한, 제1, 제2, 제3 등은 각 구성요소들을 구분하기 위하여, 사용되는 것일 뿐, 순서와는 전혀 상관없음을 밝혀둔다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is not limited to the following embodiments and may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure may be more complete and that those skilled in the art will be able to convey the spirit and scope of the present invention. In the drawings, the thickness of each device or film (layer) and regions is exaggerated for clarity of the present invention, and each device may have various additional devices not described herein. In addition, it is noted that the first, second, third, and the like are only used to distinguish each component, and have nothing to do with the order.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 태양전지 제조방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 태양전지 제조방법에 의하면, 먼저 투명전극이 코팅된 기판에 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 P형 또는 N형의 제1 도핑 실리콘층을 형성한다(단계 S110). 상기 제1 도핑 실리콘층은 예컨대 약 20nm의 두께로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, according to the solar cell manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention, first, using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas on a substrate coated with a transparent electrode, a P-type or N-type first A doped silicon layer is formed (step S110). The first doped silicon layer may be formed to, for example, a thickness of about 20 nm.
이때, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스는 수소 가스(H2)에 희석되어 사용되거나, 또는 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스에 희석되어 사용될 수 있다.In this case, the dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas may be used diluted with hydrogen gas (H 2 ), or diluted with a mixed gas of silane (Si n H 2n +2 ) gas and hydrogen gas (H 2 ). have.
또한, 공정 초기에 비해 공정 후기에 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 감소시킬 수 있다. 즉, 두께가 약 10nm의 정도까지는 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 상대적으로 증가시켜 형성하고, 두께가 약 10nm 내지 20nm에 이르기까지는 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 상대적으로 감소시켜 형성한다.In addition, it is possible to reduce the amount of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas compared to the silane (Si n H 2n +2 ) gas later in the process than in the beginning of the process. That is, it is formed by increasing the amount of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas relative to the silane (Si n H 2n +2 ) gas to a thickness of about 10 nm, and the thickness of the silane (up to about 10 nm to 20 nm). Si n H 2n +2 ) is formed by reducing the amount of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas relative to the gas.
따라서, 제1 도핑 실리콘층의 형성 초기에는 디클로로실란(SiH2Cl2)에 의해 염화수소(HCl)의 양이 상대적으로 많아 비정질실리콘의 에칭이 활발하게 진행되며, 이후, 막의 형성에 따라 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 감소시킴으로써, 이후 형성될 진성 실리콘층과의 계면에 염소(Cl)의 양을 감소시킬 수 있다. Therefore, in the initial formation of the first doped silicon layer, the amount of hydrogen chloride (HCl) is relatively high due to the dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and the etching of the amorphous silicon proceeds actively. Then, as the film is formed, the dichlorosilane ( By reducing the amount of SiH 2 Cl 2 ) gas, it is possible to reduce the amount of chlorine (Cl) at the interface with the intrinsic silicon layer to be formed later.
이후, 선택적으로 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리할 수 있다(단계 S120). 이와 같이, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리하는 경우, 잔류하는 염소(Cl)를 염화수소 가스(HCl)로 변화시킴으로써 제거할 수 있다.Thereafter, the first doped silicon layer may be selectively treated with hydrogen plasma (step S120). As described above, when the first doped silicon layer is treated with hydrogen plasma, residual chlorine (Cl) may be removed by changing the hydrogen chloride gas (HCl).
한편, 상기 제1 도핑 실리콘층의 형성과 상기 수소 플라즈마의 처리는 별도의 챔버에서 진행될 수 있다. 이와 같이, 제1 도핑 실리콘층의 형성(단계 S110)과 상기 수소 플라즈마의 처리(단계 S120)가 별도의 챔버에서 진행하는 경우, 염소(Cl)가 챔버 내에 머물면서 다음 공정에 주는 영향을 배제할 수 있다.Meanwhile, the formation of the first doped silicon layer and the treatment of the hydrogen plasma may be performed in separate chambers. As such, when the formation of the first doped silicon layer (step S110) and the treatment of the hydrogen plasma (step S120) are performed in separate chambers, the influence of chlorine (Cl) in the chamber and in the next process can be excluded. Can be.
이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 진성 실리콘층을 형성한다(단계 S130).Thereafter, an intrinsic silicon layer is formed on the first doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas (step S130).
이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여, 상기 진성 실리콘층 위에, 상기 제1 도핑 실리콘층과 반대의 제2 도핑 실리콘층을 형성한다(단계 S140). 즉, 상기 제1 도핑 실리콘층이 P형 불순물이 함유된 P형 실리콘층인 경우, 상기 제2 도핑 실리콘층은 N형 불순물이 함유된 N형 실리콘층이며, 상기 제1 도핑 실리콘층이 N형 불순물이 함유된 N형 실리콘층인 경우, 상기 제2 도핑 실리콘층은 P형 불순물이 함유된 P형 실리콘층이다.Subsequently, a second doped silicon layer opposite to the first doped silicon layer is formed on the intrinsic silicon layer using silane (Si n H 2n +2 ) gas (step S140). That is, when the first doped silicon layer is a P-type silicon layer containing P-type impurities, the second doped silicon layer is an N-type silicon layer containing N-type impurities, and the first doped silicon layer is an N-type In the case of an N-type silicon layer containing impurities, the second doped silicon layer is a P-type silicon layer containing P-type impurities.
한편, 상기 진성 실리콘층과 상기 제2 도핑 실리콘층은 동일 챔버에서 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 도핑 실리콘층의 형성은 10nm의 두께에 이르기까지 진행될 수 있다.Meanwhile, the intrinsic silicon layer and the second doped silicon layer may be formed in the same chamber. In addition, the second doped silicon layer may be formed to a thickness of 10 nm.
이후, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 상기 제2 도핑 실리콘층 위에 제3 도핑 실리콘층을 형성한다(단계 S150).Thereafter, a third doped silicon layer is formed on the second doped silicon layer using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas (step S150).
이후, 상기 제3 도핑 실리콘층 위에 투명 전극층을 형성하고(단계 S160), 상기 투명 전극층 위에 집전 전극을 형성한다(단계 S170).Thereafter, a transparent electrode layer is formed on the third doped silicon layer (step S160), and a current collecting electrode is formed on the transparent electrode layer (step S170).
도시되지는 않았으나, 상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리한 이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 도핑 실리콘층에 잔류할 수도 있는 염소(Cl)가 진성 실리콘층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Although not shown, after the first doped silicon layer is treated with hydrogen plasma, forming a fourth doped silicon layer on the first doped silicon layer using silane (Si n H 2n +2 ) gas. It may include. In this case, it is possible to prevent chlorine (Cl), which may remain in the first doped silicon layer, from being diffused into the intrinsic silicon layer.
이때, 상기 수소 플라즈마로 처리하는 단계 및 상기 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행될 수 있다.In this case, the treating with the hydrogen plasma and the forming of the fourth doped silicon layer may be performed in the same chamber.
본 실시예에 의하면, 두께가 얇은 제1 및 제2 도핑 실리콘층의 형성시 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 형성함으로써, 염화수소 가스(HCl)가 초기 생성되는 비정질 실리콘층을 에칭함으로써 미세 결정질 실리콘층이 곧바로 형성되어 막질을 향상시킬 수 있다.According to this embodiment, by forming a thin first and second doped silicon layer by using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, by etching the amorphous silicon layer in which hydrogen chloride gas (HCl) is initially generated The microcrystalline silicon layer may be formed immediately to improve the film quality.
또한, 상기 제2 도핑 실리콘층은 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 제2 도핑 실리콘층을 형성하고, 이후 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여 제3 도핑 실리콘층을 형성함으로써, 진성 실리콘층과 제2 도핑 실리콘층의 계면에서 염소(Cl)로 인한 결함(Defect)을 방지할 수 있다.
In addition, the second doped silicon layer forms a second doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas, and then uses a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas to form a third doped silicon layer. By forming, defects due to chlorine (Cl) at the interface between the intrinsic silicon layer and the second doped silicon layer can be prevented.
이하, 도 2 내지 6을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 제조방법을, 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 6.
도 2는 도 1에서 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계(S110) 이후의 기판을 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate after forming a first doped silicon layer (S110) in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 기판(S)에 투명 전극(110)을 형성한 후, 상기 투명 전극(110)에 제1 도핑 실리콘층(120)을 형성한다.Referring to FIG. 2, after the
상기 투명 전극(110)은 광의 투과율을 높이기 위해 실질적으로 투명하면서도 전기 전도성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 예컨대, 투명 전극(110)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광투과도와 높은 전기 전도도를 구비하기 위해 인듐주석산화물(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 등을 포함할 수 있다.The
이러한 투명 전극(110)은 실질적으로 기판(S)의 전체 면에 형성될 수 있으며, 일부에만 형성될 수도 있다.The
이러한 투명 전극(110) 상부에 P형 불순물이 함유된 P형 실리콘층 또는 N형 불순물이 함유된 N형 실리콘층인 제1 도핑 실리콘층(120)을 형성한다. 본 실시예에서는 상기 제1 도핑 실리콘층(120)을 형성하기 위하여 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스가 사용된다. 보다 상세히, 제1 도핑 실리콘층(120)을 형성하기 위하여 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 수소 가스(H2)에 희석하여 사용하거나, 또는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스에 희석되어 사용될 수 있다.The first
먼저, 기판(S)이 배치되는 챔버의 압력을 대략 0.5 Torr 내지 1 Torr로 설정하고, 예컨대 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스를 챔버에 주입하고, 또한 P형 도펀트를 위한 디보란(B2H6 ) 가스를 챔버에 주입한다. 또한, 기판(S)의 온도를 대략 200℃로 높이고, 대략 20W 내지 100W의 RF 전력을 인가할 수 있다. 그러면, 플라즈마 방전에 의해 기판(S)에 제1 도핑 실리콘층(120)이 형성된다. 한편, 제1 도핑 실리콘층(120)을 N형 실리콘층으로 형성하고자 하는 경우, 상기 디보란(B2H6 ) 가스 대신 포스핀(PH3)가스를 상기 챔버에 주입할 수 있다.First, the pressure of the chamber in which the substrate S is disposed is set to about 0.5 Torr to 1 Torr, and for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is converted into silane (Si n H 2n +2 ) gas and hydrogen gas (H 2). ), And a diborane (B 2 H 6 ) gas for the P-type dopant is injected into the chamber. In addition, the temperature of the substrate S may be raised to approximately 200 ° C., and RF power of approximately 20W to 100W may be applied. Then, the first
예컨대, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)은 약 20nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 한편, 공정 초기에 비해 공정 후기에 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 감소시킬 수 있다. 즉, 두께가 약 10nm의 정도까지는 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 상대적으로 증가시켜 형성하고, 두께가 약 10nm 내지 20nm에 이르기까지는 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 상대적으로 감소시켜 형성한다.For example, the first
따라서, 도 7에서 도시된 바와 같이, 제1 도핑 실리콘층(120)의 형성 초기에는 디클로로실란(SiH2Cl2)에 의해 염화수소(HCl)의 양이 상대적으로 많아 비정질 실리콘의 에칭이 활발하게 진행되며, 막의 형성에 따라 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양을 감소시킴으로써, 진성 실리콘층(도 3의 130)과의 계면에 염소(Cl)의 양을 감소시킬 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, in the initial stage of the formation of the first
이후, 선택적으로 상기 제1 도핑 실리콘층(120)을 수소 플라즈마로 처리할 수 있다. 예컨대, 기판(S)이 배치되는 챔버의 압력을 대략 0.5 Torr 내지 1 Torr로 설정하고, 수소 가스(H2)를 챔버에 주입한다. 또한, 기판(S)의 온도를 대략 200℃로 높이고, 대략 20W 내지 100W의 RF 전력을 인가할 수 있다. 그러면, 플라즈마 방전에 의해 제1 도핑 실리콘층(120)의 결정화를 촉진시키는 동시에 제1 도핑 실리콘층(120) 내부의 염소(Cl)를 제거할 수 있다.Thereafter, the first
상기 수소플라즈마 처리에 의한 막 내부의 염소(Cl) 제거는 확산과 염소(Cl)의 분압을 이용할 수 있다. 수소(H)와 염소(Cl)는 발열반응을 한다. 따라서 수소(H) 분위기에 염소(Cl)의 분압은 낮으며 그 수소(H)를 플라즈마로 분해했을 경우 수소(H)의 반응성이 높아짐으로 인해 더욱 더 분압이 낮아진다. 따라서 막 표면에 있는 염소(Cl)는 빠저나와서 쉽게 수소(H)와 반응하며 막 내부에 있는 염소(Cl)는 높은 분압차에 의해 표면으로 확산하게 된다. 이 확산을 원활하게 하기 위해선 분압차 외에도 염소(Cl)의 이동도가 중요한데 기판(S)의 온도와 플라즈마의 에너지에 의해서 염소(Cl)의 이동도가 높아지며 또 얇은 도핑 실리콘층에서 염소(Cl)를 제거하는 것이기 때문에 이동거리가 짧아서 쉽게 빠저나온다.The chlorine (Cl) removal in the film by the hydrogen plasma treatment may utilize the diffusion and the partial pressure of chlorine (Cl). Hydrogen (H) and chlorine (Cl) exothermic reaction. Therefore, the partial pressure of chlorine (Cl) in the hydrogen (H) atmosphere is low, and when the hydrogen (H) is decomposed into plasma, the partial pressure is further lowered due to the higher reactivity of the hydrogen (H). Therefore, chlorine (Cl) on the surface of the membrane easily escapes and reacts with hydrogen (H), and chlorine (Cl) in the membrane diffuses to the surface by high partial pressure difference. In order to facilitate the diffusion, the mobility of chlorine (Cl) is important in addition to the partial pressure difference. The mobility of chlorine (Cl) is increased by the temperature of the substrate (S) and the energy of the plasma. Because it is to remove the short distance traveled easily.
한편, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)의 형성과 상기 수소 플라즈마의 처리는 별도의 챔버에서 진행될 수 있다. 이와 같이, 제1 도핑 실리콘층(120)의 형성과 상기 수소 플라즈마의 처리가 별도의 챔버에서 진행하는 경우, 염소(Cl)가 챔버 내에 머물면서 다음 공정에 주는 영향을 배제할 수 있다.Meanwhile, the formation of the first
선택적으로, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)을 수소 플라즈마로 처리한 이후, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층(120) 위에 제4 도핑 실리콘층(도시안됨)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 도핑 실리콘층(120)에 잔류할 수도 있는 염소(Cl)가 진성 실리콘층(도 3의 130)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Optionally, after the first
이때, 상기 수소 플라즈마로 처리하는 단계 및 상기 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행될 수 있다.
In this case, the treating with the hydrogen plasma and the forming of the fourth doped silicon layer may be performed in the same chamber.
도 3은 도 1에서 진성 실리콘층을 형성하는 단계(S130) 이후의 기판을 도시한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate after forming an intrinsic silicon layer in FIG. 1 (S130).
도 3을 참조하면, 제1 도핑 실리콘층(120) 상부에 진성 실리콘층(130)을 형성한다. 이러한 진성 실리콘층(130)의 형성에서는 종래와 같이, 실란(SinH2n +2) 가스를 이용한다. 보다 상세히, 상기 실란(SinH2n +2) 가스는 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 등이 사용될 수 있으며, 트리실란(Si3H8) 및 n이 4 이상되는 경우에도 기화하여 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, an
진성 실리콘층(130)은 상기 제1 도핑 실리콘층(130) 및 후에 형성될 제2 도핑 실리콘층(도 5의 140)에 비해 상대적으로 그 두께가 두꺼워 생성 초기에 비정질 실리콘이 형성되는 경우에도 충분한 두께의 미세결정질 실리콘층의 두께가 유지되며, 또한, 진성 실리콘층(130)의 형성시, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스 사용하는 경우, 상기 진성 실리콘층(130)에 염소(Cl) 불순물이 함유될 수 있기 때문에 실란(SinH2n +2) 가스를 이용하는 것이 바람직하다.The
상기 진성 실리콘층(130)의 형성과정을 보다 상세히 설명하면, 예컨대 기판(S)이 배치되는 챔버의 압력을 대략 0.5 Torr 내지 2 Torr로 설정하고, 실란(SinH2n +2) 가스를 수소 가스(H2)에 희석하여 챔버에 주입한다. 또한, 기판(S)의 온도를 대략 200℃로 높이고, 대략 20W 내지100W의 RF 전력을 인가할 수 있다. 그러면, 플라즈마 방전에 의해 기판(S)에 진성 실리콘층(130)이 형성된다.Referring to the formation process of the
한편, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)의 수소 플라즈마의 처리 및 상기 진성 실리콘층(130)의 형성은 별도의 챔버에서 진행될 수 있다.
Meanwhile, the hydrogen plasma treatment of the first
도 4는 도 1에서 제2 도핑 실리콘층을 형성하는 단계(S140) 이후의 기판을 도시한 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the substrate after forming a second doped silicon layer (S140) in FIG. 1.
도 4를 참조하면, 상기 진성 실리콘층(130) 상부에 제2 도핑 실리콘층(140a)을 형성한다. 상기 제1 도핑 실리콘층(120)이 P형 실리콘층인 경우, 상기 제2 도핑 실리콘층(140a)은 N형 실리콘층이고, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)이 N형 실리콘층인 경우, 상기 제2 도핑 실리콘층(140a)은 P형 실리콘층이다.Referring to FIG. 4, a second
한편, 상기 제2 도핑 실리콘층(140a)은 약 10nm의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 진성 실리콘층(130)과 동일한 챔버에서 형성될 수 있다.Meanwhile, the second
예컨대, 실란(SinH2n +2) 가스를 수소 가스(H2)에 희석하여 챔버에 주입하며 진성 실리콘층(130)을 형성하며, 상기 진성 실리콘층(130)의 형성이 완료되는 시점에 추가적으로 포스핀(PH3)가스를 주입하여 N형 실리콘층을 형성한다. For example, a silane (Si n H 2n +2 ) gas is diluted with hydrogen gas (H 2 ) and injected into a chamber to form an
한편, 제2 도핑 실리콘층(140a)을 P형 실리콘층으로 형성하고자 하는 경우, 포스핀(PH3)가스 대신 상기 디보란(B2H6 ) 가스를 상기 챔버에 주입할 수 있다.
Meanwhile, when the second
도 5는 도 1에서 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계(S150) 이후의 기판을 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of the substrate after forming a third doped silicon layer (S150) in FIG. 1.
도 5를 참조하면, 제2 도핑 실리콘층(140a) 위에는 제3 도핑 실리콘층(140b)이 형성된다. 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)의 형성은, 제 2 도핑 실리콘층(140a) 및 제3 도핑 실리콘층(140b)을 합한 전체 두께의 15% 내지 85%에 이르기까지 진행될 수 있다. 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)이 제 2 도핑 실리콘층(140a) 및 제3 도핑 실리콘층(140b)을 합한 전체 두께의 15% 미만으로 형성되는 경우, 결정화율이 저하되어 효율이 저하될 수 있으며, 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)이 제 2 도핑 실리콘층(140a) 및 제3 도핑 실리콘층(140b)을 합한 전체 두께의 85% 초과로 형성되는 경우, 염소(Cl)가 진성 실리콘층으로 유입될 수 있다.Referring to FIG. 5, a third
상기 제3 도핑 실리콘층(140b)은 예컨대 10nm의 두께로 형성될 수 있으며, 이로 인해서 제2 도핑 실리콘층(140)은 약 20nm의 두께로 형성될 수 있다. 여기서 제3 도핑 실리콘층(140b)은 상기 제2 실리콘층(140a)과 동일한 타입의 불순물을 함유할 수 있다.For example, the third
본 실시예에서는 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)을 형성하기 위하여 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스가 사용된다. 보다 상세히, 제3 도핑 실리콘층(140b)을 형성하기 위하여 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 수소 가스(H2)에 희석하여 사용하거나, 또는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스에 희석되어 사용될 수 있다.In this embodiment, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is used to form the third
먼저, 기판(S)이 배치되는 챔버의 압력을 대략 0.5 Torr 내지 1 Torr로 설정하고, 예컨대 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스를 챔버에 주입하고, 또한 N형 도펀트를 위한 포스핀(PH3) 가스를 하는 원료가스를 챔버에 주입한다. 또한, 기판(S)의 온도를 대략 200℃로 높이고, 대략 20W 내지 100W의 RF 전력을 인가할 수 있다. 그러면, 플라즈마 방전에 의해 상기 제2 도핑 실리콘층(140a) 위에 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)이 형성된다. 한편, 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)을 P형 실리콘층으로 형성하고자 하는 경우, 상기 포스핀(PH3)가스 대신 디보란(B2H6 ) 가스를 상기 챔버에 주입할 수 있다.First, the pressure of the chamber in which the substrate S is disposed is set to about 0.5 Torr to 1 Torr, and for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is converted into silane (Si n H 2n +2 ) gas and hydrogen gas (H 2). ) Is injected into the chamber, and a source gas of phosphine (PH 3 ) gas for the N-type dopant is injected into the chamber. In addition, the temperature of the substrate S may be raised to approximately 200 ° C., and RF power of approximately 20W to 100W may be applied. Then, the third
이때, 상기 제2 도핑 실리콘층(140a)과 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)은 별도의 챔버에서 진행될 수 있다.In this case, the second
한편, 상기 제1 도핑 실리콘층(120)의 형성과는 달리, 상기 제3 도핑 실리콘층(140b)의 형성 이후에는 수소 플라즈마 처리 공정을 진행하지 않는 것이 바람직하다. 수소 플라즈마 처리공정과정에서 도핑된 P형 또는 N형 원소들이 확산될 수 있으며, 남아 있는 염소(Cl) 또한 확산될 수 있기 때문이다.
On the other hand, unlike the formation of the first
도 6은 도 1에서 투명 전극층을 형성하는 단계(S160) 및 집전 전극을 형성하는 단계(S170) 이후의 기판을 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a substrate after forming a transparent electrode layer (S160) and forming a current collecting electrode (S170) in FIG. 1.
도 6을 참조하면, 상기 제3 도핑 실리콘층(140b) 위에는 투명 전극층(150)이 형성된다. 상기 투명 전극층(150)은 예컨대 인듐주석산화물(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 등을 포함할 수 있다. 상기 투명 전극층(150)은 예컨대 스퍼터링, 플라즈마 건을 이용한 리모트 플라즈마를 이용한 CVD등의 공정 방법을 통해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6, a
또한, 상기 투명 전극층(150) 위에는 집전 전극(160)을 형성한다. 상기 집전 전극(160)은 예컨대 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
In addition, a
도 8은 514nm의 레이저로 측정한 평균 라만 결정화와 단락전류(Isc) 및 개방전압(Voc)의 관계를 도시하는 그래프이다. 라만 스펙트로스코피(Raman Spectroscopy) 측정을 위해 사용된 514nm 파장의 레이저는 120 내지 170nm의 라만 콜렉션 뎁스(Raman Collection Depth: RCP)를 가지고 있다. 따라서, 측정된 결정화도는 표면에서 150nm 깊이까지의 결정화도이다.FIG. 8 is a graph showing the relationship between average Raman crystallization measured by a laser of 514 nm, and a short circuit current (Isc) and an open voltage (Voc). The 514 nm wavelength laser used for Raman Spectroscopy measurements has a Raman Collection Depth (RCP) of 120-170 nm. Thus, the crystallinity measured is the crystallinity up to 150 nm deep at the surface.
도 8을 참조하면, 제1 도핑 실리콘층 및 제2 도핑 실리콘층의 결정화도가 높을수록 단락전류는 증가하며, 개방전압은 감소하는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 8, as the crystallinity of the first doped silicon layer and the second doped silicon layer increases, the short circuit current increases and the open voltage decreases.
라만 콜렉션 뎁스(RCD)를 150nm 이하라 가정하면 제2 도핑 실리콘층(예컨대 N층)과 제1 도핑 실리콘층(예컨대 P층)의 결정화도가 1이고, 진성실리콘층(I층)의 결정화도를 0.5로 가정할 때 평균 결정화도는 0.6이 되며 드로즈(Droz)의 핀셀(pin cell) 결과들을 외삽(extrapolation)해서 보면 단위면적당 단락전류(Jsc)는 30mA/cm2 이하가 된다. 보통 태양전지들의 평균결정화도는, N층과 P층의 결정화도를 0이고, I층의 결정화도를 0.5로 계산했을 때 0.4가 되며 이때 단위면적당 단락전류(Jsc)가 20mA/cm2이하 이므로 기존 태양전지에 비해 1.5배의 단위면적당 단락전류(Jsc)를 가지게 된다.Assuming that the Raman collection depth (RCD) is 150 nm or less, the crystallinity of the second doped silicon layer (eg, N layer) and the first doped silicon layer (eg, P layer) is 1, and the crystallinity of intrinsic silicon layer (I layer) is 0.5. Assuming that the average crystallinity is 0.6 and extrapolating the Droz pin cell results, the short-circuit current (Jsc) per unit area is less than 30 mA / cm 2 . In general, the average crystallinity of solar cells is 0 when the crystallinity of the N and P layers is 0, and the crystallinity of the I layer is 0.5, which is 0.4, and the short-circuit current (Jsc) per unit area is 20 mA / cm 2 or less. It has a short-circuit current (Jsc) per unit area of 1.5 times as compared to.
따라서, 본 실시예에 의한 공정을 통해 태양 전지를 양산할 경우 기존에 비해 미세결정질 실리콘(μc-Si)층을 약 2/3만 증착을 해도 기존 비정질 실리콘(a-Si) 태양전지와 전류 매칭(Current Matching)이 돼서 높은 효율을 얻을 수 있으며 생산시간이 2/3으로 줄어들어서 양산성이 크게 늘어난다.Therefore, when mass-producing a solar cell through the process according to this embodiment, even if only about 2/3 of the microcrystalline silicon (μc-Si) layer is deposited compared to the existing current matching with the existing amorphous silicon (a-Si) solar cell (Current Matching), high efficiency can be obtained, and production time is reduced by 2/3, which greatly increases mass production.
이 공정으로 통해 최대 효율을 얻을 경우 미세결정질 실리콘층을 기존 두께로 유지하면 전류 매칭을 하기 위해 비정질 실리콘층의 두께가 1.5배 늘어나게 되며 이 경우 태양전지의 효율도 기존에 비해 약 1.5배 늘어날 수 있다.If the maximum efficiency is obtained through this process, if the microcrystalline silicon layer is maintained at the existing thickness, the thickness of the amorphous silicon layer is increased by 1.5 times for current matching, and in this case, the efficiency of the solar cell may be increased by about 1.5 times as compared with the existing one. .
이러한 계산결과는 단위면적당 단락전류(Jsc)의 증가에 따른 개방 전압(Voc) 감소, 두께 증가에 따른 저항 증가 등은 고려하지 않은 단순화시킨 계산 결과로, 실제 태양 전지의 효율이 1.5배 증가하기는 힘들다. 하지만 적층형 태양전지의 경우 대부분의 개방 전압(Voc)은 비정질 실리콘(a-Si) 막에서 기인하기 때문에 미세결정질 실리콘의 개방 전압(Voc) 감소가 효율에 영향을 주는 것은 거의 없으며, 저항의 경우 미세결정질 실리콘의 높은 모빌리티(mobility) 때문에 저항 증가 폭은 크지 않고, 비정질 실리콘도 싱글정션(single junction)에서 300nm까지 보통 증착하기 때문에 크게 문제가 되지 않는다. 따라서 이 발명을 통해서 효율과 양산성이 둘 다 증가할 것이라는 계산 결과는 변함이 없다.
This calculation result is a simplified calculation that does not take into account the reduction of the open voltage (Voc) due to the increase of the short-circuit current (Jsc) per unit area and the increase of the resistance due to the increase in thickness. Hard. However, in the case of stacked solar cells, since most of the open voltage (Voc) is due to the amorphous silicon (a-Si) film, the reduction of the open voltage (Voc) of the microcrystalline silicon hardly affects the efficiency. Due to the high mobility of crystalline silicon, the resistance increase range is not large, and it is not a big problem because amorphous silicon is usually deposited up to 300 nm at a single junction. Therefore, the calculation results that both efficiency and mass productivity will increase through this invention remain unchanged.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
110: 투명전극
120: 제1 도핑 실리콘층
130: 진성 실리콘층
140a: 제2 도핑 실리콘층
140b: 제3 도핑 실리콘층
150: 투명 전극층
160: 집전 전극
S: 기판110: transparent electrode
120: first doped silicon layer
130: intrinsic silicon layer
140a: second doped silicon layer
140b: third doped silicon layer
150: transparent electrode layer
160: current collecting electrode
S: substrate
Claims (7)
실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 진성 실리콘층을 형성하는 단계;
실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여, 상기 진성 실리콘층 위에, 제2 도핑 실리콘층을 형성하는 단계; 및
디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 이용하여, 제2 도핑 실리콘층 위에 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.Forming a first doped silicon layer on a transparent electrode coated substrate using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas;
Forming an intrinsic silicon layer on the first doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas;
Forming a second doped silicon layer on the intrinsic silicon layer by using a silane (Si n H 2n +2 ) gas; And
Forming a third doped silicon layer on the second doped silicon layer using a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas.
상기 제1 도핑 실리콘층을 형성한 후, 상기 진성 실리콘층을 형성하기 이전에,
상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
After forming the first doped silicon layer and before forming the intrinsic silicon layer,
The method of claim 1, further comprising the step of treating the first doped silicon layer with hydrogen plasma.
상기 제1 도핑 실리콘층을 수소 플라즈마로 처리한 이후,
실란(SinH2n +2) 가스를 이용하여 상기 제1 도핑 실리콘층 위에 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 2,
After treating the first doped silicon layer with hydrogen plasma,
And forming a fourth doped silicon layer on the first doped silicon layer using a silane (Si n H 2n +2 ) gas.
상기 수소 플라즈마로 처리하는 단계 및 상기 제4 도핑 실리콘층을 형성하는 단계는 동일 챔버에서 진행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 3,
And treating the hydrogen plasma and forming the fourth doped silicon layer are performed in the same chamber.
상기 제3 도핑 실리콘층의 형성은, 제 2 도핑 실리콘층 및 제3 도핑 실리콘층을 합한 전체 두께의 15% 내지 85%에 이르기까지 진행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
Forming the third doped silicon layer, the solar cell manufacturing method, characterized in that up to 15% to 85% of the total thickness of the combined second doped silicon layer and the third doped silicon layer.
제1 도핑 실리콘층 또는 상기 제3 도핑 실리콘층의 형성에서 사용되는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스는 수소 가스(H2)에 희석되어 사용되거나, 또는 실란(SinH2n +2) 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합 가스에 희석되어 사용되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas used in the formation of the first doped silicon layer or the third doped silicon layer is diluted with hydrogen gas (H 2 ), or a silane (Si n H 2n +2 ) gas. And diluting with a mixed gas of hydrogen gas (H 2 ).
상기 제1 도핑 실리콘층을 형성하는 단계 또는 상기 제3 도핑 실리콘층을 형성하는 단계에서,
공정 시작 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스의 양은, 공정 만료 시점에서의 실란(SinH2n +2) 가스 대비 디클로로실란(SiH2Cl2) 양보다 많은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
The method according to claim 6,
In the forming of the first doped silicon layer or the forming of the third doped silicon layer,
Process starting silane (Si n H 2n +2) at the time when compared to gas-dichloro-silane (SiH 2 Cl 2) silane (Si n H 2n +2) in the amount of gas, the process gas compared to expiration dichloro silane (SiH 2 Cl 2 ) A method of manufacturing a solar cell, characterized in that more than the amount.
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