KR101305055B1 - Backside electrode part for solar cell and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지, 상기 후면 전극부 및 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하여, 태양전지 내 전자의 이동 속도 및 이동 거리를 증가시키고 소수 캐리어 재결합을 감소시킴으로써 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제조할 수 있다.The present invention relates to a solar cell back electrode unit and a solar cell including the same, a method for manufacturing the solar cell, the rear electrode unit and the solar cell, according to the present invention, increases the moving speed and moving distance of the electrons in the solar cell and the minority carrier recombination By reducing the photoelectron conversion efficiency can be increased to manufacture a highly efficient solar cell.
태양전지, 후면 전극부, 후면전계층, 이중 박막 Solar cell, back electrode, back layer, double thin film
Description
본 발명은 태양전지용 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지, 상기 후면 전극부 및 이를 포함하는 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell back electrode unit and a solar cell comprising the same, the rear electrode unit and a method of manufacturing a solar cell comprising the same.
미래의 대체 에너지로서 대표격인 태양전지의 기술개발의 주된 방향성은 고효율화, 고순도화, 집적화, 생산성 향상에 있다. 그 중에서도 태양광을 이용한 발전 시설에 있어 가장 요망되는 것은 태양전지의 변환 효율 향상이라고 할 수 있는데, 이는 현재 각 가정용으로 사용되고 있는 단결정 태양 전지의 변환 효율이 약 15%로서, 화력 발전과 같은 타에너지에 의한 발전 설비의 변환 효율이 약 45% 인 것에 비해 크게 뒤떨어지기 때문이다. The main direction of technological development of solar cell, which is the representative alternative energy of the future, is high efficiency, high purity, integration, and productivity improvement. Above all, the most demanding of solar power generation facilities is the conversion efficiency of solar cells. The conversion efficiency of single crystal solar cells currently used for each household is about 15%, and other energy such as thermal power generation is required. This is because the conversion efficiency of the power generation equipment by P is significantly inferior to about 45%.
따라서, 실리콘 단결정 태양 전지가 개발된 이래, 후면전계층(Back surface Field Type, BSF), Violet Cell 및 반사방지형(CNR: Comsat Non-Reflective Cell) 등과 같이 태양전지의 고효율화를 위한 연구들이 계속해서 진행되었고, 최근에는 표면 플라즈몬 여기에 의한 태양 전지의 고효율화나 초고효율 화합물 반도체 다접합 태양 전지, 태양 전지와 열전 소자의 조합형 소자 등과 같은 20% 이상의 변환 효율을 갖는 고효율 태양 전지를 개발을 위한 시도에까지 이르렀다.Therefore, since the development of silicon single crystal solar cells, researches for increasing the efficiency of solar cells such as a back surface field type (BSF), violet cell, and anti-reflective cell (CNR) have continued. In recent years, efforts have been made to develop high efficiency solar cells with conversion efficiency of 20% or more, such as solar cell efficiency by surface plasmon excitation, ultra-high efficiency compound semiconductor multi-junction solar cell, solar cell and thermoelectric device. Reached.
일반적인 태양전지 제조공정은 400∼1100℃의 고온공정을 수반하며, 특히 후면 전극부 형성공정은 기본적으로 열처리 과정을 포함한다. 이때, 후면 전극부 형성 공정이 전체 태양전지 제조공정의 시작 및 중간 단계에 행해질 경우 후면 전극부에 열부하가 가해지게 되는데, 그 결과, 구리, 니켈, 철, 은 등의 금속으로 이루어진 후면전극 재료, 또는 기판에 함유되어 있는 불순물들이 실리콘층 내로 확산해 들어가게 되고, 이는 여기된 캐리어들이 재결합할 수 있는 장소를 형성하게 하여, 결국, 이로 인해 태양전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.A general solar cell manufacturing process involves a high temperature process of 400 to 1100 ° C., and in particular, a rear electrode part forming process basically includes a heat treatment process. In this case, when the back electrode portion forming process is performed at the beginning and the middle of the entire solar cell manufacturing process, heat load is applied to the back electrode portion. As a result, a back electrode material made of metal such as copper, nickel, iron, and silver, Alternatively, impurities contained in the substrate diffuse into the silicon layer, which forms a place where the excited carriers can recombine, which in turn causes a problem of degrading the performance of the solar cell.
따라서, 기존의 Al 박막(1000nm)의 단일 증착과 연속적인 가열 공정은, Al을 후면 전극으로 사용함으로써 발생하는 여러 장점에도 불구하고, 열처리 중에 생기는 후면 결합에 의한 전자-정공 재결합의 가속화 때문에 개방전압과 단락전류밀도가 낮아지게 되어 그 효용성이 떨어진다.Therefore, the single deposition and continuous heating process of the existing Al thin film (1000 nm), despite the advantages of using Al as the back electrode, opens voltage due to the acceleration of electron-hole recombination due to the back bonding occurring during the heat treatment. The short-circuit current density is lowered and its utility is lowered.
또한, 논문[IEEE Trans. Elec. Device, 24, 337, 1979]와 [Semicond. Sci. Technol. 15, 322, 2000]는 p-n 접합 실리콘 모체의 n-에미터(emitter) 면에 요철구조를 만들어 반사율을 줄이거나 후면 전극의 열처리 조건을 변화시켜 최적화된 조건을 찾음으로써 상기 문제점을 해결하려고 하였으나, 결과적으로 획기적인 전지 효율의 증가는 보이지 않음으로써, 여전히 변환 효율이 높은 태양전지용 후면 전극부의 효과적인 제조 방법이 절실히 요청되고 있는 실정이다.In addition, the paper [IEEE Trans. Elec. Device, 24, 337, 1979 and Semicond. Sci. Technol. 15 , 322, 2000] attempted to solve the problem by finding an optimized condition by reducing the reflectance or changing the heat treatment conditions of the rear electrode by making an uneven structure on the n-emitter surface of the pn junction silicon matrix. As a result, there is no significant increase in battery efficiency, and there is an urgent need for an effective method for manufacturing a solar cell rear electrode part having high conversion efficiency.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지의 반도체층과 후면 전극 사이에 형성되어 접합부의 표면에서 발생하는 소수 캐리어의 재결합을 저감시켜 변환효율을 증대시키는 후면전계층을 포함하는 후면 전극부 및 그의 제조 방법을 제공함으로써 태양전지의 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, comprising a rear field layer formed between the semiconductor layer and the rear electrode of the solar cell to reduce the recombination of minority carriers occurring on the surface of the junction portion to increase the conversion efficiency It is an object of the present invention to provide a high efficiency solar cell by increasing the photoelectric conversion efficiency of a solar cell by providing a back electrode portion and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법으로서, 상기 반도체층의 후면에 금속 박막을 이중으로 형성하는 것을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a manufacturing method of a solar cell rear electrode including a semiconductor layer, a front electrode and a rear electrode, a double metal thin film formed on the back of the semiconductor layer Provided is a manufacturing method of a solar cell rear electrode unit.
상기 본 발명의 일 구현예에서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:In one embodiment of the present invention, the method of manufacturing the solar cell back electrode portion includes the following steps:
상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하는 단계;Forming a primary metal thin film on a back surface of the semiconductor layer;
상기 1차 금속 박막이 형성된 반도체층을 급속 열처리(rapid thermal annealing=RTA)를 함으로써 후면전계(Back Surface Field, BSF)층을 형성하는 단계; 및Forming a back surface field (BSF) layer by rapid thermal annealing (RTA) of the semiconductor layer on which the primary metal thin film is formed; And
상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계. Forming a rear electrode by forming a secondary metal thin film on the rapid heat-treated primary metal thin film.
상기 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 1차 금속 박막이 Al, B, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the primary metal thin film may be one or more metals selected from the group consisting of Al, B, Ga, In and Tl.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 2차 금속 박막이 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the secondary metal thin film may be one or more metals selected from the group consisting of Cu, W, Fe, Al, C, Ni and Ti.
본 발명의 다른 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부로서, 상기 반도체층의 후면에 이중으로 형성된 금속 박막을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a solar cell rear electrode part including a semiconductor layer, a front electrode part and a rear electrode part, and including a metal thin film formed on a rear surface of the semiconductor layer.
상기 본 발명의 일 구현예에서, 상기 태양전지용 후면 전극부는 상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하여 급속 열처리함으로써 형성된 후면전계층 및 상기 후면전계층에 형성된 2차 금속 박막을 포함하는 후면 전극을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the solar cell rear electrode part includes a back surface field layer formed by forming a first metal thin film on the back surface of the semiconductor layer and rapidly heat-treating and a second metal thin film formed on the back surface layer. An electrode.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 따라 제조된 후면 전극부를 포함하는 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a solar cell and a method for manufacturing the same, including a rear electrode part manufactured according to the method of manufacturing the solar cell rear electrode part.
본 발명에 따른, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은, 후면전극부를 형성하는 금속 박막을 이중으로 형성하는 과정과 급속 열처리 공정을 포함하는 용이한 방법으로서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 의하여, 태양전지 내 전자의 이동 속도 및 이동 거리를 증가시키고 소수 캐리어 재결합을 감소시킴으로써, 태양전지의 광전자 변환 효율을 증대시켜 고효율의 태양전지를 제조할 수 있도록 한다.According to the present invention, a method of manufacturing the solar cell rear electrode part is an easy method including a process of forming a metal thin film forming the rear electrode part and a rapid heat treatment step, and by the method of manufacturing the solar cell rear electrode part. In addition, by increasing the moving speed and moving distance of electrons in the solar cell and reducing the minority carrier recombination, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be increased to manufacture a highly efficient solar cell.
또한, 본 발명은 기존에 정립된 장비를 100% 활용하므로 추가적인 설비 투자가 필요 없어, 태양전지 분야의 중요 과제 중 하나인 낮은 발전단가에 부합하는 방법이라 할 수 있으며, 현재 답보 상태에 있는 태양전지 효율 개선에 용이하게 적용할 수 있어, 궁극적으로 저가의 고효율 태양전지 등에 사용되는 광전자 변환 소재에의 다양한 적용이 가능하다.In addition, the present invention does not require additional equipment investment because it utilizes 100% of the equipment established in the existing, it can be said to be a method that meets the low power unit cost, which is one of the important challenges in the solar cell field, the solar cell is currently in a stale state Since the present invention can be easily applied to improve efficiency, various applications to photoelectric conversion materials used in low-cost, high-efficiency solar cells are possible.
본 발명의 일 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양 전지에 있어서, 상기 반도체층의 후면에 후면전극부를 형성하는 금속 박막을 이중으로 형성하는 것을 포함하는, 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법을 제공한다.One aspect of the present invention, in a solar cell comprising a semiconductor layer, a front electrode portion and a back electrode portion, comprising forming a double metal thin film forming a back electrode portion on the back of the semiconductor layer, solar cell back electrode Provided is a method for producing a part.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:In one embodiment of the present invention, the method of manufacturing the solar cell back electrode portion includes the following steps:
상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하는 단계;Forming a primary metal thin film on a back surface of the semiconductor layer;
상기 1차 금속 박막이 형성된 반도체층을 급속 열처리(rapid thermal annealing=RTA)를 함으로써 후면전계(Back Surface Field, BSF)층을 형성하는 단계; 및Forming a back surface field (BSF) layer by rapid thermal annealing (RTA) of the semiconductor layer on which the primary metal thin film is formed; And
상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계. Forming a rear electrode by forming a secondary metal thin film on the rapid heat-treated primary metal thin film.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 1차 금속 박막이 Al, B, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the primary metal thin film may be one or more metals selected from the group consisting of Al, B, Ga, In and Tl.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 2차 금속 박막이 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the secondary metal thin film may include at least one metal selected from the group consisting of Cu, W, Fe, Al, C, Ni and Ti.
본원에서 용어 "전면" 및 "후면"은 각각 태양전지의 활성층인 반도체층에 있어서 전면 전극부 및 후면전극부가 형성되는 면을 나타낸다.As used herein, the terms “front side” and “back side” refer to surfaces on which a front electrode portion and a back electrode portion are formed in a semiconductor layer which is an active layer of a solar cell, respectively.
상기 본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 반도체층이 p-n 접합 반도체층일 수 있으며, 예를 들어, p-n 접합 실리콘층, III-V 족 화합물 반도체층을 포함하는 p-n 접합 반도체층 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층으로서 p-n 접합 실리콘층을 사용할 수 있으며, 여기서 상기 실리콘은 결정, 다결정, 또는 비정질 실리콘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the semiconductor layer may be a p-n junction semiconductor layer, for example, may be a p-n junction semiconductor layer including a p-n junction silicon layer, a III-V group compound semiconductor layer. For example, a p-n junction silicon layer may be used as the semiconductor layer, wherein the silicon may be crystalline, polycrystalline, or amorphous silicon, but is not limited thereto.
예를 들어, p-n 접합 실리콘층은, B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p형 실리콘층과, 예를 들어 P, As, Sb 등의 5족 원소들이 도핑되어 있는 n형 이미터층이 접합되어 형성된다. 그러나, 본 발명의 p-n 접합 반도체층이 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the pn junction silicon layer is a p-type silicon layer doped with group III elements, such as B, Ga, and In, and an n-type already doped with group 5 elements, such as P, As, and Sb, for example. The ground layer is formed by bonding. However, the p-n junction semiconductor layer of the present invention is not limited thereto.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 후면 전극부를 형성하는 1차 금속 박막은 Al, B, Ga, In 및 Tl 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다. 상기 2차 금속 박막은 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 2차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the primary metal thin film forming the rear electrode portion may include at least one metal selected from the group consisting of Al, B, Ga, In and Tl. For example, the primary metal thin film may include Al. The secondary metal thin film may include at least one metal selected from the group consisting of Cu, W, Fe, Al, C, Ni, and Ti. For example, the secondary metal thin film may include Al.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막은 서로 상이한 금속 또는 동일한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the primary metal thin film and the secondary metal thin film may include different metals or the same metal. For example, the primary metal thin film and the secondary metal thin film may include Al.
상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다. The method of forming the primary metal thin film and the secondary metal thin film is not particularly limited, but may be formed by sputtering, thermal image deposition, screen printing, or the like.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 여기서, 효율적인 후면전계층의 형성 및 광전환율, 그리고 후면 전극부를 형성하는 금속의 종류 등을 고려하여, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막을 포함하는 상기 후면 전극부의 두께는 약 0.5 내지 10μm일 수 있으며, 바람직하게는, 약 1 내지 약 5 μm, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 3 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막의 두께는 약 500 nm, 상기 2차 금속 박막이 두께는 약 500 nm 로 1 차 및 2차 금속 박막 형성 후 총 두께는 약 1 μm일 수 있다.In another embodiment of the present invention, in consideration of the formation of the efficient rear field layer and the light conversion rate, and the type of metal forming the back electrode portion, including the primary metal thin film and the secondary metal thin film The rear electrode portion may have a thickness of about 0.5 to 10 μm, preferably about 1 to about 5 μm, more preferably about 1 to about 3 μm, but is not limited thereto. For example, the thickness of the primary metal thin film is about 500 nm, the thickness of the secondary metal thin film is about 500 nm, and the total thickness after forming the primary and secondary metal thin films may be about 1 μm.
상기 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 후면전계층을 형성하기 위한 상기 1차 금속 박막의 급속 열처리 과정의 온도는 금속의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로, 사용하는 금속의 융점 근처의 온도에서 처리할 수 있다. 구체적으로 상기 급속 열처리 과정의 온도는 사용하는 금속의 융점 ± 10%의 온도일 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막이 Al을 포함한 경우 급속 열처리 과정의 온도는 700℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어, 700℃ 내지 850℃ 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리 시간은, 예를 들어, 60초 이하 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the temperature of the rapid heat treatment process of the primary metal thin film for forming the back surface field layer may be appropriately selected according to the type of metal, specifically, the melting point of the metal used Can be processed at nearby temperatures. Specifically, the temperature of the rapid heat treatment process may be a temperature of ± 10% of the melting point of the metal used. For example, when the primary metal thin film includes Al, the temperature of the rapid heat treatment process may be 700 ° C. or higher, for example, 700 ° C. to 850 ° C., but is not limited thereto. The rapid heat treatment time may be, for example, 60 seconds or less, but is not limited thereto.
본 발명의 다른 측면은, 반도체층, 전면 전극부 및 후면 전극부를 포함하는 태양전지용 후면 전극부로서, 상기 반도체층의 후면에 이중으로 형성된 금속 박막을 포함하는 태양전지용 후면 전극부를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a solar cell rear electrode part including a semiconductor layer, a front electrode part and a rear electrode part, and including a metal thin film formed on a rear surface of the semiconductor layer.
상기 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 태양전지용 후면 전극부는, 상기 반도체층의 후면에 1차 금속 박막을 형성하여 급속 열처리함으로써 형성된 후면전계층 및 상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 형성된 2차 금속 박막을 포함하는 후면 전극을 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the solar cell rear electrode part is formed on the rear surface of the semiconductor layer by forming a primary metal thin film and rapidly heat-treating the secondary electric field formed on the primary metal thin film and the rapid heat treatment It may include a back electrode including a metal thin film.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법에 의하여 제조된 후면 전극부를 포함하는 태양전지 및 상기 태양전지의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a solar cell and a method of manufacturing the solar cell comprising a back electrode manufactured by the method for manufacturing a solar cell rear electrode.
상기 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 태양전지의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:In the embodiment of the present invention, the method of manufacturing the solar cell includes the following steps:
반도체층을 준비하는 단계:Preparing the semiconductor layer:
상기 반도체층 전면에 전면 전극부를 형성하는 단계; Forming a front electrode part on the entire surface of the semiconductor layer;
상기 전면 전극부가 형성된 반도체층의 후면에, 상기 기재한 본 발명에 따른 후면 전극부의 제조 방법에 의해 후면 전극부를 형성하는 단계.Forming a rear electrode part on a rear surface of the semiconductor layer on which the front electrode part is formed, by the manufacturing method of the rear electrode part according to the present invention.
이외에도 태양전지의 반도체층 및 이외의 구조와 재료, 이들의 형성 방법은 당업계에 알려진 것들은 모두 적용 가능함이 당업자에게 명백하다.In addition, it is apparent to those skilled in the art that the semiconductor layer of the solar cell and other structures and materials, and a method of forming the same are all applicable to those skilled in the art.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 흐름도이고, 도 2 는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 모식도이다. 이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 도 1 및 도 2 를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 여기서 설명되는 내용에 한정되는 것은 아니며 다른 형태로 구체화될 수 있다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a solar cell back electrode unit according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of a method of manufacturing a solar cell back electrode unit according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2. However, the present invention is not limited to the contents described herein but may be embodied in other forms.
(1) 상기 반도체층의 후면에 금속 박막을 형성하는 단계(S10)(1) forming a metal thin film on the back surface of the semiconductor layer (S10)
도 2(a) 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 태양전지용 후면 전극부의 제조 방법은 준비된 반도체층의 후면에 1차 금속 박막(10)을 형성한다.As shown in FIG. 2 (a), in the method for manufacturing a solar cell rear electrode part of the present invention, a primary metal
예를 들어, 상기 반도체층은 p-n 접합 반도체층일 수 있으며, 예를 들어, p-n 접합 실리콘층, III-V 족 화합물 반도체층을 포함하는 p-n 접합 반도체층 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층으로서 p-n 접합 실리콘층을 사용할 수 있으며, 여기서 상기 실리콘은 결정, 다결정, 또는 비정질 실리콘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer may be a p-n junction semiconductor layer, and may be, for example, a p-n junction semiconductor layer including a p-n junction silicon layer, a III-V compound semiconductor layer, or the like. For example, a p-n junction silicon layer may be used as the semiconductor layer, wherein the silicon may be crystalline, polycrystalline, or amorphous silicon, but is not limited thereto.
예를 들어, p-n 접합 실리콘층은, B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p형 실리콘층과, 예를 들어 P, As, Sb 등의 5족 원소들이 도핑되어 있는 n형 이미터층이 접합되어 형성된다. 그러나, 본 발명의 p-n 접합 반도체층이 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the pn junction silicon layer is a p-type silicon layer doped with group III elements, such as B, Ga, and In, and an n-type already doped with group 5 elements, such as P, As, and Sb, for example. The ground layer is formed by bonding. However, the p-n junction semiconductor layer of the present invention is not limited thereto.
예를 들어, 상기 후면 전극부를 형성하는 1차 금속 박막은 Al, B, Ga, In 및 Tl 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막은 Al을 포함할 수 있다.For example, the primary metal thin film forming the rear electrode part may include one or more metals selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Tl. For example, the primary metal thin film may include Al.
상기 1차 금속 박막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어,스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.remind The method of forming the primary metal thin film is not particularly limited, but may be formed by, for example, sputtering, thermo-deposition, screen printing, or the like.
(2) 상기 1차 Al 금속 박막이 형성된 기판에 급속 열처리를 함으로써 후면전계층을 형성하는 단계(S20)(2) forming a back field layer by rapid thermal treatment on the substrate on which the primary Al metal thin film is formed (S20)
도 2(b) 에 나타낸 바에 같이, 상기 1차 금속 박막이 형성된 기판을 급속 열처리함으로써 후면전계층(20)이 형성된다.As shown in FIG. 2 (b), the back
상기 후면전계층을 형성하기 위한 상기 1차 금속 박막의 급속 열처리 과정의 온도는 금속의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로, 사용하는 금속의 융점 근처의 온도에서 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막이 Al을 포함한 경우 급속 열처리 과정의 온도는 700℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어, 700℃ 내지 850℃ 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리 시간은, 예를 들어, 60초 이하 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 급속 열처리는 RTA(rapid thermal annealing) 장비를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The temperature of the rapid heat treatment process of the primary metal thin film for forming the backside field layer may be appropriately selected according to the type of metal, and specifically, may be processed at a temperature near the melting point of the metal to be used. For example, when the primary metal thin film includes Al, the temperature of the rapid heat treatment process may be 700 ° C. or higher, for example, 700 ° C. to 850 ° C., but is not limited thereto. The rapid heat treatment time may be, for example, 60 seconds or less, but is not limited thereto. The rapid heat treatment may use rapid thermal annealing (RTA) equipment, but is not limited thereto.
(3) 상기 후면전계층에 2차 금속 박막을 형성함으로써 후면 전극을 형성하는 단계(S30)(3) forming a rear electrode by forming a secondary metal thin film on the rear electric field layer (S30)
도 2(c) 에 나타낸 바와 같이, 상기 급속 열처리된 1차 금속 박막 상에 2차 금속 박막(30)을 형성함으로써 후면 전극을 형성한다.As shown in FIG. 2 (c), a rear electrode is formed by forming a secondary metal
상기 2차 금속 박막은 Cu, W, Fe, Al, C, Ni 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 1차 금속 박막 은 Al을 포함할 수 있다.The secondary metal thin film may include at least one metal selected from the group consisting of Cu, W, Fe, Al, C, Ni, and Ti. Preferably, the primary metal thin film may include Al.
상기 후면전계층에 2차 금속 박막은 특정 방법에 한정되지 않으며, 예를 들어, 스퍼터링(Sputtering), 열기상증착법, 스크린프리팅법 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.The secondary metal thin film on the back surface field layer is not limited to a specific method, and may be formed by, for example, sputtering, thermal image deposition, screen printing, or the like.
여기서, 효율적인 후면전계층의 형성 및 광전환율, 그리고 후면 전극부를 형성하는 금속의 종류 등을 고려하여, 상기 1차 금속 박막 및 2차 금속 박막을 포함하는 상기 후면 전극부의 두께는 약 0.5 내지 10 μm일 수 있으며, 바람직하게는, 약 1 내지 약 5 μm, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 3 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 1차 금속 박막의 두께는 약 500 nm, 상기 2차 금속 박막이 두께는 약 500 nm 로 1 차 및 2차 금속 박막 형성 후 총 두께는 약 1 μm일 수 있다.Here, the thickness of the rear electrode part including the primary metal thin film and the secondary metal thin film is about 0.5 to 10 μm in consideration of the efficient formation of the rear electric field layer, the light conversion rate, and the type of metal forming the rear electrode part. It may be, but preferably, about 1 to about 5 μm, more preferably about 1 to about 3 μm, but is not limited thereto. For example, the thickness of the primary metal thin film is about 500 nm, the thickness of the secondary metal thin film is about 500 nm, and the total thickness after forming the primary and secondary metal thin films may be about 1 μm.
상기와 같이 본 발명에 따른 후면 전극부에 포함되는 금속층을 이중으로 형성함으로써 후면전계층과 후면 전극을 각각 형성하여 제조됨으로써, 종래 단일 증착 및 열처리에 의해 형성된 후면 전극부와 비교하여 그 제조 시 후면 전극에 열부 하가 가해지지 않게 되어, 반도체층과 후면전극 사이의 접합부의 표면에서 발생하는 소수 캐리어의 재결합을 저감시켜 변환효율을 증대시킬 수 있다.As described above, the metal layer included in the rear electrode part according to the present invention is formed by forming the rear electrode layer and the rear electrode, respectively, so that the rear side at the time of manufacture compared to the rear electrode part formed by conventional single deposition and heat treatment. Since no heat load is applied to the electrode, conversion efficiency can be increased by reducing the recombination of minority carriers generated at the surface of the junction between the semiconductor layer and the back electrode.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[실시예] [Example]
실시예 1 Example 1
도 2a 에 나타낸 바와 같이, p-n 접합 단결정 실리콘 기판을 반도체층으로 하여 그의 전면에 전면전극으로서 Ti 50 nm/Ag 100 nm 층을 형성하고, 상기 p-n 접합 단결정 실리콘 기판의 후면에 스퍼터 증착기를 이용하여 1차 Al 금속 박막(10)을 형성하였다. 이때, 1차 Al 금속 박막의 두께는 200 nm 로 증착하였다. 이어서, 도 2b 에 나타낸 바와 같이, 1차 Al 금속 박막이 형성된 p-n 접합 단결정 실리콘 기판에 RTA 장비를 이용하여 850℃에서 30초 동안 급속 열처리를 하였다. 상기 과정에 의해 1차 Al 금속 박막과 반도체층의 접합부에는 후면전계층(20)이 형성되었다. 이어서, 도 2c 에 나타낸 바와 같이, p-n 접합 실리콘 반도체층에 형성된 급속 열처리된 1차 금속 박막에 스퍼터 증착기를 이용하여 2차 Al 금속 박막을 800 nm 의 두께로 증착하여 후면 전극을 형성하였다. 본 실시예에서 후면 전극부 전체 두께는 1 μm였다.As shown in Fig. 2A, using a pn junction single crystal silicon substrate as a semiconductor layer, a Ti 50 nm / Ag 100 nm layer is formed on the front surface thereof as a front electrode, remind The primary Al metal
상기 실시예에 의하여 이중으로 형성된 (2단계 공정) 1차 및 2차 Al 금속 박 막을 포함하는 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지는, Al 금속 박막을 단일 과정 (1 단계 공정: 비교예)에 의하여 형성함으로서 제조된 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지와 비교하여 향상된 광전자 변환 효율 등 [Voc=개방전압 (open-circuit voltage), Jsc = 단락전류 (short-circuit current), FF=곡선인자(fill factor), EFF=효율(efficiency)]을 내었다 (하기 표 1 및 도 3).In the silicon solar cell including the back electrode part including the first and second Al metal thin films formed in a double layer (two step process) according to the above embodiment, the Al metal thin film is subjected to a single step (one step process: comparative example). Compared to the silicon solar cell including the back electrode manufactured by forming the photoelectric conversion efficiency, etc. [Voc = open-circuit voltage, Jsc = short-circuit current, FF = fill factor ), EFF = efficiency (Table 1 and Figure 3).
[표 1][Table 1]
실시예Example 2 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며, 다만, 1차 Al 금속 박막 및 2차 Al 금속 박막을 포함하는 후면 전극부 전체 두께는 2 μm였다. In the same manner as in Example 1, except that the total thickness of the rear electrode part including the primary Al metal film and the secondary Al metal film was 2 μm.
상기 실시예에 의하여 이중으로 형성된 1차 및 2차 Al 금속 박막을 포함하는 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지는, Al 금속 박막을 단일 과정에 의하여 형성함으로서 제조된 후면 전극부를 포함하는 실리콘 태양전지 (비교예) 와 비교하여 향상된 광전자 변환 효율을 내었다 (하기 표 2, 도 4 및 도 5).According to the embodiment, a silicon solar cell including a back electrode part including a first and a second Al metal thin film formed by a double, a silicon solar cell including a back electrode part manufactured by forming an Al metal thin film by a single process ( Compared with Comparative Example), improved photoelectric conversion efficiency was shown (Table 2, FIG. 4 and FIG. 5).
[표 2][Table 2]
이상, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail by way of example, but the present invention is not limited to the above embodiments, and may be modified in various forms, and having ordinary skill in the art within the technical idea of the present invention. It is apparent that many other variations are possible by one.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a back electrode unit for a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지용 후면전극부 제조 방법의 모식도이다.2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a back electrode unit for a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 실시예 1에 따른 태양전지의 광전환 효율율 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the light conversion efficiency rate of the solar cell according to Example 1 of the present invention.
도 4 는 본 발명의 실시예 2에 따른 태양전지의 광전환 효율율 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the light conversion efficiency rate of the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
도 5 는 본 발명의 실시예 2에 따른 태양전지용 후면전극부의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.FIG. 5 is a SEM photograph showing a cross section of a solar cell rear electrode unit according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
10 : 후면전계층 형성을 위한 1차 Al 금속 박막 10: Primary Al metal thin film for forming backside field layer
20 : 급속 열처리 공정에 의하여 형성된 후면전계층20: backside field layer formed by rapid heat treatment process
30 : 후면 전극 형성을 위한 2차 Al 금속 박막30: secondary Al metal thin film for forming the rear electrode
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