KR101315644B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지의 제조방법이 개시된다. 태양전지를 제조하기 위하여 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물들을 형성한 후, 제1구조물들 각각의 표면에 제2 구조물들을 형성한다. 이어서, 제1 및 제2 구조물들이 형성된 실리콘 기판의 전면에 반사방지층을 형성한다. 그 후, 반사방지층 상부에 제1 전극 패턴을 형성하고, 실리콘 기판의 후면에 제2 전극 패턴을 형성한다. 이러한 태양전지에 따르면 입사광의 반사율을 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들의 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있다. 하지만, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 갖는다. 이러한 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 음전하를 띤 전자와 이 전자가 빠져나가 양전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과라 하는데 태양전지를 구성하는 p형과 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 방향으로, 정공은 p형 반도체 방향으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다. 태양 전지의 변화 효율을 높이기 위해서는 광기전력 효과를 일으키는 빛의 양을 늘려야 하므로 입사된 빛 중 반사되는 빛의 양을 줄이고 태양 전지 내부로 침투하는 빛의 양을 늘려야 한다.
이와 같이 태양 전지의 변환 효율을 높이기 위하여 태양 전지의 제조 공정 중에 웨이퍼의 표면에 대한 조직화(texturing) 공정이 수행된다. 웨이퍼의 표면에 대한 조직화는 웨이퍼의 표면을 거칠게 함으로써 입사된 빛이 반사되는 것을 줄이고 빛의 산란면을 증가시켜 태양 전지의 변환 효율을 증가시킨다.
본 발명의 일 목적은 입사광의 반사율을 감소시킬 수 있는 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 실리콘 기판, 반사방지층, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 구비할 수 있다. 상기 실리콘 기판은 내부에 pn 접합이 존재하고, 서로 이격된 복수의 제1 구조물들 및 상기 제1 구조물들 각각의 표면에 형성되고 상기 제1 구조물보다 작은 종횡비와 크기를 갖는 복수의 제2 구조물들을 갖는 전면을 구비할 수 있다. 상기 반사방지층은 상기 실리콘 기판의 전면 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사방지층 상부에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극 패턴은 상기 전면에 대향하는 상기 실리콘 기판의 후면 상에 형성될 수 있다.
상기 제1 구조물은 원 기둥 또는 다각 기둥의 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상기 제1 구조물은 1.40 이상 1.71 이하의 종횡비를 가질 수 있다. 상기 제2 구조물은 다각뿔 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 태양전지를 제조하기 위하여, 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물들을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 제1구조물들 각각의 표면에 제2 구조물들을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 제1 및 제2 구조물들이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지층을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 반사방지층 상부에 제1 전극 패턴을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 전면에 대향하는 상기 실리콘 기판의 후면에 제2 전극 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 구조물을 형성하기 위하여, 상기 실리콘 기판의 전면에 포토레지스터 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 전면을 건식 식각할 수 있다. 이와 다른 실시예로, 상기 제1 구조물을 형성하기 위하여, 상기 실리콘 기판의 전면에 질화막, 산화막 및 금속막 중 하나인 마스크막을 형성하고, 상기 마스크막 상부에 포토레지스터 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 상기 마스크막을 패터닝하여 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 전면을 건식 식각하여 상기 제1 구조물을 형성할 수 있다. 상기 포토레지스터 패턴 및 상기 마스크 패턴은 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1구조물들 각각의 표면에 제2 구조물들을 형성하기 위하여, 상기 제1 구조물이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면에 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. 상기 습식 식각은 80초 이상 150초 이하의 시간동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 실리콘 기판의 전면에 건식 식각 공정을 수행하여 종횡비가 큰 제1 구조물들을 형성한 후 습식 식각 공정을 통해 제1 구조물들 표면에 다각뿔 형상의 제2 구조물들을 형성하는 경우, 입사광의 반사율을 현저하게 감소시킬 수 있고, 그 결과 태양전지의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 편평한 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Flat wafer), 제1 구조물만이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Dry etching), 제1 구조물과 제2 구조물이 모두 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Wet etching) 및 종래의 표면조직화가 이루어진 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Texture(basic))을 측정한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예 1에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 3에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 실시예 4에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 편평한 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Flat wafer), 제1 구조물만이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Dry etching), 제1 구조물과 제2 구조물이 모두 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Wet etching) 및 종래의 표면조직화가 이루어진 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Texture(basic))을 측정한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예 1에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 3에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 실시예 4에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 시트들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 구조물의 '종횡비(aspect ratio)'라 함은 '구조물의 밑면의 크기(직경 또는 폭)'에 대한 '구조물의 높이'의 비(ratio)를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 태양전지를 제조하기 위하여, 우선 실리콘 기판을 준비한다. 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판일 수 있다. 또한, 실리콘 기판은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p-형 실리콘 기판일 수 있다. 이후 설명될 패터닝 공정을 수행하기 전에 실리콘 기판은 세정될 수 있다.
이어서, 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물을 형성할 수 있다(S110). 제1 구조물들은 건식 식각 공정을 통해 실리콘 기파의 전면에 형성될 수 있다. 제1 구조물들은 서로 일정 간격으로 이격되고 종횡비가 큰 수직 구조물들일 수 있다. 일례로, 제1 구조물은 원기둥, 사각기둥과 같은 다각 기둥 또는 이와 유사한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물들을 형성하기 위하여, 실리콘 기판의 전면에 포토레지스터 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판의 전면에 포토레지스터(PR)를 도포한 후 이를 포토리소그래피 공정을 통해 패턴화하여 포토레지스터 패턴을 형성할 수 있다. 포토레지스터 패턴은 서로 일정 간격으로 이격된 복수의 원형 패턴들 또는 복수의 다각형 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물들을 형성하기 위하여, 실리콘 기판의 전면에 마스크층을 형성할 수 있다. 마스크층은 질화막, 산화막 및 금속막 중 하나일 수 있다. 건식 식각에 대한 식각 마스크로 적용될 수 있는 포토레지스터 물질이 제한되므로, 이를 극복하기 위하여 본 실시예에 있어서는 질화막, 산화막 및 금속막 중 하나를 건식 식각의 마스크로 사용하는 것이다. 마스크층은 증착 공정을 통해 실리콘 기판의 전면에 형성될 수 있다. 마스크층 형성 후, 마스크층 상부에 포토레지스터 물질을 도포하여 포토레지스터층을 형성할 수 있다. 그 후, 포토레지스터층을 포토리소그래피 공정을 통해 패턴화하여 포토레지스터 패턴을 형성할 수 있다. 포토레지스터 패턴을 형성한 후, 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 이용하여 마스크막을 패터닝함으로써 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 마스크 패턴은 서로 일정 간격으로 이격된 복수의 원형 패턴들 또는 복수의 다각형 패턴들을 포함할 수 있다.
이어서, 포토레지스터 패턴 또는 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용한 건식 식각 공정을 통해 실리콘 기판을 소정 깊이까지 식각함으로써 실리콘 기판에 제1 구조물들을 형성할 수 있다. 건식 식각 공정을 통해 이방성 식각이 일어나고 식각 마스크를 이용하므로, 제1 구조물은 큰 종횡비를 가질 수 있다. 제1 구조물을 형성하기 위한 건식 식각 공정으로는 플라즈마를 이용한 건식식각 공정이 적용될 수 있다. 플라즈마를 이용한 건식식각 공정으로는, 예를 들면, RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magnetically-Enhanced RIE), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma), Helical Plasma, Helicon Plasma, HDP(High Density Plasma) 등의 적용될 수 있다.
이어서, 포토 레지스터 패턴 또는 마스크 패턴을 제거한 후, 제1 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에 습식 식각 공정을 수행함으로써, 제1 구조물들의 표면에 제2 구조물들을 형성할 수 있다(S130). 습식 식각 공정을 통해 제1 구조물의 표면뿐만 아니라 제1 구조물 사이의 영역에도 제2 구조물이 형성될 수 있다. 플라즈마를 이용한 건식식각의 방법으로 실리콘 기판의 일면에 제1 구조물들을 형성하는 경우, 플라즈마에 노출된 실리콘 기판의 전면에는 표면 결함이 발생하게 된다. 이처럼 표면 결함이 존재하는 실리콘 기판의 전면에 습식 식각 공정을 수행하면, 다각뿔, 예를 들면, 피라미드 형상의 제2 구조물들이 형성되고 플라즈마 노출에 의한 표면 결함이 제거된다. 제1 구조물과 비교하여, 제2 구조물은 상대적으로 작은 크기를 가질 뿐만 아니라 제1 구조물보다 작은 종횡비를 갖는다. 즉, 하나의 제1 구조물 표면에는 무수히 많은 제2 구조물들이 형성될 수 있다. 제2 구조물들을 형성하기 위한 습식 식각 공정의 식각 용액으로는 알칼리 용액이 사용될 수 있고, 촉매로는 알코올이 사용될 수 있다. 예를 들면, 습식 식각 공정의 식각 용액으로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 에틸렌디아민피로카테콜(Ethylenediamine pyrocatechol, EDP), 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide, TMAH) 등이 사용될 수 있고, 촉매로는 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA)이 사용될 수 있다. 습식 식각 공정은 약 80초 내지 약 150초 동안 수행되는 것이 바람직하다. 습식 식각 공정이 80초 미만으로 수행되는 경우, 제2 구조물이 불완전하게 형성될 수 있고, 습식 식각 공정이 150초를 초과하여 수행되는 경우 제1 구조물 표면이 과도하게 제거되어 실리콘 기판의 전체 표면적이 감소될 수 있기 때문이다. 건식 식각 공정 및 습식 식각 공정이 수행된 후 형성된 제1 구조물은 약 1.40 이상 1.71 이하의 종횡비를 가질 수 있다. 구체적으로, 건식 식각 공정 및 습식 식각 공정이 수행된 후 형성된 제1 구조물은 약 6.84㎛ 이상 약 7.98㎛ 이하의 직경을 갖는 밑면, 약 4.77㎛ 이상 약 5.81㎛ 이하의 직경을 갖는 윗면 및 약 11.2㎛ 이상 약 12.1㎛ 이하의 높이를 갖는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
이어서, 제1 및 제2 구조물이 형성된 p-형 실리콘 기판의 일면 상부에 n-형 불순물을 포함하는 반사방지층을 형성한다(S150). n-형 불순물을 포함하는 반사방지층은 열산화법, 스크린프린팅법, 스핀코팅법, 스프레이법, 진공증착법, 화학기상증착법 등으로 형성될 수 있고, 반사방지층은 실리콘 산화막일 수 있다. 반사방지층에 포함되는 n-형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 등의 5족 원소일 수 있다.
이어서, 방사방지층 상부에 제1 전극 패턴을 형성하고(S170), 실리콘 기판의 후면에 제2 전극 패턴을 형성할 수 있다(S190). 예를 들면, 제1 전극 패턴은 제1 전극 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 공정을 통해 형성될 수 있고, 제2 전극 패턴은 제2 전극 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 공정을 통해 형성될 수 있다.
이어서 제1 및 제2 전극 패턴이 형성된 실리콘 기판을 열처리한다. 이러한 열처리 공정에 의해 실리콘 기판 내부에 pn 접합이 형성되고, 제1 전극 패턴은 n-형 반도체층과 접촉하게 되며, 제2 전극 패턴은 p-형 반도체층과 접촉하게 된다.
도 2는 편평한 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Flat wafer), 제1 구조물만이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Dry etching), 제1 구조물과 제2 구조물이 모두 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Wet etching) 및 종래의 표면조직화가 이루어진 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(Texture(basic))을 측정한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 편평한 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율은 26.91%이고, 건식 식각 공정에 의해 제1 구조물만이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율은 24.77%이며, 종래의 표면조직화가 이루어진 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율은 14.93%임을 알 수 있다. 이에 반해 본 발명의 실시예에 따라 건식 식각과 습식 식각 공정에 의해 제1 구조물과 제2 구조물이 모두 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율은 14.12%임을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 실리콘 기판의 전면에 제1 및 제2 구조물을 형성하는 경우, 광 반사율을 현저하게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
[실시예 1 내지 4]
단결정 실리콘 기판의 전면에 포토레지스터 패턴을 형성한 후 이를 식각 마스크로 이용한 ICP-RIE 공정을 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물을 형성하였다. ICP-RIE 공정에 사용된 기체는 산소(O2), 6-플루오르화황(SF6), 8-플루오르화부텐(C4F8)이었다. 이어서, 제1 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에 식각 용액으로 2.5wt% NaOH 용액을 이용하여 촉매로 이소프로필알콜(IPA)을 이용하는 습식 식각 공정을 30초(실시예 1), 60초(실시예 2), 90초(실시예 3) 및 120초(실시예 4)를 수행하여 제1 구조물의 표면에 제2 구조물을 형성하였다. 도 3a 및 도 3b는 실시예 1에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이고, 도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이고, 도 5a 및 도 5b는 실시예 3에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이며, 도 6a 및 도 6b는 실시예 4에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 및 제2 구조물을 설명하기 위한 사진이다. 실시예 1 내지 4에 따라 실리콘 기판의 전면에 형성된 제1 구조물의 치수를 하기 표 1에 나타내었다.
| 높이(H) | 밑면 직경(R) | 윗면 직경(r) | 종횡비(H/R)) | |
| 실시예 1 | 11.7 ㎛ | 6.84 ㎛ | 5.81 ㎛ | 1.71 |
| 실시예 2 | 11.2 ㎛ | 7.98 ㎛ | 5.64 ㎛ | 1.40 |
| 실시예 3 | 12.1 ㎛ | 7.98 ㎛ | 5.14 ㎛ | 1.52 |
| 실시예 4 | 11.7 ㎛ | 7.84 ㎛ | 4.77 ㎛ | 1.496 |
도 7은 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 실시예 1에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(NaOH_30sec)은 21.60%이고, 실시예 2에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(NaOH_60sec)은 19.08%임을 알 수 있다. 그리고 실시예 3에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(NaOH_90sec)은 14.12%이고, 실시예 4에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판의 전면에서의 광 반사율(NaOH_120sec)은 12.98%임을 알 수 있다. 도 3에 도시된 종래 표면조직화가 이루어진 실리콘 기판과 비교하여, 실시예 3 및 실시예 4에 따라 제1 및 제2 구조물이 형성된 실리콘 기판에서의 광 반사율이 더 낮음을 확인할 수 있다. 이러한 사항을 고려하면 제1 구조물 표면에 제2 구조물을 형성하기 위한 습식 식각 공정은 적어도 약 80초 이상 수행되는 것이 바람직하다. 다만, 습식 식각 공정의 시간이 과도하게 길면, 제1 구조물의 표면이 과도하게 제거되어 실리콘 기판 전면의 표면적이 감소하게 되고 제1 구조물의 구조적 안정성이 문제될 수 있으므로 습식 식각 공정은 약 150초 이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 실리콘 기판의 전면에 건식 식각 공정을 수행하여 종횡비가 큰 제1 구조물들을 형성한 후 습식 식각 공정을 통해 제1 구조물들 표면에 다각뿔 형상의 제2 구조물들을 형성하는 경우 입사광의 반사율을 현저하게 감소시킬 수 있고, 그 결과 태양전지의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 내부에 pn 접합이 존재하고, 서로 이격된 복수의 제1 구조물들 및 상기 제1 구조물들 각각의 표면에 형성되고 상기 제1 구조물보다 작은 종횡비와 크기를 갖는 복수의 제2 구조물들을 갖는 전면을 구비하는 실리콘 기판;
상기 실리콘 기판의 전면 상에 위치한 반사방지층;
상기 반사방지층 상부에 위치한 제1 전극 패턴; 및
상기 전면에 대향하는 상기 실리콘 기판의 후면 상에 위치한 제2 전극 패턴을 포함하는 태양전지. - 제1항에 있어서, 상기 제1 구조물은 원 기둥 또는 다각 기둥의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 구조물은 1.40 이상 1.71 이하의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 구조물은 다각뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 실리콘 기판의 전면에 제1 구조물들을 형성하는 단계;
상기 제1구조물들 각각의 표면에 제2 구조물들을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 구조물들이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지층을 형성하는 단계;
상기 반사방지층 상부에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 전면에 대향하는 상기 실리콘 기판의 후면에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법. - 제5항에 있어서, 상기 제1 구조물을 형성하는 단계는,
상기 실리콘 기판의 전면에 포토레지스터 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 전면을 건식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제5항에 있어서, 상기 제1 구조물을 형성하는 단계는,
상기 실리콘 기판의 전면에 질화막, 산화막 및 금속막 중 하나인 마스크막을 형성하는 단계;
상기 마스크막 상부에 포토레지스터 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 상기 마스크막을 패터닝하여 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 전면을 건식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 포토레지스터 패턴은 원형 또는 다각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제1구조물들 각각의 표면에 제2 구조물들을 형성하는 단계는,
상기 제1 구조물이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면에 습식 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제9항에 있어서, 상기 습식 식각은 80초 이상 150초 이하의 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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