KR101335082B1 - 양면수광형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 전면과 후면에 각각 불순물 이온을 포함하는 비정질박막층을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 n형 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면에 p형 비정질박막층, 상기 기판 후면에 n형 비정질박막층을 각각 적층하는 단계와, 확산공정을 실시하여, p형 비정질박막층 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 n형 비정질박막층 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 n형 후면전계층을 형성하며, 상기 p형 비정질박막층 및 n형 비정질박막층을 확산부산 산화막으로 변환시키는 단계와, 상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 동시 소성하여 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 확산부산 산화막은 패시베이션층 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 전면과 후면에 각각 불순물 이온을 포함하는 비정질박막층을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 n형 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 수광하여 광전변환시키는 소자이다. 일반적인 태양전지는 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는다. 그러나, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다.
수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다. 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화할 수 있다.
한편, 후면전극형 태양전지를 포함한 종래의 태양전지는 전면과 후면 중 어느 한 면으로만 태양광이 수광됨에 따라, 태양광 수광에 있어 근본적인 한계가 있다. 이에, 최근에는 전면과 후면의 양면으로 수광이 가능한 양면수광형 태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 일 예로, 한국특허출원 1996-38745호에는 양면 태양전지 및 그 제조방법에 대해 개시되어 있다.
양면수광형 태양전지의 구조를 살펴보면(도 1 참조), n형 기판(101)을 기준으로 기판(101) 상부에는 p형 에미터(102)가 구비되어 p-n 접합을 이루며, 상기 p형 에미터(102) 상에는 전면전극(106)이 구비된다. 또한, 기판(101) 하부에는 n형 후면전계층(103)과 후면전극(107)이 구비되며, 기판(101) 전면과 후면에는 각각 패시베이션층(104)과 반사방지막(105)이 구비된다.
종래의 양면수광형 태양전지는 p형 에미터 형성을 위한 확산공정과 n형 후면전계층 형성을 위한 확산공정을 각각 실시하고, 확산부산물인 PSG막과 BSG막의 제거 공정과 함께 패시베이션 증착 공정이 추가적으로 요구된다. 이에 따라, 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기판 전면과 후면에 각각 불순물 이온을 포함하는 비정질박막층을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 n형 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 전면전극 및 후면전극을 스크린 인쇄 및 동시 소성을 통해 형성함으로써 공정 단순화를 기할 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면에 p형 비정질박막층, 상기 기판 후면에 n형 비정질박막층을 각각 적층하는 단계와, 확산공정을 실시하여, p형 비정질박막층 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 n형 비정질박막층 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 n형 후면전계층을 형성하며, 상기 p형 비정질박막층 및 n형 비정질박막층을 확산부산 산화막으로 변환시키는 단계와, 상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 동시 소성하여 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 확산부산 산화막은 패시베이션층 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 p형 비정질박막층은 p형 불순물을 포함하는 비정질박막층이고, 상기 n형 비정질박막층은 n형 불순물을 포함하는 비정질박막층이며, 상기 비정질박막층은 비정질실리콘(a-Si), 비정질실리콘산화막(a-SiOx), 비정질실리콘질화막(a-SiNx), 비정질실리콘탄화막(a-SiC), 비정질탄소(a-C), 비정질산화알루미늄(a-AlOx) 중 어느 하나이다.
상기 도전성 페이스트의 스크린 인쇄 전에, 상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 반사방지막을 형성한 다음, 상기 반사방지막 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄할 수 있다.
또한, 상기 p형 비정질박막층과 n형 비정질박막층은 각각 PECVD를 이용하여 적층할 수 있다.
본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
PECVD 등을 통해 기판 전면과 후면에 각각 p형 비정질 박막층, n형 비정질 박막층을 형성하고 이를 확산공정시 도핑소스로 이용함에 따라, 한 번의 확산공정을 통해 p형 에미터와 n형 후면전계층을 동시에 형성할 수 있어 공정 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 확산공정시 p형 비정질 박막층과 n형 비정질 박막층이 불순물 이온을 소모하여 각각 확산부산 산화막 예를 들어, BSG막과 PSG막으로 전환되며, 전환된 BSG막과 PSG막이 패시베이션층으로 활용됨에 따라 별도의 패시베이션층 증착 공정이 요구되지 않는다.
이와 함께, 기판 전면에는 p형 에미터, 기판 후면에는 n형 후면전계층이 독립적으로 형성됨에 따라, 추가적인 아이솔레이션 공정이 요구되지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 양면수광형 태양전지의 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 n형 실리콘 기판(201)을 준비한다. 그런 다음, 텍스쳐링 공정을 통해 기판(201) 표면을 요철(202) 형상으로 가공하여 빛 반사를 최소화시킨다.
이어, 상기 기판(201) 전면에 p형 불순물을 포함하는 비정질박막층(이하 p형 비정질박막층(203)이라 함)을 적층하고, 기판(201) 후면에는 n형 불순물을 포함하는 비정질박막층(이하 n형 비정질박막층(204)이라 함)을 적층한다(도 2b 참조). 상기 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)은 각각 후술하는 p형 에미터(205)와 n형 후면전계층(206)의 도핑소스의 역할을 하며, 상기 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)을 구성하는 비정질박막층으로는 비정질실리콘(a-Si), 비정질실리콘산화막(a-SiOx), 비정질실리콘질화막(a-SiNx), 비정질실리콘탄화막(a-SiC), 비정질탄소(a-C), 비정질산화알루미늄(a-AlOx) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 한편, 박막층들의 적층 순서는 달리 할 수 있다.
상기 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)은 일 실시예로 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)를 통해 적층할 수 있으며, 비정질실리콘(a-Si)을 적용하는 경우, p형 비정질박막층(203)은 전구체(precursor)로서 SiH4, B2H6이 이용될 수 있고 n형 비정질박막층(204)은 전구체로서 SiH4, PH3가 이용될 수 있다. 각각의 전구체에 H2가 추가될 수도 있다. 소정의 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에 상기 전구체들을 챔버 내에 공급하면 기판(201) 전면과 후면 각각에 p형 비정질박막층(203), n형 비정질박막층(204)이 형성된다. p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)의 적층 방법으로 상술한 PECVD 이외에 HWCVD(hot wire CVD), LPCVD(low pressure CVD)를 적용할 수도 있다.
상기 기판(201) 전면과 후면에 각각 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)이 적층된 상태에서, 확산공정을 실시하여 p형 에미터(205)와 n형 후면전계층(206)을 형성한다(도 2c 참조). 구체적으로, 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에서 상기 기판(201)을 가열하면 p형 비정질박막층(203) 내의 p형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산되어 p형 에미터(205)가 형성되고, n형 비정질박막층(204) 내의 n형 불순물 이온 역시 기판(201) 내부로 확산되어 n형 후면전계층(206)이 형성된다. 이와 같이, 기판(201) 전면에는 p형 에미터(205), 기판(201) 후면에는 n형 후면전계층(206)이 독립적으로 형성됨으로 인해 추가적인 아이솔레이션 공정이 요구되지 않게 된다.
한편, p형 비정질박막층(203) 내의 p형 불순물 이온과 n형 비정질박막층(204)의 n형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산됨에 따라 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)은 불순물 이온이 거의 제거된(또는 소모된) 상태를 이루게 되는데, 상기 확산공정이 산소 분위기 하에서 진행됨으로 인해 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)은 산소 및 기판의 실리콘(Si) 원소와 반응하여 산화막을 이루게 된다. 이 때, 형성되는 산화막을 확산부산 산화막(207)(208)이라 칭하기로 한다.
일 예로, p형 비정질박막층(203)으로 붕소(B)가 도핑된 비정질실리콘 또는 비정질실리콘산화막이 이용되는 경우, 상기 확산부산 산화막(207)은 BSG(boro-silicate glass)를 이룰 수 있으며, n형 비정질박막층(204)으로 인(P)이 도핑된 비정질실리콘 또는 비정질실리콘산화막이 이용되는 경우, 상기 확산부산 산화막(208)은 PSG(phosphor-silicate glass)를 이룰 수 있다.
이와 같이, 상기 확산공정에 의해 p형 비정질박막층(203)과 n형 비정질박막층(204)이 확산부산 산화막(207)(208)이 형성되는데, 상기 확산부산 산화막(207)(208)은 불순물 이온이 거의 제거된 상태임에 따라 유전층의 성질을 갖게 되며, 따라서 상기 확산부산 산화막(207)(208)은 패시베이션층으로 이용이 가능하다. 본 발명에서, 확산공정에 의해 형성된 확산부산 산화막(207)(208)을 패시베이션층으로 이용하며, 이에 따라 별도의 패시베이션층 형성 공정이 요구되지 않는다.
상기 확산부산 산화막(207)(208)이 형성된 상태에서, 도 2d에 도시한 바와 같이 상기 기판(201) 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 동시 소성하게 되면 전면전극(210)과 후면전극(209)이 완성되며 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 완료된다. 이 때, 상기 도전성 페이스트의 스크린 인쇄 전에 상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 실리콘 질화막 재질의 반사방지막(도시하지 않음)을 선택적으로 적층할 수도 있다.
201 : n형 결정질 실리콘 기판 202 : 요철
203 : p형 비정질박막층 204 : n형 비정질박막층
205 : p형 에미터 206 : n형 후면전계층
207, 208 : 확산부산 산화막
209 : 후면전극 210 : 전면전극
203 : p형 비정질박막층 204 : n형 비정질박막층
205 : p형 에미터 206 : n형 후면전계층
207, 208 : 확산부산 산화막
209 : 후면전극 210 : 전면전극
Claims (4)
- n형 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 전면에 p형 비정질박막층, 상기 기판 후면에 n형 비정질박막층을 각각 적층하는 단계;
확산공정을 실시하여, p형 비정질박막층 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 n형 비정질박막층 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 n형 후면전계층을 형성하며, 상기 p형 비정질박막층 및 n형 비정질박막층을 확산부산 산화막으로 변환시키는 단계;
상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 동시 소성하여 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 확산부산 산화막은 패시베이션층 역할을 하며,
상기 p형 비정질박막층은 p형 불순물을 포함하는 비정질박막층이고, 상기 n형 비정질박막층은 n형 불순물을 포함하는 비정질박막층이며,
상기 비정질박막층은 비정질실리콘(a-Si), 비정질실리콘산화막(a-SiOx), 비정질실리콘질화막(a-SiNx), 비정질실리콘탄화막(a-SiC), 비정질탄소(a-C), 비정질산화알루미늄(a-AlOx) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 페이스트의 스크린 인쇄 전에, 상기 기판 전면 및 후면의 확산부산 산화막 상에 각각 반사방지막을 형성한 다음, 상기 반사방지막 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 p형 비정질박막층과 n형 비정질박막층은 각각 PECVD를 이용하여 적층하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
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-
2012
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