KR101339808B1 - 태양전지 셀의 후면 전계 영역 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀 - Google Patents

태양전지 셀의 후면 전계 영역 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 셀의 LBSF 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀에 관한 것으로, 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 1 도전형과 반대의 도전형을 가지는 제 2 도전형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면을 에칭하여 홀을 생성하는 단계, 상기 홀에 BBr3를 도핑하여 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 내부에서 상기 홀의 외주면을 따라 LBSF(local back surface field)층을 형성하는 단계, 상기 제 2 도전형 반도체층의 상면 및 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 패시베이션층을 형성하는 단계 및 상기 제 2 도전형 반도체층의 상면에 형성된 패시베이션층 상에 전면전극을 형성하고, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 형성된 패시베이션층 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 태양전지 셀의 LBSF 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀 에 따르면, 전술한 공정으로 제조된 태양전지 셀은 1번의 에칭 공정만으로 태양전지 셀의 후면 전극을 형성함으로써 공정이 단순화되어 제조비용이 감소하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 에칭의 깊이를 조절함으로써 태양전지 셀의 후면 전극을 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 후면 전극 형성 시 자동으로 LBSF(108)가 후면 전극에 정렬되어 별도의 공정이 필요하지 않아 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

태양전지 셀의 후면 전계 영역 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀{Method of forming local back surface field of solar cell and solar cell thereof}
본 발명은 태양전지 셀의 후면 전계 영역 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀에 관한 것으로, 구체적으로 공정이 단순화되어 제조비용 절감이 가능한 태양전지 셀의 후면 전계 영역 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 '태양전지'라 한다)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(1)와 n형 반도체(2)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생한다. 이를 광전효과(光電效果, photoelectric effect)라 한다. 또한, 상기 광기전력효과에 의하여 발생된 전자와 정공은 다이오드 내부에서의 기전력 차이에 의하여 (-) 전하를 띤 전자는 n형 반도체(2)로 (+) 전하를 띤 정공 은 p형 반도체(1)로 이동하면서 전류가 흐르게 되는데, 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 한다. 즉, 태양전지를 구성하는 p형(1) 및 n형 반도체(2) 중 전자는 n형 반도체(2) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(1) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(1) 및 p형 반도체(2)와 접합된 전극(3, 4)으로 이동하게 되고, 이 전극(3, 4)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이와 같은 태양전지의 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사되는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.
태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지에 입사되는 태양광의 반사도를 낮추고 태양전지 기판과 전극의 접촉 저항을 낮추어야 할 뿐만 아니라 캐리어인 전자와 정공의 재결합률을 감소시켜야 한다.
캐리어의 재결합률을 낮출 수 있는 방법에는 여러 가지가 있는데, 그 중 하나가 태양전지 후면에 후면 전계 영역(LBSF, local back surface field)를 형성하는 방법이 사용되고 있다. LBSF는 태양전지 기판의 후면 영역 중 기판에 주입된 불순물 농도가 상대적으로 높은 영역을 의미한다. 이러한 LBSF는 후면 전극 패턴과 태양전지 기판 후면이 접하는 영역에 형성하며, 기판과 후면 전극 간의 접촉 저항을 낮춘다. 또한, 이러한 LBSF 구조의 특징으로 고농도로 주입된 국소 영역을 제외한 전극과 접촉이 없는 영역에서는 패시베이션 막을 형성하여 전자와 정공의 재결합을 감소시키는 작용을 한다.
도 2 내지 도 6은 종래 기술에 따른 태양전지의 LBSF 후면 전극 형성방법을 도시한 공정 흐름도이다. 먼저 도 2에 도시한 바와 같이 태양전지 기판(10)의 후면 전체에 패시베이션층(passivation layer)(20)을 형성한다. 그런 다음, 도 3에 도시한 바와 같이 패시베이션층(20)을 패터닝하여 LBSF가 형성될 지점에 개구(30)를 형성한다. 그리고 나서, 도 4에 도시한 바와 같이 개구(30) 내에 알루미늄이 함유된 후면 전극 패턴(40)을 형성하고, 열처리를 통해 알루미늄을 태양전지 기판(10)으로 확산시켜 LBSF(50)를 형성한다. 이렇게 LBSF(50)가 형성되면, 도 5에 도시한 바와 같이 태양전지 기판(10) 후면에 후면 전극층(60)을 형성하여 LBSF(50), 후면 전극 패턴(40) 및 후면 전극층(60)을 포함하는 LBSF 후면 전극(70)의 형성 공정을 완료하게 된다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 태양전지의 LBSF 후면 전극 형성방법에 의하면, 후면 전극층(60)을 형성하기 위하여 반드시 패시베이션층(20)을 패터닝한 후 정렬 (alignment) 공정을 통하여 후면 전극의 위치를 조정해야 하므로 제조공정이 복잡하여 생산단가가 상승하는 문제점이 있었다.
또한, 후면 전극 패턴(40)의 크기 가변 시 후면 전극 패턴(40)의 패턴 형태 변경이 필요하여 이에 대응되는 추가적인 마스크 제작이 필요하므로 이 또한 생산단가가 상승되는 요인이 되었다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지 셀에서 LBSF(local back surface field) 형성 시 에칭 횟수를 최소화하여 제조공정을 단순화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 정렬 공정이 필요하지 않은 태양전지 셀의 LBSF 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 셀의 LBSF 형성방법은, 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 1 도전형과 반대의 도전형을 가지는 제 2 도전형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면을 에칭하여 홀을 생성하는 단계, 상기 홀에 BBr3를 도핑하여 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 내부에서 상기 홀의 외주면을 따라 LBSF(local back surface field)층을 형성하는 단계, 상기 제 2 도전형 반도체층의 상면 및 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 패시베이션층을 형성하는 단계 및 상기 제 2 도전형 반도체층의 상면에 형성된 패시베이션층 상에 전면전극을 형성하고, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 형성된 패시베이션층 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LBSF층을 형성하는 단계 이전에, BBr3 도핑 시 상기 제 1 도전형 반도체층의 수직 상방으로 BBr3가 확산되지 못하도록 상기 홀의 상면에 배리어 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층의 형성은 기상화학증착 방법(PECVD)을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LBSF층을 형성하는 단계 이후에, 상기 배리어층 및 상기 BBr3의 도핑으로 인하여 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 생성된 BSG(Boric Silicate Glass)를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀에 BBr3를 도핑하는 방법은 스프레이 도핑법, 스핀온 도핑법 또는 페이스트 도포법 중 어느 하나의 방법으로 도핑되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 도전형 반도체 기판은 p형 결정질 실리콘 반도체 기판이고, 상기 제 2 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 LBSF는 보론(B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1도전형 반도체 기판의 전면은 광포획량을 증가시키기 위하여 텍스처링된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 텍스쳐링은 습식화학식각공정, 반응이온성식각(RIE) 공정 또는 레이저 조사 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 LBSF가 형성된 태양전지 셀은, 제 1 도전형 반도체 기판, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 형성되고 상기 제 1 도전형과 반대의 도전형을 가지는 제 2 도전형 반도체층, 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되고 전면 패시베이션층, 상기 패시베이션층을 부분적으로 관통하여 상기 제 2 도전형 반도체층과 연결되는 전면전극, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 형성된 복수의 홀, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면 및 상기 복수의 홀 상면에 형성된 후면 패시베이션층, 상기 제 1 도전형 반도체 기판 내부에 형성되되, 상기 홀의 외주면을 감싸는 LBSF(local back surface fiel) 및 상기 제 1 도전형 반도체 기판에 형성된 홀을 통하여 상기 LBSF와 연결되는 후면전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 도전형 반도체 기판은 p형 결정질 실리콘 반도체 기판이고, 상기 제 2 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 LBSF는 보론(B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1도전형 반도체 기판의 전면은 광포획량을 증가시키기 위하여 텍스처링된 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
또한, 상기 텍스쳐링은 습식화학식각공정, 반응이온성식각(RIE) 공정 또는 레이저 조사 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 태양전지 셀의 LBSF 형성방법 및 그에 의한 태양전지 셀 에 따르면, 전술한 공정으로 제조된 태양전지 셀은 1번의 에칭 공정만으로 태양전지 셀의 LBSF를 형성함으로써 공정이 단순화되어 제조비용이 감소하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 에칭의 깊이를 조절함으로써 태양전지 셀의 LBSF를 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 후면 전극 형성 시 자동으로 LBSF가 후면 전극에 정렬되어 별도의 공정이 필요하지 않아 제조비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 종래 기술에 의한 태양전지 셀의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6j는 본 발명에 따른 태양전지 셀의 제조방법 태양전지 셀의 LBSF 형성방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양전지 셀의 후면전극층에서의 표면 재결합율을 도시한 도면이다.
도 8a는 종래기술에 의한 태양전제 셀의 후면전극의 전체 접촉 면적을 산출하는 예를 도시한 도면이고, 도 8b는 본 발명에 의한 태양전제 셀의 후면전극의 전체 접촉 면적을 산출하는 예를 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명에 의한 태양전제 셀에서 에칭 깊이와 재결합율의 상관관계를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 6j는 본 발명의 제조방법에 의한 태양전지 셀의 단면도이다.
도 6j을 참조하면, p형 반도체 도펀트로 도핑된 p형 결정질 실리콘 반도체 기판(100) 위에 n형 에미터층(102)이 형성되고 그 위에 패시베이션층(104)이 형성되어 있다. 또한, 도 6j에 도시한 바와 같이, 반도체 기판의 전면은 단면적을 증가시켜 태양광 흡수를 증가시키기 위하여 텍스처링된 요철 구조를 가진다.
전면전극(106)은 일단이 패시베이션층(104)을 통과하여 n형 에미터층(102)과 연결되고, 타단이 외부로 노출되어 빛을 수광할 수 있으며, 수광된 빛에 의하여 생성되어 분리된 전자와 정공 쌍 중 n형 에미터층(102)으로 이동하는 전자를 수집하게 된다.
p형 반도체 기판(100)의 후면에도 패시베이션층(104)이 형성되어 있고, 상기 패시베이션층(104) 위에는 후면전극층(110)이 형성된다. 또한, p형 반도체 기판(100)의 후면은 에칭된 홀(120)을 가진다. 홀(120)의 상부면에는 패시베이션층(104)이 형성되어 있으며, 그 위에는 후면전극층(110)이 형성되어 있다.
또한, 상기 반도체 기판(100) 내부에서 상기 홀(120) 외주면을 감싸는 링 형상의 LBSF(108, local back surface field)가 적어도 1개 이상 형성되는데, 고농도로 주입된 LBSF 영역에서는 p형 반도체 기판(100)으로 이동되는 정공을 후면전계효과에 의해 수집율을 향상시키고 후면전극과 접촉하여 수집하게 된다. 그리고 LBSF 영역을 제외한 전극과 접촉이 없는 영역에서 패시베이션 막을 형성하여 전자-정공 쌍의 표면 재결합을 방지하는 효과를 가진다. 도 6j에는 LBSF(108)의 다양한 형태를 도시하지 않았으나, 도핑으로 인하여 형성되는 것이므로 전술한 링형상 외에 반도체 기판 내에 구형, 반구형, 원추형, 다각뿔형, 피라미드형 등의 형태로 형성될 수 있다.
그러나, 에칭 깊이 조절 만으로 접촉 커버리지(Contact Coverage)조절이 가능하게 하려면, LBSF가 링 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이에 대하여는 후술한다. 본 발명의 일 실시예에 따라서는 LBSF(108)을 구성하는 물질은 보론(B)일 수 있으므로 후면전계층은 Local Boron-BSF 영역이 될 수 있다.
도 6a 내지 도 6j는 본 발명에 따른 태양전지 셀의 LBSF 형성방법의 각 단계에 의하여 산출되는 중간제품의 단면을 도시한 도면이다.
먼저 p형 반도체 도펀트로 도핑한 p형 반도체 기판(100)을 준비하고 전면 또는 전면과 후면을 모두 텍스처링한다. 이는 반도체 기판에 요철구조를 주어 입사광의 광포획을 향상시키기 위한 공정이다. 도 6a는 기판의 전면 및 후면이 텍스처링되어 요철구조를 가진 것을 도시한 것이다. 상기 텍스쳐링은 습식화학식각공정, 반응이온성식각(RIE) 공정을 비롯한 건식화학식각공정 또는 레이저 조사 공정 등에 의할 수 있다.
다음으로 상기 p형 반도체 기판에 n형 반도체 도펀트을 고온에서 증착하여 도 6b에 도시한 바와 같이 기판의 표면쪽으로 pn 접합을 이루는 n형 에미터층(102)을 형성한다. 상기 도펀트로 P(인)이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 POCl3로 도핑할 수 있다. 고온에서 증착된 도펀트로 형성된 에미터층(102)를 보다 균일하게 형성시키기 위하여 고온에서 상기 도펀트를 깊게 확산시키는 것이 바람직하다. n형 에미터층(102)과 p형 반도체 기판(100)과의 접합면에서 광이 입사되어 생성된 전자와 정공이 분리되어 캐리어를 생성하게 된다.
다음으로 도 6c에 도시한 바와 같이 기판의 전면부에만 전자를 수집할 수 있는 n형 에미터층(102)을 남겨두고 정공을 수집할 수 있도록 후면에 형성된 n형 에미터층을 제거한다. 측면부 및 후면부의 n형 에미터층 제거는 레이저를 조사하여 제거하거나 RIE 또는 HF를 포함하는 식각용액을 이용하여 제거할 수 있다.
다음으로 도 6d에 도시한 바와 같이 기판의 후면부를 에칭하여 홀(120)을 생성한다. 링 형상의 LBSF를 형성하기 위하여 기판을 Photolitho 나 Screen Printing Etching Paste를 이용하여 국부적으로 Silicon 기판을 식각할 수 있다. 홀(120)을 생성하기 위한 에칭 깊이(Etching Depth)는 필요한 후면전극층(110)과의 접촉 면적(Contact Coverage)에 따라 가변될 수 있다. 즉, 접촉 면적이 적어지면 태양전지셀의 직렬저항이 증가되어 태양전지 특성이 악화되므로 적정한 접촉 면적이 요구된다. 도 7에 도시한 바와 같이 후면전극층(110)에서의 표면 재결합율(Surface Recombination Velocity)은 상기 접촉 면적이 5% 이내의 범위에서 변화율이 크므로 이 구간에서 접촉 면적을 정밀하게 제어하여야 태양전지의 효율성을 증대 시킬 수 있다.
이 경우 종래 기술에 의하면, 도 8a에 도시한 바와 같이 “전체 접촉 면적 = (후면 전극 패턴의 면적*후면 전극 패턴의 개수)/웨이퍼 전체면적”이고 “후면 전극 패턴의 면적 = π * (후면 전극 패턴의 직경/2)2 “로 산출되므로, 전체 접촉 면적의 가변을 위하여는 후면 전극 패턴의 직경 및 후면 전극 패턴의 개수 변화가 반드시 필요하다. 그러나 본 발명에 따르면, 도 8b에 도시한 바와 같이 “전체 접촉 면적 = (LBSF의 면적*LBSF의 개수)/((웨이퍼 전체면적+ LBSF의 면적*LBSF의 개수))”이고 “LBSF의 면적 = π * LBSF의 직경 * 에칭 깊이”이므로 LBSF 에칭 깊이만으로 후면전극층(110)과의 접촉 면적을 용이하게 가변할 수 있다. 따라서, 후면전극층(110)과의 접촉 면적을 가변 시킬 필요가 있는 경우, 종래 기술에 의하면 접촉 면적을 변화시킬 경우 후면 전극 패턴의 직경 또는 후면 전극 패턴의 수가 변경되어야 하므로 새로운 마스크가 필요하지만, 본 발명에 의하면 에칭 깊이만 가변하면 되므로 제조원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 에칭 깊이는 바람직하게는 2㎛이하인 것이 바람직하다. 이는 도 9에 도시한 바와 같이 2㎛이하의 에칭 깊에에서 전자-정공이 더 낮은 재결합 속도를 가지므로, 더 높은 효율을 가지는 태양전지 셀을 제작할 수 있기 때문이다.
다음으로 도 6e에 도시한 바와 같이 기상화학증착 방법(PECVD)으로 상기 홀(120) 내부에 배리어층(103)을 형성한다. 상기 배리어층(103)은 후술할 도 6f 공정에서 BBr3를 도핑하여 LBSF(108) 형성 시 LBSF(108)가 기판(100)을 기준으로 수직 상방으로 확산되는 것을 방지하여 결국 LBSF(108)가 홀(120)을 감싸는 링 형상으로 형성되도록 한다. 도 6f는 BBr3를 도핑하여 홀(120)을 감싸는 링 형상으로 LBSF(108)를 형성하는 것을 도시하였다. LBSF(108)는 홀(120)의 외주면을 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 전술하였지만, 에칭 깊이만으로 후면전극층(110)과의 접촉 면적을 제어하기 위하여 링 형상을 갖는 것이 바람직하다. LBSF(108)를 형성하기 위한 BBr3 도핑 방법으로 스프레이 도핑법이나 스핀온 도핑법, 페이스트 도포법 등을 사용할 수 있다.
다음으로 반도체 기판(100)에 패시베이션층(104)을 형성하기 위하여 도 6e에서 도시한 단계에서 형성된 배리어층(103)과 BSG(Boric Silicate Glass)을 제거하는 단계이다. 이는 도 6g에 도시하였다. 상기에서 BSG는 도 6f에 의한 BBr3도핑으로 인하여 반도체 기판(100)의 표면에 생성된 불순물을 의미한다. 상기 BSG 및 배리어층의 제거에는 HF를 포함한 용액이 사용될 수 있다.
다음은 기판(100)의 전면 및 후면에 패시베이션층(104)를 형성하는 단계이다. 도 6h는 이를 도시하였다. 전면 및 후면 패시베이션층의 경우 PECVD 법에 의한 SiNx, SiOxNy, Al2O3, SiOx 막 등이 사용될 수 있다. 그리고 전면과 후면의 패시베이션층(104)은 동일한 막이거나 서로 다른 막일 수 있으며 막의 두께 또한 동일하거나 상이할 수도 있다. 또한 상기 방식 외에 상기 열거한 패시베이션 막을 타겟(target) 물질로 하는 스퍼터링법(sputtering)에 의해 패시베이션층이 형성될 수도 있다.
상기에서 전면 및 후면 패시베이션층은 기판의 표면을 안정화시켜 보호하고, 전자-정공 표면 재결합을 최소화시켜 전자-정공 표면 재결합 속도(SRV : Surface Recombination Velocity)를 500cm/sec 미만으로 줄여 태양전지의 전자-정공의 수집 효율을 높일 수 있다.
한편, 전면 패시베이션층에 있어서 반도체 기판(100)의 전면부의 에미터층(102)의 수광면, 즉, 태양광이 입사하게 되는 표면에 반사율을 최소화하기 위한 적어도 하나 이상의 반사방지층을 형성할 수 있다. 상기 반사방지층으로, SiNx/SiON 또는 SiNx/SiOx 와 같은 두개 층을 이용하거나, SiOx/SiNx/SiOx 와 같은 세개 층을 이용하는 등 다층막을 이용하여 반사방지막층을 형성할 수 있다. 상기 반사방지층은 태양전지의 반사율을 최소화하는 기능을 할 뿐만 아니라, 단일 층일 경우 패시베이션층의 기능도 수행한다.
상기 과정 후에 도 6i 에서와 같이 태양전지의 후면부에 후면 전극층(110)을 형성한다. 후면 전극층(110)은 기판(100)의 후면에 Al(알루미늄)을 프린팅하거나 증착하여 형성할 수 있다. 후면 전극층(110)은 도 6i에 도시한 바와 같이 전면적으로 후면 패시베이션층 상 표면이 평평하게 형성될 수도 있으나, 다른 실시예로 홀(120)이 형성된 위치의 p형 반도체 후면의 위치에 대응되도록 부분적으로 패터닝하여 형성할 수도 있다.
본 발명에 의하여 제조되는 태양전지의 경우 LBSF가 홀(120)의 외주면에 형성되므로 도 6i에 도시한 바와 같이 전면적으로 후면 패시베이션 층 위에 전극을 형성시키더라도 자연스럽게 홀(120)의 외주면에 형성된 LBSF와 접촉이 형성됨을 볼 수 있다. 따라서 LBSF를 후면 전극층(110)에 접촉시키기 위한 별도의 정렬 및 패터닝 공정이 불필요한 장점을 가진다. 상기 후면 전극층(110)은 기술한 Al(알루미늄) 전극에만 국한되지 않고, 금, 은, 백금, 구리 등 전도성을 가지는 금속으로도 형성될 수 있다. 또한, 후면전극의 형성 공정은 종래의 공지된 후면전극 형성방법을 사용할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
마지막으로 도 6j에 도시한 바와 같이 태양전지의 전면부에 전면 전극(106)을 형성한다. 상기 태양전지의 전면부에 형성된 패시베이션층(104) 위에 전면전극 형성용 페이스트를 도포하고 열처리 소성하면 상기 패시베이션층(104)을 관통하여 그 하부의 n형 에미터층(102)에 이르는 전면전극(106)이 형성된다. 바람직하게는 상기 전극 형성용 페이스트로 Ag(은) 페이스트를 사용할 수 있다.
편의 상 후면 전극 형성 후 전면 전극을 형성하는 순서로 설명하였으나, 이들은 그 순서에만 한정되는 것은 아니며 제조 방법에 따라 그 순서가 변경될 수도 있다.
전술한 공정으로 제조된 태양전지 셀은 1번의 에칭 공정만으로 태양전지 셀의 후면 전극을 형성함으로써 공정이 단순화되어 제조비용이 감소하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 에칭의 깊이를 조절함으로써 태양전지 셀의 후면 전극을 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 후면 전극 형성 시 자동으로 LBSF(108)가 후면 전극에 정렬되어 별도의 공정이 필요하지 않아 제조비용이 절감되는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
100: 반도체 기판 102: n형 에미터층
103: 배리어층 104: 패시베이션층
106: 전면전극 108: LBSF
110: 후면전극층 120: 홀

Claims (12)

  1. 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제 1 도전형 반도체 기판과 반대의 도전형을 가지는 제 2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면을 에칭하여 홀을 생성하는 단계;
    상기 홀에 BBr3를 도핑하여 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 내부에서 상기 홀의 외주면을 따라 LBSF(local back surface field)층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 도전형 반도체층의 상면 및 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 도전형 반도체층의 상면에 형성된 패시베이션층 상에 전면전극을 형성하고, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 형성된 패시베이션층 상에 후면전극을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF(local back surface field) 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LBSF층을 형성하는 단계 이전에, BBr3 도핑 시 상기 제 1 도전형 반도체층의 수직 상방으로 BBr3가 확산되지 못하도록 상기 홀의 상면에 배리어 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배리어층의 형성은 기상화학증착 방법(PECVD)을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 LBSF층을 형성하는 단계 이후에, 상기 BBr3의 도핑으로 인하여 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 생성된 BSG(Boric Silicate Glass) 및 배리어 층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홀에 BBr3를 도핑하는 방법은 스프레이 도핑법, 스핀온 도핑법 또는 페이스트 도포법 중 어느 하나의 방법으로 도핑되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체 기판은 p형 결정질 실리콘 반도체 기판이고, 상기 제 2 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 LBSF는 보론(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체 기판의 전면은 광포획량을 증가시키기 위하여 텍스처링된 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 텍스처링은 습식화학식각공정, 반응이온성식각(RIE) 공정 또는 레이저 조사 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 LBSF 형성방법.
  9. 제 1 도전형 반도체 기판;
    상기 제 1 도전형 반도체 기판의 전면에 형성되고 상기 제 1 도전형 반도체 기판과 반대의 도전형을 가지는 제 2 도전형 반도체층;
    상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되고 전면 패시베이션층;
    상기 패시베이션층을 부분적으로 관통하여 상기 제 2 도전형 반도체층과 연결되는 전면전극;
    상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면에 형성된 복수의 홀;
    상기 제 1 도전형 반도체 기판의 후면 및 상기 복수의 홀 상면에 형성된 후면 패시베이션층;
    상기 제 1 도전형 반도체 기판 내부에 형성되되, 상기 홀의 외주면을 감싸는 LBSF(local back surface fiel); 및
    상기 제 1 도전형 반도체 기판에 형성된 홀을 통하여 상기 LBSF와 연결되는 후면전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LBSF가 형성된 태양전지 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체 기판은 p형 결정질 실리콘 반도체 기판이고, 상기 제 2 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 LBSF는 보론(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LBSF가 형성된 태양전지 셀.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체 기판의 전면은 광포획량을 증가시키기 위하여 텍스처링된 것을 특징으로 하는 LBSF가 형성된 태양전지 셀.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 텍스처링은 습식화학식각공정, 반응이온성식각(RIE) 공정 또는 레이저 조사 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LBSF가 형성된 태양전지 셀.

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