KR101353242B1 - 박막형 태양 전지를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판에 요철을 형성하는 단계와; 상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계와; 상기 메탈 전극층 상부면에 P형 실리콘층을 형성하여, 상기 P형 실리콘층 상부면에 제 3 요철 형상을 형성하는 단계와; 상기 P형 실리콘층 상부면에 비정질 실리콘층을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층 상부면에 제 4 요철 형상을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층 상부면에 N형 실리콘층을 형성하여, 상기 N형 실리콘층 상부면에 제 5 요철 형상을 형성하는 단계와; 상기 N형 실리콘층 상부면에 투명 전극층을 형성하여, 상기 투명 전극층 상부면에 제 6 요철 형상을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

박막형 태양 전지를 제조하는 방법 { Method for manufacturing thin film solar cell }
본 발명은 박막형 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 광전 효과를 이용하여 태양 광 에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다.
CO2 배출에 따른 온실 효과를 일으키는 화석 에너지와 방사성 폐기물에 의한 대기 오염 등의 지구 환경을 오염시키는 원자력 에너지 등을 대체할 수 있는 청정 에너지 또는 차세대 에너지로 중요하다.
태양전지의 기본적인 구조는 다이오드와 같이 P형 반도체와 N형 반도체의 접합 구조를 가지며, 기본 구조는 다이오드와 동일하고, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.
이를 광기전력효과(photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형 및 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
일반적인 박막형 태양전지는 스퍼터를 이요아여 메탈전극과 ITO(Indium tin oxide)와 같은 투명전극을 증착하고, PECVD 증착 장비하에 SiN4가스와 H2가스를 이용하여 비정질 실리콘막을 증착하고, PH3와 B2H6 도핑 가스를 이용하여 P형 및 N형 실리콘을 증착한다.
현재, 박막형 태양전지는 주로 실리콘 웨이퍼나 글라스 위에 태양 전지가 제착되고 있다.
본 발명은 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있고, 스테인 리스 스틸 기판과 태양 전지 구조물 간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것을 방지하고, 평탄성이 유지된 상태에서 태양 전지 구조물의 각 층들을 적층할 수 있는 과제를 제공한다.
본 발명은,
스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판에 요철을 형성하는 단계와;
상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계와;
상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계와;
상기 메탈 전극층 상부면에 P형 실리콘층을 형성하여, 상기 P형 실리콘층 상부면에 제 3 요철 형상을 형성하는 단계와;
상기 P형 실리콘층 상부면에 비정질 실리콘층을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층 상부면에 제 4 요철 형상을 형성하는 단계와;
상기 비정질 실리콘층 상부면에 N형 실리콘층을 형성하여, 상기 N형 실리콘층 상부면에 제 5 요철 형상을 형성하는 단계와;
상기 N형 실리콘층 상부면에 투명 전극층을 형성하여, 상기 투명 전극층 상부면에 제 6 요철 형상을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 태양 전지를 제조하는 방법이 제공된다.
그리고, 본 발명의 일실시예는 상기 제 1 요철 형상에서 상기 제 6 요철 형상까지 요철의 크기는 점차적으로 작아질 수 있다.
또, 상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계 후에, 상기 스테인리스 스틸 기판의 요철이 노출되는 컨택홀을 상기 실리콘 질화막에 형성하는 단계를 더 수행하고, 상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계는, 상기 컨택홀을 채우며, 상기 실리콘 질화막 상부에 메탈 전극층을 형성하는 단계일 수 있다.
그리고, 상기 스테인리스 스틸 기판은, 요철이 형성된 면이 오목한 형상을 갖을 수 있다.
또한, 상기 스테인리스 스틸 기판의 두께는 가장자리 영역에서 중심 영역으로 갈수록 얇아질 수 있다.
더불어, 상기 실리콘 질화막은 200㎚ ~ 300㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 메탈 전극층은 Cr 전극을 100㎚ ~ 200㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 P형 실리콘층은 10㎚ ~ 20㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 비정질 실리콘층은 400㎚ ~ 500㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 N형 실리콘층은 25㎚ ~ 35㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 투명 전극층은 ITO를 60㎚로 증착하여 형성할 수 있다.
본 발명은 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철에 태양 전지 구조물을 형성하여, 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철이 태양 전지 구조물에 자발적으로 전사되어 태양 전지 구조물에도 요철이 형성됨으로써, 입사된 빛이 태양 전지 구조물의 요철에서 난반사되어 광의 활용도를 증가시킬 수 있어, 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 스테인 리스 스틸 기판에 실리콘 질화막을 형성하고, 이 실리콘 질화막 상부에서 태양 전지 구조물의 각 층들을 적층함으로써, 스테인 리스 스틸 기판과 태양 전지 구조물 간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것을 방지하고, 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철 크기를 실리콘 질화막이 감소시켜 보다 평탄성이 유지된 상태에서 태양 전지 구조물의 각 층들을 적층할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스테인리스 스틸 기판 상부에 형성된 실리콘 질화막에 컨택홀을 형성하고, 이 컨택홀을 통하여 메탈 전극층이 스테인리스 스틸 기판에 연결되도록 하여 저항을 낮출 수 있 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 박막형 태양 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 2는 본 발명의 박막형 태양 전지에서 광이 흡수되는 상태를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 박막형 태양 전지 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 박막형 태양 전지에 적용된 스테인리스 스틸 기판의 다른 실시예를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용은 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 박막형 태양 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 박막형 태양 전지에서 광이 흡수되는 상태를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 박막형 태양 전지를 제조하는 방법은 도 1a에 도시된 바와 같이, 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판(100)에 요철(110)을 형성한다.
그 다음, 상기 스테인리스 스틸 기판(100)의 요철(110)에 실리콘 질화막(120)을 형성하여, 상기 실리콘 질화막(120) 상부면에 제 1 요철 형상(121)을 형성한다.(도 1b)
상기 실리콘 질화막(120)은 SiN4 가스, NH3 가스 및 N2 가스를 각각 100sccm, 160sccm, 2000sccm 사용하여 2Torr 압력에서 200W 파워로 200㎚ ~ 300㎚의 두께로 증착하여 형성한다.
계속, 상기 실리콘 질화막(120) 상부면에 메탈 전극층(130)을 형성하여, 상기 메탈 전극층(130) 상부면에 제 2 요철 형상(131)을 형성한다.(도 1c)
여기서, 상기 메탈 전극층(130)으로 Cr 전극을 사용할 수 있고, Cr 전극은 스퍼터링 장비로 100㎚ ~ 200㎚의 두께로 증착하여 형성한다.
연이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 메탈 전극층(130) 상부면에 P형 실리콘층(140)을 형성하여, 상기 P형 실리콘층(140) 상부면에 제 3 요철 형상(141)을 형성한다.
이어서, 상기 P형 실리콘층(140) 상부면에 비정질 실리콘층(150)을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층(150) 상부면에 제 4 요철 형상(151)을 형성한다.
그 후, 상기 비정질 실리콘층(150) 상부면에 N형 실리콘층(160)을 형성하여, 상기 N형 실리콘층(160) 상부면에 제 5 요철 형상(161)을 형성한다.
상기 P형 실리콘층(140)은 10㎚ ~ 20㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 비정질 실리콘층(150)은 400㎚ ~ 500㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 N형 실리콘층(160)은 25㎚ ~ 35㎚의 두께로 증착하여 형성한다.
이어, 상기 N형 실리콘층(160) 상부면에 투명 전극층(170)을 형성하여, 상기 투명 전극층(170) 상부면에 제 6 요철 형상(171)을 형성한다.
상기 투명 전극층(170)은 ITO를 60㎚로 증착하여 형성할 수 있다.
이와 같은 공정을 수행하면, 본 발명의 박막형 태양 전지를 제조할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 6 요철 형상(121,131,141,151,161,171)은 상기 스테인리스 스틸 기판(100)의 요철(110) 형상과 유사한 형상을 갖는다.
이때, 상기 스테인리스 스틸 기판(100)의 요철(110)에 실리콘 질화막(120), 메탈 전극층(130), P형 실리콘층(140), 비정질 실리콘층(150), N형 실리콘층(160)과 투명 전극층(170)이 순차적으로 적층되어, 실리콘 질화막(120), 메탈 전극층(130), P형 실리콘층(140), 비정질 실리콘층(150), N형 실리콘층(160)과 투명 전극층(170) 각각에도 요철 형상이 자발적으로 형성되는 것이다.
그리고, 상기 제 1 요철 형상(121)에서 상기 제 6 요철 형상(171)까지 요철의 크기는 점차적으로 작아진다.
여기서, 요철은 돌출부들과; 돌출부들 각각 사이에 위치된 홈부로 이루어져 있고, 상기 요철의 크기는 돌출부의 높이와 홈부의 깊이로 정의될 수 있다.
따라서, 본 발명은 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철에 태양 전지 구조물을 형성하여, 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철이 태양 전지 구조물에 자발적으로 전사되어 태양 전지 구조물에도 요철이 형성됨으로써, 입사된 빛이 태양 전지 구조물의 요철에서 난반사되어 광의 활용도를 증가시킬 수 있어, 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 박막형 태양 전지는 태양 전지 구조물에 요철이 형성되어 입사된 빛이 요철에서 난반사되어 한번 들어온 빛의 활용도를 증가시키게 된다.
그리고, 본 발명은 스테인 리스 스틸 기판에 실리콘 질화막을 형성하고, 이 실리콘 질화막 상부에서 태양 전지 구조물의 각 층들을 적층함으로써, 스테인 리스 스틸 기판과 태양 전지 구조물 간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것을 방지하고, 스테인 리스 스틸 기판에 형성된 요철 크기를 실리콘 질화막이 감소시켜 보다 평탄성이 유지된 상태에서 태양 전지 구조물의 각 층들을 적층할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 박막형 태양 전지 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
이 실시예는 전술된 도 1b의 공정인 실리콘 질화막(120)을 형성한 후, 스테인리스 스틸 기판(100)의 요철(110)이 노출되는 컨택홀(122)을 형성한 다음, 도 1c 공정을 수행하여, 상기 컨택홀(122)을 채우며, 상기 실리콘 질화막(120) 상부에 메탈 전극층(130)을 형성하고, 상기 메탈 전극층(130)을 상기 스테인리스 스틸 기판(100)과 연결하는 것이다.
여기서, 상기 컨택홀(122)은 CHF3 가스, O3 가스 및 SF6 가스를 이용하여 상기 실리콘 질화막(120)을 식각하여 형성할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 스테인리스 스틸 기판 상부에 형성된 실리콘 질화막에 컨택홀을 형성하고, 이 컨택홀을 통하여 메탈 전극층이 스테인리스 스틸 기판에 연결되도록 하여 저항을 낮출 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 박막형 태양 전지에 적용된 스테인리스 스틸 기판의 다른 실시예를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
이 실시예의 스테인리스 스틸 기판(100)은 요철이 형성된 면이 오목한 형상을 갖게 되어, 이 오목한 요철이 형성된 면에 형성된 실리콘 질화막 및 태양 전지 구조물도 오목한 형상으로 형성된다.
그러므로, 이 실시예의 스테인리스 스틸 기판(100)으로 제조된 본 발명의 박막형 태양 전지는 입사된 빛을 오목한 형상으로 가둘 수 있어, 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 스테인리스 스틸 기판(100)의 두께는 가장자리 영역(101)에서 중심 영역(102)으로 갈수록 얇아지는 것이 바람직하다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 스테인리스 스틸 기판(100)의 가장자리 영역(101)의 두께(h1)는 중심 영역(102)의 두께(h2)보다 두껍다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판에 요철을 형성하는 단계와;
    상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 메탈 전극층 상부면에 P형 실리콘층을 형성하여, 상기 P형 실리콘층 상부면에 제 3 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 P형 실리콘층 상부면에 비정질 실리콘층을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층 상부면에 제 4 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층 상부면에 N형 실리콘층을 형성하여, 상기 N형 실리콘층 상부면에 제 5 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 N형 실리콘층 상부면에 투명 전극층을 형성하여, 상기 투명 전극층 상부면에 제 6 요철 형상을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계 후에,
    상기 스테인리스 스틸 기판의 요철이 노출되는 컨택홀을 상기 실리콘 질화막에 형성하는 단계를 더 수행하고,
    상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계는,
    상기 컨택홀을 채우며, 상기 실리콘 질화막 상부에 메탈 전극층을 형성하는 단계인 박막형 태양 전지를 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판에 요철을 형성하는 단계와;
    상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 메탈 전극층 상부면에 P형 실리콘층을 형성하여, 상기 P형 실리콘층 상부면에 제 3 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 P형 실리콘층 상부면에 비정질 실리콘층을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층 상부면에 제 4 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층 상부면에 N형 실리콘층을 형성하여, 상기 N형 실리콘층 상부면에 제 5 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 N형 실리콘층 상부면에 투명 전극층을 형성하여, 상기 투명 전극층 상부면에 제 6 요철 형상을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 스테인리스 스틸 기판은 요철이 형성된 면이 오목한 형상을 갖는 박막형 태양 전지를 제조하는 방법.
  5. 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판에 요철을 형성하는 단계와;
    상기 스테인리스 스틸 기판의 요철에 실리콘 질화막을 형성하여, 상기 실리콘 질화막 상부면에 제 1 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘 질화막 상부면에 메탈 전극층을 형성하여, 상기 메탈 전극층 상부면에 제 2 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 메탈 전극층 상부면에 P형 실리콘층을 형성하여, 상기 P형 실리콘층 상부면에 제 3 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 P형 실리콘층 상부면에 비정질 실리콘층을 형성하여, 상기 비정질 실리콘층 상부면에 제 4 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층 상부면에 N형 실리콘층을 형성하여, 상기 N형 실리콘층 상부면에 제 5 요철 형상을 형성하는 단계와;
    상기 N형 실리콘층 상부면에 투명 전극층을 형성하여, 상기 투명 전극층 상부면에 제 6 요철 형상을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 스테인리스 스틸 기판의 두께는 가장자리 영역에서 중심 영역으로 갈수록 얇아지는 박막형 태양 전지를 제조하는 방법.
  6. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화막은 200㎚ ~ 300㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 메탈 전극층은 Cr 전극을 100㎚ ~ 200㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 P형 실리콘층은 10㎚ ~ 20㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 비정질 실리콘층은 400㎚ ~ 500㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 N형 실리콘층은 25㎚ ~ 35㎚의 두께로 증착하여 형성하고, 상기 투명 전극층은 ITO를 60㎚로 증착하여 형성하는 박막형 태양 전지를 제조하는 방법.
  7. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 요철 형상에서 상기 제 6 요철 형상까지 요철의 크기는 점차적으로 작아지는 박막형 태양 전지를 제조하는 방법.





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