KR101368808B1 - Crystalline silicon solar cell comprising CNT layer and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브(CNT)층을 포함하는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법과 이를 통해 제조되는 태양전지를 개시한다. 본 발명에 따른 제조방법은, 제1도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판에 PN접합면을 형성하는 제2단계; 상기 기판의 전면에 광흡수율을 높이기 위하여 탄소나노튜브(CNT)층을 형성하는 제3단계; 상기 기판의 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 제4단계를 포함한다.The present invention discloses a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell including a carbon nanotube (CNT) layer and a solar cell manufactured through the same. The manufacturing method according to the present invention includes a first step of preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type; Forming a PN junction surface on the substrate; Forming a carbon nanotube (CNT) layer on the front surface of the substrate to increase light absorption; And forming a front electrode and a back electrode on the front and rear surfaces of the substrate, respectively.
본 발명에 따르면 결정질 실리콘태양전지에 있어서 종래의 텍스쳐링 방법에 비하여 표면반사율을 획기적으로 감소시킬 수 있기 때문에 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the surface reflectivity can be drastically reduced in the crystalline silicon solar cell compared to the conventional texturing method, the efficiency of the solar cell can be greatly improved.
태양전지, CNT, 반사율 Solar cell, CNT, reflectance
Description
본 발명은 결정질 실리콘 태양전지와 그 제조방법에 관한 것으로서 구체적으로는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube: CNT)층을 형성하여 표면반사율을 크게 저감시킨 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crystalline silicon solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell in which a carbon nanotube (CNT) layer is formed to greatly reduce surface reflectance.
태양전지는 PN접합된 반도체의 내부에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어가 확산하여 전지의 양단에서 기전력을 발생시키는 광전변환소자이다. A solar cell is a photoelectric conversion element in which a minority carrier excited by sunlight diffuses inside a PN bonded semiconductor to generate electromotive force at both ends of the cell.
이러한 태양전지를 제조하기 위해서는 단결정실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등의 반도체물질을 이용하며, 이 중에서 단결정실리콘이 에너지 변환효율이 가장 좋으나 가격이 비싼 단점 때문에 다결정실리콘이 보다 많이 사용되고 있다. In order to manufacture such solar cells, semiconductor materials such as monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors are used. Among them, single crystal silicon has the most energy conversion efficiency, but polycrystalline silicon is used more because of its high cost.
최근에는 유리나 플라스틱 등의 값싼 기판에 비정질 실리콘이나 화합물반도체의 박막을 증착하여 매우 저렴하게 제조할 수 있는 박막형 태양전지도 많이 사용 되고 있다.Recently, a thin film solar cell that can be manufactured at a very low cost by depositing a thin film of amorphous silicon or a compound semiconductor on a cheap substrate such as glass or plastic has been used.
본 발명은 이 중에서 단결정 또는 다결정의 결정질 실리콘을 이용하여 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell using a single crystalline or polycrystalline crystalline silicon among them.
이하에서는 도 1의 공정순서도 및 도 2a 내지 도 2f의 공정단면도를 참조하여 결정질 실리콘 태양전지 제조하는 종래의 방법을 설명한다.Hereinafter, a conventional method of manufacturing a crystalline silicon solar cell will be described with reference to the process flowchart of FIG. 1 and the process cross-sectional views of FIGS. 2A to 2F.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 결정질 실리콘기판(10)을 준비하고, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식 식각을 통하여 기판절단 과정에서 발생한 손상을 제거한다. 여기서는 편의상 p형으로 도핑된 기판(10)을 이용하여 태양전지를 제조하는 과정을 설명하기로 한다. (ST11)First, as shown in FIG. 2A, the
이어서 광 흡수율을 높이기 위하여 기판(10)의 표면에 대하여 텍스쳐링(texturing) 공정을 실시한다. 텍스쳐링은 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(10)의 표면에 소정 형상의 미세한 요철(20)을 형성하는 공정으로서, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식식각(wet etching)이 많이 이용되지만 최근에는 플라즈마를 이용한 건식식각법도 이용되고 있다. (ST12)Then, a texturing process is performed on the surface of the
텍스쳐링 공정 이후에는 기판(10)의 내부에 PN접합구조를 형성하기 위하여 n형 도펀트(dopant)로 이온도핑을 실시한다. After the texturing process, ion doping is performed with an n-type dopant to form a PN junction structure in the
주로 이용되는 도핑 방법은 고온확산(thermal diffusion) 법으로서, 기 판(10)을 고온의 확산로의 내부에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등의 n형 도펀트 함유가스를 공급하는 방법이다.The doping method mainly used is a thermal diffusion method, in which an n-type dopant-containing gas such as POCl 3 or PH 3 is supplied while the
이때 기판(10)의 내부로 n형 도펀트가 확산되면서 도2c에 도시된 바와 같이 기판(10)의 표층에 소정 두께의 n+ 도핑층(12)이 형성된다. At this time, as the n-type dopant is diffused into the
이하에서는 설명의 편의를 위하여 p형의 기판(10)에서 상기 n+도핑층(12)과 구분되는 나머지 부분을 p+층(10')으로 명명하기로 한다. (ST13)Hereinafter, for convenience of description, the remainder of the p-
이러한 고온 확산공정(ST13)은 통상 800℃ 이상의 고온에서 진행되는데, 이 정도의 고온에서는 기판(10)의 표면에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 부산물이 형성된다. 그런데 PSG는 전지의 전류를 차폐시키는 역할을 하기 때문에 전지효율을 높이기 위해서 식각용액을 이용하여 반드시 제거해 주어야 한다. Such a high-temperature diffusion step (ST13) usually proceeds at a high temperature of 800 DEG C or higher, and by-products such as PSG (Phosphor-Silicate Glass) are formed on the surface of the
만일 n형 기판에 붕소(B)를 함유하는 p형 도펀트를 확산시키는 경우에는 BSG(Boro-Silicate Glass)가 생성되는데, 이러한 BSG도 전지의 효율을 저하시키는 역할을 하므로 같은 방법으로 제거해 주어야 한다. (ST14)If the p-type dopant containing boron (B) is diffused to the n-type substrate, BSG (Boro-Silicate Glass) is produced, and this BSG also serves to reduce the efficiency of the battery and should be removed in the same manner. (ST14)
한편, 확산공정(ST13)에서는 도 2c에 도시된 바와 같이 기판(10)의 에지 부분에서도 n+ 도핑층(12)이 형성된다. 그런데 에지부분의 도핑층(12)을 통해서는 전면전극과 후면전극 사이의 누설전류가 발생할 수 있으므로 전지의 효율을 높이기 위해서는 도 2d에 도시된 바와 같이 기판(10)의 에지에 형성된 n+ 도핑층(12)을 제 거해주어야만 한다.Meanwhile, in the diffusion process ST13, the n + doped
이러한 공정을 에지 아이솔레이션(edge isolation)이라고 하며, 구체적으로는 레이저를 이용하여 에지 부분을 절단하거나 습식식각 또는 건식식각을 통해 에지부분을 식각한다. 다만, 에지 아이솔레이션 공정은 태양전지를 완성하고 테스트를 수행하기 직전에 진행될 수도 있다. (ST15)This process is called edge isolation. Specifically, the edge portion is etched using a laser, or the edge portion is etched by wet etching or dry etching. However, the edge isolation process may proceed just before completing the solar cell and performing the test. (ST15)
이어서 도 2e에 도시된 바와 같이 n+ 도핑층(12)의 상부에 반사방지막(14)을 형성한다. 특히 SiN박막을 반사방지막(14)으로 형성하면 태양광의 흡수율을 높이는 역할뿐만 아니라 기판의 표면보호막(surface passivation)과 수소보호막(hydrogen passivation)의 역할도 수행한다. SiN박막은 주로 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 법을 통해 형성되며, 스퍼터법을 통해서도 증착될 수 있다. (ST16)Next, as shown in FIG. 2E, an
SiN을 이용하여 반사방지막(14)을 형성한 이후에는 기판(10)의 전면과 후면에 도전물질을 이용하여 전극을 형성하여야 한다.After the
이를 위해 기판(10)의 전면과 후면에Al 또는 Ag 을 함유한 도전성페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 소정 패턴으로 도포하고, 상기 기판(10)을 고온의 퍼니스(furnace)에서 소결(sintering)시킨다.To this end, conductive paste containing Al or Ag is applied to the front and rear surfaces of the
도전성 페이스트가 소결되면서 도 2f에 도시된 바와 같이 기판(10)의 전면과 후면에 각각 전면전극(18)과 후면전극(16)이 형성된다.As the conductive paste is sintered,
구체적으로는 SiN의 반사방지막(14)의 상부에 도포된 도전성 페이스트는 소결과정에서 산화환원반응(Redox reaction)에 의하여 반사방지막(14)을 뚫고 n+도핑층(12)과 접촉하는 전면전극(18)으로 형성된다.Specifically, the conductive paste coated on top of the
또한 기판(10)의 후면에 Al 페이스트를 도포한 후에 소결시키면, 소결 과정에서 n+도핑층(12)으로 Al이 확산하면서 p++도핑층(13)이 형성된다. 이와 같이 p형 기판(10)의 후면에 p++도핑층(13)이 형성되면 기판(10)의 후면에는 후면전계(Back Surface Field)가 형성된다.In addition, when the Al paste is applied to the rear surface of the
상기 후면전계는 기판(10)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극(16)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(18)쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. (ST17)The rear electric field increases the efficiency of the solar cell by allowing electrons excited by sunlight in the
전극형성 공정이 완료된 이후에는 전지의 효율 등을 테스트하고 그 결과에 따라 분류작업을 수행한다. 테스트를 하기 전에 태양전지의 에지부분에서 발생하는 누설전류를 제거하기 위하여 기판(10)의 에지부분을 절단 또는 식각하는 에지 아이솔레이션을 진행할 수도 있다.After the electrode forming process is completed, the efficiency of the battery is tested, and classification is performed according to the result. Before the test, edge isolation may be performed to cut or etch the edge portion of the
이어서 완성된 다수의 태양전지를 연결하는 모듈화 공정을 통해 태양전지 모듈을 제조한다. (ST18)Then, a solar cell module is manufactured through a modular process of connecting a plurality of completed solar cells. (ST18)
이러한 결정질 태양전지의 제조공정에서 텍스쳐링 공정은 태양광의 반사율을 저감시키기 위한 공정으로서 태양전지의 효율을 향상시키는데 매우 중요한 역할 을 한다.In the manufacturing process of the crystalline solar cell, the texturing process plays a very important role in improving the efficiency of the solar cell as a process for reducing the reflectance of sunlight.
그런데 종래 산 또는 염기용액을 이용한 습식식각법은 결정면에 따라 식각속도가 수십 내지 수백배까지 차이가 나기 때문에 다결정 실리콘에서는 균일한 표면조도를 획득하기 어려울 뿐만 아니라 반사율 저감효과도 그리 크지 않다.However, in the conventional wet etching method using acid or base solution, since the etching rate is different from several tens to several hundred times depending on the crystal plane, it is difficult to obtain uniform surface roughness in polycrystalline silicon and the effect of reducing the reflectance is not so great.
또한 플라즈마를 이용한 건식식각법은 습식식각법에 비하여 낮은 표면반사율을 얻을 수 있으나 여전히 10%이하의 표면반사율을 구현하는 데는 상당한 어려움이 따른다.In addition, the dry etching method using the plasma can obtain a lower surface reflectivity than the wet etching method, but there is still a considerable difficulty in achieving a surface reflectivity of less than 10%.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지 효율을 향상시키기 위하여 기판의 표면반사율을 획기적으로 줄인 결정질 실리콘 태양전지와 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a crystalline silicon solar cell and a method of manufacturing the same, which dramatically reduce the surface reflectivity of a substrate in order to improve energy efficiency.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 제1도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판에 PN접합면을 형성하는 제2단계; 상기 기판의 전면에 광흡수율을 높이기 위하여 탄소나노튜브(CNT)층을 형성하는 제3단계; 상기 기판의 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 제4단계를 포함하는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type; Forming a PN junction surface on the substrate; Forming a carbon nanotube (CNT) layer on the front surface of the substrate to increase light absorption; It provides a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell comprising a fourth step of forming a front electrode and a back electrode on the front and back of the substrate, respectively.
상기 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법에서, 상기 제3단계는, 상기 기판에 촉매금속층을 형성하는 단계; 상기 촉매금속층을 금속파티클로 변환시키는 단계; 상기 변환단계에서 생성되는 촉매금속의 파티클위에 CNT를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the method of manufacturing the crystalline silicon solar cell, the third step may include forming a catalyst metal layer on the substrate; Converting the catalytic metal layer into metal particles; It may be characterized in that it comprises the step of growing the CNT on the particles of the catalyst metal produced in the conversion step.
상기 촉매금속은 Fe, Ni, Co 중 어느 하나의 금속이거나, 상기 Fe, Ni, Co 중 2이상의 금속으로 이루어진 합금인 것을 특징으로 할 수 있다.The catalyst metal may be any one of Fe, Ni, and Co, or an alloy made of two or more of the Fe, Ni, and Co.
상기 촉매금속층을 금속파티클로 변환하는 상기 단계는 상기 촉매금속층을 고온열처리하는 과정이나 식각가스를 이용하여 식각하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이때 상기 식각가스는 NH3 또는 H2일 수 있다.The step of converting the catalyst metal layer into a metal particle may be characterized in that it comprises a process of etching the catalyst metal layer using a high temperature heat treatment or an etching gas, wherein the etching gas is NH 3 or H 2 days Can be.
또한 상기 CNT는 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO 중에서 적어도 하나의 원료물질을 이용하여 플라즈마 화학기상증착(PECVD)법으로 성장시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the CNT may be characterized by growing by plasma chemical vapor deposition (PECVD) using at least one of the raw materials of C 2 H 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , CO.
또한 상기 CNT층은 10~500nm의 높이로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the CNT layer may be characterized in that formed at a height of 10 ~ 500nm.
또한 상기 제2단계에서, 상기 기판의 후면에는 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 제1도전형 도핑층을 형성하고, 상기 기판의 전면에는 제2도전형 도핑층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the second step, a first conductive doping layer having a greater doping concentration than the substrate may be formed on the rear surface of the substrate, and a second conductive doping layer may be formed on the front surface of the substrate. have.
또한 본 발명은, 표면에 광흡수율을 높이기 위한 탄소나노튜브(CNT)층을 구비하며, 내부에 PN접합면을 가지는 결정질 실리콘기판; 상기 기판의 일면에 형성되 는 제1전극; 상기 기판의 타면에 형성되는 제2전극을 포함하는 결정질 실리콘 태양전지를 제공한다.The present invention also includes a crystalline silicon substrate having a carbon nanotube (CNT) layer on the surface to increase light absorption and having a PN junction surface therein; A first electrode formed on one surface of the substrate; It provides a crystalline silicon solar cell comprising a second electrode formed on the other surface of the substrate.
본 발명에 따르면 결정질 실리콘 태양전지에 있어서 종래의 텍스쳐링 방법에 비하여 표면반사율을 획기적으로 감소시킬 수 있기 때문에 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the surface reflectivity of the crystalline silicon solar cell can be drastically reduced as compared to the conventional texturing method, thereby greatly improving the efficiency of the solar cell.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 결정질 실리콘 기판의 표면반사율을 저감시키기 위하여 기판표면을 습식 또는 건식으로 식각해내어 요철패턴을 형성하던 종래의 텍스쳐링 방법에서 탈피하여 결정질 실리콘 기판의 표면에 탄소나노튜브(CNT)층을 소정 두께로 형성함으로써 기판의 표면반사율을 획기적으로 줄일 수 있도록 한 점에 특징이 있다.The present invention provides a carbon nanotube (CNT) layer on the surface of a crystalline silicon substrate by removing the surface of the crystalline silicon substrate from a conventional texturing method in which the surface of the crystalline silicon substrate is wet or dry to form an uneven pattern. It is characterized by the fact that it is possible to significantly reduce the surface reflectivity of the substrate by forming a thickness.
즉, 결정질 실리콘 기판의상부에 도 3a에 도시된 바와 같이 CNT층을 약 500nm수준으로 성장시키면, 입사광이 CNT의 다발 사이에서 난반사되면서 기판표면으로 모두 입사하기 때문에 표면반사율을 크게 낮출 수 있다.That is, when the CNT layer is grown to a level of about 500 nm on the crystalline silicon substrate as shown in FIG. 3A, the surface reflectivity can be greatly reduced because incident light is incident on the surface of the substrate while being diffusely reflected between the bundles of CNTs.
도 3b는 CNT층이 형성된 Si표면의 반사율과 에칭처리된 Si표면의 반사율을 그래프로 나타낸 것으로서, CNT층을 형성시킨 경우에 반사율이 거의 0%에 가까워지 는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명은 이러한 특성을 이용하여 태양전지의 광흡수율을 높이고자 하는것이다.Figure 3b is a graph showing the reflectance of the Si surface on which the CNT layer is formed and the etched Si surface, it can be seen that the reflectivity near 0% when the CNT layer is formed, the present invention is such a This is to improve the light absorption rate of solar cells by using the characteristics.
일반적으로 기판의 표면에 CNT를 성장시키는 방법에는 기상합성법(Vapor phase Growth)법, 전기방전(Arc discharge)법, 레이저증착(Laser vaporization)법, 플라즈마 화학기상증착(PECVD)법, 열 화학기상증착(thermal CVD)법 등이 있다.In general, CNT growth on the surface of a substrate includes vapor phase growth, arc discharge, laser vaporization, plasma chemical vapor deposition (PECVD), and thermal chemical vapor deposition. (thermal CVD) method.
그런데 기상합성법은 단일벽 나노튜브(Single walled nanotube)를 형성하는데 어려움이 있고, 전기방전법은 불순물 함유량이 많으며, 레이저증착법은 대량합성이 어렵다는 문제점이 있다. 또한 열 화학기상증착법은 약650도 이상의 고온에서 공정이 진행되는 문제점이 있다.However, the gas phase synthesis method has a difficulty in forming a single walled nanotube, the electric discharge method has a high impurity content, and the laser deposition method has a problem in that mass synthesis is difficult. In addition, thermal chemical vapor deposition has a problem that the process proceeds at a high temperature of about 650 degrees or more.
이에 반하여 PECVD법은 상대적으로 저온환경에서 기판의 표면에 수직방향으로 CNT를 성장시킬 수 있고, 특히 대면적의 영역에 CNT를 성장시킬 수 있기 때문에 본 발명과 같이 태양전지용 기판의 표면에 CNT를 성장시키기 위해서는 PECVD법을 적용하는 것이 바람직하다.In contrast, the PECVD method can grow CNTs on the surface of a solar cell substrate as in the present invention because it can grow CNTs in a direction perpendicular to the surface of the substrate in a relatively low temperature environment, and in particular, can grow CNTs in a large area. In order to make it, it is preferable to apply PECVD method.
이하에서는 도 4의 공정순서도 및 도 5a 내지 도 5h의 공정단면도를 참고하여 기판(10)에 CNT를 성장시키는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of growing CNTs on the
편의상 도 5a에 도시된 바와 같이 p형으로 도핑된결정질 실리콘 기판(100)을 준비한다. (ST21)For convenience, as shown in FIG. 5A, a
이어서 상기 기판(100)의 내부에 PN접합면을 형성하여야 하며, 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 이온도핑을 실시한다. Subsequently, a PN junction surface should be formed inside the
플라즈마 이온도핑은 도핑농도나 PN접합 깊이 비교적 정확하게 제어할 수 있고, PSG나 BSG가 생성되지 않아 이를 제거하는 공정을 진행할 필요가 없으며 아이솔레이션 공정을 진행할 필요도 없기 때문에 생산성 면에서 매우 유리하기 때문이다. 그렇다고 해서 본 발명에서 종래처럼 고온확산법을 적용하여 PN접합면을 형성하는 방법을 배제하는 것은아니다.Plasma ion doping is very advantageous in terms of productivity because the doping concentration or PN junction depth can be controlled relatively accurately, and PSG or BSG is not generated and there is no need to proceed with the removal process and there is no need to proceed with the isolation process. However, the present invention does not exclude the method of forming the PN junction surface by applying the high temperature diffusion method as in the prior art.
구체적으로 살펴보면, 먼저 후면전계를 형성하기 위해서 도 5b에 도시된 바와 같이 기판(100)의 후면에 p++도핑층(110)을 형성한다. 이를 위해 플라즈마 발생장치의 내부에 p형 기판(100)을 안치한 상태에서 B2H6 등과 같이 붕소(B) 성분을 함유한 p형 도펀트를 공급한다.In detail, first, as shown in FIG. 5B, the p ++ doped
이하에서는 설명의 편의를 위하여 p형기판(100)에서 p++도핑층(110)이 형성된 나머지 부분을 p+층(100')으로 명명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the remaining part in which the p ++ doped
기판(100)의 p+층(100')과 p++도핑층(110)의 사이에 형성되는 후면전계는 기판(100)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. The back electric field formed between the p +
이와 같이 p++도핑층(110)을 이용하여 후면전계를 형성하면, 종래처럼 Al페이스트를 도포하여 후면전계를 형성하는 경우에 비하여 태양전지의 두께를 얇게할 수 있을 있고 Al페이스트로 인한 웨이퍼의 휨현상을 방지할 수 있다. As such, when the backside electric field is formed using the p ++ doped
이어서 기판(100)을 뒤집어서 기판(100)의 전면에 도 5c에 도시된 바와 같이 n+층(120)을 형성한다. 이 경우에도 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 n+층(120)을 형성하며 예를 들어 인(P)을 함유한 물질을 N형 도펀트로 사용한다.Subsequently, the
이와 같이 기판(100)의 후면과 전면에각각 플라즈마 이온도핑을 수행한 이후에는 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 기판(100)을 적정한 온도로 가열하는 활성화 공정을 거치는 것이 바람직하다.As described above, after plasma ion doping is performed on the back and front surfaces of the
활성화 공정은 기판(100)에 추가적인 에너지를 공급하여 도핑된 이온을 활성화시키는 공정으로서, 도핑된 이온이Si과 결합할 수 있도록 한다. 이러한 활성화 공정을거치지 않으면 도핑된 이온은 단순한 불순물로 작용하게 된다. The activation process is a process of activating the doped ions by supplying additional energy to the
한편, 기판(100)의 내부에 PN접합면을 형성하기 위하여 종래처럼 고온확산법을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에는 n+도핑층(120)을 p형기판(100)의 양면에 형성한 다음에 전극형성 단계에서 기판의 후면에 Al페이스트 등을 도포하여 후면전계를 형성해 주어야 한다. (ST22)On the other hand, in order to form a PN junction surface inside the
기판(100)의 후면과 전면에각각 p++도핑층(110)과 n+층(120)을 형성한 다음에는 도 5e에 도시된 바와 같이 n+층(120)의 상부에 Fe, Ni, Co 또는 이들의 합금으로 이루어지는 촉매금속층(130)을 스퍼터링법으로 증착한다. (ST23) After the p ++
상기 촉매금속층(130)은 CNT 형성의 시드(seed) 역할을 하는 것으로서, 소정의 처리절차를 거쳐 금속파티클의 형태로 전환시켜야 한다. 이를 위해서 촉매금속층(130)을 고온으로 열처리할 수도 있고, 도 5f 에 도시된 바와 같이 NH3 또는 H2의 식각가스를 이용하여 식각할 수도 있으며, 양자의 방법을 모두 사용할 수도 있다.The
식각가스를 이용하여 촉매금속층(130)을 식각시키면 나노크기의 미세한 촉매금속 파티클을 형성할 수 있고, 이를 통해 CNT를 균일한 밀도로 성장시키는 것이 가능하다. (ST24)When the
이와 같이 촉매금속의 파티클을 형성한 이후에 도 6에 도시된 바와 같은 PECVD장치(30)를 이용하여 촉매금속의 파티클을 시드로 하여 CNT를 성장시킨다.After the particles of the catalyst metal are formed as described above, CNTs are grown using particles of the catalyst metal as seeds using the
상기 PECVD장치(30)는 반응공간을형성하는 챔버(31), 상기 챔버(31)의 내부에 위치하는 기판안치대(32), 상기 기판안치대(32)의 상부를 밀폐하면서 결합하는 플라즈마전극(33), 플라즈마전극(33)의 하부에 소정 간격 이격되어 고정되는 가스분배판(34), 플라즈마전극(33)에 고주파전력을 인가하는 고주파전원(36), 플라즈마전극(33)을 관통하여 가스분배판(34)의 상부로 원료물질을 공급하는 가스공급관(35), 챔버(31)의 하부에 형성되는 배기구(37) 등을 포함한다.The
상기 PECVD장치(30)에서 기판안치대(32)에 촉매금속층(130)에 대한 식각을 마친 기판을 올려 놓은 상태에서, 탄소(C) 함유가스를 가스분배판(34)을 통해 공급하고 플라즈마 전극(33)에 고주파전력을 인가하면, 접지된 기판안치대(32)와 플라즈마 전극(33)의 사이에 형성되는 고주파 전기장에 의하여 가속된 전자가 중성기체와 충돌하여 글로우방전을 일으키면서 플라즈마가 발생한다.In the
이 과정에서 해리된 탄소원자가 촉매금속 파티클 위에 결합하여 CNT로 성장하여, 기판(100)의 상부에 도 5g에 도시된 바와 같은 CNT층(140)을 형성하게 된다.In this process, the dissociated carbon atoms are bonded to the catalyst metal particles to grow into CNTs, thereby forming the
이때 탄소함유가스는 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO 중에서 적어도 하나의 가스가 이용될 수 있다.At this time, the carbon-containing gas may be at least one gas of C 2 H 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , CO.
CNT층(140)의 높이는 용도에 따라 다를 수 있으며, 본 발명과 같이 표면반사율의 저감을 목표로 하는 경우에는 약 500nm이하의 높이로 형성하는 것이 바람직하다. The height of the
한편 단일벽 CNT가 대략 1nm의 직경을 가지면서 10이상의 종횡비를 가지므로 성장되는 CNT의 높이는 최소한 10nm이상이 된다. (ST25, ST26)On the other hand, since the single-wall CNT has a diameter of about 1 nm and an aspect ratio of 10 or more, the height of the grown CNT is at least 10 nm. (ST25, ST26)
이와 같이 결정질 실리콘기판(10)의 표면에 CNT층(140)을 형성한 다음에는 도 5h에 도시된 바와 같이 전면전극(160)과 후면전극(150)을 형성한다.After the
전면전극(160)은 CNT층(140)의 상부에 Al 또는 Ag를 함유하는 전극페이스트를 격자형태 또는 소정의 패턴으로 도포한 후에 이를 소결시켜서 형성한다. The
CNT층(140)의 상부에 반사방지막을 형성할 수도 있으나 CNT층(140)의 표면 반사율이 현저하게 낮은 점을 감안하면 반사방지막은 생략될 수도 있다.An anti-reflection film may be formed on the
기판(100)의 후면에는 이미 p++층(110)에 의하여 후면전계가 형성되어 있기 때문에 후면전계 형성공정을 별도로 진행할 필요는 없으며, 기판의 후면에 전극페이스트를 소정 패턴으로 도포한 후에 이를 소결시켜 후면전극(150)을 형성하면 된다. (ST27)Since the rear field is already formed by the p ++
이어서 효율테스트 및 분류작업을 거쳐 모듈화 작업을 수행함으로써 하나의 태양전지모듈이 완성된다. Subsequently, one solar cell module is completed by performing modularization through efficiency testing and classification.
도 1은 종래 결정질 실리콘 태양전지의 제조과정을 나타낸 공정순서도FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of a conventional crystalline silicon solar cell.
도 2a 내지 도 2f는 종래 결정질 실리콘 태양전지의 제조과정을 나타낸 공정단면도FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional crystalline silicon solar cell
도 3a 및 도 3b는 각각 실리콘 기판에 형성된 CNT층의 SEM사진과 반사율 그래프3A and 3B are SEM photographs and reflectance graphs of CNT layers formed on silicon substrates, respectively.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기판상에 CNT를 형성하는 과정을 나타낸 흐름도4 is a flowchart illustrating a process of forming a CNT on a substrate according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5h는 기판상에 CNT를 형성하는 공정단면도5A to 5H are cross-sectional views of forming a CNT on a substrate.
도 6은 CNT형성을 위한 PECVD장치의 개략 구성도6 is a schematic configuration diagram of a PECVD apparatus for forming a CNT
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
100: 기판 110: p++층100: substrate 110: p + + layer
120: n+층 130: 촉매금속층120: n + layer 130: catalyst metal layer
140: CNT층140: CNT layer
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