KR101371799B1 - 광기전력 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출력 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한 광기전력 장치를 얻을 수 있다. 이 광기전력 장치는 제1 도전형의 결정 실리콘과, 제2 도전형의 제1 비결정 실리콘층과, 결정 실리콘 및 제1 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제2 비결정 실리콘층을 구비하고, 결정 실리콘은 제2 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 갖는다.
광기전력 장치, 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 단결정 실리콘 기판, 집전극

Description

광기전력 장치 및 그 제조 방법 {PHOTOVOLTAIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR SAME}
본 발명은 광기전력 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 제1 도전형의 결정 실리콘과, 제2 도전형의 제1 비결정 실리콘층과, 결정 실리콘 및 제1 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제2 비결정 실리콘층을 구비한 광기전력 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, p형 단결정 실리콘 기판(결정 실리콘)과, n형 비정질 실리콘층(제1 비결정 실리콘층)과, p형 단결정 실리콘 기판 및 n형 비정질 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층(제2 비결정 실리콘층)을 구비한 광기전력 장치가 알려져 있다. 이와 같은 광기전력 장치는, 예를 들어 「T.H.Wang, E.Iwaniczko, M.R.㎩ge, D.H.Levi, Y.Yan, H.M.Branz, Q.Wang "Effect of emitter deposition temperature on surface ㎩ssivation in hot-wire chemical vapor deposited silicon heterojunction solar cells" Thin Solid Films 501(2006) 284-287」에 개시되어 있다.
상기 T.H.Wang 외에서는, p형 단결정 실리콘 기판 상에 i형 비정질 실리콘층 을 형성할 때에, p형 단결정 실리콘 기판과 i형 비정질 실리콘층과의 계면의 p형 단결정 실리콘 기판의 표면에 에피택셜 성장에 의해 요철 형상의 에피택셜층이 형성되는 것이 개시되어 있다. 또한, 이 에피택셜층이 크게 성장하면, 계면 특성이 열화되므로, 광기전력 장치의 출력 특성이 저하되는 것이 기재되어 있다. 상기 T.H.Wang 외에서는, 상기와 같은 광기전력 장치의 출력 특성의 저하를 억제하기 위해, p형 단결정 실리콘 기판 상에 i형 비정질 실리콘층을 형성할 때에 기판 온도를 저온으로 함으로써, 에피택셜 성장에 의한 결정 실리콘(에피택셜층)이 p형 단결정 실리콘 기판 상에 형성되는 것을 억제하는 것이 제안되어 있다. 즉, 상기 T.H.Wang 외에 의해 제안된 구조에서는, p형 단결정 실리콘 기판 상에 에피택셜층이 형성되지 않고, i형 비정질 실리콘층이 형성되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 출력 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한 광기전력 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 국면에 의한 광기전력 장치는 제1 도전형의 결정 실리콘과, 제2 도전형의 제1 비결정 실리콘층과, 결정 실리콘 및 제1 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제2 비결정 실리콘층을 구비하고, 결정 실리콘은 제2 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서의 결정 실리콘은 결정계 실리콘 기판이나 기판 상에 형성한 박막 다결정 실리콘 등을 포함하는 넓은 개념이다. 또한, 본 발명에 있어서의 제1 비결정 실리콘층 및 제2 비결정 실리콘층은 비정질 실리콘층뿐만 아니라, 미결정 실리콘층을 포함하는 넓은 개념이다.
이 제1 국면에 의한 광기전력 장치에서는, 상기와 같이 결정 실리콘과 제2 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 형성함으로써, 비주기적인 요철 형상의 높이가 2 ㎚보다 큰 경우 및 비주기적인 요철 형상이 형성되지 않은 경우에 비해, 광기전력 장치의 출력 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 이 효과는 후술하는 실험에 의해 이미 검증된 것이다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘의 비주기적인 요철 형상은 1 ㎚ 이하의 높이를 갖고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 비주기적인 요철 형상을 갖는 결정 실리콘과 제2 비결정 실리콘과의 계면의 평균면은 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 평균면은 결정 실리콘의 (111)면으로부터 3±1도 경사져 있다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘은 표면에 (111)면이 노출된 복수의 테라스부와, 서로 인접하는 테라스부를 접속하는 스텝부가 형성된 결정 실리콘 기판과, 결정 실리콘 기판 상에 에피택셜 성장된 에피택셜층을 포함하고, 평균면은 결정 실리콘 기판의 테라스부의 (111)면이 노출된 표면으로부터 스텝부의 외표면을 향하는 회전 방향으로, 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘의 제2 비결정 실리콘과의 계면 근방의 부분은 에피택셜 성장에 의해 형성된 결정 실리콘으로 이루어져 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제2 비결정 실리콘층은 소정량 이하의 수소를 함유해도 좋다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘의 표면에는 피라미드 형상 요철이 형성되어 있고, 피라미드 형상 요철의 표면에 비주기적인 요철 형상이 형성되어서 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘에 대해, 적어도 비주기적인 요철 형상이 형성된 제2 비결정 실리콘층측으로부터 광이 입사되도록 구성되어 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘은 단결정 실리콘 기판을 포함하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제1 비결정 실리콘층 및 제2 비결정 실리콘층은 비정질 실리콘으로 이루어져 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘에 대해 제1 비결정 실리콘층과 반대측에 배치된 제1 도전형의 제3 비결정 실리콘층과, 결정 실리콘 및 제3 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제4 비결정 실리콘층을 더 구비하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제3 비결정 실리콘층 및 제4 비결정 실리콘층은 비정질 실리콘으로 이루어져 있어도 좋다.
본 발명의 제2 국면에 의한 광기전력 장치의 제조 방법은 표면에 (111)면이 노출된 복수의 테라스부와, 서로 인접하는 테라스부를 접속하는 스텝부가 형성된 제1 도전형의 결정 실리콘을 형성하는 공정과, 결정 실리콘 상에 실질적으로 진성인 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정과, 제1 비정질 실리콘층 상에 제2 도전형의 제2 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 구비하고, 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 결정 실리콘과 제1 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 형성하는 공정을 포함한다.
상기 구성에 있어서, 결정 실리콘은 단결정 실리콘 기판을 포함하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 단결정 실리콘 기판 상에 에피택셜 성장된 비주기적인 요철 형상을 갖는 에피택셜층을 형성하는 동시에, 에피택셜층 상에 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 플라즈마 CVD법에 의해 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 실란 가스의 수소 가스에 의한 희석율이 5배 이하로 되는 조건에 있어서, 플라즈마 CVD법을 이용하여 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하고 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 비주기적인 요철 형상을 갖는 결정 실리콘과 제1 비결정 실리콘과의 계면의 평균면은 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있어도 좋다.
상기 구성에 있어서, 평균면은 결정 실리콘의 테라스부의 (111)면이 노출된 표면으로부터 스텝부의 외표면을 향하는 회전 방향으로, 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있어도 좋다.
본 발명에 따르면, 출력 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한 광기전력 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태를, 도면을 기초로 하여 설명한다.
우선, 도1 및 도2를 참조하여 본 실시 형태에 의한 광기전력 장치의 구조에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 의한 광기전력 장치에서는, 도1에 도시한 바와 같이 n형 단결정 실리콘(c-Si) 기판(1)의 일면 상에, 비정질 실리콘(a-Si)층(2), 약 70 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 두께를 갖는 ITO(산화인듐 주석)로 이루어지는 표면 전극(3) 및 수십 ㎛의 두께를 갖는 은으로 이루어지는 집전극(4)이 차례로 형성되어 있다. 비정질 실리콘층(2)은 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 상면 상에 형성된 약 9 ㎚ 내지 약 13 ㎚의 작은 두께를 갖는 실질적으로 진성이고, 또한 소정량 이하의 수소를 함유하는 i형 비정질 실리콘층(2a)과, i형 비정질 실리콘층(2a) 상에 형성된 약 2 ㎚ 내지 약 5 ㎚의 두께를 갖는 붕소(B)가 도프되는 동시에 수소를 함유하는 p형 비정질 실리콘층(2b)에 의해 구성되어 있다. 또한, i형 비정질 실리콘층(2a)의 두께는 i형 비정질 실리콘층(2a)이 실질적으로 발전에 기여하지 않는 작은 두께이다. 또 한, n형 단결정 실리콘 기판(1), i형 비정질 실리콘층(2a) 및 p형 비정질 실리콘층(2b)은 각각 본 발명의 「결정 실리콘」, 「제2 비결정 실리콘층」 및 「제1 비결정 실리콘층」의 일 예이다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면에는 비교적 큰 피라미드 형상 요철이 형성되어 있고, 이 피라미드 형상 요철을 갖는 표면 상에 i형 비정질 실리콘층(2a), p형 비정질 실리콘층(2b) 및 표면 전극(3)이 형성되어 있다. 이 피라미드 형상 요철은 수㎛ 내지 수십 ㎛의 폭(W)과, 수㎛ 내지 수십 ㎛의 높이(H1)를 갖는다. 이 피라미드 형상 요철의 표면에는 실리콘 (111)면이 노출되어 있다. 일면측으로부터 광을 입사시키는 경우에는, 이 피라미드 형상 요철에 의한 광 억류(confinement) 구조에 의해, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면의 광의 반사율이 저감되므로, 단락 전류를 증가시키는 것이 가능하다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면 상에는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면에 가까운 쪽으로부터 차례로, 비정질 실리콘층(5), 약 70 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 두께를 갖는 ITO로 이루어지는 표면 전극(6) 및 수십 ㎛의 두께를 갖는 은으로 이루어지는 집전극(7)이 형성되어 있다. 비정질 실리콘층(5)은 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면 상에 형성된 약 9 ㎚ 내지 약 13 ㎚의 작은 두께를 갖는 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층(5a)과, i형 비정질 실리콘층(5a)의 다른 면 상에 형성된 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 두께를 갖는 인(P)이 도프된 n형 비정질 실리콘층(5b)에 의해 구성되어 있다. i형 비정질 실리콘층(5a)의 두께는 i형 비정질 실리콘층(5a)이 실질적으로 발전에 기여하지 않는 작은 두께이다. 그리고, i형 비정질 실리콘층(5a), n형 비정질 실리콘층(5b) 및 표면 전극(6)에 의해, 소위 BSF(Back Surface Field) 구조가 구성되어 있다. 또한, 이와 같은 구조의 광기전력 장치는, 통상 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면측을 광 입사측으로 하여 이용되지만, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면측을 광 입사면으로 하여 이용해도 좋다.
다음에, 도1 내지 도4를 참조하여, 상기한 실시 형태에 의한 광기전력 장치를 실제로 제작하여 출력 특성을 평가했을 때의 비교 실험(실시예 및 제1, 제2 비교예)에 대해 설명한다.
우선, 상기한 실시 형태에 대응하는 실시예에 의한 광기전력 장치의 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, (100)면을 갖는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 표면을 이방성 에칭함으로써, 도2에 도시한 바와 같이 (111)면에 기인한 피라미드 형상 요철 형상을 형성하였다. 또한, 이 상태에서, 도3에 도시한 바와 같이 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 표면은 실리콘 (111)면이 노출된 테라스부(1b)와 인접하는 테라스부(1b)를 연결하는 스텝부(1c)가 형성되어 있다. 이하, 테라스부(1b)의 표면 및 스텝부(1c)의 표면을 각각 (111)면의 주면 및 (111)면의 부면이라고 칭한다.
이 후, 이하의 표1의 조건 하에서, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면 및 다른 면에 각 층을 형성하였다.
[표1]
처리 형성 조건
기판 온도(℃) 사용 가스(sccm) 압력(㎩) 파워 밀도(㎽/㎠)


일면측
i층(a-Si : H)
130 ~ 180		 H2 : 0 ~ 100
SiH4 : 40
40 ~ 120
5 ~ 15

p층(a-Si : H)
150 ~ 180		 H2 : 0 ~ 100
SiH4 : 40
B2H6(2 ％) : 40
40 ~ 120
5 ~ 15


다른 면측
 i층(a-Si) 170 SiH4 : 40 40 8.33

p층(a-Si : H)
170		 H2 : 0 ~ 100
SiH4 : 40
PH3(1 ％) : 40
40
8.33
구체적으로는, 표1에 나타낸 바와 같이 RF 플라즈마 CVD법을 이용하여 기판 온도 : 130 ℃ 내지 180 ℃, H2 가스 유량 : 0 sccm 내지 100 sccm, 실란(SiH4) 가스 유량 : 40 sccm, 압력 : 40 ㎩ 내지 120 ㎩, RF 파워 밀도 : 5 ㎽/㎠ 내지 15 ㎽/㎠의 조건 하에서, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면 상에 10 ㎚의 두께를 갖는 i형 비정질 실리콘층(2a)을 형성하였다. 이때, 사용 가스(H2)의 유량을 실란(SiH4) 가스의 수소 희석율이 5배 이하로 되도록 0 sccm 내지 100 sccm으로 제어하였다. 이에 의해, 도3의 스텝부(1c)를 기점으로 하여 에피택셜층(1a)을 형성하는 동시에, 에피택셜층(1a) 상에 i형 비정질 실리콘층(2a)을 형성하였다. 또한, 에피택셜층(1a)은 스텝부(1c)와 테라스부(1b)의 평균면[n형 단결정 실리콘 기판(1)의 표면]에 적층되므로, 에피택셜층(1a)의 비주기적인 요철 형상 부분의 평균면은 테라스부(1b)에 노출된 실리콘 (111)면에 대해 소정의 각도 경사졌다. 이와 같이 하여, 도4에 도시한 바와 같이 n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면에 비주기적인 요철형의 요철 형상 부분을 형성하는 동시에, 그 요철 형상 부분 상에 i형 비정질 실리콘층(2a)을 형성하였다.
계속해서, 표1에 나타낸 바와 같이 RF 플라즈마 CVD법을 이용하여 기판 온도 : 150 ℃ 내지 180 ℃, 수소(H2) 가스 유량 : 0 sccm 내지 100 sccm, 실란(SiH4) 가스 유량 : 40 sccm, 디보란(B2H6)/H2(H2에 대한 B2H6 가스의 농도 : 2 ％) 가스 유량 : 40 sccm, 압력 : 40 ㎩ 내지 120 ㎩ 및 RF 파워 밀도 : 5 ㎽/㎠ 내지 15 ㎽/㎠의 조건 하에서, i형 비정질 실리콘층(2a) 상에 6 ㎚의 두께를 갖는 붕소(B)가 도프된 p형 비정질 실리콘층(2b)을 형성하였다.
다음에, 표1에 나타낸 바와 같이 RF 플라즈마 CVD법을 이용하여 기판 온도 : 170 ℃, 실란(SiH4) 가스 유량 : 40 sccm, 압력 : 40 ㎩ 및 RF 파워 밀도 : 8.33 ㎽/㎠의 조건 하에서, n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면 상에 10 ㎚의 두께를 갖는 i형 비정질 실리콘층(5a)을 형성하였다.
계속해서, 표1에 나타낸 바와 같이 RF 플라즈마 CVD법을 이용하여 기판 온도 : 170 ℃, 수소(H2) 가스 유량 : 0 sccm 내지 100 sccm, 실란(SiH4) 가스 유량 : 40 sccm, 포스핀(PH3)/H2(H2에 대한 PH3의 농도 : 1 ％) 가스 유량 : 40 sccm, 압력 : 40 ㎩ 및 RF 파워 밀도 : 8.33 ㎽/㎠의 조건 하에서, i형 비정질 실리콘층(5a)의 다른 면 상에 15 ㎚의 두께를 갖는 인(P)이 도프된 n형 비정질 실리콘층(5b)을 형성하였다.
마지막으로, 스패터링법을 이용하여 p형 비정질 실리콘층(2b)의 표면상 및 n형 비정질 실리콘층(5b)의 표면 상에 각각 85 ㎚의 두께를 갖는 ITO로 이루어지는 표면 전극(3) 및 표면 전극(6)을 형성한 후, 표면 전극(3) 및 표면 전극(6) 상의 소정 영역에 수십 ㎛의 두께를 갖는 은으로 이루어지는 집전극(4, 7)을 형성하였다. 이와 같이 하여 실시예에 의한 광기전력 장치를 형성하였다.
또한, 종래의 일 예에 대응하는 제1 비교예에 의한 광기전력 장치는 i형 비정질 실리콘층을 형성할 때의 형성 조건으로서, 실란(SiH4) 가스의 수소 희석율이 5배보다도 커지도록 H2 가스 유량을 100 sccm에 가까운 높은 값으로 일정하게 유지하면서 형성하였다. 또한, 종래의 다른 예에 대응하는 제2 비교예에 의한 광기전력 장치는 i형 비정질 실리콘층을 형성할 때의 형성 조건으로서, H2 가스 유량을 0 sccm에 가까운 낮은 값으로 일정하게 유지하면서 형성하였다. 이것 이외의 부분의 제조 프로세스는 상기 실시예에 의한 광기전력 장치와 마찬가지이다.
실시예에 의한 광기전력 장치에서는, 도4에 도시한 바와 같이 n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면에 비주기적인 미소한 요철 형상이 형성되었다. 또한, n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면 근방의 요철 형상을 포함하는 부분[에피택셜층(1a)]은 i형 비정질 실리콘층(2a)을 형성할 때에, 에피택셜 성장에 의해 형성된 것이다. 이 에피택셜층(1a)의 미소한 요철의 높이(H2)는 1 ㎚보다도 작았다.
또한, 도4에 도시한 바와 같이 비주기적인 요철 형상을 갖는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면의 평균면은 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 (111)면의 주면[(111)면이 노출된 테라스부(1b)의 표면]으로부터 부면 [스텝부(1c)의 외표면]을 향하는 회전 방향으로 소정의 각도(α)(약 3±1도) 경사져 있었다.
또한, 제1 비교예에 의한 광기전력 장치는 상기한 형성 조건에 의해 제조됨으로써, 에피택셜 성장이 촉진되어 에피택셜 성장에 의해 형성된 비주기적인 요철을 포함하는 부분(에피택셜층)의 높이가 2 ㎚보다도 커졌다. 또한, 제2 비교예에 의한 광기전력 장치는 상기한 형성 조건에 의해 제조됨으로써 n형 단결정 실리콘 기판과 i형 비정질 실리콘층과의 계면에 에피택셜 성장에 의해 비주기적인 요철 부분이 형성되는 일 없이, 도3에 도시한 테라스부(1b) 및 스텝부(1c)를 갖는 n형 단결정 실리콘 기판의 표면 상에 직접 i형 비정질 실리콘층이 형성되었다.
다음에, 상기와 같이 제작한 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예에 의한 광기전력 장치의 출력 특성을 측정하였다. 측정 데이터는 Voc(개방 전압), Isc(단락 전류), F.F(곡선 인자) 및 Pmax(셀 출력)이다. 이 측정 결과를 이하의 표2에 나타낸다.
[표2]
Voc(V) Isc(A) F.F Pmax(W)
실시예 0.725 3.850 0.769 2.147
제1 비교예 0.680 3.820 0.752 1.953
제2 비교예 0.709 3.880 0.762 2.096
상기 표2에 나타낸 바와 같이, n형 단결정 실리콘 기판과 i형 비정질 실리콘층과의 계면에 2 ㎚보다 큰 높이를 갖는 에피택셜층이 형성된 제1 비교예에 비해, 에피택셜층이 형성되어 있지 않은 제2 비교예는 출력 특성이 향상되어 있다. 구체적으로는, 제1 비교예의 개방 전압(Voc)이 0.680 V인 것에 비해, 제2 비교예의 개 방 전압(Voc)은 0.709 V이다. 이는, 이하의 이유에 의한 것이라고 판단된다. 즉, 제1 비교예에서는 2 ㎚보다 큰 높이를 갖는 에피택셜층이 형성되어 있으므로, 에피택셜층이 형성되어 있지 않은 제2 비교예보다도 제1 비교예의 쪽이 n형 단결정 실리콘 기판과 i형 비정질 실리콘층과의 계면에 있어서의 특성이 열화된다. 이 계면 특성의 열화에 기인하여 제1 비교예보다도 제2 비교예의 쪽이 개방 전압(Voc)이 높아졌다고 판단된다.
또한, 제2 비교예에 대해, 1 ㎚보다도 작은 높이를 갖는 에피택셜층(1a)이 형성된 실시예에서는 출력 특성이 더 향상되는 것이 판명되었다. 구체적으로는, 제2 비교예의 개방 전압(Voc)이 0.709 V인 것에 비해, 실시예의 개방 전압(Voc)은 0.725 V이다.
또한, 단락 전류(Isc)는 제1 비교예보다도 제2 비교예의 쪽이 크다. 또한, 실시예의 단락 전류는 제1 비교예보다도 크고, 제2 비교예보다도 작다. 구체적으로는, 제1 비교예, 제2 비교예 및 실시예의 단락 전류(Isc)는 각각 3.820 A, 3.880 A 및 3.850 A였다. 즉, 에피택셜층의 높이가 낮을수록 단락 전류가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 곡선 인자(F.F)는 제1 비교예보다도 제2 비교예의 쪽이 크고, 실시예의 곡선 인자(F.F)는 제2 비교예보다도 더 커지는 것이 판명되었다. 구체적으로는, 제1 비교예, 제2 비교예 및 실시예의 곡선 인자(F.F)는 각각 0.752, 0.762 및 0.769였다.
또한, 셀 출력(Pmax)에 대해서는, 제1 비교예보다도 제2 비교예의 쪽이 크고, 실시예는 제2 비교예보다도 더 큰 것이 판명되었다. 구체적으로는, 제1 비교예, 제2 비교예 및 실시예의 셀 출력(Pmax)은 각각 1.953 W, 2.096 W 및 2.147 W였다. 이와 같이 실시예의 셀 출력은 제1 및 제2 비교예와 비교하여 크게 개선되어 있다.
본 실시 형태 및 실시예에서는, 상기와 같이 n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면에 1 ㎚보다 작은 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 형성함으로써, 비주기적인 요철 형상의 높이가 2 ㎚보다 큰 경우 및 비주기적인 요철 형상이 형성되지 않은 경우에 비해, 광기전력 장치의 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 금회 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 판단되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아닌 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 또한 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태 및 실시예에서는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 일면 상에 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층(2a)을 개재하여 p형 비정질 실리콘층(2b)을 형성하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, p형 단결정 실리콘 기판의 일면 상에 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층을 개재하여 n형 비정질 실리콘층을 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, p형 단결정 실리콘 기판의 다른 면 상에 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층을 개재하여 p형 비정질 실리 콘층을 형성해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 에피택셜층(1a)의 비주기적인 요철의 높이를 1 ㎚보다 작게 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 2 ㎚ 이하로 되도록 형성해도 좋다. 이와 같이 비주기적인 요철의 높이를 2 ㎚ 이하로 함으로써, 상기한 실시예와 마찬가지로 광기전력 장치의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는 RF 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 실리콘층(2)[i형 비정질 실리콘층(2a) 및 p형 비정질 실리콘층(2b)]을 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 CVD법, Cat-CVD(Catalytic chemical vapor deposition)법 및 스패터링법 등의 다른 박막 형성법에 의해 비정질 실리콘층(2)을 형성해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 다른 면 상에 비정질 실리콘층(2)[i형 비정질 실리콘층(2a) 및 n형 비정질 실리콘층(2b)]이 형성된 BSF 구조를 갖도록 하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, n형 단결정 실리콘 기판의 다른 면 상에 n측(이면측)의 비정질 실리콘층을 형성하지 않고, 표면 전극을 형성하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는 비주기적인 요철 형상을 갖는 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면의 평균면은 n형 단결정 실리콘 기판(1)의 (111)면의 주면으로부터 부면을 향하는 회전 방향으로 소정의 각도(α)(약 3±1도) 경사져 있는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 소정의 각도(α)(약 3±1도) 이외의 각도만큼 경사져 있어도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는 n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(2a)과의 계면에 비주기적인 요철 형상을 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, n형 단결정 실리콘 기판(1)과 i형 비정질 실리콘층(5a)과의 계면에 비주기적인 요철 형상을 형성해도 좋다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 광기전력 장치의 구조를 도시한 단면도.
도2는 도1에 도시한 n형 단결정 실리콘 기판 주변의 상세 구조를 도시하는 단면도.
도3은 i형 비정질 실리콘층을 형성하기 전의 n형 단결정 실리콘 기판을 도시하는 단면도.
도4는 실시예에 의한 n형 단결정 실리콘 기판과 i형 비정질 실리콘층과의 계면을 도시하는 확대 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : n형 단결정 실리콘 기판
2 : 비정질 실리콘층
3, 6 : 표면 전극
4, 7 : 집전극
5 : 비정질 실리콘층

Claims (20)

  1. 제1 도전형의 결정 실리콘과,
    제2 도전형의 제1 비결정 실리콘층과,
    상기 결정 실리콘 및 상기 제1 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제2 비결정 실리콘층을 구비하고,
    상기 결정 실리콘은 상기 제2 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 갖는 광기전력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘의 비주기적인 요철 형상은 1 ㎚ 이하의 높이를 갖는 광기전력 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비주기적인 요철 형상을 갖는 결정 실리콘과 상기 제2 비결정 실리콘층과의 계면의 평균면은 상기 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있는 광기전력 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 평균면은 상기 결정 실리콘의 (111)면으로부터 3±1도 경사져 있는 광기전력 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 결정 실리콘은,
    표면에 (111)면이 노출된 복수의 테라스부와, 서로 인접하는 상기 테라스부를 접속하는 스텝부가 형성된 결정 실리콘 기판과,
    상기 결정 실리콘 기판 상에 에피택셜 성장된 에피택셜층을 포함하고,
    상기 평균면은 상기 결정 실리콘 기판의 테라스부의 (111)면이 노출된 표면으로부터 상기 스텝부의 외표면을 향하는 회전 방향으로, 상기 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있는 광기전력 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘의 상기 제2 비결정 실리콘층과의 계면 근방의 부분은 에피택셜 성장에 의해 형성된 결정 실리콘으로 이루어지는 광기전력 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 비결정 실리콘층은 소정량 이하의 수소를 함유하는 광기전력 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘의 표면에는 피라미드 형상 요철이 형성되어 있고, 상기 피라미드 형상 요철의 표면에 상기 비주기적인 요철 형상이 형성되어 있는 광기전력 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘에 대해, 적어도 상기 비주기적인 요철 형상이 형성된 상기 제2 비결정 실리콘층측으로부터 광이 입사되도록 구성되어 있는 광기전력 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘은 단결정 실리콘 기판을 포함하는 광기전력 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 비결정 실리콘층 및 상기 제2 비결정 실리콘층은 비정질 실리콘으로 이루어지는 광기전력 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 결정 실리콘에 대해 상기 제1 비결정 실리콘층과 반대측에 배치된 제1 도전형의 제3 비결정 실리콘층과,
    상기 결정 실리콘 및 상기 제3 비결정 실리콘층 사이에 배치된 실질적으로 진성인 제4 비결정 실리콘층을 더 구비하는 광기전력 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3 비결정 실리콘층 및 상기 제4 비결정 실리콘층은 비정질 실리콘으로 이루어지는 광기전력 장치.
  14. 표면에 (111)면이 노출된 복수의 테라스부와, 서로 인접하는 상기 테라스부를 접속하는 스텝부가 형성된 제1 도전형의 결정 실리콘을 형성하는 공정과,
    상기 결정 실리콘 상에 실질적으로 진성인 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 비결정 실리콘층 상에 제2 도전형의 제2 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 상기 결정 실리콘과 상기 제1 비결정 실리콘층과의 계면에 2 ㎚ 이하의 높이를 갖는 비주기적인 요철 형상을 형성하는 공정을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 결정 실리콘은 단결정 실리콘 기판을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 상기 단결정 실리콘 기판 상에 에피택셜 성장된 상기 비주기적인 요철 형상을 갖는 에피택셜층을 형성하는 동시에, 상기 에피택셜층 상에 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 플라즈마 CVD법에 의해 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정은 실란 가스의 수소 가스에 의한 희석율이 5배 이하로 되는 조건에 있어서, 플라즈마 CVD법을 이 용하여 상기 제1 비결정 실리콘층을 형성하는 공정을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 비주기적인 요철 형상을 갖는 결정 실리콘과 상기 제1 비결정 실리콘층과의 계면의 평균면은 상기 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있는 광기전력 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 평균면은 상기 결정 실리콘의 테라스부의 (111)면이 노출된 표면으로부터 상기 스텝부의 외표면을 향하는 회전 방향으로, 상기 결정 실리콘의 (111)면으로부터 소정의 각도 경사져 있는 광기전력 장치의 제조 방법.
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