KR101371801B1 - 양면수광형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1번의 확산공정을 통해 p형 에미터와 n형 후면전계층을 모두 형성시킴과 함께, 기판 전면 및 후면 상의 확산방지막 형성공정과 제거공정을 생략하여 공정 효율화를 기할 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 BSG층을 적층하는 단계와, 상기 기판을 챔버 내에 장착한 상태에서, 상기 챔버 내에 n형 불순물 이온을 포함한 가스를 공급함과 함께 열처리하여, 상기 기판 전면 내부에 p형 에미터를 형성하고 기판 후면 내부에 n형 후면전계층을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면 상에 후면 반사방지막을 적층하는 단계와, 상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 각각 Al2O3 재질의 패시베이션층을 원자층 증착방법을 이용하여 형성하는 단계와, 상기 기판 전면의 패시베이션층 상에 전면 반사방지막을 적층하는 단계 및 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1번의 열처리 확산공정을 통해 p형 에미터와 n형 후면전계층을 동시에 형성시킴과 함께, 기판 전면 및 후면 상의 확산방지막 형성, 제거공정을 생략하여 공정 효율화를 기할 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(105)이 구비된다. 또한, 기판(101) 하부에는 n형 후면전계층(103)과 후면전극(106)이 구비된다.
종래의 양면수광형 태양전지는 p형 에미터 형성을 위한 확산공정과 n형 후면전계층 형성을 위한 확산공정을 독립적으로 실시하고, 각각의 확산공정시 기판의 전면 또는 후면에 다른 도전형의 불순물 이온이 확산되는 것을 억제하는 확산방지막이 형성되어야 한다. 이와 같이, 종래의 양면수광형 태양전지 제조방법은 2번의 열처리 공정(확산공정)과 2번의 확산방지막 형성, 제거공정이 요구되어, 공정이 복잡해지고 오염에 노출되는 빈도가 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 1번의 확산공정을 통해 p형 에미터와 n형 후면전계층을 동시에 형성시킴과 함께, 기판 전면 및 후면 상의 확산방지막 형성, 제거공정을 생략하여 공정 효율화를 기할 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 BSG(boro-silicate glass)층을 적층하는 단계와, 상기 기판을 챔버 내에 장착한 상태에서, 상기 챔버 내에 n형 불순물 이온을 포함한 가스를 공급함과 함께 열처리하여, 상기 기판 전면 내부에 p형 에미터를 형성하고 기판 후면 내부에 n형 후면전계층을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면 상에 후면 반사방지막을 적층하는 단계와, 상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 Al2O3 재질의 패시베이션층을 원자층 증착방법을 이용하여 형성하는 단계와, 상기 기판 전면의 패시베이션층 상에 전면 반사방지막을 적층하는 단계 및 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 후면 상에 PSG층을 적층하는 단계와, 상기 기판을 챔버 내에 장착한 상태에서, 상기 챔버 내에 p형 불순물 이온을 포함한 가스를 공급함과 함께 열처리하여, 상기 기판 전면 내부에 p형 에미터를 형성하고 기판 후면 내부에 n형 후면전계층을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면 상에 후면 반사방지막을 적층하는 단계와, 상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면의 패시베이션층 상에 전면 반사방지막을 적층하는 단계 및 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 각각 Al2O3 재질의 패시베이션층을 원자층 증착방법을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
p형 에미터와 n형 후면전계층을 형성함에 있어서, 도핑소스층(BSG층 또는 PSG층)의 증착공정과 기존의 확산 열처리공정을 조합하여 적용함으로써 열처리 횟수를 줄일 수 있으며, 확산방지막 적층 및 제거 공정을 생략할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 양면수광형 태양전지의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 p형 에미터 및 n형 후면전계층 형성공정을 나타낸 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 p형 에미터 및 n형 후면전계층 형성공정을 나타낸 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, n형 실리콘 기판(201)을 준비한다(S201). 그런 다음, 텍스쳐링 공정을 통해 기판(201) 표면을 요철 형상으로 가공하여 빛 반사를 최소화시킨다. 상기 텍스쳐링 공정은 기판(201)의 전면 및 후면에 모두 적용할 수 있고, 기판(201)의 전면에만 적용할 수 있다. 이하에서는, 전면 및 후면 모두에 텍스쳐링 공정이 적용된 예를 기준으로 설명한다.
이어, p형 에미터(203) 및 n형 후면전계층(204) 형성 공정을 진행한다(S202). p형 에미터(203)와 n형 후면전계층(204)을 형성하는 방법은 2가지 실시예로 구현이 가능하다. 먼저, 제 1 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(201) 전면에 p형 불순물을 포함하는 도핑소스층 예를 들어, BSG(boro-silicate glass)층(202)을 적층한다(도 3b 참조). 상기 BSG층은 SiH4, B2H6, O2 가스를 전구체로 하여 형성할 수 있다. 그런 다음, 챔버 내에 상기 기판(201)을 구비시킨 상태에서 n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급함과 함께 기판(201)을 확산 열처리한다(도 3c 참조).
상기 확산 열처리에 의해, 상기 BSG층(202) 내의 p형 불순물 이온 즉, 붕소(B) 이온이 상기 기판(201) 전면의 내부로 확산되어 p형 에미터(203)가 형성되며, 이와 동시에 상기 기판(201) 후면의 내부에는 인(P)이 이온이 확산된 n형 후면전계층(204)이 형성된다. 또한, 상기 확산 열처리에 의해 상기 n형 후면전계층(204) 상에는 확산부산물인 PSG막(205)(phosphor-silicate glass)이 형성되며, 상기 BSG층(202) 상에도 일정 두께의 PSG막(205)이 형성된다. 이 때, 상기 기판(201) 전면 상의 BSG층(202)은 인(P)이 기판(201) 전면 내부로 확산되는 것을 억제시키는 확산방지막의 역할도 수행한다.
상술한 제 1 실시예는 <BSG층(202) 적층-POCl3 확산> 방법이며, PSG층과 BBr3를 적용하는 것도 가능하다. 제 2 실시예는 <PSG층 적층-BBr3 확산> 방법에 관한 것이다. 제 2 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(301) 후면에 n형 불순물을 포함하는 도핑소스층 예를 들어, PSG(phosphor-silicate glass)층(302)을 적층한다(도 4a 참조). 상기 PSG층은 SiH4, PH3, O2 가스를 전구체로 하여 형성할 수 있다. 그런 다음, 챔버 내에 상기 기판(301)을 구비시킨 상태에서 p형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, BBr3)를 공급함과 함께 기판(301)을 확산 열처리한다(도 4b 참조).
상기 확산 열처리에 의해, 상기 PSG층 내의 n형 불순물 이온 즉, 인(P) 이온이 상기 기판(301) 후면의 내부로 확산되어 n형 후면전계층(304)이 형성되며, 이와 동시에 상기 기판(301) 전면의 내부에는 붕소(B)가 이온이 확산된 p형 에미터(303)가 형성된다. 또한, 상기 확산 열처리에 의해 상기 p형 에미터(303) 상에는 확산부산물인 BSG막(305)(boro-silicate glass)이 형성되며, 상기 PSG층(302) 상에도 일정 두께의 BSG막(305)이 형성된다. 이 때, 상기 기판(201) 후면 상의 PSG층은 붕소(B)가 기판(201) 후면 내부로 확산되는 것을 억제시키는 확산방지막의 역할도 수행한다.
상기 제 1 실시예 또는 제 2 실시예를 통해 p형 에미터(203) 및 n형 후면전계층(204)을 형성한 상태에서, 확산부산물인 PSG막(205) 또는 BSG막을 제거한다(도 3d 참조). 그런 다음, 도 3e에 도시한 바와 같이 상기 기판(201) 후면 상에 후면 반사방지막(206)을 적층한다(S203)(도 3e 참조). 이어, 상기 기판(201) 전면 및 상기 후면 반사방지막(206) 상에 각각 Al2O3 재질의 패시베이션층(207)을 형성한다(S204)(도 3f 참조). 상기 Al2O3 재질의 패시베이션층(207)은 p형 에미터(203)와 n형 후면전계층(204)의 전기적 특성을 보호하기 위한 것으로서, 특히 p형 에미터(203)의 패시베이션 효과를 극대화하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 Al2O3 재질의 패시베이션층(207)은 원자층 증착방법(ALD, atomic layer deposition)을 통해 적층하는 것이 바람직하다.
상기 패시베이션층(207)이 적층된 상태에서, 상기 기판(201) 전면의 패시베이션층(207) 상에 전면 반사방지막(208)을 적층하고(S205)(도 3g 참조) 이어, 도 3h에 도시한 바와 같이 기판(201) 전면과 후면에 각각 전면전극(209), 후면전극(210)을 형성하면(S206) 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 완료된다.
201 : n형 결정질 실리콘 기판 202 : BSG층
203 : p형 에미터 204 : n형 후면전계층
205 : PSG막 206 : 후면 반사방지막
207 : 패시베이션층 208 : 전면 반사방지막
209 : 전면전극 210 : 후면전극
301 : n형 결정질 실리콘 기판 302 : PSG층
303 : p형 에미터 304 : n형 후면전계층
305 : BSG막
203 : p형 에미터 204 : n형 후면전계층
205 : PSG막 206 : 후면 반사방지막
207 : 패시베이션층 208 : 전면 반사방지막
209 : 전면전극 210 : 후면전극
301 : n형 결정질 실리콘 기판 302 : PSG층
303 : p형 에미터 304 : n형 후면전계층
305 : BSG막
Claims (3)
- n형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 전면 상에 BSG층을 적층하는 단계;
상기 기판을 챔버 내에 장착한 상태에서, 상기 챔버 내에 n형 불순물 이온을 포함한 가스를 공급함과 함께 열처리하여, 상기 기판 전면 내부에 p형 에미터를 형성하고 기판 후면 내부에 n형 후면전계층을 형성하는 단계;
상기 기판 후면 상에 후면 반사방지막을 적층하는 단계;
상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 각각 Al2O3 재질의 패시베이션층을 원자층 증착방법을 이용하여 형성하는 단계;
상기 기판 전면의 패시베이션층 상에 전면 반사방지막을 적층하는 단계; 및
전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- n형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 후면 상에 PSG층을 적층하는 단계;
상기 기판을 챔버 내에 장착한 상태에서, 상기 챔버 내에 p형 불순물 이온을 포함한 가스를 공급함과 함께 열처리하여, 상기 기판 전면 내부에 p형 에미터를 형성하고 기판 후면 내부에 n형 후면전계층을 형성하는 단계;
상기 기판 후면 상에 후면 반사방지막을 적층하는 단계;
상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 기판 전면의 패시베이션층 상에 전면 반사방지막을 적층하는 단계; 및
전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 패시베이션층을 형성하는 단계는,
상기 기판 전면과 상기 후면 반사방지막 상에 각각 Al2O3 재질의 패시베이션층을 원자층 증착방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
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| KR1020130003199A KR101371801B1 (ko) | 2013-01-11 | 2013-01-11 | 양면수광형 태양전지의 제조방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2013
- 2013-01-11 KR KR1020130003199A patent/KR101371801B1/ko active IP Right Grant
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