KR101382631B1 - 태양전지기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 태양전지기판 - Google Patents

태양전지기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 태양전지기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법에 관한 것이다. 상기 표면 조직화 구조 형성 방법은 (a) 기판의 표면에 대한 절단 손상을 제거(Saw damage remove)하는 단계; (b) 기판을 1차 텍스처링하여 기판의 표면에 돌출부들을 형성하는 단계; (c) 상기 기판의 표면을 식각하여 상기 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 단계; (d) 상기 기판을 2차 텍스처링하여 상기 모서리가 둥근 돌출부들의 표면에 미세 돌출부들을 형성하는 단계; (e) 상기 미세 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리함과 동시에 절단 손상 제거하는 단계를 구비한다.
본 발명에 따른 방법에 의하여, 태양 전지 기판은 모서리가 라운딩처리된 돌출부들이 표면에 형성되고, 상기 돌출부들의 표면에 모서리가 라운딩처리된 미세 돌출부들이 형성된 표면 조직화 구조를 갖게 되어, 모서리 효과를 감소시킬 수 있게 되고, 표면 반사율을 감소시켜 단락전류밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

태양전지기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 태양전지기판{Texturing method for solar cell substrate and the solar cell substrate using the method}
본 발명은 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 태양 전지 기판에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 모서리 효과를 감소시키면서 반사율을 감소시켜 단락전류밀도와 개방전압에 대한 곡선인자(fill factor;이하 'FF'라 한다)를 향상시킬 수 있는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 태양 전지 기판에 관한 것이다.
최근 화석 에너지 고갈과 심각한 환경오염 문제가 대두됨에 따라 차세대 에너지 개발의 중요성이 증대되고 있다. 한편, 차세대 대체 에너지원 중 태양전지는 무한한 에너지로써 공해가 없고 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다.
일반적인 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 먼저, 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만드는데, p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 전자와 정공이 발생하게 된다. 빛 에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부 전계에 의하여 각각 n형 반도체 측과 p형 반도체 측으로 이동하여 양쪽의 전극 부분에 모아진다. 이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부의 부하나 시스템에서 전력원으로 이용할 수 있게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 태양전지는 동작 중에 캐리어의 재결합에 의한 손실, 캐리어를 수집하는 전극 부분에서의 저항에 따른 손실, 태양전지 표면에서 발생하는 광학적 손실 등에 의하여 그 특성이 저하되는 것으로 알려져 있다. 그 중에서도 특히 태양전지 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실이 가장 큰 비중을 차지하고 있다.
이러한 태양전지의 광학적 손실을 저감시키기 위하여 주로 텍스쳐링(texturing) 방법이 사용된다. 텍스쳐링이란 태양전지에서 사용되는 실리콘 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 실리콘 기판 표면에 요철이나 피라미드 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스쳐링으로 실리콘 표면이 거칠어지면 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시킴으로써 광 포획량이 증가되어 광학적 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 결정질 실리콘 태양전지 제조 공정 중 표면 조직화 공정을 통해 결정질 기판의 표면에 요철이나 피라미드 구조의 패턴을 형성하여 태양광의 흡수량을 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상시키게 된다. 기판의 표면에 요철이나 피라미드 구조의 패턴을 형성하기 위하여 일반적으로 습식 식각이나 건식 식각 방법이 주로 이용되고 있다. 도 1의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 건식 식각 및 습식 식각에 의하여 기판 표면에 형성된 표면 조직화 구조들에 대한 SEM 사진이다.
하지만 입사광의 흡수량을 증가하기 위하여 형성되는 표면 조직화 구조는 3차원적인 구조적 특징 때문에 요철이나 피라미드 구조 모두에서 모서리 효과가 나타나게 된다. 모서리 효과란 3차원적인 요철이나 피라미드 구조의 모서리에서 pn 접합을 형성하기 위한 도핑 공정 후에 모서리와 면에서 서로 다른 도핑 깊이를 가지게 되는 것이다. 그리고 도핑 공정 후 표면 반사방지막을 형성할 때 균일한 반사방지막이 형성되지 않고 모서리와 면, 골(구조와 구조가 만나는 지점)에서 입체적인 구조체 위에 박막을 증착할 때 생성되는 문제점인 서로 다른 두께의 반사방지막이 형성된다. 그래서 불균일한 깊이의 n+ 도핑층과 불균일한 두께의 반사방지막이 형성된 표면에 전극 형성을 위한 소성(firing) 공정시에 문제점이 발생하게 된다.
소성(firing) 공정은 표면 전극이 반사방지막 층을 뚫고 n+ 층 표면 또는 n+ 층 내부에 접촉할 수 있도록 해야 하기 때문에 온도와 시간에 매우 민감한 공정이다. 전극이 n+ 층 표면에 도달하지 못하면 태양전지의 직렬저항이 매우 커지게 되고, n+ 층을 뚫고 p 층까지 도달하게 되면 병렬저항이 매우 작아지게 되어 태양전지 효율이 급격하게 나빠지게 되는 요인이 된다.
한편, 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 다결정 실리콘 태양전지의 텍스쳐링 공정을 수행할 시에는 표면 반사율이 5% 이하의 블랙실리콘(black silicon)이라 불리우는 바늘 타입 구조(needle-like or grass)가 형성된다. 도 2는 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘과 같은 grass 또는 needle-like 구조로 형성된 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조를 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 Black silicon 의 형성 원리를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 식각 장치를 사용하여 텍스처링 공정을 수행하는 경우, SF6 가스에 유독성의 Cl 가스를 첨가하여 실리콘 기판을 식각하는데, 식각하는 과정에서 SiOF가 형성되어 기판에 재흡착이 되면서 블랙실리콘(black silicon)을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 구조는 표면에서의 단파장 대역의 흡수가 어렵고, n+층 형성시에 P-N 접합 면적이 감소하고, 반사방지막(ARC) 형성이 어려우며, 전극 형성 시 접촉 저항이 증가되는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 10-1077547호 한국공개특허공보 10-2011-0118994 호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고효율 태양 전지 제작을 위하여 태양광의 흡수량을 증가시킬 수 있으면서도 표면 반사율을 감소시켜 단락전류밀도를 증가시키고 블랙 실리콘(black-silicon)이라 불리는 바늘 타입 또는 그라스(grass) 구조의 문제점을 해결하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 표면 구조를 갖는 태양 전지 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 바와 같은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지 기판의 표면 텍스처링 방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 결정질 실리콘으로 이루어진 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법은, (a) 기판의 표면에 대한 절단 손상을 제거(Saw damage remove)하는 단계; (b) 기판을 1차 텍스처링하여 기판의 표면에 돌출부들을 형성하는 단계; (c) 상기 기판의 표면을 식각하여 상기 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 단계; (d) 상기 기판을 2차 텍스처링하여 상기 모서리가 둥근 돌출부들의 표면에 미세 돌출부들을 형성하는 단계; 를 구비한다.
전술한 특징에 따른 표면 조직화 구조 형성 방법에 있어서, (e) 상기 (d) 단계이후에 기판을 식각하여 상기 미세 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리함과 동시에 절단 손상 제거하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 표면 조직화 구조 형성 방법에 있어서, 상기 (d) 단계는 리모트 플라즈마를 이용한 플라즈마 식각 공정을 통해 미세 돌출부들을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판은 피라미드 구조들의 모서리를 라운딩 처리함으로써, 모서리 효과를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 기판은 라운딩 처리된 모서리를 갖는 피라미드 구조들의 표면에 미세 피라미드들을 형성하고, 미세 피라미드들의 모서리도 라운딩 처리함으로써, 표면 반사율을 감소시킬 수 있게 되어 단락전류밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판은 종래의 구조들에 비하여 낮은 표면 반사율을 가져 단락 전류 밀도를 증가시키면서 병렬 저항과 fill factor를 증가시킬 수 있게 되어, 고효율 태양 전지 기판을 제공할 수 있게 된다.
도 1의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 건식 식각 및 습식 식각에 의하여 기판 표면에 형성된 표면 조직화 구조들에 대한 SEM 사진이다.
도 2는 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘과 같은 grass 또는 needle-like 구조로 형성된 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조를 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 Black silicon 의 형성 원리를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 태양 전지 기판에 대한 표면 조직화 구조의 제작 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 태양 전지 기판에 대한 표면 조직화 구조의 제작 방법에 따른 각 단계에서의 모식도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 리모트 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정 방법을 설명하기 위한 플라즈마 식각 장치의 개념도이다.
도 7은 도 6의 플라즈마 식각 장치의 메시 구조물을 예시적으로 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법 및 종래의 방법들에 의하여 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판에 대한 SEM 사진들이며, 도 9는 도 8의 각 태양 전지 기판에 대한 반사율을 도시한 그래프들이다.
도 10은 종래의 방법들과 본 발명에 따른 방법에 의하여 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판들에 대한 특성들을 도시한 도표이다.
본 발명은 종래의 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조의 모서리 효과를 개선하면서도 표면 반사율을 감소시켜 단락전류밀도를 증가시키기 위하여, 기판 표면에 라운딩(rounding) 처리된 모서리를 갖는 피라미드 구조들이 형성되고, 상기 피라미드 구조의 표면에 미세 피라미드 구조들이 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법 및 이러한 방법에 의해 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전기 기판에 대하여 구제적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 태양 전지 기판에 대한 표면 조직화 구조의 제작 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 결정질 실리콘으로 이루어진 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법은, 기판 표면에 대한 절단 손상 제거(saw damage remove)함과 동시에 기판 표면에 돌출부들을 형성하는 1차 텍스처링 단계(단계 400), 상기 돌출부들의 모서리를 라운딩(rounding) 처리하는 단계(단계 410), 기판 표면을 식각하여 돌출부의 표면에 미세 돌출부들을 형성하는 2차 텍스처링 단계(단계 420) 및 상기 미세 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 단계(단계 430)를 구비한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 태양 전지 기판에 대한 표면 조직화 구조의 제작 방법에 따른 각 단계에서의 모식도 및 SEM 사진이다.
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 전술한 각 단계들에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 표면 조직화 구조 형성 방법은 기판 표면에 대한 절단 손상 제거(saw damage remove) 공정을 수행한다(단계 400). 상기 절단 손상 제거 공정은 KOH 용액을 사용하여 기판의 표면을 습식 식각하여 기판의 절단시 발생된 기판 표면의 절단 손상(saw damage)을 제거함과 동시에 기판 표면에 다수 개의 돌출부(도 5의 (a))를 형성한다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 절단 손상 제거 단계와 돌출부 형성 단계를 구분하여 실시할 수도 있다.
또한, 상기 기판 표면에 형성된 돌출부는 피라미드 구조나 요철 구조로 이루어질 수 있으며, 본 명세서에서는 설명의 편의상 피라미드 구조를 중심으로 설명하도록 한다.
다음, 돌출부가 형성된 기판을 습식 식각하여 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리한다(단계 410). 이 때 습식 식각은 NH4OH를 기반으로 하는 암모니아계 실리콘(Si) 이방성 식각용액인 Tetramethyl ammounium hydroxide(TMAH) 25% 용액에서 약 10분간 식각하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 기판 표면에 형성된 돌출부들에 의해 발생되는 모서리 효과를 제거하기 위하여, 태양전지 기판의 saw damage removal(SDR) 공정후에 습식 식각 공정을 추가하여 표면에 형성된 조직화 구조의 모서리를 제거하게 된다(도 5의 (b)). 그 결과, 전술한 모서리 효과를 감소시켜 태양전지의 병렬저항과 곡선 인자(fill factor)를 증가시켜 효율을 증가시킬 수 있게 된다. 하지만, 표면 조직화 구조에 추가 습식 식각 공정을 진행하여 모서리를 제거하였기 때문에 표면 반사율이 증가하게 되어 단락전류밀도가 감소하게 되는 문제가 발생하게 된다. 본 발명에 따른 방법은, 이러한 문제를 해소하기 위하여 다음 단계 420을 수행하게 된다.
다음, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching ; RIE) 공정을 이용하여 상기 기판의 돌출부들의 표면을 약 40분 정도 건식 식각하여 돌출부들의 표면에 미세 돌출부(도 5의 (c))를 형성한다(단계 420). 이 때, 반응성 이온 식각 공정은 리모트 플라즈마를 이용한 건식 식각장치에서 진행되는 것이 바람직하다. 상기 미세 돌출부는 미세 피라미드 구조로 이루어진다.
다음, 미세 피라미드 구조가 형성된 기판을 다시 TMAH 용액에서 약 10분 정도 습식 식각하여 RIE 공정에 의해 발생한 기판의 표면 손상을 제거함과 동시에 미세 돌출부의 모서리를 라운딩시킨다. 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 본 발명에 의해, 라운딩 처리된 모서리를 갖는 피라미드 구조위에 둥근 모서리를 갖는 미세 피라미드들이 형성된 표면 조직화 구조를 얻게 된다.
도 5의 (e)는 본 발명에 따른 방법에 의해 완성된 표면 조직화 구조를 갖는 기판 표면에 대한 SEM 사진이다. 도 5의 (e)에 보이는 바와 같이, 전술한 본 발명에 따른 방법에 의해 제작된 고효율 태양 전기 기판은 표면에 모서리가 라운딩된 돌출부들이 형성되고, 상기 돌출부들의 표면에 모서리가 라운딩된 미세 돌출부들이 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 표면 조직화 구조 형성 방법 중 반응성 이온 식각 공정에서 사용되는 리모트 플라즈마를 이용하여 기판 표면을 건식 식각하는 플라즈마 식각 장치의 구체적 구조 및 동작에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 리모트 플라즈마를 이용한 식각 공정 방법을 설명하기 위한 플라즈마 식각 장치의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 리모트 플라즈마를 이용한 플라즈마 식각 장치(10)는 공정챔버(100), 제1 전극(110), 제2 전극(120), 척(130) 및 메시 구조물(140)을 구비한다.
상기 공정챔버(100)는 공정 가스가 채워지고, 식각 공정을 수행한다. 상기 공정가스는 SF6 및 CF4 중 어느 하나에 O2 가스를 첨가한 것으로서, 본 발명에서는 상기 메시 구조물(140)에 의해 종래의 태양전지 텍스쳐링 공정에 필요한 Cl 가스가 반드시 첨가될 필요가 없다. 또한, 상기 공정가스는 전술한 혼합 가스에 Ar 또는 Cl 가스를 더 추가할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 상기 공정 챔버(100) 내부의 일측에 배치되며, 바람직하게는 상기 공정 챔버(100)의 상부에 배치된다. 상기 제2 전극(120)은 상기 제1 전극(110)이 배치된 일측과 대향되는 상기 공정 챔버(100) 내부의 타측에 배치되는데, 바람직하게는 상기 공정 챔버(100)의 하부에 배치된다. 상기 척(130)은 기판을 안착시키기 위해 상기 제2 전극 정면에 설치된다.
이하, 메시 구조물(140)에 대하여 구체적으로 설명한다. 상기 메시 구조물(140)은 상기 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 배치되되, 상기 제2 전극(120)으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치된다. 상기 메시 구조물(140)을 상기 공정 챔버(100) 내에 고정시키기 위해, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 제2 전극의 가장자리에 배치되는 가이드 지그(150) 및 상기 가이드 지그(150)의 정면에 배치되고, 사전에 설정된 길이로 형성되어 상기 메시 구조물을 제2 전극(120)으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되도록 고정시키는 지지부재(160)을 더 구비할 수 있다. 상기 가이드 지그(150)는 퀄츠 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 도 6의 플라즈마 식각 장치의 메시 구조물을 예시적으로 나타낸 사진이다. 도 7을 참조하면, 상기 메시 구조물(140)은 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 제1 전극 및 제2 전극을 통해 형성된 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척(130)으로 입사되도록 한다. 상기 메시 구조물(140)의 다수 개의 홀은 상기 플라즈마가 통과하면서 회절 및 산란시킬 수 있을 정도로 충분히 작은 크기면 어떤 형태를 지니든 상관없다. 도 8에서는 원형의 미세한 홀이 형성된 메시 구조물(140)을 예시적으로 나타내었으며, 다각형 모양으로도 형성이 가능하다. 또한, 상기 메시 구조물은(140)은 금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 플라즈마 형성 영역과 식각영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 상기 플라즈마 형성 영역과 식각 영역을 구분하는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary)를 기준으로 제1 전극(110)과 쉬쓰 바운더리 사이에 플라즈마가 형성되고, 제2 전극(120)과 쉬쓰 바운더리 사이에 척이 배치되어 있어 식각영역이 형성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary, 'a')와 제2 전극 사이에 메시 구조물을 배치하고, 상기 쉬쓰 바운더리로부터 제2 전극으로 이동하는 플라즈마의 이온을 메시 구조물(140)의 다수 개의 미세한 홀에 통과하도록 함으로써, 회절되고 산란되어 상기 척에 안착된 기판에 입사하게 한다. 이렇게 회절 및 산란되는 플라즈마는 도 6에서와 같은 궤적으로 실리콘으로 형성된 기판에 입사되므로, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 기판 표면에 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 방법 및 종래의 방법들에 의하여 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판에 대한 SEM 사진들이며, 도 9는 도 8의 각 태양 전지 기판에 대한 반사율을 도시한 그래프들이다.
도 10은 종래의 방법들과 본 발명에 따른 방법에 의하여 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판들에 대한 특성들을 도시한 도표이다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 방법 및 종래의 방법들에 의하여 형성된 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지 기판들에 대한 표면 반사율, fill factor 등을 서로 비교하여 본 발명에 따른 방법의 성능을 설명한다.
도 8 내지 도 10에 있어서, 본 발명과 대비하여, 종래 방법 1은 기판 표면을 습식 식각하여 표면 손상 제거 및 돌출부만을 형성한 단계를 구비하며, 종래 방법 2는 기판 표면을 습식 식각하여 표면 손상 제거 및 돌출부를 형성한 단계 및 기판을 40분간 RIE 식각하여 돌출부의 표면에 미세 돌출부를 형성한 단계를 구비하며, 종래 방법 3은 기판 표면을 습식 식각하여 표면 손상 제거 및 돌출부를 형성한 단계, 기판을 40분간 RIE 식각하여 돌출부의 표면에 미세 돌출부를 형성한 단계 및 기판 표면을 10분간 TMAH 용액에 습식 식각하여 표면 손상을 제거한 단계를 구비하며, 종래 방법 4는 기판 표면을 습식 식각하여 표면 손상 제거 및 돌출부를 형성한 단계, 및 기판 표면을 10분간 TMAH 용액에 습식 식각하여 표면 손상을 제거한 단계를 구비하여, 형성된 표면 조직화 구조들에 대한 SEM 사진, 표면 반사율, 및 특성을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 각 방법에 따른 표면 조직화 구조들에 대한 표면 반사율을 살펴 보면, 기판 표면에 절단 손상 제거 공정만을 진행한 종래 방법 1의 경우에 가장 높은 표면 반사율을 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 표면 조직화 구조에서는 표면 반사율이 낮음을 쉽게 알 수 있다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면 조직화 구조 형성 방법은 텍스쳐링을 위한 습식 식각하는 제1 식각 공정(단계 400), 습식 식각하는 제2 식각 공정(단계 410), 리모트 플라즈마를 이용하여 건식 식각하는 제3 식각 공정(단계 420) 및 습식 식각하는 제4 식각 공정으로 이루어진다. 종래 방법 2는 제1 식각 공정에 제3 식각 공정을 추가한 것으로서, 태양전지출력을 조정하는 개방전압(Voc) 및 FF(Fill Factor) 등이 감소되어 반사율은 최저이나 효율이 감소된다. 본 발명은 종래 방법 2에서 제3 식각 공정에 의해 개방전압(Voc) 및 FF(Fill Factor) 등이 감소되는 것을 개선시키기 위하여, 제3 식각 공정의 전후에 제2 식각 공정과 제4 식각 공정을 추가한 것이다. 본 발명에 의하여, 반사율은 종래 방법 2의 경우보다 높지만 전체적으로 제1 식각 공정보다 낮은 반사율을 가지면서 개방전압(Voc) 및 FF(Fill Factor) 감소문제를 해결할 수 있게 된다.
도 9에 있어서, AM(Air Mass)은 태양광이 자유공간에서 태양복사 에너지를 가지고 있는 환경을 나타내며, 예를 들면 AM0는 우주 공간(태양복사강도 1353W/m2), AM1은 태양이 지표면 천정에 있을 때의 태양광(태양복사강도 925W/m2), AM1.5는 수평선에서 45도 위치에 태양이 있을 때 태양광(태양복사강도 844W/m2)을 각각 나타낸다. 여기서, 도 9는 태양전지 및 태양전지 모듈 제작 시 AM1.5G=1000W/m2를 기준으로 통일하였다.
도 10은 각 방법에 따른 표면 조직화 구조를 갖는 태양 전지에 대한 특성을 비교한 도표로서, 전류 밀도, 개방 전압, 곡선인자(Fill Factor), 및 변환 효율을 각각 수치로 나타내고 있다.
도 10을 참조하면, 먼저 전류 밀도는 종래 방법 1에 따른 태양전지는 39.18 ㎃/m2, 종래 방법 2에 따른 태양전지는 42.397 ㎃/m2, 종래 방법 3에 따른 태양전지는 41.697 ㎃/m2, 종래 방법 4에 따른 태양전지는 39.817 ㎃/m2, 본 발명에 따른 태양전지는 41.19 ㎃/m2 이였다.
각각의 태양전지의 개방전압은 종래 방법 1에 따른 태양전지는 0.601 ㎃/m2, 종래 방법 2에 따른 태양전지는 0.613 V, 종래 방법 3에 따른 태양전지는 0.605 V, 종래 방법 4에 따른 태양전지는 0.604 V, 본 발명에 따른 태양전지는 0.614 V 이였다.
각 태양전지에 대한 곡선인자는 종래 방법 1에 따른 태양전지는 70.597 %, 종래 방법 2에 따른 태양전지는 65.013 %, 종래 방법 3에 따른 태양전지는 69.17 %, 종래 방법 4에 따른 태양전지는 69.49 %, 본 발명에 따른 태양전지는 70.727 % 이였다. Wet SDR 공정 후 TMAH 공정은 곡선인자가 감소하였고, RIE 공정 후 TMAH 공정은 곡선인자가 증가하였다.
각 태양전지에 대한 변환효율은 종래 방법 1에 따른 태양전지는 16.63 %, 종래 방법 2에 따른 태양전지는 16.89 %, 종래 방법 3에 따른 태양전지는 17.447 %, 종래 방법 4에 따른 태양전지는 16.71 %, 본 발명에 따른 태양전지는 17.88 % 이였다.
본 발명에서 SDR 공정된 피라미드 구조의 표면을 습식 식각 공정을 이용하여 모서리를 제거하여 곡선인자(fill factor)를 증가시키고, RIE 공정으로 표면 반사율을 낮추어 단락전류밀도를 증가시켜 효율을 증가 킬 수 있었다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 방법은 고효율 태양 전지 제조 방법에 널리 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 결정질 실리콘으로 이루어진 태양 전지 기판에 있어서,
    태양 전지 기판의 일측 표면에 형성된 돌출부들; 및
    상기 돌출부들의 표면에 형성된 미세 돌출부들;
    을 구비하고, 상기 돌출부들 및 미세 돌출부들은 모서리가 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부들 및 미세 돌출부들은 피라미드 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판.
  3. 결정질 실리콘으로 이루어진 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법에 있어서,
    (a) 기판의 표면에 대한 절단 손상을 제거(Saw damage remove)하는 단계
    (b) 기판을 1차 텍스처링하여 기판의 표면에 돌출부들을 형성하는 단계;
    (c) 상기 기판의 표면을 식각하여 상기 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 단계;
    (d) 상기 기판을 2차 텍스처링하여 상기 모서리가 둥근 돌출부들의 표면에 미세 돌출부들을 형성하는 단계;
    를 구비하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, (e) 상기 (d) 단계이후에 기판을 식각하여 상기 미세 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 돌출부들과 미세 돌출부들은 피라미드 구조인 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 (d) 단계는 리모트 플라즈마를 이용한 플라즈마 식각 공정을 통해 미세 돌출부들을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 (c) 단계는 습식 식각 공정을 통해 돌출부의 모서리를 라운딩 처리하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 (e) 단계는 습식 식각 공정을 통해 미세 돌출부들의 모서리를 라운딩 처리하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 (a) 단계와 (b) 단계는 단일의 습식 식각 공정을 통해 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 태양 전기 기판의 표면 조직화 구조 형성 방법에 의하여 표면에 미세 돌출부들이 형성된 돌출부들로 이루어진 표면 조직화 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 미세 돌출부 및 돌출부는 모서리가 둥근 피라미드 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 기판.


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