KR101383395B1 - 후면전극형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한번의 습식식각공정을 통해 선택적 에미터층 및 아이솔레이션을 동시에 형성시켜 단파장 광응답특성을 개선함과 함께 태양전지의 변환효율을 향상시킬 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 확산 공정을 실시하여 기판 전체면에 에미터층을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 및 후면 상에 기판 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크에 노출된 영역의 기판 일부 두께를 식각하여 해당 영역의 에미터층을 제거하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
후면전극, 아이솔레이션, 레이저, 습식식각
Description
본 발명은 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한번의 습식식각공정을 통해 선택적 에미터층 및 아이솔레이션을 동시에 형성시켜 단파장 광응답특성을 개선함과 함께 태양전지의 변환효율을 향상시킬 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지에 태양광이 입사되면 전자-정공(쌍)이 생성되고, 생성된 전자와 정공은 확산하다가 p-n 접합부에 형성되는 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는데, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다. 이와 같이 수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다. 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 후면전극형 태양전지는 유형에 따라 IBC(interdigitated back contact), 포인트 콘택형, EWT(emitter wrap through), MWT(metal wrap through) 등으로 구분된다. 이 중 MWT형 태양전지는 전면의 그리드 핑거(grid finger)와 버스바(bus bar) 중 그리드 핑거는 전면에 그대로 두고 버스바를 후면에 옮긴 구조이며, 전면의 그리드 핑거와 후면의 버스바는 기판을 관통하는 비아홀(via hole)에 의해 연결된다.
MWT형 태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 기판(101) 전체면에 에미터층(102)이 구비되며, 상기 기판(101) 전면 상에는 반사방지막(103) 및 전면 그리드 전극(104)이 구비된다. 또한, 기판(101)의 후면에는 n 전극(105)과 p 전극(106)이 구비되며, 기판(101)을 관통하는 비아홀(108)을 매개로 상기 n 전극(105)과 전면 그리드 전극(104)이 전기적으로 연결된다.
이와 함께, 기판(101) 전면의 에미터층(102)과 기판(101) 후면의 p+ 영역의 전기적 단락(short) 그리고 n 전극(105)과 p 전극(106)의 단락을 방지하기 위해 기판(101)의 전면과 후면에는 각각 아이솔레이션(isolation)용 트렌치(107)가 구비된다. 이와 같은 아이솔레이션용 트렌치(107)는 통상, 레이저 조사 등을 통해 형성된 다.
상술한 바와 같은 종래의 MWT형 태양전지는 아이솔레이션용 트렌치(107)가 기판(101)의 전면 및 후면에 각각 구비됨에 따라, 2번의 레이저 공정이 반드시 요구되며 아이솔레이션용 트렌치(107)가 기판(101) 전면에도 구비됨으로 인해 수광면적이 제한되는 단점이 있다.
또한, 에미터층(102)은 도핑농도가 균일하게 형성하는데, 그리드 전극(104)과의 접촉저항을 최소화하기 위해서는 고농도로 도핑해야한다. 그러나, 수광부에 고농도로 도핑된 에미터층은 재결합손실을 증가시켜 단파장 광응답특성이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 한번의 습식식각공정을 통해 선택적 에미터층 및 아이솔레이션을 동시에 형성시켜 단파장 광응답특성을 개선함과 함께 태양전지의 변환효율을 향상시킬 수 있는 후면전극형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 확산 공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 고농도 에미터층을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 및 후면 상에 기판 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크에 노출된 영역의 기판 일부 두께를 식각하여 해당 영역의 고농도 에미터층을 제거하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 전면의 식각 마스크는 그리드 전극이 형성될 부위에 구비되고, 상기 기판 후면의 식각 마스크는 n 전극이 형성될 부위에 구비된다. 또한, 상기 식각 마스크에 노출된 영역의 기판 일부 두께를 식각하여 해당 영역의 에미터층을 제거하는 단계에서, 상기 기판의 일부 두께가 식각됨과 함께 확산 부산물층이 함께 식 각, 제거되며, 상기 기판 전면에서 상기 식각 마스크에 의해 노출되지 않은 영역은 고농도 에미터층을 유지하고, 노출되어 기판의 일부 두께가 식각된 영역은 저농도 에미터층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 확산 공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 고농도 에미터층을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면의 그리드 전극이 형성될 부위 및 상기 기판 후면의 n 전극이 형성될 부위 이외의 기판을 일정 두께 식각하여 고농도 에미터층을 제거하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.
이 때, 상기 기판 전면의 그리드 전극이 형성될 부위 및 상기 기판 후면의 n 전극이 형성될 부위 이외의 기판을 일정 두께 식각하여 에미터층을 제거하는 단계에서, 식각 페이스트를 잉크젯 방식 또는 스크린 인쇄방식을 통해 기판 상에 도포하여 기판의 일정 두께를 식각하며, 상기 기판 전면에서 식각되지 않은 영역은 고농도 에미터층을 유지하고, 일정 두께가 식각된 영역은 저농도 에미터층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
에미터층이 형성된 특정 영역의 기판 일부 두께를 1번의 식각 공정을 통해 제거함으로써 기판 전면과 후면 사이의 아이솔레이션을 용이하게 구현할 수 있으며, 기판 전면에 레이저 조사에 의한 아이솔레이션 트렌치가 구비되지 않음에 따라 수광면적을 극대화시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고, 기판(301)을 수직 관통하는 비아홀(302)을 일정 간격을 두고 형성한다(S201). 그런 다음, 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 표면에 요철(303)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 방법 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형이고, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이 확산공정을 실 시하여 에미터층(304)(n+)을 형성한다(S203). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 기판(301) 내부로 확산(diffusion)되도록 한다. 이에 따라, 기판(301)의 둘레를 따라 일정 깊이로 에미터층(304)이 형성되고, 상기 비아홀(302) 주변의 기판(301) 내부에도 마찬가지로 에미터층(304)이 형성된다.
한편, 상기 n형 불순물 이온의 확산 공정은 상술한 바와 같은 기상의 가스를 이용하는 방법 이외에, n형 불순물 이온이 포함된 용액 예를 들어, 인산(H3PO4) 용액 내에 상기 실리콘 기판(301)을 침적시키고 후속의 열처리를 통해 인(P) 이온이 기판(301) 내부에 확산되도록 하여 에미터층(304)을 형성하는 방법을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 제 2 도전형 불순물 이온이 p형일 경우, 상기 에미터층(304)을 형성하는 불순물 이온은 붕소(B)일 수 있다.
상기 확산공정으로 인해, 기판(301) 전체면에 일정 깊이로 에미터층(304)이 형성됨과 함께 기판(301) 표면에는 PSG(phosphor-silicate glass)막(도시하지 않음)이 형성된다. 상기 PSG막은 인(P) 이온과 실리콘 기판(301)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 확산 부산물층이다. 이 때, 제 2 도전형 불순물 이온으로 p형인 붕소(B)가 사용되는 경우에는 상기 PSG막 대신, 붕소(B)와 실리콘(Si) 등이 반응하여 생성된 BSG(boro-silicate glass)막이 확산 부산물층으로서 형성될 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)의 전면 및 후면 상에 각각 식각 마스크(305)를 형성한다(S204). 상기 식각 마스크(305)에 의해 기판(301)의 전면 및 후면의 특정 부위만이 선택적으로 노출되는데, 기판(301) 전면의 식각 마스크(305)는 그리드 라인(307)(grid line)이 형성될 부위의 확산 부산물층 상에 구비되고 기판(301) 후면의 식각 마스크(305)는 n 전극(308)이 형성될 부위의 확산 부산물층 상에 구비되며, 그 이외의 확산 부산물층은 노출된다.
상기 식각 마스크(305)가 구비된 상태에서, 도 3d에 도시한 바와 같이 습식식각 공정을 실시하여 상기 식각 마스크(305)에 의해 선택적으로 노출된 확산 부산물층 및 그 하부에 구비된 기판(301)의 일부 두께를 식각하여 제거한다(S205). 기판(301) 전면의 경우, 에미터층(304)을 모두 제거하거나 일부 두께만 제거할 수 있으며 이를 통해 식각 마스크(305)에 의해 보호된 부분은 고농도 에미터층(304a)이 형성되고 에미터층의 일부 두께가 식각된 부분은 저농도 에미터층(304b)으로 변환하게 된다.
한편, 노출된 영역의 확산 부산물층뿐만 아니라 그 하부의 에미터층(304)이 함께 제거되며, 또한 상기 기판 측면의 에미터층(304)이 제거됨으로 인해 기판(301) 전면과 후면 사이의 아이솔레이션(isolation) 효과가 부수적으로 얻어진다. 여기서, 상기 습식식각 공정은 기판(301) 전체를 식각용액에 침지시켜 진행하거나 기판(301)의 일면과 다른 일면을 순차적으로 식각용액에 침지시켜 진행할 수도 있다.
상술한 바와 같은 식각 마스크(305)의 형성, 식각용액에 침지하는 과정의 식각 방법 이외에, 상기 식각 마스크(305)를 형성하지 않은 상태에서 특정 영역의 확 산 부산물층 및 기판(301) 일부 두께를 제거할 수 있다. 구체적으로, 특정 영역에 식각 페이스트를 잉크젯 방식 또는 스크린 인쇄방식을 통해 도포하여 해당 영역의 확산 부산물층 및 기판(301) 일부 두께를 제거할 수 있다. 여기서, 상기 특정 영역이라 함은 기판(301) 전면의 경우 그리드 라인(307)이 형성되지 않는 부위를 일컬으며, 기판(301) 후면의 경우 n 전극(308)이 형성되지 않는 부위를 일컫는다.
확산 부산물층 및 기판(301) 일부 두께의 제거 공정이 완료된 후, 식각 마스크(305) 및 잔존하는 확산 부산물층을 제거한다. 그런 다음, 도 3e에 도시한 바와 같이 상기 기판(301) 전면 상에 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법 등을 통해 반사방지막(306)을 형성한다(S206). 상기 반사방지막(306)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다.
이와 같은 상태에서, n 전극(308)이 형성될 부위에 은 페이스트(Ag paste)를 스크린 인쇄방식 등을 통해 도포한다. 이 때, 스크린 인쇄는 기판(301)의 후면 방향에서 진행되며 이로 인해 상기 비아홀(302) 내에도 은 페이스트가 채워진다. 이어, 기판(301) 후면의 p 전극(309)이 형성될 부위에 알루미늄 페이스트(Al paste)를 도포하고, 최종적으로 그리드 라인(307)이 형성될 부위의 반사방지막(306) 상에 은 페이스트를 도포한다.
그런 다음, 소성(firing) 공정을 진행하여 도 3f에 도시한 바와 같이 그리드 라인(307), n 전극(308) 및 p 전극(309)을 형성하면 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 완료된다(S207). 상기 소성 공정을 통해, 기 판(301) 전면에 그리드 라인(307)이 형성됨과 함께 기판(301) 후면에 n 전극(308)과 p 전극(309)이 형성된다. 또한, 상기 소정 공정으로 인해 p 전극(309)을 이루는 알루미늄(Al) 일부가 기판(301) 내부로 침투하여 후면전계층(back surface field)(p+)이 형성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 MWT형 태양전지의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
301 : 기판 302 : 비아홀
303 : 요철 304 : 에미터층
305 : 식각 마스크 306 : 반사방지막
307 : 그리드 라인 308 : n 전극
309 : p 전극
Claims (5)
- 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계;확산 공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 고농도 에미터층을 형성하는 단계;상기 기판 전면 및 후면 상에 기판 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계;상기 식각 마스크에 노출된 영역의 기판 일부 두께를 식각하여 해당 영역의 고농도 에미터층을 제거하는 단계;상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및상기 기판 전면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,상기 기판 전면의 식각 마스크는 그리드 전극이 형성될 부위에 구비되고, 상기 기판 후면의 식각 마스크는 n 전극이 형성될 부위에 구비되는 것을 특징으로 하는 후면전극형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각 마스크에 노출된 영역의 기판 일부 두께를 식 각하여 해당 영역의 고농도 에미터층을 제거하는 단계에서,상기 기판의 일부 두께가 식각됨과 함께 확산 부산물층이 함께 식각, 제거되며, 상기 기판 전면에서 상기 식각 마스크에 의해 노출되지 않은 영역은 고농도 에미터층을 유지하고, 노출되어 기판의 일부 두께가 식각된 영역은 저농도 에미터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 후면전극형 태양전지의 제조방법.
- 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계;확산 공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 고농도 에미터층을 형성하는 단계;상기 기판 전면의 그리드 전극이 형성될 부위 및 상기 기판 후면의 n 전극이 형성될 부위 이외의 기판을 일정 두께 식각하여 고농도 에미터층을 제거하는 단계;상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및상기 기판 전면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,상기 기판 전면의 그리드 전극이 형성될 부위 및 상기 기판 후면의 n 전극이 형성될 부위 이외의 기판을 일정 두께 식각하여 고농도 에미터층을 제거하는 단계에서,식각 페이스트를 잉크젯 방식 또는 스크린 인쇄방식을 통해 기판 상에 도포하여 기판의 일정 두께를 식각하며, 상기 기판 전면에서 식각되지 않은 영역은 고농도 에미터층을 유지하고, 일정 두께가 식각된 영역은 저농도 에미터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 후면전극형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
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