KR101383426B1 - 양면수광형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 전면과 후면에 각각 APCVD를 통해 BSG막, PSG막을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면에 BSG막, 상기 기판 후면에 PSG막을 각각 적층하는 단계와, 상기 기판을 열처리하여, BSG막 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 PSG막 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 후면전계층(n+)을 형성하는 단계와, 상기 BSG막과 PSG막 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 패시베이션층 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면 상에 p형 에미터와 연결되는 전면전극을 형성함과 함께 상기 기판 후면 상에 후면전계층(n+)과 연결되는 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양면수광형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 전면과 후면에 각각 APCVD를 통해 BSG막, PSG막을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 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.
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 후면전계층(n+)(103)과 후면전극(106)이 구비되며, 기판(101) 전면과 후면에는 각각 반사방지막(104)이 구비된다.
종래의 양면수광형 태양전지는 p형 에미터 형성을 위한 확산공정과 후면전계층(n+) 형성을 위한 확산공정을 각각 실시하고, 확산부산물인 PSG막과 BSG막의 제거 공정이 추가적으로 요구된다. 이에 따라, 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기판 전면과 후면에 각각 APCVD를 통해 BSG막, PSG막을 적층하고 이를 도핑소스로 이용하여 p형 에미터와 후면전계층을 형성하는 방법을 택함으로써 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 양면수광형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 도핑소스를 선택적으로 레이저 조사하여 선택적 에미터를 형성함과 함께 레이저 아이솔레이션 공정이 생략되는 구성을 제시함을 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면에 BSG막, 상기 기판 후면에 PSG막을 각각 적층하는 단계와, 상기 기판을 열처리하여, BSG막 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 PSG막 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 후면전계층(n+)을 형성하는 단계와, 상기 BSG막과 PSG막 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 패시베이션층 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면 상에 p형 에미터와 연결되는 전면전극을 형성함과 함께 상기 기판 후면 상에 후면전계층(n+)과 연결되는 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 n형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면에 BSG막, 상기 기판 후면에 PSG막을 각각 적층하는 단계와, 상기 기판을 산소 분위기 하에서 열처리하여, BSG막 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 PSG막 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 후면전계층(n+)을 형성하며, 상기 BSG막과 PSG막 상에 실리콘 산화막 재질의 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 패시베이션층 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면 상에 p형 에미터와 연결되는 전면전극을 형성함과 함께 상기 기판 후면 상에 후면전계층(n+)과 연결되는 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 BSG막과 PSG막 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 기판을 산화 분위기에서 열처리하여 상기 BSG막과 PSG막 상에 실리콘 산화막 재질의 패시베이션층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 BSG막과 PSG막은 APCVD를 이용하여 적층할 수 있다.
상기 반사방지막이 형성된 상태에서, 상기 BSG막을 레이저로 조사하여 p형 불순물 이온을 확산시켜 고농도 에미터를 형성하고, 상기 고농도 에미터 상에 전면전극을 형성한다. 상기 전면전극은 전기도금법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 p형 에미터 및 후면전계층(n+)이 형성된 상태에서, 상기 BSG막과 PSG막을 제거한 후 상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 패시베이션층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
APCVD를 통해 기판 전면과 후면에 각각 BSG막, PSG막을 형성하고 이를 확산공정시 도핑소스로 이용함에 따라, 한 번의 확산공정을 통해 p형 에미터와 후면전계층(n+)을 동시에 형성할 수 있어 공정 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 확산공정과 동시에 또는 추가공정을 통해, 산화 분위기 하에서 실리콘 산화막을 형성하고 이를 패시베이션층으로 이용할 수 있어 패시베이션 공정을 선택적으로 생략할 수도 있다. 이와 함께, 기판 전면에는 p형 에미터, 기판 후면에는 후면전계층(n+)이 독립적으로 형성됨에 따라, 추가적인 아이솔레이션 공정이 요구되지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 양면수광형 태양전지의 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 n형 실리콘 기판(201)을 준비한다. 그런 다음, 텍스쳐링 공정을 통해 기판(201) 표면을 요철(202) 형상으로 가공하여 빛 반사를 최소화시킨다.
이어, 상기 기판(201) 전면에 BSG(boro-silicate glass)막(203)을 적층하고, 기판(201) 후면에는 PSG(phosphor-silicate glass)막(204)을 적층한다(도 2b 참조). 상기 BSG막(203)과 PSG막(204)은 각각 후술하는 p형 에미터(205)와 후면전계층(n+)(206)의 도핑소스의 역할을 한다. 한편, BSG막과 PSG막의 적층 순서는 달리 할 수 있다.
상기 BSG막(203)과 PSG막(204)은 APCVD(atmosphere pressure chemical vapor deposition)를 통해 적층하는 것이 바람직하다. BSG막(203)의 경우 전구체(precursor)로서 SiH4, B2H6, O2가 이용될 수 있고 PSG막(204)의 경우 전구체로서 SiH4, PH3, O2가 이용될 수 있다. 각각의 전구체에 산화가스 및 H2가 추가될 수도 있다. 소정의 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에 상기 전구체들을 챔버 내에 공급하면 기판(201) 전면과 후면 각각에 BSG막(203), PSG막(204)이 형성된다.
상기 기판(201) 전면과 후면에 각각 BSG막(203)과 PSG막(204)이 적층된 상태에서, 확산공정을 실시하여 p형 에미터(205)와 후면전계층(n+)(206)을 형성한다(도 2c 참조). 구체적으로, 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에서 상기 기판(201)을 가열하면 BSG막(203) 내의 p형 불순물 이온(B)이 기판(201) 내부로 확산되어 p형 에미터(205)가 형성되고, PSG막(204) 내의 n형 불순물 이온(P) 역시 기판(201) 내부로 확산되어 후면전계층(n+)(206)이 형성된다. 이와 같이, 기판(201) 전면에는 p형 에미터(205), 기판(201) 후면에는 후면전계층(n+)(206)이 독립적으로 형성됨으로 인해 추가적인 아이솔레이션 공정이 요구되지 않게 된다.
이와 같은 상태에서, 상기 기판(201) 전면과 후면 상에 각각 패시베이션층(207)을 형성한다(도 2d 참조). 상기 패시베이션층(207)은 실리콘 산화막 재질로 이루어질 수 있으며, 산화 분위기 하에서 상기 기판(201)을 가열하여 실리콘 산화막이 형성되는 방식으로 진행할 수 있다. 상기 패시베이션층(207)은 상기 BSG막(203)과 PSG막(204) 상에 형성되고, BSG막(203)과 PSG막(204)의 상층부가 패시베이션층 형성시 원료공급의 역할을 함에 따라 BSG막(203)과 PSG막(204)이 다결정화(crystallization)되는 것을 일정 부분 억제할 수 있다.
또한, 상기 패시베이션층(207)의 형성공정은 상기 BSG막(203)과 PSG막(204)의 확산공정과 동시에 진행할 수도 있다. 이 경우, 확산공정이 진행되는 챔버 내에 산소를 공급하면 되며, 확산공정으로 인해 p형 에미터(205)와 후면전계층(n+)(206)이 형성됨과 함께 BSG막(203)과 PSG막(204) 상에는 각각 실리콘 산화막 재질의 패시베이션층(207)이 형성된다.
한편, 상기 BSG막(203)과 PSG막(204) 상에 실리콘 산화막을 형성하여 이를 패시베이션층(207)으로 이용하는 방법 이외에 다른 방법을 채택할 수도 있다. 즉, 확산공정 후 잔존하는 BSG막(203)과 PSG막(204)을 제거한 다음, 기판(201) 전면 및 후면 상에 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 재질의 패시베이션층(207)을 별도로 적층할 수 있다.
다음으로, 상기 패시베이션층(207)이 형성된 상태에서 도 2f에 도시한 바와 같이 상기 기판(201) 전면 및 후면의 패시베이션층(207) 상에 각각 반사방지막(208)을 적층한다. 상기 반사방지막(208)은 실리콘 질화막을 이용하여 형성할 수 있다. 이어, 상기 기판(201) 전면 및 후면의 반사방지막(208) 상에 전면전극(211)과 후면전극(209)을 형성하면 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 태양전지의 제조방법은 완료된다.
한편, 상기 전면전극(211) 형성시, 레이저 도핑을 이용한 고농도 에미터(210) 형성 및 전기도금을 이용한 전면전극(211) 형성 공정을 적용할 수도 있다. 이 경우, 확산공정 후에 BSG막(203) 및 PSG막(204)이 그대로 유지됨이 전제된다. 구체적으로, 도 2e를 참조하면 상기 기판(201) 후면의 반사방지막(208) 상에 후면전극(209)을 형성한 상태에서, 상기 BSG막(203)에 대해 레이저를 조사하면 상기 BSG막(203) 내의 p형 불순물 이온(예를 들어, 붕소 이온)이 활성화되어 p형 에미터(205) 내부에서 확산되며 궁극적으로 고농도 에미터(210)가 형성된다. 이와 같은 상태에서, BSG막(203)을 제거하여 고농도 에미터(210)를 노출시킨 다음 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 고농도 에미터(210)에 전기도금법을 이용하여 전면전극(211)을 형성하면 고농도 에미터(210) 및 전면전극(211) 형성이 완료된다. 이 때, 상기 전면전극(211)은 무전해 도금방법(electroless-plating) 또는 전해 도금방법(electro-plating)을 이용할 수 있다.
201 : n형 결정질 실리콘 기판 202 : 요철
203 : BSG막 204 : PSG막
205 : p형 에미터 206 : 후면전계층(n+)
207 : 패시베이션층 208 : 반사방지막
209 : 후면전극 210 : 고농도 에미터
211 : 전면전극
203 : BSG막 204 : PSG막
205 : p형 에미터 206 : 후면전계층(n+)
207 : 패시베이션층 208 : 반사방지막
209 : 후면전극 210 : 고농도 에미터
211 : 전면전극
Claims (7)
- n형 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 전면에 BSG막, 상기 기판 후면에 PSG막을 각각 적층하는 단계;
상기 기판을 열처리하여, BSG막 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 PSG막 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 후면전계층(n+)을 형성하는 단계;
상기 BSG막과 PSG막 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 패시베이션층 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 기판 전면 상에 p형 에미터와 연결되는 전면전극을 형성함과 함께 상기 기판 후면 상에 후면전계층(n+)과 연결되는 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 BSG막과 PSG막은 APCVD를 이용하여 적층하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- n형 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 전면에 BSG막, 상기 기판 후면에 PSG막을 각각 적층하는 단계;
상기 기판을 산소 분위기 하에서 열처리하여, BSG막 내의 p형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 p형 에미터를 형성함과 함께 상기 PSG막 내의 n형 불순물을 기판 내부로 확산시켜 후면전계층(n+)을 형성하며, 상기 BSG막과 PSG막 상에 실리콘 산화막 재질의 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 패시베이션층 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 기판 전면 상에 p형 에미터와 연결되는 전면전극을 형성함과 함께 상기 기판 후면 상에 후면전계층(n+)과 연결되는 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 BSG막과 PSG막은 APCVD를 이용하여 적층하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 BSG막과 PSG막 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 단계는,
상기 기판을 산화 분위기에서 열처리하여 상기 BSG막과 PSG막 상에 실리콘 산화막 재질의 패시베이션층을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 반사방지막이 형성된 상태에서, 상기 BSG막을 레이저로 조사하여 p형 불순물 이온을 확산시켜 고농도 에미터를 형성하고, 상기 고농도 에미터 상에 전면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 전면전극은 전기도금법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 p형 에미터 및 후면전계층(n+)이 형성된 상태에서, 상기 BSG막과 PSG막을 제거한 후 상기 기판의 전면 및 후면 상에 각각 패시베이션층을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면수광형 태양전지의 제조방법.
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