KR101410392B1 - 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제1 계면층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제2 계면층 중 적어도 하나의 계면층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 이종 접합 태양전지는 제1 반도체층과 제1 전극 사이 및/또는 제2 반도체층과 제2 전극 사이에 계면층을 형성함으로써, 전극을 구성하는 전극 물질이 상기 반도체층으로 침투하는 것이 방지되고, 그와 더불어 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 전극으로 원활히 이동시킬 수 있어 태양전지의 효율이 증진된다.
태양전지, 이종 접합

Description

이종 접합 태양전지 및 그 제조방법{Hetero juction type Solar Cell and method of manufacturing the same}
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이종 접합 태양전지(Hetero juction type Solar Cell)에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하 여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이에, 상기 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 이종 접합 태양전지가 제안된 바 있다. 이하 도면을 참조로 종래의 이종 접합 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 이종 접합 태양전지는, 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 제1 전극(30), 제2 반도체층(40), 및 제2 전극(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 박막 형태로 형성되고, 상기 제2 반도체층(40)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 박막 형태로 형성되며, 이와 같은 상기 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 및 제2 반도체층(40)의 조합에 의해 PN접합구조가 이루어지게 된다.
상기 제1 전극(30)은 상기 제1 반도체층(20) 상에 형성되고, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 반도체층(40) 상에 형성되어, 각각 태양전지의 (+)극과 (-)극을 이루게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 이종 접합 태양전지는 다음과 같은 문제가 있다.
종래의 이종 접합 태양전지는, 상기 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)을 형성하는 과정에서 전극을 구성하는 금속물질이 상기 제1 반도체층(20) 또는 제2 반도체층(40)으로 침투하여 태양전지의 효율을 저하시키는 단점이 있다.
또한, 종래의 이종 접합 태양전지는 상기 PN접합구조에서 생성된 캐리어가 상기 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)으로 원활히 이동하지 못하여 태양전지의 단락전류밀도가 저하되고, 그에 따라 태양전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 이종 접합 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 전극을 형성하는 과정에서 금속물질이 반도체층으로 침투하는 것을 방지함과 더불어 PN접합구조에서 생성된 캐리어가 전극으로 원활히 이동할 수 있도록 함으로써, 단락전류밀도를 증진시켜 효율이 향상된 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제1 계면층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제2 계면층 중 적어도 하나의 계면층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지를 제공한다.
상기 제1 계면층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제2 계면층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에는 상기 제1 계면층이 형성되지 않고 그 대신에 제1 투명도전층이 형성될 수 있다.
상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에는 상기 제2 계면층이 형성되지 않고 그 대신에 제2 투명도전층이 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 계면층 또는 제2 계면층은 ZnO:B 또는 ZnO:Al로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼는 상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층 중 어느 하나의 반도체층과 동일한 극성으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제1 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정; 상기 제1 계면층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제2 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정; 및 상기 제2 계면층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 이종 접합 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 계면층을 형성하는 공정 및 제1 전극을 형성하는 공정 사이에 제1 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2 계면층을 형성하는 공정 및 제2 전극을 형성하는 공정 사이에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정; 상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제2 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정; 및 상기 제2 계면층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 이종 접합 태양전지의 제조방법을 제공한다. 이 경우, 상기 제2 계면층을 형성하는 공정 및 제2 전극을 형성하는 공정 사이에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제1 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정; 상기 제1 계면층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정; 상기 제2 투명도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 이종 접합 태 양전지의 제조방법을 제공한다. 이 경우, 상기 제1 계면층을 형성하는 공정 및 제1 전극을 형성하는 공정 사이에 제1 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 저농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 고농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 이종 접합 태양전지는 제1 반도체층과 제1 전극 사이 및/또는 제2 반도체층과 제2 전극 사이에 계면층을 형성함으로써, 전극을 구성하는 전극 물질이 상기 반도체층으로 침투하는 것이 방지되고, 그와 더불어 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 전극으로 원활히 이동시킬 수 있어 태양전지의 효율이 증진된다.
특히, 본 발명에 따르면, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학적 기상 증착 방식(Chemical Vapor Deposition)으로 형성이 가능한 ZnO를 포함하는 투명도전물을 이용하여 계면층을 형성함으로써, 반도체층의 표면이 요철구조로 형성되어 있다 하더라도 계면층이 균일하게 형성될 수 있어 계면층 내 부에 보이드(Void)와 같은 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 배리어 역할과 캐리어 수집 및 이동 역할을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼의 표면에 저농도 도핑된 반도체층을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 반도체층을 형성함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면에 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 개방전압이 증가 되어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
[이종 접합 태양전지의 구조]
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지는, 반도체 웨이퍼(100), 제1 반도체층(200), 제1 계면층(300), 제1 전극(400), 제2 반도체층(500), 제2 계면층(600), 및 제2 전극(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 반도체 웨이퍼(100)는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수도 있다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 상기 제1 반도체층(200) 및 상기 제2 반도체 층(500) 중 어느 하나의 반도체층과 동일한 극성으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 함께 PN접합을 형성할 수 있으며, 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제1 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 계면층(300)은 상기 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에 형성된다.
상기 제1 계면층(300)은 상기 제1 전극(400)을 구성하는 전극 물질이 상기 제1 반도체층(200)으로 침투하는 것을 방지하는 배리어(barrier) 역할을 하며, 그와 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제1 전극(400)으로 이동시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제1 계면층(300)은 ZnO를 포함하는 투명도전물로 이루어지며, 그 예로서 ZnO:B 또는 ZnO:Al을 들 수 있다.
일반적으로, 투명도전물로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 많이 사용되는데, 본 발명의 경우 상기 제1 계면층(300)으로는 ITO 대신에 ZnO를 포함하는 투명도전물이 사용된다. 그 이유를 설명하면 하기와 같다.
ITO는 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 방식으로 형성되는데, 이와 같은 물리적 기상 증착 방식으로 상기 제1 계면층(300)을 형성하게 되면, 상기 제1 계면층(300)이 균일하지 못하고 그 내부에 보이드(void)와 같은 결함(defect)이 발생할 수 있다. 이와 같이 상기 제1 계면층(300)에 보이드와 같은 결함이 발생할 경우에는 제1 계면층(300)이 배리어 역할을 충분히 하지 못하고, 또한 상기 제1 전극(400)과의 접촉면적이 줄어들어 캐리어의 원활한 수집 및 이동이 이루어지지 않아 단락전류밀도가 떨어지게 된다. 특히, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면이 텍스쳐 공정에 의해 요철구조로 형성된 경우, 그 상부에 형성되는 제1 반도체층(200)의 표면 또한 요철구조로 형성되게 되는데, 이와 같이 요철구조로 형성된 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성하게 될 경우에, 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착 방식으로 ITO층을 형성하게 되면, ITO층 내부에 보이드와 같은 결함 발생이 매우 증가되게 된다.
따라서, 이와 같은 문제점을 방지하기 위해서, 본 발명은 ITO 대신에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학적 기상 증착 방식(Chemical Vapor Deposition)으로 형성이 가능한 물질을 이용하여 제1 계면층(300)을 형성한 것이고, 특히, 배리어 역할과 캐리어 수집 및 이동 역할을 극대화할 수 있는 최적의 물질로서 ZnO:B 또는 ZnO:Al와 같은 ZnO를 포함하는 투명도전물을 이용한 것이다. MOCVD와 같은 화학적 기상 증착 방식은 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착 방식에 비하여 형성되는 층이 균일하게 되기 때문에, 특히 요철구조로 형성된 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성한다 하더라도 제1 계면층(300) 내부에 보이드와 같은 결함 발생이 방지되는 효과가 있다.
이와 같은, 상기 제1 계면층(300)은 110 ~ 600 nm 두께로 형성되는 것이 바 람직한데, 상기 제1 계면층(300)이 110 nm 두께 미만으로 형성될 경우에는 배리어 역할 및 캐리어 수집/이동 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 상기 제1 계면층(300)이 600 nm 두께를 초과하여 형성될 경우에는 오히려 단락전류밀도가 저하되어 태양전지 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 제1 전극(400)은 상기 제1 계면층(300) 상에 형성되는데, 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 형성된 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 전극(400)은 태양전지의 맨 전면에 형성되기 때문에 상기 제1 전극(400)으로 불투명 금속을 이용할 경우에는 태양광이 태양전지 내부로 투과될 수 있도록 소정 간격으로 패턴 형성된다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제2 반도체층(500)은 상기 제1 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성하는데, 상기와 같이 제1 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 반도체층(500)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제2 반도체층(500)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 계면층(600)은 상기 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에 형성된다.
상기 제2 계면층(600)은 상기 제2 전극(700)을 구성하는 전극 물질이 상기 제2 반도체층(500)으로 침투하는 것을 방지하는 배리어(barrier) 역할을 하며, 그와 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제2 전극(700)으로 이동시키는 역할을 한다.
상기 제2 계면층(600)은 전술한 제1 계면층(300)과 동일한 이유로 ZnO:B 또는 ZnO:Al와 같은 ZnO를 포함하는 투명도전물로 이루어지며, 그 형성 두께는 110 ~ 600 nm가 바람직하다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제2 계면층(600) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(700)은 태양전지의 맨 후면에 형성되기 때문에 비록 불투명 금속으로 이루어진다 하더라도 소정 간격으로 패턴 형성할 필요는 없고, 따라서, 상기 제2 계면층(600)의 전면(全面)에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제1 전극(400)과 마찬가지로, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 다양한 실시예에서는, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
제2 실시예
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성된다.
상기 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성될 경우, 상기 제1 계면층(300)에서 수집한 캐리어가 상기 제1 전극(400)으로 보다 원활히 이동될 수 있고, 후술하는 바와 같이 제1 계면층(300)의 두께를 줄일 수 있어 저항감소를 통한 에너지변환효율이 증진될 수 있다.
상기 제1 투명도전층(350)은 SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성될 경우에는, 상기 제1 계면층(300)의 두께는 5nm ~ 50nm로 형성하고, 상기 제1 투명도전층(350)의 두께는 60nm ~ 180nm로 형성할 수 있다.
상기 제1 계면층(300)의 두께가 5nm 미만인 경우에는 배리어 역할 및 캐리어 수집/이동 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 50nm를 초과할 경우에는 저항감소효과를 극대화시키지 못할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(350)의 두께가 60nm 미만인 경우에는 캐리어 수집 및 이동 효과가 떨어질 수 있고 아울러 제1 계면층(300)의 두께 감소폭이 떨어질 수 있고, 180nm를 초과할 경우에는 저항이 증가될 수 있다.
제3 실시예
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도 로서, 이는 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성된다.
상기 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성될 경우, 상기 제2 계면층(600)에서 수집한 캐리어가 상기 제2 전극(700)으로 보다 원활히 이동될 수 있고, 후술하는 바와 같이 제2 계면층(600)의 두께를 줄일 수 있어 저항감소를 통한 에너지변환효율이 증진될 수 있다.
상기 제2 투명도전층(650)은 SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 상기 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성될 경우에는, 상기 제2 계면층(600)의 두께는 5nm ~ 50nm로 형성하고, 상기 제2 투명도전층(650)의 두께는 60nm ~ 180nm로 형성할 수 있다.
상기 제2 계면층(600)의 두께가 5nm 미만인 경우에는 배리어 역할 및 캐리어 수집/이동 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 50nm를 초과할 경우에는 저항감소효과를 극대화시키지 못할 수 있다.
상기 제2 투명도전층(650)의 두께가 60nm 미만인 경우에는 캐리어 수집 및 이동 효과가 떨어질 수 있고 아울러 제2 계면층(600)의 두께 감소폭이 떨어질 수 있고, 180nm를 초과할 경우에는 저항이 증가될 수 있다.
제4 실시예
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 투명도전층(350) 및 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성됨과 더불어 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성된다.
상기 제1 투명도전층(350) 및 제2 투명도전층(650) 각각은 전술한 제2 실시예 및 제3 실시예에서 설명한 바와 동일한 기능을 하고 동일한 물질로 이루어지며, 이하에서 설명하는 실시예 들에서도 마찬가지이다.
제5 실시예
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 계면층(300) 대신에 제1 투명도전층(350)이 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 형성된다.
즉, 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 비록 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에 제1 계면층(300)이 형성되지 않았지만, 그 대신에 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 형성되어 있고, 그와 더불어 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에는 제2 계면층(600)이 형성되어 있기 때문에, 종래에 비하여 금속물질이 반도체층으로 침투하는 문제 및 PN접합구조에서 생성된 캐리어가 전극으로 원활히 이동하지 못하는 문제는 완화될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 투명도전층(350)의 두께는 110 ~ 600 nm로 형성할 수 있다. 상기 제1 투명도전층(350)의 두께가 110nm 미만일 경우에는 배리어 역할 및 캐리어 수집/이동 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 상기 제1 투명도전층(350)의 두께가 600 nm를 초과하여 형성될 경우에는 오히려 단락전류밀도가 저하될 수 있다.
제6 실시예
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 계면층(300) 대신에 제1 투명도전층(350)이 형성됨과 더불어 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제6 실시예에 따르면, 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 형성되고, 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 형성되어 있다.
이 경우, 상기 제1 투명도전층(350)은 두께는 110 ~ 600nm로 형성하고, 상기 제2 계면층(600)은 5nm ~ 50nm로 형성하고, 상기 제2 투명도전층(650)의 두께는 60nm ~ 180nm로 형성할 수 있다.
제7 실시예
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제2 계면층(600) 대신에 제2 투명도전층(650)이 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제7 실시예에 따르면, 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 형성된다.
즉, 본 발명의 제7 실시예에 따르면, 비록 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에 제2 계면층(600)이 형성되지 않았지만, 그 대신에 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 형성되어 있고, 그와 더불어 제1 반도체층(200)과 제1 전극(400) 사이에는 제1 계면층(300)이 형성되어 있기 때문에, 종래에 비하여 금속물질이 반도체층으로 침투하는 문제 및 PN접합구조에서 생성된 캐리어가 전극으로 원활히 이동하지 못하는 문제는 완화될 수 있다.
이 경우, 상기 제2 투명도전층(650)의 두께는 110 ~ 600 nm로 형성할 수 있다. 상기 제2 투명도전층(650)의 두께가 110nm 미만일 경우에는 배리어 역할 및 캐리어 수집/이동 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 상기 제2 투명도전층(650)의 두께가 600 nm를 초과하여 형성될 경우에는 오히려 단락전류밀도가 저하될 수 있다.
제8 실시예
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제2 계면층(600) 대신에 제2 투명도전층(650)이 형성됨과 더불어 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 9에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제8 실시예에 따르면, 제2 반도체층(500)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 형성되고, 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 형성되어 있다.
이 경우, 상기 제2 투명도전층(650)은 두께는 110 ~ 600nm로 형성하고, 상기 제1 계면층(300)은 5nm ~ 50nm로 형성하고, 상기 제1 투명도전층(350)의 두께는 60nm ~ 180nm로 형성할 수 있다.
제9 실시예
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 반도체층(200) 및 제2 반도체층(500)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지와 동일하다.
도 10에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제9 실시예에 따르면, 상기 제1 반도체층(200)은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 및 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 상에 형성된 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)으로 이루어진다. 본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)은 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)에 비하여 상대적으로 3족 원소의 도핑농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 사이의 계면특성을 향상시키는 역할을 하는 것이 다. 이에 대해서 구체적으로 설명하면, 상기 반도체 웨이퍼(100)는 도핑가스에 의해서 그 표면에 결함(Defect)이 발생할 수 있는데, 본 발명의 제9 실시예와 같이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하게 되면, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 개방전압이 증가 되어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다. 따라서, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)의 도핑농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반도체 웨이퍼(100)와 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 사이에 I(intrinsic)형 반도체층을 형성할 경우도 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 도핑가스에 의한 결함이 발생하는 문제가 방지될 수 있지만, 이 경우는 I형 반도체층을 형성하는 공정이 추가됨으로 인해서 증착 장비가 추가되고 공정이 복잡해져서 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 즉, 본 발명의 제9 실시예에 따르면, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함 발생을 방지하면서도 별도의 장비나 공정이 추가되지 않는 장점이 있다.
또한, 상기 제2 반도체층(500)은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 형성된 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 및 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 상에 형성된 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)은 전술한 저농도 도핑된 P형 반도체 층(210)과 유사한 역할을 한다. 즉, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)은 도핑가스로 인해서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect) 발생을 방지하는 역할을 하는 것이며, 따라서, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)의 도핑농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 마찬가지로, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함 발생을 방지하면서도 별도의 장비나 공정이 추가되지 않는다.
한편, 상기 제1 반도체층(200)이 저농도 도핑된 N형 반도체층(210) 및 고농도 도핑된 N형 반도체층(230)으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층(500)이 저농도 도핑된 P형 반도체층(510) 및 고농도 도핑된 P형 반도체층(530)으로 이루어질 수도 있다.
또한, 전술한 제2 실시예 내지 제8 실시예에서와 같은 다양한 실시형태가, 도 10에 도시한 제9 실시예에도 적용될 수 있다. 즉, 도 10에 도시한 제9 실시예에서, 제1 계면층(300)과 제1 전극(400) 사이에 제1 투명도전층(350)이 추가로 형성될 수 있고, 제2 계면층(600)과 제2 전극(700) 사이에 제2 투명도전층(650)이 추가로 형성될 수 있으며, 제1 계면층(300) 대신에 제1 투명도전층(350)이 형성될 수도 있고, 제2 계면층(600) 대신에 제2 투명도전층(650)이 형성될 수도 있다.
[이종 접합 태양전지의 제조방법]
이하에서는 전술한 이종 접합 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 하며, 제1 계면층(300), 제1 투명도전층(350), 제2 계면층(600), 및 제2 투명도전층(650)의 두께와 같은 구성과 관련해서, 각각의 실시예 별로 중복설명은 생략하기로 한다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 11a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제1 반도체층(200)을 형성한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 P형 반도체층, 예로서 P형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 11b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성한다.
상기 제1 계면층(300)을 형성하는 공정은 ZnO:B 또는 ZnO:Al과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법과 같은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 형성한다.
다음, 도 11c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 계면층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성한다.
상기 제1 전극(400)은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격되게 패턴 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 적층한 후 패턴형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 직접 패턴 형성할 수 있다. 이와 같이, 인쇄법을 이용할 경우 한 번의 공정으로 제1 전극(400)을 소정 간격으로 이격되게 패턴형성할 수 있어 공정이 단순해지는 장점이 있다.
다음, 도 11d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)를 뒤집은 후, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제2 반도체층(500)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 N형 반도체층, 예로서 N형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 11e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 계면층(600)을 형성한다.
상기 제2 계면층(600)을 형성하는 공정은 ZnO:B 또는 ZnO:Al과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법과 같은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 형성한다.
다음, 도 11f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 계면층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성하여, 이종 접합 태양전지의 제조를 완성한다.
상기 제2 전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 전술한 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 5에 도시한 제4 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 바와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 12a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성한다.
다음, 도 12b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 계면층(300) 상에 제1 투명도전층(350)을 형성한다.
상기 제1 투명도전층(350)을 형성하는 공정은 SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 12c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(350) 상에 제1 전극(400)을 형성한다.
다음, 도 12d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)를 뒤집은 후, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제2 반도체층(500)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 계면층(600)을 형성한다.
다음, 도 12e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 계면층(600) 상에 제2 투명도전층(650)을 형성한다.
상기 제2 투명도전층(650)을 형성하는 공정은 SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 12f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(650) 상에 제2 전극(700)을 형성하여, 접합 태양전지의 제조를 완성한다.
한편, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정을 적절히 변경할 경우, 전술한 도 3에 도시한 제2 실시예, 도 4에 도시한 제3 실시예, 도 6에 도시한 제5 실시예, 도 7에 도시한 제6 실시예, 도 8에 도시한 제7 실시예, 도 9에 도시한 제8 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
즉, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제2 투명도전층(650) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 3에 도시한 제2 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제1 투명도전층(350) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 4에 도시한 제3 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제1 계면층(300) 및 제2 투명도전층(650) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 6에 도시한 제5 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제1 계면층(300) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 7에 도시한 제6 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제2 계면층(600) 및 제1 투명도전층(350) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 8에 도시한 제7 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12f에 따른 공정에서, 제2 계면층(600) 형성 공정을 생략할 경우, 전술한 도 9에 도시한 제8 실시예에 따른 이종 접합 태양전지를 얻을 수 있다.
도 13a 내지 도 13f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 10에 도시한 제9 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 실시예와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 13a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제1 반도체층(200)을 형성한다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 상에 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 대량생산하에서 최초의 태양전지 생산을 위한 공정에서는, 상기 챔버 내에 소정량의 B2H6가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210), 구체적으로는 저농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다. 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230), 구체적으로는 고농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다.
한편, 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 B2H6가스가 잔존하게 된다. 따라서, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 P형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, B2H6가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 다른 실시예의 경우 하나의 챔버 내에서 반응가스의 공급량 만을 조절함으로써 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 및 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 연속하여 형성할 수 있어, 장비가 추가되거나 공정이 추가되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
다음, 도 13b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성한다.
다음, 도 13c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 계면층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성한다.
다음, 도 13d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)를 뒤집은 후, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제2 반도체층(500)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 상에 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)은 전술한 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)과 유사하게 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)과 같은 5족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 챔버 내에 소정량의 PH3가스를 투입하여 챔버 내부를 N형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성하고, 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성한다.
한편, 전술한 P형 반도체층(200) 형성공정에서와 유사하게, 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 PH3가스가 잔존하게 되어, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 N형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, PH3가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성할 수 있다.
다음, 도 13e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 계면층(600)을 형성한다.
다음, 도 13f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 계면층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성하여, 이종 접합 태양전지의 제조를 완성한다.
한편, 전술한 바와 유사하게, 상기 도 13a 내지 도 13f에 따른 공정에서, 제1 계면층(300) 형성 공정과 제1 전극(400) 형성 공정 사이에 제1 투명도전층(350)형성 공정을 추가할 수 있고, 제2 계면층(600) 형성 공정과 제2 전극(700) 형성 공정 사이에 제2 투명도전층(650) 형성 공정을 추가할 수 있으며, 제1 계면층(300) 형성 공정을 생략하는 대신에 제1 투명도전층(350) 형성 공정을 추가할 수도 있고, 제2 계면층(600) 형성 공정을 생략하는 대신에 제2 투명도전층(650) 형성 공정을 추가할 수도 있다.
이상은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200), 제1 계면층(300), 제1 투명도전층(350) 및 제1 전극(400)을 차례로 형성하고, 그 후에 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(500), 제2 계면층(600), 제2 투명도전층(650) 및 제2 전극(700)을 차례로 형성한 공정의 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 이종 접합 태양전지의 제조방법은 상기 공정을 다양하게 변경하는 경우도 포함한다.
예로서, 본 발명은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성하고 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(500)을 형성한 후, 그 후, 제1 반도체층(200) 상에 제1 계면층(300)을 형성하고 제2 반도체층(500) 상에 제2 계면층(600)을 형성한 후, 그 후, 상기 제1 계면층(300) 상에 제1 투명도전층(350)을 형성하고 상기 제2 계면층(600) 상에 제2 투명도전층(650)을 형성한 후, 그 후, 상기 제1 투명도전층(350) 상에 제1 전극(400)을 형성하고 상기 제2 투명도전층(650) 상에 제2 전극(700)을 형성하는 경우도 포함한다.
또한, 이상은, 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 N형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 P형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 N형 반도체층으로 형성한 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 PN접합구조를 이루면서 반도체 웨이퍼와 박막의 반도체층으로 구성되는 이종 접합 태양전지의 제조방법이면 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 P형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 N형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 P형 반도체층으로 형성하는 경우도 포함한다.
도 1은 종래의 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 이종접합 태양전지의 개략적인 단면도.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 제조공정 단면도이다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 제조공정 단면도이다.
도 13a 내지 도 13f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 제조공정 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 반도체 웨이퍼 200: 제1 반도체층
210: 저농도 도핑된 제1 반도체층 230: 고농도 도핑된 제1 반도체층
300: 제1 계면층 350: 제1 투명도전층
400: 제1 전극 500: 제2 반도체층
510: 저농도 도핑된 제2 반도체층 530: 고농도 도핑된 제2 반도체층
600: 제2 계면층 650: 제2 투명도전층
700: 제2 전극

Claims (27)

  1. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼:
    상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극;
    상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극; 및
    상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제1 계면층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 ZnO를 포함하여 이루어지는 제2 계면층 중 적어도 하나의 계면층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 계면층 또는 제2 계면층은 110 ~ 600 nm 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 상기 제1 계면층이 형성되고, 상기 제1 계면층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 상기 제2 계면층이 형성되고, 상 기 제2 계면층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에는 상기 제1 계면층이 형성되지 않고 그 대신에 제1 투명도전층이 형성되고, 상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에는 상기 제2 계면층이 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 계면층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에는 상기 제2 계면층이 형성되지 않고 그 대신에 제2 투명도전층이 형성되고, 상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에는 상기 제1 계면층이 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 계면층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  9. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  10. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  11. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 계면층 또는 제2 계면층은 ZnO:B 또는 ZnO:Al로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  12. 삭제
  13. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 계면층은 5nm ~ 50nm 두께로 형성되고, 상기 제1 투명도전층은 60nm ~ 180nm 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  14. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 계면층은 5nm ~ 50nm 두께로 형성되고, 상기 제2 투명도전층은 60nm ~ 180nm 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
  15. 삭제
  16. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제1 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정;
    상기 제1 계면층 상에 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제2 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정;
    상기 제2 계면층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제1 계면층 또는 제2 계면층은 110 ~ 600 nm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제2 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정;
    상기 제2 계면층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제2 계면층은 110 ~ 600 nm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
  21. 삭제
  22. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층 상에 ZnO를 포함하는 제1 계면층을 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하는 공정;
    상기 제1 계면층 상에 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정;
    상기 제2 투명도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
  23. 삭제
  24. 제16항, 제20항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어지고,
    상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
  25. 삭제
  26. 제24항에 있어서,
    상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 소정의 도펀트 분위기로 조성된 챔버 내에서 별도의 도펀트를 상기 챔버 내로 공급하지 않으면서 수행하고,
    상기 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
  27. 삭제
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