KR101411781B1 - 태양전지의 국부적 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지의 국부적 전극 - Google Patents
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Abstract
태양전지의 국부적 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지의 국부적 전극이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 국부적 전극 제조방법은 태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계; 상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계; 상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하여 상기 소자층 사이로 컨택 홀을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 후면 전극을 적층하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따르면, 포토레지스트에 기반한 리쏘그래피 공정 또는 쉐도우 마스크를 사용하지 않고, 금속 페이스트에 포함된 용제를 선택적으로 증발시켜, 기판이 노출되는 컨택 홀을 형성한다. 따라서, 경제적인 방식으로 컨택 홀을 경제적인 방식으로 정확하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 국부적 전극 제조방법은 태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계; 상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계; 상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하여 상기 소자층 사이로 컨택 홀을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 후면 전극을 적층하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따르면, 포토레지스트에 기반한 리쏘그래피 공정 또는 쉐도우 마스크를 사용하지 않고, 금속 페이스트에 포함된 용제를 선택적으로 증발시켜, 기판이 노출되는 컨택 홀을 형성한다. 따라서, 경제적인 방식으로 컨택 홀을 경제적인 방식으로 정확하게 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 국부적 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지의 국부적 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토리쏘그래피 공정을 사용하지 않고, 경제적인 방식으로 태양전지에서 컨택 홀을 형성할 수 있는, 태양전지의 국부적 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지의 국부적 전극에 관한 것이다.
최근 무공해, 설비의 간편성, 내구성 향상 등 여러 가지 이유로 인하여 태양전지의 보급이 급속도로 확산되고 있으며, 이에 따라 태양전지의 효율을 높일 수 있으며, 양산성이 우수한 태양전지의 제조방법들이 다양하게 연구되고 있다.
태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가진다. 태양전지에 빛이 입사되면, 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용에 의해, (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여, 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 즉, 내부 전위차에 의해 전자는 n형 반도체 쪽으로 끌어당겨지며, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어당겨져서, 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 n형 전극 및 p형 전극으로 이동하게 된다. 상기의 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻게 된다. 이와 같은 태양전지는 효율 향상을 위해 후면에 막을 증착 후 전극의 일부가 기판과 접촉하기 위한 개구부인 컨택 홀을 형성하여야 한다. 일반적으로 컨택 홀은 포토레지스트를 이용한 포토리쏘그래피 공정 또는 쉐도우 마스크 공정에 의하여 제조된다. 하지만, 포토리쏘그래피 공정은 노광, 식각 등의 반도체 공정이 사용되어야 하므로, 경제적이지 못하다는 문제가 있다. 반면, 쉐도우 마스크는 노광, 식각 등을 사용하지 않으므로, 포토리쏘그래피 공정에 비하여 경제적이지만, 실제 컨택 홀 형태가 정확하지 않다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포토리쏘그래피 공정을 이용하지 않고, 태양전지 층에 컨택 홀을 형성할 수 있는 방법과 그 응용을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지 컨택 홀 형성방법으로, 상기 방법은 태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계; 상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 및 상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계; 및 상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 페이스트의 제 2 건조에 따라 상기 금속 페이스트와 기판 사이의 물리적 접착력은 약화된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도, 시간 및 압력 중 적어도 어느 하나를 달리하여 진행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도를 달리한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 건조의 온도는 제 1 건조의 온도보다 높다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 페이스트는 둘 이상의 용제를 포함하며, 상기 제 1 건조 온도는 상기 용제 중 적어도 어느 하나의 증발 온도보다 낮으며, 상기 제 2 건조 온도는 상기 용제의 모든 증발 온도보다 높다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 컨택 홀은 상기 태양전지 기판의 후면에 형성된다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 형성된 태양전지 컨택 홀을 제공한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계; 상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계; 상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 및 상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계; 상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하여 상기 소자층 사이로 컨택 홀을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 후면 전극을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 소자층은 실리콘 질화막이며, 상기 소자층 적층은 플라즈마 화학기상증착 공정에 의하여 수행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 페이스트의 제 2 건조에 따라 상기 금속 페이스트와 기판 사이의 물리적 접착력은 약화된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도를 달리하며, 이때 상기 제 2 건조의 온도는 제 1 건조의 온도보다 높다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 후면전극은 알루미늄을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상술한 방법에 의하여 제조된 태양전지 국부적 전극 및 이를 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 포토레지스트에 기반한 리쏘그래피 공정 또는 쉐도우 마스크를 사용하지 않고, 금속 페이스트에 포함된 용제를 선택적으로 증발시켜, 기판이 노출되는 컨택 홀을 형성한다. 따라서, 경제적인 방식으로 컨택 홀을 경제적인 방식으로 정확하게 형성할 수 있다.
도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 컨택 홀 형성방법의 단계도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 국부적 전극 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 국부적 전극 제조방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 컨택 홀 형성방법의 단계도이다.
도 1의 1a 및 1b를 참조하면, 실리콘 기판(100) 상에 하나 이상의 금속 페이스트(101)을 서로 이격하여 적층한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 페이스트(101)는 스크린 프린팅 방식으로 실리콘 기판(100) 상에 적층되었으며, 상기 실리콘 기판(100)에는 p타입 불순물이 도핑되었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 2의 2a 및 2b를 를 참조하면, 상기 금속 페이스트(101)는 제 1 건조되며, 이로써 상기 금속 페이스트(101)는 소정의 접착력을 갖게 되어, 기판(100)에 일정 강도 이상으로 접합하게 된다. 본 발명에서 상기 제 1 건조는 상기 금속 페이스트에 열을 가하는 열 처리 방식이었다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 일반적인 태양전지 제조공정에서 사용중인 스크린 프린팅 방식으로 금속 페이스트 패턴을 만들고, 열풍을 이용, 상기 금속 페이스트 패턴을 제 1 건조시켰다. 하지만, 시간을 통하여 용매의 자연 증발 속도를 조절하는 방식으로도 제 1 건조를 진행할 수 있다.
도 3의 3a 및 3b를 참조하면, 상기 제 1 건조된 금속 페이스트(101)가 적층된 기판에 태양전지의 소자층(102)을 적층하는 증착공정이 진행된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 증착공정은 플라즈마 화학기상증착공정(PECVD)이었으며, 소자층으로는 태양전지 후면에 증착되는 확산 방지막인 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산화물막(SiO2) 이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 상기 태양전지 소자층(102) 증착공정은 소정 온도 이상에서 진행되는데, 이때 상기 제 1 건조된 후 기판(100)에 접착된 금속 페이스트(101)의 용제는 모두 증발되어 제 2 건조된다. 이로써 금속 페이스트(101)는 완전히 고형화되며, 그 결과 기판과의 접착력이 약화되는 결과를 낳게 된다(도 4 참조). 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 건조와 제 2 건조가 승온을 통한 열적 증발인 경우, 제 2 건조 온도가 제 1 건조 온도보다 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속입자와 바인더 그리고 용제로 이루어진 페이스트에서 용제가 2 종류 이상의 용제를 사용하는 경우, 상기 제 1 건조 온도는 두 종류 이상의 상기 용제들의 증발 온도(끓는 점) 사이의 온도가 되고, 제 2 건조 온도는 상기 용제들 모든 종류의 증발 온도(끓는 점)를 초과하는 온도인 것이 바람직하다.
도 5의 5a 및 5b를 참조하면, 기판(100)과의 접착력이 약화된, 상기 고형화된 금속 페이스트(101)를 물리적 방식으로 기판으로부터 분리시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 페이스트(101)의 분리는 공기, 질소 등을 불어주는 방식일 수 있다. 금속 페이스트(101)가 분리됨에 따라 상기 소자층(102) 사이로 상기 금속 페이스트(101)가 적층되었던 기판이 노출되며, 이로써 기판(100) 일부가 외부로 노출된 컨택 홀(103)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서 상술한 컨택 홀 형성 방법은 태양전지의 국부적 전극(local electrode)의 제조에 사용될 수 있다. 사기 국부적 전극은 태양전지의 전체 영역이 아닌 국부 영역(local area)에만 형성되는 전극을 의미하며, 예를 들면 아래에서 설명하는 태양전지 후면전극이 그 예이다.
본 발명을 태양전지 후면전극에 적용하는 경우, 컨택 홀이 패턴된 상기 소자층(102)은 태양전지에 있어서, 패시베이션 효과, 기판의 휨 현상(bowing) 현상 방지, 반사도 증가에 따른 효율 향상, 그리고 실리콘 웨이퍼 결함 감소 효과를 발생시킨다. 이 경우, 도 5에서 제조된 컨택 홀(103)과 소자층인 실리콘 질화막(102) 상에 알루미늄이 적층되고, 이로써 태양전지의 후면전극(104)이 적층된다(도 6 참조).
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (15)
- 태양전지 컨택 홀 형성방법으로, 상기 방법은
태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계;
상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계;
상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 및
상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계; 및
상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 상기 금속 페이스트의 제 2 건조에 따라 상기 금속 페이스트와 기판 사이의 물리적 접착력은 약화되는 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도, 시간 및 압력 중 적어도 어느 하나를 달리하여 진행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도를 달리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 제 4항에 있어서,
상기 제 2 건조의 온도는 제 1 건조의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 제 5항에 있어서,
상기 금속 페이스트는 둘 이상의 용제를 포함하며, 상기 제 1 건조 온도는 상기 용제 중 적어도 어느 하나의 증발 온도보다 낮으며, 상기 제 2 건조 온도는 상기 용제의 모든 증발 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 제 6항에 있어서,
상기 컨택 홀은 상기 태양전지 기판의 후면에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 컨택 홀 형성방법. - 삭제
- 태양전지 기판 상에 금속 페이스트를 적층하는 단계;
상기 금속 페이스트를 제 1 건조하여 상기 금속 페이스트와 상기 기판을 물리적으로 접착시키는 단계;
상기 기판 상에 소자층을 적층하는 단계; 및
상기 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 소자층을 적층하는 단계에서 상기 금속 페이스트는 제 2 건조되어 고형화되는 단계;
상기 고형화된 금속 페이스트를 상기 기판으로부터 분리하여 상기 소자층 사이로 컨택 홀을 형성하는 단계; 및
상기 기판 상에 후면 전극을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법. - 제 9항에 있어서,
상기 소자층은 실리콘 질화막이며, 상기 소자층 적층은 플라즈마 화학기상증착 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 금속 페이스트의 제 2 건조에 따라 상기 금속 페이스트와 기판 사이의 물리적 접착력은 약화되는 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 제 1 건조와 제 2 건조는 온도를 달리하며, 이때 상기 제 2 건조의 온도는 제 1 건조의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법. - 제 12항에 있어서,
상기 후면전극은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 국부적 전극 제조방법. - 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 태양전지 국부적 전극.
- 제 14항에 따른 국부적 전극을 포함하는 태양전지.
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| KR1020110073760A KR101411781B1 (ko) | 2011-07-25 | 2011-07-25 | 태양전지의 국부적 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지의 국부적 전극 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20090075049A (ko) * | 2008-01-03 | 2009-07-08 | 엘지전자 주식회사 | 실리콘 태양전지의 텍스처링 방법 |
| KR20100013196A (ko) * | 2008-07-30 | 2010-02-09 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지, 그 제조방법 및 이를 제조하기 위한 태양전지제조장치 |
| KR101019382B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2011-03-07 | 한양대학교 산학협력단 | 양극 산화 알루미나를 사용한 태양 전지 및 그 제조방법 |
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2011
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Patent Citations (3)
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| KR20090075049A (ko) * | 2008-01-03 | 2009-07-08 | 엘지전자 주식회사 | 실리콘 태양전지의 텍스처링 방법 |
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