KR101442011B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에만 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층을 형성하고 기판의 후면에 대칭으로 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키는 컬렉터 층을 형성하거나, 그 반대로 기판의 전면에 컬렉터 층을 형성하고 기판의 후면에 대칭으로 이미터 층을 형성하고, 전면 층과 후면 층에 전면 전극이 접속하는 고농도 전면 층과 후면 전극이 접속하는 고농도 후면 층을 서로 대칭으로 더 형성한다.
본 발명은 기판의 전면 중 전면 층이 형성되지 않은 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 전면 층과 기판의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내므로 누설전류를 줄여 광전 효율을 증대할 수 있으며, 특히 서로 대칭으로 형성되는 고농도 전면 층과 고농도 후면 층은 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선할 수 있고, 전면 층과 대칭으로 형성되는 후면 층은 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선할 수 있다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{Sollar cell and manufacturing process thereof}
본 발명은 태양전지에 관한 것이며, 더욱 상세히는 기판의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에만 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층을 형성하고 기판의 후면에 대칭으로 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키는 컬렉터(collector) 층을 형성하거나, 그 반대로 기판의 전면에 컬렉터 층을 형성하고 기판의 후면에 대칭으로 이미터 층을 형성하는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1에 나타낸 태양전지(100)는 P형 실리콘 기판(111)의 표면 전체에 연결되어 형성된 N형 이미터 층(112)을 상기 기판(111)의 전면 양측에서 분리하여 전기적으로 단절함으로써 상기 기판(111)의 전면과 후면의 단락에 기인하는 누설전류를 방지하기 위한 절연 홈(114)을 형성한 실시예이다.
참고로, 특허문헌1은 도 1에 나타낸 태양전지와 유사하게 기판의 전면 양측에 절연 홈을 형성한 다른 태양전지를 게시하고 있다.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법(S100)을 나타낸 순서도이고, 도 3은 도 1의 태양전지 제조방법(S100)을 나타낸 공정도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1에 나타낸 태양전지(100)는 다음과 같이 제조된다.
먼저, 태양전지(100)의 표면 반사 손실을 줄이고 입사 경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 높이고 태양전지의 전류를 증가시키기 위하여, P형 실리콘 기판(111)을 표면조직화(texturing) 처리하여 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한다(S110).
이어서, 표면조직화 처리된 상기 기판(111)의 전면과 후면 및 측면 전부를 도핑 처리하여 상기 기판(111)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(111)과 함께 광전효과를 나타내는 N형 이미터 층(112)을 형성한다(S120).
이때, N형 이미터 층(112)은 물질 또는 전하의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 확산현상을 이용하는 기판 표면의 도핑 처리 공정을 통해 형성된다.
예컨대, P-N 접합을 위한 N형 이미터 층(112)은 원소주기율표 Ⅴ족에 속하는 인(P)과 같은 N형 불순물을 포함하는 POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시켜 형성한다.
이 경우, P형 실리콘 기판(111)에 인(P)과 같은 N형 불순물을 증착하고 적어도 850℃ 이상의 확산로에서 이 불순물을 실리콘 속으로 밀어 넣어 확산시킴으로써 도핑 처리가 완료되며, 일 예로 고온의 POCl3과 O2가 확산로 안에서 서로 반응하여 P2O5층을 형성하고 고온의 열처리를 하면 P2O5 층의 인(P)이 실리콘(Si) 속으로 확산되어 N형 이미터 층(112)이 형성되며, 이때 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 도핑공정 이후에 농도 5%로 희석된 불화수소(HF)의 수용액에서 15초 내외로 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거할 수 있다.
참고로, N형 실리콘 기판에 붕소(B)와 같은 P형 불순물을 증착하고 적어도 850℃ 이상의 확산로에서 이 불순물을 실리콘 속으로 밀어 넣어 확산시킴으로써 도핑 처리가 완료되는 경우에는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 도핑공정 이후에 농도 5%로 희석된 불화수소(HF)의 수용액에서 15초 내외로 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거할 수 있다.
이어서, 상기 기판(111)의 전면의 N형 이미터 층(112) 위에 반사 방지막(113)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 형성한다(S130).
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막(113)을 관통하여 상기 N형 이미터 층(112)과 접속하는 복수의 전면 전극(115) 및 상기 반사 방지막(113)을 관통하여 상기 P형 실리콘 기판(111)과 접속하는 복수의 후면 전극(116)을 형성한다(S140).
이때, 상기 전면 전극(115)은 Ag과 유리 프리트(frit) 등이 포함된 전면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 반사 방지막(113) 위에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 과정을 통해 포함된 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 상기 반사 방지막(113)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 상기 N형 이미터 층(112)과 접속하게 된다.
또한, 상기 후면 전극(116)은 AgAl을 포함하는 후면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 기판(111)의 후면 위에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 과정을 통해 포함된 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 상기 반사 방지막(113)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 상기 P형 실리콘 기판(111)과 접속하게 되고, 이처럼 상기 후면 전극(116)을 형성할 때 Al과 붕소(B)를 포함하는 후면 전계층용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 기판(111)의 후면 위에 전극이 형성되지 않는 부분에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 처리하면 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 광전 효율을 개선하는 후면 전계층(117)(BSF: Back Surface Field layer)이 더 형성된다.
이 후면 전계층(117)은 상기 기판(111)이 N형 실리콘 기판인 경우에도 이 N형 실리콘 기판의 후면에 형성될 수 있으며, 이 경우에는 Al과 인(P)을 포함하는 후면 전계층용 페이스트를 사용한다.
이어서, 레이저를 이용하여 상기 P형 실리콘 기판(111)의 표면 전체에 연결되어 형성된 N형 이미터 층(112)을 상기 기판(111)의 전면 양측에서 분리하여 상기 P형 실리콘 기판(111)과 N형 이미터 층(112)을 전기적으로 단절함으로써 상기 기판(111)의 전면과 후면의 단락에 기인하는 누설전류를 방지하기 위한 절연 홈(114)을 형성한다(S150).
참고로, 도 1과 도 3에서는 레이저를 이용하여 상기 P형 실리콘 기판(111)의 표면 전체에 연결되어 형성된 N형 이미터 층(112)을 상기 기판(111)의 전면 양측에서 분리하여 상기 P형 실리콘 기판(111)과 N형 이미터 층(112)을 전기적으로 단절하는 실시예를 나타내고 있으나, 상기 기판(111)의 후면 양측에 상기 절연 홈(114)을 형성할 수도 있다.
하지만, 상기와 같이 제조되는 도 1에 나타낸 종래의 태양전지(100)는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째로, 에지 부분에 절연 홈(114)을 형성하므로 에지 부분이 취약해져 파손율의 증가 원인이 된다.
둘째로, 특히 레이저를 이용하여 형성한 상기 절연 홈(114)과 그 주변에 잔여물이 쌓이기 때문에 수광 면적이 감소하여 태양전지의 단락전류밀도가 줄어들고, 잔여물을 통하여 측면으로 누설전류가 발생하여 광전 효율이 저하되는 단점이 있다.
셋째로, 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛이 Al을 포함하는 후면 전계층용 페이스트를 사용하여 형성한 상기 후면 전계층(117)을 투과하지 못하고 실리콘 기판 측으로 반사되어 계속적인 열화를 발생하여 광전 효율이 저하되는 단점이 있다.
넷째로, 소성 시 상기 전면 전극(115)과 상기 Al을 포함하는 후면 전계층용 페이스트로 형성한 상기 후면 전계층(117)의 열팽창계수의 차이로 인해 태양전지(100)의 휨 현상이 발생하여 파손율이 증가한다.
KR 10-2011-0068167 A
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 표면조직화 처리된 기판의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 기판과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층을 형성함으로써 상기 전면 층이 형성되지 않은 기판의 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층과 상기 기판의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내도록 하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 기판의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 전면 층과 대칭으로 컬렉터 층이나 이미터 층으로 된 후면 층을 형성함으로써 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하도록 하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전면 층 위에 전극이 형성될 부분에 상기 전면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층을 형성하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 후면 층 위에 전극이 형성될 부분에 상기 후면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층을 상기 고농도 전면 층과 대칭으로 형성하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지는, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판과; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에 도핑 처리되어 형성되고, 상기 기판과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층으로 형성되거나 컬렉터 층으로 형성되는 전면 층; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층 위에 전극이 형성될 부분에 형성되어 상기 전면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에 도핑 처리되어 상기 전면 층과 대칭으로 형성되고, 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하는 컬렉터 층으로 형성되거나 이미터 층으로 형성되는 후면 층; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층 위에 전극이 형성될 부분에 상기 고농도 전면 층과 대칭으로 형성되어 상기 후면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층; 상기 전면 층 위와 상기 후면 층 위 및 상기 기판의 측면 위에 형성되는 반사 방지막; 및 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 고농도 전면 층과 접속하는 복수의 전면 전극; 및 상기 복수의 전면 전극 각각과 대칭으로 형성되고, 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 고농도 후면 층과 접속하는 복수의 후면 전극;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지에 있어서, 상기 기판의 전면 중 상기 전면 층이 형성되지 않은 상기 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층과 상기 기판의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판을 표면조직화 처리하는 제1과정과; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 표면조직화 처리된 상기 기판의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 기판과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층을 형성함으로써 상기 전면 층이 형성되지 않은 기판의 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층과 상기 기판의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내도록 하는 제2과정; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층 위에 전극이 형성될 부분에 상기 전면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층을 형성하는 제3과정; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 전면 층과 대칭으로 컬렉터 층이나 이미터 층으로 된 후면 층을 형성함으로써 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하도록 하는 제4과정; 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층 위에 전극이 형성될 부분에 상기 후면 층을 관통하여 상기 기판에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층을 상기 고농도 전면 층과 대칭으로 형성하는 제5과정; 상기 전면 층 위와 상기 후면 층 위 및 상기 기판의 측면 위에 반사 방지막을 형성하는 제6과정; 및 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 고농도 전면 층과 접속하는 복수의 전면 전극을 형성하고, 상기 복수의 전면 전극 각각과 대칭으로 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 고농도 후면 층과 접속하는 복수의 후면 전극을 형성하는 제7과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기판의 전면 중 전면 층이 형성되지 않은 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 전면 층과 기판의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내므로 누설전류를 줄여 광전 효율을 증대할 수 있으며, 특히 서로 대칭으로 형성되는 고농도 전면 층과 고농도 후면 층은 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선할 수 있고, 전면 층과 대칭으로 형성되는 후면 층은 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 전면 층과 후면 층, 고농도 전면 층과 고농도 후면 층, 전면 전극과 후면 전극이 모두 대칭 구조이므로 소성 시 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 종래의 태양전지에 비해 상대적으로 태양전지의 휨 현상이 작게 발생하여 파손율이 현저하게 감소하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3은 도 1의 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 태양전지(200)는 표면조직화 처리된 기판(211)의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층(212)을 형성함으로써 상기 기판(211)의 전면 중 상기 전면 층(212)이 형성되지 않은 상기 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층(212)과 상기 기판(211)의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내도록 하는 실시예이다.
도 4에 나타낸 태양전지(200)는 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판(211)의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 전면 층(212)과 대칭으로 컬렉터(collector) 층이나 이미터(emitter) 층으로 된 후면 층(214)을 형성함으로써 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하도록 하는 실시예이다.
도 4에 나타낸 태양전지(200)는 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층(212) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 전면 층(212)을 관통하여 상기 기판(211)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층(213)을 형성하는 실시예이다.
도 4에 나타낸 태양전지(200)는 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층(214) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 후면 층(214)을 관통하여 상기 기판(111)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층(215)을 상기 고농도 전면 층(213)과 대칭으로 형성하는 실시예이다.
도 5는 도 7의 태양전지 제조방법(S200)을 나타낸 순서도이고, 도 6은 도 4의 태양전지 제조방법(S200)을 나타낸 공정도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 4에 나타낸 본 발명에 따른 태양전지(200)는 다음과 같이 제조된다.
먼저, 태양전지(200)의 표면 반사 손실을 줄이고 입사 경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 높이고 태양전지의 전류를 증가시키기 위하여, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)을 표면조직화 처리하여 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한다(S210).
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 표면조직화 처리된 상기 기판(211)의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층(212)을 형성함으로써 상기 기판(211)의 전면 중 상기 전면 층(212)이 형성되지 않은 상기 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층(212)과 상기 기판(211)의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내도록 한다(S220).
이때, 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하고, 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하며, 이 전면 층(212)은 상기한 도 1 내지 도 3을 참고하는 실시예에서 설명한 확산현상을 이용하는 기판 표면의 도핑 처리 공정을 통해 형성된다.
또한, 상기 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성할 때 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
또한, 상기 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성할 때 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층(212) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 전면 층(212)을 관통하여 상기 기판(211)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층(213)을 형성한다(S230).
이때, 상기 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하면 상기 고농도 전면 층(212)은 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 인(P)과 같은 N형 불순물로 형성하고, 반대로 상기 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하면 상기 고농도 전면 층(212)은 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 붕소(B)와 같은 P형 불순물로 형성한다.
또한, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성하면 상기한 산화물층, 즉 PSG 층 혹은 BSG층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
이와 달리, 레이저 방식으로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성하면 상기한 산화물층을 제거하지 않은 상태에서 단지 레이저가 가해지는 영역에서 N형 불순물 혹은 P형 불순물이 상기 기판(211) 측으로 더 확산하는 현상이 발생한다.
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 표면조직화 처리된 상기 기판(211)의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 전면 층(212)과 대칭으로 컬렉터 층이나 이미터 층으로 된 후면 층(214)을 형성함으로써 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하도록 한다(S240).
이때, 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하고, 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하며, 이 후면 층(214) 형성 과정은 상기한 전면 층(212)을 기판 표면의 도핑 처리 공정을 통해 형성하는 과정으로부터 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있다.
또한, 상기 P형 컬렉터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성할 때 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
또한, 상기 N형 이미터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성할 때 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층(214) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 후면 층(214)을 관통하여 상기 기판(211)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층(215)을 상기 고농도 전면 층(213)과 대칭으로 형성한다(S250).
이때, 상기 P형 컬렉터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하면 상기 고농도 후면 층(215)은 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 붕소(B)와 같은 P형 불순물로 형성하고, 반대로 상기 N형 이미터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하면 상기 고농도 후면 층(215)은 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 인(P)과 같은 N형 불순물로 형성한다.
또한, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성하면 상기한 산화물층, 즉 BSG 층 혹은 PSG층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
이와 달리, 레이저 방식으로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성하면 상기한 산화물층을 제거하지 않은 상태에서 단지 레이저가 가해지는 영역에서 P형 불순물 혹은 N형 불순물이 상기 기판(211) 측으로 더 확산하는 현상이 발생한다.
이어서, 상기 전면 층(212) 위와 상기 후면 층(214) 위 및 상기 기판(211)의 측면 위에 반사 방지막(ARC)(216)을 형성한다(S260).
이어서, 스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막(216)을 관통하여 상기 고농도 전면 층(213)과 접속하는 복수의 전면 전극(217)을 형성하고, 상기 복수의 전면 전극(217) 각각과 대칭으로 상기 반사 방지막(216)을 관통하여 상기 고농도 후면 층(215)과 접속하는 복수의 후면 전극(218)을 형성한다(S270).
이때, 상기 전면 전극(217)은 Ag과 유리 프리트(frit) 등이 포함된 전면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 반사 방지막(216) 위에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 과정을 통해 포함된 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 상기 반사 방지막(216)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 상기 고농도 전면 층(213)과 접속하게 된다.
또한, 상기 후면 전극(218)도 Ag과 유리 프리트(frit) 등이 포함된 후면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 반사 방지막(216) 위에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 과정을 통해 포함된 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 상기 반사 방지막(216)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 상기 고농도 후면 층(215)과 접속하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지(200)는 상기 기판(211)의 전면 중 전면 층(212)이 형성되지 않은 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 전면 층(212)과 기판(211)의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내므로 누설전류를 줄여 광전 효율을 증대할 수 있으며, 특히 서로 대칭으로 형성되는 고농도 전면 층(213)과 고농도 후면 층(215)은 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선할 수 있고, 전면 층(212)과 대칭으로 형성되는 후면 층(214)은 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 장파장(예컨대, 1100nm 이상)을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 전면 층(212)과 후면 층(214), 고농도 전면 층(213)과 고농도 후면 층(215), 전면 전극(217)과 후면 전극(218)이 모두 대칭 구조이므로 소성 시 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 종래의 태양전지에 비해 상대적으로 태양전지의 휨 현상이 작게 발생하여 파손율이 현저하게 감소하는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 태양전지 및 그 제조방법은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
100: 태양전지 111: P형 실리콘 기판
112: N형 이미터 층 113: 반사 방지막
114: 절연 홈 115: 전면 전극
116: 후면 전극 117: 후면 전계층
200: 태양전지 211: 기판
212: 전면 층 213: 고농도 전면 층
214: 후면 층 215: 고농도 후면 층
216: 반사 방지막 217: 전면 전극
218: 후면 전극

Claims (18)

  1. P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)을 표면조직화(texturing) 처리하는 제1과정(S210)과;
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 표면조직화 처리된 상기 기판(211)의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층(212)을 형성함으로써 상기 전면 층(212)이 형성되지 않은 기판(211)의 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층(212)과 상기 기판(211)의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내도록 하고, 상기 P형 실리콘 기판에 상기 전면 층(212)을 N형 이미터 층으로 형성할 때 더 형성되는 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층 혹은 상기 N형 실리콘 기판에 상기 전면 층(212)으로 P형 컬렉터 층을 형성할 때 더 형성되는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층을 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거하는 제2과정(S220);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층(212) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 전면 층(212)을 관통하여 상기 기판(211)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층(213)을 형성하고, 스크린 인쇄 후 열처리 방식으로 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성할 때 더 형성되는 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층 혹은 스크린 인쇄 후 열처리 방식으로 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 P형 불순물로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성할 때 더 형성되는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층을 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거하는 제3과정(S230);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판(211)의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분을 도핑 처리하여 상기 전면 층(212)과 대칭으로 컬렉터(collector) 층이나 이미터(emitter) 층으로 된 후면 층(214)을 형성함으로써 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 1100nm 이상의 장파장을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하도록 하고, 상기 P형 실리콘 기판에 상기 후면 층(214)을 P형 컬렉터 층으로 형성할 때 더 형성되는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층 혹은 상기 N형 실리콘 기판에 상기 후면 층(214)을 N형 이미터 층으로 형성할 때 더 형성되는 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층을 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거하는 제4과정(S240);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층(214) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 후면 층(214)을 관통하여 상기 기판(111)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층(215)을 상기 고농도 전면 층(213)과 대칭으로 형성하고, 스크린 인쇄 후 열처리 방식으로 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 붕소(B)와 같은 P형 불순물로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성할 때 더 형성되는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층 혹은 스크린 인쇄 후 열처리 방식으로 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성할 때 더 형성되는 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층을 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거하는 제5과정(S250);
    상기 전면 층(212) 위와 상기 후면 층(214) 위 및 상기 기판(211)의 측면 위에 반사 방지막(216)을 형성하는 제6과정(S260); 및
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막(216)을 관통하여 상기 고농도 전면 층(213)과 접속하는 복수의 전면 전극(217)을 형성하고, 상기 복수의 전면 전극(217) 각각과 대칭으로 상기 반사 방지막(216)을 관통하여 상기 고농도 후면 층(215)과 접속하는 복수의 후면 전극(218)을 형성하는 제7과정(S270);
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2과정(S220)에서 상기 P형 실리콘 기판에 대응하여 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하면 상기 제3과정(S230)에서는 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제4과정(S240)에서 상기 P형 실리콘 기판에 대응하여 P형 컬렉터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하면 상기 제5과정(S250)에서는 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 P형 불순물로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2과정(S220)에서 상기 N형 실리콘 기판에 대응하여 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하면 상기 제3과정(S230)에서는 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 P형 불순물로 상기 고농도 전면 층(213)을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제4과정(S240)에서 상기 N형 실리콘 기판에 대응하여 N형 이미터 층으로 상기 후면 층(214)을 형성하면 상기 제5과정(S250)에서는 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 상기 고농도 후면 층(215)을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 태양전지 제조방법으로 제조된 것이며,
    P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)과;
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판(211)의 전면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에 도핑 처리되어 형성되고, 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 전면 층(212) 위에 전극이 형성될 부분에 형성되어 상기 전면 층(212)을 관통하여 상기 기판(211)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 전면 층(213);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식으로 상기 기판(211)의 후면 중 에지 부분을 제외한 나머지 부분에 도핑 처리되어 상기 전면 층(212)과 대칭으로 형성되고, 실리콘 기판이 흡수하지 못하는 1100nm 이상의 장파장을 가지는 빛을 투과시키고 광전효과에 의해 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지함으로써 열화를 방지하고 광전 효율을 개선하는 컬렉터(collector) 층으로 형성되거나 이미터(emitter) 층으로 형성되는 후면 층(214);
    스크린 인쇄 후 열처리 건조 방식 혹은 레이저 방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 후면 층(214) 위에 전극이 형성될 부분에 상기 고농도 전면 층(213)과 대칭으로 형성되어 상기 후면 층(214)을 관통하여 상기 기판(111)에 접속한 상태에서 광전효과에 의해 분리된 전자 혹은 정공을 빠르게 수집함으로써 광전 효율을 개선하는 고농도 후면 층(215);
    상기 전면 층(212) 위와 상기 후면 층(214) 위 및 상기 기판(211)의 측면 위에 형성되는 반사 방지막(216)(ARC: Anti-Reflection Coating layer); 및
    상기 반사 방지막(216)을 관통하여 상기 고농도 전면 층(213)과 접속하는 복수의 전면 전극(217); 및
    상기 복수의 전면 전극(217) 각각과 대칭으로 형성되고, 상기 반사 방지막(313)을 관통하여 상기 고농도 후면 층(215)과 접속하는 복수의 후면 전극(218);
    으로 구성되며,
    상기 기판(211)의 전면 중 상기 전면 층(212)이 형성되지 않은 상기 에지 부분에서 P-N 접합 밴드 갭 상에서 전위장벽을 만들어 상기 전면 층(212)과 상기 기판(211)의 후면의 단락을 원천적으로 방지하는 절연 성능을 나타내는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전면 층(212)은 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 형성되고, 상기 고농도 전면 층(212)은 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전면 층(212)은 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 형성되고, 상기 고농도 전면 층(212)은 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 P형 불순물로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 후면 층(214)은 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 형성되고, 상기 고농도 후면 층(215)은 이 P형 컬렉터 층보다 상대적으로 더 고농도인 P형 불순물로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 후면 층(214)은 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 형성되고, 상기 고농도 후면 층(215)은 이 N형 이미터 층보다 상대적으로 더 고농도인 N형 불순물로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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