KR101444709B1 - 기판형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 P형 반도체층; 상기 P형 반도체층의 하면에 교대로 형성된 N형 반도체층 및 P+형 반도체층; 및 상기 P+형 반도체층과 연결된 제1전극 및 상기 N형 반도체층과 연결된 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 P형 반도체층의 아래에서 소정간격으로 이격되어 있는 기판형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 제1전극 및 제2전극 모두가 태양광이 입사되는 면에 형성되지 않기 때문에 태양광의 입사율이 최대화되고, 제1전극과 P형 실리콘층을 전기적으로 연결함에 있어서 쇼트 발생의 문제가 없기 때문에 제1전극 물질을 P형 실리콘층까지 침투시키기 위한 열처리 공정 제어가 용이하고, 제1전극 물질이 반사방지층을 뚫지 않기 때문에 열처리 공정을 580 내지 620℃의 온도에서 수행할 수 있는 장점이 있다.
기판형 태양전지, 입사율, 열처리
Description
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 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 박막형 태양전지와 기판형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조로 종래의 기판형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 기판형 태양전지는 P형 실리콘층(10), N형 실리콘층(20), P+형 실리콘층(30), 반사방지층(40), 전면전극(50), 및 후면전극(60)으로 이루어진다.
상기 P형 실리콘층(10) 및 그 상면에 형성된 N형 실리콘층(20)은 태양전지의 PN접합 구조를 이루는 것으로서, 상기 P형 실리콘층(10) 및 N형 실리콘층(20)의 상면은 요철구조로 형성되어 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 구성된다.
상기 P+형 실리콘층(30)은 상기 P형 실리콘층(10)의 하면에 형성되어 태양광에 의해서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 반사방지층(40)은 입사광의 반사를 최소화시키는 역할을 함과 더불어 N형 실리콘층(20)에서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한 다.
상기 전면전극(50)은 상기 반사방지층(40)의 상부에서부터 상기 N형 실리콘층(20)까지 연장 형성되고, 상기 후면전극(60)은 상기 P+형 실리콘층(30)의 하면에 형성된다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 기판형 태양전지의 제조방법을 설명하면 하기와 같다.
우선, P형 실리콘 기판을 준비한 후 P형 실리콘 기판의 상면을 요철구조로 식각한다. 그 후, 상기 P형 실리콘 기판의 상면에 N형 도펀트를 도핑하여 P형 실리콘층(10) 및 N형 실리콘층(20)을 형성한다.
다음, 상기 N형 실리콘층(20) 상면에 반사방지층(40)을 형성한다.
다음, 상기 반사방지층(40) 상면에 전면전극(50)을 형성하고, 상기 P형 실리콘층(10)의 하면에 후면전극(60)을 형성한다.
다음, 고온에서 열처리 공정을 수행한다. 상기 열처리 공정에 의해서, 상기 전면전극(50)을 구성하는 금속물질이 상기 반사방지층(40)을 뚫고 상기 N형 실리콘층(20)까지 침투하게 되어 전면전극(50)이 N형 실리콘층(20)과 전기적으로 연결되게 된다. 또한, 상기 열처리 공정에 의해, 상기 후면전극(60)을 구성하는 금속물질이 상기 P형 실리콘층(10)으로 침투하게 되어 상기 P형 실리콘층(10)의 하부에 P+형 실리콘층(30)이 형성되게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 기판형 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 전면전극(50)이 태양광의 입사면에 형성되어 있기 때문에, 태양광이 태양전지 내부로 입사되는 입사율이 감소되는 문제점이 있다.
둘째, 고온에서 열처리 공정을 수행함으로써, 전면전극(50)이 반사방지층(40)을 뚫고 N형 실리콘층(20)까지 침투하게 되는데, 정확한 공정제어가 이루어지지 않으면 전면전극(50)이 N형 실리콘층(20)을 거쳐 P형 실리콘층(10)까지 침투하여 쇼트가 발생하는 문제점이 있다. 이와 같은 쇼트 발생의 문제를 해결하기 위해서 상기 N형 실리콘층(20)을 두껍게 형성할 수도 있으나, N형 실리콘층(20)을 두껍게 형성할 경우에는 전자가 재결합하는 비율이 증가되어 전지의 효율이 떨어지게 된다.
셋째, 전면전극(50)을 N형 실리콘층(20)과 전기적으로 연결하기 위해서는 전면전극(50) 물질이 상기 반사방지층(40)을 뚫어야 하며, 이를 위해서 열처리 공정을 850℃ 이상의 고온에서 수행해야 하는 부담이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 전면전극에 의해 태양광의 입사율이 감소되지 않는 기판형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 쇼트 발생의 문제가 없어 정확한 공정제어가 필요없는 기판형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 비교적 저온에서 전극과 반도체층 간의 전기적 연결을 수행할 수 있는 기판형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 P형 반도체층; 상기 P형 반도체층의 하면에 교대로 형성된 N형 반도체층 및 P+형 반도체층; 및 상기 P+형 반도체층과 연결된 제1전극 및 상기 N형 반도체층과 연결된 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 P형 반도체층의 아래에서 소정간격으로 이격되어 있는 기판형 태양전지를 제공한다.
상기 P+형 반도체층의 하단은 상기 N형 반도체층의 하단과 동일하고, 상기 P+형 반도체층의 상단은 상기 N형 반도체층의 상단보다 높게 형성될 수 있다.
상기 제1전극은 상기 P+형 반도체층의 하면에 형성되고, 상기 제2전극은 상 기 N형 반도체층의 하면에 형성될 수 있다.
상기 제1전극의 좌우폭은 상기 P+형 반도체층의 좌우폭과 동일하게 형성되고, 상기 제2전극의 좌우폭은 상기 N형 반도체층의 좌우폭보다 작게 형성될 수 있다.
상기 P형 반도체층의 상면은 요철구조로 이루어질 수 있다.
상기 P형 반도체층 상면에 요철구조의 반사방지층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, P형 반도체 기판을 준비하는 공정; 상기 P형 반도체 기판의 하부에 N형 도펀트를 도핑시켜, P형 반도체층 및 그 하면에 N형 반도체층을 형성하는 공정; 상기 N형 반도체층의 하면에 제1전극을 형성하는 공정; 상기 N형 반도체층의 하면에 상기 제1전극과 이격되도록 제2전극을 형성하는 공정; 및 상기 제1전극과 상기 P형 반도체층 사이에 P+형 반도체층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 P형 반도체 기판을 준비하는 공정은 상기 P형 반도체 기판의 상면을 요철구조로 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 P형 반도체 기판의 상면에 반사방지층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 반사방지층을 형성하는 공정은 상기 P형 반도체 기판의 하부에 N형 도펀트를 도핑시키는 공정 이전에 수행할 수 있다.
상기 P+형 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1전극 물질이 상기 N형 반도 체층을 뚫고 상기 P형 반도체층과 접촉하도록 열처리공정을 수행하는 것일 수 있다.
상기 P+형 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1전극 물질을 상기 P형 반도체층의 소정 영역까지 침투시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 열처리 공정은 580 내지 620 ℃의 범위로 가열하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2전극을 형성하는 공정은 상기 P+형 반도체층을 형성하는 공정 이전에 수행할 수 있다.
상기 제2전극을 형성하는 공정은 상기 P+형 반도체층을 형성하는 공정 이후에 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 제1전극 및 제2전극 모두가 태양광이 입사되는 면에 형성되지 않기 때문에 태양광의 입사율이 최대화된다.
둘째, 본 발명은 제1전극과 P형 실리콘층을 전기적으로 연결함에 있어서 쇼트 발생의 문제가 없기 때문에 제1전극 물질을 P형 실리콘층까지 침투시키기 위한 열처리 공정 제어가 용이하다.
셋째, 본 발명은 제1전극 물질이 반사방지층을 뚫지 않기 때문에 열처리 공정을 580 내지 620℃의 온도에서 수행할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<태양전지>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 P형 반도체층(100), N형 반도체층(200), P+형 반도체층(300), 반사방지층(400), 제1전극(500), 및 제2전극(600)을 포함하여 이루어진다.
상기 P형 반도체층(100)은 단결정실리콘 또는 다결정실리콘을 이용할 수 있는데, 단결정실리콘은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮기 때문에 태양전지의 효율이 높으나 가격이 너무 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 다결정실리콘은 상대적으로 효율은 떨어지지만 저가의 재료와 공정을 이용하기 때문에 생산비가 적게 들어 대량생산에 적합하다.
상기 P형 반도체층(100)의 상면은 요철구조로 이루어지는 것이, 태양광의 입사효율을 증진시킬 수 있어 바람직하다.
상기 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체층(100)의 하면에 형성되어 상기 P형 반도체층(100)과 함께 PN접합 구조를 이룬다. 상기 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체층(100)의 하면 전체에 형성되지 않고, 상기 P형 반도체층(100)의 하면 에서 상기 P+형 반도체층(300)과 교대로 형성되게 된다.
상기 P+형 반도체층(300)은 상기 P형 반도체층(100)의 하면에서 상기 N형 반도체층(200)과 교대로 형성된다.
상기 P+형 반도체층(300)은 상기 N형 반도체층(200)보다 상기 P형 반도체층(100)의 내부로 보다 더 침투되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 P+형 반도체층(300)의 하단은 상기 N형 반도체층(200)의 하단과 동일하지만, 상기 P+형 반도체층(300)의 상단은 상기 N형 반도체층(200)의 상단보다 높게 형성될 수 있다.
상기 반사방지층(400)은 상기 P형 반도체층(100)의 상면에 형성되며, 상기 P형 반도체층(100)의 상면이 요철구조로 형성된 경우 상기 반사방지층(400)도 요철구조로 형성된다. 상기 반사방지층(400)은 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성될 수 있다.
상기 제1전극(500)은 상기 P형 반도체층(100)의 아래, 보다 구체적으로는 상기 P+형 반도체층(300)의 하면에 형성되고, 상기 P+형 반도체층(300)과 전기적으로 연결되어 태양전지의 (+)전극을 구성하게 된다. 상기 제1전극(500)은 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2전극(600)은 상기 P형 반도체층(100)의 아래, 보다 구체적으로는 상기 N형 반도체층(200)의 하면에 형성되고, 상기 N형 반도체층(200)과 전기적으로 연결되어 태양전지의 (-)전극을 구성하게 된다. 상기 제2전극(600)은 Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극(500)의 좌우폭은 상기 P+형 반도체층(300)의 좌우폭과 동일하게 형성되고, 상기 제2전극(600)의 좌우폭은 상기 N형 반도체층(200)의 좌우폭보다 작게 형성된다. 따라서, 상기 제1전극(500)과 제2전극(600)은 서로 소정 간격을 갖고 이격 형성된다.
또한, 상기 제1전극(500)과 제2전극(600)은, 상하방향으로 교대로 형성될 수도 있고, 좌우방향으로 교대로 형성될 수도 있으며, 상하 및 좌우방향 모두에서 교대로 형성될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 제1전극(500) 및 제2전극(600) 모두가 태양광이 입사되는 면에 형성되지 않기 때문에 태양광의 입사율을 최대화할 수 있다.
<기판형 태양전지의 제조방법>
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, P형 반도체 기판(100a)을 제조한 후, 그 상면을 요철구조로 형성한다.
상기 P형 반도체 기판(100a)은 소정의 에칭공정을 통해 그 상면을 요철구조로 형성하는데, 상기 P형 반도체 기판(100a)으로서 단결정실리콘 기판을 이용하는 경우는 알카리 에칭에 의해서 그 표면을 요철구조로 형성할 수 있지만, 상기 P형 반도체 기판(100a)으로서 다결정실리콘 기판을 이용하는 경우는 많은 결정입자가 서로 다른 결정방위로 배열되어 있기 때문에 알카리 에칭에 의해서 그 표면을 요철구조로 형성하는데 한계가 있어서 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE), 산액을 이용한 등방성 에칭법, 또는 기계적 에칭법 등을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.
상기 반응성 이온 에칭법은 결정입자의 결정방위에 관계없이 기판의 표면에 균일한 요철구조를 형성할 수 있기 때문에, 다결정실리콘 기판의 표면에 요철구조를 형성하는 공정에 용이하게 적용할 수 있으며, 특히 반응성 이온 에칭법을 적용하게 되면 이후 공정을 동일한 챔버에서 수행할 수 있는 장점이 있다. 상기 반응성 이온 에칭법을 적용할 경우에는 Cl2, SF6, NF3, HBr, 또는 그들의 혼합물을 주 가스로 이용하고, 경우에 따라서는 Ar, O2, N2, He, 또는 그들의 혼합물을 첨가 가스로 이용할 수 있다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 상면에 반사방지층(400)을 형성한다.
상기 P형 반도체 기판(100a)의 상면이 요철구조로 형성됨에 따라 상기 반사방지층(400)도 요철구조로 형성된다.
상기 반사방지층(400)은 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성할 수 있다.
상기 실리콘질화물은 NH3, SiH4, 및 N2 가스를 이용하여 플라즈마 CVD법으로 형성할 수 있고, 상기 실리콘산화물은 SiH4, N2, 및 N2O 가스를 이용하여 플라즈마 CVD법으로 형성할 수 있다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하부에 N형 반도체층(200)을 형성함으로써, P형 반도체층(100) 및 그 하부에 N형 반도체층(200)을 형성한다.
상기 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하부에 N형 도펀트를 도핑함으로써 형성할 수 있으며, 상기 N형 도펀트를 도핑하는 공정은 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 고온확산법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 P형 반도체 기판(100a)을 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 P형 반도체 기판(100a)의 표면으로 확산시키는 공정으로 이루어진다.
상기 고온확산공정은 800℃이상의 고온에서 수행되기 때문에 P형 반도체 기판(100a)의 표면에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 부산물이 형성될 수 있다. 상기 PSG는 태양전지에서 전류를 차폐시키는 문제를 야기하기 때문에 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 식각용액 등을 이용하여 상기 PSG를 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고온확산공정을 수행하면 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하부 뿐만 아니라 상기 P형 반도체 기판(100a)의 측부에도 N형 도펀트가 도핑되기 때문에(상기 P형 반도체 기판(100a)의 상면에는 반사방지층(400)이 형성되어 있기 때문 에, 상기 반사방지층(400)이 배리어(barrier)로서 기능하여, 고온확산공정시 상기 P형 반도체 기판(100a)의 상부에는 N형 반도체층이 형성되지 않는다), 상기 P형 반도체 기판(100a)의 측부에 형성되는 N형 반도체층을 제거하는 공정을 추가로 수행해야 하며, 이와 같은 제거 공정은 레이저를 이용할 수도 있고, 습식 또는 건식 식각 공정을 이용할 수도 있다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 P형 반도체 기판(100a)을 그 하면이 위를 향하도록 하여 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시키는 공정으로 이루어진다. 이와 같이 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하면으로 입사하여 이온도핑된다.
상기 플라즈마 이온도핑 공정 후에는 상기 N형 반도체층(200)을 적절한 온도로 가열하는 어닐링 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 어닐링 공정을 수행하지 않을 경우에는 도핑된 이온이 단순한 불순물로 작용할 수 있지만, 상기 어닐링 공정을 수행하게 되면 도핑된 이온이 Si와 결합하여 활성화되기 때문이다.
또한, 플라즈마 이온도핑 공정 후에 어닐링 공정을 수행하면, 도 3b공정에서 형성된 반사방지층(400)에 함유된 수소이온이 상기 P형 반도체층(100)으로 침투해서 P형 반도체층(100)에 존재하는 디펙트(Defect)를 감소시키는 효과가 있다. 이와 같은 반사방지층(400)에 함유된 수소이온의 침투에 의한 P형 반도체층(100)의 디펙트 감소 효과는 상기 고온확산법의 경우에서도 마찬가지이다. 따라서, 상기 반사방지층(400)은 N형 반도체층(200) 형성공정 이후에 형성하는 것도 가능하지만, P형 반도체층(100)의 디펙트 감소효과를 구현하기 위해서는 N형 반도체층(200) 형성공정 이전에 반사방지층(400)을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 플라즈마 이온도핑법은 상기 고온확산법에 비하여 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 플라즈마 이온도핑법은 가스유량 이나 RF전력을 조절함으로써 도핑농도 및 도핑깊이를 정확히 제어할 수 있기 때문에 고온확산법에 비하여 보다 정밀하고 재현성 높은 도핑을 실현할 수 있고 공정시간도 단축되는 장점이 있다.
둘째, 플라즈마 이온도핑법은 고온확산법에 비하여 상대적으로 저온에서 공정이 진행되기 때문에 고온확산법에서 발생하는 부산물(예로 PSG 또는 BSG)이 생성되지 않고, 따라서 부산물을 제거하기 위한 추가 공정이 요하지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
셋째, 이온 도핑이 수직방향으로 진행되기 때문에 P형 반도체 기판(100a)의 하부에만 N형 반도체층(200)이 형성되어 고온확산법에서와 같이 P형 반도체 기판(100a)의 측부에 형성된 N형 반도체층을 제거하기 위한 추가공정이 요하지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 하면에 서로 이격되도록 제1전극(500) 및 제2전극(600)을 형성한다.
상기 제1전극(500)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 제2전극(600)을 형성할 수도 있고, 상기 제2전극(600)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 제1전극(500)을 형성할 수도 있다.
상기 제1전극(500)과 제2전극(600)은, 상하방향으로 교대로 형성할 수도 있고, 좌우방향으로 교대로 형성할 수도 있으며, 상하 및 좌우방향 모두에서 교대로 형성할 수도 있다.
상기 제1전극(500)은 Al과 같이 P형 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 포함하여 이루어지며, 상기 제2전극(600)은 Ag와 같이 P형 도펀트로 기능하지 않는 물질로 이루어진다.
상기 제1전극(500)은 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있고, 상기 제2전극(600)은 Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극(500) 및 제2전극(600)은 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 스크린 인쇄법은 스크린과 스퀴즈(squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 잉크젯 인쇄법은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 그라비아 인쇄법은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 미세접촉 인쇄법은 소정 의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방법이다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 열처리공정을 수행하여 P+형 반도체층(300)을 형성한다. 즉, 580 내지 620℃의 온도를 가하면 상기 제1전극(500) 물질이 상기 N형 반도체층(200)을 뚫고 상기 P형 반도체층(100)과 접촉하여 P+형 반도체층(300)이 형성되는 것이다. 상기 P+형 반도체층(300)은 도시한 바와 같이, 상기 제1전극(500) 물질이 상기 P형 반도체층(100)의 소정 영역까지 침투하여 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 P+형 반도체층(300), 제1전극(500) 및 제2전극(600) 형성공정을 제외하고 전술한 도 3a 내지 도 3e에 따른 기판형 태양전지의 제조공정과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, P형 반도체 기판(100a)을 제조한 후, 그 상면을 요철구조로 형성한다.
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 상면에 반사방지층(400)을 형성한다.
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하부에 N형 반도체층(200)을 형성함으로써, P형 반도체층(100) 및 그 하부에 N형 반도체 층(200)을 형성한다.
상기 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체 기판(100a)의 하부에 N형 도펀트를 도핑함으로써 형성할 수 있으며, 상기 N형 도펀트를 도핑하는 공정은 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 수행할 수 있다.
다음, 도 4d에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 하면에 제1전극(500)을 형성한다.
상기 제1전극(500)은 Al과 같이 P형 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 포함하여 이루어지며, 그 예로는 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질을 들 수 있다.
다음, 도 4e에서 알 수 있듯이, 열처리공정을 수행하여 P+형 반도체층(300)을 형성한다. 즉, 580 내지 620℃의 온도를 가하면 상기 제1전극(500) 물질이 상기 N형 반도체층(200)을 뚫고 상기 P형 반도체층(100)과 접촉하여 P+형 반도체층(300)이 형성되는 것이다. 상기 P+형 반도체층(300)은 도시한 바와 같이, 상기 제1전극(500) 물질이 상기 P형 반도체층(100)의 소정 영역까지 침투하여 형성될 수 있다.
다음, 도 4f에서 알 수 있듯이, 상기 제1전극(500)과 이격되면서, 상기 N형 반도체층(200)의 하면에 제2전극(600)을 형성한다.
상기 제2전극(600)은 Al과 같이 P형 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 포함하여 이루어질 수도 있고, Ag와 같이 P형 도펀트로 기능하지 않는 물질로 이루어질 수도 있으며, 그 예로는 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn, Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn 등과 같은 금속물질을 들 수 있다.
즉, 전술한 도 3a 내지 도 3e에 따른 실시예에서는, 제1금속(500)과 제2금속(600)을 동시에 형성하고 열처리공정을 통해 P+형 반도체층(300)을 형성하기 때문에 제2금속(600)으로서 P형 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 사용하면 P+형 반도체층(300)이 제2금속(600) 상부에도 형성되어 문제가 될 수 있지만, 도 4a 내지 도 4f에 따른 실시예에서는, 제1금속(500)을 형성하고 열처리공정을 통해 P+형 반도체층(300)을 형성한 후에 제2금속(600)을 형성하기 때문에 제2금속(600)으로서 P형 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 사용해도 무방한 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 제1전극(500)과 P형 실리콘층(100)을 전기적으로 연결함에 있어서 쇼트 발생의 문제가 없기 때문에 제1전극(500) 물질을 P형 실리콘층(100)까지 침투시키기 위한 열처리 공정 제어가 용이하다. 즉, 종래의 경우에는 고온의 열처리에 의해 전면전극(도 1의 도면부호 50 참조)물질이 N형 실리콘층(도 1의 도면부호 20 참조)까지만 침투해야 하고 N형 실리콘층을 거쳐 P형 실리콘층(도 1의 도면부호 10 참조)까지 침투할 경우 쇼트가 발생하는 문제점이 있어 열처리 공정 제어를 정확하게 수행해야 하는 부담이 있지만, 본 발명은 제1전극(500)물질의 침투량이 많다 하더라도 쇼트 발생의 문제가 없기 때문에 열처리 공정 제어가 용이하다.
또한, 본 발명에 따르면, 열처리 공정을 비교적 저온에서 수행할 수 있는 장 점이 있다. 즉, 종래의 경우에는 전면전극(도 1의 도면부호 50 참조)물질이 반사방지층(도 1의 도면부호 40 참조)을 뚫고 N형 실리콘층(도 1의 도면부호 20 참조)까지 침투하므로 열처리 공정을 850℃ 이상의 고온에서 수행해야 하지만, 본 발명은 제1전극(500)물질이 반사방지층(400)을 뚫지 않기 때문에 열처리 공정을 580 내지 620℃의 온도에서 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>
100: P형 반도체층 200: N형 반도체층
300: P+형 반도체층 400: 반사방지층
500: 제1전극 600: 제2전극
Claims (15)
- 삭제
- P형 반도체층;상기 P형 반도체층의 하면에 교대로 형성된 N형 반도체층 및 P+형 반도체층; 및상기 P+형 반도체층의 하면에 형성되어 상기 P+형 반도체층과 연결된 제1전극 및 상기 N형 반도체층의 하면에 형성되어 상기 N형 반도체층과 연결된 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 P형 반도체층의 아래에서 소정간격으로 이격되어 있고,상기 P+형 반도체층의 하단은 상기 N형 반도체층의 하단과 동일하고, 상기 P+형 반도체층의 상단은 상기 N형 반도체층의 상단보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
- 삭제
- P형 반도체층;상기 P형 반도체층의 하면에 교대로 형성된 N형 반도체층 및 P+형 반도체층; 및상기 P+형 반도체층의 하면에 형성되어 상기 P+형 반도체층과 연결된 제1전극 및 상기 N형 반도체층의 하면에 형성되어 상기 N형 반도체층과 연결된 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 P형 반도체층의 아래에서 소정간격으로 이격되어 있고,상기 제1전극의 좌우폭은 상기 P+형 반도체층의 좌우폭과 동일하게 형성되고, 상기 제2전극의 좌우폭은 상기 N형 반도체층의 좌우폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
- 삭제
- 제2항 또는 제4항에 있어서,상기 P형 반도체층 상면에 요철구조의 반사방지층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
- P형 반도체 기판을 준비하는 공정;상기 P형 반도체 기판의 하부에 N형 도펀트를 도핑시켜, P형 반도체층 및 그 하면에 N형 반도체층을 형성하는 공정;상기 N형 반도체층의 하면에 제1전극을 형성하는 공정;상기 N형 반도체층의 하면에 상기 제1전극과 이격되도록 제2전극을 형성하는 공정; 및상기 제1전극과 상기 P형 반도체층 사이에 P+형 반도체층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제7항에 있어서,상기 P형 반도체 기판의 상면에 반사방지층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 반사방지층을 형성하는 공정은 상기 P형 반도체 기판의 하부에 N형 도펀트를 도핑시키는 공정 이전에 수행하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 P+형 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1전극 물질이 상기 N형 반도 체층을 뚫고 상기 P형 반도체층과 접촉하도록 열처리공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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