KR101447433B1 - 기판형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 P형 반도체층; 상기 P형 반도체층 위에 형성되며, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하는 N형 반도체층; 상기 N형 반도체층의 제1면 및 제2면에 형성되는 반사방지층; 상기 N형 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및 상기 P형 반도체층 아래에 형성되는 제2전극을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면 태양광이 입사되는 면에 형성되는 제1전극이 트렌치 내부에서 수직하게 배열되기 때문에 입사되는 태양광을 차단하는 면적이 현저히 감소되어 태양광의 입사율이 증가 되고, 결국 태양전지의 효율이 향상된다.
기판형 태양전지, 입사율

Description

기판형 태양전지 및 그 제조방법{Wafer type Solar Cell and Method for manufacturing the same}
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 반도체층(10), N형 반도체층(20), 반사방지층(30), 제1전극(40), 및 제2전극(50)으로 이루어진다.
상기 P형 반도체층(10) 및 그 상면에 형성된 N형 반도체층(20)은 태양전지의 PN접합 구조를 이룬다. 상기 반사방지층(30)은 입사되는 태양광의 반사를 최소화하여 광의 입사율을 증진시키는 역할을 한다. 상기 제1전극(40)은 상기 N형 반도체층(20)과 연결되고, 상기 제2전극(50)은 상기 P형 반도체층(10)과 연결되어 각각 태양전지의 (-) 및 (+) 전극으로서 기능 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기판형 태양전지는 태양광이 입사되는 면에 비교적 넓은 면적으로 제1전극(40)이 형성되기 때문에 입사되는 태양광이 상기 제1전극(40)에 의해 차단되어 태양전지 내부로 태양광이 입사되는 비율이 줄어들고, 그에 따라 태양전지의 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 태양광이 입사되는 면에 제1전극을 형성하되 태양광을 차단하는 제1전극의 면적을 최소화하여 태양광의 입사율을 증가시킬 수 있는 기판형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, P형 반도체층; 상기 P형 반도체층 위에 형성되며, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하는 N형 반도체층; 상기 N형 반도체층의 제1면 및 제2면에 형성되는 반사방지층; 상기 N형 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및 상기 P형 반도체층 아래에 형성되는 제2전극을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지를 제공한다.
상기 N형 반도체층의 제1면은 돌출구조로 이루어질 수 있다.
상기 반사방지층은 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 이루어지고, 이때 상부층의 굴절율이 하부층이 굴절율보다 작을 수 있다.
상기 N형 반도체층과 상기 반사방지층 사이에 투명전극층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 투명전극층은 상기 N형 반도체층과 상기 제1전극 사이에 추가로 형성될 수 있다.
상기 P형 반도체층과 제2전극 사이에 P+형 반도체층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 N형 반도체층; 상기 N형 반도체층 위에 형성되며, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면을 구비하는 P형 반도체층; 상기 P형 반도체층의 제1면 및 제2면에 형성되는 반사방지층; 상기 P형 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및 상기 N형 반도체층 아래에 형성되는 제2전극을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지를 제공한다.
상기 P형 반도체층의 제1면은 돌출구조로 이루어질 수 있다.
상기 반사방지층은 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 이루어지고, 이때 상부층의 굴절율이 하부층이 굴절율보다 작을 수 있다.
상기 P형 반도체층과 상기 반사방지층 사이에 투명전극층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 투명전극층은 상기 P형 반도체층과 상기 제1전극 사이에 추가로 형성될 수 있다.
상기 N형 반도체층과 제2전극 사이에 N+형 반도체층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 P형 반도체 기판의 상부에, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 형성하는 공정; 상기 P형 반도체 기판의 상부에 N형 도펀트를 도핑하여, P형 반도체층, 및 상기 제 1면, 제2면 및 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하는 N형 반도체층을 형성하는 공정; 상기 N형 반도체층의 상면에 반사방지층을 형성하는 공정; 상기 N형 반도체층의 제3면에 형성된 반사방지층 상에 제1전극을 형성하는 공정; 상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 N형 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되도록 열처리하는 공정; 및 상기 P형 반도체층의 아래에 제2전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 P형 반도체 기판의 상부에 트렌치를 형성하는 공정은, 상기 트렌치를 정의하는 제1면을 돌출구조로 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 반사방지층을 형성하는 공정은 굴절율이 상이한 복수 개의 층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 이때 상부층의 굴절율이 하부층이 굴절율보다 작을 수 있다.
상기 반사방지층을 형성하는 공정 이전에 상기 N형 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 열처리하는 공정은 상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 N형 반도체층의 제3면에 형성된 투명전극층과 연결되도록 할 수 있다.
상기 P형 반도체층과 제2전극 사이에 P+형 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2전극을 형성하는 공정 이후에 상기 열처리 공정을 수행함으로써, 상기 열처리에 의해 상기 제2전극이 상기 P형 반도체층의 하부로 침투하여 P+형 반도 체층을 형성할 수 있다.
본 발명은 N형 반도체 기판의 상부에, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 형성하는 공정; 상기 N형 반도체 기판의 상부에 P형 도펀트를 도핑하여, N형 반도체층, 및 상기 제1면, 제2면 및 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하는 P형 반도체층을 형성하는 공정; 상기 P형 반도체층의 상면에 반사방지층을 형성하는 공정; 상기 P형 반도체층의 제3면에 형성된 반사방지층 상에 제1전극을 형성하는 공정; 상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 P형 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되도록 열처리하는 공정; 및 상기 N형 반도체층의 아래에 제2전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 기판형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 N형 반도체 기판의 상부에 트렌치를 형성하는 공정은, 상기 트렌치를 정의하는 제1면을 돌출구조로 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 반사방지층을 형성하는 공정은 굴절율이 상이한 복수 개의 층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 이때 상부층의 굴절율이 하부층이 굴절율보다 작을 수 있다.
상기 반사방지층을 형성하는 공정 이전에 상기 P형 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 열처리하는 공정은 상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 P형 반도체층의 제3면에 형성된 투명전극층과 연결되도록 할 수 있다.
상기 N형 반도체층의 아래에 제2전극을 형성하는 공정 이전에 상기 N형 반도 체층의 하부에 N+형 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 태양광이 입사되는 면에 형성되는 제1전극이 트렌치 내부에서 수직하게 배열되기 때문에 입사되는 태양광을 차단하는 면적이 현저히 감소되어 태양광의 입사율이 증가 되고, 결국 태양전지의 효율이 향상된다.
둘째, N형 또는 P형 반도체층과 반사방지층 사이에 투명전극층을 형성함으로써 입사되는 태양광의 산란효과를 극대화하여 태양전지의 효율이 향상된다.
셋째, 반사방지층을 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 형성함으로써 입사되는 태양광이 다양한 각으로 산란되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<기판형 태양전지>
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지는 P형 반도체층(100), N형 반도체층(200), 반사방지층(300), 제1전극(400), 및 제2전극(500)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 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체층(100)의 상면에 형성되어 상기 P형 반도체층(100)과 함께 PN접합 구조를 이룬다. 상기 N형 반도체층(200)은 제1면(210), 상기 제1면(210)보다 높은 제2면(220), 및 상기 제1면(210)과 제2면(220)을 연결하는 제3면(230)에 의해 정의되는 트렌치를 구비한다. 상기 제1면(210)과 제2면(220)은 수평하게 형성되고, 상기 제3면(230)은 수직하게 형성될 수 있다.
도면에는 상기 N형 반도체층(200)에 트렌치가 하나만 형성된 모습을 도시하였지만, 상기 N형 반도체층(200)에 2개 이상의 트렌치가 형성될 수도 있으며, 복수 개의 트렌치가 형성될 경우 저항을 줄일 수 있다.
상기 반사방지층(300)은 상기 N형 반도체층(200)의 상면, 구체적으로는 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210) 및 제2면(220)에 형성된다. 상기 반사방지층(300)은 입사되는 태양광의 반사를 방지함으로써 태양광의 흡수율을 증진시키는 역할을 하는 것으로서, SiN과 같은 실리콘질화물 또는 SiO2와 같은 실리콘산화물로 형성될 수 있다. 상기 반사방지층(300)은 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 형성함으로써 태양광을 다양한 각으로 산란시켜 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있으며, 이와 같 이 복수 개의 층으로 형성할 경우에는 상부층의 굴절율이 하부층의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
상기 제1전극(400)은 상기 N형 반도체층(200)과 연결되어 태양전지의 일 전극을 형성하는 것으로, 구체적으로는 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)에 형성되어 상기 N형 반도체층(200)과 연결된다. 이와 같이 태양광이 입사되는 면에 형성되는 제1전극(400)이 상기 트렌치 내부에서 수직하게 배열되기 때문에 입사되는 태양광을 차단하는 면적이 종래에 비하여 현저히 감소되어 태양광의 입사율이 증진되게 된다.
상기 제2전극(500)은 상기 P형 반도체층(100)과 연결되어 태양전지의 다른 전극을 형성하는 것으로, 구체적으로는 상기 P형 반도체층(100)의 아래에 형성된다.
상기 제1전극(400) 및 제2전극(500)은 Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
이하에서 설명할 본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 본 발명의 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 투명전극층(350)이 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 제1실시예와 동일하다.
도 2b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지는 P형 반도 체층(100), N형 반도체층(200), 반사방지층(300), 투명전극층(350), 제1전극(400), 및 제2전극(500)으로 이루어진다.
상기 투명전극층(350)은 입사되는 태양광의 산란효과를 극대화하기 위한 것으로서 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진다.
상기 투명전극층(350)은 상기 N형 반도체층(200)과 상기 반사방지층(300) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 투명전극층(350)은 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210) 및 제2면(220)에 형성되고, 상기 투명전극층(350) 위에 반사방지층(300)이 형성되며, 그에 따라 상기 제1전극(400)은 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)과 직접 연결될 수 있다.
다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 투명전극층(350)은 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210), 제2면(220), 및 제3면(230)에 형성되고, 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210) 및 제2면(220)에 형성된 투명전극층(350) 위에만 반사방지층(300)이 형성되며, 그에 따라 상기 제1전극(400)은 상기 투명전극층(350)을 통해 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 2c는 본 발명의 제3실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도로서, P+형 반도체층(150)이 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 제1실시예와 동일하다.
도 2c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지는 P형 반도 체층(100), P+형 반도체층(150), N형 반도체층(200), 반사방지층(300), 제1전극(400), 및 제2전극(500)으로 이루어진다.
상기 P+형 반도체층(150)은 상기 P형 반도체층(100)과 제2전극(500) 사이에 형성되어, 태양광에 의해서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지함으로써, 태양전지의 효율을 증진시키는 역할을 한다.
한편, 도 2a에 따른 태양전지에, 도 2b에서와 같은 투명전극층(350) 및 도 2c에서와 같은 P+형 반도체층(150)이 모두 추가되어 본 발명에 따른 태양전지를 구성할 수도 있다.
도 3a는 본 발명의 제4실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도로서, N형 반도체층(200)의 제1면(210)의 구조를 제외하고 전술한 제1실시예와 동일하다.
전술한 본 발명의 제1실시예에 따르면 N형 반도체층(200)의 제1면(210)이 수평한 구조로 형성되지만, 본 발명의 제4실시예에 따르면 N형 반도체층(200)의 제1면(210)이 돌출구조로 형성된다. 이와 같이, N형 반도체층(200)의 제1면(210)이 돌출구조로 형성될 경우 입사되는 태양광의 산란효과가 증진되어 태양전지의 효율이 증진될 수 있다. 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210)이 돌출구조로 형성됨에 따라 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210) 위에 형성되는 반사방지층(300)도 돌출구조로 형성된다.
도 3b는 본 발명의 제5실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도로 서, 투명전극층(350)이 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 도 3a의 제4실시예와 동일하다. 이와 같은 투명전극층(350)의 구체적인 구성은 전술한 도 2b의 제2실시예에서와 동일하다.
도 3c는 본 발명의 제6실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도로서, P+형 반도체층(150)이 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 도 3a의 제4실시예와 동일하다. 이와 같은 P+형 반도체층(150)의 구체적인 구성은 전술한 도 2c의 제3실시예에서와 동일하다.
이상 설명한 본 발명에 따른 기판형 태양전지는 P형 반도체층(100)의 상면에 N형 반도체층(200)이 형성되고, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 반사방지층(300)이 형성되고, 상기 N형 반도체층(200)과 제1전극(400)이 전기적으로 연결되고, 상기 P형 반도체층(100)과 제2전극(500)이 전기적으로 연결되는 구조에 관한 것이지만, 본 발명은 N형 반도체층의 상면에 P형 반도체층이 형성되고, 상기 P형 반도체층의 상면에 반사방지층이 형성되고, 상기 P형 반도체층과 제1전극이 전기적으로 연결되고, 상기 N형 반도체층과 제2전극이 전기적으로 연결되는 구조도 포함한다.
즉, 본 발명은 전술한 도 2a 내지 도 2c, 및 도 3a 내지 도 3c에서, P형 반도체층(100)의 위치에 N형 반도체층이 형성되고, N형 반도체층(200)의 위치에 P형 반도체층이 형성된 구조의 기판형 태양전지도 포함한다.
<기판형 태양전지의 제조방법>
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공 정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 2a에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다.
우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, P형 반도체 기판(100a)의 상부에 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치는 상기 P형 반도체 기판(100a)의 제1면(210), 상기 제1면(210)보다 높은 제2면(220) 및 상기 제1면(210)과 제2면(220)을 연결하는 제3면(230)에 의해 정의된다.
상기 트렌치는 P형 반도체 기판(100a)의 상부를 식각하여 형성할 수 있으며, 그 식각 방법으로는 알카리 에칭법, 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE), 산액을 이용한 등방성 에칭법, 또는 기계적 에칭법 등을 들 수 있다.
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 상부에 N형 도펀트를 도핑하여, P형 반도체층(100) 및 N형 반도체층(200)을 형성한다.
상기 N형 반도체층(200)은 상기 P형 반도체층(100)의 상면에 형성되며, 전술한 제1면(210), 제2면(220) 및 제3면(230)에 의해 정의되는 트렌치를 구비하게 된다.
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 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 P형 반도체 기판(100a)을 그 상면이 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 상면으로 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.
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 반사방지층(300)을 형성한다. 상기 반사방지층(300)은 상기 N형 반도체층(200)의 제1면(210), 제2면(220), 및 제3면(230)에 형성한다.
상기 반사방지층(300)은 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성할 수 있는데, 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.
상기 반사방지층(300)은 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 형성할 수 있으며, 이 경우 상부층의 굴절율이 하부층의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
한편, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 반사방지층(300)을 형성하기 전에, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 투명전극층(도 2b의 도면부호 350 참조)을 형성하고, 상기 투명전극층의 상면에 반사방지층(300)을 형성할 수 있으며, 이 경우에는 최종적으로 도 2b와 같은 구조의 기판형 태양전지가 제조될 수 있다.
다음, 도 4d에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)에 형성된 반사방지층(300) 상에 제1전극(400)을 형성한다.
상기 제1전극(400)은 Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 4e에서 알 수 있듯이, 열처리를 수행하여 상기 제1전극(400)이 상기 반사방지층(300)을 뚫고 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)과 연결되도록 한다.
즉, 약 850℃이상의 고온의 열처리를 수행하면 상기 제1전극(400)을 구성하는 금속물질이 상기 반사방지층(300)을 뚫고 상기 N형 반도체층(200)까지 침투하게 되어 제1전극(400)이 N형 반도체층(200)과 연결되게 된다.
한편, 전술한 도 4c공정에서 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 투명전극층을 형성하고 상기 투명전극층의 상면에 반사방지층(300)을 형성한 경우에는, 상기 고온의 열처리를 통해 상기 제1전극(400)을 구성하는 금속물질이 상기 반사방지층(300)과 투명전극층 모두를 뚫고 상기 N형 반도체층(200)까지 침투하도록 할 수도 있고, 상기 고온의 열처리 공정을 조절하여 상기 제1전극(400)을 구성하는 금속물질이 상기 반사방지층(300)만을 뚫고 상기 투명전극층까지만 침투하도록 할 수도 있다. 상기 제1전극(400)이 상기 투명전극층까지만 침투할 경우에는, 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)에 투명전극층과 제1전극(400)이 차례로 형성된 구조를 이루며, 이 경우 제1전극(400)은 상기 투명전극층을 통해서 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)과 전기적으로 연결되게 된다.
다음, 도 4f에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체층(100)의 아래에 제2전극(500)을 형성하여 도 2a와 같은 기판형 태양전지의 제조를 완료한다.
상기 제2전극(500)은 Ag, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 상기 P형 반도체층(100)의 하부에 P+형 반도체층(도 2c의 도면번호 150)을 추가로 형성함으로써 도 2c와 같은 기판형 태양전지를 제조할 수 있다. 상기 P+형 반도체층(150)은 열처리 공정을 통해 상기 제2전극(500)을 구성하는 금속물 질을 상기 P형 반도체층(100)의 하부로 침투시켜 형성할 수 있으며, 이를 위해서 상기 제2전극(500)은 P형 도펀트로 기능할 수 있는 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용한다.
특히, 도 4d의 제1전극(400) 형성 공정시 상기 P형 반도체층(100)의 아래에 제2전극(500)을 형성하고, 그 후에 열처리공정을 수행하게 되면, 상기 열처리에 의해서 상기 제1전극(400)이 반사방지층(300)을 뚫고 N형 반도체층(200)까지 침투함과 동시에 상기 제2전극(500)이 상기 P형 반도체층(100)의 하부로 침투하여 P+형 반도체층(150)을 구성할 수 있다. 이와 같은 공정은 후술하는 실시예를 참조하면 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 3c에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, P형 반도체 기판(100a)의 상부에 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치는 상기 P형 반도체 기판(100a)의 제1면(210), 상기 제1면(210)보다 높은 제2면(220) 및 상기 제1면(210)과 제2면(220)을 연결하는 제3면(230)에 의해 정의되며, 이때, 상기 제1면(210)은 돌출구조로 형성한다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(100a)의 상부에 N형 도펀트를 도핑하여, P형 반도체층(100) 및 N형 반도체층(200)을 형성한다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 반사방지층(300)을 형성한다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)에 형성된 반사방지층(300) 상에 제1전극(400)을 형성하고, 상기 P형 반도체층(100)의 하면에 제2전극(500)을 형성한다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 열처리를 수행하여, 상기 제1전극(400)이 상기 반사방지층(300)을 뚫고 상기 N형 반도체층(200)의 제3면(230)과 연결되도록 함과 동시에 상기 제2전극(500)이 상기 P형 반도체층(100)의 하부로 침투하여 P+형 반도체층(150)을 형성하도록 한다.
이상 설명한 본 발명은 P형 반도체층(100)의 상면에 N형 반도체층(200)을 형성하고, 상기 N형 반도체층(200)의 상면에 반사방지층(300)을 형성하고, 상기 N형 반도체층(200)과 제1전극(400)을 전기적으로 연결하고, 상기 P형 반도체층(100)과 제2전극(500)을 전기적으로 연결하여 기판형 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이지만, 본 발명은 N형 반도체층의 상면에 P형 반도체층을 형성하고, 상기 P형 반도체층의 상면에 반사방지층을 형성하고, 상기 P형 반도체층과 제1전극을 전기적으로 연결하고, 상기 N형 반도체층과 제2전극을 전기적으로 연결하여 기판형 태양전지를 제조하는 방법도 포함한다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 2c는 본 발명의 제3실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 3a는 본 발명의 제4실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 3b는 본 발명의 제5실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 3c는 본 발명의 제6실시예에 따른 기판형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>
100: P형 반도체층 150: P+형 반도체층
200: N형 반도체층 300: 반사방지층
350: 투명전극층 400: 제1전극
500: 제2전극

Claims (25)

  1. 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 위에 형성되며, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면, 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하는 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층의 제1면 및 제2면에 형성되는 반사방지층;
    상기 제2 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및
    상기 제1 반도체층 아래에 형성되는 제2전극을 포함하여 이루어지고,
    상기 제2 반도체층의 제1면은 돌출구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사방지층은 굴절율이 상이한 복수 개의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사방지층을 구성하는 복수 개의 층 중에서 상부층의 굴절율이 하부층의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층과 상기 반사방지층 사이에 투명전극층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명전극층은 상기 제2 반도체층과 상기 제1전극 사이에 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고 상기 P형 반도체층과 제2전극 사이에 P+형 반도체층이 추가로 형성되거나, 또는 상기 제1 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어지고 상기 N형 반도체층과 제2전극 사이에 N+형 반도체층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지.
  8. 반도체 기판의 상부에, 제1면, 상기 제1면보다 높은 제2면 및 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 형성하는 공정;
    상기 반도체 기판의 상부에 도펀트를 도핑하여, 도펀트가 도핑되지 않은 상기 반도체 기판의 하부로 이루어진 제1 반도체층, 및 상기 제1면, 제2면 및 제3면에 의해 정의되는 트렌치를 구비하며 도펀트가 도핑된 상기 반도체 기판의 상부로 이루어진 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층의 상면에 반사방지층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층의 제3면에 형성된 반사방지층 상에 제1전극을 형성하는 공정;
    상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 제2 반도체층의 제3면과 전기적으로 연결되도록 열처리하는 공정; 및
    상기 제1 반도체층의 아래에 제2전극을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 반도체 기판의 상부에 트렌치를 형성하는 공정은, 상기 트렌치를 정의하는 제1면을 돌출구조로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반사방지층을 형성하는 공정은 굴절율이 상이한 복수 개의 층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사방지층을 구성하는 복수 개의 층 중에서 상부층의 굴절율이 하부층의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 반사방지층을 형성하는 공정 이전에 상기 제2 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열처리하는 공정은 상기 제1전극이 상기 반사방지층을 뚫고 상기 제2 반도체층의 제3면에 형성된 투명전극층과 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고 상기 P형 반도체층과 제2전극 사이에 P+형 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함하거나 또는 상기 제1 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어지고 상기 N형 반도체층과 제2전극 사이에 N+형 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고 상기 제2전극을 형성하는 공정 이후에 상기 열처리 공정을 수행함으로써 상기 열처리에 의해 상기 제2전극이 상기 P형 반도체층의 하부로 침투하여 P+형 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1반도체층은 N형 반도체층으로 이루어지고,
    상기 N형 반도체층의 아래에 제2전극을 형성하는 공정 이전에 상기 N형 반도체층의 하부에 N+형 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양전지의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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