KR101449336B1 - 그리드 전극 구조 및 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그리드 전극 구조 및 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 반사방지막, MESA 공정의 완료 후 그리드 전극의 도금 공정을 적용함으로써 후속 공정에 의한 전극의 불량을 최소화하고, 후속 photo 공정에 유리하게 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 그리드 전극 구조 및 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극의 불량을 최소화하고 안정적인 후속 공정이 가능하도록 한 그리드 전극 구조 및 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광은 다른 에너지원과 달리 무한하고 친환경적이기 때문에 차세대 에너지원으로 각광받고 있으며, 이에 따라 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지에 대한 관심도 높아지고 있다.
태양전지의 경우 종래 단결정 또는 다결정 실리콘 기반의 태양전지가 주로 사용되었으나 원료가 고가여서 제조비용이 높고, 제조공정이 복잡할 뿐 아니라 에너지 변환효율 개선에도 한계가 있어 최근에는 화합물 반도체를 이용한 태양전지가 사용되고 있다.
이하, 종래기술에 따른 화합물 반도체 태양전지의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 화합물 반도체 태양전지(10)는 반도체층(11)과, 반도체층(11) 상에 형성되는 오믹컨택층(12)과, 오믹컨택층(12) 상에 형성되는 그리드 전극(13)과, 반도체층(11)의 하부에 형성되는 후면전극(14) 및 반도체층(11) 상에 형성되는 반사방지막(15)을 포함하며, 그 원리는 다음과 같다.
즉, 화합물 반도체 태양전지(10)에 반도체층(11)의 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이러한 전자-정공이 반도체층(11)의 P-N 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 N층으로, 정공은 P층으로 이동하여 P-N 접합부에 기전력이 발생함으로써 그리드 전극(13)과 후면전극(14) 사이에 전류가 흐르게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 종래기술에 따른 화합물 반도체 태양전지(10)에 의하면 그리드 전극(13)이 수A에 달하는 큰 전류량에 견딜 수 있어야 하기 때문에 그리드 전극(13)의 두께가 4~6㎛ 정도로 두껍게 형성되어야 한다. 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 그리드 전극의 도금 공정이 공정 초반에 적용되는데, 통상 두꺼운 PR 패턴을 격벽으로 이용하여 시드(seed)로부터 원하는 두께의 전극을 형성하는 방식으로 이루어진다.
따라서 종래기술에 의하면 그리드 전극의 도금 공정이 셀 공정 초반에 적용되기 때문에 기판 상에 두꺼운 전극이 존재하는 상태에서 반사방지막, 메사(MESA) 등과 같은 후속 공정이 추가로 진행될 수 밖에 없고, 이로 인해 도 3에 도시된 바와 같이 후속 공정에 의한 전극의 박리(peeling), 오염(contamination) 등과 같은 문제점이 발생하게 된다.
또한, 후속 포토(Photo) 공정시 베이스 기판과 전극 사이에 약 4~6㎛의 단차가 발생하기 때문에 적용되는 PR의 종류, 두께 및 DOF/align 마진에 한계가 존재하게 된다.
참고적으로, 상술한 바와 같이 그리드 전극의 두께를 두껍게 형성하는 기술내용에 대해서는 특허 제10-1193809호에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 후속 공정에 의한 전극의 훼손을 방지하고, 후속 포토 공정에 유리하게 적용될 수 있는 그리드 전극 구조와 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은 반도체층과, 상기 반도체층 상에 형성되는 오믹컨택층과, 상기 오믹컨택층 상에 형성되는 그리드 전극층과, 상기 반도체층의 하부에 형성되는 후면전극 및 상기 반도체층 상에 형성되는 반사방지막을 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 그리드 전극 구조에 있어서, 상기 그리드 전극층은 상기 오믹컨택층과 상기 반사방지막 상에 증착되는 비정질 실리콘과; 상기 비정질 실리콘에 관통 형성되어 상기 오믹컨택층과 연결되는 그리드 스페이스와; 상기 그리드 스페이스에 충진되는 그리드 도금 전극; 및 상기 그리드 도금 전극과 연결되어 상기 비정질 실리콘 상에 형성되는 그리드 전극;을 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 그리드 전극 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 반도체층의 전면에 오믹컨택층을 형성하는 단계와; (b) 상기 반도체층에 메사 구조를 형성하는 단계와; (c) 상기 메사 구조에 반사방지막을 형성하는 단계와; (d) 상기 오믹컨택층과 상기 반사방지막 상에 비정질 실리콘을 증착하는 단계와; (e) 상기 비정질 실리콘에 상기 오믹컨택층과 연결되는 그리드 스페이스를 형성하는 단계와; (f) 상기 그리드 스페이스에 그리드 도금 전극을 충진하는 단계와; (g) 상기 비정질 실리콘 상에 상기 그리드 도금 전극과 연결되는 그리드 전극을 형성하는 단계; 및 (h) 상기 반도체층의 후면에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이 경우, 상기 화합물 반도체 태양전지의 제조방법은 상기 (h) 단계 이후 상기 비정질 실리콘을 선택적 식각에 의해 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 그리드 전극의 도금 공정이 셀 공정의 후반부에 진행됨으로써 후속 공정에 의한 전극의 불량을 최소화할 수 있다.
또한, 기판에 비정질 실리콘이 전면 증착된 후 오믹컨택층을 개방하여 도금이 진행되므로 후속 포토 공정에 비교적 평탄한 적층 구조가 제공되어 PR 선정에 제한이 없을 뿐 아니라 공정 마진까지 확보할 수 있다.
아울러, 오믹컨택층을 시드로 사용할 수 있기 때문에 시드 금속을 별도로 증착할 필요가 없다.
도 1은 종래기술에 따른 화합물 반도체 태양전지의 구조도,
도 2는 도 1에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정도,
도 3은 도 2에 도시된 방법으로 제조된 태양전지의 그리드 전극 불량을 나타낸 사진,
도 4는 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 구조도,
도 5는 도 4에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정도,
도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 모식도.
도 2는 도 1에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정도,
도 3은 도 2에 도시된 방법으로 제조된 태양전지의 그리드 전극 불량을 나타낸 사진,
도 4는 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 구조도,
도 5는 도 4에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정도,
도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 모식도.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명은 그리드 전극 구조와, 이러한 그리드 전극 구조를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법으로 대별되는 바 이하 차례대로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 구조도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지(100)는 반도체층(110)과, 오믹컨택층(120)과, 그리드 전극층(130)과, 후면전극(140) 및 반사방지막(150)을 포함한다.
반도체층(110)은 태양광을 전기적 신호로 변환하기 위한 것으로 In, Ga, Al과 같은 Ⅲ족 원소와, As, P와 같은 Ⅴ족 원소를 조합한 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용할 수 있다.
오믹컨택층(120)은 반도체층(110)과 그리드 전극층(130)을 옴(Ohm) 접촉시키기 위한 것으로 반도체층(110) 상에 500nm 이하의 두께로 형성된다.
그리드 전극층(130)은 외부 회로와의 와이어 본딩을 위한 것으로 오믹컨택층(120) 상에 형성된다. 본 발명에서는 이러한 그리드 전극층(130)이 비정질 실리콘(a-Si:H)(131)과, 그리드 스페이스(132)와, 그리드 도금 전극(133) 및 그리드 전극(134)으로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 비정질 실리콘(131)이 오믹컨택층(120)과 반사방지막(150) 상에 증착되고, 이러한 비정질 실리콘(131)에 그리드 스페이스(132)가 관통 형성된다. 이 경우, 그리드 스페이스(132)가 오믹컨택층(120)의 상부에 위치해야 하는 것은 물론이다. 한편, 그리드 스페이스(132)의 형상은 hole array와 line & space의 제한이 없는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 계속하여, 그리드 스페이스(132)에는 그리드 도금 전극(133)이 충진되며, 이러한 그리드 도금 전극(133)에 그리드 전극(134)이 연결되어 비정질 실리콘(131) 상에 노출 형성된다.
따라서 상술한 구성에 의해 그리드 전극층(130)은 비교적 평탄한 표면 구조를 가지게 되어 후속 포토 공정에 유리하게 적용될 수 있다.
계속하여, 후면전극(140)은 전기의 흐름을 위한 것으로 반도체층(110)의 하부에 형성되며, 외부 회로에 의해 그리드 전극(134)과 연결된다.
반사방지막(150)은 화합물 반도체 태양전지(100)에 입사되는 광이 반사되는 것을 방지하여 광손실을 최소화하기 위한 것으로 반도체층(110) 상에 100nm 이하의 두께로 형성된다.
이상으로 본 발명에 따른 그리드 전극 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 도 4에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 화합물 반도체 태양전지의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 5 및 도 6a 내지 도 6d를 추가적으로 참조하여 설명하면, 먼저, 웨이퍼의 후면을 식각, 세척하여 반도체층(110)을 준비한다.
이후, 반도체층(110)의 전면에 PR을 패터닝하고, 그 위에 오믹컨택층을 증착한 다음 PR을 제거하여 열처리함으로써 오믹컨택층(120)을 형성한다. 이 경우, 오믹컨택층(120)의 두께는 500nm 이하인 것이 바람직하다.
이후, 캡층(Cap Layer)을 식각한 다음 PR을 패터닝하고 식각하여 메사 구조를 형성한다.
이후, 메사 구조에 PR을 패터닝하고, 그 위에 반사방지막(ARC)을 증착한 다음 PR을 제거하여 반사방지막(150)을 형성하면 도 6a에 도시된 바와 같은 적층 구조를 가지게 된다. 이 경우, 반사방지막(150)의 두께는 100nm 이하인 것이 바람직하다.
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이 반사방지막(150)과 오믹컨택층(120) 상에 비정질 실리콘(131)을 증착한다. 구체적으로, SiH4(사일렌), H2를 원료로 하여 PECVD법으로 대략 4~5㎛ 두께로 증착한다. 이 경우, 비정질 실리콘(131)은 후술하는 도금 공정을 위한 격벽으로 사용되는데, 본 발명에서는 이러한 비정질 실리콘(131)이 셀 공정의 완료 후 필요에 따라 선택적 식각에 의해 제거될 수 있다.
이후, 그리드 전극을 패터닝한 다음 비정질 실리콘(131)을 식각하여 그리드 스페이스(132)를 형성함으로써 오믹컨택층(120)을 개방(도 6c 참조)한다. 구체적으로, 그리드 전극의 패터닝은 HMDS Coating, PR Coating/EBR, Exposure, PEB, Develop, Inspection, Descum의 공정을 통해 이루어지고, 비정질 실리콘(131)의 식각은 드라이 에칭을 통해 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 방식이 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 참고적으로, 본 발명에 적용 가능한 공정 조건에 대해서는 후술하는 [표 1]에 상세하게 나타내었다.
계속하여, Au plating solution을 이용하여 그리드 스페이스(132)에 그리드 도금 전극(133)을 충진하고, 그 위에 그리드 전극(134)을 형성한다. 이 경우, Au plating의 두께는 4~5㎛ 정도로 이루어진다.
마지막으로, 반도체층(110)의 하부에 후면전극(140)을 증착하고 열처리하면 도 6d에 도시된 바와 같은 적층 구조를 가지게 되고, 모든 공정이 완료된다. 이 경우, 후면전극(140)의 증착은 Au를 500nm의 두께로 증착하는 방식으로 이루어지며, 열처리는 385℃에서 30초 동안 이루어진다.
이상으로 본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조방법에 대해 설명하였다. 이와 관련하여 하기의 [표 1]에는 상술한 공정 중 본 발명의 특징적인 공정, 즉, 비정질 실리콘의 증착에서 후면전극의 열처리까지의 공정에 대한 세부 조건을 상세히 나타내었다.
[표 1]
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 그리드 전극의 도금 공정이 셀 공정의 후반부, 즉, 반사방지막, MESA isolation 공정이 완료된 후에 이루어지기 때문에 전극 peeling 및 particle에 비교적 안정적이다. 또한, 비정질 실리콘을 전면 증착한 후 오믹컨택층을 개방하여 도금이 진행되기 때문에 후속 photo 공정에 비교적 편평한 morphology를 제공하여 PR 선정에 제한이 없을 뿐 아니라 공정 마진까지 확보할 수 있다. 아울러, 오믹컨택층을 시드로 사용할 수 있기 때문에 시드 금속을 별도로 증착할 필요가 없다.
100 : 화합물 반도체 태양전지 110 : 반도체층
120 : 오믹컨택층 130 : 그리드 전극층
131 : 비정질 실리콘 132 : 그리드 스페이스
133 : 그리드 도금 전극 134 : 그리드 전극
140 : 후면전극 150 : 반사방지막
120 : 오믹컨택층 130 : 그리드 전극층
131 : 비정질 실리콘 132 : 그리드 스페이스
133 : 그리드 도금 전극 134 : 그리드 전극
140 : 후면전극 150 : 반사방지막
Claims (3)
- 반도체층과, 상기 반도체층 상에 형성되는 오믹컨택층과, 상기 오믹컨택층 상에 형성되는 그리드 전극층과, 상기 반도체층의 하부에 형성되는 후면전극 및 상기 반도체층 상에 형성되는 반사방지막을 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 그리드 전극 구조에 있어서,
상기 그리드 전극층은,
상기 오믹컨택층과 상기 반사방지막 상에 증착되는 비정질 실리콘과;
상기 비정질 실리콘에 관통 형성되어 상기 오믹컨택층과 연결되는 그리드 스페이스와;
상기 그리드 스페이스에 충진되는 그리드 도금 전극; 및
상기 그리드 도금 전극과 연결되어 상기 비정질 실리콘 상에 형성되는 그리드 전극;
을 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 그리드 전극 구조. - (a) 반도체층의 전면에 오믹컨택층을 형성하는 단계와;
(b) 상기 반도체층에 메사 구조를 형성하는 단계와;
(c) 상기 메사 구조에 반사방지막을 형성하는 단계와;
(d) 상기 오믹컨택층과 상기 반사방지막 상에 비정질 실리콘을 증착하는 단계와;
(e) 상기 비정질 실리콘에 상기 오믹컨택층과 연결되는 그리드 스페이스를 형성하는 단계와;
(f) 상기 그리드 스페이스에 그리드 도금 전극을 충진하는 단계와;
(g) 상기 비정질 실리콘 상에 상기 그리드 도금 전극과 연결되는 그리드 전극을 형성하는 단계; 및
(h) 상기 반도체층의 후면에 후면전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 (h) 단계 이후 상기 비정질 실리콘을 선택적 식각에 의해 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법.
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| KR101449336B1 true KR101449336B1 (ko) | 2014-10-13 |
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ID=51997198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130127556A KR101449336B1 (ko) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | 그리드 전극 구조 및 이를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101449336B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100093279A (ko) * | 2009-02-16 | 2010-08-25 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지의 제조 방법 |
| KR20120023391A (ko) * | 2010-09-03 | 2012-03-13 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| KR20120041437A (ko) * | 2010-10-21 | 2012-05-02 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR20120062432A (ko) * | 2010-12-06 | 2012-06-14 | 주성엔지니어링(주) | 태양전지 및 그 제조방법 |
-
2013
- 2013-10-25 KR KR1020130127556A patent/KR101449336B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100093279A (ko) * | 2009-02-16 | 2010-08-25 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지의 제조 방법 |
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| KR20120062432A (ko) * | 2010-12-06 | 2012-06-14 | 주성엔지니어링(주) | 태양전지 및 그 제조방법 |
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