KR101554565B1 - ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 - Google Patents
ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101554565B1 KR101554565B1 KR1020140157939A KR20140157939A KR101554565B1 KR 101554565 B1 KR101554565 B1 KR 101554565B1 KR 1020140157939 A KR1020140157939 A KR 1020140157939A KR 20140157939 A KR20140157939 A KR 20140157939A KR 101554565 B1 KR101554565 B1 KR 101554565B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- zno
- passivation layer
- silicon wafer
- manufacturing
- silicon
- Prior art date
Links
- 238000002161 passivation Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 14
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 98
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 49
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 37
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical class N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 3-methylcyclohex-2-en-1-ol Chemical compound CC1=CC(O)CCC1 XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 102100031920 Dihydrolipoyllysine-residue succinyltransferase component of 2-oxoglutarate dehydrogenase complex, mitochondrial Human genes 0.000 description 1
- 101000992065 Homo sapiens Dihydrolipoyllysine-residue succinyltransferase component of 2-oxoglutarate dehydrogenase complex, mitochondrial Proteins 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001773 deep-level transient spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층에 관한 것으로, 구체적으로는 ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 코팅막을 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따르면, 종래에 비해 원료가 저렴하며 제조공정이 간단한 장점이 있고, 특정 은, 알루미늄 몰비의 전구체로부터 특정 온도에서 열처리함으로써 우수한 유효 캐리어 수명을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따르면, 종래에 비해 원료가 저렴하며 제조공정이 간단한 장점이 있고, 특정 은, 알루미늄 몰비의 전구체로부터 특정 온도에서 열처리함으로써 우수한 유효 캐리어 수명을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층에 관한 것으로, 구체적으로는 ZnO:Al:Ag의 전구체용액을 스핀코팅하고, 특정 온도에서 열처리함으로써 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층에 관한 것이다.
보호되지 않은 실리콘 웨이퍼의 표면은 많은 결함(댕글링 본드(dangling bond))을 포함한다는 사실이 알려져 있다. 이러한 결함은 광-생성 전하 캐리어를 위한 재결합 장소로써 작용한다. 그러므로, 표면 패시베이션에 의한 댕글링 본드의 감소는 실리콘 기반의 태양전지와 같은 실리콘 기반의 장치 제조에 있어 굉장히 중요하다.
대부분의 태양 관련 산업에서는 태양 전지 제조를 위해 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 도너 또는 억셉터 타입의 불순물은 n-타입 또는 p-타입 도전성을 각각 갖는 실리콘을 만들기 위해 혼합된다.
태양 전지는 기본적으로 대면적의 p-n 접합을 갖는데, 하나의 도전성의 실리콘 상에, 다른 하나의 도전성의 실리콘 웨이퍼가 확산됨으로써 형성된다. 앞 면에 빛이 조사될 때, 전하 캐리어들은 실리콘 내에서 발생한다. 발생된 전하 캐리어들은 p-n 접합에 의해 분리된다. 앞면의 패턴된 접촉부 및 뒷면의 전면(full area) 접촉부는 상기 전하들이 수집되기 위해 적용된다.태양 전지의 표면 상의 결함으로 인하여, 전지의 표면에서 심각한 재결합이 야기된다.
수소화된 실리콘 질화물 박막은 보통 표면 보호의 특정 정도를 달성하기 위해 플라즈마 화학 기상 증착 기술을 사용하여 증착된다(비특허문헌 1). 앞면의 상기 실리콘 질화물 박막은 또한 태양 전지의 앞면으로부터 반사 손실을 줄이기 위한 반사 방지 코팅으로서 작동하고, 태양 전지의 빛 포획을 향상시킨다. 실리콘 질화물 막 증착을 위해서, SiH4 및 NH3 가스가 사용된다.
스택 패시베이션은 열적 실리콘 산화물(SiO2) 및 실리콘 질화물 막을 사용하여 적용된다. 상기 타입의 패시베이션에서, 플라즈마 화학 기상 증착된 실리콘 질화물은 열적 SiO2 층의 가장 상부에 쌓여진다(비특허문헌 2). 이러한 접근을 통해서, 가장 낮은 수치의 재결합 속도가 달성된다(비특허문헌 3). 건식 열적 산화는 더 나은 성능을 위한 SiO2 박막의 증착을 위해 수행된다.
열적 SiO2 막은 900 ℃ 이상의 온도에서 전형적으로 성장한다. 고온 공정은 벌크 수명의 큰 감소를 가져온다. 고온 공정을 피하기 위해, p-타입 실리콘의 표면을 보호하기 위해, 알루미늄 산화물이 사용된다. 이는 열적 또는 플라즈마 원자층 증착 기술에 의해 성장할 수 있다. 200 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
그러나, 상기 논의된 방법의 대부분은 높은 공정 기술 및/또는 재료 비용 때문에 비용 경제적이지 못하다.
본 발명에서는 비용 효율적인 패시베이션 층을 제조하는 방법을 연구하던 중, ZnO:Al:Ag의 전구체용액을 스핀코팅하고, 특정 온도에서 열처리함으로써 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 유효 캐리어 수명이 우수함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
비특허문헌 1: R. Hezel et al.,"plasma Si nitride- promising dielectric to achieve high-quality silicon MIS/IL solar cells", Journal ofApplied Physics 52 (1981) pp. 3076-3079.
비특허문헌 2: A. Rohatgi et al., "Effective passivation of the low resistivity silicon surface by a rapid thermal oxide/PECVD silicon nitride stack and its application to passivated rear and bifacial Si solar cells", 2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion Vienna, Austria, 6-10 July 1998, pp. 1566 - 1569.
비특허문헌 3: E. Simoen et al., "A DLTS Study of SiO2 and SiO2/SiNx Surface Passivation of Silicon"
본 발명의 목적은,
ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
태양전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 코팅막을 300 ℃ 내지 600 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되며,
1 내지 200 nm의 두께를 가지고, 1×10-4s 내지 3×10-4s의 유효 캐리어 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따르면, 종래에 비해 원료가 저렴하며 제조공정이 간단한 장점이 있고, 특정 은, 알루미늄 몰비의 전구체로부터 특정 온도에서 열처리함으로써 우수한 유효 캐리어 수명을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1-1 내지 1-7 및 비교예 1-1 내지 1-4에서 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 유효 수명을 나타낸 그래프이고,
도 2는 실시예 1-1, 2-1 내지 2-2 및 비교예 2-1, 2-2에서 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 유효 수명을 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명의 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따라 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 4는 본 발명의 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따라 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층이 포함된 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 1-1, 2-1 내지 2-2 및 비교예 2-1, 2-2에서 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 유효 수명을 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명의 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따라 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 4는 본 발명의 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 따라 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층이 포함된 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이다.
본 발명은,
ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 코팅막을 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 관한 것이다.
이때, 본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 모식도를 도 3에 도시하였으며, 이하, 본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 있어서 단계 1은 ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계이다.
종래에는, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등을 900 ℃ 이상의 고온의 공정을 이용하여 패시베이션 층으로 제조하거나 알루미늄 산화물을 원자층 증착 기술을 사용하여 제조하였다. 상기 방법들은 고온을 요구하고, 높은 원료 비용이 들어 공정 경제상 비효율적이었다.
그러나, 본 발명에서는 특히 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 스핀 코팅 방법으로 제조함으로써, 간단하고 저렴한 가격으로 패시베이션 층을 제조할 수 있는 효과가 있다. ZnO:Al:Ag 패시베이션 층에서, 알루미늄에 의해 실리콘 웨이퍼 층에 결함이 형성되고, 그 후에 수소 원자가 실리콘에 부착되며 Si-H-Al 복합물이 형성됨으로써 실리콘의 표면을 보호할 수 있다.
상기 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층은 은(Ag)이 도핑된, 알루미늄(Al) 리치(rich) 아연 산화물을 의미한다.
이때, 상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 알루미늄의 몰비는 10 내지 50일 수 있다.
만약, 상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 알루미늄의 몰비가 10 미만인 경우에는 패시베이션 효과를 기대할수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 50 초과인 경우에는 재료의 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 은의 몰비는 0.3 내지 10일 수 있다.
만약, 상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 은의 몰비가 0.3 미만인 경우에는 패시베이션 효과를 기대할수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 10 초과인 경우에는 재료의 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼는 n-타입 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 또한, 상기 n-타입 실리콘 웨이퍼는 n-타입 도펀트가 더욱 첨가된 n-타입 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나, 상기 실리콘 웨이퍼가 이에 제한되는 것은 아니며, ZnO:Al:Ag 박막이 패시베이션 층으로 작용할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 웨이퍼의 실리콘은 단결정 실리콘(mono crystalline silicon) 혹은 다결정(multi, poly crystalline silicon) 실리콘일 수 있으며, 소수 캐리어 수송을 기반으로 하는 모든 장치에 사용될 수 있는 실리콘을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼의 두께는 1 ㎛ 내지 600 ㎛일 수 있다.
만약, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는 패시베이션 효과를 기대할수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께가 600 ㎛ 초과인 경우에는 비용이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 코팅막을 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도로 열처리하는 단계이다.
상기 코팅막을 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도범위로 열처리함으로써, 우수한 유효 소수 캐리어 수명을 갖는 패시베이션 층을 제조할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 단계 2의 열처리 온도는 450 ℃ 내지 550 ℃일 수 있다.
만약, 상기 코팅막을 400 ℃ 미만의 온도로 열처리하는 경우에는 코팅막이 제대로 생성되지 않아 패시베이션 효과가 제대로 수행되지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 700 ℃ 초과의 온도로 열처리하는 경우에는 재료의 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 상기 단계 2의 열처리는 수소, 질소 및 이의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 가스 분위기에서 수행될 수 있으나, 가스 분위기의 가스 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되며,
1 내지 200 nm의 두께를 가지고, 실리콘 웨이퍼가 1×10-4s 내지 3×10-4s의 유효 캐리어 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 제공한다.
본 발명은, 종래의 제조방법보다 간편하고 저렴한 방법으로 패시베이션 층을 제공할 수 있으며, 또한 특정 전구체를 이용하여 특정한 온도 범위에서 열처리함으로써, 나노 스케일이며, 실리콘 웨이퍼에 적용하였을 때 높은 유효 소수 캐리어 수명을 갖는 패시베이션 층을 제공할 수 있다. 또한, 상기 패시베이션 층의 강도는, 단계 2의 열처리를 350 내지 400 ℃에서 수행하는 동안 증가할 수 있다.
도 3을 참조하면, n-타입 실리콘의 일면에 패시베이션 층이 형성된 모식도를 볼 수 있다. 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, n-타입 실리콘의 일면에 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층이 생성될 수 있고, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, n-타입 실리콘의 일면에 n-타입 도펀트를 확산시킨 뒤, 그 위에 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층이 생성될 수 있으며, p-타입 실리콘 웨이퍼 상에도 n-타입 도펀트를 확산시킨 뒤, 그 위에 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 형성시킬 수 있다. 그러나, 패시베이션 층이 형성되는 실리콘 웨이퍼의 구조 및 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가,
상기 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 패시베이션 층을 포함하는 태양전지는, 높은 유효 소수 캐리어 수명을 가질 수 있기 때문에 효율이 우수하며, 저렴하고 간단한 공정을 통해 대량생산될 수 있다. 하지만, 상기 패시베이션 층의 응용이 태양전지에 제한되는 것은 아니며, 실리콘 웨이퍼에 적용되어 실리콘 웨이퍼를 보호하고 결함을 줄여 성능을 향상시킬 수 있는 모든 소자에 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3에 나타난 n-타입 실리콘의 일면에 패시베이션 층이 포함된 태양전지의 모식도를 볼 수 있다. 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 도 3(b)의 구조를 포함하는 양면(bifacial) 구조의 태양전지를 제조할 수 있고, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 도 3(c) 구조 및 알루미늄 전면(full area) 후면 전극을 포함하는 태양전지를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-1> 500 ℃ 열처리, Zn에 대한 Al의 몰비 20, Ag의 몰비 2
단계 1: ZnO 전구체로 zinc acetate dihydrate(Zn(CH3COO)2·2H2O)를 4g, Al 전구체로 Aluminium nitrate nonahydrate(Al(NO3)3·9H2O)를 2.05g, Ag 전구체로 Silver nitrate(AgNO3)를 0.062g을 50ml의 에탄올에 용해하여, Zn에 대하여 Al의 몰비를 20, Zn에 대하여 Ag의 몰비 2를 갖는 ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 제조하였다.
상기 전구체 용액을 90nm 두께를 갖는 n-타입 실리콘 웨이퍼에 2,000rpm, 60초 동안 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 형성된 코팅막을 500 ℃에서 30 분 동안 열처리함으로써 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 형성하였다.
<실시예 1-2 내지 1-7> 열처리 온도 변화
상기 실시예 1의 단계 2에서 열처리를 400 ℃, 450 ℃, 550 ℃, 600 ℃, 650 ℃, 700 ℃의 온도에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 수행하여 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 형성하였다.
<실시예 2-1 내지 2-2> 전구체 조성 변화
상기 실시예 1의 단계 1에서 전구체 조성을 Zn에 대한 Ag의 몰비를 1, 3으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 수행하여 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 형성하였다.
<비교예 1-1 내지 1-4> 열처리 온도 변화
상기 실시예 1의 단계 2에서 열처리를 0 ℃, 100 ℃, 200 ℃, 300 ℃의 온도에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 수행하여 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 형성하였다.
<비교예 2-1> 실리콘 웨이퍼
패시베이션 층이 형성되지 않은 n-타입 실리콘 웨이퍼를 준비하였다.
<비교예 2-2> Al2O3 패시베이션 층 제조
원자층 증착 장비(ALD)를 이용하여, 실리콘 웨이퍼 상에 Al2O3 패시베이션 층을 제조하였다.
<실험예 1> 열처리 온도변화에 따른 패시베이션 층의 캐리어 수명 측정
상기 실시예 1-1 내지 1-7 및 비교예 1-1 내지 1-4에서 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 유효 수명을 측정하기 위해서, 주입 레벨 1×1013 cm-3으로 하여 Microwave Photoconductivity Decay(μ-PCD)장비로 측정하고 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1에 나타난 바와 같이, 열처리를 수행하지 않는 비교예 1-1과, 열처리를 100 내지 300 ℃의 온도에서 수행한 비교예 1-2 내지 1-4의 경우에는 캐리어 수명이 0.5 ×10-5 s로 나타나, 400 내지 700 ℃의 온도에서 열처리를 수행한 실시예 1-1 내지 1-7의 2×10-5 s 내지 3×10-4 s의 유효수명이 최대 60 배 가량 높은 것을 알 수 있다. 특히, 열처리 온도가 450 내지 600 ℃인 경우에는 1×10-4 s을 넘는 우수한 캐리어 수명을 갖는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 전구체 용액의 스핀코팅 후, 특히 400 내지 700 ℃의 온도에서 열처리를 수행함으로써 우수한 성능을 갖는 패시베이션 층을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 2> 전구체 조성 변화에 따른 패시베이션 층의 캐리어 수명 측정
상기 실시예 1-1, 2-1 내지 2-2 및 비교예 2-1, 2-2에서 제조된 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 유효 수명을 측정하기 위해서, 주입 레벨 1×1013 cm-3으로 하여 Microwave Photoconductivity Decay(μ-PCD)장비로 측정하고 그 결과를 도 2에 도시하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 특히 아연에 대해 은의 몰비가 1 내지 3인 경우 제조된 패시베이션 층을 갖는 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 수명이 1×10 -4 s으로 가장 높은 것을 알 수 있다.
이에 비해, 아무 처리하지 않은 실리콘 웨이퍼의 캐리어 수명은 0.5×10-5 s이고, Al2O3 층을 원자층 증착 방법으로 형성한 비교예 2-2는 7×10-5 s로, 실시예에 미치지 못하는 수준으로 나타났다.
이를 통해, 아연에 대한 은의 몰비가 1 내지 3, 특히 2인 경우 가장 우수한 캐리어 수명을 갖는 실리콘 웨이퍼 층을 제공하는 패시베이션 층을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
1a: n-타입 실리콘 웨이퍼
1a': p-타입 실리콘 웨이퍼
1b: n-타입 도펀트가 확산된 실리콘 웨이퍼
1c: p-타입 도펀트가 확산된 실리콘 웨이퍼
2: ZnO:Al:Ag 패시베이션 층
3: 또 다른 패시베이션 층
4: 앞면 접촉부
5: 패터닝된 뒷면 접촉부
1a': p-타입 실리콘 웨이퍼
1b: n-타입 도펀트가 확산된 실리콘 웨이퍼
1c: p-타입 도펀트가 확산된 실리콘 웨이퍼
2: ZnO:Al:Ag 패시베이션 층
3: 또 다른 패시베이션 층
4: 앞면 접촉부
5: 패터닝된 뒷면 접촉부
Claims (9)
- ZnO:Al:Ag 전구체 용액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 코팅막을 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 알루미늄의 몰비는 10 내지 50인 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 ZnO:Al:Ag 전구체 용액에서 아연에 대한 은의 몰비는 0.3 내지 10인 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼는 n-타입 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼의 두께는 1 ㎛ 내지 600 ㎛인 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리 온도는 450 ℃ 내지 550 ℃인 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리는 수소, 질소 및 이의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법.
- 제1항의 제조방법에 따라 제조되며,
1 내지 200 nm의 두께를 가지고, 실리콘 웨이퍼가 1×10-4s 내지 3×10-4s의 유효 캐리어 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층.
- 제8항의 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층을 포함하는 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140157939A KR101554565B1 (ko) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140157939A KR101554565B1 (ko) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101554565B1 true KR101554565B1 (ko) | 2015-09-22 |
Family
ID=54248773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140157939A KR101554565B1 (ko) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101554565B1 (ko) |
-
2014
- 2014-11-13 KR KR1020140157939A patent/KR101554565B1/ko active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8916768B2 (en) | Surface passivation of silicon based wafers | |
| KR102449540B1 (ko) | 결정질 규소를 갖는 태양 전지의 수광 표면의 패시베이션 | |
| Zhu et al. | Atomic layer deposited Al2O3 films for anti-reflectance and surface passivation applications | |
| TW200947725A (en) | Improved HIT solar cell structure | |
| WO2016068711A2 (en) | Back side contacted wafer-based solar cells with in-situ doped crystallized silicon oxide regions | |
| Balaji et al. | Surface passivation schemes for high-efficiency c-Si solar cells-A review | |
| US20220077329A1 (en) | Solar cell with mxene electrode | |
| CA2780913A1 (en) | Method of manufacturing photovoltaic cells, photovoltaic cells produced thereby and uses thereof | |
| KR101886818B1 (ko) | 이종 접합 실리콘 태양 전지의 제조 방법 | |
| Untila et al. | Passivation of boron-doped р+-Si emitters in the (p+ nn+) Si solar cell structure with AlOx grown by ultrasonic spray pyrolysis | |
| KR20120011337A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| Reichel et al. | Polysilicon contact structures for silicon solar cells using atomic layer deposited oxides and nitrides as ultra‐thin dielectric interlayers | |
| Schmidt et al. | Atomic-layer-deposited aluminum oxide for the surface passivation of high-efficiency silicon solar cells | |
| Koyama et al. | Excellent passivation effect of Cat-CVD SiNx/ia-Si stack films on Si substrates | |
| Focsa et al. | Surface passivation at low temperature of p-and n-type silicon wafers using a double layer a-Si: H/SiNx: H | |
| Focsa et al. | Thin film polycrystalline silicon solar cells on mullite ceramics | |
| TWI675490B (zh) | 製造太陽能電池的方法 | |
| KR101554565B1 (ko) | ZnO:Al:Ag 패시베이션 층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 ZnO:Al:Ag 패시베이션 층 | |
| JP6635934B2 (ja) | バックコンタクト型Ｓｉ薄膜太陽電池 | |
| US7629236B2 (en) | Method for passivating crystal silicon surfaces | |
| Sepeai et al. | Surface Passivation Studies on n+ pp+ Bifacial Solar Cell. | |
| Wang et al. | Radial junction silicon nanowire photovoltaics with heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) structure | |
| Cui et al. | Anodic aluminium oxide rear passivated laser-doped selective-emitter solar cells | |
| CN103107239B (zh) | 异质结太阳能电池及其制作方法 | |
| Dirnstorfer et al. | Dielectric nanomaterials for silicon solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190701 Year of fee payment: 5 |