KR101580222B1 - 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, SiNx의 전면 방사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 P형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 PSG 제거공정과 전면 방사방지막 형성공정의 사이의 PSG 제거공정 이후, 실리콘 웨이퍼의 양면에 열산화막을 동시에 형성하는 공정을 포함하여 만들어지고, 후면은 패턴된 Al전극이 사용되는 것이며, 상기 태양전지의 전면 및 후면의 양면 모두에 형성된 열산화막에 의한 패시베이션 효과의 증가로 개방전압(Voc)의 상승을 가져오는 효과가 있으며, 패턴된 Al전극에 의해 Al 페이스트 사용량을 줄일 수 있으며 휨 증상도 완화시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 P형 태양전지의 제조공정 중 실리콘 웨이퍼의 전면에 에미터층을 형성하고 PSG를 제거한 이후 패시베이션 효과의 증가를 위해, 상기 실리콘 웨이퍼의 양면에 열산화화막을 형성하는 공정을 포함한 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것이다.
종래 P형 태양전지의 제조공정은 도 5를 참고하여 보면 기본적으로 다음과 같이, 초기 세정 및 SDR(Saw Damage Removal)하는 단계, 습식 화학 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계, 텍스처링된 태양전지 웨이퍼 상에 에미터층을 형성하는 단계, PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 제거하는 단계, 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계, 양면전극을 생성하는 단계, 열처리(Firing) 단계 및 에지(Edge)를 제거(Isolation)하는 단계를 포함한다.
초기 세정 및 SDR(Saw Damage Removal)하는 단계는, 태양전지 웨이퍼의 표면 상태를 개선시키는 단계로써, 웨이퍼를 와이어 톱(wire saw)으로 잘랐을 때 표면에 생기는 손상(damage)을 없애는 과정이다.
습식 화학 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계는, 습식 화학 식각에 의해 태양전지 웨이퍼의 표면을 울퉁불퉁하게 만드는 단계로써 이를 통해 태양전지 웨이퍼의 표면상에 4 내지 10㎛ 크기의 피라미드 형상을 생성한다. 이와 같이 텍스처링하는 이유는 광 반사량을 줄여 태양전지 내부로 유효광의 흡수량을 증가시키기 위함이다.
텍스처링된 태양전지 웨이퍼 상에 에미터층을 형성하는 단계는, 일반적으로 태양전지 웨이퍼가 P형인 경우, 포클가스(POCl3) 등을 확산시켜 n+ 도핑(doping)을 하는 단계이다. 이 때, 상기 확산공정에서 산소(O2)가 PSG(Phosphorus Silicate Glass)라는 확산 산화막을 만들고, 상기 PSG가 실리콘 표면에서 성장하게 된다. PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 제거하는 단계는, 상술한 에미터층을 형성하는 단계에서 형성된 원치 않는 PSG를 제거하는 단계이다.
반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계는, 반사막의 상층에서 반사된 빛과 하층에서 반사된 빛이 서로 상쇄간섭을 일으켜 태양전지 표면에서의 빛 반사량을 줄이고, 특정 파장 영역의 선택성을 증가시키기 위한 단계이다. 이 층은 웨이퍼의 표면에서 일어나는 소수운송자의 재결합을 줄여주는 역할도 하므로 패시베이션(passivation)이라는 용어를 쓰기도 한다.
양면 전극을 생성하는 단계 및 열처리(Firing) 단계는, 상기 태양전지 웨이퍼의 전/후면에 각각 전면전극과 후면전극을 인쇄 건조한 후, 접촉을 위해 열처리하는 단계이다. 일반적으로 전면전극은 은(Ag)을, 후면전극은 알루미늄(Al) 금속층을 사용한다.
에지 제거(edge isolation)하는 단계는, 마지막 전극 분리를 위한 단계로써 포클 가스(POCl3) 등을 확산시켜 n+ 도핑(doping)할 때 웨이퍼 가장자리(wafer edge) 등에 도핑 된 불필요한 n+층을 제거하는 단계이다.
이러한 종래 P형 태양전지는 열산화막을 적용하지 않고 있고 후면에 Al 페이스트(paste)를 전체 면에 도포하여 전극을 형성하고 있는데, 패시베이션 상승의 효과가 있는 상기 열산화막을 적용하지 않았다는 점에서 개선의 여지가 있고, 후면 전체에 전극을 형성하기 위해 Al 페이스트(paste)를 도포함으로써 도포 량이 과대해지며 전체 면에 도포된 Al 전극에 의해 휨 현상이 발생하는 문제가 있다.
선행기술문헌의 특허문헌1에 있는 한국에너지기술연구원의 선행기술의 태양전지는, 후면에 패시베이션 효과가 있는 산화막이나 다른 유전막이 없이 Al만 패턴형태로 적용한 것이기 때문에 Al이 없는 부분은 표면에서의 소수운송자의 재결합이 더 많이 발생하여 태양전지 특성이 나빠지는 문제가 있다.
패시베이션 상승의 효과가 있는 산화막을 적용하기 위해, 선행기술문헌의 특허문헌2에 있는 선행기술의 태양전지는, 후면의 반전층을 패시베이션하기 위해 산화막을 사용하지만, 산화막을 형성하고 없앤 후 다시 형성하는 등 공정히 길고 복잡하며, 선행기술의 태양전지는 도금 및 증착을 통해 전극을 형성하고 있다는 차이가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 태양전지의 실리콘 웨이퍼에 도핑공정을 통해 에미터층을 형성하고 PSG를 제거한 이후 한번의 추가 공정으로 태양전지 양면에 열산화막을 형성함으로써, 태양전지의 전면과 후면의 전극으로 형성되는 Al이 없는 부분 모두에 상기 열산화막에 의한 패시베이션 효과 증가로 태양전지의 성능을 더욱 향상 시킬 수 있도록 한 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, 실리콘질화막(SiNX)의 전면 방사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 P형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 PSG 제거공정과 전면 방사방지막 형성공정의 사이의 PSG 제거공정 이후, 실리콘 웨이퍼의 양면에 열산화막을 동시에 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또 상기 실리콘 웨이퍼의 후면 패턴전극에 의해 개방된 열산화막의 면적이 50% 미만인 것이 바람직하다.
또 상기 열산화막은 SiO2 인 것이 바람직하다.
또 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 인쇄/건조된 버스바 전극까지 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기한 제조방법에 의해 만들어져 사용되는 태양전지를 다른 특징으로 하고 있다.
본 발명의 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 의하면, 상기 태양전지의 전면 및 후면의 양면 모두에 형성된 열산화막에 의한 패시베이션 효과의 증가로 개방전압(Voc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
또한 종래 전면과 같은 Busbar와 Finger-line 형태의 패턴에 대비해서는 Al 도포 영역이 더 많고, 패턴부를 제외한 각 영역이 전극으로 바로 연결되어 있어 저항이 더 작기 때문에 더 좋은 전기적 특성을 기대할 수 있는 효과가 있다.
또 한번의 추가 공정으로 실리콘 웨이퍼의 전면 및 후면 양면 모두에 열산화막을 생성함으로써 종래에 비해 훨씬 간단하고 효율적인 공정으로 태양전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또 전극으로 일반 스크린 프린팅 전극을 사용하고 특히 후면에는 패턴된 Al 전극을 사용함으로써 Al 페이스트(paste)의 사용량을 줄일 수 있어 원가절감에도 기여하는 효과가 있다.
또 후면의 일부는 열산화막으로 형성하므로 Al 전극에 의한 휨 현상을 줄일 수 있는 효과가 있고, Al 전극이 없는 부분을 통과하는 빛은 태양전지 모듈의 백시트에 의해 반사되어 태양전지로 재흡수될 수 있어 태양전지 모듈에서 단락전류(Isc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 5는 종래 P형 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴
도 5는 종래 P형 태양전지의 제조방법에 따른 공정도
이하, 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법에 따른 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 단계별 종단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지는, 종래의 태양전지의 제조공정으로 P형 실리콘 웨이퍼에 텍스처링(Wet Chemical Texturing)하는 단계, 텍스처링된 상기 태양전지의 실리콘 웨이퍼 상에 포클가스(POCl3)를 확산시켜 n+ 도핑에 의해 에미터층을 형성하는 단계, 상기 도핑에 의해 생성되는 불순물을 포함하는 PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 습식식각으로 제거하는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 SiNx의 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 단계(a), 전면에 Ag 전극의 인쇄/건조 단계, 후면에 Al 전극 또는 Al 전극 및 Ag 버스바 전극의 인쇄/건조 단계(c), 열처리(Firing) 단계로 이루어지는 것에서, 도핑에 의해 생성되는 불순물을 포함하는 PSG(Phosphorus Silicate Glass)를 습식식각으로 제거하는 단계 이후, 실리콘 웨이퍼의 양면에 실리콘산화막(SiO2)의 열산화막을 동시에 형성하는 공정을 추가 공정으로 간단하게 삽입하고(b), 그 다음에 상기한 반사방지막을 전면에 형성하는 것으로 이루어진다.
따라서 상기 제조방법에 의해 이루어진 본 발명의 태양전지는 P형 실리콘 웨이퍼의 기판 전면에 n+ 에미터층과 열산화막(SiO2) 및 반사방지막(SiNx)이 차례로 적층되고, 전면에 상기 n+ 에미터층과 접촉하는 Ag 전면전극이 형성되며, 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 열산화막(SiO2)이 형성되고 상기 열산화막의 일부가 개방되는 Al 패턴전극 또는 Al 패턴전극과 Ag 버스바 전극이 형성된다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 없는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴을 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 후면에는 Al 패턴전극(1)이 열산화막(SiO2)(2) 상에서 일정간격을 두고 사방으로 다수개 배열되는 원형 또는 사각형상으로 인쇄/건조에 의해 형성되며, 상기 열산화막(SiO2)(2)을 관통하여 형성된다. 이러한 열산화막(SiO2)(2)은 Al 패턴전극(1)에 의해 면적이 줄어드는데, 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 미만으로 형성하는 것이 바람직하며, 다시 말해 Al 패턴전극(1)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 이상이 된다.
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 만들어지는 태양전지의 버스바가 있는 경우의 후면 Al 인쇄전극 패턴을 도시한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 후면에는 열산화막(SiO2)(2) 상에 Al 패턴전극(1) 외에도 Ag 버스바(3) 전극도 인쇄/건조로 형성되는데, 상기한 바와 같이, 원형 또는 사각형상의 다수개의 Al 패턴전극(1) 사이에 버스바 전극(3)이 형성된다. 이러한 버스바 전극(3)과 Al 패턴전극(1)을 형성한 경우에도 열산화막(SiO2)(2)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 미만으로 형성하는 것이 바람직하며, 다시 말해 Al 패턴전극(1) 및 버스바 전극(3)은 실리콘 웨이퍼의 후면 전체면적의 50% 이상이 된다.
이와 같이 실리콘 웨이퍼의 양면에 동시에 형성한 열산화막과 Al 패턴전극 때문에 패시베이션 효과가 더 좋아지며, 모듈로 제작될 경우 후면의 Al 전극이 없는 곳을 통해 통과한 빛이 다시 이곳을 통해 내부로 반사되어 태양전지 모듈의 성능을 향상시킨다.
또한 후면의 전체 면적 일부에 열산화막을 형성함으로써 Al 패턴전극(1)을 형성하기 위한 Al 페이스트의 도포량을 줄일 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
Claims (5)
- 실리콘 웨이퍼에 텍스처링, 도핑에 의한 에미터층 형성, PSG 제거, SiNx의 전면 반사방지막 형성, 전면전극과 후면전극의 인쇄/건조 및 열처리 공정을 실시하여 제조하는 P형 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 PSG 제거공정과 전면 반사방지막 형성공정의 사이의 PSG 제거공정 이후, 실리콘 웨이퍼의 양면에 열산화막을 동시에 형성하는 공정을 포함하되, 상기 실리콘 웨이퍼의 후면 패턴전극에 의해 개방된 열산화막의 면적이 50% 미만인 것을 특징으로 하는 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열산화막은 실리콘산화막(SiO2)인 것을 특징으로 하는 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 인쇄/건조된 버스바 전극 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 열산화막과 후면 패턴전극을 사용한 태양전지의 제조방법. - 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 만들어진 태양전지.
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| KR (1) | KR101580222B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980020311A (ko) | 1996-09-06 | 1998-06-25 | 김광호 | n-p형 후면 반전층을 갖는 양면 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20100073645A (ko) * | 2008-12-23 | 2010-07-01 | 주식회사 효성 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20130012495A (ko) | 2011-07-25 | 2013-02-04 | 한국에너지기술연구원 | 그리드 구조의 후면전극를 포함하는 태양전지 |
| KR20130082066A (ko) * | 2012-01-10 | 2013-07-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 광기전력소자 및 제조 방법 |
| WO2014000845A1 (de) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | Merck Patent Gmbh | Verfahren zur herstellung von solarzellen mit local back surface field (lbsf) |
-
2014
- 2014-07-08 KR KR1020140085412A patent/KR101580222B1/ko active IP Right Grant
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