KR101626162B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
태양 전지 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101626162B1 KR101626162B1 KR1020100038432A KR20100038432A KR101626162B1 KR 101626162 B1 KR101626162 B1 KR 101626162B1 KR 1020100038432 A KR1020100038432 A KR 1020100038432A KR 20100038432 A KR20100038432 A KR 20100038432A KR 101626162 B1 KR101626162 B1 KR 101626162B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- emitter
- substrate
- doping
- impurity
- conductivity type
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 128
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 19
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010017 direct printing Methods 0.000 description 1
- 238000007787 electrohydrodynamic spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical class N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- 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
- H01L31/06—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 characterised by potential barriers
- H01L31/068—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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 태양 전지의 제조방법은 건식 식각법을 이용하여 제1 도전성 타입의 기판의 면에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 텍스처링 표면의 일부에 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 도핑 물질을 도포하여 도핑 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판에 상기 불순물을 주입하여 상기 제2 불순물의 도핑 농도가 서로 상이한 제1 에미터부와 제2 에미터부를 형성하는 단계, 상기 제1 에미터부와 상기 제2 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이로 인해, 선택적 에미터부의 형성으로 인해, 텍스처링 표면의 돌출부 형상 변화가 거의 발생하지 않으므로, 텍스처링 표면에 의한 반사도 변화가 발생하지 않아 태양 전지의 효율은 향상된다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 건식 식각법을 이용하여제1 도전성 타입의 기판의 면에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 텍스처링 표면의 일부에 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 도핑 물질을 도포하여 도핑 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판에 상기 불순물을 주입하여 상기 불순물의 도핑 농도가 서로 상이한 제1 에미터부와 제2 에미터부를 형성하는 단계, 상기 제1 에미터부와 상기 제2 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 에미터부는 약 80 Ω/sq. 내지 150Ω/sq.의 면 저항값을 가질 수 있고, 상기 제2 에미터부는 약 20Ω/sq. 내지 80Ω/ sq.의 면 저항값을 가질 수 있다.
상기 제2 에미터부의 형성 위치는 상기 도핑 패턴의 위치에 대응하는 것이 좋다.
상기 도핑 물질은 IV족 나노 파티클(nano particle)을 포함하는 것이 좋다.
상기 도핑 패턴 형성 단계는, 상기 텍스처링 표면의 일부에 상기 도핑 물질을 코팅하는 단계 그리고 상기 도핑 물질을 건조하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
상기 도핑 물질 코팅 단계는 상기 불순물을 함유한 실리콘(Si) 잉크(ink)를 코팅하는 것이 좋다.
상기 실리콘 잉크는 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro-spray coating)법 중 적어도 하나에 의해 코팅될 수 있다.
상기 건식 식각법은 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE)인 것이 좋다.
상기 돌출부는 각각 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖고, 상기 복수의 돌출부를 갖는 기판, 상기 기판에 형성되고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고, 상기 제1 두께를 갖는 제1 에미터부와 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 에미터부를 포함하는 에미터부, 상기 제2 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 돌출부 각각은 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖는다.
상기 제1 에미터부와 상기 기판과의 접합면의 위치와 상기 제2 에미터부와 상기 기판과의 접합면의 위치는 서로 상이한 것이 좋다.
상기 제1 에미터부의 불순물 도핑 농도는 상기 제2 에미터부의 불순물 도핑 농도보다 적은 것이 바람직하다.
상기 제2 에미터부는 상기 제1 에미터부와의 경계면에서부터 불순물 도핑 깊이가 점차적으로 변할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 선택적 에미터부의 형성으로 인해, 텍스처링 표면의돌출부 형상 변화가 거의 발생하지 않으므로, 텍스처링 표면에 의한 반사도 변화가 발생하지 않아 태양 전지의 효율은 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에서 제2 에미터부 형상의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에서 제2 에미터부 형상의 다른 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에서 제2 에미터부 형상의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터(emitter region)(120), 에미터(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터(120)와 전기적으로 연결되어 있는 전면 전극(front electrode)('제1 전극'이라고도 함)(140), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 후면(rear surface)에 위치하는 후면 전극(151)('제2 전극'이라고도 함), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field)부(BSF region)(171)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 본 실시예에서, 실리콘은 다결정 실리콘이지만, 단결정 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부는 갖는 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 텍스처링 표면으로 인해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
각 돌출부의 폭과 높이는 약 300㎚ 내지 800㎚일 수 있고, 종횡부(d2/d1)는 약 1.0 내지 1.5일 수 있다.
에미터(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 빛이 입사되는 면, 즉 기판(110)의 전면에 위치한다. 이때, 에미터(120)는 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터(120)는 서로 다른 불순물 농도를 갖는 제1 에미터부(121)(first emitter portion)와 제2 에미터부(122)(second emitter portion)를 구비하고 있다.
본 실시예에서, 제2 에미터부(122)의 불순물 농도는 제1 에미터부(121)의 불순물 농도보다 높다. 또한 제2 에미터부(122)의 불순물 도핑 깊이는 제1 에미터부(121)의 불순물 도핑 깊이보다 깊어, 제2 에미터부(122)의 두께는 제1 에미터부(121)의 두께보다 두껍다. 예를 들어, 제2 에미터부(122)는 기판(110)의 표면으로부터 약 400㎚ 내지 700㎚의 두께를 가질 수 있고, 제1 에미터부(121)는 기판(110)의 표면으로부터 약 200㎚ 내지 500㎚의 두께를 가질 수 있다.
또한, 제1 에미터부(121)와 상기 기판(110)과의 접합면(즉, p-n 접합면)(제1접합면)의 위치와 제2 에미터부(122)와 기판(110)과의 접합면(제2 접합면)의 위치는 서로 상이하다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 표면에서부터 제1 접합면까지의 수직 거리는 기판(110)의 표면에서부터 제2 접합면까지의 수직 거리보다 짧다.
이때, 각 요철의 높이 차이로 인해 발생하는 위치 차이를 무시하고 제1 에미터부(121)과 제2 에미터부(122)의 경계면을 제외하면, 제1 에미터부(121)에서 접합면 위치는 실질적으로 동일한 위치를 유지하고, 제2 에미터부(122)에서 접합면의 위치는 실질적으로 동일한 위치를 유지한다.
하지만, 경우에 따라서 도 4의 (a)나 (b)에 도시한 것처럼, 제2 에미터부(122)에서 기판(110)과의 p-n 접합면의 위치는 실질적으로 일정하지 않고 변한다. 즉, 도 4의 (a)에 도시한 것처럼, 제2 에미터부(122)의 불순물 도핑 깊이는 제1 에미터부(121)와의 경계면에서부터 단계적으로 증가하거나, 도 4의 (b)에 도시한 것처럼, 제2 에미터부(122)의 불순물 도핑 깊이는 제1 에미터부(121)와의 경계면에서부터 서서히 증가한다.
제1 에미터부(121)의 면 저항값(sheet resistance, Rs)은 제2 에미터부(122)의 면 저항값보다 높다. 예를 들어, 제1 에미터부(121)의 면 저항값은 약 80 Ω/sq. 내지 150Ω/sq.이고, 제2 에미터부(122)의 면 저항값은 약 20Ω/sq. 내지 80Ω/ sq.일 수 있다. 이때 제1 에미터부(121)는 일반적으로 기판(110)에 형성되는 에미터부의 두께보다 얇다. 따라서 본 실시예의 제1 에미터부(121)는 일반적인 에미터부의 면 저항값, 예를 들어, 약 50Ω/sq. 내지 80Ω/sq. 보다 큰 면 저항값을 갖는다.
이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터(120)가 형성되므로 기판(110)과 에미터(120)의 접합면은 평탄면이 아니라 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터(120)쪽으로 이동한다.
에미터(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터(120) 위에 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 또는 수소화된 실리콘 산화막(SiOx:H) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극(140)은 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(finger electrode)(141)과 복수의 버스 바(bus bar)(142)를 구비한다.
복수의 핑거 전극(141)은 에미터(120)의 제2 에미터부(122)를 따라서 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있고, 에미터(120)의 제2 에미터부(122)와 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
복수의 핑거 전극(141)은 에미터(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 각 핑거 전극(141)의 폭은 하부에 위치하는 제2 에미터부(122)의 폭보다 작거나 같은 것이 좋다.
복수의 버스 바(142)는 에미터(120)의 제2 에미터부(122)를 따라서 복수의 핑거 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있고, 에미터(120)의 제2 에미터부(122)뿐만 아니라 복수의 핑거 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
이때, 복수의 버스바(142)는 복수의 핑거 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 핑거 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 핑거 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
이처럼, 복수의 버스 바(142)는 복수의 핑거 전극(141)과 연결되어 있으므로, 복수의 핑거 전극(141)을 통해 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
각 버스 바(142)의 폭은 각 핑거 전극(141)의 폭보다 크기 때문에, 버스 바(142)와 연결되어 있는 제2 에미터부(122)의 폭은 핑거 전극(141)와 연결되어 있는 제2 에미터부(122)의 폭보다 크다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 버스 바(142)의 개수는 2개이지만 이에 한정되지 않는다. 또한 각 버스 바(142)의 폭은 설치 개수에 따라 변할 수 있다.
이와 같이, 전면 전극(140)과 접촉하지 않는 부분인 제1 에미터부(121)의 두께가 일반적인 에미터부보다 얇아 제1 에미터부(121)의 불순물 농도는 일반적인 에미터부보다 낮다. 이로 인해, 제1 에미터부(121)를 통해 이동하는 전하의 흐름이 양호해져 제1 에미터부(121)에서 인접한 제2 에미터부(122)를 통해 해당 전면 전극(140)으로의 전하 이동도가 향상되고, 태양 전지(1)에서 출력되는 전류의 양이 증가한다.
또한, 제1 에미터(121)의 두께가 얇아짐에 따라, 기판(110)과의 p-n 접합면 위치가 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한다. 즉, 기판(110)의 표면에서부터 p-n 접합면의 수직 거리가 감소하여 전면 전극(140)과 p-n 접합면과의 간격이 줄어든다. 이로 인해, 전면 전극(140)으로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들어, 전면 전극(140)의 전하 수집율이 향상되어, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 버스바(142)를 구비한 전면 전극(140)과 접촉하는 제2 에미터부(122)는 본 실시예와 같이 면 저항값이 서로 상이한 복수의 에미터부(121, 122)를 구비하지 않고 하나의 에미터부로 이루어진 일반적인 에미터부의 면 저항값보다 낮은 저저항 구조와 높은 불순물 도핑 농도로 인한 높은 전도도의 구조를 갖고 있다. 따라서 전면 전극(140)이 일반적인 에미터부와 연결되는 경우와 비교할 때, 전면 전극(140)과 제2 에미터부(122) 간의 접촉 저항이 감소하고 전도도가 증가하므로 전면 전극(140)으로의 전하 전송율이 향상된다.
전면 전극(140)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
에미터(120)와 전기적·물리적으로 연결되어 있는 전면 전극(140)으로 인해, 반사 방지막(130)은 전면 전극(140)이 위치하지 않는 에미터(120) 위에 주로 존재한다.
후면 전극(151)은 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면 쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 구조 이외에 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 후면 전극(151)을 위한 복수의 후면전극용 버스바를 더 구비할 수 있다.
복수의 후면 전극용 버스 바는 전면 전극(140)의 버스 바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 이러한 후면 전극용 버스 바는 복수의 버스 바(142)와 대응하게 위치하며, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터(120)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터(120)쪽으로 이동한 전자는 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 버스 바(142)를 따라 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 버스 바(142)와 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 인접한 전면 전극(140)으로의 전하 이동이 주로 행해지는 제1 에미터부(121)는 고저항 구조를 갖고 있어 전하의 이동도가 향상되고, 전면 전극(140)과 접촉하는 제2 에미터부(122)는 불순물이 고농도로 도핑되고 저저항 구조를 갖고 있으므로 전면 전극(140)으로의 전하 전송율이 향상되어 태양 전지(1)의 효율이 증가한다.
다음, 도 3a 내지 도 3f를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부는 수백 나노미터 크기, 예를 들어, 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름(d1)과 높이(d2)를 가질 수 있다. 이때, 각 돌출부의 종횡부(d2/d1)는 약 1.0 내지 1.5일 수 있다.
이처럼, 수백 나노 미터(nanometer)와 같이 각 돌출부의 크기가 작기 때문에, 서브마이크로(sub-micron) 크기(size)의 각 돌출부에서 꼭대기 부분에서부터 기판(110)쪽으로 굴절률이 연속적으로 변하게 된다. 즉, 각 돌출부의 상부 쪽은 공기의 굴절률과 가까운 굴절률을 갖게 되고 하부 쪽은 기판(110)의 재료인 실리콘(Si)의 굴절률과 가까운 굴절률을 갖게 되어, 굴절률이 연속적으로 변하는 복수의 막을 적층한 것과 같은 막 적층 효과(layer stack effect)가 발생한다.
따라서 각 돌출부 내에서의 위치 변화에 따른 굴절률 변화에 의해 흡수되는 빛의 파장대도 변하게 되어, 기판(110)으로 입사되는 빛의 파장 범위가 증가한다. 따라서, 본 실시예에 따른 텍스처링 표면에 의해 약 300㎚ 내지 1100㎚ 범위의 파장대의 빛의 반사도[예를 들어, 평균 가중 반사도(average weighted reflectance)]는 약 10% 이하의 낮은 반사도를 갖게 된다. 이로 인해, 텍스처링 표면으로 인한 태양 전지(1)의 빛의 반사 방지 효율이 크게 향상된다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 기판(110)과 반대의 도전형, 예를 들어, n형의 불순물과 IV족 입자를 함유한 잉크(ink) 상태의 도핑 물질을 기판(110)의 텍스처링 표면의 일부에 도포한 후 저온에서 건조시켜, 기판(110)의 텍스처링 표면 일부에 도핑 패턴(20)을 형성한다. 본 실시예에서, IV족 입자는 나노(nano) 크기(폭 또는/및 높이)를 갖는 입자(particle), 즉, IV족 나노 파티클을 포함한다. 이때, 나노 파티클은 약 100㎚ 이하의 아주 미세한 파티클(microscopic particle)이다. IV족 입자는 약 1㎚ 내지 100㎚의 평균 지름을 갖는 수소 단말기 IV족 나노 파티클(hydrogen-terminated Group IV nanoparticle)이다. 따라서, 도핑 패턴(20)은 도핑 물질은 n형 불순물이 함유된 IV족 나토 파티클일 수 있다.
본 실시예에서, IV족 입자는 기판(110)과 동일한 물질인 실리콘(Si)을 함유하지만, 이와는 달리 실리콘(Si)이외의 다른 반도체 물질이나 이들의 화합물을 사용할 수 있다.
크기에 따라서 일정한 물리적인 특성[예, 녹는점(melting temperature), 끓는 점(boiling temperature), 밀도(density), 도전성(conductivity) 등]이 일정한 벌크 물질(bulk material)(>100㎚)과 비교할 때, 나노 파티클은 크기에 종속적인, 즉, 크기에 따라 변하는 물리적인 특성을 갖고 있으므로, 접합(junction) 등에 유용하다. 예를 들어, 반도체 나노 파티클은 실크 스크린법(silk-screening)이나 증착법(deposition) 등과 같은 대안적인 방법과 비교할 때 좀더 용이하고 저렴하게 반도체 접합(semiconductor junction)을 형성할 수 있다.
또한, 정렬된 나노 파티클(assembled nanoparticles)은 나노 파티클을 수송(transport)하고 저장(store)하기 위해, 잉크(ink)와 같은 콜로이드 분산액(colloidal dispersion) 또는 콜로이드에 현탁될 수 있다. 일반적으로, 액체 속에 가라앉거나(sinking) 떠오르는(floating) 상태를 초래하는 밀도 차이를 극복할 정도로 용매(solvent)와 파티클 표면의 상호 작용(interaction)이 강하므로, IV족 나노 파티클의 콜로이드 분산액이 가능하다. 결과적으로, 적은 크기의 나노 파티클이 큰 크기의 나노 파티클보다 용이하게 현탁된다. 일반적으로, IV족 나노 파티클은 진공 상태 또는 실질적으로 산소가 없는 불활성 환경에서 콜로이드 분산액으로 전달된다.
이와 같이, n형 불순물과 IV족 나노 파티클을 함유한 도핑 패턴(20)의 형성 방법은 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro-spray coating) 등과 같이 원하는 부분에 원하는 물질을 직접 인쇄하거나 도포할 수 있는 적어도 하나의 직접 인쇄법(direct printing)을 사용한다.
다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전체면에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다.
이미, 도 3b에서 기판(110)의 일부에 n형 불순물이 함유된 도핑 패턴(20), 즉, 실리콘 잉크(20)가 코팅되어 있으므로, 실리콘 잉크(20)가 코팅된 부분은 고온의 확산 동작이 행해질 때 POCl3이나 H3PO4 등에 포함된 불순물뿐만 아니라 코팅된 실리콘 잉크(20)에 함유된 불순물까지 대응하는 기판(110) 부분으로 주입된다(drive-in). 이때, 잉크가 기판(110)과 같은 물질인 실리콘(Si) 잉크이므로, 기판(110)과의 화학적 반응이 용이하게 행해져 실리콘 잉크(20)에 포함된 불순물의 확산 동작이 용이하게 행해진다. 또한, 이미 설명한 것처럼, 잉크를 구성하는 실리콘 입자는 나노 크기로 반응성이 뛰어나므로 기판(110)으로의 인(P) 확산 동작이 용이하게 이루어진다.
따라서, 실리콘 잉크(20)가 코팅된 부분에서 기판(110) 내부로 주입된 불순물의 도핑 농도는 실리콘 잉크(20)가 코팅되지 않은 부분에서 기판(110) 내부로 주입된 불순물의 도핑 농도보다 크고 불순물의 도핑 깊이 또한 깊게 된다.
이로 인해, 실리콘 잉크(20)가 코팅된 부분에 형성된 불순물부는 저저항부인 제2 에미터부(122)가 되고, 실리콘 잉크(20)가 코팅되지 않은 부분에 형성된 불순물부는 고저항부인 제1 에미터부(121)가 된다. 불순물이 기판(110) 표면에서부터 기판(110) 내부 쪽으로 주입되므로, 기판(110) 내부에서 제1 에미터부(121)와 기판(110)과 접하는 p-n 접합면과 제2 에미터부(121)와 기판(110)과 접하는 p-n 접합면의 위치는 상이하여 단차가 발생한다.
본 실시예에서, 제1 에미터부(121)의 면 저항값은 약 80 Ω/sq. 내지 150Ω/sq.이고, 제2 에미터부(122)의 면 저항값은 약 20 Ω/sq. 내지 80Ω/ sq.일 수 있다.
이때, 이미 도 4를 참고로 하여 설명한 것처럼, 경우에 따라 제2 에미터부(122)의 불순물 도핑 깊이는 도 3c에 도시한 것처럼 거의 수직 하강하지 않고 제1 에미터부(121)와의 경계면에서부터 점차적으로 변한다.
이와 같이, 위치에 따라 불순물의 농도가 상이한 제1 에미터부(121)와 제2 에미터부(122)를 구비한 에미터(120), 즉, 선택적 에미터를 형성한 경우, 습식 식각법을 이용하지 않아도 되므로, 텍스처링 표면의 형상 변화, 즉, 돌출부의 형상 변화가 발생하지 않거나 변화폭이 크게 감소한다.
즉, 습식 식각법을 이용하여 선택적 에미터부를 형성할 경우, 저저항부의 두께에 해당하게 열 확산법 등을 통해 텍스처링된 기판에 에미터부를 형성한 후, 식각을 원치 않은 부분의 에미터부와 기판 위에 식각 방지 마스크를 형성하고, 그 다음, 식각액을 이용한 습식 식각법으로 기판을 식각한다. 이로 인해, 식각 방지 마스크로 인해 보호되지 않은 에미터부의 부분이 식각되고 식각 방지 마스크가 존재하는 에미터부 부분은 식각되지 않아 두께가 서로 다른 에미터부가 형성된다. 즉, 에미터부의 일부가 식각된 부분은 고저항부가 되고 식각되지 않은 에미터부는 저저항부가 된다.
그러나 식각 방향이나 식각 두께 등의 제어가 용이하지 않은 습식 식각법에 의해 에미터부의 일부가 제거되므로, 고저항부의 두께 제어가 정확하게 행해지지 않고 저저항부 영역까지 식각액이 침투하여, 고저항부과 고저항부의 면저항을 정확하게 제어할 수 없었다. 또한, 식각액에 의한 식각 정도가 기판의 텍스처링 표면으로부터 균일하게 행해지지 않아 돌출부의 위치에 따라 식각 정도가 달라진다. 예를 들어, 각 돌출부에서, 꼭대기 부분이 주변부보다 식각이 많이 이루어져 에미터부 형성을 위한 습식 식각법이 행해진 후 텍스처링 표면의 돌출부 형상이 크게 달라진다. 이로 인해, 낮은 반사도를 얻기 위해 형성된 텍스처링 표면 형상이 변함에 따라 텍스처링 표면의 반사도가 증가하는 문제가 발생하였다.
하지만, 본 실시예는 텍스처링 표면 형상을 변화시키는 습식 식각법을 이용하지 않고 선택적 에미터부를 형성하므로, 낮은 반사도를 얻는 텍스처링 표면의 형상 변화를 초래하지 않는다. 또한 코팅되는 실리콘 잉크(20)의 코팅 정도(두께나 코팅 면적 등), 잉크에 함유되는 불순물의 양 등을 조절하는 면 저항의 크기 제어가 용이하다. 이로 인해, 텍스처링 표면의 반사도 변화가 발생하지 않고 에미터(120)의 특성 제어가 용이하므로 태양 전지(1)의 효율 감소가 발생하지 않는다.
또한, 공정이 복잡한 습식 식각법을 행하지 않으므로, 선택적 에미터부를 형성하기 위한 공정이 단순해진다.
그런 다음, n형 불순물 또는 p형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시한다. 하지만, 측면 분리 공정 시기는 필요에 따라 변경 가능하다.
그런 다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터(120) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)과 글래스 프릿(glass frit)을 포함한 전면전극용 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜, 전면전극 패턴(40)을 형성한다. 글래스 프릿은 납(Pb) 등을 포함한다.
이때, 전면전극 패턴(40)은 복수의 핑거 전극을 위한 부분과 복수의 버스 바를 위한 부분을 구비하고 있다. 전면전극 패턴(40)은 제2 에미터부(122)와 대응하게 위치하여, 제2 에미터부(122) 위에서 제2 에미터부(122)를 따라 형성된다.
다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터(120) 위에 후면전극 패턴(50)을 형성한다.
이때, 이들 패턴(40, 50)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 패턴(40, 50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 열처리 공정을 시행하여, 에미터(120)의 제2 에미터부(122)에 연결되는 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 버스바(142)를 구비한 전면 전극(140), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(171)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해, 전면전극 패턴(40)은 접촉 부위의 반사 방지막(130)을 관통하여 하부에 위치하는 에미터(120)의 제2 에미터부(122)와 접촉함으로써, 에미터(120)의 제2 에미터부(122)와 연결되는 전면 전극(140)이 형성된다.
또한, 열처리 공정에 의해, 후면전극 패턴(50)에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터(120)뿐만 아니라 그 넘어서까지 기판(110)으로 확산되어 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물부인 후면 전계부(171)가 형성된다. 이미 설명한 것처럼, 후면 전계부(171)는 기판(110)과의 농도 차이에 의해 기판(110)의 후면에서 전자와 정공의 재결합을 방지하고, 정공이 후면 전극(151)쪽으로 용이하게 이동하도록 한다.
후면전극 패턴(50)은 후면 전계부(171)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성한다.
열처리 공정 시, 패턴(40, 50)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상되어 전류 흐름이 증가된다.
이에 더하여, 전면 전극(140)은 제1 에미터부(121)보다 불순물 농도가 높고 면 저항값이 낮은 제2 에미터부(122)와만 접촉하므로, 전면 전극(140)과 제2 에미터부(122)와의 접촉 특성은 향상된다.
본 실시예에의 경우, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121)는 별도의 제거되지 않았지만, 대안적인 예에서, 후면전극 패턴(50)을 형성하기 전에 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부(121)를 제거하기 위한 별도의 공정이 행해질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (13)
- 건식 식각법을 이용하여 제1 도전성 타입의 기판의 전면(front surface)에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계,
상기 텍스처링 표면의 일부에 상기 제1 도전성 타입과 반대 극성을 갖는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 도핑 물질을 선택적으로 도포하여 도핑 패턴을 형성하는 단계,
상기 기판의 전면에 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여 상기 도핑 패턴이 형성된 부분에는 불순물 농도가 높은 제2 에미터부를 형성하고, 상기 도핑 패턴이 형성되지 않은 부분에는 불순물 농도가 상기 제2 에미터부보다 낮은 제1 에미터부를 형성하는 단계,
상기 제1 에미터부와 상기 제2 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고
상기 제2 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 기판의 후면(back surface)과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 제1 에미터부는 약 80 Ω/sq. 내지 150Ω/sq.의 면 저항값을 갖고, 상기 제2 에미터부는 약 20Ω/sq. 내지 80Ω/ sq.의 면저항값을 갖는 태양 전지의 제조 방법. - 제2항에서,
상기 제2 에미터부의 형성 위치는 상기 도핑 패턴의 위치에 대응하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 도핑 물질은 IV족 나노 파티클(nano particle)을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 도핑 패턴 형성 단계는,
상기 텍스처링 표면의 일부에 상기 도핑 물질을 코팅하는 단계, 그리고
상기 도핑 물질을 건조하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에서,
상기 도핑 물질 코팅 단계는 상기 불순물을 함유한 실리콘(Si) 잉크(ink)를 코팅하는 태양 전지의 제조 방법. - 제6항에서,
상기 실리콘 잉크는 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro--ray coating)법 중 적어도 하나에 의해 코팅되는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 건식 식각법은 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE)인 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 돌출부는 각각 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖는 태양 전지의 제조 방법. - 제1 도전성 타입을 갖고, 전면(front surface)에 복수의 돌출부를 갖는 기판,
상기 기판의 상기 전면에 형성되고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고, 제1 두께를 갖는 제1 에미터부와 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 에미터부를 포함하는 에미터부,
상기 제2 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
상기 기판의 후면(back surface)과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
을 포함하고,
상기 복수의 돌출부 각각은 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖는 태양 전지. - 제10항에서,
상기 제1 에미터부와 상기 기판과의 접합면의 위치와 상기 제2 에미터부와 상기 기판과의 접합면의 위치는 서로 상이한 태양 전지. - 제10항에서,
상기 제1 에미터부의 불순물 도핑 농도는 상기 제2 에미터부의 불순물 도핑 농도보다 적은 태양 전지. - 제10항에서,
상기 제2 에미터부는 상기 제1 에미터부와의 경계면에서부터 불순물 도핑 깊이가 점차적으로 변하는 태양 전지.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100038432A KR101626162B1 (ko) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| US12/904,691 US20110139236A1 (en) | 2010-04-26 | 2010-10-14 | Solar cell and method for manufacturing the same |
| PCT/KR2010/007050 WO2011136447A1 (en) | 2010-04-26 | 2010-10-14 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100038432A KR101626162B1 (ko) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110118993A KR20110118993A (ko) | 2011-11-02 |
| KR101626162B1 true KR101626162B1 (ko) | 2016-05-31 |
Family
ID=44141554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100038432A KR101626162B1 (ko) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110139236A1 (ko) |
| KR (1) | KR101626162B1 (ko) |
| WO (1) | WO2011136447A1 (ko) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101661768B1 (ko) | 2010-09-03 | 2016-09-30 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| WO2012117558A1 (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-07 | 三菱電機株式会社 | 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール |
| TWI455342B (zh) * | 2011-08-30 | 2014-10-01 | Nat Univ Tsing Hua | Solar cell with selective emitter structure and manufacturing method thereof |
| KR101295552B1 (ko) * | 2011-11-16 | 2013-08-12 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101860919B1 (ko) * | 2011-12-16 | 2018-06-29 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
| KR20130096822A (ko) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101387718B1 (ko) * | 2012-05-07 | 2014-04-22 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
| KR101921738B1 (ko) | 2012-06-26 | 2018-11-23 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
| KR20190068352A (ko) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 태양전지 셀 |
| CN108054240B (zh) * | 2017-12-12 | 2019-07-09 | 浙江晶科能源有限公司 | 一种湿法黑硅的选择发射极制作方法及一种太阳能电池 |
| CN116722054B (zh) * | 2022-06-10 | 2024-05-10 | 浙江晶科能源有限公司 | 太阳能电池及太阳能电池的制备方法、光伏组件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420085A2 (en) | 2002-10-30 | 2004-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Zinc oxide film, photovoltaic device, and zinc oxide film formation process |
| US20100051099A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-04 | Cheong Juhwa | Solar cell and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19522539C2 (de) * | 1995-06-21 | 1997-06-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Solarzelle mit einem, eine Oberflächentextur aufweisenden Emitter sowie Verfahren zur Herstellung derselben |
| US6552414B1 (en) * | 1996-12-24 | 2003-04-22 | Imec Vzw | Semiconductor device with selectively diffused regions |
| US20030178057A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-09-25 | Shuichi Fujii | Solar cell, manufacturing method thereof and electrode material |
| JP2004235274A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-08-19 | Kyocera Corp | 多結晶シリコン基板およびその粗面化法 |
| US20080092944A1 (en) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Leonid Rubin | Semiconductor structure and process for forming ohmic connections to a semiconductor structure |
| JP5710879B2 (ja) * | 2007-01-03 | 2015-04-30 | ナノグラム・コーポレイションＮａｎｏＧｒａｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | シリコン／ゲルマニウムによるナノ粒子インク、ドーピングされた粒子、印刷法、及び半導体用途のためのプロセス |
-
2010
- 2010-04-26 KR KR1020100038432A patent/KR101626162B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-10-14 WO PCT/KR2010/007050 patent/WO2011136447A1/en active Application Filing
- 2010-10-14 US US12/904,691 patent/US20110139236A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420085A2 (en) | 2002-10-30 | 2004-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Zinc oxide film, photovoltaic device, and zinc oxide film formation process |
| US20100051099A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-04 | Cheong Juhwa | Solar cell and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110139236A1 (en) | 2011-06-16 |
| KR20110118993A (ko) | 2011-11-02 |
| WO2011136447A1 (en) | 2011-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101626162B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| US8012531B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same, and method for forming impurity region | |
| KR101579318B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101358535B1 (ko) | 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR20110125041A (ko) | 태양 전지 | |
| JP5882573B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| KR101621980B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101699312B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101699309B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101714779B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101038967B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101146737B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101045859B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101588458B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101743716B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR20110124532A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101597825B1 (ko) | 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치 | |
| KR101303857B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101579321B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101588457B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR20120041437A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101839564B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101642153B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101588456B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |