KR101769777B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 도전층; 상기 제1 도전층 상에 형성된 제1 전극; 상기 반도체 웨이퍼의 타면 상에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 도전층; 및 상기 제2 도전층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층은 중앙부 및 상기 중앙부에서 연장되는 주변부로 이루어지고, 상기 주변부의 전기전도도는 상기 중앙부의 전기전도도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층의 주변부의 전기전도도 특성이 열악하기 때문에, 비록, 제1 도전층과 제2 도전층이 반도체 웨이퍼의 측면에서 서로 접한다 하더라도 태양전지의 동작에 문제가 발생하지 않게 되며, 따라서, 종래와 같이, 제1 도전층과 제2 도전층의 연결을 차단하기 위해서 제1 도전층 또는 제2 도전층의 가장자리 영역에 분리부를 형성할 필요가 없다.
본 발명에 따르면, 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층의 주변부의 전기전도도 특성이 열악하기 때문에, 비록, 제1 도전층과 제2 도전층이 반도체 웨이퍼의 측면에서 서로 접한다 하더라도 태양전지의 동작에 문제가 발생하지 않게 되며, 따라서, 종래와 같이, 제1 도전층과 제2 도전층의 연결을 차단하기 위해서 제1 도전층 또는 제2 도전층의 가장자리 영역에 분리부를 형성할 필요가 없다.
Description
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이에, 상기 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 태양전지가 제안된 바 있다. 이하 도면을 참조로 종래의 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 종래의 일 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 일 실시예에 따른 태양전지는, 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 제1 전극(40), 제2 반도체층(50), 및 제2 전극(70)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 박막 형태로 형성되고, 상기 제2 반도체층(50)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 박막 형태로 형성되며, 이와 같은 상기 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 및 제2 반도체층(50)의 조합에 의해 PN접합구조가 이루어지게 된다.
상기 제1 전극(40)은 상기 제1 반도체층(20) 상에 형성되고, 상기 제2 전극(70)은 상기 제2 반도체층(50) 상에 형성되어, 각각 태양전지의 (+)전극 또는 (-)전극을 이루게 된다.
이와 같은 종래의 일 실시예에 따른 태양전지에 태양광이 입사되면 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 정공(hole) 또는 전자(electron)와 같은 캐리어(carrier)가 생성되고, 이와 같은 캐리어는 상기 제1 반도체층(20)을 경유하여 상기 제1 전극(40)으로 이동함과 더불어 상기 제2 반도체층(50)을 경유하여 상기 제2 전극(70)으로 이동하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 일 실시예에 따른 태양전지는 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 생성된 정공 또는 전자와 같은 캐리어가 상기 제1 전극(40) 또는 제2 전극(70)으로 이동하는 이동성이 떨어져 태양전지의 효율에 한계가 있다.
따라서, 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 생성된 정공 또는 전자와 같은 캐리어가 상기 제1 전극(40) 또는 제2 전극(70)으로 이동하는 이동성을 향상시킬 수 있도록, 도전층을 추가로 적용한 태양전지가 제안된 바 있다.
도 2a 내지 도 2g는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 종래의 다른 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 공정 단면도로서, 이는, 제1 반도체층(20)과 제1 전극(40) 사이 및 제2 반도체층(50)과 제2 전극(70) 사이에 도전층을 추가로 형성함으로써 캐리어의 이동성을 향상시키는 것이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 제1 반도체층(20)을 형성한다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(20) 상에 제1 도전층(30)을 형성한다.
상기 제1 도전층(30)은 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 형성한다.
이때, 도 2b에서 알 수 있듯이, 공정 특성상 상기 제1 도전층(30)은 상기 제1 반도체층(20)의 상면 뿐만 아니라 그 측면을 따라 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에까지 형성된다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(30) 상에 제1 전극(40)을 형성한다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 제2 반도체층(50)을 형성한다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(50) 상에 제2 도전층(60)을 형성한다.
상기 제2 도전층(60)은 스퍼터링법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 형성한다.
이때, 도 2e에서 알 수 있듯이, 공정 특성상 상기 제2 도전층(60)은 상기 제2 반도체층(50)의 하면 뿐만 아니라 그 측면을 따라 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에까지 형성된다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 도전층(60) 상에 제2 전극(70)을 형성한다.
다음, 도 2g에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(30), 제1 반도체층(20) 및 반도체 웨이퍼(10)의 가장자리 영역을 제거하여 분리부(80)를 형성한다.
상기 분리부(80)를 형성하는 이유는, 상기 제1 도전층(30)과 제2 도전층(60)이 공정 특성상 각각 반도체 웨이퍼(10)의 측면을 따라 연장되어 서로 접하게 되어 쇼트가 발생할 수 있기 때문에, 이와 같은 쇼트를 방지하기 위함이다.
그러나, 이와 같이 제1 도전층(30), 제1 반도체층(20) 및 반도체 웨이퍼(10)의 가장자리 영역을 제거하여 분리부(80)를 형성하게 되면, 상기 분리부(80) 영역에서 전자 또는 홀과 같은 캐리어가 트랩(trap)됨으로써 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 분리부(80)를 형성하기 위해서 레이저 공정이 추가되므로 그만큼 공정이 추가되고 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 도 14는 종래의 태양전지 패널의 개략도로서, 도 14에서와 같이, 종래의 태양전지 패널은 지지대(1)에 복수 개의 단위 태양전지가 배치되어 있는데, 단위 태양전지 각각의 가장자리 영역에 전술한 바와 같이 분리부(80)가 형성되어 있어, 외관이 조잡한 느낌을 줄 수 있다.
본 발명은 전술한 종래의 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 도전층을 적용하여 캐리어의 이동성을 향상시키면서도 반도체 웨이퍼의 가장자리 영역에 분리부를 형성할 필요가 없는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 도전층; 상기 제1 도전층 상에 형성된 제1 전극; 상기 반도체 웨이퍼의 타면 상에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 도전층; 및 상기 제2 도전층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층은 중앙부 및 상기 중앙부에서 연장되는 주변부로 이루어지고, 상기 주변부의 전기전도도는 상기 중앙부의 전기전도도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에서 서로 접하고 있고, 이 경우, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층의 가장자리 영역에 분리부가 형성되어 있지 않다.
상기 주변부는 상기 중심부보다 도펀트 농도가 낮을 수 있다.
상기 주변부는 상기 중심부보다 결정의 개수가 많을 수 있다.
상기 주변부는 상기 중심부보다 결정의 성장각도가 다양하게 분포될 수 있고, 이 경우, 상기 주변부에 형성된 결정은 카운트 값이 150 ~ 400 범위인 결정성장각도가 3개 이상일 수 있다.
상기 중심부와 주변부로 이루어진 도전층의 증착 두께는 50 ~ 500 nm범위일 수 있다.
상기 주변부의 두 지점 사이의 저항은 100 ~ 150kΩ범위이고, 상기 중심부의 두 지점 사이의 저항은 6 ~ 10kΩ범위일 수 있다.
상기 주변부는 상기 반도체 웨이퍼의 모서리 부위에 형성되는 부분과 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에 형성되는 부분으로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에 형성되는 부분이 상기 반도체 웨이퍼의 모서리 부위에 형성되는 부분에 비하여 전기전도도가 낮을 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에는 진성 반도체층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층과 제1 도전층 사이 및 상기 제2 반도체층과 제2 도전층 사이 중 적어도 하나에는 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어의 이동도를 증진시킬 수 있는 소정의 극성을 띠는 보조층이 추가로 형성되어 있고, 상기 보조층은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어진 (-)극성을 띠는 제1 보조층, 및 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어진 (+)극성을 띠는 제2 보조층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 타면 상에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 제1 도전층을 형성하고, 상기 제2 반도체층 상에 제2 도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층은 MOCVD공정에 의해 형성된 중앙부 및 상기 중앙부에서 연장되는 주변부로 이루어지고, 상기 주변부의 전기전도도는 상기 중앙부의 전기전도도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 중앙부와 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 주변부의 도펀트 농도를 상기 중심부의 도펀트 농도보다 작도록 수행할 수 있다.
상기 중앙부와 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 웨이퍼의 주변부의 온도가 상기 웨이퍼의 중심부의 온도보다 높은 상태에서 수행할 수 있으며, 이때, 상기 중앙부와 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 웨이퍼의 주변부와는 접촉하고 상기 웨이퍼의 중심부와는 접촉하지 않는 트레이를 이용하여 수행할 수 있고, 또한, 상기 웨이퍼의 주변부에 핀을 접촉시켜 수행할 수도 있다.
상기 중앙부와 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 160 ~ 350℃ 범위에서 수행할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에 진성 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼 상에 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층과 제1 도전층 사이 및 상기 제2 반도체층과 제2 도전층 사이 중 적어도 하나에 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어의 이동도를 증진시킬 수 있는 소정의 극성을 띠는 보조층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 보조층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어진 (-)극성을 띠는 제1 보조층을 형성하는 공정 및 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어진 (+)극성을 띠는 제2 보조층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 지지대; 및 상기 지지대에 고정되며 서로 전기적으로 연결되어 있는 복수 개의 단위 태양전지를 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 단위 태양전지 각각은 전술한 태양전지로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 패널을 제공한다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층의 주변부의 전기전도도 특성이 열악하기 때문에, 비록, 제1 도전층과 제2 도전층이 반도체 웨이퍼의 측면에서 서로 접한다 하더라도, 태양전지의 동작에 문제가 발생하지 않게 된다.
따라서, 종래와 같이, 제1 도전층과 제2 도전층의 연결을 차단하기 위해서 제1 도전층 또는 제2 도전층의 가장자리 영역에 분리부를 형성할 필요가 없게 되어, 결국, 상기 분리부를 형성하기 위해 공정이 추가되고 비용이 증가되는 문제가 해결되고, 또한 상기 분리부에서 캐리어가 트랩되어 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 해결된다.
도 1은 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 종래의 일 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 종래의 다른 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 온도변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면이다.
도 5는 두께변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도전층을 형성하기 위해 웨이퍼를 지지하는 트레이의 모습을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도전층을 형성하기 위해 소정의 핀을 웨이퍼와 접촉시킨 모습을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 14는 종래의 태양전지 패널의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2g는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 종래의 다른 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 온도변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면이다.
도 5는 두께변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도전층을 형성하기 위해 웨이퍼를 지지하는 트레이의 모습을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 도전층을 형성하기 위해 소정의 핀을 웨이퍼와 접촉시킨 모습을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 14는 종래의 태양전지 패널의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 개략도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
태양전지
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지는, 반도체 웨이퍼(100), 제1 반도체층(200), 제1 도전층(300), 제1 전극(400), 제2 반도체층(500), 제2 도전층(600), 및 제2 전극(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 소정의 전기전도 극성을 가질 수 있다. 상기 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, N형 실리콘 웨이퍼 또는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 이와 같은 반도체 웨이퍼(100)는 상기 제1 반도체층(200) 및 상기 제2 반도체층(500) 중 어느 하나의 반도체층과 동일한 극성으로 이루어진다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일면, 바람직하게는, 상면 및 하면 모두는 요철구조로 형성되어 태양광의 흡수율을 증진시킬 수 있으며, 이 경우, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 차례로 형성되는 제1 반도체층(200), 제1 도전층(300), 제2 반도체층(500), 및 제2 도전층(600) 등도 그 표면이 요철구조로 형성된다.
상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 함께 PN접합을 형성할 수 있으며, 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제1 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 정공의 수집효율을 극대화하기 위해서는 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하고, 따라서, 수광면에 가까운 상기 제1 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제1 도전층(300)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 정공을 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제1 전극(400)으로 이동시킨다.
이와 같은 제1 도전층(300)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다.
상기 제1 도전층(300)은 그 형성 공정 특성상 상기 제1 반도체층(200)의 상면 뿐만 아니라 그 측면을 따라 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위까지 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(400)은 상기 제1 도전층(300) 상에 형성되어 태양전지의 맨 전면(前面)을 구성하게 된다. 따라서, 태양전지 내부로 태양광이 투과될 수 있도록 상기 제1 전극(400)은 소정 형태로 패턴 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 전도성이 우수한 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제2 반도체층(500)은 상기 제1 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성되는데, 상기 제1 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 반도체층(500)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어진다. 특히, 상기 제2 반도체층(500)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 도전층(600)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 전자를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제2 전극(700)으로 이동시킨다.
이와 같은 제2 도전층(600)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 ZnO:B로 이루어질 수 있다.
상기 제2 도전층(600)은 그 형성 공정 특성상 상기 제2 반도체층(500)의 하면 뿐만 아니라 그 측면을 따라 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위까지 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2 도전층(600)은 서로 특성이 상이한 중앙부(600a)와 주변부(600b)로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 상기 중앙부(600a)는 전기전도도가 우수한 특성을 갖는 반면, 상기 주변부(600b)는 전기전도도가 열악한 특성을 갖는다.
또한, 상기 주변부(600b)는 반도체 웨이퍼(100)의 모서리 부위에 형성되는 부분과 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위에 형성되는 부분으로 구분할 수 있고, 이때, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 모서리 부위에 형성되는 부분에 비하여 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위에 형성되는 부분의 전기전도도 특성이 보다 열악하게 형성될 수 있다.
따라서, 비록, 상기 제1 도전층(300)과 상기 제2 도전층(600)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위에서 서로 접한다 하더라도, 상기 제2 도전층(600)의 주변부(600a)의 전기전도도 특성이 열악하기 때문에, 태양전지의 동작에 문제가 발생하지 않게 된다. 결국, 종래와 같이, 상기 제1 도전층(300)과 상기 제2 도전층(600)의 연결을 차단하기 위해서 상기 제1 도전층(300) 또는 제2 도전층(600)의 가장자리 영역에 분리부를 형성할 필요가 없게 된다.
상기 제2 도전층(600)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)공정을 통해 형성하는 것이 바람직하며, 이 경우 MOCVD 공정 제어를 통해서 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부(600a)와 주변부(600b)로 이루어진 제2 도전층(600)을 형성할 수 있다. 이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, MOCVD 공정을 통해 ZnO:B 등과 같은 물질로 제2 도전층(600)을 형성할 경우, MOCVD 공정시 중앙부(600a)의 도펀트(B) 농도를 크게 하고 주변부(600b)의 도펀트(B) 농도를 작게 함으로써, 중앙부(600a)의 전기전도도는 크고 주변부(600b)의 전기전도도는 작은 제2 도전층(600)을 얻을 수 있다. 이와 같은 제2 도전층(600)을 얻기 위해서, 원료가스 공급시 중앙부(600a) 방향으로 공급되는 도펀트(B)에 비하여 주변부(600b) 방향으로 공급되는 도펀트(B)의 양을 작게할 수 있고, 경우에 따라서, 주변부(600b) 방향으로는 도펀트(B)를 공급하지 않을 수도 있다.
다음, 제2 도전층(600)을 형성할 때, 중앙부(600a)의 결정성장 형태와 주변부(600b)의 결정성장 형태를 상이하도록 공정을 제어함으로써, 중앙부(600a)의 전기전도도는 크고 주변부(600b)의 전기전도도는 작은 제2 도전층(600)을 얻을 수 있다.
이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 웨이퍼(100)를 지지하는 트레이가 웨이퍼(100)의 주변부와는 접촉하지만 웨이퍼(100)의 중앙부와는 접촉하지 않은 상태와 같이, 웨이퍼(100)의 주변부가 웨이퍼(100)의 중앙부보다 온도가 높은 상태에서 제2 도전층(600)을 증착할 경우, 중앙부(600a)의 결정성장 형태와 주변부(600b)의 결정성장 형태가 상이하게 될 수 있다. 특히, 그 경우, 온도가 높은 영역인 주변부(600b)에 형성되는 결정은 온도가 낮은 영역인 중심부(600a)에 형성되는 결정에 비하여 결정의 개수가 많아지고 결정의 성장각도가 다양하게 분포될 수 있다. 이와 같이, 결정의 개수가 많아지고 결정의 성장각도가 다양하게 분포되면 결정과 결정 사이의 경계면이 증가하여 저항이 증가될 수 있다. 따라서, 중심부(600a)에 비하여 주변부(600b)의 전기전도도가 작은 제2 도전층(600)을 얻을 수 있다.
한편, 웨이퍼(100)의 주변부가 웨이퍼(100)의 중앙부보다 온도가 높은 상태에서 제2 도전층(600)을 증착하기 위해서, 상기와 같이, 웨이퍼(100)의 주변부와는 접촉하지만 웨이퍼(100)의 중앙부와는 접촉하지 않은 트레이를 이용할 수도 있고, 또한, 웨이퍼(100)의 주변부에 고온 상태의 핀(pin)을 접촉시킴으로써, 웨이퍼(100)의 주변부 온도를 상승시킬 수도 있다.
도 4는 온도변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면으로서, 일반적으로 온도가 증가하면 결정이 성장하여 결정의 개수가 많아지게 되고, 그에 따라 저항성분으로 작용하는 결정과 결정 사이의 경계면의 개수도 증가할 수 있게 된다. 특히, 도 4에서 알 수 있듯이, 온도가 증가할수록 피크(peak)를 나타내는 각도의 개수가 증가함을 알 수 있다. 여기서, 각도는 결정이 성장하는 각도를 의미하는 것으로서, 피크를 나타내는 각도의 개수가 많다는 것은 결정이 다양한 각도로 성장하여 저항성분으로 작용하는 결정과 결정 사이의 경계면이 증가한다는 것을 의미한다. 즉, 간단히 요약하면, 온도가 증가할수록 저항이 증가한다는 것을 알 수 있다.
본 발명에서, 상기 제2 도전층(600)의 주변부(600b)에 형성되는 결정은, 피크를 나타내는 각도의 개수가 3개 이상인 것이 바람직하고, 상기 제2 도전층(600)의 중심부(600a)에 형성되는 결정은, 피크를 나타내는 각도의 개수가 2개 이하, 보다 바람직하게는 1개인 것이 유리하다.
또한, 도 4에서 카운트(counts)는 결정화 정도를 나타내는 것으로서, 카운트 값이 작으면 결정화가 잘 이루어지지 않은 것을 의미하고 카운트 값이 크면 결정화가 잘 이루어진 것을 의미한다. 본 발명에서, 상기 제2 도전층(600)의 주변부(600b)에 형성되는 결정은, 피크를 나타내는 카운트 값이 150 ~ 400 정도인 것이 바람직한데, 그 이유는, 상기 카운트 값이 150 미만일 경우 결정화가 이루어지지 않을 수 있고, 상기 카운트 값이 400을 초과할 경우 결정화가 너무 이루어져 결정의 크기가 너무 증가하게 되어 저항성분으로 작용하는 결정과 결정 사이의 경계면의 개수가 줄어들 수 있기 때문이다.
이상과 같이, 중앙부(600a)의 결정성장 형태와 주변부(600b)의 결정성장 형태를 상이하도록 하여 중앙부(600a)의 전기전도도는 크고 주변부(600b)의 전기전도도는 작은 제2 도전층(600)을 얻기 위한 방법 중 하나로서, 웨이퍼(100)의 주변부가 웨이퍼(100)의 중앙부보다 온도가 높은 상태에서 제2 도전층(600)을 증착하는 방법을 이용할 수 있으며, 이때, 공정 온도는 일반적으로 웨이퍼(100) 온도기준으로 160℃ ~ 350℃ 범위가 바람직하다. 만약, 상기 공정 온도가 160℃ 미만일 경우 결정화가 잘 이루어지지 않게 될 수 있고, 상기 공정 온도가 350℃를 초과할 경우 너무 과도한 온도 증가로 인해서 결정화 진행이 불가능할 수 있기 때문이다.
또한, 중앙부(600a)의 전기전도도는 크고 주변부(600b)의 전기전도도는 작은 제2 도전층(600)을 얻기 위해서는, 상기 제2 도전층(600)의 증착 두께를 최적화할 필요가 있다. 즉, 상기 제2 도전층(600)의 증착 두께가 너무 작으면 결정화가 잘 이루어지지 않게 될 수 있고, 상기 제2 도전층(600)의 증착 두께가 너무 크면 결정의 크기가 커져서 주변부(600b)에서 저항 성분으로 작용해야 할 결정과 결정 사이의 경계면의 개수가 줄어들게 되기 때문이다.
도 5는 두께변화에 따른 ZnO의 결정성장 형태 변화를 보여주는 도면으로서, 도 5에서 알 수 있듯이, 일반적으로 두께가 증가하면 피크를 나타내는 각도의 개수가 줄어드는 것을 알 수 있다. 즉, 두께가 증가하면 결정이 일정한 각도로 성장하게 되어 저항성분으로 작용하는 결정과 결정 사이의 경계면이 감소하게 됨을 알 수 있다.
이와 같은 점을 고려할 때, 상기 제2 도전층(600)의 증착 두께는 50 ~ 500nm 범위가 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 도전층(600)은 중앙부(600a)의 전기전도도는 크고 주변부(600b)의 전기전도도는 작게 된다. 다시 말하면, 중앙부(600a)의 저항은 작고 주변부(600b)의 저항은 크게 되는데, 구체적으로, 상기 주변부(600b)의 두 지점 사이의 저항은 100 ~ 150kΩ범위가 되고, 상기 중심부(600a)의 두 지점 사이의 저항은 6 ~ 10kΩ범위가 된다.
결국, 상기 제1 도전층(300)의 일 지점과 상기 제2 도전층(600)의 중앙부(600a)의 일 지점 사이의 저항은 200 ~ 300kΩ범위가 되어, 비록, 상기 제1 도전층(300)과 상기 제2 도전층(600)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 서로 접한다 하더라도 태양전지의 동작에 문제가 발생하지 않게 된다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제2 도전층(600) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(700)은 태양전지의 맨 후면(後面)에 형성되기 때문에 제2 도전층(600)의 전면(全面)에 형성될 수 있다. 다만, 반사되는 태양광이 태양전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제2 전극(700)도 패턴 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제1 전극(400)과 마찬가지로, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 반도체 웨이퍼(100)와 제1 반도체층(200) 사이에 제1 진성 반도체층(150)이 추가로 형성됨과 더불어 반도체 웨이퍼(100)와 제2 반도체층(500) 사이에 제2 진성 반도체층(450)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 고농도의 도펀트 가스를 이용하여 제1 반도체층(200) 또는 제2 반도체층(500)을 형성하게 되면 상기 고농도의 도펀트 가스에 의해서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect)이 발생할 수 있다.
따라서, 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고 그 후 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 진성 반도체층(450)을 형성하고 그 후 상기 제2 진성 반도체층(450) 상에 제2 반도체층(500)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다.
한편, 도 6에는 제1 진성 반도체층(150)과 제2 진성 반도체층(450)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제1 진성 반도체층(150)과 제2 진성 반도체층(450) 중에서 어느 하나의 진성 반도체층 만을 형성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 반도체층(200) 및 제2 반도체층(500)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)으로 이루어진다.
또한, 상기 제2 반도체층(500)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a) 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a) 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)은 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)에 비하여 상대적으로 도펀트의 농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)은 각각 전술한 도 6에 도시한 제2 실시예에서의 제1 진성 반도체층(150)및 제2 진성 반도체층(450)과 유사한 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)을 형성함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있고, 아울러, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)을 형성함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있다.
따라서, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)의 도펀트 농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
도 7에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지는 전술한 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지에 비하여 생산성이 우수한 장점이 있다.
즉, 전술한 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지는 제1 진성 반도체층(150) 및 제2 진성 반도체층(450)을 형성하기 위해서 증착 장비가 추가되고 공정이 복잡해져서 생산성이 떨어질 수 있지만, 도 7에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지는 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있고, 아울러 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에 별도의 증착 장비나 공정이 추가되지 않는 장점이 있다.
한편, 도 7에는 제1 반도체층(200)이 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)으로 이루어지고, 제2 반도체층(500)이 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)으로 이루어진 모습을 도시하였지만, 어느 하나의 반도체층 만이 저농도 도핑된 반도체층과 고농도 도핑된 반도체층으로 이루어질 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 반도체층(200)과 제1 도전층(300) 사이에 제1 보조층(250)이 추가로 형성됨과 더불어 제2 반도체층(500)과 제2 도전층(600) 사이에 제2 보조층(550)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 보조층(250)은 상기 제1 반도체층(200)과 제1 도전층(300) 사이에 형성되어, 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 정공(hole)이 상기 제1 도전층(300)으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다.
보다 구체적으로는, 상기 제1 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제1 보조층(250)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 것이 바람직하고, 특히, (-)극성을 띠는 물질층은 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3와 같은 3족 원소를 포함하는 산화물을 들 수 있다.
상기 제2 보조층(550)은 상기 제2 반도체층(500)과 제2 도전층(600) 사이에 형성되어, 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 전자(electron)가 상기 제2 도전층(600)으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다.
보다 구체적으로는, 상기 제2 반도체층(500)이 N형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 보조층(550)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 것이 바람직하고, 특히, (+)극성을 띠는 물질층은 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx와 같은 4족 원소를 포함하는 산화물을 들 수 있다.
도 8에는 제1 보조층(250)과 제2 보조층(550)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제1 보조층(250)과 제2 보조층(550) 중에서 어느 하나의 보조층 만을 형성할 수도 있다.
한편, 이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 태양광이 입사하지 않는 반도체 웨이퍼(100)의 하부 쪽에 형성되는 제2 도전층(600)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에까지 연장되지 않도록 구성하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 태양광이 입사하는 반도체 웨이퍼(100)의 상부 쪽에 형성되는 제1 도전층(300)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에까지 연장되지 않도록 구성할 수도 있다. 즉, 상기 제1 도전층(300)이 상기 제1 반도체층(200)의 상면에만 형성되고 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에까지 연장되지 않도록 할 수도 있다.
한편, 이상은 상기 제2 도전층(600)이 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부(600a) 및 주변부(600b)로 이루어진 모습에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 도전층(300)이 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부 및 주변부로 이루어질 수도 있고, 경우에 따라서, 상기 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(600) 모두 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부 및 주변부로 이루어질 수 있다.
태양전지의 제조방법
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 제2 반도체층(500)을 형성한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 P형 반도체층, 예로서 P형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 N형 반도체층, 예로서 N형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)의 형성 공정 및 제2 반도체층(500)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 도전층(300)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 도전층(600)을 형성한다.
상기 제1 도전층(300)을 형성하는 공정은 스퍼터링법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, 또는 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질층, 바람직하게는 ITO(Indium Tin Oxide)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전층(300)은 상기 제1 반도체층(200)의 상면 뿐만 아니라 그 측면을 따라 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면 부위까지 형성될 수 있다.
상기 제2 도전층(600)을 형성하는 공정은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질층, 바람직하게는 ZnO:B을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 도전층(600)은 전술한 바와 같이, 다양한 방법에 의해서 중앙부(600a)는 전기전도도가 우수하고 주변부(600b)는 전기전도도가 열악하게 형성할 수 있다.
즉, MOCVD 공정시 중앙부(600a)의 도펀트(B) 농도를 크게 하고 주변부(600b)의 도펀트(B) 농도를 작게 하기 위해서 가스 공급시 중앙부(600a) 방향으로 공급되는 도펀트(B)에 비하여 주변부(600b) 방향으로 공급되는 도펀트(B)의 양을 작게할 수 있고, 경우에 따라서, 주변부(600b) 방향으로는 도펀트(B)를 공급하지 않을 수도 있다.
또한, 중앙부(600a)의 결정성장 형태와 주변부(600b)의 결정성장 형태를 상이하도록 하기 위해서, 웨이퍼(100)의 주변부가 웨이퍼(100)의 중앙부보다 온도가 높은 상태에서 제2 도전층(600)을 증착할 수 있고, 그 구체적인 수단으로서 도 10a와 같이 웨이퍼(100)를 지지하는 트레이(800)가 웨이퍼(100)의 주변부와는 접촉하지만 웨이퍼(100)의 중앙부와는 접촉하지 않도록, 상기 트레이(800)에 소정의 돌출 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 도 10b와 같이 트레이(800)에 지지된 웨이퍼(100)의 주변부에 고온 상태의 핀(pin)(900)을 접촉시킴으로써, 웨이퍼(100)의 주변부 온도를 상승시킬 수도 있다.
그 밖에, 공정 온도 및 증착 두께 등과 같은 구체적인 공정 조건 등에 대해서는 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 도전층(300)의 형성 공정 및 제2 도전층(600)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 제2 도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성한다.
상기 제1 전극(400)은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 패턴 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질의 페이스트(Paste)를 이용하여 프린팅 공정에 의해 형성할 수 있다. 이때, 프린팅 공정은 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing), 그라비아 오프셋 프린팅(Gravure Offset Printing), 리버스 프린팅(Reverse Printing), 플렉소 프린팅(Flexo Printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 방법이 될 수 있다. 이와 같이, 프린팅 공정을 이용할 경우 한 번의 공정으로 상기 제1 전극(400)을 소정 간격으로 이격 되게 패턴형성할 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 전술한 프린팅 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전극(700)은 도시된 바와 같이 제2 도전층(600)의 전면(全面)에 형성할 수 있지만 태양광이 입사될 수 있도록 패턴 형성할 수도 있다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 6에 도시한 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 바와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 11a에서 알 수 있듯이, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 그와 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 제2 진성 반도체층(450)을 형성하고 상기 제2 진성 반도체층(450) 상에 제2 반도체층(500)을 형성한다.
상기 제1 진성 반도체층(150)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 진성 반도체층(450)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 도 11a의 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고, 그 후에, 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 그 후에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 제2 진성 반도체층(450)을 형성하고, 그 후에, 상기 제2 진성 반도체층(450) 상에 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정으로 이루어질 수도 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
예로서, 상기 도 11a의 공정은, 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고, 그 후에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 제2 진성 반도체층(450)을 형성하고, 그 후에, 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 그 후에, 상기 제2 진성 반도체층(450) 상에 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정으로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 제1 진성 반도체층(150)을 형성하는 공정 및 제2 진성 반도체층(450)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정을 생략할 수도 있다.
다음, 도 11b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 도전층(300)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 도전층(600)을 형성한다.
다음, 도 11c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 제2 도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 7에 도시한 제3 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 바와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 12a에서 알 수 있듯이, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)을 형성하고, 그와 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a) 상에 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)을 형성한다.
상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200a)과 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200b)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 대량생산하에서 최초의 태양전지 생산을 위한 공정에서는, 상기 챔버 내에 소정량의 B2H6가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200a), 구체적으로는 저농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다. 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200b), 구체적으로는 고농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다.
한편, 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200b) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 B2H6가스가 잔존하게 된다. 따라서, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 P형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, B2H6가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200a)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200b)을 형성하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 다른 실시예의 경우 하나의 챔버 내에서 반응가스의 공급량 만을 조절함으로써 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200a) 및 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(200b)을 연속하여 형성할 수 있어, 장비가 추가되거나 공정이 추가되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(500b)은 전술한 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(200b)과 유사하게 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)과 같은 5족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(500a)과 고농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(500b)을 연속하여 형성할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(200a) 및 저농도 도핑된 제2 반도체층(500a) 중 어느 하나의 공정은 생략할 수도 있다.
다음, 도 12b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 도전층(300)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 도전층(600)을 형성한다.
다음, 도 12c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 제2 도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 8에 도시한 제4 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 바와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 13a에서 알 수 있듯이, 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 보조층(250)을 형성하고, 그와 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 제2 반도체층(500)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 보조층(550)을 형성한다.
상기 제1 보조층(250)을 형성하는 공정은, 상기 제1 반도체층(200) 상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 (-)극성을 띠는 물질층, 예로서, Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3와 같은 3족 원소를 포함하는 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 보조층(550)을 형성하는 공정은, 상기 제2 반도체층(500) 상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 (+)극성을 띠는 물질층, 예로서, SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx와 같은 4족 원소를 포함하는 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 보조층(250) 및 제2 보조층(550) 중 어느 하나의 공정은 생략할 수도 있다.
다음, 도 13b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 보조층(250) 상에 제1 도전층(300)을 형성하고, 상기 제2 보조층(550) 상에 제2 도전층(600)을 형성한다.
다음, 도 13c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고, 상기 제2 도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성한다.
한편, 이상은 상기 제2 도전층(600)이 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부(600a) 및 주변부(600b)로 이루어진 모습에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 도전층(300)이 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부 및 주변부로 이루어질 수도 있고, 경우에 따라서, 상기 제1 도전층(300) 및 제2 도전층(600) 모두 전기전도도 특성이 서로 상이한 중앙부 및 주변부로 이루어질 수 있다.
또한, 이상은, 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 N형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 P형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 N형 반도체층으로 형성한 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 PN접합구조를 이루면서 반도체 웨이퍼와 박막의 반도체층으로 구성되는 태양전지의 제조방법이면 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 P형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 N형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 P형 반도체층으로 형성하는 경우도 포함한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 개략도로서, 도 15에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널은 지지대(1) 및 상기 지지대(1) 상에 고정된 복수 개의 단위 태양전지(unit solar cell)를 포함하여 이루어진다.
상기 단위 태양전지는 전술한 다양한 방법에 의해 제조된 다양한 형태의 태양전지가 적용될 수 있고, 특히, 각각의 태양전지가 그 가장자리 영역에 분리부를 구비하고 있지 않아서, 전술한 도 14에 도시한 종래의 태양전지 패널에 비하여 외관이 심플(simple)한 느낌을 줄 수 있다.
상기 각각의 단위 태양전지는 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 이와 같은 단위 태양전지 간의 전기적 연결은 당업계에 공지된 다양한 방법이 적용될 수 있다.
100: 반도체 웨이퍼 150: 제1 진성 반도체층
200: 제1 반도체층 200a: 저농도 도핑된 제1 반도체층
200b: 고농도 도핑된 제1 반도체층 250: 제1 보조층
300: 제1 도전층 400: 제1 전극
450: 제2 진성 반도체층 500: 제2 반도체층
500a: 저농도 도핑된 제2 반도체층 500b: 고농도 도핑된 제2 반도체층
550: 제2 보조층 600: 제2 도전층
600a: 제2 도전층의 중앙부 600b: 제2 도전층의 주변부
700: 제2 전극 800: 트레이
900: 핀 1: 지지대
200: 제1 반도체층 200a: 저농도 도핑된 제1 반도체층
200b: 고농도 도핑된 제1 반도체층 250: 제1 보조층
300: 제1 도전층 400: 제1 전극
450: 제2 진성 반도체층 500: 제2 반도체층
500a: 저농도 도핑된 제2 반도체층 500b: 고농도 도핑된 제2 반도체층
550: 제2 보조층 600: 제2 도전층
600a: 제2 도전층의 중앙부 600b: 제2 도전층의 주변부
700: 제2 전극 800: 트레이
900: 핀 1: 지지대
Claims (22)
- 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼:
상기 반도체 웨이퍼의 일면 상에 형성된 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 도전층;
상기 제1 도전층 상에 형성된 제1 전극;
상기 반도체 웨이퍼의 타면 상에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 도전층; 및
상기 제2 도전층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며,
이때, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층은 중앙부 및 상기 중앙부에서 연장되는 주변부로 이루어지고, 상기 주변부는 다른 하나의 도전층 상에 형성되며 상기 주변부의 전기전도도는 상기 중앙부의 전기전도도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에서 서로 접하고 있고, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층의 가장자리 영역에 분리부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 주변부는 상기 중앙부보다 도펀트 농도가 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 주변부는 상기 중앙부보다 결정의 개수가 많은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 주변부는 상기 중앙부보다 결정의 성장각도가 다양하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제5항에 있어서,
상기 주변부에 형성된 결정은 카운트 값이 150 ~ 400 범위인 결정성장각도가 3개 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층의 증착 두께는 50 ~ 500 nm범위인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 주변부의 두 지점 사이의 저항은 100 ~ 150kΩ범위이고, 상기 중앙부의 두 지점 사이의 저항은 6 ~ 10kΩ범위인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 주변부는 상기 반도체 웨이퍼의 모서리 부위에 형성되는 부분과 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에 형성되는 부분으로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼의 측면 부위에 형성되는 부분이 상기 반도체 웨이퍼의 모서리 부위에 형성되는 부분에 비하여 전기전도도가 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 삭제
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- 소정의 전기전도 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 타면 상에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
상기 제1 반도체층 상에 제1 도전층을 형성하고, 상기 제2 반도체층 상에 제2 도전층을 형성하는 공정; 및
상기 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
이때, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 중 적어도 하나의 도전층은 MOCVD공정에 의해 형성된 중앙부 및 상기 중앙부에서 연장되는 주변부로 이루어지고, 상기 주변부는 다른 하나의 도전층 상에 형성되며 상기 주변부의 전기전도도는 상기 중앙부의 전기전도도보다 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 주변부의 도펀트 농도를 상기 중앙부의 도펀트 농도보다 작도록 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼의 주변부의 온도가 상기 반도체 웨이퍼의 중심부의 온도보다 높은 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼의 주변부와는 접촉하고 상기 반도체 웨이퍼의 중심부와는 접촉하지 않는 트레이를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼의 주변부에 핀을 접촉시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 중앙부 및 주변부로 이루어진 도전층을 형성하는 공정은, 160 ~ 350℃ 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에 진성 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 삭제
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