KR101831533B1 - 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법 및 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법 - Google Patents

투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법 및 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이고, 또한 본 발명은 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법은, 투명 전도막(Transparent Conductive Oxide) 상에 산화막을 형성하는 단계; 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 상기 투명 전도막의 일부 및 상기 산화막을 식각하는 단계; 상기 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법 및 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법 {METHOD OF FABRICATING ELECTRODES ON TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDES AND METHOD OF FABRICATING ELECTRODES ON SILICON HETEROJUNCTION SOLAR CELL}
본 발명은 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이고, 또한 본 발명은 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.
기본적으로 실리콘 태양전지에 전극을 형성하기 위한 방법으로 스크린 프린팅(Screen printing) 공정을 오래전부터 사용해온 전형적인 방법이며, 최근에 고효율 태양전지를 제조하기 위하여 전기적 특성이 우수한 도금 공정 또한 많이 활용되고 있다. 그러나, 도금 공정은 스크린 프린팅 공정과 비교하여 복잡하다는 단점과 불순물을 완벽하게 제거하기가 쉽지 않다는 문제점을 갖고 있다.
실리콘 이종접합 태양전지는 전극을 형성하기 위한 방법으로는 주로 스크린 프린팅 공정을 사용하며, 태양전지의 구조적 한계로 인하여 도금 공정을 이용하여 전극을 형성하는 것이 쉽지 않다. 실리콘 이종접합 태양전지의 상하면 투명전도막은 전도성을 갖고 있기 ‹š문에, 일반적으로 사용되고 있는 도금 공정을 그대로 적용하여 진행할 경우, 전극을 선택적으로 형성할 수가 없다.
이러한 문제로 인하여, 도금 공정은 주로 사진제판 공정의 도움을 받아 진행되며, 크게 감광액(Photoresist)을 이용하거나 드라이필름(Dryfilm)을 이용한다. 감광액이나 드라이필름은 투명전도막 위에 도포하거나 붙이고, UV광을 이용하여 패턴을 형성하며, 도금(Plating) 공정을 진행하여 전극을 형성한다. 이후, 감광액 혹은 드라이필름을 제거하기 위하여 감광액 스트리퍼나 특수용액을 사용하는데, 완벽하게 제거하는 것은 쉽지 않으며, 셀 특성의 하향을 야기할 수도 있다. 이러한 복잡한 공정과 문제점으로 인하여, 셀 제작에 있어서 공정 단가가 비싸며, 양산 라인에 적용하는 것이 쉽지 않다.
본 발명은 실리콘 이종접합 태양전지의 투명 전도막과 금속 전극과의 접촉 특성을 향상시키고, 전극 형성 공정에 있어서 공정을 단순화시키기 위함이다.
또한, 본 발명은 투명 전도막 상에 새로운 전극 형성 방법을 제공하고자 하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법은, 투명 전도막(Transparent Conductive Oxide) 상에 산화막을 형성하는 단계; 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 상기 투명 전도막의 일부 및 상기 산화막을 식각하는 단계; 상기 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 산화막의 두께는 10nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 전극을 형성하는 단계는, 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성한다. 상기 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 상기 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 상기 제 3 전극은 Sn이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 투명 전도막으로 ITO, AZO, BZO, FTO 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법은, 전면 및 후면에 투명 전도막이 형성되어 있는 실리콘 이종접합 태양전지를 준비하는 단계; 상기 실리콘 이종접합 태양전지의 투명 전도막 상에 산화막을 형성하는 단계; 레이저 스크라이빙을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 상기 투명 전도막의 일부 및 상기 산화막을 식각하는 단계; 상기 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 산화막의 두께는 10nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 전극을 형성하는 단계는, 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성한다. 상기 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 상기 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 상기 제 3 전극은 Sn이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 투명 전도막으로 ITO, AZO, BZO, FTO 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
기존의 사진제판 공정에 비해 간단하면서도 쉽게 활용할 수 있는 레이저 스크라이빙(Laser scribing) 방법을 실리콘 이종접합 태양전지 상하면 전극 형성 방법으로 사용함으로써 폭이 얇고 두께가 두꺼운 종횡비(Asprect Ratio)가 우수한 전극을 형성할 수 있고, 또한 전기적 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 스크라이빙 및 산화막을 적용하여 도금 공정을 이용하여 전극을 형성하므로, 사진제판 공정과 비교하여 공정이 간단하다는 큰 장점을 갖고 있다. 또한, 투명전도막(Transparent Conductive Oxides, TCO)과의 접촉을 보다 우수하게 하여 저항 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 3은 실리콘 이종접합 태양전지의 기본 구조를 도시한다.
도 4는 투명 전도막 상에 산화막이 형성된 모습을 도시한다.
도 5는 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 산화막과 투명 전도막의 일부를 식각한 모습을 도시한다.
도 6은 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 모습을 도시한다.
도 7은 전극을 형성한 이후 산화막을 제거한 모습을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이고, 또한 본 발명은 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법은 투명 전도막 상에 산화막을 형성하는 단계(S 110); 레이저 스크라이빙을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 투명 전도막의 일부 및 산화막을 식각하는 단계(S 120); 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계(S 130); 및 산화막을 제거하는 단계(S 140)을 포함한다.
S 110 단계에서는 투명 전도막 상에 전극을 형성하기 위한 첫번째 단계로서 투명 전도막 상에 산화막을 형성하게 된다. 산화막으로는 SiOx, SiON, Al2O3 등이 이용될 수 있으며 산화막의 종류에 대해서는 특별한 제한은 없다.
산화막의 두께는 10nm 이하가 바람직하다. 산화막의 두께는 수 나노미터 정도로서 투명 전도막을 보호할 수 있을 정도이면 충분하기 때문이다. 이와같은 얇은 산화막의 이용이 가능하므로 기존의 감광액이나 드라이 필름과 비교하여 상대적으로 간편하고 또한 그 이상의 보호막 역할이 가능하다.
S 120 단계에는 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 투명 전도막의 일부 그리고 산화막을 식각하게 된다. 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 식각 공정을 진행하게 되며, 예를 들어 레이저 스크라이빙의 경우 캐드(cad)를 이용해 패터닝에 따라 식각이 이루어질 수 있다.
이러한 레이저 스크라이빙 공정을 이용해 전극을 형성할 위치에서 S 110 단계에서 형성되어 있는 산화막을 식각하고 또한 산화막의 식각과 더불어 그 아래의 투명 전도막의 일부분을 식각하게 된다. 이에 의해 전극을 형성하는 과정에서 전극의 씨드를 내부에 형성함으로써 투명 전도막과 전극간의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 궁극적으로 접촉 특성을 개선하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
S 130 단계에서는 식각된 빈 공간에 전극을 형성하게 된다. 이러한 전극의 형성은 다음과 같이 3단계로 나뉠 수 있다. 전극을 형성하는 단계는, 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성한다. 전극 씨드를 형성함에 의해 투명 전도막과의 접촉 특성을 향상시키고 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성하여 전극의 높이(두께)를 높게 형성할 수 있게 된다. 한편, 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 제 3 전극은 Sn이 이용되는 것이 바람직하다.
S 140 단계에서는 남아 있는 산화막을 제거한다. 감광액이나 드라이 필름보다 더 빠르고 잔여물 없이 산화막을 제거할 수 있다는 장점을 갖고, 간소화된 공정으로 인하여 비용이 더욱 저렴한 장점을 갖는다. 기존의 포토리소그래피 공정을 이용할 경우 패터닝, 베이킹 등 다양한 공정을 거쳐야 하고 이 과정에서 불순물이 포함될 가능성이 높으며 감광액의 제거에 있어서도 스트리퍼 과정에서 완벽한 제거가 어렵기 때문이다.
이하에서는 이종접합 태양전지에서 전극을 형성하는 본 발명의 추가적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 설명하도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 2에서 도시된 것처럼, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법은, 전면 및 후면에 투명 전도막이 형성되어 있는 실리콘 이종접합 태양전지를 준비하는 단계(S 210); 실리콘 이종접합 태양전지의 투명 전도막 상에 산화막을 형성하는 단계(S 220); 레이저 스크라이빙을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 투명 전도막의 일부 및 산화막을 식각하는 단계(S 230); 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계(S 240); 및 산화막을 제거하는 단계(S 250)를 포함한다.
S 210 단계에서는 전면 및 후면에 투명 전도막이 형성되어 있는 실리콘 이종접합 태양전지를 준비한다. 도 3은 실리콘 이종접합 태양전지의 기본 구조를 도시한다. 도 3에서 보는 것처럼, 실리콘 이종접합 태양전지의 기본 구조는 다음과 같다. n-type 결정질 기판을 기본으로 상하면에 진성 비정질 실리콘 (intrinsic a-Si:H) 박막을 패시베이션(passivation) 층으로 사용하고, 전면에는 p-type 비정질 실리콘 층을, 후면에는 n-type 비정질 실리콘 층을 도핑층으로 사용한다. 전기적 특성과 광포획 특성이 우수한 투명전도막을 상하면에 사용하고, 그 위에 전극을 형성한다.
기존에는 기본적으로 대부분 실리콘 태양전지에서 스크린 프린팅 공정을 이용하여 전극 형성을 진행하며, 고효율 태양전지 제작을 하기 위하여 도금 공정을 활용하고 있다. 이에 반해 본 발명은 기본적인 실리콘 이종접합 태양전지에 레이저 스크라이빙과 산화막을 사용함으로써 기존의 복잡한 공정 과정을 보다 쉽게 간소화 할 수 있으며, 더 섬세한 진행이 가능하다.
S 220 단계에서는 투명 전도막 상에 전극을 형성하기 위한 첫번째 단계로서 투명 전도막 상에 산화막을 형성하게 된다. 산화막으로는 SiOx, SiON, Al2O3 등이 이용될 수 있으며 산화막의 종류에 대해서는 특별한 제한은 없다. 도 4는 투명 전도막 상에 산화막이 형성된 모습을 도시한다.
산화막의 두께는 10nm 이하가 바람직하다. 산화막의 두께는 수 나노미터 정도로서 투명 전도막을 보호할 수 있을 정도이면 충분하기 때문이다. 이와같은 얇은 산화막의 이용이 가능하므로 기존의 감광액이나 드라이 필름과 비교하여 상대적으로 간편하고 또한 그 이상의 보호막 역할이 가능하다.
S 230 단계에는 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 투명 전도막의 일부 그리고 산화막을 식각하게 된다. 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 식각 공정을 진행하게 되며, 예를 들어 레이저 스크라이빙의 경우 캐드(cad)를 이용해 패터닝에 따라 식각이 이루어질 수 있다. 도 5는 레이저 스크라이빙 방법을 이용해 산화막과 투명 전도막의 일부를 식각한 모습을 도시한다.
이러한 레이저 스크라이빙 공정을 이용해 전극을 형성할 위치에서 S 220 단계에서 형성되어 있는 산화막을 식각하고 또한 산화막의 식각과 더불어 그 아래의 투명 전도막의 일부분을 식각하게 된다. 이에 의해 전극을 형성하는 과정에서 전극의 씨드를 내부에 형성함으로써 투명 전도막과 전극간의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 궁극적으로 접촉 특성을 개선하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
S 240 단계에서는 식각된 빈 공간에 전극을 형성하게 된다. 이러한 전극의 형성은 다음과 같이 3단계로 나뉠 수 있다. 전극을 형성하는 단계는, 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성한다. 전극 씨드를 형성함에 의해 투명 전도막과의 접촉 특성을 향상시키고 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성하여 전극의 높이(두께)를 높게 형성할 수 있게 된다. 한편, 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 제 3 전극은 Sn이 이용되는 것이 바람직하다. 도 6은 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 모습을 도시한다.
S 250 단계에서는 남아 있는 산화막을 제거한다. 감광액이나 드라이 필름보다 더 빠르고 잔여물 없이 산화막을 제거할 수 있다는 장점을 갖고, 간소화된 공정으로 인하여 비용이 더욱 저렴한 장점을 갖는다. 도 7은 전극을 형성한 이후 산화막을 제거한 모습을 도시한다.
본 발명에 따르면, 레이저 스크라이빙 및 산화막을 적용하여 도금 공정을 이용하여 전극을 형성하므로, 사진제판 공정과 비교하여 공정이 간단하다는 큰 장점을 갖고 있다. 또한, 투명전도막과의 접촉을 보다 우수하게 하여 저항 특성을 개선할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 투명 전도막(Transparent Conductive Oxide) 상에 산화막을 형성하는 단계;
    레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 상기 투명 전도막의 일부 및 상기 산화막을 식각하는 단계;
    상기 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 산화막을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 전극을 형성하는 단계는 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성하며,
    상기 투명 전도막의 일부를 식각할 때 상기 투명 전도막에 개구가 생기지 아니하도록 두께 방향으로 일부만 식각하고, 식각된 빈 공간에 전극을 형성함으로써 상기 투명 전도막과 상기 전극 간의 밀착력이 향상되는,
    투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화막의 두께는 10nm 이하인,
    투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 상기 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 상기 제 3 전극은 Sn이 이용되는,
    투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전도막으로 ITO, AZO, BZO, FTO 중 어느 하나가 이용되는,
    투명 전도막 상에 전극을 형성하는 방법.
  6. 전면 및 후면에 투명 전도막이 형성되어 있는 실리콘 이종접합 태양전지를 준비하는 단계;
    상기 실리콘 이종접합 태양전지의 투명 전도막 상에 산화막을 형성하는 단계;
    레이저 스크라이빙을 이용하여 전극을 형성할 위치에서 상기 투명 전도막의 일부 및 상기 산화막을 식각하는 단계;
    상기 식각된 빈 공간에 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 산화막을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 전극을 형성하는 단계는 제 1 전극으로써 전극 씨드(seed)를 형성하고, 상기 전극 씨드 위에 제 2 전극 및 제 3 전극을 차례로 형성하며,
    상기 투명 전도막의 일부를 식각할 때 상기 투명 전도막에 개구가 생기지 아니하도록 두께 방향으로 일부만 식각하고, 식각된 빈 공간에 전극을 형성함으로써 상기 투명 전도막과 상기 전극 간의 밀착력이 향상되는,
    실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산화막의 두께는 10nm 이하인,
    실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 Ni이 이용되고, 상기 제 2 전극은 Cu가 이용되며, 상기 제 3 전극은 Sn이 이용되는,
    실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명 전도막으로 ITO, AZO, BZO, FTO 중 어느 하나가 이용되는,
    실리콘 이종접합 태양전지에 전극을 형성하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101173992B1 (ko) * 2009-07-31 2012-08-16 주식회사 효성 Ｔｃｏ층을 이용한 태양전지의 전극 형성방법 및 그 태양전지
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US20160247960A1 (en) 2013-10-15 2016-08-25 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Method for Fabricating a Photovoltaic Cell

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