KR101886832B1 - 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계와 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계와 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 화학적 산화층 형성 단계와 화학적 산화층의 상면에 전이 금속 산화물을 증착시켜 상부 전하 선택 박막을 형성하는 상부 전하 선택 박막 형성 단계와 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계와 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 제 1 도전형 실리콘 박막을 형성하는 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계와 상부 전하 선택 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계와 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계 및 제 1 도전형 실리콘 기판의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양 전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양 전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 전자-정공쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양 전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양 전지는 일반적으로 n형 실리콘 기판 상에 p형 실리콘 박막(p형 반도체층)이 형성된 구조를 이루는데, 이때 p형 실리콘 박막은 p형 불순물의 도핑에 의해 형성된다. 이에, 실리콘 기판의 하층부는 n형 반도체층으로 남고, 상층부는 p형 반도체층을 이루게 되어 p-n 접합부를 구성한다. 그리고 실리콘 기판의 전후면에는 p-n 접합부에 의해 광생성된 정공 및 전자를 포집하기 위한 금속 전극이 형성된다.
태양 전지는 실리콘 기판 표면의 패시베이션 특성을 향상시켜 전자 또는 정공과 같은 전하의 재결합율을 최소화시킴으로써 태양 전지의 발전 효율을 극대화시키는 것이 중요하다.
본 발명은 전하 선택 박막과 실리콘 사이의 계면 결함을 감소시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계와, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계와, 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 화학적 산화층 형성 단계와, 상기 화학적 산화층의 상면에 전이 금속 산화물을 증착시켜 상부 전하 선택 박막을 형성하는 상부 전하 선택 박막 형성 단계와, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계와, 상기 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 제 1 도전형 실리콘 박막을 형성하는 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계와, 상기 상부 전하 선택 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계와, 상기 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계 및 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화학적 산화층 형성 단계는 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 SC-1 솔루션, SC-2 솔루션, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리하여 상기 화학적 산화층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 화학적 산화층은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 전하 선택 박막 형성 단계는 상기 전이 금속 산화물의 금속 원소를 포함하는 프리커서로부터 생성되는 소스 가스와 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 포함하는 산화제를 교대로 공급하는 원자층 증착 공정으로 진행될 수 있다.
또한, 상기 원자층 증착 공정은 상기 산화제로 수증기와 오존을 교대로 공급하여 진행될 수 있다.
또한, 상기 전이 금속 산화물은 WO3, V2O5, NiOx 또는 MoOx(1<x<3)일 수 있다.
또한, 상기 상부 전하 선택 박막은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계와, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계와, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 화학적 산화층 형성 단계와, 상기 화학적 산화층의 하면에 전이 금속 산화물을 증착시켜 하부 전하 선택 박막을 형성하는 하부 전하 선택 박막 형성 단계와, 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계와, 상기 진성 비정질 실리콘 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계와, 상기 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계 및 상기 하부 전하 선택 박막의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전이 금속 산화물은 Cu2O, SnO2 또는 TiO2일 수 있다.
본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 전하 선택 박막과 실리콘 계면에 화학적 산화막을 형성함으로써 전하 선택 박막과 실리콘의 계면에서의 계면 결함을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 전하 선택 박막과 실리콘 계면에 화학적 산화막을 형성함으로써 계면에서의 계면 트랩 전하 밀도가 증가되고 계면 특성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 전하 선택 박막이 전하를 선택적으로 터널링시키면서 패시베이션 특성을 향상시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은, 도 1을 참조하면, 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계(S110)와, 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계(S120)와, 화학적 산화층 형성 단계(S130)와, 상부 전하 선택 박막 형성 단계(S140)와, 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S150)와, 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계(S160)와, 상부 투명 전극 형성 단계(S170)와, 상부 금속 전극 형성 단계(S175)와, 하부 투명 전극 형성 단계(S180) 및 하부 금속 전극 형성 단계(S185)를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 각 박막 또는 층들 사이에 추가로 박막 또는 층들을 형성하는 추가 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계(S110)와 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계(S120) 사이에 진성 비정질 실리콘 박막(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 빛이 상면 또는 하면으로 입사하는지에 따라 상부 금속 전극 형성 단계(S175), 하부 투명 전극 형성 단계(S180) 또는 하부 금속 전극 형성 단계(S185)의 어느 하나가 생략될 수 있다.
상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는, 도 2를 참조하면, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상부에 제 2 도전형 실리콘층(120)과, 화학적 산화층(130)과, 상부 전하 선택 박막(140)과, 상부 투명 전극(170) 및 상부 금속 전극(175)이 순차적으로 형성되며, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하부에 진성 비정질 실리콘 박막(150)과 제 1 도전형 실리콘 박막(160)과 하부 투명 전극(180) 및 하부 금속 전극(185)이 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 화학적 산화층(130) 및 상부 전하 선택 박막(140)이 전하 선택 접합을 형성하여 계면 결함이 감소되고, 전하를 터널링시켜 전기 전도도가 우수하고, 패시베이션 특성이 우수하여 발전 효율이 향상될 수 있다.
상기 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계(S110)는 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 단계이다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 대략 평평한 상면과, 상면의 반대면으로서 대략 평평한 하면을 포함하는 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 불순물은 n형 불순물이며, 비소(As) 또는 안티몬(Sb)과 같은 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 한편, 상기 제 1 도전형 불순물은 p형 불순물이며, 보론(B), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)과 같은 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 반사율을 감소시키고 광 포집 효율을 향상시키기 위하여 상면 또는 상면과 하면에 미세한 텍스처 구조를 구비할 수 있다. 상기 텍스처 구조는 산성 에칭과 같은 습식 에칭으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면 및 하면이 각각 텍스처 구조를 가지는 경우에, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면 및 하면에 형성되는 박막 또는 층들도 텍스처 구조를 가질 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면은 빛이 입사되는 면을 의미한다.
상기 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계(S120)는 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 단계이다. 상기 제 2 도전형 불순물은 p형 불순물이며, 보론(B), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)과 같은 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 p형 불순물로 도핑된 비정질 실리콘(p-type a-Si:H) 재질로서 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과 p-n 접합을 구성할 수 있다. 한편, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)이 p형의 결정질 실리콘 기판을 사용하는 경우에, 제 2 도전형 실리콘층(120)은 n형으로 도핑된 비정질 실리콘(n-type a-Si:H) 재질로서 제 1 실리콘 기판과 n-p 접합을 형성할 수 있다. 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 에미터층으로 작용할 수 있다.
상기 화학적 산화층 형성 단계(S130)는 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 단계이다. 상기 화학적 산화 처리는 제 2 도전형 실리콘층(120)의 표면을, 예를 들면, SC-1 용액, SC-2 용액, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리(wet chemical oxidation)하는 과정이다. 예를 들면, 상기 화학적 산화층 형성 단계(S130)는 암모니아와 과산화수소와 물이 일정한 비율로 혼합된 용액(Standard Cleaning-1 용액)을 대략 50 ∼ 120℃에서 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 공급하여 화학적 산화층(130)을 형성시킬 수 있다. 상기 화학적 산화층 형성 단계에서 온도가 50℃보다 낮은 경우에 화학적 산화층 형성 속도가 매우 느릴 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있다. 또한, 상기 화학적 산화층 형성 단계(S130)는 염산과 과산화 수소와 물이 일정한 비율로 혼합된 용액(Standard Cleaning-2 용액)을 대략 50 ∼ 120℃에서 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 공급하여 화학적 산화층(130)을 형성시킬 수 있다. 상기 화학적 산화층 형성 단계(S130)는 1분 내지 5분 동안 진행될 수 있다. 상기 화학적 산화층 형성 단계(S130)는 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 하이드록실(-OH) 그룹의 개수를 증가시켜, 상부 전하 선택 박막(140)의 증착을 위한 핵 성장 위치(nucleation cite)를 증가시킬 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 상부 전하 선택 박막(140)의 증착을 위한 핵 성장 위치(nucleation cite)를 증가시켜, 상부 전하 선택 박막(140)이 균일하게 증착될 수 있도록 한다. 상기 화학적 산화층(130)은 상부 전하 선택 박막(140)의 표면 커버리지를 증가시켜 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 화학적 산화층(130)은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 얇으면, 상부 전하 선택 박막(140)의 증착을 위한 핵 성장 위치가 감소되어 상부 전하 선택 박막(140)의 균일한 증착이 저해되며, 패시베이션 특성이 저하될 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 두꺼우면, 전하의 터널링이 감소되어 발전 효율이 감소될 수 있다. 또한, 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 두꺼우면, 상대적으로 상부 전하 선택 박막(140)의 두께가 감소되어야 하므로 상부 전하 선택 박막(140)의 기능이 저하될 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막 형성 단계(S140)는 화학적 산화층의 상면에 전이 금속 산화물을 증착시켜 상부 전하 선택 박막을 형성하는 단계이다. 상기 전이 금속 산화물(Transition Metal Oxide; TMO)은 예를 들면, WO3, V2O5, NiOx 또는 MoOx(1<x<3)일 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막 형성 단계(S140)는 원자층 증착 공정으로 진행될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 금속 원소를 포함하는 프리커서로부터 생성되는 소스 가스와 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 포함하는 산화제를 교대로 공급하여 진행될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은, 상부 전하 선택 박막(140)이 MoOx로 형성되는 경우에, Mo의 프리커서(precursor)인 Mo(CO)6를 소스 가스로 사용하고, 상기 원자층 증착 공정은 소스 가스와 산화제를 교대로 공급하고 소스 가스와 산화제의 반응에 의하여 상부 전하 선택 박막(140)을 형성한다. 이때, 상기 산화제는 수증기 또는 오존의 어느 하나만을 사용할 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 산화제를 수증기와 오존을 교대로 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 원자층 증착 공정은 소스 가스를 공급하고 산화제인 오존을 공급하며, 다시 소스 가스를 공급하고 산화제인 수증기를 공급하여 진행될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 산화제를 오존과 수증기를 교대로 공급함으로써 프리커서의 리간드(ligand)의 반응성을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 오존과 수증기의 공급 횟수를 조절하여 상부 전하 선택 박막(140)의 조성비를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 전하 선택 박막(140)이 MoOx인 경우에, x의 값을 조절할 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 증착 공정의 초기에 보다 강한 산화제에 의하여 화학적 산화층(130)의 표면과 반응함으로써 계면 결함 밀도를 줄이고, Mo의 핵 생성과 Mo의 밀도를 증가시켜 계면 트랩 전하 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 화학적 산화층(130)의 상면에 상부 전하 선택 박막(140)을 증착시키므로 증착 속도가 증가될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 상부 전하 선택 박막(140)의 두께를 얇게 조절할 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막(140)은 전하인 정공(또는 홀(hole))을 선택적으로 터널링시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(140)이 직접 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 형성되는 경우에, 제 2 도전형 실리콘층(120)과의 계면에서 계면 트랩 전하 밀도가 감소하여 계면 결함이 발생될 수 있다. 이에 비하여 상기 상부 전하 선택 박막(140)은 화학적 산화층(130)인 실리콘 산화막(SiO2)이 형성된 제 2 도전형 실리콘층(120)의 표면에 형성되므로 계면 결함이 감소될 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막(140)은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(140)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가되고 전하의 터널링이 감소될 수 있다. 또한, 상기 상부 전하 선택 박막(140)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
한편, 상기 화학적 산화층(130)과 상부 전하 선택 박막(140)을 포함하는 터널링 산화막의 전체 두께는 8nm이하가 되도록 형성될 수 있다. 상기 터널링 산화막의 두께가 너무 두꺼우면 전하의 터널링 효과가 감소될 수 있다.
상기 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S150)는 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계이다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S150)는 통상의 화학적 기상증착법(CVD), 상압 화학적 기상증착법(APCVD), 저압 화학적 기상증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착법(PECVD), 물리적 기상증착법(PVD), 스퍼터링 또는 고온증발 증착법 등으로 진행될 수 있다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(150)은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, a-Si:H를 포함할 수 있다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(150)은 전자-정공의 재결합을 억제하는 패시베이션층 역할을 한다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(150)은 전자-정공의 개수가 현저히 적으므로, 전자-정공의 재결합이 억제되어 열의 발생을 감소시키고, 전류의 손실을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 진성 비정질 실리콘 박막(150)은 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에도 형성될 수 있다.
상기 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계(S160)는 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 제 1 도전형 실리콘 박막을 형성하는 단계이다. 상기 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계(S160)는 통상의 화학적 기상증착법(CVD), 상압 화학적 기상증착법(APCVD), 저압 화학적 기상증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착법(PECVD), 물리적 기상증착법(PVD), 스퍼터링 또는 고온증발 증착법 등으로 진행될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 박막(160)은 n형으로 도핑된 비정질 실리콘(n-type a-Si:H) 재질로서 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 박막(160)은 후면 전계층으로 작용할 수 있다.
상기 상부 투명 전극 형성 단계(S170)는 상부 전하 선택 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 단계이다. 상기 상부 투명 전극(170)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다. 상기 상부 투명 전극 형성 단계(S170)는 태양 전지 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 투명 전극을 형성하는 방법으로 진행될 수 있다. 상기 상부 투명 전극(170)은 반사 방지 역할을 하는 동시에 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부 투명 전극(170)은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면이 텍스처 구조를 갖는 경우에, 마찬가지로 텍스처 구조를 포함하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 상부 금속 전극 형성 단계(S175)는 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 단계이다. 상기 상부 금속 전극 형성 단계(S175)는 태양 전지 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 금속 전극을 형성하는 방법으로 진행될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(175)은 바 형태 또는 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(175)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 하부 투명 전극 형성 단계(S180)는 제 1 도전형 실리콘 박막(160)의 하면에 하부 투명 전극을 형성하는 단계이다. 상기 하부 투명 전극(180)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 투명 전극 형성 단계(S180)는 태양 전지 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 투명 전극을 형성하는 방법으로 진행될 수 있다. 상기 하부 투명 전극(180)은 반사 방지 역할을 하는 동시에 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 하부 투명 전극(180)은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면이 텍스처 구조를 갖는 경우에, 마찬가지로 텍스처 구조를 포함하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 하부 투명 전극 형성 단계(S180)는 빛이 상부 투명 전극(170) 방향으로 입사되는 경우에 생략될 수 있다.
상기 하부 금속 전극 형성 단계(S185)는 제 1 도전형 실리콘 기판의 하부 또는 하부 투명 전극(180)의 하면에 하부 금속 전극을 형성하는 단계이다. 상기 하부 금속 전극 형성 단계(S185)는 태양 전지 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 금속 전극을 형성하는 방법으로 진행될 수 있다. 상기 하부 금속 전극(185)은 바 형태 또는 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 하부 금속 전극(185)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하부 투명 전극 형성 단계(S180)가 생략되는 경우에 상기 하부 금속 전극 형성 단계(S185)는 제 1 도전형 실리콘 기판(160)의 하부에 하부 금속 전극을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은, 도 3을 참조하면, 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계(S110)와, 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계(S120)와, 화학적 산화층 형성 단계(S230)와, 하부 전하 선택 박막 형성 단계(S240)와, 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S250)와, 상부 투명 전극 형성 단계(S170)와, 상부 금속 전극 형성 단계(S175)와, 하부 투명 전극 형성 단계(S180) 및 하부 금속 전극 형성 단계(S185)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은, 도 1 및 도 2의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법과 대비하여 상부 전하 선택 박막 형성 단계(S140) 대신에 하부 전하 선택 박막 형성 단계(S240)가 포함되는 점에서 차이가 있다. 또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 화학적 산화층 형성 단계(S230)와 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S250)에서 해당 층과 박막이 형성되는 위치에 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 대하여, 도 1 및 도 2의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법과 동일 또는 유사한 단계에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여하며 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 대하여 도 2의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법과 대비하여 차이가 있는 단계를 중심으로 설명한다.
상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법에 의한 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는, 도 4를 참조하면, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상부에 제 2 도전형 실리콘층(120)과 진성 비정질 실리콘 박막(250)과 상부 투명 전극(170) 및 상부 금속 전극(175)이 순차적으로 형성되며, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하부에 화학적 산화층(230)과 하부 전하 선택 박막(240)과 하부 투명 전극(180) 및 하부 금속 전극(185)이 순차적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 도 1 및 도 2의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 대비하여 상부 전하 선택 박막(140) 대신에 하부 전하 선택 박막(240)이 형성되는 점에서 차이가 있다. 또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 화학적 산화층(230) 및 진성 비정질 실리콘 박막(250)의 형성 위치가 도 1 및 도 2의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 대비하여 차이가 있다.
상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 화학적 산화층(230) 및 하부 전하 선택 박막(240)이 전하 선택 접합을 형성하여 계면 결함이 감소되고, 전하를 터널링시켜 전기 전도도가 우수하고, 패시베이션 특성이 우수하여 발전 효율이 향상될 수 있다.
상기 화학적 산화층 형성 단계(S230)는 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 단계이다. 상기 화학적 산화 처리는 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하면을, 예를 들면, SC-1 용액, SC-2 용액, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리(wet chemical oxidation)하는 과정이다. 상기 화학적 산화층 형성 단계(S230)는 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하면에 실리콘 산화막(SiO2)을 화학적 산화층(230)으로 형성할 수 있다.
상기 화학적 산화층(230)은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(230)의 두께가 너무 얇으면, 하부 전하 선택 박막(240)의 증착을 위한 핵 성장 위치가 감소되어 하부 전하 선택 박막(240)의 균일한 증착이 저해되며, 패시베이션 특성이 저하될 수 있다. 상기 화학적 산화층(230)의 두께가 너무 두꺼우면, 전하의 터널링이 감소되어 발전 효율이 감소될 수 있다. 또한, 상기 화학적 산화층(230)의 두께가 너무 두꺼우면, 상대적으로 하부 전하 선택 박막(240)의 두께가 감소되어야 하므로 하부 전하 선택 박막(240)의 기능이 저하될 수 있다.
상기 하부 전하 선택 박막 형성 단계(S240)는 화학적 산화층의 하면에 전이 금속 산화물로 증착되는 하부 전하 선택 박막을 형성하는 단계이다. 상기 전이 금속 산화물(Transition Metal Oxide; TMO)은 예를 들면, Cu2O, SnO2 또는 TiO2일 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막 형성 단계(S240)는 원자층 증착 공정으로 진행될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은, 하부 전하 선택 박막(240)이 Cu2O로 형성되는 경우에, Cu의 프리커서(precursor)로 copper (II) acetylacetonate (Cu(acac)2), bis-(dimethylamino-2-propoxide)copper[Cu(dmap)2], bis(tri-n-butylphosphane) copper(I)acetylacetonate-[(nBu3P)2Cu(acac)](nBu=n-butyl), Cu(II) b-diketonate, Cu(I) b-diketonate중에서 선택되는 어느 하나를 사용하고, 산화제로 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 사용할 수 있다.
상기 하부 전하 선택 박막(240)은 전하인 전자를 선택적으로 터널링시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막(240)은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막(240)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가되고 전하의 터널링이 감소될 수 있다. 또한, 상기 하부 전하 선택 박막(240)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
한편, 상기 하부 전하 선택 박막(240)과 화학적 산화층(230)을 포함하는 터널링 산화막의 전체 두께는 8nm이하가 되도록 형성될 수 있다. 상기 터널링 산화막의 두께가 너무 두꺼우면 전하의 터널링 효과가 감소될 수 있다.
상기 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S250)는 제 2 도전형 실리콘층의 상면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계이다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(250)은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, a-Si:H를 포함할 수 있다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(250)은 전자-정공의 재결합을 억제하는 패시베이션층 역할을 한다.
상기 상부 투명 전극 형성 단계(S170)는 진성 비정질 실리콘 박막(250)의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 단계이다.
상기 상부 금속 전극 형성 단계(S175)는 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 단계이다.
상기 하부 투명 전극 형성 단계(S180)는 하부 전하 선택 박막의 하면에 하부 투명 전극을 형성하는 단계이다.
상기 하부 금속 전극 형성 단계(S185)는 하부 투명 전극의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 단계이다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 구체적으로 도시하지 않았지만, 태양 전지를 구성하는 각 층들 사이에 추가로 다른 층들을 더 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과 제 2 도전형 실리콘층(120) 사이에 추가로 진성 비정질 실리콘 박막을 더 형성할 수 있다.
또한, 도 1 에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법은 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계를 대신하여 도 3의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법의 하부 전하 선택 박막 형성 단계(S240)가 진행될 수 있다. 이때는 상기 하부 전하 선택 박막(240)과 진성 비정질 실리콘 박막(250) 사이에 화학적 산화층(230)이 더 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200: 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지
110: 제 1 도전형 실리콘 기판 120: 제 2 도전형 실리콘층
130, 230: 화학적 산화층 140: 상부 전하 선택 박막
240: 하부 전하 선택 박막 150: 진성 비정질 실리콘 박막
160: 제 1 도전형 실리콘 박막
170: 상부 투명 전극 175: 상부 금속 전극
180: 하부 투명 전극
185: 하부 금속 전극
110: 제 1 도전형 실리콘 기판 120: 제 2 도전형 실리콘층
130, 230: 화학적 산화층 140: 상부 전하 선택 박막
240: 하부 전하 선택 박막 150: 진성 비정질 실리콘 박막
160: 제 1 도전형 실리콘 박막
170: 상부 투명 전극 175: 상부 금속 전극
180: 하부 투명 전극
185: 하부 금속 전극
Claims (9)
- 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계와,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계와,
상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 형성하는 화학적 산화층 형성 단계와,
상기 화학적 산화층의 상면에 전이 금속 산화물을 증착시켜 상부 전하 선택 박막을 형성하는 상부 전하 선택 박막 형성 단계와,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계와,
상기 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 제 1 도전형 실리콘 박막을 형성하는 제 1 도전형 실리콘 박막 형성 단계와,
상기 상부 전하 선택 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계와,
상기 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계 및
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하고,
상기 상부 전하 선택 박막 형성 단계는 MoOx의 원소를 포함하는 프리커서로부터 생성되는 Mo(CO)6 소스 가스와 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 포함하는 산화제를 교대로 공급하는 원자층 증착 공정으로 진행되고,
상기 원자층 증착 공정은 상기 오존과 상기 수증기의 공급 횟수를 조절하여 상기 MoOx 중 x값을 조절하고,
상기 화학적 산화층과 상기 상부 전하 선택 박막을 포함하는 터널링 산화막의 전체 두께를 1.1 ~ 8nm로 형성하는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 산화층 형성 단계는 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면을 SC-1 솔루션, SC-2 솔루션, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리하여 상기 화학적 산화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 산화층은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 상부 전하 선택 박막은 1 ~ 7nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법. - 제 1 도전형 불순물을 포함하는 제 1 도전형 실리콘 기판을 제공하는 제 1 도전형 실리콘 기판 제공 단계와,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 제 2 도전형 불순물을 포함하는 제 2 도전형 실리콘층을 형성하는 제 2 도전형 실리콘층 형성 단계와,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면을 화학적 산화 처리하여 화학적 산화층을 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성하는 화학적 산화층 형성 단계와,
상기 화학적 산화층의 하면에 Cu2O를 증착시켜 하부 전하 선택 박막을 1 ~ 7nm의 두께로 형성하는 하부 전하 선택 박막 형성 단계와,
상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면에 진성 비정질 실리콘 박막을 형성하는 진성 비정질 실리콘 박막 형성 단계와,
상기 진성 비정질 실리콘 박막의 상면에 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계와,
상기 상부 투명 전극의 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계 및
상기 하부 전하 선택 박막의 하부에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하고,
상기 하부 전하 선택 박막 형성 단계에서, Cu의 프리커서로 copper (II) acetylacetonate (Cu(acac)2), bis-(dimethylamino-2-propoxide) copper[Cu(dmap)2], bis(tri-n-butylphosphane) copper(I) acetylacetonate-[(nBu3P)2Cu(acac)](nBu=n-butyl), Cu(II) b-diketonate, Cu(I) b-diketonate 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하고, 산화제로 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 공급하는 원자층 증착 공정으로 진행되고,
상기 하부 전하 선택 박막과 상기 화학적 산화층을 포함하는 터널링 산화막의 전체 두께를 1.1 ~ 8nm로 형성하는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법. - 삭제
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| KR20200061479A (ko) * | 2018-11-23 | 2020-06-03 | 충남대학교산학협력단 | 전하선택 박막을 포함하는 실리콘 태양전지 및 이의 제조방법 |
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| JP2013501382A (ja) * | 2009-08-05 | 2013-01-10 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | バリアがコートされた薄膜光電池 |
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2017
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