KR101888370B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101888370B1
KR101888370B1 KR1020120079564A KR20120079564A KR101888370B1 KR 101888370 B1 KR101888370 B1 KR 101888370B1 KR 1020120079564 A KR1020120079564 A KR 1020120079564A KR 20120079564 A KR20120079564 A KR 20120079564A KR 101888370 B1 KR101888370 B1 KR 101888370B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor layer
type semiconductor
forming
layer
amorphous silicon
Prior art date
Application number
KR1020120079564A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140013221A (ko
Inventor
조원태
신용우
김두영
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to KR1020120079564A priority Critical patent/KR101888370B1/ko
Publication of KR20140013221A publication Critical patent/KR20140013221A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101888370B1 publication Critical patent/KR101888370B1/ko

Links

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
    • 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

Abstract

본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다결정 실리콘으로 구성되는 광전변환부의 두께 조절 및 형성 속도를 용이하게 조절할 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 기판상에 제1전극을 형성하는 단계; 소정의 온도범위에서
제1 도전형 반도체 층을 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와; 제1 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와; 제2 도전형 반도체 층을 다결정 실리콘 층으로 형성하는 단계와; 제2 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와; 제3 도전형 반도체 층을 제1 도전형 반도체 층과 반대되는 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와; 상기 광전변환부 상에 제2전극을 형성하는 단계와;상기 제2전극에 기판을 배치하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{A solar cell and a manufacturing method thereof}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다결정 실리콘으로 구성되는 광전변환부의 두께 조절 및 형성 속도를 용이하게 조절할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구 조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다.
이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 박막형 태양전지와 기판형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.
도16에서는 종래 기술에 의한 기판형 태양전지를 도시하였다.
종래 기술에 의한 태양전지(1)는 다결정 실리콘 웨이퍼 기판(10)과, 상기 기판(10)의 일면에 마련되는 제1도전형 반도체층(11)과, 상기 기판(10)의 타면에 마련되는 제1 I형 반도체층(12)과, 상기 제1도전형 반도체층(11)의 일면에 마련되는 제1투명전도층(16)과, 상기 제1 I형 반도체층(12)의 타면에 마련되는 제2투명전도층(17)을 포함한다.
또한, 상기 제1투명전도층(16)과, 상기 제2투명전도층(17)에는 각각 제1전극(18)과, 제2전극(19)이 마련된다.
상기 다결정 실리콘 웨이퍼 기판(10)은 N형 반도체층으로 구성되거나 P형 반도체층으로 구성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(11)은 상기 기판(10)에 증착되는 I형 반도체층(11a)과, I형 반도체층(11b)에 증착되는 P형 반도체층(11b)으로 구성될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 기판형 태양전지의 제조방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도12에서 도시한 바와 같이, 다결정 실리콘 기판(10)을 준비하고, 기판(10)의 상면과 하면에 대하여 요철부(10a)를 형성하기 위한 텍스쳐링 공정을 수행한다.
텍스쳐링 공정을 수행하여 요철부(10a)를 형성하는 이유는 상기 제1,2반도체층(11,12)의 증착이 안정적으로 이루어지도록 하는데 있으며, 상기 기판(10)으로 입사되는 태양광이 굴절되게 함으로써 광 입사량을 늘여 광전변환효율을 증가시키는데 목적이 있다.
한편, 도13에서 도시한 바와 같이, 상기 기판(10)상에 제1도전형 반도체층(11)을 형성한다.
구체적으로 보면 상기 I형 반도체층(11a)을 형성하는 경우에는 챔버 내에 SiH4 및 H2가스를 소스가스로 공급하고, PECVD 와 같은 화학기상 증착법으로 상기 기판(10)상에 형성한다.
P형 반도체층(11b)를 형성하는 경우에는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스를 투입하면서 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 챔버 내에 소정량의 B2H6 가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 P형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층을 형성한다.
제1도전형 반도체층(11)의 형성이 완료되면, 제1 I형 반도체층(12)을 형성하는데, 도14에서 도시한 바와 같이, 구체적으로 보면 상기 I형 반도체층(12a)을 형성하는 경우에는 챔버 내에 SiH4 및 H2가스를 소스가스로 공급하고, PECVD 와 같은 화학기상 증착법으로 상기 기판(10)의 타면에 형성한다.
그리고, N형 반도체층(12b)을 형성하는 경우, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)와 같은 5족 원소의 도펀트 가스를 투입하면서 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 챔버 내에 소정량의 PH3 가스를 투입하여 챔버 내부를 N형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 N형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층을 형성한다.
이와 같이, 제1,2반도체층(11,12)가 완성되면, 도15에서 도시한 바와 같이 제1,2투명도전층(16, 17)을 형성한다.
제1,2투명도전층(16,17)을 형성하는 공정은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 제1,2투명도전층(16, 17)은 제1,2반도체층(11,12)상에 형성되어 캐리어(Carrier)를 수집하는 역할을 수행하며, 제1,2반도체층(11,12)상에서 제1,2전극(18,19)로 캐리어의 원활한 이동을 위해서 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1,2투명도전층(16, 17)의 형성이 완료되면, 도16에서 도시한 바와 같이, 제1,2전극(18,19)를 형성한다.
상기 제1,2 전극(18,19)는 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같 은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용한 후 패턴형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste) 를 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 직접 패턴 형성할 수 있다.
인쇄법을 이용할 경우 한 번의 공정으로 제1,2 전극(18,19)을 소정 간격으로 이격 되게 패턴형성할 수 있어 공정이 단순해지는 장점이 있다.
이와 같은 공정에 의하여 생성되는 기판형 태양전지(1)의 경우 아래와 같은 문제점이 있었다.
각 반도체층을 기판(10)에 형성함에 있어서 기판(10)에 대하여 양면증착공정이 수행되어야 하므로 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.
한편, 기판(10)을 물리적으로 가공하여 그 두께를 최소화 하는데 한계가 있어서, 50μm 이하의 두께로 하는 것이 불가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 기판(10)의 넓이를 크게 하는 것도 한계가 있어서 대면적의 태양전지를 제공하는데 어려움이 존재하여 그 제조공정상 크기의 자유도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
그리고, 기판(10)의 양면에 요철을 형성하기 위하여 텍스쳐링 공정도 부가적으로 수행되어야 한다는 문제점도 존재하였다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기판형 태양전지의 광전변환효율을 유지할 수 있으면서도 박막형 태양전지의 제조공정의 용이성을 확보할 수 있는 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명은 기판상에 제1전극을 형성하는 단계;
소정의 온도범위에서 제1 도전형 반도체 층을 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와; 제1 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와; 제2 도전형 반도체 층을 다결정 실리콘 층으로 형성하는 단계와;제2 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와;제3 도전형 반도체 층을 제1 도전형 반도체 층과 반대되는 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와;
상기 광전변환부 상에 제2전극을 형성하는 단계와;
상기 제2전극에 기판을 배치하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 다결정 실리콘층을 형성하는 단계에서, 온도범위는 30~600℃ 인 것을 특징으로 한다.
제1 도전형 반도체 층과 제3 도전형 반도체 층을 형성하는 도전물질은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질인 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘 층을 형성하는 단계는;
증착면상에 실리콘 시드를 형성하는 단계와;
형성된 실리콘 시드상에 실란 소스가스를 제공하여 실리콘 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘층을 형성단계에서 생성되는 비정질 실리콘 성분을 제거하기 위한 에칭가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에칭가스는 염소(Cl) 또는 불소(F) 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘층의 두께는 1~200μm 인 것을 특징으로 하한다.
상기 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계는;
상기 다결정 실리콘층의 일면방향에 배치되는 다결정 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘층을 형성하는 단계는 소스가스를 공급하거나 또는 소스가스 및 도펀트 가스를 공급함으로써, 상기 다결정 실리콘 층을 P형 반도체층이나 I형 반도체층이나, N형 반도체층 중 적어도 어느 하나로 형성함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한,본 발명은 상기 기판에 마련되는 제1전극과;
상기 제1전극과 이격되는 제2전극과;
비정질 실리콘으로 형성되는 제1 도전형 반도체 층;
비정질 실리콘으로 형성되는 제1 I형 반도체 층;
다결정 실리콘으로 형성되는 제2 반도체 층;
비정질 실리콘으로 형성되는 제2 I형 반도체 층;
제1 도전형 반도체 층과 반대되는 비정질 실리콘 층으로 형성되는 제3 도전형 반도체 층;
상기 광전변환부는 소정의 온도범위에서 형성된 다결정 실리콘 층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지을 제공한다.
상기 다결정 실리콘 층은 30~600℃에서 형성되고 입자 또는 라디칼 형태로 증착되어 성장한 결정성분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘 층의 두께는 1~200μm 인 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘 층은
상기 다결정 실리콘 층과 상기 다결정 I형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다결정 실리콘 층은 P형 반도체층 또는 I형 반도체층, 또는 N형 반도체 층 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
제1 도전형 반도체 층과 제3 도전형 반도체 층을 형성하는 도전물질은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하여 박막형 태양전지에서도 기판형 태양전지에서 얻을 수 있는 광전변환효율을 획득할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 박막형 태양전지에 비정질 실리콘 층이 아닌 다결정 실리콘층으로 구성된 광전변환부가 포함됨으로써, 기존에 다결정 실리콘 웨이퍼에서 얻을 수 있는 광전변환효율을 얻을 수 있다는 기술적인 장점이 있다.
또한, 각 층을 형성하는 경우, 박막형 태양전지 공정과 같이 순차적인 증착공정을 수행하면 되므로 기판형 태양전지와 같이 웨이퍼 양면에 요철부를 형성하고, 증착하는 경우에 대비하여 시간 및 공정수가 현저하게 단축될 수 있다는 장점이 존재한다.
또한, 저온에 다결정 실리콘 층을 증착하기 때문에 기판의 열 변형을 방지할 수 있어서 고열에 취약한 다양한 재질의 기판을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 기판형 태양전지의 경우 웨이퍼의 넓이를 확장하는데 한계가 있었으나, 본 발명과 같이 증착공정을 통하여 다결정 실리콘으로 구성되는 활성층을 구현하는 경우, 그 크기의 자유도가 커질 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 층의 두께를 용이하게 조절함으로써 웨이퍼를 사용하는 경우보다 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점도 있다.
도1은 본 발명에 의한 태양전지의 단면도이다
도2 내지 도11은 본 발명에 의한 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다.
도12 내지 도15는 종래 기술에 의한 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다.
도16은 종래 기술에 의한 태양전지의 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보도록 하겠다.
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양전지(100)는 제1,2기판(101,102)과, 상기 제1,2기판(101,102)에 마련되는 제1,2전극(111,112)과, 상기 제1,2전극(111,112) 사이에 마련되는 광전변환부(120) 및 광반사층(130)을 포함한다.
상기 제1,2기판(101,102)은 유리기판 또는 플렉서블 기판으로 구성될 수 있으며, 또는 금속, 세라믹, 폴리머 재료로 구성될 수 있다. 다만 태양광을 수광할 수 있도록 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1,2전극(111,112)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속 물질을 이용하여 형성하거나,ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO;AL, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3,SnO2,:Sb2O3, 등과 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
상기 광전변환부(120)는 상호 전기적으로 연결되며 순차적으로 적층되는 제1도전형 반도체층(121), 제1 I형 반도체층(122), 제2도전형 반도체층(123), 제2 I형 반도체층(124), 제3도전형 반도체층(121~125)으로로 구성된다. .
여기서 상기 제1도전형 반도체층(121)은 P형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층으로 구성되고, 제1 I형 반도체층(122)은 I형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층으로 구성되고, 제2 도전형 반도체층(123)은 다결정(폴리) 실리콘으로 구성되는 반도체층으로 구성되며 N형 또는 I형 또는 P형 반도체층으로 구성될 수 있다.
또한, 제2 I형 반도체층(124)는 I형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층으로 구성되고, 제3 도전형 반도체층(125)는 N형 비정질 실리콘으로 구성되는 반도체층으로 구성된다.
다만, 상기 제I형 반도체층(122)과 제2 I형 반도체층(124)는 생략가능하다.
후술하겠지만, 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 저온(30~600℃)상태에서 다결정 실리콘 입자가 증착된 후 성장함으로써 형성되며, 이때 비정질 실리콘 성분이 없거나 또는 극히 미량인 것이 특징이다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)의 두께는 증착공정에 따라서 1~200μm 의 범위내에서 조절이 가능하다.
즉, 다결정 실리콘을 직접 성장시키기 때문에 두께 조절이 가능하기 때문에 필요에 따라서 다양한 두께를 가진 상태로 제조될 수 있다.
따라서, 종래 기판형 태양 전지에서 다결정 실리콘 웨이퍼 기판의 두께가 50μm 이하로 될 수 없다는 문제점을 극복하여 박막의 태양전지를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
상기 제3 도전형 반도체층(125)과 상기 제2전극(112) 사이에는 광반사층(130)이 마련된다.
상기 광반사층(130)은 입사된 태양광을 반사시켜 상기 광전변환부(120)로 재입사 시킴으로써 태양전지의 광전변환량을 증가시키는 역할을 한다.
상기 광반사층(130)은 비도전성 투명물질로 이루어져 있으며, 특히 제2전극층(112)에 포함된 물질을 이용하여 형성함으로써, 상기 광반사층(130)과 상기 제2전극층(112)을 하나의 장비내에서 연속공정으로 형성할 수 있어서 대량생산시 생산성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어서, 상기 광반사층(130)은 ZnO와 같은 투명 물질로 형성하고, 상기 제2전극층(112)은 ZnO:B와 같이 상기 광반사층(130)을 구성하는 투명물질에 도펀트가 도핑되어 도전성을 갖는 투명도전물을 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 광반사층(130)과 상기 제2전극층(112)을 동일한 장비 내에서 반응가스만을 변경하여 연속공정을 형성할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다결정 실리콘 반도체층을 구비하는 박막형 태양전지의 제조방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도2에서 도시한 바와 같이, 제1기판(101)을 준비한다. 상기 제1기판(101)은 상술한 바와 같이, 유리기판이나 플렉서블 기판으로 구성되며 광 투과를 위하여 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 제1기판(101)은 금속물질이나, 폴리머, 세라믹 계열을 구성할 수도 있으며, 상기 제1기판(101)의 전면과 후면에 ARC(anti reflect coating)을 적용할 수 있다.
이는 태양광이 반사되어 외부로 방출되는 것을 방지하기 위함이다.
도3에서 도시한 바와 같이, 상기 제1기판(101)에 제1전극(111)을 형성한다.
상기 제1전극(111)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속 물질을 이용하여 형성하거나,ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO;AL, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3,SnO2,:Sb2O3, 등과 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
상기 제1전극(111)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법이나, POCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering) 법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제1전극(111)은 태양광을 수광하는 전면전극으로 활용되는데, 투과도 80% 이상이고, 비저항이 3 X 10-3 Ω·cm 이하의 모든 투명도전물이면 바람직하다.
제1전극(111)의 형성이 완료되면, 제1전극(111)상에 제1도전형 반도체층(121)을 형성한다.
도4에서 도시한 바와 같이, 제1도전형 반도체층(121)을 P형 반도체층으로 형성하는 경우에는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스를 투입하면서 형성할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(121)을 형성하는 도전물질은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 챔버 내에 소정량의 B2H6 가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 P형 비정질 실리콘으로 구성되는 제1도전형 반도체층(121)을 형성한다.
상기 제1도전형 반도체층(121)의 형성이 완료되는 경우 도5에서 도시한 바와 같이, 제1 I형 반도체층(122)을 형성한다.
이 경우, 챔버 내에 SiH4 및 H2가스를 소스가스로 공급하고, PECVD 와 같은 화학기상 증착법으로 상기 기판(10)상에 형성한다.
상기 제1 I형 반도체층(122)의 형성이 완료되는 경우, 제2 도전형 반도체층(123)을 형성한다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)은 본 발명에 의한 태양전지에서 광전변환의 핵심이 되는 활성층으로 기능한다.
상기 제1 I형 반도체층(122)과 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 상호 적층되는 형태가 되고 전기적으로 연결된다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)은 상술한 바와 같이 통상의 박막형 태양전지에서 포함되는 비정질 실리콘층이 아니라 다결정 실리콘층으로 구성된다.
이와 같은 다결정 실리콘 층을 구성하기 위해서는 증착면 상에 실리콘 시드를 형성하고, 실리콘 시드에 지속적으로 소스가스 입자를 공급하여 실리콘 층이 다결정 상태로 성장할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
한편, 상기 제1기판(101)의 변형이 일어나지 않도록 저온(30~600℃) 분위기에서 증착 및 성장과정이 수행되어야 한다.
이러한 공정에 대해서 자세히 서술하면, 우선, 증착면 상에 실리콘 시드들이 위치하도록 하기 위하여 소스가스인 실란(SiH4)를 주입한다. 이 때 챔버의 온도는 30~600℃를 유지하여야 한다.
그리고, 챔버 내의 압력은 0.1~10 Torr정도가 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 내부 압력이 높을수록 입자 또는 라디칼 간의 충돌에 의한 입자화가 원활하게 진행될 수 있으나, 이는 생성된 박막의 품질 및 에칭가스의 주입량에 따라서 그 압력을 상기 압력범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
이때 공급되는 소스가스는 원자상태가 아니라 입자 덩어리 상태로 공급되어야 한다. 소스가스가 원자상태로 공급되어 증착되면 다결정 상태로 성장하는 것이 아니라 비정질 실리콘(a-Si) 상태로 적층되기 때문이다.
이를 위하여 소스가스에 열 또는 전기와 같은 외부에너지가 가해져야 하고, 이에 의하여 소스가스가 활성화 되면서 라디칼 상태로 변환되고 상호 충돌하여 입자 상태로 변화될 수 있다.
라디칼이 다른 라디칼들과 충돌하여 화학적 물리적 반응을 하게 되고, 이에 의하여 입자 상태를 구현할 수 있다.
이때, 라디칼들의 활성화를 위하여 수소가스(H2)가 공급되는 것이 바람직하다.
한편, 소스가스는 전기 에너지를 받아서 특정 극성을 갖도록 대전되는 것이 바람직한데, 이는 반데르발스 힘과 같이 서로 다른 극성을 끌어당기는 힘에 의하여 소스가스 입자들이 서로 용이하고 확실하게 부착될 수 있도록 하기 위함이다.
HWCVD의 경우 히팅작용시 전기 에너지를 받기 때문에 열선(Hot wire)에서 자연스럽게 전하가 방출되고, 이 방출된 전하에 의하여 소스 가스 라디칼 또는 입자들이 대전된다.
또한 PECVD의 경우, 플라즈마 입자 자체가 이미 대전된 상태이기 때문에, 소스 가스 라디칼 또는 입자가 플라즈마 존을 통과하는 경우에 대전된 상태를 띠게 된다.
따라서, 증착면 상에 실리콘 시드 입자가 배치된 상태에서 지속적으로 대전된 소스가스 입자가 공급되면, 실리콘 시드 표면에 대전된 소스가스 입자가 부착되어 성장을 하게 되고, 이에 따라서 다결정 상태(C)를 형성한다.
소스 가스 입자의 크기(직경)는 1~10nm정도를 유지하는 것이 바람직하다.
결정상(phase)의 경우, 비정질상 보다 성장이 빠르고 전도성이 우수하기 때문에, 다결정 상태의 분포가 비정질보다 그 밀도 면에서 우위를 점할 수 있다.
한편, 제2 도전형 반도체층(123)을 형성하는 경우, 비정질 실리콘이 파생적으로 생성될 수 밖에 없는데, 이를 제거하기 위하여 에칭가스(E)를 공급한다.
상기 에칭가스는 염소(Cl) 또는 불소(F) 를 함유하는 것이 바람직한데, 이와 같은 에칭가스가 비정질 실리콘 성분과 반응하여 비정질 실리콘을 증착면으로 부터 제거할 수 있다.
상기 에칭가스(E)의 예로는 염화수소(HCl) 이나 불화수소(HF)를 들 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)을 형성하는 공법은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 이나 HWCVD(Hot wire Chemical Vapor Deposition)가 사용될 수 있으며, 이들 이외에도 기타 화학 기상 증착법(CVD)가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 제2 도전형 반도체층(123)은 P형 반도체층이나 I형 반도체층 또는 N형 반도체층으로 구현될 수 있다.
따라서 제2 도전형 반도체층(123)을 P형 반도체층으로 구현하기 위해서는 소정량의 B2H6 가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성하고, SiH4 및 H2 가스를 공급하면 된다.
또한, 제2 도전형 반도체층(123)을 N형 반도체층으로 구현하기 위해서는 소정량의 PH3 가스를 투입하여 챔버 내부를 N형 도펀트 분위기로 조성하고, SiH4 및 H2 가스를 공급하면 된다.
제2 도전형 반도체층(123)을 I형 반도체층으로 구현하기 위해서는 별도의 도펀트 분위기를 조성할 필요 없이 SiH4 및 H2 가스를 공급하면 된다.
제2 도전형 반도체층(123)의 형성이 완료되면, 제2 I형 반도체층(124)를 형성한다.
도7에서 도시한 바와 같이, 챔버 내에 SiH4 및 H2가스를 소스가스로 공급하고, PECVD 와 같은 화학기상 증착법으로 I형 반도체층으로 구성되는 제2 I형 반도체층(124)를 구현한다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)과 상기 제2 I형 반도체층(124)은 상호 전기적으로 연결되도록 적층되는 구조를 갖는다.
제2 I형 반도체층(124)의 형성이 완료된 경우, 제3 도전형 반도체층(125)을 형성한다.
도8에서 도시한 바와 같이, N형 반도체층으로 구성되는 제3 도전형 반도체층(125)을 형성하는 경우, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)와 같은 5족 원소의 도펀트 가스를 투입하면서 형성할 수 있다.
제3 도전형 반도체층(125)을 형성하는 도전물질은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 되는 것이 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 챔버 내에 소정량의 PH3 가스를 투입하여 챔버 내부를 N형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 N형 비정질 실리콘으로 구성되는 제3 도전형 반도체층(125)을 형성한다.
본 실시예에서는 제1도전형 반도체층(121)이 P형 반도체층으로 구성되고, 제3 도전형 반도체층(125)이 N형 반도체층으로 구성되는 것을 도시하였으나, 제1도전형 반도체층(121)이 N형 반도체층으로 구성되고, 제3 도전형 반도체층(125)이 P형 반도체층으로 구성될 수도 있다.
또한, I형 반도체층으로 구성되는 제2,4반도체층(122, 124)은 생략될 수 도 있다.
상기 광전변환부(120)의 형성이 완료되면 광반사층(130)을 형성한다.
도9에서 도시한 바와 같이, 상기 제3 도전형 반도체층(125) 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법 이나 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 상기 광반사층(130)을 형성할 수 있다.
상기 광반사층(130)의 형성이 완료되면, 상기 광반사층(130)에 제2전극(112)을 형성한다.
상기 제2전극(112)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속 물질을 이용하여 형성하거나,ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO;AL, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3,SnO2,:Sb2O3, 등과 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(112)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법이나, POCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering) 법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2전극(112)는 금속물질로 구성하여 불투명하게 형성할 수도 있고, 또는 투명물질을 두껍게 증착하여 불투명하게 형성할 수도 있다.
상기 제2전극(112)의 형성이 완료되면, 도11에서 도시한 바와 같이, 제2기판(102)을 배치하여 태양전지 제조를 완료한다. 상기 제2기판(102)또한 유리 기판 또는 플렉서블 기판으로 구성될 수 있으며, 금속물질이나, 세라믹, 폴리머 계열로 구성될 수도 있다.
도2 내지 도11에서 나타난 제조방법의 경우, 제1기판(101)으로 부터 증착공정이 시작되는 것을 도시하였으나, 반대로 제2기판(102)으로부터 증착공정이 시작될 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 태양전지 101: 제1기판
102: 제2기판 111: 제1전극
112: 제2전극 120: 광전변환부
121: 제1도전형 반도체층 122: 제1 I형 반도체층
123: 제2 도전형 반도체층(다결정 실리콘 층)
124: 제2 I형 반도체층 125: 제3 도전형 반도체층
130: 광반사층

Claims (15)

  1. 기판상에 제1전극을 형성하는 단계;
    소정의 온도범위에서
    제1 도전형 반도체 층을 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와;
    제1 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와;
    제2 도전형 반도체 층을 다결정 실리콘 층으로 형성하는 단계와;
    제2 I형 반도체 층을 비정질 실리콘으로 형성하는 단계와;
    제3 도전형 반도체 층을 제1 도전형 반도체 층과 반대되는 비정질 실리콘 층으로 형성하는 단계와;
    상기 제3 도전형 반도체 층 상에 제2전극을 형성하는 단계와;
    상기 제2전극에 기판을 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 다결정 실리콘 층으로 형성하는 단계는,
    증착면상에 실리콘 시드를 형성하는 단계;
    형성된 실리콘 시드상에 실란 소스가스를 제공하여 실리콘 결정을 성장시키는 단계; 및
    상기 실리콘 결정을 성장시키는 단계에서 생성되는 비정질 실리콘 성분에 에칭가스를 주입하여 상기 비정질 실리콘 성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘층을 형성하는 단계에서, 온도범위는 30~600℃ 인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에칭가스는 염소(Cl) 또는 불소(F) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘층의 두께는 1~200μm 인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘층을 형성하는 단계는 소스가스를 공급하거나 또는 소스가스 및 도펀트 가스를 공급함으로써, 상기 다결정 실리콘 층을 P형 반도체층이나 I형 반도체층이나, N형 반도체층 중 적어도 어느 하나로 형성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 기판과;
    상기 기판에 마련되는 제1전극과;
    상기 제1전극과 이격되는 제2전극과;
    비정질 실리콘으로 형성되는 제1 도전형 반도체 층;
    비정질 실리콘으로 형성되는 제1 I형 반도체 층;
    소정의 온도범위에서 다결정 실리콘으로 형성되는 제2 반도체 층;
    비정질 실리콘으로 형성되는 제2 I형 반도체 층;
    제1 도전형 반도체 층과 반대되는 비정질 실리콘 층으로 형성되는 제3 도전형 반도체 층;
    을 포함하고,
    상기 제2 반도체 층은 비정질 실리콘 성분이 제거된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘으로 형성되는 제2 반도체 층은 30~600℃에서 형성되고 입자 또는 라디칼 형태로 증착되어 성장한 결정성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘으로 형성되는 제2 반도체 층의 두께는 1~200μm 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘으로 형성되는 제2 반도체 층은 P형 반도체층 또는 I형 반도체층, 또는 N형 반도체 층 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. 삭제
KR1020120079564A 2012-07-20 2012-07-20 태양전지 및 그 제조방법 KR101888370B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079564A KR101888370B1 (ko) 2012-07-20 2012-07-20 태양전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079564A KR101888370B1 (ko) 2012-07-20 2012-07-20 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140013221A KR20140013221A (ko) 2014-02-05
KR101888370B1 true KR101888370B1 (ko) 2018-09-20

Family

ID=50263689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120079564A KR101888370B1 (ko) 2012-07-20 2012-07-20 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101888370B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101444980B1 (ko) * 2008-03-19 2014-09-29 산요덴키가부시키가이샤 태양 전지 및 그 제조 방법
JP2010267885A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Kaneka Corp シリコン系薄膜光電変換装置とその製造方法
JP5143289B2 (ja) * 2009-11-05 2013-02-13 三菱電機株式会社 光起電力装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140013221A (ko) 2014-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
O'Donnell et al. Silicon nanowire solar cells grown by PECVD
US20080245414A1 (en) Methods for forming a photovoltaic device with low contact resistance
JP2012164961A (ja) 太陽電池およびその製造方法
US9231146B2 (en) Silicon photovoltaic element and fabrication method
CN103594542A (zh) 光伏器件和形成光伏器件的方法
KR20090057205A (ko) 박막 태양전지
US20120312361A1 (en) Emitter structure and fabrication method for silicon heterojunction solar cell
EP3553841B1 (en) Method of manufacturing a perovskite-based photovoltaic device
WO2010022530A1 (en) Method for manufacturing transparent conductive oxide (tco) films; properties and applications of such films
CN106887483A (zh) 硅基异质接面太阳能电池及其制备方法
KR20110079107A (ko) 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법
KR101888370B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20110043147A (ko) 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법
CN103107240A (zh) 多晶硅薄膜太阳能电池及其制作方法
TWI483405B (zh) 光伏打電池及製造光伏打電池之方法
RU2632267C2 (ru) Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния и линия по его производству
KR20110044442A (ko) 박막 태양전지용 투명전극 및 그의 제조방법
KR101673241B1 (ko) 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지
KR101621551B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
CN202977493U (zh) 多晶硅薄膜太阳能电池
KR20120046362A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN102364703B (zh) 非晶硅薄膜太阳能电池的制造方法
KR20160130196A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
CN102844891A (zh) 制造基于硅的薄膜太阳能电池的方法
US20110253207A1 (en) Solar cell device and method for manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant