KR102027138B1 - 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 - Google Patents
멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102027138B1 KR102027138B1 KR1020130076812A KR20130076812A KR102027138B1 KR 102027138 B1 KR102027138 B1 KR 102027138B1 KR 1020130076812 A KR1020130076812 A KR 1020130076812A KR 20130076812 A KR20130076812 A KR 20130076812A KR 102027138 B1 KR102027138 B1 KR 102027138B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- unevenness
- glass substrate
- scale
- mask layer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 abstract 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- 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
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법은 유리 기판을 준비하는 단계; 상기 유리 기판 상에 제1마스크층를 증착하는 단계; 상기 제1마스크층 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트 상에 일정 패턴이 형성된 제2마스크를 위치시키고, 상기 패턴에 맞게 상기 포토레지스트를 광식각하는 단계; 상기 제2마스크를 제거하고, 상기 포토레지스트에서 광식각된 부분과 접촉되는 상기 제1마스크층의 부분을 젝하는 단계; 상기 포토레지스트를 제거하고, 상기 식각된 제1마스크층의 부분과 접촉되는 상기 유리 기판의 표면 부분을 습식 식각하여 상기 유리 기판의 표면에 제1요철을 형성하는 단계; 상기 제1요철이 형성된 부분을 연무화 식각하여 상기 유리 기판의 표면에 제2요철을 형성하는 단계; 및 상기 제1마스크층를 제거하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 기판 및 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 크기의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판과 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지는 광원을 전기에너지로 변환하는 광-전 변환 소자이다. 태양 전지는 광을 조사하면 실리콘이 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성한다. 생성된 전자-정공쌍을 분리하기위해서 전기의 높낮이를 형성한다. 전기적으로 음극성에 가까운 p-형 반도체와 전기적으로 양극성인 n-형 반도체를 접합하면 전기의 높은 지역과 낮은 지역이 구분된다. 광 흡수로 생성된 전자-정공쌍은 p-n 접합 전위 차이에 의하여 분리가 된다. 분리된 전자와 정공은 전극을 통해서 외부로 전력을 공급할 수 있도록 한다. 이렇게 자연친화적으로 청정한 전기 생성 소자인 태양 전지는 다양한 전자제품의 전력공급원으로 사용 가능하다.
이러한 태양 전지의 효율을 높이는 방법으로 광의 흡수 능력을 극대화 시켜 변환효율을 증가시키는 방법과, 태양 전지 반도체 내부에서 발생하는 여러 가지 저항을 줄여서 변환효율을 증가시키는 방법 등 여러 가지 방법들이 있다. 이중 광의 흡수 능력을 극대화 시키는 방안중의 하나가 광이 조사되는 표면의 구조를 개선시키는 방법이다. 표면의 구조를 개선시키기 위한 방식으로는 습식 식각, 건식 식각 또는 플라즈마를 이용한 식각 방식 등이 있다.
그러나, 습식 식각 방식은 높은 식각률과 선택비가 좋은 장점이 있는 반면에, 표면을 과도하게 식각할 수 있어 식각되는 깊이를 제어하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 건식 식각 방식은 선택비가 낮고, 식각률이 낮다는 문제가 있으며, 플라즈마를 이용한 식각 방식은 불균일한 표면 구조를 갖게되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 습식 식각 및 연무화 식각 공정을 차례로 수행하여, 균일한 패턴을 가지며 태양 전지 기판의 표면에 다양한 크기의 요철이 형성된 태양 전지 기판을 제공하는 것이다.
또한, 다양한 크기의 요철이 형성된 기판 구조를 갖는 태양 전지를 이용한 태양 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 일 측면으로서의 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법은 유리 기판을 준비하는 단계; 상기 유리 기판 상에 제1마스크층을 증착하는 단계; 상기 제1마스크층 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트 상에 일정 패턴이 형성된 제2마스크를 위치시키고, 상기 패턴에 맞게 상기 포토레지스트를 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 상기 제1마스크층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 제거하고, 상기 패터닝된 제1마스크층을 마스크로 사용하여 상기 유리 기판의 표면 부분을 습식 식각하여 상기 유리 기판의 표면에 제1요철을 형성하는 단계; 상기 제1요철이 형성된 유리기판을 연무화 식각하여 상기 제1요철의 내면에 제2요철들을 형성하는 단계; 및 상기 제1마스크층를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로, 상기 제1요철의 크기는 상기 제2요철들의 크기보다 크고, 상기 제2요철들은 서로 크기가 다른 복수의 요철들을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로, 상기 습식 식각은, 탈이온수 및 불산이 혼합된 용액에 염산, 질산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가용액이 혼합된 습식 식각용액을 이용할 수 있다.
하나의 실시예로, 상기 탈이온수와 상기 불산 및 상기 첨가용액이 혼합된 용액은 1 : 1 ~ 10의 비율로 혼합되고, 상기 불산과 상기 첨가용액은 1 : 10 ~ 50의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
하나의 실시예로, 상기 습식 식각이 수행되는 시간은 1 내지 10 분인 것이 바람직하다.
하나의 실시예로, 상기 연무화 식각은, 불산, 질산 및 실리콘이 혼합된 연무화 식각용액을 이용하고, 상기 불산 및 질산의 혼합된 용액과 상기 실리콘의 혼합비율은 1 : 1 ~ 50인 것이 바람직하다.
다른 일 측면으로서의 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법은 상기 제2요철이 형성된 상기 유리 기판의 표면에 투명 전도막을 증착하는 단계; 및 상기 투명 전도막을 식각하여 상기 투명 전도막의 표면에 요철을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측면으로서의 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 상기 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판을 제조하는 방법에 따라 제조된 태양 전지 기판을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 태양 전지 기판의 표면에 다양한 크기의 요철이 형성되어 있기 때문에, 단위 면적당 표면적이 증가하여 광 포획량을 증가시킬 수 있다. 또한, 단파장부터 장파장까지의 광을 수집할 수 있는 효과가 있다.
패턴이 형성된 마스크를 이용하여 태양 전지 기판의 표면을 식각하기 때문에, 일정한 패턴이 형성된 요철을 태양 전지 기판의 표면에 형성시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 다양한 크기의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함하기 때문에, 광의 다중 산란 효과에 의하여 태양 전지의 안개율의 특성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의하여 제조된 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 통하여 흡수될 수 있는 광의 파장 길이 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지에서 광이 흡수되는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 태양 전지에서 안개율(Haze factor)의 변화에 따른 개방전압, 단락전류밀도를 포함한 태양 전지 파라미터 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 안개율과 단락전류밀도와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 투과율과 안개율을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의하여 제조된 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 통하여 흡수될 수 있는 광의 파장 길이 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지에서 광이 흡수되는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 태양 전지에서 안개율(Haze factor)의 변화에 따른 개방전압, 단락전류밀도를 포함한 태양 전지 파라미터 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 안개율과 단락전류밀도와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 투과율과 안개율을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법은 유리 기판을 준비하는 단계(S102), 유리 기판 상에 제1마스크층을 증착하는 단계(S104), 제1마스크층 상에 포토레지스트(Photo Resist)를 코팅하는 단계(S106), 포토레지스트 상에 일정 패턴이 형성된 제2마스크를 위치시키고, 패턴에 맞게 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하는 단계(S108), 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 제1마스크층을 패터닝하는 단계(S110), 패터닝된 포토레지스트를 제거하고, 식각된 제1마스크층을 마스크로 사용하여 유리 기판의 표면 부분을 습식 식각하여 유리 기판의 표면에 제1요철을 형성하는 단계(S112), 제1요철이 형성된 유리기판을 연무화 식각하여 제1요철의 내면에 제2요철들을 형성하는 단계(S114) 및 제1마스크층를 제거하는 단계(S116)을 포함할 수 있다.
우선, 식각될 유리 기판을 준비한다(S102). 이는 유리 기판을 깨끗하게 세정하고, 이를 건조함으로써 이루어진다. 일 예로, 유리 기판을 SC1(Standard Clean 1) 공정을 통하여 1차세정하고, 아세톤, 메탄올 및 탈이온수(DI Water)를 이용하여 2차 세정하고, 질소를 이용하여 건조함으로써 유리 기판이 준비될 수 있다.
유리 기판이 준비되는 경우, 유리 기판 상에 제1마스크층을 증착한다(S104). 일 예로, 증착되는 제1마스크층의 두께는 300 내지 1000㎚ 인 것이 바람직하다. 제1마스크층의 두께는 식각 공정에 따라 변경될 수 있고, 식각 공정의 조건에 따라 변경될 수 있다.
유리 기판 상에 증착될 수 있는 제1마스크층으로는, 일 예로, 알루미늄(Al), 질화규소(SiNx) 또는 크롬(Cr)이 사용될 수 있다.
제1마스크층이 유리 기판 상에 증착된 경우, 제1마스크층 상에 포토레지스트(Photo Resist; PR)를 코팅한다(S106). 일 예로, 스핀 코터(Spin Coater)를 이용하여 포토레지스트를 코팅할 수 있다.
포토레지스트가 코팅된 경우, 포토레지스트 상에 일정 패턴이 형성된 제2마스크를 위치시키고, 패턴에 맞게 포토레지스트를 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝한다(S108). 일 예로, 자외선(UV)에 포토레지스트를 노출시킴으로써, 포토리소그래피 공정이 수행될 수 있다.
포토리소그래피 공정이 수행된 경우, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 제1마스크층을 패터닝한다(S110).
다음으로, 패터닝된 포토레지스트를 제거하고, 패터닝된 제1마스크층을 마스크로 사용하여 유리 기판의 표면 부분을 습식 식각함으로써 유리 기판의 표면에 제1요철을 형성한다(S112). 일 예로, 제1요철은 유리 기판의 표면 상에서 일정간격 이격된 다수의 홈이 형성된 형상일 수 있다.
제1요철이 형성된 경우, 제1요철이 형성된 유리기판을 연무화 식각(Vapor Etching)하여 제1요철의 내면에 제2요철들을 형성한다(S114). 제1요철의 크기는 제2요철의 크기보다 크고, 제2요철들은 서로 크기가 다른 복수의 요철들을 포함할 수 있다.
이는, 유리 기판의 표면에 제1요철만 형성되어 있는 경우보다 유리 기판의 표면에 형성된 제1요철의 내면에 제2요철들이 추가로 형성되어 있는 경우에 유리 기판의 표면의 표면적을 더욱 증가시킬 수 있기 때문이며, 아래에서 설명하기로 한다. 또한, 유리 기판의 표면은 제1요철의 내면에 제2요철들이 형성될 수 있어, 다양한 크기(Multi Scale)를 갖는 요철이 유리 기판의 표면에 형성될 수 있다.
다음으로, 제1마스크층을 제거(S116)함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판을 제조할 수 있다. 추가적으로 유기 기판의 표면에 남아 있는 잔류물을 제거하기 위하여 염산을 통하여 제2요철들이 형성된 유기 기판을 세정할 수 있다.
제1요철 형성을 위한 습식 식각 공정
제1요철을 유리 기판의 표면에 형성하기 위한 습식 식각(Wet Etching)은 탈이온수 및 불산이 혼합된 용액에 염산, 질산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가용액이 혼합된 습식 식각용액을 이용하여 공정이 수행된다.
탈이온수(DI Water)와 불산 및 첨가용액이 혼합된 용액은 1 : 1 ~ 10의 비율로 혼합되고, 불산과 첨가용액은 1 : 10 ~ 50의 비율로 혼합되어 습식 식각 공정이 수행되고, 습식 식각 공정이 수행되는 습식 식각은 1 내지 10 분 동안 진행된다.
제2요철들을 형성하기 위한 연무화 식각 공정
제1요철의 내면에 제2요철들을 형성하기 위한 연무화 식각은 불산, 질산 및 실리콘이 혼합된 연무화 식각용액을 이용하여 수행된다. 불산 및 질산의 혼합된 용액과 실리콘의 혼합비율은 1 : 1 ~ 50 혼합되어 연무화 식각 공정이 수행된다.
투명 전도막의 증착 및 요철 형성
본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 통하여 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 표면상에 투명 전도막을 증착하고, 투명 전도막의 표면에 요철을 형성시킬 수 있다. 이를 위하여 다음과 같은 공정을 수행한다.
멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판을 탈이온수 및 메탄올 이용하여 세정한 후, 다시 아세톤, 메탄올 및 탈이온수(DI Water)를 이용하여 세정한다. 다음으로, 질소를 이용하여 건조함으로써 유리 기판이 준비될 수 있다. 세정된 태양 전지 기판의 요철이 형성된 표면에 투명전도막(Transparent Conductive Oxide, TCO)를 증착한다. 종래의 습식 식각 또는 연무화 식각 공정을 수행하여 증착된 투명 전도막의 표면에 요철을 형성한다.
일 예로, 투명전도막으로는 AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), In2O3:H, FTO(Fluorine-doped Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의하여 제조된 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 3을 참조하면, 유리 기판의 표면을 확대한 사진으로서, 유리 기판의 표면에 제1요철이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, A영역을 확대한 사진을 보면, 제1요철의 내면 따라 복수의 제2요철들이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의하여 제조된 태양 전지 기판의 표면에는 제1요철과 제2요철들이 함께 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 통하여 흡수될 수 있는 광의 파장 길이 범위를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지에서 광이 흡수되는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 매크로 스케일(Macro Scale)은 제1요철을 의미하고, 마이크로 스케일(Micro Scale)과 나노 스케일(Nano Scale)은 제2요철들을 의미한다. 매크로, 마이크로, 나노는 요철의 크기를 비교하기 위한 상대적인 개념으로서, 요철의 사이즈를 의미하는 것은 아니다.
도 4는 유리 기판 상에 형성된 제1요철 및 제2요철들이 흡수할 수 있는 광의 파장 영역을 설명하기 위한 것으로서, 제1요철은 광(빛)의 장파장 영역을 흡수할 수 있고, 제2요철들 중 크키가 큰 것은 광의 중간파장 영역을 흡수할 수 있고, 제2요철들 중 크키가 작은 것은 광의 단파장 영역을 흡수할 수 있다. 장파장은 약 0.7 내지 1.1㎛이고, 중간파장은 약 0.45 내지 0.7㎛이며, 단 파장은 약 0.3 내지 0.45㎛의 대역을 갖는 파장을 의미한다.
도 5를 참조하면, 텍스쳐가 형성된 유리 기판(Textured Glass)은 멀티 스케일의 요철이 형성된 유리 기판을 의미한다. 또한, 멀티 스케일의 요철이 형성되어 있는 구조를 Multi-scale architecture라고 칭하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함하는 태양 전지는 장파장의 광은 제1요철을 통하여 흡수할 수 있고, 중간파장의 광은 제2요철들 중 크키가 큰 요철을 통하여 흡수할 수 있고, 단파장의 광은 제2요철들 중 크키가 작은 요철을 통하여 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함하는 태양 전지는 다양한 파장을 갖는 광을 흡수할 수 있어, 태양 전지의 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 통하여 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 표면상에 요철이 형성되어 있는 전도막이 증착되어 있는 경우에는 전도막에 의하여도 흡수된 광이 산란될 수 있어 태양 전지의 효율이 더욱 좋아질 수 있다. 이는, 유기 기판을 통하여 흡수된 광이 다시 전도막에 의하여 산란됨으로서 태양 전지 내부로 흡수되는 광의 양이 증가되기 때문이다.
도 6은 태양 전지에서 안개율(Haze factor)의 변화에 따른 개방전압, 단락전류밀도를 포함한 태양 전지 파라미터 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 태양 전지의 안개율이 증가함에 따라 태양 전지의 단락전류밀도가 함께 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위해서는 태양 전지의 안개율을 증가시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다. 이는 안개율이 증가하면 광의 산란을 증대시킴으로써, 태양 전지에 흡수되는 광의 양이 증가되기 때문이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 안개율과 단락전류밀도와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 안개율이 증가하는 경우, 일정한 전압에서 츨력되는 단락전류밀도가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함하는 태양 전지의 안개율은 80%이고, 단락전류밀도는 약 17 ㎃/㎠인 것을 확인할 수 있다. 안개율이 100%인 경우에 단락전류밀도가 약 18 ㎃/㎠인 것을 고려하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판의 단락전류밀도는 상당히 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지의 안개율과 전류 밀도와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에서 Bare Glass, Dry(Maskless), Wet(Maskless), Vapor(Maskless), Dry(Mask Pattern) 및 wet(Mask Pattern)는 각각 태양 전지에 포함된 유리 기판 표면의 상태를 의미한다.
Bare Glass는 유리 기판의 표면에 요철이 형성되어 있지 않는 경우를 의미하고, Dry(Maskless), Wet(Maskless) 및 Vapor(Maskless)는 각각 마스크를 사용하지 않고 건식 식각, 습식 식각 및 연무화 식각 공정을 통하여 유리 기판의 표면에 요철이 형성된 상태를 의미한다. 또한, Dry(Mask Pattern) 및 wet(Mask Pattern)는 각각 일정한 패턴이 형성된 마스크를 사용하고, 건식 식각 및 습식 식각을 통하여 유리 기판의 표면에 요철이 형성된 상태를 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지를 표시한 그래프는 wet(Mask Pattern)이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 표면에 형성된 태양 전지 기판을 포함한 태양 전지는 안개율이 약 81%이고, 투과율은 약 94%인 것을 확인할 수 있고, 종래의 다른 기판과 비교하여 안개율과 투과율이 모두 높다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판을 이용하면, 높은 투과도와 높은 안개율을의 특성을 가지는 태양 전지를 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (8)
- 유리 기판을 준비하는 단계;
상기 유리 기판 상에 제1마스크층을 증착하는 단계;
상기 제1마스크층 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
상기 포토레지스트 상에 일정 패턴이 형성된 제2마스크를 위치시키고, 상기 패턴에 맞게 상기 포토레지스트를 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하는 단계;
상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 상기 제1마스크층을 패터닝하는 단계;
상기 패터닝된 포토레지스트를 제거하고, 상기 패터닝된 제1마스크층을 마스크로 사용하여 상기 유리 기판의 표면 부분을 습식 식각하여 상기 유리 기판의 표면에 제1요철을 형성하는 단계;
상기 패터닝된 제1마스크층을 마스크로 사용하여 상기 제1요철이 형성된 유리기판을 연무화 식각하여 상기 제1요철의 내면에만 상기 제1요철의 크기보다 작은 제2요철들을 형성하는 단계; 및
상기 제1마스크층를 제거하는 단계를 포함하는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2요철들은 서로 크기가 다른 복수의 요철들을 포함하는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 습식 식각은,
탈이온수 및 불산이 혼합된 용액에 염산, 질산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가용액이 혼합된 습식 식각용액을 이용하는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 탈이온수와 상기 불산 및 상기 첨가용액이 혼합된 용액은 1 : 1 ~ 10의 비율로 혼합되고, 상기 불산과 상기 첨가용액은 1 : 10 ~ 50의 비율로 혼합되는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 습식 식각은 1 내지 10 분 동안 수행되는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 연무화 식각은,
불산, 질산 및 실리콘이 혼합된 연무화 식각용액을 이용하고,
상기 불산 및 질산의 혼합된 용액과 상기 실리콘의 혼합비율은 1 : 1 ~ 50인, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2요철이 형성된 상기 유리 기판의 표면에 투명 전도막을 증착하는 단계; 및
상기 투명 전도막을 식각하여 상기 투명 전도막의 표면에 요철을 형성시키는 단계를 더 포함하는, 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130076812A KR102027138B1 (ko) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130076812A KR102027138B1 (ko) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150004456A KR20150004456A (ko) | 2015-01-13 |
| KR102027138B1 true KR102027138B1 (ko) | 2019-10-01 |
Family
ID=52476622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130076812A KR102027138B1 (ko) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102027138B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008024543A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Ulvac Seimaku Kk | 微細加工用ガラス基板、及びガラス基板の加工方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100941331B1 (ko) * | 2007-07-13 | 2010-02-11 | 주식회사 케이피이 | 연무화 식각을 이용한 태양전지의 식각방법 및 이 방법을수행하기 위한 식각 장치 |
| KR20090094503A (ko) * | 2008-03-03 | 2009-09-08 | 배병성 | 박막형 태양전지 |
| CN102222719B (zh) * | 2010-04-14 | 2013-10-16 | 圆益Ips股份有限公司 | 太阳能电池用结晶系硅基板的表面处理方法及太阳能电池的制造方法 |
-
2013
- 2013-07-02 KR KR1020130076812A patent/KR102027138B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008024543A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Ulvac Seimaku Kk | 微細加工用ガラス基板、及びガラス基板の加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150004456A (ko) | 2015-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101248163B1 (ko) | 이면 접합형 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101070199B1 (ko) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20100167458A1 (en) | Thin film type solar cell and method for manufacturing the same | |
| JP2011159783A (ja) | 裏面電極型太陽電池の製造方法、裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池モジュール | |
| KR100990108B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| US20150228815A1 (en) | High efficiency solar cells with micro lenses and method for forming the same | |
| JP5538375B2 (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法 | |
| KR101539907B1 (ko) | 패턴화된 태양전지용 유리기판 제조방법 및 이를 이용한 박막태양전지 | |
| JP3220300U (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| KR102027138B1 (ko) | 멀티 스케일의 요철이 형성된 태양 전지 기판의 제조방법 및 이를 이용한 태양 전지 | |
| KR101476125B1 (ko) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101506116B1 (ko) | 패턴화된 태양전지용 유리기판을 제조하는 방법 및 패턴화된 태양전지용 유리기판을 이용한 태양전지 제조 방법 | |
| KR101680384B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101076355B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| JP2013168605A (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| KR101154095B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| JP2011096730A (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法 | |
| TW201822371A (zh) | 異質接面太陽能電池及其製造方法 | |
| KR100937140B1 (ko) | 고효율 태양전지 | |
| KR101120009B1 (ko) | 나노 돌기를 갖는 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR20120024188A (ko) | 박막형 태양전지의 제조 방법 | |
| JP2004079934A (ja) | 太陽電池およびその製造方法 | |
| WO2017203751A1 (ja) | 太陽電池及びその製造方法、並びに太陽電池パネル | |
| KR101053782B1 (ko) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| JP5957102B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 |
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 |