KR102120120B1 - Solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면에 위치하며 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극; 전면 전극이 위치하지 않는 영역의 에미터부의 전면에 위치하는 제1 보호막; 기판의 후면에 국부적으로 위치하는 복수의 후면 전계부; 후면 전계부가 위치하지 않는 영역의 기판의 후면에 위치하는 제2 보호막; 및 후면 전계부와 연결되는 제1 후면 전극부분과, 제2 보호막과 연결되는 제2 후면 전극부분을 구비하는 후면 전극 을 포함하며, 후면 전계부의 폭은 제1 후면 전극부분의 폭과 동일하게 형성된다.The solar cell includes a substrate having a first conductivity type; An emitter portion located on the front surface of the substrate and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A front electrode electrically connected to the emitter portion; A first passivation layer located on the front side of the emitter portion of the region where the front electrode is not located; A plurality of rear electric field portions locally located on the rear side of the substrate; A second passivation layer located on the back side of the substrate in a region where the rear electric field is not located; And a rear electrode having a first rear electrode portion connected to the rear electric field portion and a second rear electrode portion connected to the second protective layer, wherein the width of the rear electric field portion is the same as the width of the first rear electrode portion. do.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and its manufacturing method.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양 전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양 전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.Photovoltaic power generation, which converts light energy into electric energy using a photoelectric conversion effect, is widely used as a means of obtaining pollution-free energy. And with the improvement of the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, a photovoltaic power generation system using a plurality of solar cell modules is also installed in a private house.
통상의 태양 전지는 기판, 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 및 기판에 함유된 불순물과 동일한 도전형의 불순물을 기판에 비해 고농도로 함유한 전계부를 포함하며, 상기 전계부를 기판의 후면에 부분적으로 형성하여 태양전지의 전기적 특성을 개선하고 있다.A typical solar cell includes a substrate, an emitter portion forming a pn junction with the substrate, and an electric field portion containing impurities of the same conductivity type as the impurities contained in the substrate at a higher concentration than the substrate, and the electric field portion is partially formed on the rear surface of the substrate. To improve the electrical properties of the solar cell.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Technical problem to be achieved by the present invention is to provide a solar cell with improved efficiency and a method for manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면에 위치하며 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극; 전면 전극이 위치하지 않는 영역의 에미터부의 전면에 위치하는 제1 보호막; 기판의 후면에 국부적으로 위치하는 복수의 후면 전계부; 후면 전계부가 위치하지 않는 영역의 기판의 후면에 위치하는 제2 보호막; 및 후면 전계부와 연결되는 제1 후면 전극부분과 제2 보호막과 연결되는 제2 후면 전극부분을 구비하는 후면 전극을 포함하고, 후면 전계부의 폭은 제1 후면 전극부분의 폭과 동일하게 형성된다.According to an embodiment of the present invention, a solar cell includes a substrate having a first conductivity type; An emitter portion located on the front surface of the substrate and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A front electrode electrically connected to the emitter portion; A first passivation layer located on the front side of the emitter portion of the region where the front electrode is not located; A plurality of rear electric field portions locally located on the rear side of the substrate; A second passivation layer located on the back side of the substrate in a region where the rear electric field is not located; And a rear electrode having a first rear electrode portion connected to the rear electric field portion and a second rear electrode portion connected to the second protective layer, wherein a width of the rear electric field portion is formed equal to the width of the first rear electrode portion. .
제1 후면 전극부분의 두께는 제2 후면 전극부분의 두께보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.The thickness of the first rear electrode portion is preferably formed thicker than the thickness of the second rear electrode portion.
바람직하게, 제1 후면 전극부분은 20㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성되고, 제2 후면 전극부분은 100nm 내지 1㎛의 두께로 형성된다.Preferably, the first rear electrode portion is formed to a thickness of 20 µm to 30 µm, and the second rear electrode portion is formed to a thickness of 100 nm to 1 µm.
복수의 후면 전계부는 전면 전극과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.The plurality of rear electric field units may be formed at positions corresponding to the front electrode.
후면 전계부의 폭은 전면 전극의 폭과 동일하게 형성될 수 있다.The width of the rear electric field may be formed to be the same as the width of the front electrode.
후면 전극은 상기 기판의 후면 전체면에 형성될 수 있다.The back electrode may be formed on the entire back surface of the substrate.
제1 후면 전극부분과 제2 후면 전극부분은 동일한 물질로 형성되고, 후면 전계부와는 다른 물질로 형성될 수 있다.The first rear electrode portion and the second rear electrode portion are formed of the same material, and may be formed of a different material from the rear electric field portion.
여기에서, 후면 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the back electrode is preferably formed of silver (Ag) or copper (Cu).
이러한 구성의 태양 전지는, 반도체 기판의 전면에 에미터부를 형성하는 단계; 반도체 기판의 후면에 복수의 후면 전계부를 형성하는 단계; 반도체 기판의 후면에 보호막을 형성하는 단계; 보호막에 레이저를 조사하여 복수의 후면 전계부를 노출하는 복수의 홀을 형성하는 단계; 및 홀의 내부에 채워져 후면 전계부와 접촉하는 제1 후면 전극부분 및 보호막과 접촉하는 제2 후면 전극 부분을 포함하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.A solar cell having such a configuration includes forming an emitter portion on a front surface of a semiconductor substrate; Forming a plurality of rear electric fields on the rear surface of the semiconductor substrate; Forming a protective film on the back surface of the semiconductor substrate; Forming a plurality of holes exposing a plurality of rear electric fields by irradiating a protective film with a laser; And a rear electrode filled in the hole and including a first rear electrode portion contacting a rear electric field portion and a second rear electrode portion contacting a protective film.
여기에서, 후면 전계부의 폭과 제1 후면 전극부분의 폭을 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the width of the rear electric field portion and the width of the first rear electrode portion are formed to be the same as each other.
그리고, 후면 전극을 형성하는 단계에서는 PVD 방식을 사용할 수 있다.In addition, in the step of forming the back electrode, a PVD method may be used.
이러한 특징에 따르면, 국부적 후면 전계부(LBSF: Local Back Surface Field)를 구비한 태양전지에서 후면 전극과 후면 전계부(back surface field, BSF)의 정렬(alignment) 공정이 필요하지 않으므로, 후면 전극과의 정렬을 위해 필요한 후면 전계부의 마진 영역(margin region)을 줄일 수 있다.According to these features, in the solar cell having a local back surface field (LBSF: Local Back Surface Field), the alignment process of the back electrode and the back surface field (BSF) is not required. It can reduce the margin region of the rear electric field required for alignment.
따라서, 후면 전계부의 형성 면적을 감소시킬 수 있으므로, 개방 전압(Voc)이 상승하고, 태양 전지의 효율이 향상된다.Therefore, since the formation area of the rear electric field portion can be reduced, the open voltage Voc increases, and the efficiency of the solar cell is improved.
그리고, 반사 효과가 큰 금속, 예컨대 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 후면 전극 물질로 사용하여 반도체 기판의 입사면으로 입사된 빛이 후면 전극에서 반사된 후 반도체 기판에 다시 입사되도록 함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도를 증가시킬 수 있다.In addition, by using a metal having a large reflecting effect, for example, silver (Ag) or copper (Cu) as a back electrode material, light incident on the incident surface of the semiconductor substrate is reflected from the back electrode and then re-enters the semiconductor substrate. Since the amount of light used for conversion can be increased, the short-circuit current density can be increased.
따라서, 태양 전지의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Therefore, the efficiency of the solar cell can be further improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.1 is a partial perspective view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 taken along line II-II.
3 to 9 are process charts sequentially showing a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and can be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms may be used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.The term “and/or” can include any combination of a plurality of related described items or any of a plurality of related described items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is said to be "connected" or "coupled" to another component, it may be directly connected to or coupled to the other component, but other components may exist in the middle. Can be understood.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly coupled" to another component, it can be understood that no other component exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.In this application, terms such as “include” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It may be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, thicknesses are enlarged to clearly represent various layers and regions. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is said to be “above” another portion, this includes not only the case “directly above” other portions, but also other portions in between. Conversely, when one part is "just above" another part, it means that there is no other part in the middle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, may be interpreted as having meanings that are consistent with meanings in the context of related technologies, and are interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. It may not be.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
In addition, the following embodiments are provided to more fully explain to those having average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for more clear explanation.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.Then, a solar cell and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2를 참고하면, 태양 전지(1)는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 보호막(130), 제1 보호막(130) 위에 위치하는 반사방지막(140), 제1 보호막(130) 및 반사방지막(140)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 전면 전극(front electrode)(150), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160), 기판(110)의 후면에 위치하는 제2 보호막(170), 제2 보호막(170)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(160)의 후면 및 제2 보호막(170)의 후면 전체에 위치하는 후면 전극(back electrode)(180)을 포함한다.1 and 2, the
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.The
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.Since the
이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 에미터부(120)가 위치하는 전면과 전면의 반대쪽에 위치하는 후면이 텍스처링 표면으로 각각 형성된다.The
에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면에 위치하고, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(121)가 형성되므로 기판(110)과 에미터부(121)의 접합면은 평탄면이 아니라 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.The
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.Due to the built-in potential difference due to the pn junction, electron-hole pairs, which are charges generated by the light incident on the
따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.Therefore, when the
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.When the
제1 보호막(130)은 기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 형성되고, 음(-)의 고정 전하(negative fixed charge)를 갖는 물질, 예를 들면 알루미늄 산화물(AlOx) 또는 이트리움 산화물(Y2O3)로 형성될 수 있다.The
상기 물질은 낮은 인터페이스 트랩 밀도(interface trap density)에 따른 화학적 패시베이션 특성과 음(-)의 고정 전하에 의한 전계 효과 패시베이션 특성이 우수하다. 또한 안정성, 투습률, 내마모성 특성이 매우 우수하다.The material is excellent in chemical passivation characteristics according to low interface trap density and field effect passivation characteristics due to negative fixed charge. In addition, it has excellent stability, moisture permeability, and wear resistance properties.
따라서, 표면 재결합 속도를 감소시켜 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있으며, 장기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Therefore, it is possible to improve the efficiency of the
반사방지막(140)은 제1 보호막(130) 위에 위치하고, 양(+)의 고정 전하를 갖는 물질, 예를 들어 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 산화 질화물(SiOxNx)로 이루어질 수 있다.The
반사방지막(140)은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양 전지(1)의 효율을 높인다.The
전면 전극(150)은 기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 위치하며, 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 전면 전극(150)은 어느 한 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극 및 복수의 핑거 전극과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극을 구비한 그리드 패턴으로 형성될 수 있다.The
이러한 전면 전극(150)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.The
전면 전극(150)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다. 한 예로, 전면 전극(150)은 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 AgAl로 형성될 수 있다.The
후면 전계부(160)는 후면 전극(180)과 전기적 및 물리적으로 연결되고, 전면 전극(150)과 대응되는 위치의 기판(110)의 후면에 국부적으로 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.The rear
여기에서, 후면 전계부(160)가 국부적으로 위치한다는 것은 후면 전계부(160) 사이에 일정한 간격이 유지된다는 것을 의미하며, 각각의 후면 전계부(160)는 도트(dot) 또는 라인(line) 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 후면 전계부(160)의 간격이 좁게 형성될 수 도 있으며, 좁게 형성되는 경우 후면 전극(180)과의 접촉 영역이 증가하여 필 펙터(Fill factor, FF)가 상승할 수 있습니다.Here, the fact that the rear
후면 전계부(160)는 위에서 설명한 바와 같이 전면 전극(150)과 대응되는 위치에 형성될 수 있지만, 후면 전계부(160)의 형성 위치는 제한되지 않는다. 그리고 후면 전계부(160)의 폭(W1)은 전면 전극(150)의 폭(W2)과 동일하거나 서로 다를 수 있다.The rear
후면 전계부(160)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.The rear
제2 보호막(170)은 후면 전극(180) 및 후면 전계부(160)가 위치하지 않는 영역의 기판(110) 후면에 위치한다.The
본 실시예에서, 제2 보호막(170)은 제1 보호막(130)과 동일한 물질로 형성될 수 있고, 제1 보호막(130)과 동일한 두께를 가질 수 있다.In this embodiment, the
이와는 달리, 제2 보호막(170)은 제1 보호막(130)과 다른 물질로 형성될 수 있으며, 제1 보호막(130)과 다른 두께를 가질 수 있다.Alternatively, the
그리고, 제1 보호막(130)과 제2 보호막(170) 중 적어도 하나의 막은 복수의 층으로 형성될 수 있다.In addition, at least one of the
후면 전극(180)은 제2 보호막(170)을 관통하여 후면 전계부(160)와 직접 접촉하는 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 보호막(170)의 후면에 형성되는 제2 후면 전극부분(184)을 포함하며, 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 후면 전극부분(184)은 서로 동일한 물질로 형성되지만, 서로 다른 두께를 갖는다. 이러한 후면 전극(180)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.The
본 실시예에서, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)는 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크다. 예를 들어, 제1 후면 전극부분(182)은 후면 전계부(160)의 후면으로부터 약 20㎛ 내지 30㎛의 두께(T1)를 가질 수 있고, 제2 후면 전극부분(184)은 제2 보호막(170)의 후면으로부터 약 100nm 내지 1㎛의 두께(T2)를 갖는다.In this embodiment, the thickness T1 of the first
이처럼, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)가 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크게 형성되므로, 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 후면 전계부(160)의 하부면까지의 최단 거리(T1과 동일함)는 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 제2 보호막(170)의 하부면까지의 최단 거리(T2와 동일함)보다 길다.As such, since the thickness T1 of the first
후면 전극(180)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 후면 전극(180)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된다.
The
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.The operation of the
태양 전지(1)로 조사된 빛이 에미터부(120)를 통해 기판(110)의 내부로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.When light irradiated onto the
이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되므로 기판(110)의 전면 및 후면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지(1) 내부에 빛이 갇히게 된다. 따라서, 빛의 흡수율이 증가되어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.At this time, since the surface of the
이에 더하여, 기판(110)의 전면에 위치하는 제1 보호막(130) 및 반사방지막(140)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.In addition, the reflection loss of light incident on the
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.These electron-hole pairs are separated from each other by a pn junction of the
이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(160)를 통해 후면 전극(180)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 전면 전극(150)으로 이동한다. 따라서, 어느 한 태양 전지(1)의 전면 전극(150)과 인접한 태양 전지(1)의 후면 전극(180)을 인터커넥터 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
As described above, electrons moved toward the
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 3을 참고로 하면, 먼저, n형 반도체 기판(110)을 준비하고, 전면과 후면을 모두 텍스쳐링한다.Referring to FIG. 3, first, an n-
일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.In general, the
실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 n형의 반도체 기판(110)을 제조한다.When the silicon wafer is prepared, an impurity of a pentavalent element, such as phosphorus (P), is doped into the silicon wafer to manufacture an n-
한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.On the other hand, when slicing a silicon block or ingot, a mechanical damage layer is formed on the silicon wafer.
따라서 기계적 손상층으로 인한 태양 전지(1)의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.Therefore, in order to prevent the deterioration of the characteristics of the
기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 양쪽 표면을 텍스처링 표면으로 각각 형성한다.After removing the mechanical damage layer, both surfaces of the
다음으로, 도 4에 도시한 것처럼, n형 반도체 기판(110) 위에 p형 에미터부(120)를 형성한다. 에미터부(120)는 예를 들어, 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)이나 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD) 등과 같은 적층 공정으로 기판(110) 위에 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 이온 주입법(ion implantation) 또는 열 확산법을 이용하여 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들어 텍스처링 표면에 3가 원소의 불순물을 주입 또는 확산하는 것에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.Next, as shown in FIG. 4, the p-
다음으로, 도 5에 도시한 것처럼, 기판(110)의 다른 쪽 면, 예를 들어 후면에 5가 원소의 불순물을 포함하는 불순물층(1100)을 형성한 후, 불순물층(1100)의 일부 영역, 특히 후면 전극(180)의 제1 후면 전극부분(182)이 위치할 영역에 레이저를 국부적으로 조사하여 복수의 후면 전계부(160)를 형성한다. 이와 같이, 조사된 레이저에 의해 해당 영역의 불순물층(1100)이 가열되어 가열된 부분에 위치하는 n형 불순물이 기판(110) 속으로 주입되어 후면 전계부(160)가 형성된다.후면 전계부(160)를 형성할 때는 레이저를 사용하는 대신에 이온 주입법을 사용할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 5, after forming an
본 실시예의 태양 전지(1)는 후면 전극(180)이 기판(110)의 후면 전체에 형성된다. 따라서, 후면 전극(180)을 형성할 때 제1 후면 전극부분(182)과 후면 전계부(160)간의 정렬 공정을 수행하지 않아도 되기 때문에 후면 전계부(160)의 폭(W1)을 최소화하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 후면 전계부(160)의 폭(W1)이 최소화되므로, 개방 전압(Voc)이 증가한다.In the
다음으로, 도 6에 도시한 것처럼, 불순물층(1100)을 제거하고, 기판(110)의 전면 및 후면에 제1 보호막(130)과 제2 보호막(170)을 각각 형성한다. 이때, 제1 보호막(130)은 에미터부(120)의 전면에 형성되고, 제2 보호막(170)은 기판(110) 후면에 형성된다.Next, as shown in FIG. 6, the
제1 보호막(130)과 제2 보호막(170)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.The
다음으로, 도 7에 도시한 것처럼, 제1 보호막(130) 위에 실리콘 질화물을 증착하여 반사방지막(140)을 형성한다. 이때, 반사방지막(140)은 제1 보호막(130)의 전면 전체에 형성된다.Next, as shown in FIG. 7, an
반사방지막(140)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.The
다음으로, 도 8에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면(front surface)에 전면 전극(150)을 형성한다. 구체적으로, 반사방지막(140) 위에 전면전극 형성용 페이스트를 도포하고, 소성 공정을 실시하면, 반사방지막(140) 및 제1 보호막(130)을 관통하여 에미터부(120)에 접촉하는 전면 전극(150)이 형성된다. 이때, 전면 전극(150)은 후면 전계부(160)와 마주하는 위치에 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 8, the
다음으로, 도 9에 도시한 것처럼, 제2 보호막(170)의 후면에 레이저를 조사하여 홀(1800)을 형성한다. 홀(1800)은 후면 전계부(160)에 대응하여 위치하며, 홀(1800)의 폭은 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하게 형성된다.Next, as illustrated in FIG. 9, a
이후, 스퍼터링법과 전자빔 증착 등의 물리 기상 증착법(PVD)을 사용하여 제2 보호막(170)의 후면과 물리적으로 접촉하는 제2 후면 전극부분(184)과 홀(1800)의 내부에 채워져 후면 전계부(160)와 물리적으로 접촉하는 제1 후면 전극부분(182)을 포함하는 후면 전극(180)을 형성한다. 이때, 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 후면 전극부분(184)은 서로 동일한 물질로 형성된다.Subsequently, the rear electric field part is filled in the inside of the second
본 실시예에서, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)는 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크다. 예를 들어, 제1 후면 전극부분(182)은 제2 보호막(170)을 관통하여 후면 전계부(160)의 후면으로부터 약 20㎛ 내지 30㎛의 두께(T1)를 가질 수 있고, 제2 후면 전극부분(184)은 제2 보호막(170)의 후면으로부터 약 100nm 내지 1㎛의 두께(T2)를 갖는다.In this embodiment, the thickness T1 of the first
이처럼, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)가 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크게 형성되므로, 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 후면 전계부(160)의 하부면까지의 최단 거리(T1과 동일함)는 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 제2 보호막(170)의 하부면까지의 최단 거리(T2와 동일함)보다 길다.As such, since the thickness T1 of the first
이와 같이, 후면 전계부(160)를 먼저 형성한 후에 제2 보호막(170)을 형성하고, 제2 보호막(170)에 후면 전계부(160)를 노출하는 홀(1800)을 형성한 후 후면 전극(180)을 형성하므로, 후면 전극(180)을 형성하는 물질은 후면 전계부(160)에 함유된 불순물을 포함하지 않아도 된다. 후면 전극(180)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 후면 전극(180)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된다.As described above, after forming the rear
따라서, 후면 전극(180)은 반사 특성 및 전도성이 우수한 물질, 예컨대 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.Accordingly, the
그리고 제1 후면 전극부분(182)이 형성되는 홀(1800)의 폭이 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하므로, 제1 후면 전극부분(182)의 폭은 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하게 형성된다. 따라서, 후면 전계부(160)와 후면 전극(180)의 정렬을 위해 후면 전계부(160)의 폭을 제1 후면 전극부분(182)의 폭보다 크게 형성할 필요가 없다.In addition, since the width of the
그리고, 물리 기상 증착법(PVD)을 이용하여 후면 전극(180)을 형성하므로, 저온 공정이 가능하여 반도체 기판에 열적 손상이 가해지는 것을 줄일 수 있다.In addition, since the
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
110: 기판 120: 에미터부
130: 제1 보호막 140: 반사방지막
150: 전면 전극 160: 후면 전계부
170: 제2 보호막 180: 후면 전극
182: 제1 후면 전극부분 184: 제2 후면 전극부분 110: substrate 120: emitter portion
130: first protective film 140: anti-reflection film
150: front electrode 160: rear electric field
170: second protective film 180: back electrode
182: first rear electrode portion 184: second rear electrode portion
Claims (13)
상기 반도체 기판의 후면에 불순물을 포함하는 불순물층을 형성하고, 국부적으로 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판의 후면에 상기 불순물을 확산시켜 복수의 후면 전계부를 국부적으로 형성하는 단계;
상기 불순물층을 제거하고, 상기 반도체 기판의 후면 및 상기 복수의 후면 전계부의 후면에 보호막을 형성하는 단계;
상기 보호막에 레이저를 조사하여 상기 복수의 후면 전계부를 노출하는 복수의 홀을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 홀의 내부에 채워져 상기 복수의 후면 전계부와 접촉하며 상기 복수의 후면 전계부에 함유된 상기 불순물을 포함하지 않는 복수의 제1 후면 전극 부분 및 상기 복수의 후면 전계부 사이에 위치하여 상기 보호막과 접촉하며 상기 복수의 후면 전계부에 함유된 도전성 불순물을 포함하지 않는 제2 후면 전극 부분을 포함하는 후면 전극을 물리기상증착법(PVD법)으로 상기 기판의 후면 전체에 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 홀 각각은 상기 복수의 후면 전계부 각각의 폭과 동일한 폭으로 형성되고,
상기 후면 전극을 형성하는 단계는 저온 공정으로 수행되는 태양 전지 제조방법.Forming an emitter portion on the front surface of the semiconductor substrate;
Forming an impurity layer containing impurities on the rear surface of the semiconductor substrate and locally irradiating a laser to diffuse the impurities on the rear surface of the semiconductor substrate to locally form a plurality of rear electric field parts;
Removing the impurity layer, and forming a protective film on the rear surface of the semiconductor substrate and the rear surface of the plurality of rear electric field parts;
Forming a plurality of holes exposing the plurality of rear electric fields by irradiating the protective film with a laser; And
It is located between the plurality of first rear electrode parts and the plurality of rear electric fields that are filled in the plurality of holes and contact the plurality of rear electric fields and do not contain the impurities contained in the plurality of rear electric fields. And forming a rear electrode including a second rear electrode portion that does not contain conductive impurities contained in the plurality of rear electric field portions in contact with the protective layer on the entire rear surface of the substrate by physical vapor deposition (PVD method). ,
Each of the plurality of holes is formed to have the same width as each of the plurality of rear electric field parts,
The step of forming the back electrode is a solar cell manufacturing method performed by a low temperature process.
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