KR102312039B1 - 태양전지, 태양전지의 제조 시스템 및 태양전지의 제조 방법 - Google Patents

태양전지, 태양전지의 제조 시스템 및 태양전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고변환효율의 태양전지를 염가로 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 관한 태양전지는, 반도체 기판(101)을 보호하는 패시베이션막과, 반도체 기판의 주면에 있어서 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극(201)과, 제1핑거 전극(201)과 교차하는 제1버스바 전극(202)과, 제1핑거 전극(201)과 제1버스바 전극(202)의 교차 위치에 설치되는 중간층(203)을 구비하고, 제1핑거 전극(201)과 제1버스바 전극(202)은 중간층(203)을 개재하여 서로 전기적으로 도통하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지, 태양전지의 제조 시스템 및 태양전지의 제조 방법
본 발명은 태양전지, 태양전지의 제조 시스템 및 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 고효율 태양전지 셀로서 이른바 PR(Passivated Rear) 구조형 태양전지 셀이 제안되어 있다. PR 구조형 태양전지 셀의 특징은, 기판의 이면을 패시베이션(passivation) 효과가 높고 광학적인 손실이 발생하기 어려운 보호막으로 덮고, 또한 기판과 이면 전극의 컨택트(contact) 개소를 국재화(局在化)하여, 캐리어(carrier)의 표면 재결합을 저감하고 있는 것에 있다. 이 이면 전극은 태양전지 셀에서 생긴 광생성 전류를 외부로 인출하기 위한 버스바(busbar) 전극과, 이들 버스바 전극에 접속하고 있고, 기판과 컨택트하고 있는 집전용의 핑거(finger) 전극으로 이루어진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 태양전지의 수광면측으로 되는 기판의 면을 수광면, 수광면과 반대측으로 되는 기판의 면을 이면으로 한다.
이 이면 전극으로서의 핑거 전극과 버스바 전극은 유리 프릿(glass frit) 등을 포함하는 도전성 은페이스트를 인쇄 후, 건조시켜 소성하고, 패시베이션막을 관통하여 형성하는 것이 일반적이다. 그러나, 도전성 은페이스트는 은이 주성분이기 때문에 고가이고, 이것을 이용하는 것은 태양전지 셀의 제조 비용 상승으로 이어져 버린다. 또, 도전성 은페이스트를 이용한 경우, 전극과 기판의 접촉부에 있어서의 표면 재결합 속도가 높아져 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 확산층이 형성되어 있지 않은 혹은 확산층의 표면 농도가 낮은 기판과 전극 사이의 접촉 저항은 매우 높아져 버린다고 하는 문제도 있다. 그 때문에 염가이고 또한 접촉 저항이 낮게, 표면 재결합 속도를 낮게 할 수 있는 전극이 요망되고 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 핑거 전극의 형성 방법으로서, 도전성 알루미늄 페이스트를 인쇄 후, 건조시켜 소성하고, 패시베이션막을 관통하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 도전성 알루미늄 페이스트는 도전성 은페이스트와 비교하여 그램 단가가 매우 낮아 제조 비용을 억제할 수가 있다. 또, 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시에, 기판과 도전성 알루미늄 페이스트의 접촉부에 p＋층을 형성하므로, 도전성 은페이스트 사용시와 비교하면, 전극과 기판의 접촉부에 있어서의 표면 재결합 속도의 상승을 억제할 수 있거나, 확산층이 형성되어 있지 않은 혹은 확산층의 표면 농도가 낮은 기판과 전극의 접촉 저항을 낮게 할 수 있거나 하는 이점이 있다.
또한, 상기 문제를 해결하기 위해, 버스바 전극의 형성 방법으로서, 저온 가열 경화형 은페이스트를 인쇄 후, 건조시키고 가열하여, 핑거 전극과만 접속하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 저온 가열 경화형 은페이스트를 이용하여 형성한 전극은 패시베이션막을 관통하지 않기 때문에, 기판의 표면 재결합 속도를 상승시키지 않고, 핑거 전극의 접속부로부터 모은 광생성 전류를 효율적으로 외부로 인출할 수가 있다.
상기의 요청으로부터, PR 구조형 태양전지 셀에 있어서는, 핑거 전극은 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성하고, 버스바 전극은 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극은 전극 표면에 고저항의 산화알루미늄 피막이 형성되어 있기 때문에, 저온 가열 경화 은페이스트를 이용한 버스바 전극과의 사이의 접촉 저항이 높아져 버린다고 하는 문제가 있었다.
이러한 문제의 대책으로서, 산화알루미늄 피막을 초음파 세정이나 광화학 에칭 가공에 의해 산화알루미늄 피막을 제거하는 방법이 있다(예를 들면 특허문헌 1). 그러나 이 경우 번잡한 에칭 공정이 증가하여 비용 증대로 이어지거나, 세정시에 기판에의 중금속 오염이 발생하여 라이프타임(lifetime)이 저하하거나, 수율이 저하하거나 한다고 하는 새로운 문제가 생긴다.
또, 핑거 전극의 산화알루미늄 피막의 표면을 청정하게 하고 활성화하고 부분적으로 접착 촉진제로 덮는 처리를 함으로써, 버스바 전극과 접착할 수 있도록 하는 방법이 있다(예를 들면 특허문헌 2). 그러나 이 경우도 표면의 청정화 작업에 의한 비용 증대나 수율 저하가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 생긴다.
그 외, 알루미늄 비즈(beads)에 의한 샌드 블래스트(sand blast)로 산화알루미늄 피막을 제거한다고 하는 방법도 있지만(예를 들면 특허문헌 3), 기판 표면을 손상시켜 표면 재결합 속도를 상승시키거나, 수율을 저하시키거나 하는 문제가 있다.
일본국 특허공표 2012－526399호 공보 일본국 특허공표 2008－506796호 공보 일본국 특허공개 1985－25656호 공보
그래서, 본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이고, 간편한 방법으로, 염가로 접촉 저항이 낮고, 계면의 표면 재결합 속도가 낮은 핑거 전극과, 계면의 표면 재결합 속도가 낮은 버스바 전극을 저저항으로 접속시켜, 고변환효율의 태양전지를 안정한 수율로 염가로 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명자들은 상기 과제를 감안하여 예의 검토를 거듭한 결과, 본 발명을 이루기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 태양전지는, 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 알루미늄 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극 사이에, 도전성 은페이스트를 소성하여 형성되는 중간층을 설치한 것이다.
이 중간층에는 예를 들면 도전성 은페이스트가 이용된다. 이에 의해, 핑거 전극으로서 알루미늄 전극을 이용한 경우에 도전성 은페이스트 중의 유리가 알루미늄 전극의 산화알루미늄 피막을 깨뜨려 은-알루미늄 합금을 만든다. 이에 의해 중간층과 알루미늄 전극(핑거 전극) 사이의 접촉 저항을 낮게 할 수가 있다.
또, 이 도전성 은페이스트에 의한 전극(중간층)과 저온 가열 경화 은페이스트의 버스바 전극은 양쪽 모두 은이 주성분이기 때문에 접촉 저항을 낮게 할 수가 있다. 따라서, 이 중간층을 개재하여 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극이 낮은 저항으로 전기적으로 접속되어, 알루미늄 전극(핑거 전극)과 저온 가열 경화의 버스바 전극을 양립한, 염가로 고효율인 태양전지가 제작된다.
이 중간층을 형성하는 페이스트는 핑거 전극을 형성하는 페이스트나 버스바 전극을 형성하는 페이스트의 사용량과 비교하여 극소량이다. 소량이라도 핑거 전극과 버스바 전극의 충분한 저저항이 실현된다. 따라서, 은페이스트를 사용해도 비용 증대에는 거의 영향을 주지 않는다.
본 발명에 관한 태양전지는 PR 구조형 태양전지 셀뿐만 아니라, 예를 들면 이면 전극형 태양전지 셀에도 적용하여 변환효율을 향상시킬 수가 있다. 이면 전극형 태양전지 셀의 p＋층과 접속하는 전극으로서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극이 바람직하다고 되어 있다.
또 n＋층과 접속하는 전극으로서는 일반적인 핑거 전극용의 도전성 은페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극이 바람직하다고 되어 있다. 이것은 n＋층과 접속하는 전극에 알루미늄 페이스트를 이용하면, n＋층 중에 p＋층이 형성되어 버려 변환효율 악화로 이어져 버리기 때문이다.
이들 요청을 감안하여, 이면 전극형 태양전지 셀에 본 발명을 적용하는 경우, 예를 들면 p＋층 상에 도전성 알루미늄 페이스트를 인쇄·건조시킨 후, n＋층 상, 및 p＋층 상의 중간층으로 되는 개소에 도전성 은페이스트를 인쇄·건조시킨 후에 소성한다고 하는 방법을 채용한다. 이에 의해 p＋층과 접속하는 알루미늄 핑거 전극, n＋층과 접속하는 은 핑거 전극, 알루미늄 핑거 전극 상의 중간층을 형성할 수가 있다.
그 후 저온 가열 경화 은페이스트를 이용한 버스바 전극을 형성한다. 이 경우 n＋층과 접속하는 은 핑거 전극과 알루미늄 핑거 전극 상의 중간층은 예를 들면 스크린 인쇄 등으로 동시에 형성할 수 있기 때문에, 중간층을 형성하지 않는 공정과 비교해도 공정수는 증가하지 않고, 비용에 주는 영향은 매우 작다고 하는 이점이 있다.
그래서, 본 발명에 관한 태양전지는, 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막과, 반도체 기판의 주면에 있어서 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극과, 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극과, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극의 교차 위치에 설치되는 중간층을 구비하고, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극은 중간층을 개재하여 서로 전기적으로 도통하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 태양전지에 있어서, 제1핑거 전극은 알루미늄의 소결체를 포함하고, 제1버스바 전극은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 은의 소결체를 포함하고, 중간층은 유리 프릿과 은의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 태양전지는, 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층과, 반도체 기판, 제1불순물 확산층 및 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막과, 주면에 있어서 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극과, 주면에 있어서 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극과, 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극과, 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극과, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극의 교차 위치에 설치되는 중간층을 구비하고, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극은 중간층을 개재하여 서로 전기적으로 도통하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 태양전지에 있어서, 제1핑거 전극은 알루미늄의 소결체를 포함하고, 제1버스바 전극은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 은의 소결체를 포함하고, 제2핑거 전극 및 중간층은 유리 프릿과 은의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 태양전지에 있어서, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극의 교차 위치에 있어서, 주면과 직교하는 방향으로 보았을 때의 중간층의 면적을 A, 제1핑거 전극과 제1버스바 전극이 교차하는 면적을 B로 한 경우, A/B는 0.01 이상 1 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 PR(Passivated Rear) 구조형 태양전지의 제조 시스템은, 적어도, 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치와, 상기 반도체 기판의 주면에 있어서 상기 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 핑거 전극 형성 장치와, 상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치와, 상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 버스바 전극 형성 장치를 구비한다. 핑거 전극 형성 장치는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성하고, 중간층 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제1의 도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성한다. 도전성 알루미늄 페이스트와 제1도전성 은페이스트는 동시에 소성된다. 버스바 전극 형성 장치는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제2도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성하고, 도전성 알루미늄 페이스트 및 제1도전성 은페이스트의 소성시 피크(peak) 온도와 제2도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 이면 전극형 태양전지의 제조 시스템은, 적어도, 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 상기 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층을 형성하는 확산층 형성 장치와, 상기 반도체 기판, 상기 제1불순물 확산층 및 상기 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치와, 상기 주면에 있어서 상기 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 제1핑거 전극 형성 장치와, 상기 주면에 있어서 상기 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극을 형성하는 제2핑거 전극 형성 장치와, 상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치와, 상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 제1버스바 전극 형성 장치와, 상기 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극을 형성하는 제2버스바 전극 형성 장치를 구비한다. 제2핑거 전극 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 제2핑거 전극을 형성하고, 중간층 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제2도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성하고, 제1핑거 전극 형성 장치는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성한다. 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트는 동시에 소성된다. 제1버스바 전극 형성 장치는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제3도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성하고, 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시 피크 온도와 제3도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 태양전지의 제조 방법은, 반도체 기판에 패시베이션막을 형성하는 공정과, 반도체 기판의 주면에 있어서 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 공정과, 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 공정과, 중간층을 개재하여 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 공정을 구비하고, 제1핑거 전극을 형성하는 공정에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성하고, 중간층을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성하고, 도전성 알루미늄 페이스트와 제1도전성 은페이스트는 동시에 소성되고, 제1버스바 전극을 형성하는 공정에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제2도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성하고, 도전성 알루미늄 페이스트 및 제1도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와 제2도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 태양전지의 제조 방법은, 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판, 제1불순물 확산층 및 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 공정과, 주면에 있어서 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 공정과, 주면에 있어서 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극을 형성하는 공정과, 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 공정과, 중간층을 개재하여 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 공정과, 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극을 형성하는 공정을 구비하고, 제2핑거 전극을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 제2핑거 전극을 형성하고, 중간층을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제2도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성하고, 제1핑거 전극을 형성하는 공정에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성하고, 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트는 동시에 소성되고, 제1버스바 전극을 형성하는 공정에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제3도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성하고, 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시 피크 온도와 제3도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양전지의 제조 방법에 있어서, 제2핑거 전극을 형성하는 제1도전성 은페이스트의 도포와, 중간층을 형성하는 제2도전성 은페이스트의 도포를 동시에 행하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 PR 구조형 태양전지 셀에 대해 예시하는 모식 단면도이다.
도 2는 PR 구조형 태양전지 셀의 이면의 사시도이다.
도 3은 PR 구조형 태양전지 셀의 제조에 적합한 태양전지의 제조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 이면 전극형 태양전지 셀의 이면의 사시도이다.
도 5는 이면 전극형 태양전지 셀의 제조에 적합한 태양전지의 제조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은 하기 설명에 부가하여 광범위한 다른 실시형태로 행하는 것이 가능하고, 본 발명의 범위는 하기에 제한되는 것은 아니고, 청구범위에 기재되는 것이다. 또한, 도면은 원치수에 비례하여 도시되어 있지 않다. 본 발명의 설명이나 이해를 보다 명료하게 하기 위해, 관련 부재에 따라서는 치수가 확대되어 있고, 또 중요하지 않은 부분에 대해서는 도시되어 있지 않다.
(일반적인 PR 구조형 태양전지 셀)
먼저, 일반적인 PR 구조형 태양전지 셀의 제조 공정을 PR 구조형 태양전지 셀의 모식 단면도인 도 1을 예로 설명한다. 먼저, 반도체 기판(101)을 준비한다. 이 반도체 기판(101)에는 단결정 또는 다결정 실리콘 등이 이용된다. 반도체 기판(101)의 도전형은 p형, n형의 어느 것이라도 좋지만, 붕소 등의 p형의 반도체 불순물을 포함하고, 비저항은 0.1~4.0Ω·cm의 p형 실리콘 기판이 이용되는 경우가 많다. 이하, p형 실리콘 기판을 이용한 태양전지 셀 제조 방법을 예를 들어 설명한다. 반도체 기판(101)의 크기는 가로세로 100~150mm, 두께는 0.05~0.30mm의 판상의 것이 매우 적합하게 이용된다.
다음에, 반도체 기판(101)을 예를 들면 산성 용액 중에 침지하여 슬라이스 등에 의한 표면의 손상을 제거하고 나서, 또한 수산화칼륨 수용액 등의 알칼리 용액으로 화학 에칭하여 세정, 건조시킴으로써, 텍스쳐(texture)로 불리는 요철 구조를 기판의 양면에 형성한다. 요철 구조는 태양전지 셀 수광면에 있어서 광의 다중 반사를 생기게 한다. 그 때문에 요철 구조를 형성함으로써 실효적으로 반사율이 저감하여 변환효율이 향상된다.
다음에, BSF(Back Surface Field)층(104)을 형성한다. 예를 들면 BBr3 등을 포함하는 800~1100℃의 고온 가스 중에 반도체 기판(101)을 설치하고, 이면에 붕소 등의 p형 불순물 원소를 확산시키는 열확산법에 의해, 시트 저항이 20~300Ω／□ 정도인 p형 확산층과 유리층을 이면에 형성한다.
이 경우에는 열확산시에 반도체 기판(101)의 수광면끼리를 2매 마주 보게 하여 포갠 상태로 확산함으로써, 수광면에의 p형 확산층 형성을 막을 수가 있다. 그 후 예를 들면 희석한 불산 용액 등의 약품에 침지시킴으로써, 확산시에 반도체 기판(101)의 표면에 형성된 유리층을 제거하여, 순수로 세정한다.
다음에, 이미터(emitter)층(102)를 형성한다. 예를 들면 POCl3 등을 포함하는 850~1100℃의 고온 가스 중에 반도체 기판(101)을 설치하고, 반도체 기판(101)의 전면에 인 등의 n형 불순물 원소를 확산시키는 열확산법에 의해, 시트 저항이 30~300Ω／□ 정도인 n형 확산층과 유리층을 수광면에 형성한다. 이 n형 확산층이 이미터층(102)으로 된다.
또한, n형 확산층을 열확산법에 의해 형성하는 경우에는 반도체 기판(101)의 이면 및 단면에도 n형 확산층이 형성되는 경우가 있지만, 이 경우도 열확산시에 반도체 기판(101)의 이면끼리를 2매 마주 보게 하여 포갠 상태로 확산함으로써, 이면에의 n형 확산층 형성을 막을 수가 있다. 그 후 예를 들면 희석한 불산 용액 등의 약품에 침지시킴으로써, 확산시에 기판의 표면에 형성된 유리층을 제거하여, 순수로 세정한다. 또, 여기에서는 BSF층(104)을 형성하고 나서 이미터층(102)을 형성하고 있지만, 이미터층(102)을 형성하고 나서 BSF층(104)을 형성해도 좋다.
다음에, 반도체 기판(101)의 수광면 및 이면의 각각에 반사방지막을 겸용하는 패시베이션막(103, 106)을 형성한다. 이 패시베이션막(103, 106)은 예를 들면 SiN(질화실리콘) 등으로 이루어지고, 예를 들면 SiH4와 NH3의 혼합 가스를 N2로 희석하고, 글로우(glow) 방전 분해로 플라스마화시켜 퇴적시키는 플라스마 CVD법 등으로 형성된다. 이 패시베이션막(103, 106)은 반도체 기판(101)의 굴절률차 등을 고려하여, 굴절률이 1.8~2.3 정도로 되도록 형성되고, 두께는 500~1000Å(옹스트롬) 정도의 두께로 형성된다.
패시베이션막(103, 106)은 반도체 기판(101)의 표면에서 광이 반사하는 것을 방지하여, 반도체 기판(101) 내에 광을 유효하게 받아들이기 위해 설치된다. 또, 이 SiN은 형성시에 n형 확산층에 대해 패시베이션 효과가 있는 패시베이션막으로서도 기능하여, 반사방지의 기능과 아울러 태양전지 셀의 전기 특성을 향상시키는 효과가 있다. 또, 이 막은 질화실리콘에 한하지 않고, 산화실리콘, 탄화실리콘, 비정질 실리콘, 산화알루미늄, 산화티탄 등의 단층막, 또는 이들을 조합한 적층막을 이용해도 좋다. 또, 수광면과 이면에서 다른 막을 사용해도 좋다.
다음에, 반도체 기판(101)의 수광면과 이면에, 예를 들면 은분말과 유리 프릿 등을 포함하는 도전성 은페이스트를 스크린 인쇄하여 건조시킨다. 이후 각각의 도전성 페이스트를 500℃~950℃ 정도의 온도에서 1~60초 정도 소성함으로써, 패시베이션막(103, 106)을 관통시키고, 은분말을 소결시켜 형성한 전극과 실리콘을 도통시켜, 전극(105, 107)을 형성한다. 또한, 수광면과 이면의 전극 형성은 순번을 바꿔도 좋고, 소성을 한 번에 행해도 좋다.
상기와 같이 일반적인 PR 구조형 태양전지 셀의 제조 방법에 있어서는, 이면의 핑거 전극과 버스바 전극을 은분말과 유리 프릿 등을 포함하는 도전성 은페이스트를 소성하여 형성하고 있다. 그러나, 상기와 같은 수법을 이용한 경우, 고가의 도전성 은페이스트의 사용량이 많아져 제조 비용에 악영향을 줄뿐만 아니라, 전극(105, 107)과 반도체 기판(101) 사이의 재결합 속도가 크게 증대하여, 변환효율 상승의 방해로 되어 버린다고 하는 문제가 있다.
이러한 문제는 본 발명에 의해 해결된다. 구체적으로는, 핑거 전극은 염가의 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성하고, 버스바 전극은 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성한다. 이때 핑거 전극과 버스바 전극의 사이에는 도전성 은페이스트를 소성하여 형성한 중간층을 형성한다. 이에 의해 핑거 전극과 실리콘 기판 계면의 컨택트 저항과 캐리어 재결합 속도를 낮게 하면서, 버스바 전극과 실리콘 기판 계면의 캐리어 재결합을 낮게 하며, 핑거 전극과 버스바 전극을 전기적으로 도통시키는 것이 가능하게 되므로, 제조 비용을 저감하면서 변환효율을 상승시킬 수가 있다.
(PR 구조형 태양전지 셀)
도 2는 본 발명에 관한 태양전지를 적용한 PR 구조형 태양전지 셀의 이면의 사시도이다. 본 실시형태에 관한 PR 구조형 태양전지 셀은 상기 설명한 일반적인 PR 구조형 태양전지 셀에 대해 전극의 구조에서 상위하다. 반도체 기판(101)이나, 반도체 기판(101)에 설치된 텍스쳐 구조, BSF층(104), 패시베이션막(103, 106)에 대해서는 마찬가지다.
반도체 기판(101)의 이면에는 이면 핑거 전극(201) 및 이면 버스바 전극(202)이 설치된다. 이면 핑거 전극(201)은 소정의 간격으로 복수 개 평행하게 설치되어 반도체 기판(101)과 접속된다. 이면 버스바 전극(202)은 복수의 이면 핑거 전극(201)과 교차하도록 설치된다.
이면 핑거 전극(201)과 이면 버스바 전극(202) 사이에는 중간층(203)이 설치된다. 도 2에 있어서는 설명의 편의상 중간층(203)을 크게 그리고 있다. 중간층(203)은 이면 핑거 전극(201)과 이면 버스바 전극(202)의 교차 위치에 설치된다. 이 중간층(203)을 개재하여 이면 핑거 전극(201)과 이면 버스바 전극(202)이 서로 전기적으로 도통한다. 즉. 태양전지 셀로부터 발생한 캐리어는 이면 핑거 전극(201)을 통과하고, 중간층(203)을 개재하여 효율 좋게 이면 버스바 전극(202)으로 인출된다.
(PR 구조형 태양전지의 제조 시스템)
이어서, 이상에서 설명한 PR 구조형 태양전지 셀의 제조에 적합한 태양전지의 제조 시스템(400)에 대해 설명한다.
도 3에 나타낸 것처럼, PR 구조형 태양전지의 제조 시스템(400)은, 적어도, 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치(410)와, 반도체 기판의 주면에 있어서 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 핑거 전극 형성 장치(420)와, 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치(430)와, 중간층을 개재하여 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 버스바 전극 형성 장치(440)를 구비한다.
성막 장치(410)는 예를 들면, 플라스마 CVD 장치로 할 수가 있다. 또, 패시베이션막으로서 산화실리콘을 이용하는 경우는 1000℃ 정도까지 청정한 분위기에서 처리가 가능한 열처리로로 할 수도 있다.
핑거 전극 형성 장치(420)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 소성로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 핑거 전극 형성 장치(420)에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성한다.
중간층 형성 장치(430)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 소성로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 중간층 형성 장치(430)에서는 유리 프릿을 포함하는 제1의 도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성한다. 여기서, 핑거 전극 형성 장치(420)의 소성로와 중간층 형성 장치(430)의 소성로는 동일한 것으로 할 수 있다. 이에 의해 도전성 알루미늄 페이스트와 제1도전성 은페이스트는 동시에 소성된다. 또한, 핑거 전극 형성 장치(420)는 중간층 형성 장치(430)의 스크린 인쇄 장치 및 건조로의 하나 내지 복수를 겸용해도 좋다.
버스바 전극 형성 장치(440)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 가열로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 건조로의 온도 조정 가능역에 따라서는 가열로는 반드시 필요한 것은 아니다. 버스바 전극 형성 장치(440)에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제2도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성한다. 도전성 알루미늄 페이스트 및 제1도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와 제2도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 300℃ 이상 700℃ 이하로 할 수 있다. 여기서, 버스바 전극 형성 장치(440)는 중간층 형성 장치(430)의 스크린 인쇄 장치 및 건조로의 하나 내지 양방을 겸용해도 좋다.
스크린 인쇄 장치는 적어도 인쇄부와 얼라인먼트(alignment)부와 반송부를 가진다. 인쇄부는 스퀴지(squeegee), 스크레이퍼(scraper) 및 인쇄 제판을 가진다. 소망의 인쇄 패턴에 따라 인쇄 제판은 적당히 변경할 수 있다. 인쇄 제판 상의 페이스트(paste)를 스크레이퍼로 코트(coat)(제판에 충전)하고 스퀴지로 인쇄한다(제판으로부터 기판으로 압출한다). 얼라인먼트부는 기판 위치를 인식하기 위한 촬상 장치(카메라 등)와 가동식의 기판 스테이지(stage)를 가지고, 기판 상의 인쇄 위치가 항상 동일하게 되도록 조정한다. 반송부는 기판을 인쇄 스테이지에 주고받아 배출한다.
건조로 및 가열로는 벨트 컨베이어(belt conveyor) 방식이나 워킹 빔(walking beam) 방식 등의 반송 기구로 기판을 연속적으로 처리해도 좋고, 기판을 복수 모아 노(爐) 내에서 열처리하는 배치(batch)식이라도 좋다. 또, 반송 장치를 사이에 개재시키는 등 하여, 스크린 인쇄 장치나 소성로와 연결되어 있어도 좋다. 처리 온도는 실온 내지 400℃ 정도의 범위를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
소성로는 벨트 컨베이어 방식이나 워킹 빔 방식 등의 반송 기구로 기판을 연속적으로 처리하는 것이 일반적이다. 처리 온도는 300℃ 내지 900℃ 정도의 범위를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 제조 시스템(400)에 의해, 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극이 낮은 저항으로 전기적으로 접속되어, 알루미늄 전극(핑거 전극)과 저온 가열 경화의 버스바 전극을 양립한, 염가로 고효율인 PR 구조형 태양전지를 제작할 수가 있다.
(이면 전극형 태양전지 셀)
상기는 PR 구조형 태양전지 셀에 대한 실시형태의 예이지만, 본 발명은 비수광면에 이미터층, BSF층의 양방이 형성된 이면 전극형 태양전지 셀에 적용할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 관한 태양전지를 적용한 이면 전극형 태양전지 셀의 이면의 사시도이다. 반도체 기판(101)의 이면에는 이미터층(305)과 접속하는 제1핑거 전극(301)과, 제1핑거 전극(301)과 교차하는 제1버스바 전극(302)과, 제1핑거 전극(301)과 제1버스바 전극(302) 사이에 설치되는 중간층(303)이 설치된다. 도 4에 있어서는 설명의 편의상 중간층(303)을 크게 그리고 있다.
또, 반도체 기판(101)의 이면에는 제1핑거 전극(301)과 엇갈리게 배치되는 제2핑거 전극(307)과, 제2핑거 전극(307)과 교차하는 제2버스바 전극(308)이 설치된다. 제2핑거 전극(307)은 반도체 기판(101)의 이면에 설치된 BSF층(304)과 접속된다.
이러한 이면 전극형 태양전지 셀에 있어서는 중간층(303)을 개재하여 제1핑거 전극(301)과 제1버스바 전극(302)이 서로 전기적으로 도통한다. 즉, 태양전지 셀로부터 발생한 캐리어는 제1핑거 전극(301)을 통과하고, 중간층(303)을 개재하여 효율 좋게 제1버스바 전극(302)으로 인출된다.
(이면 전극형 태양전지의 제조 시스템)
이어서, 이상에서 설명한 이면 전극형 태양전지 셀의 제조에 적합한 태양전지의 제조 시스템(500)에 대해 설명한다.
도 5에 나타낸 것처럼, 본 발명에 관한 이면 전극형 태양전지의 제조 시스템(500)은 적어도, 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층을 형성하는 확산층 형성 장치(510)와, 반도체 기판, 제1불순물 확산층 및 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치(520)와, 주면에 있어서 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 제1핑거 전극 형성 장치(530)와, 주면에 있어서 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극을 형성하는 제2핑거 전극 형성 장치(540)와, 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치(550)와, 중간층을 개재하여 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 제1버스바 전극 형성 장치(560)와, 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극을 형성하는 제2버스바 전극 형성 장치(570)를 구비한다.
확산층 형성 장치(510)는 예를 들면, 1000℃ 정도까지 청정한 분위기에서 처리가 가능하고, BBr3나 POCl3 등의 도펀트(dopant) 가스를 도입 가능한 열처리로로 할 수가 있다.
성막 장치(520)는 예를 들면, 플라스마 CVD 장치로 할 수가 있다. 또, 패시베이션막으로서 산화실리콘을 이용하는 경우는 1000℃ 정도까지 청정한 분위기에서 처리가 가능한 열처리로로 할 수도 있다.
제1핑거 전극 형성 장치(530)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 소성로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 제1핑거 전극 형성 장치(530)에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 제1핑거 전극을 형성한다.
제2핑거 전극 형성 장치(540)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 소성로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 제2핑거 전극 형성 장치(540)에서는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 제2핑거 전극을 형성한다.
중간층 형성 장치(550)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 소성로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 중간층 형성 장치(550)에서는 유리 프릿을 포함하는 제2도전성 은페이스트를 소성하여 중간층을 형성한다. 여기서, 제1핑거 전극 형성 장치(530)의 소성로 및 제2핑거 전극 형성 장치(540)의 소성로는 중간층 형성 장치(550)의 소성로와 동일한 것으로 할 수 있다. 이에 의해 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트는 동시에 소성된다. 또한, 제1핑거 전극 형성 장치(530) 및 제2핑거 전극 형성 장치(540)는 중간층 형성 장치(550)의 스크린 인쇄 장치 및 건조로의 하나 내지 복수를 겸용해도 좋다.
제1버스바 전극 형성 장치(560) 및 제2버스바 전극 형성 장치(570)는 예를 들면, 스크린 인쇄 장치 및 건조로 및 가열로로 구성되는 장치로 할 수가 있다. 건조로의 온도 조정 가능역에 따라서는 가열로는 반드시 필요한 것은 아니다. 제1버스바 전극 형성 장치(560)에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제3도전성 은페이스트를 가열하여 제1버스바 전극을 형성한다. 제1도전성 은페이스트, 제2도전성 은페이스트 및 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시 피크 온도와 제3도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 300℃ 이상 700℃ 이하로 할 수 있다. 여기서, 제1버스바 전극 형성 장치(560) 및 제2버스바 전극 형성 장치(570)는 중간층 형성 장치(550)의 스크린 인쇄 장치 및 건조로의 하나 내지 양방을 겸용해도 좋다.
스크린 인쇄 장치는 적어도 인쇄부와 얼라인먼트부와 반송부를 가진다. 인쇄부는 스퀴지, 스크레이퍼 및 인쇄 제판을 가진다. 소망의 인쇄 패턴에 따라 인쇄 제판은 적당히 변경할 수 있다. 인쇄 제판 상의 페이스트를 스크레이퍼로 코트(제판에 충전)하고 스퀴지로 인쇄한다(제판으로부터 기판으로 압출한다). 얼라인먼트부는 기판 위치를 인식하기 위한 촬상 장치(카메라 등)와 가동식의 기판 스테이지를 가지고, 기판 상의 인쇄 위치가 항상 동일하게 되도록 조정한다. 반송부는 기판을 인쇄 스테이지에 주고받아 배출한다.
건조로 및 가열로는 벨트 컨베이어 방식이나 워킹 빔 방식 등의 반송 기구로 기판을 연속적으로 처리해도 좋고, 기판을 복수 모아 노 내에서 열처리하는 배치식이라도 좋다. 또, 반송 장치를 사이에 개재시키는 등 하여 스크린 인쇄 장치나 소성로와 연결되어 있어도 좋다. 처리 온도는 실온 내지 400℃ 정도의 범위를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
소성로는 벨트 컨베이어 방식이나 워킹 빔 방식 등의 반송 기구로 기판을 연속적으로 처리하는 것이 일반적이다. 처리 온도는 300℃ 내지 900℃ 정도의 범위를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 제조 시스템(500)에 의해, 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성되는 버스바 전극이 낮은 저항으로 전기적으로 접속되어, 알루미늄 전극(핑거 전극)과 저온 가열 경화의 버스바 전극을 양립한, 염가로 고효율인 이면 전극형 태양전지를 제작할 수가 있다.
(실시예 및 비교예)
이하에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 폭넓은 용도로 활용할 수 있는 것이다.
먼저, 붕소가 도프(dope)되고, 두께 0.2mm로 슬라이스(slice)하여 제작된 비저항이 약 1Ω·cm인 p형의 단결정 실리콘으로 이루어지는 p형 실리콘 기판에 외경 가공을 행함으로써, 한 변 15cm의 정방형의 판상으로 하였다. 그리고, 이 기판을 불질산 용액 중에 15초간 침지시켜 손상 에칭하고, 또한 2%의 KOH와 2%의 IPA를 포함하는 70℃의 용액으로 5분간 화학 에칭한 후에 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 기판의 양면에 텍스쳐 구조를 형성하였다.
상기 텍스쳐 형성이 끝난 기판의 이면에 대해, BBr3 가스 분위기 중에 있어서 950℃의 온도에서 30분간의 조건으로 열확산 처리를 행함으로써, 기판의 이면에 BSF층으로서의 p형 확산층과 유리층을 형성하였다. 여기서 준비한 기판 표면의 열처리 후의 시트 저항은 일면이 약 50Ω／□, 붕소 농도의 최대치는 1×1020atoms/cm3, p층 확산 깊이는 0.8㎛였다. 그 후 전처리가 끝난 기판을 25%의 불산 수용액에 침지한 후 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 유리층을 제거하였다.
또한, 상기 p형 확산층 형성이 끝난 기판의 수광면에 대해, POCl3 가스 분위기 중에 있어서 900℃의 온도에서 20분간의 조건으로 열확산 처리를 행함으로써, 기판의 수광면에 n형 확산층과 유리층을 형성하였다. 여기서 준비한 기판 수광면의 열처리 후의 시트 저항은 일면이 약 60Ω／□, 인 농도의 최대치는 7×1019atoms/cm3, n층의 확산 깊이는 0.4㎛였다. 그 후 기판을 25%의 불산 수용액에 침지한 후 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 유리층을 제거하였다.
이어서, SiH4와 NH3, N2를 이용한 플라스마 CVD법에 의해, 기판의 수광면 및 이면상에 반사방지막 겸 패시베이션막으로 되는 SiN을 두께 1000Å으로 형성하였다.
다음에, 여기까지의 처리를 한 기판의 수광면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이하, 핑거 전극 형상은 0.1mm 폭, 2mm 피치(pitch)로 형성되는 73개의 꼬치 모양 전극을 의미하고, 버스바 전극 형상은 2mm 폭, 74mm 피치로 상기 핑거 전극과 직행하여 교차하는 2개의 전극을 의미한다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다. 그 후 전처리가 끝난 기판을, 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 수광면 핑거 전극과 수광면 버스바 전극을 형성하였다.
그 후 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다. 그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다(비교예 1).
한편, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 알루미늄을 함유하는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극을 형성하였다.
그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다. 여기에서는 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 이용했지만, 예를 들면 아크릴 수지와 은을 함유하고 있는 토요켐주식회사제 저온 경화형 도전성 은페이스트 RA FS 074를 사용해도 좋다. 그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다(비교예 2).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.03mm×0.03mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.03mm×0.03mm)/(0.1mm×2mm)=0.0045로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－300℃=500℃다(실시예 1).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.045mm×0.045mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.045mm×0.045mm)/(0.1mm×2mm)≒0.01로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－300℃=500℃다(실시예 2).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－300℃=500℃다(실시예 3).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×2mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×2mm)/(0.1mm×2mm)=1로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－300℃=500℃다(실시예 4).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.13mm×2mm의 4각형 모양으로 중간층이 핑거 전극으로부터 비어져 나오도록 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.13mm×2mm)/(0.1mm×2mm)=1.3으로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－300℃=500℃다(실시예 5).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 600℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－600℃=200℃다(실시예 6).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 500℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－500℃=300℃다(실시예 7).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 100℃에서 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－100℃=700℃다(실시예 8).
또, 상기 수광면 전극 형성이 끝난 기판의 이면에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 각 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 최고 온도 800℃에서 5초간 전처리가 끝난 기판을 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이면 핑거 전극과 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 중간층을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 버스바 전극 형상으로 중간층과 포개지도록 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 80℃에서 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 이면 버스바 전극을 형성하여, PR 구조형 태양전지 셀을 제작하였다. 여기서, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 800℃－80℃=720℃다(실시예 9).
여기서, 실시예 1~실시예 9에 있어서의 핑거 전극 및 이면 핑거 전극은 도 2에 나타내는 이면 핑거 전극(201)에 상당하고, 버스바 전극 및 이면 버스바 전극은 도 2에 나타내는 이면 버스바 전극(202)에 상당하고, 중간층은 도 2에 나타내는 중간층(203)에 상당한다.
표 1에 상기의 비교예 1 및 비교예 2와 실시예 1 내지 실시예 9의 방법으로, 각각 20매씩의 PR 구조형 태양전지 셀을 제작했을 때의, 평균 변환효율 및 본 발명의 효과의 유무를 나타낸다.
Figure 112018117987905-pct00001
비교예 2는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성한 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성한 버스바 전극만을 사용하고, 중간층을 형성하고 있지 않기 때문에, 핑거 전극과 버스바 전극 간의 저항이 높아져, 변환효율이 비교예 1보다 낮아졌다.
본 발명에 의한 실시예를 이용함으로써, 비교예와 비교하면, PR 구조형 태양전지 셀의 평균 변환효율을 높일 수가 있었다. 알루미늄 접촉 저항 저하와 기판 표면의 재결합 속도 저하를 양립할 수 있는 염가의 도전성 알루미늄 페이스트를 소성한 핑거 전극과, 확산층의 재결합 속도 저하를 막는 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성한 버스바 전극을 양립할 수 있었기 때문이다.
또, 본 발명을 이용하여 효율 좋게 변환효율을 상승시키기 위해서는 주면(예를 들면 이면)과 직교하는 방향으로 본 중간층의 면적을 A, 핑거 전극과 버스바 전극이 교차하는 면적을 B로 한 경우, A/B는 0.01 이상 1 이하가 바람직한 것도 알 수 있었다. 이 값이 너무 작으면, 중간층이 너무 작아, 핑거 전극과 버스바 전극 간의 저항이 충분히 낮아지지 않고, 이 값이 너무 크면, 중간층이 너무 커, 패시베이션층으로 비어져 나와, 표면 재결합 속도를 증대시켜 버리기 때문이다.
또, 도전성 알루미늄 페이스트 및 도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 저온 가열 경화 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차는 300℃ 이상 700℃ 이하가 바람직한 것도 알 수 있었다. 이 차가 너무 작으면, 저온 가열 경화 은페이스트가 표면 재결합 속도를 증대시켜 버리고, 이 차가 너무 크면, 저온 가열 경화 은페이스트가 충분히 경화하지 않고 박리하기 쉬워져 버리기 때문이다.
상기는 본 발명을 PR 구조형 태양전지 셀에 적용했을 때의 결과이다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 이면 전극형 태양전지 셀에도 적용 가능하다. 이하, 이면 전극형 태양전지 셀에 대해, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 폭넓은 용도로 활용할 수 있는 것이다.
먼저, 인이 도프되고, 두께 0.2mm로 슬라이스하여 제작된 비저항이 약 1Ω·cm인 n형의 단결정 실리콘으로 이루어지는 n형 실리콘 기판에 외경 가공을 행함으로써, 한 변 15cm의 정방형의 판상으로 하였다. 그리고, 이 기판을 불질산 용액 중에 15초간 침지시켜 손상 에칭한 후에 순수로 세정하고 건조시켰다.
상기 손상 에칭 후의 기판을, 산소 분위기 중에 있어서, 1000℃의 온도에서 120분간의 조건으로 열산화함으로써, 기판의 양면에 산화실리콘막을 두께 700Å으로 형성하였다. 그리고, 기판의 이면에 형성된 산화실리콘막의, BSF층 형성 예정 개소 상에, 레지스트 페이스트를 스크린 인쇄하여, 100℃의 온도에서 가열하여 건조시켰다. 여기서, 이미터층은 폭 800㎛, BSF층은 폭 200㎛로, 이미터층과 BSF층이 교대로 형성되는, Interdigitated Back Contact 셀의 구조로 되는 것 같은 패턴으로 스크린 인쇄용 판을 형성하였다. 레지스트 페이스트로서는 LEKTRACHEM사제 185 페이스트를 이용하였다.
그 기판을 2% 불산 수용액에 침지시킴으로써, BSF층 형성 예정 개소의 위를 남기고, 산화실리콘막을 부분적으로 제거하고 나서, 아세톤에 침지시켜 레지스트 페이스트를 제거한 후, 순수로 세정하고 건조시켰다.
다음에, 기판의 이면에 대해, BBr3 가스 분위기 중에 있어서 900℃의 온도에서 20분간의 조건으로 열확산 처리를 행함으로써, 기판의 이면에 이미터층으로서의 p형 확산층과 유리층을 형성하였다. 여기서 준비한 n형 실리콘 기판 이면의 열처리 후의 시트 저항은 약 70Ω／□, p층의 확산 깊이는 0.5㎛였다. 그 후 이 기판을 25%의 불산 수용액에 침지한 후, 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 산화실리콘막과 유리층을 제거하였다.
상기 이미터층 형성 후의 기판을 산소 분위기 중에 있어서 1000℃의 온도에서 120분간의 조건으로 열산화함으로써, 기판의 양면에 산화실리콘막을 두께 700Å으로 형성하였다. 그리고, 기판의 이면에 형성된 산화실리콘막의, 이미터층을 형성한 개소 상에, 레지스트 페이스트를 스크린 인쇄하여, 100℃의 온도에서 가열하여 건조시켰다. 여기서, 레지스트 페이스트로서는 LEKTRACHEM사제 185 페이스트를 이용하였다. 그 기판을 2% 불산 수용액에 침지시킴으로써, 이미터층을 형성한 개소의 위를 남기고, 산화실리콘막을 부분적으로 제거하고 나서, 아세톤에 침지시켜 레지스트 페이스트를 제거하였다.
또한, 상기 기판의 이면에 대해, POCl3 가스 분위기 중에 있어서 930℃의 온도에서 20분간의 조건으로 열확산 처리를 행함으로써, 산화실리콘막을 제거한 개소에 인을 확산하여 BSF층으로서의 n형 확산층과 유리층을 형성하였다. 여기서 준비한 BSF층의 열처리 후의 시트 저항은 약 30Ω／□, n층의 확산 깊이는 0.5㎛였다. 그 후 이들 기판을 25%의 불산 수용액에 침지한 후, 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 산화실리콘막과 유리층을 제거하였다.
이어서, 기판의 이면 전면에 레지스트 페이스트를 스크린 인쇄하여, 100℃의 온도에서 가열하여 건조시켰다. 여기서, 레지스트 페이스트로서는 LEKTRACHEM사제 185 페이스트를 이용하였다. 그 기판을 2%의 수산화칼륨과 2%의 IPA를 포함하는 70℃의 용액으로 5분간 화학 에칭한 후에 순수로 세정하고 건조시킴으로써, 기판의 수광면에 텍스쳐 구조를 형성하였다. 그 후 기판을 아세톤에 침지시켜 레지스트 페이스트를 제거하였다.
다음에, SiH4와 NH3, N2를 이용한 플라스마 CVD법에 의해, 기판의 수광면 및 이면 상에, 반사방지막 겸 패시베이션막으로 되는 질화실리콘막을 두께 1000Å으로 형성하였다.
또한, 패시베이션막 형성 처리까지를 한 기판의 이미터층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이하, 핑거 전극 형상은 0.1mm 폭, 2mm 피치로 형성되는 73개의 꼬치 모양 전극을 의미하고, 버스바 전극 형상은 2mm 폭으로 상기 핑거 전극과 직행하여 교차하는 하나의 전극을 의미한다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
또한, 여기까지의 처리를 한 기판의 BSF층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 전처리가 끝난 기판을 최고 온도 800℃에서 5초간 소성하여, 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 이미터층과 접속하는 핑거 전극과 버스바 전극, 및 BSF층과 접속하는 핑거 전극과 버스바 전극을 형성하여, 이면 전극형 태양전지 셀을 제작하였다(비교예 3).
한편, 패시베이션막 형성 처리까지를 한 기판의 이미터층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 알루미늄을 함유하는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 여기까지의 처리를 한 기판의 BSF층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 전처리가 끝난 기판을, 최고 온도 800℃에서 5초간 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이미터층과 접속하는 핑거 전극, 및 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 BSF층과 접속하는 핑거 전극을 형성하였다. 그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 이미터층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극, 및 BSF층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극 형상으로 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다.
여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다. 여기에서는 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 이용했지만, 예를 들면 아크릴 수지와 은을 함유하고 있는 토요켐주식회사제 저온 경화형 도전성 은페이스트 RA FS 074를 사용해도 좋다. 그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 버스바 전극을 형성하여, 이면 전극형 태양전지 셀을 제작하였다(비교예 4).
한편, 패시베이션막 형성 처리까지를 한 기판의 이미터층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 알루미늄을 함유하는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 여기까지의 처리를 한 기판의 BSF층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 이미터층과 접속하는 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양으로 중간층을 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 전처리가 끝난 기판을, 최고 온도 800℃에서 5초간 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이미터층과 접속하는 핑거 전극, 및 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 BSF층과 접속하는 핑거 전극을 형성하였다.
그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 이미터층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극, 및 BSF층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극 형상으로 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 버스바 전극을 형성하여, 이면 전극형 태양전지 셀을 제작하였다(실시예 10).
한편, 패시베이션막 형성 처리까지를 한 기판의 이미터층 상에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 알루미늄 페이스트를 핑거 전극 형상의 패턴으로 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다. 여기서 도전성 알루미늄 페이스트로서는 알루미늄을 함유하는 GigaSolar사제 L210을 이용하였다. 또한, 여기까지의 처리를 한 기판의 BSF층 상과 이미터층과 접속하는 핑거 전극 상의 버스바 전극이 교차할 예정의 개소에, 스크린 인쇄법을 이용하여, 도전성 은페이스트를 핑거 전극 형상과 버스바 전극 형상의 패턴 및 중간층의 패턴으로 동시에 인쇄하여, 150℃에서 건조시켰다.
여기서 도전성 은페이스트로서는 유리 프릿과 은을 함유하고 있는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다. 상기 중간층의 패턴은 0.1mm×0.1mm의 4각형 모양이다. 이 경우 (중간층의 면적)/(핑거 전극과 버스바 전극이 적층하고 있는 면적)은 (0.1mm×0.1mm)/(0.1mm×2mm)=0.05로 된다. 여기서 도전성 은페이스트로서는 Heraeus사제 SOL9383M을 이용하였다.
그 후 전처리가 끝난 기판을, 최고 온도 800℃에서 5초간 소성하여, 알루미늄의 소결체로 이루어지는 이미터층과 접속하는 핑거 전극, 및 유리 프릿과 은의 소결체로 이루어지는 BSF층과 접속하는 핑거 전극을 형성하였다.
그 후 스크린 인쇄법을 이용하여, 에폭시 수지와 은을 함유하고 있는 저온 가열 경화 은페이스트를 이미터층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극, 및 BSF층과 접속하는 핑거 전극의 버스바 전극 형상으로 인쇄하여, 100℃에서 건조시켰다. 여기서 저온 가열 경화 은페이스트로서는 Heraeus사제 HL80－7147을 이용하였다.
그 후 최고 온도 300℃에서 5분간 전처리가 끝난 기판을 가열하여, 에폭시 수지와 은의 소결체로 이루어지는 버스바 전극을 형성하여, 이면 전극형 태양전지 셀을 제작하였다(실시예 11).
여기서, 실시예 10~실시예 11에 있어서의 이미터층과 접속하는 핑거 전극은 도 4에 나타내는 제1핑거 전극(301)에 상당하고, 이미터층과 접속하는 핑거 전극 상에 설치되는 버스바 전극은 도 4에 나타내는 제1버스바 전극(302)에 상당하고, BSF층과 접속하는 핑거 전극은 도 4에 나타내는 제2핑거 전극(307)에 상당하고, BSF층과 접속하는 핑거 전극 상에 설치되는 버스바 전극은 도 4에 나타내는 제2버스바 전극(308)에 상당하고, 중간층은 도 4에 나타내는 중간층(303)에 상당한다.
표 2에 상기의 비교예 3 및 비교예 4, 실시예 10 및 실시예 11의 방법으로, 각각 20매씩의 이면 전극형 태양전지 셀을 제작했을 때의, 평균 변환효율 및 본 발명의 효과의 유무를 나타낸다.
Figure 112018117987905-pct00002
비교예 4는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성한 핑거 전극과, 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성한 버스바 전극만을 사용하고, 중간층을 형성하고 있지 않기 때문에, 핑거 전극과 버스바 전극 간의 저항이 높아져, 변환효율이 비교예 3보다 낮아졌다.
본 발명에 의한 실시예를 이용함으로써, 비교예와 비교하면, 이면 전극형 태양전지 셀의 평균 변환효율을 높일 수가 있었다. 접촉 저항 저하와 기판 표면의 재결합 속도 저하를 양립할 수 있는 염가의 도전성 알루미늄 페이스트를 소성한 핑거 전극과, 확산층의 재결합 속도 저하를 막는 저온 가열 경화 은페이스트를 가열하여 형성한 버스바 전극을 양립할 수 있었기 때문이다. 또, BSF와 접속하는 핑거 전극과, 중간층은 동시에 스크린 인쇄 처리해도 변환효율은 변하지 않는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 마찬가지의 작용 효과를 가져오는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
101…반도체 기판 102…이미터층
103…패시베이션막 104…BSF층
105…전극 106…패시베이션막
107…전극 201…이면 핑거 전극
202…이면 버스바 전극 203…중간층
301…제1핑거 전극 302…제1버스바 전극
303…중간층 304…BSF층
305…이미터층 307…제2핑거 전극
308…제2버스바 전극 400…제조 시스템
410…성막 장치 420…핑거 전극 형성 장치
430…중간층 형성 장치 440…버스바 전극 형성 장치
500…제조 시스템 510…확산층 형성 장치
520…성막 장치 530…제1핑거 전극 형성 장치
540…제2핑거 전극 형성 장치 550…중간층 형성 장치
560…제1버스바 전극 형성 장치 570…제2버스바 전극 형성 장치

Claims (10)

  1. 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막과,
    상기 반도체 기판의 주면에 있어서 상기 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극과,
    상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극과,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극의 교차 위치에 설치되는 중간층을 구비하고,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극은 상기 중간층을 개재하여 서로 전기적으로 도통하고 있고,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극의 교차 위치에 있어서, 상기 주면과 직교하는 방향으로 보았을 때의 상기 중간층의 면적을 A, 상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극이 교차하는 면적을 B로 한 경우,
    A/B는 0.01 이상 1 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1핑거 전극은 알루미늄의 소결체를 포함하고,
    상기 제1버스바 전극은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 은의 소결체를 포함하고,
    상기 중간층은 유리 프릿과 은의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과,
    상기 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층과,
    상기 반도체 기판, 상기 제1불순물 확산층 및 상기 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막과,
    상기 주면에 있어서 상기 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극과,
    상기 주면에 있어서 상기 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극과,
    상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극과,
    상기 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극과,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극의 교차 위치에 설치되는 중간층을 구비하고,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극은 상기 중간층을 개재하여 서로 전기적으로 도통하고 있고,
    상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극의 교차 위치에 있어서, 상기 주면과 직교하는 방향으로 보았을 때의 상기 중간층의 면적을 A, 상기 제1핑거 전극과 상기 제1버스바 전극이 교차하는 면적을 B로 한 경우,
    A/B는 0.01 이상 1 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1핑거 전극은 알루미늄의 소결체를 포함하고,
    상기 제1버스바 전극은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 은의 소결체를 포함하고,
    상기 제2핑거 전극 및 상기 중간층은 유리 프릿과 은의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 삭제
  6. 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치와,
    상기 반도체 기판의 주면에 있어서 상기 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 핑거 전극 형성 장치와,
    상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치와,
    상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 버스바 전극 형성 장치를 구비하고,
    상기 핑거 전극 형성 장치는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 상기 제1핑거 전극을 형성하고,
    상기 중간층 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제1의 도전성 은페이스트를 소성하여 상기 중간층을 형성하고,
    상기 도전성 알루미늄 페이스트와 상기 제1도전성 은페이스트는 동시에 소성되고,
    상기 버스바 전극 형성 장치는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제2도전성 은페이스트를 가열하여 상기 제1버스바 전극을 형성하고,
    상기 도전성 알루미늄 페이스트 및 상기 제1도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 제2도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템.
  7. 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 상기 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층을 형성하는 확산층 형성 장치와,
    상기 반도체 기판, 상기 제1불순물 확산층 및 상기 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 성막 장치와,
    상기 주면에 있어서 상기 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 제1핑거 전극 형성 장치와,
    상기 주면에 있어서 상기 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극을 형성하는 제2핑거 전극 형성 장치와,
    상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 장치와,
    상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 제1버스바 전극 형성 장치와,
    상기 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극을 형성하는 제2버스바 전극 형성 장치를 구비하고,
    상기 제2핑거 전극 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 상기 제2핑거 전극을 형성하고,
    상기 중간층 형성 장치는 유리 프릿을 포함하는 제2도전성 은페이스트를 소성하여 상기 중간층을 형성하고,
    상기 제1핑거 전극 형성 장치는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 상기 제1핑거 전극을 형성하고,
    상기 제1도전성 은페이스트, 상기 제2도전성 은페이스트 및 상기 도전성 알루미늄 페이스트는 동시에 소성되고,
    상기 제1버스바 전극 형성 장치는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제3도전성 은페이스트를 가열하여 상기 제1버스바 전극을 형성하고,
    상기 제1도전성 은페이스트, 상기 제2도전성 은페이스트 및 상기 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 제3도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템.
  8. 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판의 주면에 있어서 상기 반도체 기판과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 공정과,
    상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 공정울 구비하고,
    상기 제1핑거 전극을 형성하는 공정에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 상기 제1핑거 전극을 형성하고,
    상기 중간층을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제1의 도전성 은페이스트를 소성하여 상기 중간층을 형성하고,
    상기 도전성 알루미늄 페이스트와 상기 제1도전성 은페이스트는 동시에 소성되고,
    상기 제1버스바 전극을 형성하는 공정에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제2도전성 은페이스트를 가열하여 상기 제1버스바 전극을 형성하고,
    상기 도전성 알루미늄 페이스트 및 상기 제1도전성 은페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 제2도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  9. 반도체 기판의 주면에 설치되는 제1도전형의 제1불순물 확산층과, 상기 주면에 설치되는 제2도전형의 제2불순물 확산층을 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판, 상기 제1불순물 확산층 및 상기 제2불순물 확산층을 보호하는 패시베이션막을 형성하는 공정과,
    상기 주면에 있어서 상기 제1불순물 확산층과 접속되는 제1핑거 전극을 형성하는 공정과,
    상기 주면에 있어서 상기 제2불순물 확산층과 접속되는 제2핑거 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1핑거 전극 상에 중간층을 형성하는 공정과,
    상기 중간층을 개재하여 상기 제1핑거 전극과 교차하는 제1버스바 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제2핑거 전극과 교차하는 제2버스바 전극을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 제2핑거 전극을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제1도전성 은페이스트를 소성하여 상기 제2핑거 전극을 형성하고,
    상기 중간층을 형성하는 공정에서는 유리 프릿을 포함하는 제2도전성 은페이스트를 소성하여 상기 중간층을 형성하고,
    상기 제1핑거 전극을 형성하는 공정에서는 도전성 알루미늄 페이스트를 소성하여 상기 제1핑거 전극을 형성하고,
    상기 제1도전성 은페이스트, 상기 제2도전성 은페이스트 및 상기 도전성 알루미늄 페이스트는 동시에 소성되고,
    상기 제1버스바 전극을 형성하는 공정에서는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 포함하는 제3도전성 은페이스트를 가열하여 상기 제1버스바 전극을 형성하고,
    상기 제1도전성 은페이스트, 상기 제2도전성 은페이스트 및 상기 도전성 알루미늄 페이스트의 소성시 피크 온도와, 상기 제3도전성 은페이스트의 가열시 피크 온도의 차가 300℃ 이상 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2핑거 전극을 형성하는 상기 제1도전성 은페이스트의 도포와, 상기 중간층을 형성하는 상기 제2도전성 은페이스트의 도포를 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
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