KR102357202B1 - 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘으로 이루어진 도전형 실리콘 기판을 준비하는 도전형 실리콘 기판 준비 단계; 상기 도전형 실리콘 기판의 상면과 하면에 전자-정공의 재결합을 억제할 수 있도록 진성 비정질 실리콘 박막(a-Si:H)으로 이루어진 제1 및 제2 패시베이션층을 형성하는 패시베이션층 형성 단계; 상기 제2 패시베이션층 하면에 전자수송층의 역할을 하는 전자 선택 접촉층을 형성하는 전자 선택 접촉층 형성 단계; 상기 제1 패시베이션층 상면에 아이오딘화 구리 박막으로 이루어진 정공 선택 접촉층을 형성하는 정공 선택 접촉층 형성 단계; 상기 정공 선택 접촉층 상면에 ITO 또는 도핑된 ZnO 박막으로 이루어진 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계; 상기 상부 투명 전극 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계; 상기 전자 선택 접촉층 하면에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계; 및 상기 전자빔 조사 공정 단계는, 상부 투명 전극과 아이오딘화 구리 박막의 계면에 생성되는 결함을 줄여 단락전류를 증가시키도록 전자빔 조사장치를 이용하여 상기 상부 투명 전극에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법{Post-Treatmment Method For Manufacturing Carrier Selective Contact Solar Cell}
본 발명은 정공 선택 접촉층으로 아이오딘화 구리 박막을 채택한 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정공 선택 접촉층으로 아이오딘화 구리 박막을 채택한 태양전지를 제조시 전자빔 조사를 통하여 단락전류를 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시키는 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법에 관한 것이다.
태양전지는 일반적으로 n형 실리콘 기판 상에 p형 실리콘 박막(p형 반도체층)이 형성된 구조를 이루는데, 이때 p형 실리콘 박막은 p형 불순물의 도핑에 의해 형성된다. 이에, 실리콘 기판의 하층부는 n형 반도체층으로 남고, 상층부는 p형 반도체층을 이루게 되어 p-n 접합부를 구성한다. 그리고 실리콘 기판의 전후면에는 p-n 접합부에 의해 광생성된 정공 및 전자를 포집하기 위한 금속 전극이 형성된다.
태양전지는 실리콘 기판 표면의 패시베이션 특성을 향상시켜 전자 또는 정공과 같은 전하의 재결합율을 감소시켜 태양전지의 광전변환 효율을 극대화시키는 것이 중요하다.
전하선택접촉 태양전지(carrier selective contact;CSC)는 에너지 밴드에서 전자 또는 정공 한쪽에 대해 장벽 높이(barrier height)에 의한 움직임을 제어하거나 블록킹(blocking) 또는 터널링(tunneling)을 통해 선택적으로 전하를 수집할 수 있는 구조를 가지고 있다. CSC는 금속접촉에서 전하의 재결합이 최소화되고 효과적으로 전하를 이송시키기 위하여 이종접합(heterojuction) 기술을 이용한다.
이종접합 기술을 이용한 실리콘 태양전지의 일 예로서, 일본공개특허 제2012-234847호에는 실리콘계 반도체층 상에 탄소계 박막을 형성하고 그 위에 도전성 산화물층을 형성함으로써 광전변화 효율을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
다른 예로서, 한국등록특허 제10-1886818호에는 도전형 결정질 실리콘 기판과 진성 비정질 실리콘 박막의 사이에 터널링에 의해 전기전도도가 우수하고 패시베이션 특성이 우수한 터널 산화막을 더 형성하여 효율 특성(예를 들어 개방전압(Voc), 단락전류(Isc), 곡선인자(FF) 등)을 향상시킬 수 있는 기술이 개시되어 있다. 이 특허문헌에는 도전형 결정질 실리콘 기판의 상면과 하면에 상부 터널 산화막과 하부 터널 산화막이 형성되어 있다. 상부 터널 산화막과 하부 터널 산화막은 각각 대략 0.8 nm 내지 2 nm의 두께로 형성될 수 있고 Al2O3, SiO2, Si3N4를 포함할 수 있다. 상부 터널 산화막과 하부 터널 산화막의 두께를 각각 대략 0.8 nm 미만으로 형성하면 터널 산화막을 중심으로 그 상,하부에 있는 층이 상호간 직접 쇼트될 수 있고, 상부 터널 산화막과 하부 터널 산화막의 두께를 2 nm보다 크게 형성하면 전자의 터널링 효율이 저하될 수 있다.
상기 특허문헌들에서는 실리콘 태양전지에 도전성 산화물층 또는 터널 산화막을 형성하는 추가 공정이 필요하므로 공정 추가에 따른 공정비용 및 공정시간이 증가하는 단점이 있다.
일본공개특허 제2012-234847호(2012.11.29 공개) 한국등록특허 제10-1886818호(2018.08.08 공고)
없음
본 발명의 목적은 정공 선택 접촉층으로 아이오딘화 구리 박막을 채택한 태양전지를 제조시 전자빔 조사를 통하여 단락전류를 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시키는 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법은, n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘으로 이루어진 도전형 실리콘 기판을 준비하는 도전형 실리콘 기판 준비 단계; 상기 도전형 실리콘 기판의 상면과 하면에 전자-정공의 재결합을 억제할 수 있도록 진성 비정질 실리콘 박막(a-Si:H)으로 이루어진 제1 및 제2 패시베이션층을 형성하는 패시베이션층 형성 단계; 상기 제2 패시베이션층 하면에 전자수송층의 역할을 하는 전자 선택 접촉층을 형성하는 전자 선택 접촉층 형성 단계; 상기 제1 패시베이션층 상면에 아이오딘화 구리 박막으로 이루어진 정공 선택 접촉층을 형성하는 정공 선택 접촉층 형성 단계; 상기 정공 선택 접촉층 상면에 ITO 또는 도핑된 ZnO 박막으로 이루어진 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계; 상기 상부 투명 전극 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계; 상기 전자 선택 접촉층 하면에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계; 및 상기 전자빔 조사 공정 단계는, 상부 투명 전극과 아이오딘화 구리 박막의 계면에 생성되는 결함을 줄여 단락전류를 증가시키도록 전자빔 조사장치를 이용하여 상기 상부 투명 전극에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전자빔 조사 공정 단계에서 전자빔 조사 시간은 50초인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 투명 전극 형성 단계에서 100 nm 두께의 ITO 박막을 형성하고, 상기 정공 선택 접촉층 형성 단계에서 30 nm 두께의 아이오딘화 구리 박막을 형성하며, 상기 패시베이션층 형성 단계에서 7 nm 두께의 제1 및 제2 패시베이션층을 형성하고, 상기 전자 선택 접촉층 형성 단계에서 3 nm 두께의 LiF 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 태양전지의 투명 전극에 전자빔을 조사하여 결정질 투명 전극과 결정질 아이오된화 구리 박막의 계면에 생성되는 결함을 줄여 태양전지의 단락전류를 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상할 수 있다.
본 발명은 태양전지에 별도의 층을 추가로 형성하지 않고 전자빔 조사 공정을 통하여 태양전지의 효율을 향상할 수 있어 공정 비용 및 공정 시간을 단축할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전하선택접촉 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지에 전자빔을 조사하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 전자빔 조사 공정시 태양전지의 표면 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전하선택접촉 태양전지 후처리 방법의 공정도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전하선택접촉 태양전지(100)는 도전형 실리콘 기판(110), 패시베이션층(120)(130), 전자 선택 접촉층(140), 정공 선택 접촉층(150), 상부 투명 전극(160), 상부 금속 전극(170), 및 하부 금속 전극(180)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 도전형 실리콘 기판(110)은 대략 평평한 상면과, 이의 반대면으로서 대략 평평한 하면을 포함하는 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 상기 도전형 실리콘 기판(110)은 n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘 기판이며, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 상기 도전형 실리콘 기판은(110)의 일 함수(work function)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만 전자 선택 접촉층(140)의 일 함수보다 크고 정공 선택 접촉층(150)의 일 함수보다 작은 예를 들면 Φ
Figure 112019121721525-pat00001
4.2 eV 가 될 수 있다.
상기 도전형 실리콘 기판(110)은 반사율을 감소시키고 광 포집 효율을 향상시키기 위하여 상면 또는 상면과 하면에 미세한 텍스처 구조를 구비할 수 있다. 상기 텍스처 구조는 산성 에칭과 같은 습식 에칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전형 실리콘 기판(110)의 상면 또는 하면이 텍스처 구조로 형성되는 경우에, 상면 또는 하면에 추가로 형성되는 박막들도 동일하게 텍스처 구조로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션층(120)(130)은 전자-정공의 재결합을 억제할 수 있도록 도전형 실리콘 기판(110)의 상면과 하면에 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(120)(130)은 진성 비정질 실리콘 박막(a-Si:H)을 포함할 수 있다. 진성 비정질 실리콘 박막은 전자-정공의 개수가 현저히 적으므로 전자-정공의 재결합이 억제되어 열의 발생을 감소시키고, 전류의 손실을 감소시킬 수 있다. 실시예에서는 7 nm 두께의 제1 및 제2 패시베이션층(120)(130)을 형성한다.
상기 패시베이션층(120)(130)은 통상의 화학적 기상증착법(CVD), 상압 화학적 기상증착법(APCVD), 저압 화학적 기상증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD), 물리적 기상증착법(PVD), 스퍼터링 또는 고온증발 증착법 등으로 형성될 수 있다.
상기 전자 선택 접촉층(140)은 패시베이션층(130)의 하면에 형성될 수 있다.
상기 전자 선택 접촉층(140)은 전자의 선택적인 이동을 위한 전자수송층(electron-transfer layer)의 역할을 하는 것으로, 낮은 일 함수(Φ < 3.8 eV)의 물질로 금속, 산화금속, 알칼리 희토류 금속염(alkaline rare earth salt) 등으로 형성될 수 있다. 상기 전자 선택 접촉층(140)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, LiF, KF, CsF, TiO2, Cs2CO3, 등으로 형성될 수 있다. 실시예에서는 전자 선택 접촉층(140)으로 3 nm 두께의 LiF를 형성한다.
상기 전자 선택 접촉층(140)은 전자를 선택적으로 이동시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층(150)은 패시베이션층(120)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 정공 선택 접촉층(150)은 정공의 선택적인 이동을 위한 정공수송층(hole-transfer layer)의 역할을 하는 것으로, 높은 일 함수(Φ > 5.0 eV)의 물질로 형성될 수 있다. 상기 정공 선택 접촉층(150)은 정공을 선택적으로 이동시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층(150)은 30nm의 두께 정도로 형성될 수 있다. 상기 정공 선택 접촉층(150)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가될 수 있다. 또한 상기 정공 선택 접촉층(150)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층(150)은 p형 반도체층 특성을 가지는 아이오딘화 구리 박막(CuI film)으로 형성될 수 있다. 상기 아이오딘화 구리 박막이 우수한 P형 반도체 특성을 유지하기 위해서는 아이오딘화 구리 박막에 주입되는 아이오딘 소스(I2)의 손실을 줄이는 것이 중요하며, 바람직하게는 아이오딘화 구리 박막의 조성비가 Cu:I=1:1 에서 우수한 p형 반도체 특성을 유지할 수 있다.
상기 패시베이션층(120)의 상면에 열진공 증착법(thermal evaporator)을 이용하여 원하는 두께의 아이오딘화 구리 박막을 형성하는 경우, 아이오딘 결핍(iodine vacancy)이 발생되어 p형 반도체 특성이 약해질 수 있다. 또한 스퍼터링(sputtering) 공정 또는 급속 열처리 공정(RTP)을 이용하여 아이오딘화 구리 박막을 형성하는 경우에는 하기의 문제가 걸림돌이 될 수 있다. 예를 들어 스퍼터링 공정을 이용하여 구리(Cu) 또는 아이오딘화 구리 박막(CuI film)에 아이오딘 소스(I2)를 주입하는 아이오딘화 공정 진행시 기존 형성된 박막에 손상을 초래하게 된다. 급속 열처리 공정을 이용하여 아이오딘화 구리 박막을 형성하는 경우에도 많은 양의 아이오딘 소스(I2)가 공기 중으로 날아가 아이오딘 결핍 현상이 발생하게 된다. 또한 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 아이오딘화 구리 박막을 형성할 수 있으나, 아이오딘 소스는 고온 환경에서 휘발성이 강하여 아이오딘화 공정시 아이오딘 주입량이 부족하게 되며, 예를 들어 아이오딘화 구리 박막의 조성비가 Cu:I=1.2:0.8 에 불과하여 우수한 p형 반도체 특성을 유지하기 어렵다.
이에 본 발명의 실시예에서는 아이오딘화 구리 박막(CuI film)을 형성하기 위한 아이오딘화 공정에서 주입되는 아이오딘 소스의 손실을 억제하고 기존 형성된 박막이 손상 받지 않도록 하기 위하여 새로운 아이오딘화 공정을 이용하여 원하는 두께의 아이오딘화 구리 박막에 대한 형성 방법을 설명한다.
먼저 패시베이션층(120) 상면에 아이오딘 박막(Iodine film)과 아이오딘화 구리 박막(CuI film)(152)을 증착하여 다층막을 형성한다. 다층막은 아이오딘 박막의 상면과 하면에 아이오딘화 구리 박막이 겹쳐진 샌드위치 구조로 형성될 수 있다.
그런 다음 저온 열처리(100~200℃ annealing)하여 단일막으로 일체화된 아이오딘화 구리 박막을 형성한다. 저온 열처리 진행하는 동안 아이오딘 소스(I2)가 아이오딘 박막의 상면 및 하면에 위치한 아이오딘화 구리 박막으로 확산된다. 이렇게 아이오딘 소스(I2)가 상면 및 하면으로 확산되어 최종의 아이오딘화 구리 박막으로 이루어진 정공 선택 접촉층(150)을 형성함에 따라 아이오딘화 구리 박막의 조성비가 Cu:I=1:1 을 충족할 수 있다.
이렇게 저온 열처리를 통하여 아이오딘화 구리 박막을 형성함으로써 강력한 p형 반도체 특성이 유지되어 전기 전도도가 우수하고, 패시베이션 특성이 우수한 정공 선택 접촉층(150)을 형성할 수 있고, 이에 따라 태양전지의 광전변환 효율이 향상될 수 있다. 또한 얇은 아이오딘화 구리박막들 사이에 개재된 아이오딘 박막의 두께에 따라 아이오딘 소스의 조성비를 쉽게 조절할 수 있다.
상기 상부 투명 전극(160)은 정공 선택 접촉층(150)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 상부 투명 전극(160)은 반사 방지 역할을 하는 동시에 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부 투명 전극(160)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다. 실시예에서는 100 nm 두께의 ITO를 형성한다.
상기 상부 금속 전극(170)은 상부 투명 전극(160)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(170)은 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(170)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 하부 금속 전극(180)은 전자 선택 접촉층(140)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 하부 금속 전극(180)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
이와 같이 전하선택접촉 태양전지가 제조된 이후 전자빔 조사 공정을 통하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)의 하부에 설치된 지지 플레이트(20)에 시험 제작된 태양전지(100)를 위치시킨다. 지지 플레이트(20)는 수평 방향으로 왕복 이동할 수 있다. 공정 챔버(10)의 천정에 태양전지(100)의 상부와 대면하도록 전자빔 조사장치(30)가 설치된다. 전자빔 조사장치(30)가 작동하면 대부분의 전자빔이 태양전지(100)의 상부 금속 전극(160)을 타격하게 된다. 전자빔 조사 공정시 도 3의 그래프와 같이 태양전지의 표면 온도가 변화한다. 이 시험 결과 전자빔 조사 공정을 실시하기 이전에 태양전지(100)의 단락전류(Jsc)는 35 mA/㎠ 이고, 전자빔 조사장치(30)가 RF power 200W, DC power 1keV, Ar 유량 50 sccm 공정 조건하에서 50초 동안 전자빔 조사가 진행되는 경우 태양전지(100)는 약 100℃ 정도에 해당하는 에너지를 받고 단락전류(Jsc)는 40.3 mA/㎠ 로 증가하게 된다. 이는 전자빔 조사에 의해 결정질 상부 투명 전극(160)과 결정질 아이오딘화 구리 박막으로 이루어진 정공 선택 접촉층(150)의 계면에 생성되는 결함(defect)이 줄어든 것에 기인한다.
이와 같이 정공 선택 접촉층으로 아이오딘화 구리 박막을 채택한 전하선택접촉 태양전지가 제조된 이후 전자빔 조사 공정을 통하여 단락전류가 증가함에 따라 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 전하선택접촉 태양전지 후처리 방법은, 도전형 실리콘 기판 준비 단계(200), 패시베이션층 형성 단계(210), 전자 선택 접촉층 형성 단계(220), 정공 선택 접촉층 형성 단계(230), 상부 투명 전극 형성 단계(240), 상부 금속 전극 형성 단계(250), 하부 금속 전극 형성 단계(260), 전자빔 조사 공정 단계(270)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전하선택접촉 태양전지 제조 방법은 각 박막 또는 층들을 형성하는 추가 공정을 포함할 수 있다.
상기 전하선택접촉 태양전지 제조 방법에 의한 전하선택접촉 태양전지(100)는, 도전형 실리콘 기판(110)의 상부에 패시베이션층(120), 정공 선택 접촉층(150), 상부 투명 전극(160), 및 상부 금속 전극(170)이 순차적으로 형성되고, 도전형 실리콘 기판(110)의 하부에 패시베이션층(130), 전자 선택 접촉층(140), 및 하부 금속 전극(180)이 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 전하선택접촉 태양전지(100)는, 정공 선택 접촉층(150)으로 저온 열처리를 통하여 아이오딘화 구리 박막을 형성하여 강력한 p형 반도체 특성을 유지함으로써 전기 전도도가 우수하고, 패시베이션 특성이 우수하여 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
상기 도전형 실리콘 준비 단계(200)는 도전형 불순물을 포함하는 도전형 실리콘 기판(100)을 준비하는 단계이다. 도전형 실리콘 기판(100)은 n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘 기판이며, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 상기 도전형 실리콘 기판은(110)의 일 함수(work function)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만 전자 선택 접촉층(140)의 일 함수보다 크고 정공 선택 접촉층(150)의 일 함수보다 작은 예를 들면 Φ
Figure 112019121721525-pat00002
4.2 eV 로 할 수 있다.
상기 도전형 실리콘 기판(110)은 반사율을 감소시키고 광 포집 효율을 향상시키기 위하여 상면 또는 상면과 하면에 미세한 텍스처 구조를 구비할 수 있다. 상기 텍스처 구조는 산성 에칭과 같은 습식 에칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전형 실리콘 기판(110)의 상면 또는 하면이 텍스처 구조로 형성되는 경우에, 상면 또는 하면에 추가로 형성되는 박막들도 동일하게 텍스처 구조로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션층 형성 단계(210)는 도전형 실리콘 기판(110)의 상면과 하면에 패시베이션층(120)(130)을 형성하는 단계이다. 상기 패시베이션층(120)(130)은 진성 비정질 실리콘 박막(a-Si:H)을 포함할 수 있다. 진성 비정질 실리콘 박막은 전자-정공의 개수가 현저히 적으므로 전자-정공의 재결합이 억제되어 열의 발생을 감소시키고, 전류의 손실을 감소시킬 수 있다.
상기 패시베이션층(120)(130)은 통상의 화학적 기상증착법(CVD), 상압 화학적 기상증착법(APCVD), 저압 화학적 기상증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD), 물리적 기상증착법(PVD), 스퍼터링 또는 고온증발 증착법 등으로 형성될 수 있다.
상기 전자 선택 접촉층 형성 단계(220)는 패시베이션층(130)의 하면에 상기 전자 선택 접촉층(140)을 형성하는 단계이다. 상기 전자 선택 접촉층(140)은 전자의 선택적인 이동을 위한 전자수송층(electron-transfer layer)의 역할을 하는 것으로, 낮은 일 함수(Φ < 3.8 eV)의 물질로 금속, 산화금속, 알칼리 희토류 금속염(alkaline rare earth salt) 등으로 형성될 수 있다. 상기 전자 선택 접촉층(140)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, LiF, KF, CsF, TiO2, Cs2CO3, 등으로 형성될 수 있다. 상기 전자 선택 접촉층(140)은 전자를 선택적으로 이동시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층 형성 단계(230)는 패시베이션층(120)의 상면에 정공 선택 접촉층(150)을 형성하는 단계이다. 상기 정공 선택 접촉층(150)은 높은 일 함수(Φ > 5.0 eV)의 물질로 형성될 수 있다. 상기 정공 선택 접촉층(150)은 정공을 선택적으로 이동시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층(150)은 30nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 정공 선택 접촉층(150)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가될 수 있다. 또한 상기 정공 선택 접촉층(150)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층(150)은 p형 반도체층 특성을 가지는 아이오딘화 구리 박막(CuI film)으로 형성될 수 있다. 상기 아이오딘화 구리 박막이 우수한 P형 반도체 특성을 유지하기 위해서는 아이오딘화 구리 박막에 주입되는 아이오딘 소스(I2)의 손실을 줄이는 것이 중요하며, 바람직하게는 아이오딘화 구리 박막의 조성비가 Cu:I=1:1 에서 우수한 p형 반도체 특성을 유지할 수 있다.
상기 상부 투명 전극 형성 단계(240)는 정공 선택 접촉층(150)의 상면에 상부 투명 전극(160)을 형성하는 단계이다. 상기 상부 투명 전극(160)은 반사 방지 역할을 하는 동시에 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부 투명 전극(160)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다.
상기 상부 금속 전극 형성 단계(250)는 상부 투명 전극(160)의 상부에 상부 금속 전극(170)을 형성하는 단계이다. 상기 상부 금속 전극(170)은 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(170)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 하부 금속 전극 형성 단계(260)는 전자 선택 접촉층(140)의 하면에 하부 금속 전극(180)을 형성하는 단계이다. 상기 하부 금속 전극(180)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 전자빔 조사 공정 단계(270)는 정공 선택 접촉층으로 아이오딘화 구리 박막을 채택한 전하선택접촉 태양전지가 제조된 이후 전자빔 조사장치(30)를 이용하여 태양전지(100)의 상부 투명 전극(160)에 전자빔을 조사하여 상부 투명 전극과 아이오딘화 구리 박막의 계면에 생성되는 결함을 줄임으로써 태양전지(100)의 단락전류를 증가시키고, 이로서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이때 전자빔 조사 시간은 50초 정도로 설정하는데, 조사 시간이 지나치게 길어지면 에너지가 과도하여 태양전지의 다른 층이 손상될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 공정 챔버 20 : 지지 플레이트
30 : 전자빔 조사장치 100 : 전하선택접촉 태양전지
110 : 도전형 실리콘 기판 120, 130 : 패시베이션층
140 : 전자 선택 접촉층 150 : 정공 선택 접촉층
160 : 상부 투명 전극 170 : 상부 금속 전극
180 : 하부 금속 전극

Claims (3)

  1. n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘으로 이루어진 도전형 실리콘 기판을 준비하는 도전형 실리콘 기판 준비 단계;
    상기 도전형 실리콘 기판의 상면과 하면에 전자-정공의 재결합을 억제할 수 있도록 진성 비정질 실리콘 박막(a-Si:H)으로 이루어진 제1 및 제2 패시베이션층을 형성하는 패시베이션층 형성 단계;
    상기 제2 패시베이션층 하면에 전자수송층의 역할을 하는 전자 선택 접촉층을 형성하는 전자 선택 접촉층 형성 단계;
    상기 제1 패시베이션층 상면에 아이오딘 박막과 아이오딘화 구리 박막을 증착하여 다층막을 형성하고 저온 열처리하여 단일막으로 일체화된 아이오딘화 구리 박막으로 이루어진 정공 선택 접촉층을 형성하는 정공 선택 접촉층 형성 단계;
    상기 정공 선택 접촉층 상면에 ITO 또는 도핑된 ZnO 박막으로 이루어진 상부 투명 전극을 형성하는 상부 투명 전극 형성 단계;
    상기 상부 투명 전극 상부에 상부 금속 전극을 형성하는 상부 금속 전극 형성 단계; 및
    상기 전자 선택 접촉층 하면에 하부 금속 전극을 형성하는 하부 금속 전극 형성 단계를 포함하는 전하선택접촉 태양전지 제조 단계와,
    상기 전하선택접촉 태양전지의 상부 투명 전극과 아이오딘화 구리 박막의 계면에 생성되는 결함을 줄여 단락전류를 증가시키도록 전자빔 조사장치를 이용하여 상기 상부 투명 전극에 전자빔을 조사하는 전자빔 조사 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사 공정 단계에서 전자빔 조사 시간은 50초인 것을 특징으로 하는 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 투명 전극 형성 단계에서 100 nm 두께의 ITO 박막을 형성하고,
    상기 정공 선택 접촉층 형성 단계에서 30 nm 두께의 아이오딘화 구리 박막을 형성하며,
    상기 패시베이션층 형성 단계에서 7 nm 두께의 제1 및 제2 패시베이션층을 형성하고,
    상기 전자 선택 접촉층 형성 단계에서 3 nm 두께의 LiF 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전하선택접촉 태양전지의 후처리 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001156317A (ja) * 1999-11-29 2001-06-08 Canon Inc 光起電力素子及びその製造方法
KR101837643B1 (ko) 2017-01-26 2018-03-12 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP2018535554A (ja) 2015-11-19 2018-11-29 インスティトュート フィュル ゾラールエネルギーフォルシュング ゲーエムベーハー 電荷担体の選択的接合を介して相互接続される複数の吸収体を備えた太陽電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012234847A (ja) 2009-09-08 2012-11-29 Kaneka Corp 結晶シリコン系太陽電池
KR20180045587A (ko) * 2016-10-26 2018-05-04 한국에너지기술연구원 태양전지 및 이의 제조방법
KR20180101679A (ko) * 2017-03-03 2018-09-13 오씨아이 주식회사 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법
KR20190089394A (ko) * 2018-01-22 2019-07-31 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR101886818B1 (ko) 2018-07-25 2018-08-08 충남대학교산학협력단 이종 접합 실리콘 태양 전지의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001156317A (ja) * 1999-11-29 2001-06-08 Canon Inc 光起電力素子及びその製造方法
JP2018535554A (ja) 2015-11-19 2018-11-29 インスティトュート フィュル ゾラールエネルギーフォルシュング ゲーエムベーハー 電荷担体の選択的接合を介して相互接続される複数の吸収体を備えた太陽電池
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