KR102400911B1 - 태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 태양전지의 제조 시스템 - Google Patents

태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 태양전지의 제조 시스템 Download PDF

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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 구비하고, 당해 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층 및 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 구비하고, 상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 구비하고, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 구비하는 태양전지로서, 상기 반도체 기판의 측면에는 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지다. 이에 의해 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지가 제공된다.

Description

태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 태양전지의 제조 시스템
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
단결정이나 다결정 반도체 기판을 이용한 비교적 높은 광전 변환 효율을 가지는 태양전지 구조의 하나로서, 양음의 전극을 모두 비수광면(이면)에 설치한 이면 전극형 태양전지가 있다. 먼저, 이면의 개관을 도 6에 나타낸다. 태양전지의 이면에는 이면 이미터(emitter)층(604) 및 베이스층(603)이 교대로 배열되어 있다. 또, 이면 이미터층(604) 상을 따라 집전 전극으로서 이미터 전극(606, 616)이 설치되고, 베이스층(603) 상을 따라 집전 전극으로서 베이스 전극(605, 615)이 설치되어 있다. 이면 이미터층(604)의 폭은 수mm~수백㎛ 정도, 베이스층(603)의 폭은 수백㎛~수십㎛ 정도가 일반적이다. 또, 상기의 집전 전극 중 이미터 전극(606) 및 베이스 전극(605)의 전극 폭은 수백~수십㎛ 정도가 일반적이고, 이들 전극은 핑거(finger) 전극으로 불리는 경우가 많다. 한편, 이미터 전극(616) 및 베이스 전극(615)의 전극 폭은 수mm~수백㎛ 정도가 일반적이고, 이들 전극은 버스바(busbar) 전극으로 불리는 경우가 많다. 또한, 본 명세서에 있어서는 집전 전극이란 기판 내에서 생긴 캐리어(carrier)를 취해내는 전극을 의미하고, 핑거 전극과 버스바 전극을 포함하는 개념이다.
다음에, 단면 구조의 모식도를 도 7에 나타낸다. 태양전지(700)는 반도체 기판(702)을 구비한다. 반도체 기판(702)의 이면의 최표층 근방에 이면 이미터층(704) 및 베이스층(703)이 형성되어 있다. 각 층 두께는 겨우 1㎛ 정도다. 이면 이미터층(704) 상에는 이미터 전극(핑거 전극)(706)이 설치되고, 베이스층(703) 상에는 베이스 전극(핑거 전극)(705)이 설치되어 있다. 또, 비전극 영역의 표면은 SiNx막이나 실리콘 산화막 등의 이면 보호막(707)으로 덮인다. 수광면측에는 반사 손실을 저감할 목적으로 반사 방지막(701)이 설치된다.
일본국 특허공개 2012－124193호 공보
이면 전극형의 태양전지는 높은 광전 변환 효율이 요구되고 있다. 이러한 이미터층이 이면측에 설치되어 있는 태양전지의 광전 변환 효율은 기판의 소수 캐리어 라이프타임(lifetime)에 강하게 의존한다. 입사광의 대부분은 기판의 표층 부근에서 흡수되기 때문에 캐리어는 기판 표층 근방에 많이 발생한다. 발전을 위해서는 발생한 캐리어를 이미터층에서 수집할 필요가 있지만, 라이프타임이 낮으면 이미터층에 도달하기 전에 재결합해 버린다. 따라서, 높은 광전 변환 효율을 위해서는 라이프타임을 높게 유지하는 것이 필수 요건으로 된다.
이면 전극형 태양전지의 일례로서는 예를 들면 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는 수광면의 재결합을 억제하고, 실효적인 라이프타임을 개선하여 변환 효율의 향상을 도모하는 것이다. 이 기술에 의해 변환 효율 개선은 하지만, 개선을 위해 공정수를 많게 할 필요가 있어 실용적이지 않았다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 그러한 태양전지를 간편하게 제조할 수가 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 구비하고, 당해 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층 및 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 구비하고, 상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 구비하고, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 구비하는 태양전지로서, 상기 반도체 기판의 측면에는 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
이러한 태양전지이면, 제2도전형층이 제1주표면으로부터 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 것이기 때문에, 특히 기판의 외주부에서 생성한 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있다. 이에 의해 변환 효율이 향상된다. 또한, 이하에서는 제1주표면을 이면, 제2주표면을 수광면, 제1도전형층을 베이스층, 제2도전형층을 이미터층, 제1집전 전극을 베이스 전극, 제2집전 전극을 이미터 전극이라고도 칭한다.
또, 상기 반도체 기판의 제2주표면의 외주부에는 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이, 상기 반도체 기판의 측면을 개재하여 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 제2도전형층이 제1주표면으로부터 측면을 개재하여 제2주표면의 외주부에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지이면, 이미터층에의 캐리어의 수집 효율을 보다 높일 수가 있다. 특히, 기판 표층의 외주부에서 생성한 캐리어를 보다 효율 좋게 수집할 수 있다.
또, 상기 제1주표면의 최외주단으로부터 가장 가까이에 위치하는 전극이 상기 제2집전 전극인 것이 바람직하다.
이러한 태양전지는 측면에 위치하는 이미터층이나 제2주표면에 위치하는 이미터층과 이미터 전극의 거리가 가까운 것이기 때문에, 이미터 횡류 저항(이미터층에 수집된 캐리어가 이미터층 내를 전극을 향해 흘러갈 때 발생하는 저항)의 영향을 보다 받기 어려워진다.
또한 본 발명에서는, 제1도전형을 가지는 반도체 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정과, 상기 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층을 형성하는 공정과, 상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 형성하는 공정을 가지는 태양전지의 제조 방법으로서, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 반도체 기판의 측면에 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성함으로써, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면으로부터 상기 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
이러한 태양전지의 제조 방법이면, 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지를 간편하게 제조할 수가 있다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것으로 할 수가 있다.
이러한 태양전지의 제조 방법이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 도포 확산 처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을, 상기 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성할 수가 있다.
이러한 태양전지의 제조 방법이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 기상 확산 열처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
또한 본 발명에서는, 제1도전형을 가지는 반도체 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 형성하는 장치를 가지는 태양전지의 제조 시스템으로서, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 반도체 기판의 측면에 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성함으로써, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면으로부터 상기 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템을 제공한다.
이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지를 간편하게 제조할 수가 있는 시스템으로 된다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것으로 할 수가 있다.
이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 도포 확산 처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을, 상기 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성할 수가 있다.
이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 기상 확산 열처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
본 발명에서는 이면 전극형 태양전지에 있어서, 기판 측면, 바람직하게는 기판 측면으로부터 수광면 외주부에 걸쳐 이미터층을 설치함으로써, 이미터 횡류 저항을 증가시키지 않고 기판 외주부에서의 캐리어의 수집 효율이 개선되어 변환 효율이 향상된다. 또, 도포 확산법 또는 기상 확산법을 이용함으로써 이 구조를 간편하게 제작할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 태양전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 태양전지의 제1주표면의 개관의 일례를 나타내는 평면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 태양전지의 제1주표면의 개관의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 태양전지의 제1주표면의 개관의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 6은 일반적인 이면 전극형 태양전지의 이면의 개관을 나타내는 평면 모식도이다.
도 7은 일반적인 이면 전극형 태양전지를 나타내는 단면 모식도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상기와 같이, 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지가 요구되고 있다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 행하였다. 그 결과 제2도전형층이 제1주표면으로부터 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지가, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 전체의 이해 및 특정의 구체예로 어떻게 실시하는지를 제공하기 위해 많은 특정의 세부가 설명된다. 그렇지만, 본 발명은 그들 특정의 세부 없이 실시할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이하에서는 공지의 방법, 수순, 및 기술은, 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위해 상세하게는 나타나지 않는다. 본 발명은 특정의 구체예에 대해 특정의 도면을 참조하면서 설명되지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 여기에 포함되어 기재된 도면은 모식적이고, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 또 도면에 있어서, 도시 목적으로 몇 개인가의 요소의 크기는 과장되고, 그러므로 축척대로는 아니다.
［태양전지］
이하, 본 발명의 태양전지에 대해 도면을 이용하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1 (a)~(c)는 본 발명의 태양전지의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 또한, 도 1 (a)~(c), 후술하는 도 2에서는 기판의 주연부(周緣部)를 확대하고 있고, 기판 중앙부는 생략되어 있다. 먼저, 도 1 (a)에 나타내듯이, 본 발명의 태양전지(100a)는 제1도전형을 가지는 반도체 기판(102)을 구비한다. 또, 반도체 기판(102)의 제1주표면에, 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층(베이스층)(103) 및 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층(이면 이미터층)(104)을 구비한다. 또, 제1주표면에 위치하는 제1도전형층(103) 상에 제1집전 전극(베이스 전극)(105)을 구비하고, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(104) 상에 제2집전 전극(이미터 전극)(106)을 구비한다. 또한, 반도체 기판(102)의 측면에는 제2도전형을 가지는 제2도전형층(측면 이미터층)(108a)이, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(104)과 연속하여 형성되어 있다. 또, 제2주표면에는 반사 방지막(101)이 설치되는 경우가 많다. 또, 제1주표면에는 이면 보호막(107)이 설치되는 경우가 많다.
즉, 본 발명의 태양전지에서는 기판 중앙부는 종래의 것(도 7)과 동일하게 할 수가 있지만, 기판 측면에 이미터층(108a)이 형성되어 있다. 또, 본 발명에 있어서 측면 이미터층은 이면의 이미터층(104)과 연속하고 있을 필요가 있다. 이러한 구조를 취함으로써, 기판 외주부에서 생성한 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있다. 또한, 증가하는 이미터 영역의 범위를 작게 할 수가 있기 때문에 직렬 저항의 증가는 거의 발생하지 않는다. 이 결과 광전 변환 효율은 종래에 비해 향상된다. 따라서, 본 발명의 태양전지는 높은 출력을 가진다.
또, 이 기판 측면 이미터층은 도 1 (b)에 나타내는 태양전지(100b)에 있어서의 측면 이미터층(108b)과 같이 완전히 수광면까지 도달해 있을 필요는 없다.
또, 도 1 (c)에 나타내는 태양전지(100c)와 같이, 반도체 기판의 제2주표면의 외주부에는 제2도전형을 가지는 제2도전형층(109)이, 반도체 기판의 측면에 위치하는 제2도전형층(108c)을 개재하여 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있어도 상관없다. 즉, 이미터층은 다소 수광면측에 형성되어도 상관없다. 이와 같이, 수광면 외주부에도 이미터층을 설치함으로써, 이미터층에의 캐리어의 수집 효율을 보다 높일 수가 있다. 특히, 기판 표층의 외주부에서 생성한 캐리어를 보다 효율 좋게 수집할 수 있다. 이 경우의 수광면의 이미터층 폭 L은 기판 최외주단으로부터 1.5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 범위이면 보다 높은 광전 변환 효율 개선 효과가 얻어진다. 즉, 수광면의 이미터층 폭이 1.5mm 이하이면, 이미터 횡류(橫流) 저항(캐리어가 도 1 (c)의 s~u를 흐를 때의 저항)의 영향을 받기 어려워져 변환 효율이 저하하기 어려워진다. 이 경우 이미터층 폭 L의 하한은 예를 들면 0mm로 할 수가 있다. 또한, 캐리어의 수집 효율을 높인다고 하는 관점에서, 수광면 전면에 이미터층을 설치한다고 하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우 이미터 횡류 저항을 크게 받아 결과적으로 변환 효율이 저하해 버린다. 따라서, 수광면 이미터층을 설치하는 경우, 수광면 이미터층은 수광면 외주부에 설치한다. 또한, 이미터층 및 베이스층의 두께(확산 깊이) M은 예를 들면 0.05~1㎛ 정도로 할 수가 있다.
또, 제1주표면의 최외주단으로부터 가장 가까이에 위치하는 전극(이하 이면 최외주 전극이라고도 칭한다)이 제2집전 전극인 것이 바람직하다. 즉, 이면 최외주 전극은 이미터층에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 측면 이미터층과 이미터 전극의 거리가 가까워지므로, 이미터 횡류에 의한 직렬 저항 증가의 영향을 받기 어려워져 변환 효율 개선 효과도 커진다. 특히, 수광면 이미터층을 형성하는 경우, 이러한 전극 배치로 하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해 수광면 이미터층과 이면의 이미터 전극의 거리가 가까워지므로, 이미터 횡류 저항을 크게 받아 결과적으로 변환 효율이 저하해 버린다고 하는 문제를 보다 확실하게 방지할 수가 있다.
이 경우 이면의 개관의 구체예로서는 도 3~5에 나타내는 구조를 들 수 있다. 도 3~5에 나타내는 이면 전극형 태양전지는 모두, 사각형의 반도체 기판의 이면에 양 및 음의 집전 전극(이미터 전극 및 베이스 전극)이 형성된 것이다. 그리고, 이미터 전극 및 베이스 전극이 각각 핑거 전극과 당해 핑거 전극에 대략 직교하는 위치에 형성된 버스바 전극으로 구성된 것이다.
먼저, 도 3에 나타내듯이, 사각형의 반도체 기판의 1변만에 있어서 이면 최외주 전극이 이면 이미터층(304) 상의 이미터 전극(버스바 전극)(316)이라도 좋다. 이 경우 나머지 3변에 있어서는 이면 최외주 전극이 베이스층(303) 상의 베이스 전극(305, 315)으로 된다. 또, 이미터 전극(핑거 전극)(306)은 베이스 전극(305)보다 내측에 형성된다.
또, 도 4에 나타내듯이, 사각형의 반도체 기판의 3변에 있어서 이면 최외주 전극이 이면 이미터층(404) 상의 이미터 전극(406, 416)이라도 좋다. 이 경우 나머지 1변에 있어서는 이면 최외주 전극이 베이스층(403) 상의 베이스 전극(버스바 전극)(415)으로 된다. 또, 베이스 전극(핑거 전극)(405)은 이미터 전극(406)보다 내측에 형성된다.
또, 도 5에 나타내듯이, 사각형의 반도체 기판의 4변에 있어서 이면 최외주 전극이 이면 이미터층(504) 상의 이미터 전극(506, 516)이라도 좋다. 이 경우 베이스층(503) 상의 베이스 전극(505, 515)은 이미터 전극(506, 516)보다 내측에 형성된다. 도 3~도 5 중에서도 도 5와 같이 4변을 둘러싸는 경우에 가장 이미터 횡류 저항 저감 효과 등의 효과가 커지지만, 도 3과 같은 1변만 이면 최외주 전극이 이미터 전극인 경우라도 어느 정도 효과는 얻어진다. 이면 최외주 전극이 이미터 전극인 변 수가 클수록 효과는 커진다.
［태양전지의 제조 방법］
이하에, 본 발명의 태양전지의 제조 방법의 일례를, 제1도전형을 가지는 반도체 기판이 N형 실리콘 기판인 경우를 예로 취하여, 도 2를 이용하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 태양전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 도 2 (a)에 나타내듯이, 고순도 실리콘에 인 혹은 비소, 안티몬과 같은 5가 원소를 도프(dope)하고, 저항 0.1~5Ω·cm로 한 애즈컷(as cut) 단결정｛100｝N형 실리콘 기판(202) 표면의 슬라이스(slice) 손상을, 농도 5~60%의 수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 고농도의 알칼리, 혹은 불산과 질산의 혼산 등을 이용하여 에칭(etching)한다. 단결정 실리콘 기판은 CZ법, FZ법 어느 방법에 의해 제작되어도 좋다. 기판은 반드시 단결정 실리콘일 필요는 없고, 다결정 실리콘이라도 상관없다.
이어서, 기판 표면에 텍스처(texture)로 불리는 미소한 요철 형성을 행한다. 텍스처는 태양전지의 반사율을 저하시키기 위한 유효한 방법이다. 텍스처는 가열한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 등의 알칼리 용액(농도 1~10%, 온도 60~100℃) 중에 10분에서 30분 정도 침지함으로써 제작된다. 상기 용액 중에 소정량의 2－프로판올을 용해시켜 반응을 촉진시켜도 좋다.
텍스처 형성 후, 염산, 황산, 질산, 불산 등, 혹은 이들의 혼합액의 산성 수용액 중에서 세정한다. 이들 산용액 어느 것인가에 과산화수소수를 혼합하여 가열해도 좋고, 이 경우 청정도가 향상되기 때문에 바람직하다.
다음에, 도 2 (b)에 나타내듯이, 제1도전형을 가지는 반도체 기판(N형 실리콘 기판)(202)의 제1주표면에, 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층(이면 이미터층)(204)을 형성한다. 본 발명에서는 이 공정에 있어서, 반도체 기판(202)의 측면에 제2도전형을 가지는 제2도전형층(측면 이미터층)(208)을, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(204)과 연속하여 형성한다. 이때 본 발명에서는 기판 이면으로부터 측면을 개재하여 수광면 외주부에 걸쳐 연속하여 이미터층을 형성해도 좋다.
이들 제2도전형층은 기판과 역의 도전형(이 예의 경우 P형)이고, 두께가 통상 0.05~1㎛ 정도다.
본 발명에 의하면, 도 2 (b)의 공정에 있어서, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(204)과 측면에 위치하는 제2도전형층(208)을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것으로 할 수가 있다. 즉, 이들 제2도전형층(이미터층)은 1회의 도포 처리 및 확산 열처리로 형성할 수가 있다. 예를 들면, 이들 제2도전형층은 붕소원을 함유시킨 도포제를 제1주표면 전면에 도포하고, 950~1050℃에서 열처리하는 방법으로 형성이 가능하다. 구체적으로는 붕소원으로서 붕산 1~4%, 증점제로서 폴리비닐알코올 0.1~4%를 함유시킨 수용액을 미리 제작해 두고, 이것을 제1주표면 전면에 스핀 코트(spin coat)한다. 코트제의 점도에도 따르지만, 스핀 코트시의 회전수는 1분당 800~2500회전이 바람직하다. 또한, 이 경우 코트제의 점도는 40~140mPa·s 정도인 것이 바람직하다. 이 조건으로 코트하면, 기판 측면으로부터 제1주표면 외주부 1mm 정도의 범위 내에 도포제의 돌아들어감을 생기게 할 수가 있다. 이것이 최종적으로는 기판 측면의 이미터층(208) 및 수광면 외주부의 이미터층(도 1 (c)의 수광면 이미터층(109))으로 되어 광전 변환 효율 향상에 기여한다. 또한, 도 2 (b)에 나타내듯이, 스핀 코트시의 회전수를 제어함으로써, 측면 이미터층(208)을 형성하고, 수광면 이미터층을 형성하지 않게 할 수도 있다.
또, 본 발명에 의하면, 도 2 (b)의 공정에 있어서, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(204)과 측면에 위치하는 제2도전형층(208)을, 제1도전형을 가지는 반도체 기판(202)를 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성할 수도 있다. 이 경우 이들 제2도전형층(이미터층)은 BBr3 등을 이용한 기상 확산에 의해 형성할 수 있다. 이 방법에서는 기판을 2매 1조로 하여 수광면끼리를 겹친 상태로 열처리로에 놓고, BBr3와 산소의 혼합 가스를 도입하여 950~1050℃에서 열처리한다. 캐리어 가스로서는 질소나 아르곤이 매우 적합하다. 2매의 기판이 겹친 상태로 처리되기 때문에, 외측의 면인 이면 및 기판 측면에는 전면에 붕소의 확산층(이미터층)이 형성되지만, 겹침면(내측의 면인 수광면)에는 확산층이 형성되지 않거나, 혹은 형성되었다고 해도 외주로부터 1mm 정도다. 이 결과 기판 측면의 이미터층(208)을 형성할 수가 있고, 이에 더하여 필요에 따라 수광면 외주부의 이미터층도 형성할 수가 있다.
다음에, 도 2 (c)에 나타내듯이, 제1주표면에 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층(베이스층)(203)을 형성한다. 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 이 공정을 실시할 수가 있다. 먼저, 베이스층 형성을 위한 마스크(mask)를 양 주표면 상에 형성한다. 마스크로서는 실리콘 산화막 혹은 SiNx막 등을 이용할 수가 있다. 화학 기상 성장(CVD)법을 이용하면, 도입하는 가스종을 적당히 선택함으로써 어느 막도 형성 가능하다. 실리콘 산화막의 경우는 기판을 열산화해도 형성할 수 있다. 기판을 산소 분위기 중 950~1100℃, 30분~4시간 열처리함으로써 100nm 정도의 실리콘 열산화막이 형성된다. 이 열처리는 상기 이미터층 형성을 위한 열처리에 이어서 동일 배치(batch) 내에서 실시해도 상관없다. 다음에, 베이스층으로 되는 부분의 마스크를 개구한다. 구체적으로는 개구폭이 50~400㎛, 0.6~2.0mm 정도의 간격으로 평행선 모양으로 개구한다. 개구에는 포토리소그래피(photolithography)법을 사용할 수 있지만, 에칭 페이스트(etching paste)나 레이저로의 개구가 간편하고 바람직하다. 마스크를 개구하면, 50~90℃로 가열한 KOH, NaOH 등의 알칼리 수용액 중에 기판을 침지하여, 개구부의 불필요한 이미터층을 제거(에칭)한다. 또한, 이때 이미터층의 제거에 의해 기판이 약간(예를 들면 5㎛ 정도) 패이지만, 이에 의해 생기는 요철은 태양전지의 특성에는 영향을 주지 않고, 무시할 수 있을 정도의 요철이기 때문에, 도 2 (c) 등에서는 도시하고 있지 않다.
베이스층(203) 형성에는 옥시염화인을 이용한 기상 확산법을 사용할 수 있다. 830~950℃, 옥시염화인과 질소 및 산소 혼합 가스 분위기하에서 기판을 열처리함으로써, 베이스층으로 되는 인 확산층(N＋층)이 형성된다. 기상 확산법 외에 인을 함유하는 재료를 스핀 도포하거나 인쇄하거나 하고 나서 열처리하는 방법이라도 좋다.
확산층 형성 후 표면에 형성되는 유리를 불산 등으로 제거한다. 이와 같이 하여 도 2 (c)에 나타내는 베이스층(203)을 형성할 수가 있다.
다음에, 도 2 (d)에 나타내듯이, 제2주표면의 반사 방지막(201)의 형성 및 제1주표면의 이면 보호막(207)의 형성을 행한다. 반사 방지막으로서는 SiNx막이나 실리콘 산화막 등을 이용할 수 있다. SiNx막의 경우는 플라스마 CVD 장치를 이용하여 약 100nm 제막한다. 반응 가스로서 모노실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 혼합하여 이용하는 경우가 많지만, NH3 대신에 질소를 이용하는 것도 가능하고, 또 프로세스 압력의 조정, 반응 가스의 희석, 또한 기판에 다결정 실리콘을 이용한 경우에는 기판의 벌크 패시베이션(bulk passivation) 효과를 촉진하기 위해, 반응 가스에 수소를 혼합하는 경우도 있다. 실리콘 산화막의 경우는 CVD법으로도 형성할 수 있지만, 열산화법에 의해 얻어지는 막 쪽이 높은 특성이 얻어진다. 또, 표면의 보호 효과를 높이기 위해, 미리 기판 표면에 AlO막을 형성하고 나서 반사 방지막을 형성해도 좋다.
제1주표면에도 이면 보호막(207)으로서 SiNx막이나 실리콘 산화막을 이용할 수 있다. 막두께는 50~250nm로 하는 것이 매우 적합하다. 제2주표면(수광면)측과 마찬가지로 SiNx막의 경우는 CVD법으로, 실리콘 산화막의 경우는 열산화법이나 CVD법으로 형성이 가능하다. 또, 표면의 보호 효과를 높이기 위해, 미리 기판 표면에 AlO막을 형성하고 나서 SiNx막, 실리콘 산화막 등을 형성해도 좋다.
다음에, 도 2 (e)에 나타내듯이, 제1주표면에 위치하는 제1도전형층(203) 상에 제1집전 전극(205)을 형성한다. 또, 제1주표면에 위치하는 제2도전형층(204) 상에 제2집전 전극(206)을 형성한다. 제1집전 전극(205) 및 제2집전 전극(206)을 형성하는 순번은 특히 한정되지 않고, 예를 들면 먼저 제2집전 전극(206)을 형성해도 좋다. 또, 제1집전 전극(205) 및 제2집전 전극(206)을 동시에 형성해도 좋다. 예를 들면, 스크린 인쇄법으로 이들 집전 전극(이면 컨택트용 전극)을 형성할 수가 있다. 이 경우 먼저, 개구폭 30~100㎛, 0.6~2.0mm 간격의 평행선 패턴을 가지는 제판을 준비한다. 다음에, 이 제판을 이용하여, Ag 분말과 유리 프릿(glass frit)을 유기물 바인더와 혼합한 Ag 페이스트를 베이스층을 따라 인쇄한다. 마찬가지로 하여, 이면 이미터층에도 Ag 페이스트를 인쇄한다. 이상의 Ag 페이스트 인쇄 후 열처리에 의해 SiNx막에 Ag 분말을 관통시켜(fire through) 전극과 실리콘을 도통시킨다. 또한, 베이스층용 전극을 형성하기 위한 Ag 페이스트 및 이미터층용 전극을 형성하기 위한 Ag 페이스트의 소성은 따로따로 행하는 것도 가능하다. 소성은 통상 700~850℃의 온도에서 5~30분간 처리함으로써 행해진다.
전극은 상기와 같은 스크린 인쇄법 외에 증착법이나 스퍼터(sputter)법으로 형성해도 상관없다.
이와 같이 하여 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 제1주표면으로부터 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조한다.
이상, N형 기판의 경우를 예로 기술했지만, P형 기판의 경우는 이미터층 형성에 인, 비소, 안티몬 등을 함유하는 도포제 등을 이용하고, 베이스층 형성에는 붕소, Al 등을 확산시키면 좋고, 이 경우도 변환 효율 향상 효과가 얻어진다.
도 2에 나타내는 방법은 하기 시스템에 의해 실현 가능하다. 즉, 또한 본 발명에서는, 제1도전형을 가지는 반도체 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 형성하는 장치와, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 형성하는 장치를 가지는 태양전지의 제조 시스템으로서, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 반도체 기판의 측면에 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성함으로써, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면으로부터 상기 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템을 제공한다. 이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 캐리어를 효율 좋게 수집할 수 있어 변환 효율이 뛰어난 태양전지를 간편하게 제조할 수가 있는 시스템으로 된다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것으로 할 수가 있다. 이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 도포 확산 처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
또, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을, 상기 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성할 수가 있다. 이러한 태양전지의 제조 시스템이면, 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다. 또, 기상 확산 열처리시의 조건을 제어함으로써, 소망의 제2도전형층을 제1주표면 및 측면에 간편하게 형성할 수가 있다.
제2도전형층을 형성하는 장치로서는 열처리로, 혹은 스핀 코터 및 열처리로를 들 수 있다. 제1도전형층을 형성하는 장치로서는 열처리로 외에 도포 확산의 경우는 스핀 코터 및 열처리로, 스크린 인쇄기 및 열처리로를 들 수 있다. 제1집전 전극 및 제2집전 전극을 형성하는 장치로서는 스크린 인쇄기 및 소성로 외에 증착 장치, 스퍼터 장치를 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유효성을 확인하기 위해 태양전지 특성의 비교를 행하였다.
［실시예］
두께 200㎛, 비저항 1Ω·cm의, 인 도프｛100｝N형 애즈컷 실리콘 기판 10매에 대해, 열농(熱濃) 수산화칼륨 수용액에 의해 손상층을 제거 후, 72℃의 수산화칼륨/2－프로판올 수용액 중에 침지하여 텍스처 형성을 행하고, 이어서 75℃로 가열한 염산/과산화수소 혼합 용액 중에서 세정을 행하였다.
다음에, 도포제로서 붕산 2%·폴리비닐알코올 2%의 수용액을 이면 상에 스핀 도포하였다. 스핀 회전수를 1분당 1000회전으로 한 바, 수광면 외주부 약 1mm의 부분에 도포제의 돌아들어감이 형성되었다. 도포제를 도포한 기판을 질소 분위기 중에서 1000℃에서 18분 열처리하였다. 이에 의해 이면 이미터층, 측면 이미터층, 및 수광면 이미터층을 연속하여 형성하였다. 4탐침법으로 측정한 결과, 이미터층의 시트 저항은 50Ω으로 되었다.
열처리 후의 기판을 1000℃ 3시간 산소 분위기 중에서 열산화하여 마스크 형성하였다. 또한, 이 기판의 이면을 인산계의 에칭 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄법으로 1.2mm 간격으로 개구(산화막을 부분적으로 에칭)하고, 80℃ KOH에 침지하여 개구부의 이미터층을 제거하였다.
다음에, 옥시염화인 분위기하, 870℃에서 수광면끼리를 겹친 상태로 40분간 열처리하여, 개구부에 베이스층으로서 인 확산층을 형성하였다. 이후 농도 12% 불산에 침지함으로써 표면 유리를 제거하였다.
이상의 처리 후 플라스마 CVD 장치를 이용하여 SiNx막을 양면에 형성하였다. 막두께는 수광면 및 이면 모두 100nm로 하였다.
다음에, Ag 페이스트를 베이스층 상 및 이면 이미터층 상에 각각 인쇄하여 건조시켰다. 이것을 780℃의 공기 분위기하에서 소성하였다. 이에 의해 베이스 전극 및 이미터 전극을 형성하였다.
［비교예］
도포제인 붕산·폴리비닐알코올 수용액을 이면 상에 스핀 도포할 때의 스핀 회전수를 1분당 4000회전으로 한 외에는 실시예와 마찬가지로 태양전지를 제작하였다. 비교예에 있어서는 스핀 도포했을 때에 수광면 및 측면에 도포제의 돌아들어감은 확인되지 않았다. 그 때문에 이미터층은 이면에만 형성되어 있었다.
의사 태양광하에서 전류 전압 특성을 측정하였다. 각 조건의 평균치를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112018122166416-pct00001
실시예에서는 측면 이미터층 및 수광면 이미터층이 형성되어 있기 때문에, 수광면 외주부에서 생성한 캐리어의 수집 효율을 높일 수 있어 단락 전류의 증가가 인지된다. 또한, 수광면의 이미터 범위는 작기 때문에 형상 인자의 저하는 보이지 않는다. 이 결과 변환 효율에 개선이 보인다. 한편, 비교예에서는 측면 이미터층 및 수광면 이미터층이 형성되어 있지 않기 때문에, 수광면 외주부에서 생성한 캐리어의 수집 효율이 내려가 변환 효율이 내려갔다.
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.

Claims (9)

  1. 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 구비하고,
    당해 기판의 제1주표면에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층, 및 상기 제1주표면 상에서 상기 제1도전형층 이외의 영역에 형성된 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 구비하고,
    상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 구비하고,
    상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 구비하는 태양전지로서,
    상기 반도체 기판의 측면에는 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 제2주표면의 외주부에는 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이, 상기 반도체 기판의 측면을 개재하여 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1주표면의 최외주단으로부터 가장 가까이에 위치하는 전극이 상기 제2집전 전극인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1도전형을 가지는 반도체 기판의 제1주표면의 전면에 걸쳐, 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정과,
    상기 제1주표면의 상기 제2도전형층 내에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층을 형성하되, 상기 제1주표면 상에서 상기 제2도전형층이 상기 제1도전형층 이외의 영역을 점유하도록 하는 공정과,
    상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 형성하는 공정을 가지는 태양전지의 제조 방법으로서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 반도체 기판의 측면에 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성함으로써, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면으로부터 상기 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을, 상기 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  7. 제1도전형을 가지는 반도체 기판의 제1주표면의 전면에 걸쳐, 상기 제1도전형과 반대의 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치와,
    상기 제1주표면의 상기 제2도전형층 내에, 상기 제1도전형과 동일한 도전형을 가지는 제1도전형층을 형성하되, 상기 제1주표면 상에서 상기 제2도전형층이 상기 제1도전형층 이외의 영역을 점유하도록 하는 장치와,
    상기 제1주표면에 위치하는 제1도전형층 상에 제1집전 전극을 형성하는 장치와,
    상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층 상에 제2집전 전극을 형성하는 장치를 가지는 태양전지의 제조 시스템으로서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 반도체 기판의 측면에 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 연속하여 형성함으로써, 상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층이 상기 제1주표면으로부터 상기 측면에 걸쳐 연속하여 형성된 태양전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을 도포 확산 처리에 의해 형성하고, 당해 도포 확산 처리는 한 번의 도포 스텝 및 확산 열처리 스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2도전형을 가지는 제2도전형층을 형성하는 장치에 있어서, 상기 제1주표면에 위치하는 제2도전형층과 상기 측면에 위치하는 제2도전형층을, 상기 제1도전형을 가지는 반도체 기판을 2매 겹친 상태로 기상 확산 열처리함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 시스템.
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