KR102599917B1 - 고광전변환효율 태양전지의 제조방법 및 고광전변환효율 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정과, 상기 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법이다. 이에 따라, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지를 제조하는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
단결정 N형 실리콘기판을 이용한 일반적인 고광전변환효율 태양전지의 수광면측에서 본 개관을 도 1에 나타낸다. 또한, 이 태양전지의 단면구조의 모식도를 도 2에 나타낸다. 이 태양전지(100)는, N형 기판(110) 상에, 수광면의 집전전극으로서, 핑거전극(121)이라 불리는 백~수십μm폭의 전극을 다수 갖는다. 인접하는 핑거전극끼리의 간격은 1~3mm 정도가 일반적이다. 또한, 태양전지셀을 연결하기 위한 집전전극으로서 버스바전극(122)을 2~4개 갖는다. 이들 전극(핑거전극(121), 버스바전극(122))의 형성방법으로는, 증착법, 스퍼터법 등을 들 수 있는데, 비용의 면으로부터, Ag 등의 금속미립자를 유기바인더에 섞은 금속페이스트를, 스크린판 등을 이용하여 인쇄하고, 수백도에서 열처리를 행해 기판과 접착하는 방법이 널리 이용되고 있다. 태양전지(100)의 전극 이외의 부분은 질화실리콘막 등의 반사방지막(141)으로 덮여 있다. 기판의 표면(수광면)은 기판의 도전형과 반대인 P형 확산층(112)이 형성된다. 이면측에도 핑거전극(131)이 형성되며, 전극 이외의 부분은 질화실리콘막 등의 막(이면패시베이션막)(151)으로 덮여 있다. N형 기판(110)의 이면의 최표층에는 기판과 동일한 도전형의 N형 확산층(113)이 형성되어 있다.
또한, 게다가 고광전변환효율의 태양전지구조로는 이면전극형 태양전지가 있다. 이 태양전지로서, N형 기판을 이용한 경우의 단면구조의 모식도를 도 3에 나타낸다. 태양전지(300)에 있어서, N형 기판(310)의 수광면은 반사방지막(341)으로 덮여 있다. 태양전지(300)의 이면에 N전극(N형 핑거전극)(335)과 P전극(P형 핑거전극)(334)이 교호로 형성되어 있다. N형 기판(310)에는, N전극(335) 바로 아래에만 N형 확산층(313)이, 그 이외의 대부분의 영역에는 P형 확산층(312)이 형성되며, 전극 이외의 부분은 질화실리콘막 등의 막(이면패시베이션막)(351)으로 덮여 있다. 이러한 태양전지(300)는, 수광면에 전극이 존재하지 않으므로, 입사광이 차단되는 일 없이 기판 내에 들어가므로, 도 1 및 도 2의 구조에 비해 광전변환효율은 높아진다.
A. A. Istratov et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 71, No. 16 (1997) 2349-2351
상기와 같은 구조를 갖는 태양전지에 의해, 고효율화가 달성되어 왔다. 그러나, 최근, 태양전지가 고효율화하는 한편으로, 경시(經時)에서의 변환효율의 저하현상이 드러났다. 즉, 태양전지를 수일~수주간 실온에서 방치하는 것만으로 변환효율이 저하되는 현상이다(이후 본 발명의 설명에서는, 이 현상을 간단히 「열화」라 호칭한다). 이에, 태양전지가 열화되지 않는 대책을 취할 필요가 있다.
본 발명은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정과, 상기 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
전극소성을 거친 기판에, 이러한 온도에서 저온어닐처리를 행함으로써, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지를 제조할 수 있다.
이 경우, 상기 어닐처리를 0.5분 이상의 시간으로 행하는 것이 바람직하다.
이러한 시간으로 소성공정 후의 저온어닐을 행함으로써, 보다 확실하게 열화현상억제 효과를 얻을 수 있고, 보다 저비용으로 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 상기 전극 전구체의 소성에 있어서, 최고온도부터 450℃까지의 강온속도를 50℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 강온속도로 소성공정을 행함으로써, 태양전지의 본래의 초기특성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은, 소성공정의 강온속도가 상기와 같이 큰 경우에 특히 효과적이다.
또한, 상기 전극 전구체의 소성에 있어서의 최고온도를 500℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이러한 최고온도에서 소성공정을 행함으로써, 전극의 소성을 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는, 상기 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정의 후, 상기 반도체 실리콘기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 저온경화형 도전재료를 패턴상으로 도포하고, 그 후, 상기 어닐처리를 행할 때에, 동시에 상기 저온경화형 도전재료의 경화를 행해 도전체부를 형성할 수 있다.
이와 같이, 저온경화형 도전재료를 패턴상으로 도포하고 나서 저온어닐처리를 행할 수도 있다. 이는, 특히 버스바전극을 저온경화형 도전재료로 형성할 때에 유효하다.
또한, 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는, 상기 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정의 후, 상기 반도체 실리콘기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 절연재료를 패턴상으로 도포하고, 그 후, 상기 어닐처리를 행할 때에, 동시에 상기 절연재료의 경화를 행해 절연막을 형성할 수 있다.
이와 같이, 절연재료를 패턴상으로 도포하고 나서 저온어닐처리를 행할 수도 있다. 이는, 특히 이면전극형 태양전지를 제조하는 경우에 유효하다.
또한, 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는, 상기 반도체 실리콘기판을 N형 반도체 실리콘기판으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지의 제조방법은 P형보다 N형에 대해 효과가 크다.
또한, 본 발명은, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을, 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기의 태양전지로서, 상기 어닐처리가 이루어진 후 1일 이내에 측정한 초기의 단락전류의 값A와, 이 초기의 단락전류를 측정하고 나서 실온에서 1주간 보관한 후에 측정한 단락전류의 값B가, B/A≥0.98의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은, PN접합을 갖는 반도체 실리콘기판을 구비하고, 상기 반도체 실리콘기판의 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 갖는 태양전지로서, 상기 태양전지의 완성 후 1일 이내에 측정한 초기의 단락전류의 값A와, 이 초기의 단락전류를 측정하고 나서 실온에서 1주간 보관한 후에 측정한 단락전류의 값B가, B/A≥0.98의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명의 태양전지는, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지이다.
또한, 본 발명은, 상기의 태양전지가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈을 제공한다.
이와 같이, 본 발명의 태양전지는 태양전지모듈에 내장할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기의 태양전지모듈을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템을 제공한다.
이와 같이, 본 발명의 태양전지를 내장한 태양전지모듈은, 태양광 발전시스템에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체가 형성된 반도체 실리콘기판을 가열한 후 100℃ 미만으로 강온함으로써, 상기 전극 전구체를 소성하여 상기 반도체 실리콘기판 상에 전극을 형성하는 소성로와, 이 소성로에서 처리된 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 어닐로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조장치를 제공한다.
이러한 태양전지 제조장치를 이용하여 태양전지를 제조한다면, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지를 제조할 수 있다.
이때, 상기 소성로와 상기 어닐로는 기계적으로 접속되며, 상기 소성로로부터 반출된 상기 반도체 실리콘기판을 자동으로 상기 어닐로에 수납하는 것으로 할 수 있다.
이러한 태양전지 제조장치를 이용하여 태양전지를 제조한다면, 자동으로 열화현상이 억제된 태양전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 태양전지의 제조방법에 따르면, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 고광전변환효율 태양전지를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용할 수 있는, 일반적인 태양전지를 수광면측에서 본 개관도이다.
도 2는 본 발명을 적용할 수 있는, 일반적인 태양전지의 단면모식도이다.
도 3은 본 발명을 적용할 수 있는, 일반적인 이면전극형 태양전지의 단면모식도이다.
도 4는 실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2로부터 얻어진, 어닐온도와 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 2로부터 얻어진, 어닐시간과 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 3으로부터 얻어진, 저온경화형 도전재료어닐시간과 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 4로부터 얻어진, 절연재료어닐온도와 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 개관도이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 이면내부모식도이다.
도 10은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 단면모식도이다.
도 11은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 모식도이다.
도 12는 본 발명에 따른 경시에서의 열화현상 및 어닐에 의한 회복을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명을 적용할 수 있는, 일반적인 태양전지의 단면모식도이다.
도 3은 본 발명을 적용할 수 있는, 일반적인 이면전극형 태양전지의 단면모식도이다.
도 4는 실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2로부터 얻어진, 어닐온도와 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 2로부터 얻어진, 어닐시간과 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 3으로부터 얻어진, 저온경화형 도전재료어닐시간과 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 4로부터 얻어진, 절연재료어닐온도와 변환효율 및 변환효율유지율의 상관을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 개관도이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 이면내부모식도이다.
도 10은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 단면모식도이다.
도 11은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 모식도이다.
도 12는 본 발명에 따른 경시에서의 열화현상 및 어닐에 의한 회복을 나타내는 도면이다.
상기와 같이, 최근, 태양전지가 고효율화하는 한편으로, 경시에서의 변환효율의 저하현상이 드러났다. 즉, 태양전지를 수일~수주간 실온에서 방치하는 것만으로 변환효율이 저하되는 열화현상의 문제가 있었다. 본 발명자들은, 이러한 열화현상이 발생하지 않는 대책에 대해 예의 검토하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 태양전지의 제조방법에서는, 우선, 이하와 같이, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을 준비한다(공정a). 이 반도체 실리콘기판은, 이하와 같은 서브스텝a-1~a-4에 의해 준비할 수 있다. 처음에 반도체 실리콘으로 이루어지는 기판을 준비한다(서브스텝a-1). 다음에, 반도체 실리콘으로 이루어지는 기판에, PN접합을 형성한다(서브스텝a-2). 다음에, 기판의 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 형성한다(서브스텝a-3). 전극 전구체로는 은페이스트 등을 이용할 수 있다. 서브스텝a-3에 이어서, 전극 전구체를 형성한 기판을 가열한 후 100℃ 미만으로 강온함(이때, 주위의 환경온도와 같은 정도의 온도가 될 때까지 냉각해도 된다)으로써, 전극 전구체를 소성하여 기판 상에 전극을 형성한다(서브스텝a-4. 이하, 이 전극 전구체의 소성에 의한 전극의 형성을, 전극의 소성공정이라고도 한다.). 본 발명의 태양전지의 제조방법은, 그 밖의 공정을 적당히 가질 수 있다.
본 발명의 태양전지의 제조방법은, 상기와 같이 하여 공정a에서 준비한 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 공정(공정b)을 갖는다. 이와 같이 기판을 비교적 저온에서 어닐하는 저온어닐공정을, 전극의 소성공정의 후에 가짐으로써, 열화는 회복되고, 추가로 이 처리를 실시함으로써 경시열화하지 않게 된다. 즉, 본 발명의 태양전지의 제조방법에 의해, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 광전변환효율이 높은 태양전지를 제조할 수 있다. 이러한 태양전지의 제조방법에 의해, 도 1, 2에 예시한 바와 같은 구조의 태양전지를 제조할 수 있는데, 그 밖의 구조의 태양전지에도 응용할 수 있다.
상기의 어닐처리를 행하는 온도는, 상기와 같이 100℃ 이상 450℃ 이하로 한다. 100℃보다 낮으면 어닐효과가 발현되지 않고, 450℃보다 높으면 전극의 접촉저항이 상승하는 등, 태양전지 본체에 문제가 발생한다. 이 저온어닐처리의 온도는, 150℃ 이상 400℃ 이하가 바람직하고, 200℃ 이상 300℃ 이하가 더욱 바람직하다.
상기의 어닐처리는, 0.5분 이상의 시간으로 행하는 것이 바람직하다. 저온어닐처리의 시간을 0.5분 이상으로 함으로써, 보다 확실하게 열화현상억제 효과를 얻을 수 있다. 저온어닐처리의 시간은 1분 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 5분 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 저온어닐처리의 시간이 너무 긴 것에는 품질상 문제는 없으나, 제조비용을 억제하기 위해 180분 이하로 하는 것이 바람직하고, 60분 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
저온어닐처리는 몇단계인가에 걸쳐서 행해도 된다. 즉, 한번, 100℃ 이상 450℃ 이하의 온도에서 저온어닐처리를 행하고, 실온부근까지 강온하고, 재차 100℃ 이상 450℃ 이하의 온도에서 저온어닐처리를 행할 수도 있다. 그 경우도 저온어닐처리의 합계시간이 0.5분 이상 60분 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기의 전극 전구체의 소성(서브스텝a-4, 소성공정)에 있어서, 최고온도부터 450℃까지의 강온속도는 50℃/초 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 강온속도를 크게 하면, 태양전지의 본래의 초기특성을 높일 수 있다. 또한, 강온속도가 클수록, 본 발명의 효과가 보다 크게 발현되므로, 강온속도는 상기와 같이 50℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다.
제조한 태양전지에 있어서, 높은 초기출력을 얻기 위해서는, 전극 전구체의 소성에 있어서, 급격한 강온이 필요불가결이다. 그러나, 급격한 강온은 태양전지의 경시열화에도 관계하고 있다. 그러므로, 태양전지의 높은 초기출력과, 경시열화의 회피의 양립은 곤란했었다. 전극 전구체의 소성에 있어서의 강온이 급격하더라도, 본 발명의 태양전지의 제조방법이면, 태양전지 제조 후의 경시열화를 회피할 수 있다.
또한, 전극 전구체의 소성(서브스텝a-4, 소성공정)에 있어서의 최고온도를 500℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 500℃ 이상이면 어닐효과를 얻기 쉬워지고, 1100℃ 이하이면, 소성로로부터의 오염을 억제할 수 있으므로, 이 또한 어닐효과를 얻기 쉬워진다. 보다 높은 태양전지 초기특성을 얻기 위해서는 소성의 최고온도를 550℃ 이상 1000℃ 이하로 하는 것이, 전극-기판간의 낮은 콘택트저항을 실현할 수 있으므로 바람직하다. 나아가, 소성의 최고온도를 700℃ 이상으로 함으로써 전극의 소결이 진행되고, 850℃ 이하로 함으로써 벌크 라이프타임의 저하가 발현되지 않게 되어, 보다 높은 태양전지 초기특성을 얻을 수 있으므로 바람직하다.
도 12는, 전극소성공정을 거쳐 작성된 태양전지의 단락전류(ISC)의 경시변화데이터를 나타낸 도면이다. 기호 ●■▲는 각각 별도의 기판이며, 소성 직후를 0으로 하여, 경시에서의 단락전류의 변화를 나타내고 있다. 일수의 경과와 함께 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이 17일 경과 후의 기판을 어닐처리하고, 어닐 직후를 0으로 하여 경시에서의 단락전류의 변화를 나타낸 것이 기호 ○□△이다. 단락전류는 소성 직후의 값까지 회복되고, 더 나아가서는, 경시에서의 열화가 보이지 않게 되어 있다. 이상이, 경시열화, 그리고, 저온어닐에 의한 열화의 회복 및 열화현상의 저해의 구체적인 예이다.
태양전지의 경시열화, 그리고, 저온어닐에 의한 열화의 회복 및 열화현상의 저해의 메커니즘은, 반드시 명확하게 되어 있는 것은 아니지만, 이하와 같이 이해할 수 있다.
일반적인 태양전지 제조공정은, 최후의 고온열처리공정이 전극 형성공정인 경우가 많다. 이 전극 형성공정은 구체적으로는, 은분 등을 포함하는 페이스트를 인쇄, 소성하는 공정이며, 특히 소성공정은 800℃ 가까운 고온으로부터 1분도 안되어 실온부근까지 강온시키는 스텝을 포함한다. Cu(구리)의 존재하에서는, 이 급강온에 의해 Cu는 기판 내에 원자상으로 분산된다고 생각되며, 이 시점에서는 Cu는 태양전지특성에 대해서는 무해하다고 생각된다.
여기서, 비특허문헌 1에서는, 실리콘벌크 중의 Cu는 실온에서도 수시간의 오더로 벌크 중에 석출물을 형성한다고 하고 있다. 상기 원자상 Cu는 시간과 함께 석출물을 형성하고, 이것이 태양전지의 특성저하를 일으킨다고 생각된다. 즉, 이것이 경시에서의 출력저하의 원인으로 추정된다.
나아가, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 실리콘벌크 중의 Cu는, 상온~400℃의 열처리를 복수회 행함으로써, 기판 표면에 확산되는 것이 공지로 되어 있다. 이러한 저온어닐처리를 실시하면, 상기 벌크 중 Cu가 기판 표면에 이동하여 고정되고, 태양전지특성에 대해서는 무해화되는 것으로 생각된다. 즉, 이것이 저온어닐에 의한 열화회복 그리고 열화저해의 원인으로 추정된다.
공지예에서는 실리콘기판 중의 Cu의 태양까지 상세하게 나타나 있지 않으며, 태양전지에 있어서는 전극의 소성(급강온)이라는 특이한 공정이 존재하므로, 열화현상이 발현된다고 생각된다.
그 한편으로, 경시열화한 태양전지기판 중의 원소분석을 전용해ICP-MS(유도결합 플라즈마질량분석)법으로 행했는데, 복수의 분석에 있어서 어느 것이나 Cu는 검출하한(1.9×1012/cm3) 이하였다. 현재의 기술로는, 이 이상의 감도의 분석은 불가능하며, 상기 서술한 바와 같은 Cu에 의한 열화메커니즘은 부정도 단정도 할 수 없다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 저온어닐처리를 거친 태양전지는, 열화현상이 억제되어 있으므로, 저온어닐처리를 거치지 않은 태양전지와 비교할 때 태양전지 자체의 구조도 변했을테지만, 그 구조를 특정하는 것은 적어도 현재의 기술로는 곤란하다.
또한, Cu 이외의 가능성도 검토하였으나, 실온에서 열화한다는 상황을 근거로, 가능성이 있는 물질은 현저히 제한되어, 메커니즘의 제창에는 이르지 못했다.
이와 같이, 상세한 메커니즘은 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명의 특징을 구비하는 태양전지의 제조방법이면, 어쨌든, 종래의 태양전지에서 발생하였던 열화현상을 억제할 수 있다.
상기의 저온어닐공정은, 태양전지의 제조공정에 있어서의 다른 저온열처리를 겸하여 동시에 행할 수 있다. 예를 들어, 저온경화형 도전재료를 패턴상으로 도포하고 나서, 태양전지 열화억제용의 저온어닐처리를 행할 수 있다. 이 방법은, 버스바전극을 저온경화형 도전재료로 형성할 때에 유효하다. 보다 구체적으로는, 이하와 같이 할 수 있다. 즉, 전극소성을 행하거나 하여 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정(공정a)의 후, 이 기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 저온경화형 도전재료를 패턴상으로 도포한다. 그 후, 어닐처리(공정b)를 행할 때에, 동시에 저온경화형 도전재료의 경화를 행해 도전체부를 형성할 수 있다. 이 도전체부를, 예를 들어, 버스바전극으로서 구성할 수 있다. 버스바전극 형성시에 필요한 열처리와 동시에 본 발명의 저온어닐처리를 행함으로써, 공수(工數)의 증가가 없다. 그러므로, 저비용으로 본 발명의 저온어닐처리를 행할 수 있다.
또한, 절연재료를 패턴상으로 도포하고 나서 태양전지 열화억제용의 저온어닐처리를 행할 수도 있다. 이는 특히 이면전극형 태양전지의 제조를 행할 때에 유효하다. 보다 구체적으로는, 이하와 같이 할 수 있다. 즉, 전극소성을 행하거나 하여 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정(공정a)의 후, 이 기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 절연재료를 패턴상으로 도포한다. 그 후, 어닐처리(공정b)를 행할 때에, 동시에 절연재료의 경화를 행해 절연막을 형성할 수 있다. 이 절연막을, 예를 들어, 이면전극형 태양전지의 P전극과 N전극의 분리를 행하는 막으로서 구성할 수 있다.
상기 어닐공정은, 후술하는 태양전지모듈이나 스트링을 제조하고 나서 실시하기보다, 상기 서술한 바와 같이 기판의 단계에서 실시하는 것이 바람직하다. 모듈이나 스트링은, 구성재료에 땜납이나 봉지재가 포함된다. 이들은 고온에 노출됨으로써 품질이 저하되므로, 상기 어닐을 실시하는데 방해가 된다. 또한, 개체의 면적이 증가하기 때문에, 장치가 방대해질 뿐만 아니라, 균일하게 가열(어닐)하는 것이 기술적으로 어려워진다.
이하의 보다 상세한 설명에서는, 본 발명의 전체의 이해, 및 특정의 구체예에서 어떻게 실시할지를 제공하기 위해, 많은 특정의 세부(細部)가 설명된다. 그러나, 본 발명은, 이들 특정의 세부없이 실시할 수 있음이 이해될 것이다. 이하에서는, 공지의 방법, 수순, 및 기술은, 본 발명을 불명료하게 하지 않으므로, 상세하게는 나타나 있지 않다. 본 발명은, 특정의 구체예에 대해서 특정의 도면을 참조하면서 설명되나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 여기에 포함되어 기재된 도면은 모식적이며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 또한 도면에 있어서, 도시 목적으로 몇 가지 요소의 크기는 과장되며, 그러므로 축척대로는 아니다.
이하에, 보다 구체적으로, 본 발명의 고광전변환효율 태양전지의 제조방법을, N형 기판을 이용하는 경우를 예로 설명한다. 기판은 N형 반도체 실리콘기판인 것이 바람직하다. 본 발명은 P형보다 N형에 대해 효과가 크기 때문이다. 이 이유의 상세는 불명하나, P형 기판 중의 Cu는 실온 정도의 온도에서 표면으로의 이동을 시작하는 것이 알려져 있으며, N형 기판과 비교할 때 비교적 열화현상 자체가 발현하기 어려워진다고 생각된다. 단, 본 발명은 P형 기판에 대해서도 문제없이 적용할 수 있다.
우선, 고순도실리콘에 인 혹은 비소·안티몬과 같은 V가원소를 도프하고, 비저항 0.1~5Ω·cm으로 한 애즈컷(as cut) 단결정{100} N형 실리콘기판을 준비한다. 실리콘기판으로서 단결정을 이용하는 경우, 그 단결정 실리콘기판은, CZ(초크랄스키)법, FZ(플로팅존)법 어떠한 방법에 의해 제작되어도 된다. 또한, 여기서 준비하는 실리콘기판은 반드시 단결정 실리콘일 필요는 없으며, 다결정실리콘이어도 상관없다.
다음에, 슬라이스 및 연삭시에 형성되는 기판 표면의 기계적 데미지를, 농도 5~60%의 수산화나트륨수용액이나 수산화칼륨수용액과 같은 고농도의 알칼리, 혹은, 불산과 질산의 혼산 등을 이용하여 에칭한다. 다음 공정의 텍스처 형성조건에 따라서는, 이 기계적 데미지제거공정은 반드시 필요하지는 않으며, 생략하는 것도 가능하다.
계속해서, 기판 표면에 텍스처라 불리는 미소한 요철형성을 행한다. 텍스처는 태양전지의 반사율을 저하시키기 위한 유효한 방법이다. 텍스처는, 가열한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 등의 알칼리용액(농도 1~10%, 온도 60~90℃) 중에 10분 내지 30분 정도 침지함으로써 제작된다. 상기 용액 중에, 소정량의 2-프로판올을 용해시켜, 반응을 촉진시키는 경우가 많다.
텍스처 형성 후, 염산, 황산, 질산, 불산 등, 혹은 이들의 혼합액의 산성수용액 중에서 세정한다. 과산화수소를 혼합하여 청정도를 높일 수도 있다.
계속해서, 기판에 P형 확산층을 형성한다. 확산층의 형성에는, 기상확산법, 도포확산법이 있으며, 어느 것을 이용해도 된다. 기상확산법의 예로는, 기판을 2매 1조로 하여 중첩한 상태로 열처리로에 대치(戴置)하고, BBr3과 산소의 혼합가스를 도입하여 950~1050℃에서 열처리하는 방법이 가능하다. 캐리어가스로는 질소나 아르곤이 호적하다. 또한, 도포확산법의 예로는, 붕소원을 함유시킨 도포제를 기판의 일방의 주표면 전면에 도포하고, 950~1050℃에서 열처리하는 방법이 가능하다. 도포제로는, 예를 들어 붕소원으로서 붕산 1~4%, 증점제로서 폴리비닐알코올 0.1~4%를 함유시킨 수용액을 이용할 수 있다.
다음에 N형 확산층을 형성한다. 확산층의 형성에는, 기상확산법, 도포확산법이 있으며, 어느 것을 이용해도 된다. 기상확산법의 예로는, 기판을 2매 1조로 하여 중첩한 상태로 열처리로에 대치하고, 830~950℃, 옥시염화인과 질소 및 산소 혼합가스분위기하에서 기판을 열처리하는 방법이 가능하다. 도포확산법은, 인을 함유하는 재료를 스핀도포하거나, 인쇄하거나 하고 나서 열처리하는 방법이며, 어느 방법을 이용해도 상관없다.
다음에, 표면의 유리를 불산 등으로 제거한다.
이어서, 수광면의 반사방지막 형성을 행한다. 반사방지막으로는, 질화실리콘막이나 산화실리콘막을 이용할 수 있다. 질화실리콘막인 경우는 플라즈마CVD장치를 이용하여 약 100nm 제막한다. 반응가스로서, 모노실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 혼합하여 이용하는 경우가 많은데, NH3 대신에 질소를 이용하는 것도 가능하고, 또한, 프로세스압력의 조정, 반응가스의 희석을 위해, 반응가스에 수소를 혼합할 수도 있다. 산화실리콘막인 경우는, CVD법이어도 되나, 열산화법에 의해 얻어지는 막의 쪽이 높은 셀특성이 얻어진다.
이면에도 수광면과 마찬가지로 질화실리콘막이나 산화실리콘막으로 보호막을 형성하는 것이 바람직하다. 표면의 보호효과를 높이기 위해, 미리 기판 표면에 1~20nm 정도의 얇은 산화알루미늄막이나 열산화막을 형성하고 나서, 상기의 질화실리콘막이나 산화실리콘막을 형성해도 된다.
이어서, 이면전극으로서, 예를 들어 Ag분말을 함유하는 페이스트를 스크린인쇄법으로 형성한다. 인쇄패턴은 빗살(櫛齒)상으로 하여, 핑거전극과 버스바전극을 동시에 형성하는 것이 가장 간편하다. 핑거전극폭은 40~200μm 정도, 버스바전극폭은 0.5~2mm 정도가 호적하다.
수광면전극 형성에도 스크린인쇄법을 이용하고, Ag분말과 유리플릿을 유기물 바인더와 혼합한 Ag페이스트를 인쇄한다. 인쇄패턴은 이면과 마찬가지로 빗살상으로 하여, 핑거전극과 버스바전극을 동시에 형성하는 것이 가장 간편하다. 핑거전극폭은 40~100μm 정도, 버스바전극폭은 0.5~2mm 정도가 호적하다.
이상의 표리면전극 인쇄의 후, 열처리(소성)에 의해 질화실리콘막에 Ag분말을 관통시키고(파이어스루), 전극과 실리콘을 도통시킨다. 이면전극 및 수광면전극의 소성은 한번에 행하는 것도 가능하며, 따로 행해도 상관없다. 소성은, 통상, 700~850℃의 온도에서 수초~수분간 처리함으로써 행해진다. 높은 변환효율을 얻으려면 강온속도도 중요한 파라미터이며, 50℃/초보다 큰 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 설명에 있어서, 소성공정의 강온속도는, 소성공정의 피크온도부터 450℃가 될 때까지의 사이의 평균의 값을 나타내고 있다.
마지막으로, 전극소성 후의 기판을 100~450℃에서 1~60분 가열(어닐)한다. 어닐방법으로는, 간접저항가열, 직접저항가열, 적외선가열, 고주파유도가열 등이 있다. 간접저항가열은 발열시킨 발열체로부터 피열체에 열을 전달하여 가열하는 방식, 직접저항가열은 가열하고자 하는 물체에 직접전류를 흘려 가열하는 방식, 적외선가열은 전기에너지를 적외선 형태로 가열재료에 직접투입하여 가열하는 방식, 고주파유도가열은 전기에너지를 고주파로 변환하여 가열재료에 직접투입하여 가열하는 방식이다. 어느 것을 이용하여 가열해도 되나, 여기서는 간접저항가열에 대하여 설명한다. 가열장치는 배치식인 클린오븐, 가열로, 혹은 가열공간이 있는 간이적인 오븐, 혹은 기기 표면이 가열되는 핫플레이트여도 되고, 매엽식인 워킹빔방식이나 벨트컨베이어방식 어느 것을 이용해도 상관없다. 배치처리인 경우, 셀(기판)을 직접 겹쳐 처리해도 되고, 용기 내에 셀을 수납하여 처리해도 된다. 셀을 직접 겹쳐 처리하는 경우는, 처리매수는 1~400매인 것이 좋다. 400매 이하의 처리매수이면 핸들링상, 처리하기 쉬우므로 바람직하다. 처리매수는, 셀의 열용량과, 열원의 능력에 따라 결정되는데, 일반적으로 1000매 이내가 바람직하다.
본 발명은, 상기 태양전지를 제조하기에 적합한 태양전지 제조장치도 제공한다. 이 태양전지 제조장치는 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체가 형성된 반도체 실리콘기판을 가열한 후 100℃ 미만으로 강온함으로써, 전극 전구체를 소성하여 반도체 실리콘기판 상에 전극을 형성하는 소성로를 구비한다. 또한, 이 소성로에서 처리된 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 어닐로를 구비한다.
상기 소성로로부터 어닐로로의 기판의 이동은, 인력으로 행해도 물론 상관없으나, 소성로와 어닐로를 기계적으로 접속하고, 기판이동을 자동으로 행해도 상관없다. 즉, 상기의 태양전지 제조장치에 있어서, 소성로와 어닐로는 기계적으로 접속되며, 소성로로부터 반출된 반도체 실리콘기판을 자동으로 어닐로에 수납하는 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 워킹빔방식이나 벨트컨베이어방식의 소성로와, 동일하게 워킹빔방식이나 벨트컨베이어방식의 어닐로를, 기판반송동작을 동기시키거나 하여 이용할 수 있다. 또한, 소성로와 어닐로 사이에 적당히 기판이재기를 마련함으로써, 소성 후의 기판을 일단 내열성의 용기에 수납하거나, 혹은 기판을 직접 겹쳐, 배치식의 로에 수납시키는 것도 가능하다. 수동, 자동, 어느 방법을 취하는 경우여도, 기판의 핸들링을 안정시키기 위해, 기판온도는 100℃ 미만으로 할 필요가 있다.
상기에서는, 핑거전극과 버스바전극을 동시형성하는 예를 나타내었으나, 핑거전극과 버스바전극을 따로 형성하는 것도 가능하다. 버스바전극과 기판의 콘택트저항은 낮게 할 필요가 없으므로, 버스바전극의 재료로서 저온경화형의 도전성 페이스트를 사용할 수 있다. 구체적으로는, Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb로부터 선택되는 1종류 이상의 도전성 물질과, 나아가 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 페놀수지, 실리콘수지로부터 선택되는 1종류 이상의 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 평행선상의 핑거전극으로서, 상기 Ag페이스트를 인쇄 내지 디스펜서 등으로 도포하여 파이어스루법으로 형성(소성)한 후, 이것에 대략 직교하도록, 상기 페이스트를 이용하여 인쇄 내지 디스펜서 등으로 버스바전극 전구체를 도포·건조한다. 버스바전극 전구체의 안정된 형성을 행하기 위해서는, 버스바전극 전구체 형성시의 기판온도는 100℃ 미만으로 할 필요가 있다. 이것을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 가열하면, 버스바전극 형성을 행할 수 있을 뿐만 아니라, 열화를 방지하는 효과도 얻어진다. 이 경우의 처리방법은, 배치식이어도 되나, 매엽식, 예를 들어 워킹빔방식이나 벨트컨베이어식을 이용한다면, 처리가 원활해진다. 이때, 태양전지 열화억제를 위한 저온어닐은 상기와 같이 0.5분 이상 60분 이하로 하는 것이 바람직한데, 동시에 저온경화형 도전재료의 경화를 행하는 경우에는 1분 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 5분 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 보다 저온경화형 도전재료의 경화를 행하기 쉬워지기 때문이다. 또한, 저온경화형 도전재료의 종류 등에 따라, 저온어닐의 온도를, 태양전지 열화억제가 가능한 온도범위인 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위 내에서 더욱 최적화할 수도 있다.
나아가, 도 3에 예시한 바와 같은 이면전극형 태양전지의 제조방법에 본 발명을 응용한 일 예도 이하에 설명한다.
상기 서술한 바와 같이 텍스처 형성까지 행한 기판에 대해, 상기 서술한 방법으로 P형 확산층을 기판의 이면 전면에 형성한다.
다음에, 기판을 열산화하거나, 또는, 기판의 양면에 질화실리콘막이나 산화실리콘막을 형성한다. 이들 막은 후의 인확산시의 확산마스크로서 기능한다.
다음에, 이면에 형성된 마스크를 패턴상으로 개구한다. 패턴은 대략 등간격의 평행선상이 가장 간편하다. 방법으로는, 레이저나 다이서 등으로 물리적으로 개구해도 되고, 에칭페이스트나 포토레지스트 등 구사하여 화학적으로 개구해도 된다. 개구한 후, KOH나 NaOH수용액에 침지하여 개구부의 P+층을 에칭한다.
다음에, 상기 서술한 방법으로 인확산하고, 개구부에만 N+층을 형성한다. 이것을 HF 등에 침지하여 마스크 그리고 확산시 형성된 유리를 제거한다.
이어서, 이 기판을 세정하고, 산화알루미늄막이나 질화실리콘막 등으로 양면을 패시베이션한다.
PN 양확산층 상에 전극페이스트를 인쇄한다. 이때의 패턴은 확산층의 패턴을 따르는 것으로 할 수 있다. 즉, PN 각각의 전극이 교호로 배치하는 평행선상으로 하는 것이 가장 간편하다. 이것을 소성하여 파이어스루시킨다. 조건은 상기와 동일하다.
다음에 버스바전극을 형성한다. P버스바전극은 P핑거전극과만, N버스바전극은 N핑거전극과만 전기적으로 접속시킬 필요가 있으므로, 버스바전극의 형성 전에 절연재료를 패턴상으로 인쇄한다. 즉, 적어도 P버스바전극과 N핑거전극의 교차부 및 N버스바전극과 P핑거전극의 교차부에 절연재료를 인쇄한다. 절연재료로는, 실리콘수지, 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 불소수지, 페놀수지, 멜라민수지, 우레아수지, 폴리우레탄, 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리에스테르수지 및 포발수지로부터 1개 이상 선택된 수지를 함유하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연재료의 안정된 형성을 행하기 위해서는, 절연재료 도포시의 기판온도는 100℃ 미만으로 할 필요가 있다. 패턴형성하면, 이것을 100~450℃에서 가열(저온어닐)한다. 이에 따라, 절연층이 형성될 뿐만 아니라, 열화를 방지하는 효과도 얻어진다. 저온어닐의 시간은 0.5~60분으로 해도 되나, 절연재료의 종류 등에 따라 조정해도 된다. 예를 들어 저온어닐의 시간을 1분 이상 100분 이하로 할 수도 있다. 또한, 절연재료의 종류 등에 따라, 저온어닐의 온도를, 태양전지 열화억제가 가능한 온도범위인 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위 내에서 더욱 최적화할 수도 있다.
마지막으로 예를 들어 상기에 나타낸 바와 같은 재료를 이용하여 버스바전극을 형성하면, 열화가 억제된 고광전변환효율이면전극형 태양전지를 제작할 수 있다.
이상, N형 기판인 경우를 예로 설명했으나, P형 기판인 경우는, 이상의 설명 중의 P형과 N형을 교체하는 것만으로 구현가능하다.
상기 방법에 의해 제조된 태양전지는, 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을, 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리된 것인 태양전지이다. 이러한 본 발명의 태양전지는, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지이다. 본 발명의 태양전지는, 어닐처리가 이루어진 후 1일 이내에 측정한 초기의 단락전류의 값A와, 이 초기의 단락전류를 측정하고 나서 실온에서 1주간 보관한 후에 측정한 단락전류의 값B가, B/A≥0.98의 관계를 만족하는 태양전지로 할 수 있다(도 12 참조).
본 발명의 태양전지는, 이하의 구조 및 특성을 갖는 것으로 할 수 있다. 즉, 이 태양전지는, PN접합을 갖는 반도체 실리콘기판을 구비한다. 또한, 반도체 실리콘기판의 적어도 일방의 주표면 상에 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 갖는다. 또한, 이 태양전지의 완성 후 1일 이내에 측정한 초기의 단락전류의 값A와, 이 초기의 단락전류를 측정하고 나서 실온에서 1주간 보관한 후에 측정한 단락전류의 값B가, B/A≥0.98의 관계를 만족한다. 이러한 본 발명의 태양전지는, 실온·대기 중에 방치해 두는 것만으로 태양전지의 출력이 저하된다는 열화현상이 억제된 태양전지이다.
상기 방법에 의해 제조된 태양전지는, 태양전지모듈의 제조에 이용할 수 있다. 상기 방법에 의해 제조된 태양전지가 내장된 태양전지모듈의 일 예의 개관을 도 8에 나타낸다. 도 8에는, 이면전극형의 고광전변환효율 태양전지를 내장한 태양전지모듈의 예를 나타내고 있는데, 이것으로 한정되지 않고, 본 발명의 태양전지의 제조방법에 의해 제조한 태양전지를 태양전지모듈에 이용할 수 있다. 상기의 방법에 의해 제작된 태양전지(400)는, 태양전지모듈(460) 내에서는 타일상으로 깔린 구조를 이룬다.
태양전지모듈(460) 내에서는, 인접하는 태양전지(400)끼리가 수매~수10매 전기적으로 직렬로 접속되며, 스트링이라 불리는 직렬회로를 구성하고 있다. 스트링의 개관을 도 9에 나타낸다. 도 9는, 통상 눈에 띄지 않는 모듈 내부 이면측의 모식도에 상당한다. 또한, 핑거전극이나 버스바전극은 도시되어 있지 않다. 직렬접속으로 하기 위해, 도 9에 나타낸 바와 같이, 인접하는 태양전지(400)의 P버스바(기판의 P형층에 접합한 핑거전극에 접속되어 있는 버스바전극)와 N버스바(기판의 N형층에 접합한 핑거전극에 접속되어 있는 버스바전극)끼리가 탭리드선(461) 등으로 접속되어 있다.
태양전지모듈(460)의 단면모식도를 도 10에 나타낸다. 상기 서술한 바와 같이 스트링은, 복수의 태양전지(400)를, 버스바전극(422)에 리드선(461)을 접속함으로써 구성된다. 이 스트링은, 통상 EVA(에틸렌비닐아세테이트) 등의 투광성의 충전제(472)로 봉지되고, 비수광면측은 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 내후성 수지필름(473), 수광면은 소다라임유리 등의 투광성에서 기계적강도가 강한 수광면보호재료(471)로 덮여 있다. 충전제(472)로는, 상기 EVA 외에, 폴리올레핀, 실리콘 등을 사용할 수 있다.
나아가 이 태양전지모듈을 이용하여 태양광 발전시스템을 제조, 구성할 수도 있다. 도 11은 본 발명의 모듈을 연결한 태양광 발전시스템의 기본구성을 나타낸 것이다. 복수의 태양전지모듈(16)이 배선(15)으로 직렬로 연결되며, 인버터(17)를 경유하여 외부부하회로(18)에 발전전력을 공급한다. 도 11에는 나타내고 있지 않으나, 해당 시스템은 발전한 전력을 축전하는 2차전지를 추가로 구비하고 있어도 된다.
실시예
이하에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유효성을 확인하기 위해, 태양전지특성의 비교를 행하였다.
(실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2, 실시예 2에 공통하는 제작수순 및 조건)
우선, 반도체기판으로서, 종횡 156×156mm, 두께 200μm, 비저항 1Ω·cm의 인도프{100} N형 애즈컷 실리콘기판을 준비하였다. 다음에, 가열한 수산화칼륨수용액에 의해 이 실리콘기판의 데미지층을 제거하였다. 다음에, 수산화칼륨과 2-프로판올을 포함하는 수용액 중에 침지하고, 기판 표면에 텍스처 형성을 행하였다. 그 후, 80℃로 유지한 1%의 염산과 1%의 과산화수소의 수용액 중에 5분 침지하고, 순수로 5분 린스 후, 클린오븐에서 건조시켰다.
계속해서, 기판에 P형 확산층을 형성하였다. 기판을 2매 1조로 하여 중첩한 상태로 열처리로에 대치하고, BBr3과 산소와 아르곤의 혼합가스를 도입하여 1000℃에서 10분 열처리를 행하였다.
다음에 N형 확산층을 형성하였다. 기판을 2매 1조로 하여 중첩한 상태로 열처리로에 대치하고, 옥시염화인과 질소 및 산소 혼합가스분위기하에서 900℃ 40분 열처리하였다.
다음에, 표면의 유리를 25%의 불산으로 제거하고, 1%의 염산과 1%의 과산화수소의 수용액 중에서 세정하였다.
이어서, 이들 실리콘기판을 산소분위기 중, 900℃에서 40분간 처리함으로써 열산화를 행하여, 기판 양면에 열산화막을 20nm형성하였다.
계속해서, 열산화막 상에 질화규소막으로 이루어지는 반사방지막 혹은 패시베이션막을 양면에 성막하였다. 이때 플라즈마CVD법을 이용하고, 반응가스로는 모노실란 및 암모니아의 혼합가스를 이용하였다. 수광면의 막두께는 80nm, 굴절률은 2.0으로 하였다. 비수광면의 막두께는 80nm, 굴절률은 2.2로 하였다.
다음에, 비수광면 전면에 빗살상의 패턴으로 은페이스트를 스크린인쇄하고, 건조하였다. 이 후, 수광면에 빗살상의 패턴으로 은페이스트를 스크린인쇄하고, 건조하였다. 은페이스트는, 은분을 유기용매 중에 분산시킨 것이다. 840℃의 공기분위기하에서 10초정도 열처리하고, 은을 소결시켰다. 이 소결공정에서는, 840℃로부터 450℃까지 50℃/초 이상의 강온속도로 강온하고, 다시 실온(환경온도)까지 강온하였다.
(실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2)
상기 기판을 벨트로 내에서 정치시켜 25℃(비교예 1-1), 100℃(실시예 1-1), 200℃(실시예 1-2), 250℃(실시예 1-3), 300℃(실시예 1-4), 400℃(실시예 1-5), 450℃(실시예 1-6), 500℃(비교예 1-2)의 각 조건으로 20분간 어닐하였다.
(실시예 2)
상기 기판을 벨트로 내에서 정치시켜 200℃에서 10, 30초, 1, 10, 40, 60분 어닐하였다.
(실시예 3)
버스바전극을 저온경화형 은페이스트를 이용하여, 핑거전극과 별도 형성하였다. 구체적으로는, 표리면의 반사방지막·패시베이션막 형성까지 실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2와 동일하게 제작한 후, 표리면에 평행선상 패턴의 핑거전극만을 스크린인쇄하고, 건조하였다. 이것을 840℃의 공기분위기하에서 10초정도 열처리하고, 은을 소결시켰다. 이 소결공정에서는, 840℃로부터 450℃까지 50℃/초 이상의 강온속도로 강온하고, 다시 실온(환경온도)까지 강온하였다. 버스바전극으로서, 에폭시계의 은페이스트를, 표리면에 각각 3개 인쇄하여 건조시키고, 이 기판을 벨트로 내에서 정치시켜 200℃에서 1, 5, 10, 30, 60분 어닐하였다.
(실시예 4)
본원을 이용하여 이면전극형 태양전지를 제작하였다. 보론확산까지 실시예 1과 동일하게 제작한 후, 1000℃ 3시간의 열산화를 행해 양면에 열산화막을 형성하였다. 보론확산면에 대해, 에칭페이스트를 이용하여 1.4mm간격의 평행선상으로 열산화막을 개구하고, 25% 70℃의 KOH수용액에 6분간 침지하여 개구부의 P+층을 에칭하였다. 이것에 실시예 1과 동일한 방법으로 인확산·패시베이션막 형성을 행하였다. 비수광면에, N+영역을 따르도록 0.7mm간격의 평행선상 패턴의 핑거전극만을 스크린인쇄하고, 건조하였다. 이것을 840℃의 공기분위기하에서 10초 정도 열처리하고, 은을 소결시켰다. 이 소결공정에서는, 840℃로부터 450℃까지 50℃/초 이상의 강온속도로 강온하고, 다시 실온(환경온도)까지 강온하였다. 상반되는 버스바전극과의 절연을 목적으로 한 절연재료를, 1개의 핑거전극에 대해 3개소, 전체 핑거전극에 대해 패턴상으로 스크린인쇄하고 건조하였다. 절연재료는 신에쓰화학공업주식회사제의 실리콘을 이용하였다. 이 기판을 벨트로 내에서 정지시켜 100, 150, 200, 250, 300, 350℃의 각 조건으로 5분간 어닐하였다. 마지막으로 버스바전극으로서, 에폭시계의 은페이스트를, 이미 설치한 핑거전극에 직교하도록 6개 인쇄하고 건조시키고, 이 기판을 벨트로 내에서 정치시켜 200℃에서 30분 어닐하였다.
(평가방법)
이상과 같이 하여 얻어진 태양전지의 샘플에 대하여, 야마시타덴소주식회사제 솔라시뮬레이터를 이용하여 AM1.5 스펙트럼, 조사강도 100mW/cm2, 25℃의 조건하에서, 전류전압특성을 측정하고 광전변환효율을 구하였다. 다시, 실온·대기분위기 중 방치하여 1주간 후에 동일조건으로 재측정하였다. 특성의 유지율을, 1주간 후의 변환효율을 초기의 변환효율로 나눈 것으로서 정의하였다. 즉, 이하의 계산식에 따른다.
유지율=(1주간 후의 변환효율)/(초기의 변환효율)
얻어진 결과를, 좌축을 초기변환효율, 우축을 유지율로 하여 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7에 나타낸다.
실시예 1-1~1-6, 비교예 1-1, 1-2의 결과를 정리한 것이 도 4이다. 초기변환효율은 500℃에서 저하가 보였다. 어닐온도가 너무 높으면 전극콘택트에 문제가 발생하기 때문으로 생각된다. 유지율은 25℃만 저하가 보였다. 열화현상이 발현되었기 때문이다. 열화방지를 위해서는 어닐온도는 100℃ 이상 필요하다.
실시예 2의 결과를 정리한 것이 도 5이다. 초기특성은 어느 조건이나 동등하다. 유지율은 10초만 약간 저하가 보였다. 열화현상이 발현되었기 때문이다. 열화방지를 위해서는 어닐시간은 30초 이상이 바람직하다.
실시예 3의 결과를 정리한 것이 도 6이다. 초기특성은 1분의 것이 낮다. 버스바전극재료가 다 경화되지 않았기 때문으로 생각된다. 유지율은 어느 것이나 동등하고 열화는 보이지 않는다. 따라서, 본 발명의 저온어닐처리에 의한 열화방지효과는 얻어지고 있다.
실시예 4의 결과를 정리한 것이 도 7이다. 초기특성은, 100℃ 및 350℃에서 낮다. 100℃에서는 절연재료의 경화부족이 원인인 것으로 생각된다. 350℃에서는 절연재료의 산화(연소)가 진행되기 때문으로 생각된다. 유지율은 어느 것이나 동등하고 열화는 보이지 않는다. 따라서, 본 발명의 저온어닐처리에 의한 열화방지효과는 얻어지고 있다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Claims (20)
- 적어도 일방의 주표면 상에, Ag 분말을 함유하는 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정과,
상기 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 공정을 가지며,
상기 전극 전구체의 소성에 있어서, 최고온도로부터 450℃까지의 강온속도를 50℃/초 이상으로 하는 태양전지의 제조방법으로서,
상기 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정의 후, 상기 반도체 실리콘기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 저온경화형 도전재료를 패턴상으로 도포하고,
그 후, 상기 어닐처리를 행할 때에, 동시에 상기 저온경화형 도전재료의 경화를 행해 도전체부를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정의 후, 상기 반도체 실리콘기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 절연재료를 패턴상으로 도포하고,
그 후, 상기 어닐처리를 행할 때에, 동시에 상기 절연재료의 경화를 행해 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 적어도 일방의 주표면 상에, Ag 분말을 함유하는 전극 전구체를 소성함으로써 형성된 전극을 가지며, PN접합을 갖는 100℃ 미만의 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정과,
상기 반도체 실리콘기판을 100℃ 이상 450℃ 이하에서 어닐처리하는 공정을 가지며,
상기 전극 전구체의 소성에 있어서, 최고온도로부터 450℃까지의 강온속도를 50℃/초 이상으로 하는 태양전지의 제조방법으로서,
상기 반도체 실리콘기판을 준비하는 공정의 후, 상기 반도체 실리콘기판의 주표면 상에, 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위에서 경화가능한 절연재료를 패턴상으로 도포하고,
그 후, 상기 어닐처리를 행할 때에, 동시에 상기 절연재료의 경화를 행해 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어닐처리를 0.5분 이상의 시간으로 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 전구체의 소성에 있어서의 최고온도를 500℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 전극 전구체의 소성에 있어서의 최고온도를 500℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 실리콘기판을 N형 반도체 실리콘기판으로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 반도체 실리콘기판을 N형 반도체 실리콘기판으로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 반도체 실리콘기판을 N형 반도체 실리콘기판으로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제6항에 있어서,
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007294494A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050189015A1 (en) * | 2003-10-30 | 2005-09-01 | Ajeet Rohatgi | Silicon solar cells and methods of fabrication |
WO2006027898A1 (ja) | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | 太陽光発電用モジュール及びこれを用いた太陽光発電システム |
DE102005005808A1 (de) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Centrotherm Elektrische Anlagen Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumsolarzellen |
JP4481869B2 (ja) | 2005-04-26 | 2010-06-16 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池の製造方法及び太陽電池並びに半導体装置の製造方法 |
JP2007095774A (ja) | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 遷移金属不純物の洗浄除去方法 |
JP2007173528A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Kyocera Corp | 結晶半導体粒子の製造方法および光電変換装置ならびに光発電装置 |
JP4933179B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2012-05-16 | 信越化学工業株式会社 | 硬化性シリコーンゴム組成物及びその硬化物 |
FR2906403B1 (fr) * | 2006-09-21 | 2008-12-19 | Commissariat Energie Atomique | Procede de recuit de cellules photovoltaiques |
JP2011066044A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池素子の製造方法 |
JP5559509B2 (ja) * | 2009-10-28 | 2014-07-23 | 昭栄化学工業株式会社 | 太陽電池電極形成用導電性ペースト |
CN102117844A (zh) * | 2009-12-30 | 2011-07-06 | 比亚迪股份有限公司 | 太阳电池正面电极浆料及太阳电池正面电极的制备方法 |
EP2556539A4 (en) * | 2010-04-06 | 2014-08-06 | Kovio Inc | EPITACTICAL STRUCTURES, METHOD FOR THEIR FORMING AND DEVICES THEREWITH |
CN103347836B (zh) * | 2011-02-04 | 2016-01-20 | 住友金属矿山株式会社 | 氧化物烧结体以及对其进行加工而得到的片体 |
JP2012209413A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Tdk Corp | 太陽電池用金属プリカーサー形成材、太陽電池用金属プリカーサーの製造方法およびib−iiia−via族系化合物太陽電池の製造方法 |
CN102315332B (zh) * | 2011-09-29 | 2013-08-07 | 英利能源(中国)有限公司 | 太阳能电池片热处理工艺 |
US20140242747A1 (en) * | 2011-10-04 | 2014-08-28 | Applied Nanotech Holdings, Inc. | Thin Film Deposition of Materials by External Induced Release from a Ribbon Tape |
KR101363344B1 (ko) * | 2012-01-10 | 2014-02-19 | 주식회사 젠스엔지니어링 | 전도성 페이스트를 전극으로 사용하는 실리콘 태양전지 모듈 및 그 제조 방법. |
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JP6107830B2 (ja) | 2012-10-04 | 2017-04-05 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池セルの製造方法 |
JP6030587B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2016-11-24 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池セルの製造方法 |
JP6220063B2 (ja) * | 2014-06-11 | 2017-10-25 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
CN104362216B (zh) * | 2014-10-23 | 2017-02-15 | 云南大学 | 一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法 |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007294494A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 |
Also Published As
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