KR20040017183A - 효율이 개선된 태양전지 및 메탈입자를 이용한 그의제조방법 - Google Patents

효율이 개선된 태양전지 및 메탈입자를 이용한 그의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율이 향상된 함몰전극형 태양전지 및 메탈입자를 이용한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지의 제조방법은 실리콘 기판에 홈을 형성하는 단계와; 도전성 입자를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면보다 낮게 단차지도록 상기 홈에 전면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 실리콘 기판은 상기 홈을 포함한 표면에 n+형 접합층이 형성된 p형 실리콘 기판이다. 상기 도전성 입자는 금속재질로 이루어진 금속구형태를 갖는 메탈입자로서, 상기 홈의 폭과 같거나 또는 작은 크기를 갖는다.
본 발명은 메탈입자를 이용하여 함몰전극을 기판표면보다 낮게 단차지도록 형성함으로써, 광반사를 방지하여 에너지 변환효율을 향상시키고, 전극을 형성하기 위한 금속의 소모량을 감소시키고 셰이딩손실을 감소시킨다.

Description

효율이 개선된 태양전지 및 메탈입자를 이용한 그의 제조방법{Solar cell with improved energy conversion efficiency and method for fabricating the same using metal particles}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메탈입자를 이용하여 전면전극을 기판표면보다 낮게 단차지도록 형성하여 에너지 변환효율을 향상시키고, 셰이딩손실을 감소시킬 수 있는 함몰전극형 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
함몰전극형 태양전지(BCSC, buried contact solar cell)은 전면전극인 금속전극을 실리콘 기판의 전면(前面)에 함몰형태로 형성한다. 그러므로, 기판의 전면상에 금속전극을 형성하는 태양전지에 비하여, 함몰전극형 태양전지는 낮은 콘택저항 및 높은 에너지 변환효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 저가의 제작이 가능하다.
함몰전극형 태양전지는 도금법이나 스크린 프린팅법을 주로 이용하여 전면(前面)의 금속전극을 형성하였다. 도금법은 기판에 형성된 홈(groove)에 니켈과 구리를 증착하여 금속전극을 형성하는데, 대략 20㎛인 홈의 폭보다 넓은 대략 60㎛의 폭에 금속전극을 형성하므로, 셰이딩손실(shading loss)이 증가하는 문제점이 있었다. 한편, 스크린 프린팅법은 금속전극을 형성하기 위하여 상당히 많은 양의 페이스트가 버려지게 되고, 산화막 또는 질화막과 같은 절연막상에 직접 금속을 도포한 다음 고온에서 열처리하기 때문에, 접촉저항이 크며 셰이딩손실이 커다란 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 메탈입자를 이용하여 전면전극을 형성하여 줌으로써, 에너지 변환효율을 향상시키고, 셰이딩손실 및 접촉저항을 감소시킬 수 있는 함몰전극형 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 메탈입자를 이용한 태양전지의 전면전극을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 실리콘 기판 115 : n+형 접합층
120 : 절연막 130 : 홈
140 : 메탈입자 150 : 전면전극
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘 기판에 홈을 형성하는 단계와; 도전성 입자를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면보다 낮게 단차지도록 상기 홈에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 실리콘 기판은 상기 홈을 포함한 표면에 n+형 접합층이 형성된 p형 실리콘 기판이다. 상기 도전성 입자는 금속재질로 이루어진 구형태의 메탈입자로서, 상기 홈의 폭과 같거나 또는 작은 크기를 갖는다.
또한, 본 발명은 홈을 구비한 제1도전형의 실리콘 기판과; 상기 홈을 포함한 실리콘 기판의 표면에 형성된, 제2도전형의 고농도 접합층과; 상기 실리콘 기판의 표면보다 낮게 단차지도록 상기 홈에 형성된 전면전극을 구비하는 태양전지를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 함몰전극형 태양전지의 전면전극을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, P형 실리콘기판(100)의 전면(前面)으로 n+형 불순물, 예를 들면 인(P)을 도핑하여 기판(100) 표면에 불순물 도핑영역(110)을 형성하고, 기판(100)의 전면상에 산화막 또는 질화막과 같은 절연막(120)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 레이저, 화학적 식각 또는 기계적인 방법으로 상기 절연막(120)과 실리콘 기판(100)을 식각하여 홈(130)을 형성한다. 이어서, 기판(100)에 도핑된 인을 확산시켜 홈(130)을 포함한 기판 표면에 n+형 접합층(115)을 형성한다.
도 1c 및 도 1d를 참조하면, 상기 홈(130)에 도전성 입자(140)를 채우고, 열처리하여 전면전극(150)을 형성한다. 상기 홈(130)에 채워진 도전성 입자(140)는로(furnace), RTP(rapid thermal process) 또는 레이저 등을 이용하여 열처리한다.
상기 도전성 입자(140)는 금속재질로 이루어지고, 소정크기를 갖는 구형태의 메탈입자이다. 상기 도전성입자(140)의 크기는 상기 홈(130)의 폭과 같거나 작아야한다. 예를 들어, 상기 홈(130)이 20㎛의 폭을 갖는다면, 상기 도전성입자(140)는 직경이 20㎛ 이하의 크기를 갖는 금속구인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 전면전극(150)인 금속전극이 니켈층(151)과 구리층(155)의 적층구조로 형성되는데, 니켈층(151)은 배리어층 또는 접착층으로서의 역할을 하는 것으로, 니켈층 대신에 Ta, Ti, Co, Cr, 또는 Pd 등과 같은 금속을 사용할 수도 있다.
상기 적층구조의 금속전극(150)을 형성하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 홈(130)에 도전성 입자(140)로서 니켈입자를 채운 후 열처리하여 니켈층(151)을 형성하고, 이어서 니켈층(151)이 형성된 홈(130)에 도전성 입자(140)로서 구리입자를 채운 후 열처리하여 구리층(155)을 형성하여 준다. 이때, 상기 전면전극(150)은 메탈 입자(140)를 홈(130)에 채운 다음에 열처리하여 형성하므로, 상기 전면전극(150)은 홈(130)에 완전히 채워지지 않고 기판표면보다 낮은 단차를 갖도록 형성되어진다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 도전성 입자(140)가 소정 크기의 금속구인 것으로 예시하였으나, 반드시 이에 국한되는 것이 아니라 상기 홈(130)에 적합한 다양한 형태를 갖는 입자를 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 도전성 입자(140)는 상기 니켈 및 구리입자 외에 전면전극(150)인 금속전극의 재질에 따라 다양하게 선택사용가능하다.
메탈입자에 의한 금속전극을 형성하는 방법은 불순물의 유입이 적을 뿐만 아니라 전극을 형성하기 위하여 사용되는 금속의 소모량과 셰이딩손실이 감소한다. 또한, 금속전극이 기판표면보다 낮은 단차를 갖도록 형성되므로, 입사하는 광의 반사를 줄여 에너지 변환효율을 향상시킨다.
상기한 바와같은 본 발명의 실시예에 따르면, 메탈입자를 이용하여 함몰형 전면전극을 형성하여 줌으로써, 전면전극을 형성하기 위하여 사용되는 금속의 소모량도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 접촉저항 및 셰이딩손실을 감소시킬 수 있으며, 또한 불순물의 유입을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지는 전면전극이 기판표면보다 낮은 단차를 갖도록 형성되어, 빛의 반사를 방지하여 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 실리콘 기판에 홈을 형성하는 단계와;
    도전성 입자를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면보다 낮게 단차지도록 상기 홈에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 상기 홈을 포함한 표면에 n+형 접합층이 형성된 p형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 입자는 금속재질로 이루어진 구형태를 갖는 메탈입자인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 메탈 입자는 상기 홈의 폭과 같거나 또는 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 도전성 입자를 이용하여 전면전극을 형성하는 방법은
    상기 홈에 메탈입자를 채워주는 단계와;
    상기 메탈입자를 열처리하여 전면전극을 형성하는 단계로 이루어지는 것을특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 홈을 구비한 제1도전형 실리콘 기판과;
    상기 홈을 포함한 실리콘 기판의 표면에 형성된, 제2도전형의 고농도 접합층과;
    상기 실리콘 기판보다 낮게 단차지도록 상기 홈에 형성된 전면전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전면전극은
    상기 홈의 일부분에 채워진 배리어 금속층과;
    상기 실리콘 기판보다 낮게 단차지도록 상기 홈의 배리어 금속층상에 형성된 전극용 금속층의 적층구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 배리어 금속층은 Ni, Ta, Ti, Co, Cr 또는 Pd 중 하나로 이루어지고, 상기 전극용 금속층은 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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