KR20050087248A - Solar cell using double anti-reflection coatings and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
태양전지의 수광면에서 반사율을 감소시킴과 동시에 패시베이션 기능을 수행하는 이층의 반사방지막을 보다 간단한 방법으로 제조하고자 한다. 이를 위해 본 발명에서는 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극; 제2도전형 반도체층의 수광면(受光面) 상에 형성된 제1반사방지층; 및 제1반사방지층 상에 형성되고 제1반사방지층에 비해 굴절률이 낮은 제2반사방지층을 포함하는 태양전지를 제공한다. 이 때 제1반사방지층 및 제2반사방지층은 동일 챔버 내에서 연속 증착하는 것이 바람직하다. To reduce the reflectance at the light-receiving surface of the solar cell and at the same time to produce a two-layer anti-reflection film to perform a passivation function in a simpler method. To this end, in the present invention, the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer formed on one surface of the first conductive semiconductor layer and having an opposite conductivity type; A front electrode in contact with at least a portion of the second conductive semiconductor layer; A back electrode in contact with at least a portion of the first conductive semiconductor layer; A first anti-reflection layer formed on the light receiving surface of the second conductive semiconductor layer; And a second antireflection layer formed on the first antireflection layer and having a lower refractive index than the first antireflection layer. At this time, it is preferable that the first antireflection layer and the second antireflection layer are continuously deposited in the same chamber.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴절률이 서로 다른 두 층의 반사방지막을 사용하여 반사방지 기능 뿐만 아니라 표면과 벌크 모두를 패시베이션하는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell and a method for manufacturing the passivation of the surface and the bulk as well as the anti-reflection function by using two layers of anti-reflection film of different refractive index. .
일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍에서 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다. In general, a solar cell has a pair of electrons and holes generated inside the semiconductor of the solar cell by light from outside, and electrons move to an n-type semiconductor by an electric field generated at a pn junction in the pair of electrons and holes. Moving to p-type semiconductors produces power.
이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 활성층에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하고, 전지 표면의 반사에 의한 손실을 최소화하는 것은 매우 중요하다. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is very important to maximize the number of photons reaching the active layer in the solar cell and to minimize the loss due to reflection of the cell surface.
실리콘(Si)의 경우, 굴절률이 600 nm의 파장에서 (입사태양광이 최대인 파장영역) 3.88이므로 이상적인 단층반사방지막의 굴절률은 2.1이다. 이러한 조건을 만족시키는 물질로는 산화티탄(TiOx)이 대표적이며 실리콘 태양전지의 반사방지막으로 줄곧 사용되어 왔다. 플라즈마 질화규소(SiNx)는 산화티탄과 비슷한 굴절률을 가지고 있으면 산화티탄을 사용하였을 경우에 기대할 수 없는 기판의 패시베이션(passivation) 효과까지도 보유하고 있다.In the case of silicon (Si), since the refractive index is 3.88 at a wavelength of 600 nm (wavelength region where the incident sunlight is maximum), the refractive index of the ideal antireflection film is 2.1. Titanium oxide (TiOx) is a representative material that satisfies these conditions, and has been used continuously as an anti-reflection film of silicon solar cells. Plasma silicon nitride (SiNx) has a refractive index similar to that of titanium oxide, and even has a passivation effect of the substrate that cannot be expected when titanium oxide is used.
반사율을 줄이기 위해서 이층반사방지막을 사용하면 단층반사방지막을 사용하는 것보다 효과적이다. 그러나 대부분의 경우 실리콘질화막은 단층반사방지막으로 사용되고 있으며, 이층반사방지막으로 사용될 경우 굴절률이 낮은 이종의 물질, 예를 들어, 불화마그네슘(MgF2)막 혹은 산화규소(SiO2)막이 사용된다.The use of a double layer anti-reflective coating to reduce reflectance is more effective than using a single layer anti-reflective coating. However, in most cases, the silicon nitride film is used as a single layer antireflection film, and when used as a double layer antireflection film, a heterogeneous material having a low refractive index, for example, a magnesium fluoride (MgF 2 ) film or a silicon oxide (SiO 2 ) film is used.
그러나 이 경우, 태양전지 제작에 있어 하나의 프로세스가 새로이 추가 되는 단점이 있으며 성질이 다른 이종의 막 들간의 격자 불일치(mismatch) 등이 발생한다. 또한 실리콘질화막에 포함된 수소에 의한 패시베이션에 관한 시너지(synergy) 또한 분명하지 않다.However, in this case, there is a disadvantage in that a process is newly added in manufacturing a solar cell, and a mismatch between grids of heterogeneous films having different properties occurs. In addition, the synergy regarding the passivation by hydrogen contained in the silicon nitride film is also not clear.
따라서 보다 간단한 방법으로 반사율을 감소시키면서도 패시베이션시킬 수 있는 이층반사방지막을 구현하는 기술이 절실히 요청되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a technique for implementing a double layer anti-reflection film that can passivate while reducing reflectance in a simpler method.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양전지의 수광면에서 반사율을 감소시킴과 동시에 패시베이션 기능을 수행하는 이층의 반사방지막을 보다 간단한 방법으로 제조하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, to reduce the reflectance on the light receiving surface of the solar cell and at the same time to produce a two-layer anti-reflection film to perform a passivation function in a simpler method.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극; 제2도전형 반도체층의 수광면(受光面) 상에 형성된 제1반사방지층; 및 제1반사방지층 상에 형성되고 제1반사방지층에 비해 굴절률이 낮은 제2반사방지층을 포함하는 태양전지를 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer formed on one surface of the first conductive semiconductor layer and having an opposite conductivity type; A front electrode in contact with at least a portion of the second conductive semiconductor layer; A back electrode in contact with at least a portion of the first conductive semiconductor layer; A first anti-reflection layer formed on the light receiving surface of the second conductive semiconductor layer; And a second antireflection layer formed on the first antireflection layer and having a lower refractive index than the first antireflection layer.
제2반사방지층 상에는 제1반사방지층 및 제2반사방지층의 순차 적층 구조가 반복 형성될 수도 있다.On the second anti-reflection layer, a sequentially stacked structure of the first anti-reflection layer and the second anti-reflection layer may be repeatedly formed.
이 때 제1도전형 및 제2도전형의 반도체층은 실리콘인 것이 바람직하고, 제1반사방지층 및 제2반사방지층은 실리콘질화막(SiNx)인 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the semiconductor layers of the first conductive type and the second conductive type are silicon, and the first antireflection layer and the second antireflection layer are silicon nitride films (SiN x ).
제2반사방지층은 제1반사방지층에 비해 굴절률이 0.3 내지 0.7만큼 낮을 수 있으며, 보다 구체적으로는 제1반사방지층의 굴절률은 2.2 내지 2.4이고, 제2반사방지층의 굴절률은 1.7 내지 1.9 일 수 있다. The second antireflective layer may have a refractive index of 0.3 to 0.7 lower than that of the first antireflective layer, more specifically, the refractive index of the first antireflective layer may be 2.2 to 2.4, and the refractive index of the second antireflective layer may be 1.7 to 1.9. .
제1반사방지층 및 제2반사방지층 간의 굴절률의 차이가 클수록 수광면에서의 반사율을 감소시켜 태양전지에 입사하는 광자의 수를 증가시킬 수 있으며, 따라서 태양전지의 효율이 향상될 수 있다. As the difference in refractive index between the first anti-reflective layer and the second anti-reflective layer is larger, the number of photons incident on the solar cell may be increased by decreasing the reflectance on the light-receiving surface, and thus the efficiency of the solar cell may be improved.
제1반사방지층의 두께 및 제2반사방지층의 두께를 합한 전체두께는 70-90 nm 일 수 있다.The total thickness of the thickness of the first antireflection layer and the thickness of the second antireflection layer may be 70-90 nm.
제1반사방지층 및 제2반사방지층은 동일 챔버 내에서 증착된 것이 바람직하고, 일 예로는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 챔버 내에서 연속적으로 증착될 수 있다. The first antireflection layer and the second antireflection layer are preferably deposited in the same chamber. For example, the first antireflection layer and the second antireflection layer may be continuously deposited in a plasma chemical vapor deposition (PECVD) chamber.
또한, 본 발명에서는 제1도전형을 가지는 반도체층을 준비하는 단계; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 제2도전형 반도체층의 수광면(受光面) 상에 제1반사방지층 및 제2반사방지층을 순차 형성하되, 제2반사방지층은 제1반사방지층에 비해 낮은 굴절률을 가지도록 형성하는 단계; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 전면 전극을 형성하는 단계; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a semiconductor layer having a first conductivity type; Forming a second conductive semiconductor layer having an opposite conductivity type on one surface of the first conductive semiconductor layer; Forming a first antireflection layer and a second antireflection layer sequentially on the light receiving surface of the second conductive semiconductor layer, wherein the second antireflection layer has a lower refractive index than the first antireflection layer; Forming a front electrode to be connected to at least a portion of the second conductive semiconductor layer; It provides a method of manufacturing a solar cell comprising the step of forming a back electrode to be connected to at least a portion of the first conductive semiconductor layer.
제2반사방지층 형성 후에는, 제2반사방지층 상에 제1반사방지층 및 제2반사방지층의 순차 적층 구조를 반복 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. After forming the second anti-reflection layer, the method may further include repeatedly forming a sequentially stacked structure of the first anti-reflection layer and the second anti-reflection layer on the second anti-reflection layer.
제1도전형의 반도체층을 준비하는 단계에서는, 실리콘 기판을 준비하거나 또는, 기판 상에 실리콘 박막을 형성할 수 있다. In the preparing of the first conductive semiconductor layer, a silicon substrate may be prepared or a silicon thin film may be formed on the substrate.
이하, 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지에서는 도 1에 도시된 바와 같이, p형 실리콘 기판(10)의 전면에 n층(11)이 형성되어 있고, n층(11)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(12)이 n층의 일부분 상에 형성되어 있으며, p형 실리콘 기판(10)의 후면 상에는 후면 전극(13)이 형성되어 있다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention. In the solar cell according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an n layer 11 is formed on the front surface of the p-type silicon substrate 10, and is electrically connected to the n layer 11. The front electrode 12 is formed on a portion of the n layer, and the rear electrode 13 is formed on the rear surface of the p-type silicon substrate 10.
여기서 n층(11)의 수광면 상에는, 즉 전면 전극(12)을 제외한 n층(11)의 전면 상에는 굴절률이 서로 다른 제1반사방지막층(100) 및 제2반사방지막층(200)이 순차 형성되어 있다. 이 때 상대적으로 굴절률이 더 높은 제1반사방지막층(100) 위에 상대적으로 굴절률이 더 낮은 제2반사방지막층(200)을 형성한다.Here, the first antireflection film layer 100 and the second antireflection film layer 200 having different refractive indices are sequentially on the light receiving surface of the n layer 11, that is, on the entire surface of the n layer 11 except the front electrode 12. Formed. In this case, a second anti-reflection film layer 200 having a lower refractive index is formed on the first anti-reflection film layer 100 having a higher refractive index.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제2실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(20)의 후면에 n형 에미터(21)와 p형 베이스(22)를 모두 형성한 후면접합형 태양전지이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the second embodiment of the present invention is a back junction solar cell in which both the n-type emitter 21 and the p-type base 22 are formed on the back of the silicon substrate 20.
이러한 후면접합형 태양전지의 수광면인 실리콘 기판(20)의 전면에 굴절률이 서로 다른 제1반사방지막층(100) 및 제2반사방지막층(200)을 형성하고, 이 때 상대적으로 굴절률이 더 높은 제1반사방지막층(100) 위에 상대적으로 굴절률이 더 낮은 제2반사방지막층(200)을 형성한다. The first anti-reflection film layer 100 and the second anti-reflection film layer 200 having different refractive indices are formed on the front surface of the silicon substrate 20, which is the light receiving surface of the back-junction solar cell, and the refractive index is relatively higher. The second anti-reflection film layer 200 having a lower refractive index is formed on the high first anti-reflection film layer 100.
이와 같은 후면접합형 태양전지는 전면에 전극이 형성되어 있지 않으므로 특히 집광형 태양전지에 유리한 구조이다. 후면접합형 태양전지에서는 실리콘 기판(20) 전면의 패시베이션이 더욱 중요하므로 본 발명에 의한 효과가 더욱 현저할 것으로 기대된다. Such a back junction solar cell is particularly advantageous for a condensing solar cell because no electrode is formed on the front surface thereof. In the back junction solar cell, since the passivation of the front surface of the silicon substrate 20 is more important, the effect of the present invention is expected to be more remarkable.
본 발명에서는 굴절률이 서로 다른 제1반사방지막층 및 제2반사방지막층으로서 동일 물질을 동일 공정 챔버 내에서 연속 증착하는 것에 의해 달성한다. 일 예로서 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방법에 의해 굴절률이 서로 다른 실리콘질화막(SiNx)을 증착하여 이층 반사방지막으로 사용할 수 있다.In the present invention, the first material and the second antireflection film layer having different refractive indices are achieved by successive deposition of the same material in the same process chamber. For example, a silicon nitride film (SiN x ) having different refractive indices may be deposited by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method to be used as a two-layer antireflection film.
실질적으로 PECVD 방법에 의해 실리콘질화막을 증착할 경우 증착 조건에 따라 실리콘질화막의 굴절률을 1.6에서 2.7까지 비교적 자유롭게 변화시켜 줄 수 있다.When the silicon nitride film is deposited by the PECVD method, the refractive index of the silicon nitride film can be relatively freely changed from 1.6 to 2.7 depending on the deposition conditions.
굴절율을 변화시키는 방법 중의 하나로는 Si과 N의 상대적인 비율을 변화시키는 방법이 있다. 도 3은 실리콘질화막(SiNx)에서 N/Si 비율(x)에 따른 굴절율을 변화를 도시한 그래프이다. 만약 PECVD 방법으로 실리콘질화막(SiNx)할 때에는 원료가스로 사용하는 SiH4와 NH3 가스의 비율을 변화시켜 Si와 N의 함량, 즉 x를 변화시키고, 이에 따라 굴절률을 변화시킬 수 있다.One method of changing the refractive index is a method of changing the relative ratio of Si and N. 3 is a graph showing a change in refractive index according to the N / Si ratio (x) in the silicon nitride film (SiN x ). If the silicon nitride film (SiN x ) is a PECVD method, the content of Si and N, that is, x, may be changed by changing the ratio of SiH 4 and NH 3 gas used as source gas, thereby changing the refractive index.
이와 같이 실리콘질화막도(SiNx)의 굴절률을 변화시킬 때 고려되어야 할 중요한 요소 중의 하나는 막의 흡수율(absorption coefficient)이다.Thus, one of the important factors to be considered when changing the refractive index of the silicon nitride film (SiN x ) is the absorption coefficient of the film.
실리콘질화막의 굴절률이 높아지면 금지대역(bandgap)이 낮아지면서 흡수율이 높아진다. 이는 실리콘질화막의 굴절률(n)과 흡수율(α)과의 관계를 도시한 도 4의 그래프로부터 확인할 수 있다.When the refractive index of the silicon nitride film is increased, the bandgap is lowered and the absorption rate is increased. This can be confirmed from the graph of FIG. 4 showing the relationship between the refractive index n and the water absorption α of the silicon nitride film.
실리콘질화막의 흡수가 강하면 광전자가 태양전지의 활성층에 도달하는 확률이 줄어든다. 따라서 실리콘질화막을 단층 반사방지막으로 사용하는 종래의 경우 흡수가 크지 않은 굴절률로 선택한다. 종래 단층 반사방지막의 경우 통상 굴절률이 1.9 ~ 2.1 정도인 실리콘질화막을 단층 반사방지막으로 사용하여 왔다.Strong absorption of the silicon nitride film reduces the probability that photoelectrons reach the active layer of the solar cell. Therefore, in the case of using a silicon nitride film as a single layer anti-reflection film, it is selected to have a refractive index with a low absorption. In the conventional single layer antireflection film, a silicon nitride film having a refractive index of about 1.9 to 2.1 has been used as a single layer antireflection film.
본 발명에 따라 PECVD 방법으로 굴절률을 변화시킨 제1실리콘질화막 및 제2실리콘질화막을 연속 증착하는 증착조건의 일례를 아래 표 1에 나타내었다. Table 1 shows an example of deposition conditions for continuously depositing a first silicon nitride film and a second silicon nitride film having a refractive index changed by PECVD according to the present invention.
표 1에 나타난 바와 같은 조건으로 제1 및 제2 실리콘질화막 반사방지층을 형성할 때, SiH4 유량, NH3 유량, HF 전력, 챔버 압력 등을 변화시키면 실리콘질화막의 굴절률 및 두께 균일도 등을 조절할 수 있다. 즉 실리콘질화막의 제조조건은 원하는 굴절율과 두께 균일도를 얻기 위해 최적화되어야 한다.When forming the first and second silicon nitride antireflection layers under the conditions as shown in Table 1, by changing the SiH 4 flow rate, NH 3 flow rate, HF power, chamber pressure, etc., the refractive index and thickness uniformity of the silicon nitride film can be controlled. have. That is, the manufacturing conditions of the silicon nitride film should be optimized to obtain the desired refractive index and thickness uniformity.
PECVD 방법에 의해 제1반사방지층(100) 및 제2반사방지층(200)을 연속적으로 증착할 때 각 층의 굴절률 및 두께를, 반사율이 최소화되는 조건을 만족시키도록 최적화시켜 주어야 한다. When continuously depositing the first antireflection layer 100 and the second antireflection layer 200 by the PECVD method, the refractive index and the thickness of each layer should be optimized to satisfy the condition that the reflectance is minimized.
n층의 수광면 상에 형성되는 제1반사방지층(100)의 굴절률은 2.2 내지 2.4이고, 제1반사방지층(100) 상에 형성되는 제2반사방지층(200)의 굴절률은 1.7 내지 1.9 여서, 이 둘 사이의 굴절률 차이는 0.3 내지 0.7만큼 정도로 만드는 것이 바람직하다. 이 때 제1반사방지층(100) 및 제2반사방지층(200) 간의 굴절률의 차이가 클수록 수광면에서의 반사율이 낮아져서 태양전지에 흡수되는 광자의 수가 많아지며, 따라서 태양전지의 효율은 향상된다. The refractive index of the first anti-reflection layer 100 formed on the light-receiving surface of the n layer is 2.2 to 2.4, the refractive index of the second anti-reflection layer 200 formed on the first anti-reflection layer 100 is 1.7 to 1.9, It is preferable to make the difference in refractive index between the two by 0.3 to 0.7. At this time, as the difference in refractive index between the first antireflection layer 100 and the second antireflection layer 200 increases, the reflectance on the light receiving surface is lowered, thereby increasing the number of photons absorbed by the solar cell, thus improving the efficiency of the solar cell.
제1반사방지층(100)의 두께 및 제2반사방지층(200)의 두께를 합한 전체두께는 70-90 nm 인 것이 바람직하고, 제1반사방지층(100) 및 제2반사방지층(200) 각각의 층두께는 균일할수록 바람직하다.The total thickness of the sum of the thickness of the first anti-reflection layer 100 and the thickness of the second anti-reflection layer 200 is preferably 70-90 nm, and each of the first anti-reflection layer 100 and the second anti-reflection layer 200 It is preferable that the layer thickness is uniform.
일 예로서, 제1반사방지층(100)의 두께에 대한 제2반사방지층(200)의 두께 비율이 0.5 내지 0.8 일수도 있다. As an example, the thickness ratio of the second antireflection layer 200 to the thickness of the first antireflection layer 100 may be 0.5 to 0.8.
300 - 1000 nm 의 파장 대역에서 비선형 회귀분석법(non-linear regression)에 의하여 반사율을 줄이는 조건으로 제1 및 제2 반사방지층 각각의 두께를 산출할 수 있다. The thickness of each of the first and second anti-reflection layers may be calculated under the condition of reducing the reflectance by non-linear regression in the wavelength band of 300 to 1000 nm.
도 5는 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프로서, 도 5에는 반사방지막으로서 단층 질화규소를 사용한 비교예의 경우와 이층 질화규소를 사용한 실시예 3 및 실시예 4의 경우가 도시되어 있다.FIG. 5 is a graph showing reflectance according to wavelength, and FIG. 5 shows a case of Comparative Example using single layer silicon nitride as an antireflection film, and Examples 3 and 4 using double layer silicon nitride.
실시예 3에서는 제1반사방지층(100)의 두께에 대한 제2반사방지층(200)의 두께 비율이 0.53 이었고, 실시예 4에서는 제1반사방지층(100)의 두께에 대한 제2반사방지층(200)의 두께 비율이 0.72 이었다. In Example 3, the thickness ratio of the second anti-reflective layer 200 to the thickness of the first anti-reflective layer 100 was 0.53. In Example 4, the second anti-reflective layer 200 relative to the thickness of the first anti-reflective layer 100. ), The thickness ratio was 0.72.
또한 이때 사용되는 제1 및 제2 반사방지층의 파장에 따른 굴절률은 Tauc-Lorentz parametrization에 의하여 5 개의 변수들에 의하여 기술된다.In addition, the refractive index according to the wavelength of the first and second antireflection layers used at this time is described by five variables by Tauc-Lorentz parametrization.
한편, 다결정 실리콘 태양전지에 PECVD 방법으로 증착한 실리콘질화막을 반사방지막으로 사용하면 산화티탄(TiOx)막을 사용하였을 때보다 효율이 1.5 ~ 2.0% 증가한다. 앞에서 언급하였듯이 이것은 실리콘질화막이 다결정 실리콘 기판의 방사방지막 역할 뿐 아니라, 기판에 대한 패시베이션 역할을 수행하기 때문이다. On the other hand, when the silicon nitride film deposited by PECVD on the polycrystalline silicon solar cell is used as an anti-reflection film, the efficiency is increased by 1.5 to 2.0% compared with the titanium oxide (TiOx) film. As mentioned above, this is because the silicon nitride film plays a role of passivation for the substrate as well as the anti-radiation film of the polycrystalline silicon substrate.
패시베이션 효과에는 크게 실리콘 계면에 관련된 표면 패시베이션과 기판 내부의 결함에 관련된 벌크 패시베이션 효과로 나눌 수 있다. 특히 벌크 패시베이션 효과는 다결정 태양전지의 전극 형성 후 열처리(contact-firing) 과정 중에 일어난다. The passivation effect can be classified into surface passivation related to the silicon interface and bulk passivation effect related to defects in the substrate. In particular, the bulk passivation effect occurs during the contact-firing process after electrode formation of the polycrystalline solar cell.
이 열처리 과정에서 실리콘질화막 속에 함유된 수소(H) 원자들이 Si 기판 속으로 확산(diffusion)되면서, 기판에 존재하는 다양한 형태의 결함들을 부동화(passivate)하고, 태양광으로부터 생성된 전하들이 이러한 결함들에 의하여 재결합(recombination)되는 것을 억제하여 실질적인 전지효율 상승을 가져온다.As the hydrogen (H) atoms contained in the silicon nitride film are diffused into the Si substrate during the heat treatment, various types of defects present in the substrate are passivated, and the charges generated from sunlight are transferred to these defects. By suppressing the recombination (by recombination) it leads to a substantial increase in battery efficiency.
도 6은 굴절률에 따른 상대적인 수명을 도시한 그래프로서, 도 6에서는 굴절률이 다른 실리콘질화막에 의한 실리콘 기판의 상대적인 유효 캐리어수명(effective carrier lifetime)을 보여 준다. 이때 수명은 굴절률이 1.8인 경우로 정규화되었다. FIG. 6 is a graph illustrating relative lifetimes according to refractive indices. FIG. 6 illustrates relative effective carrier lifetimes of a silicon substrate by silicon nitride films having different refractive indices. At this time, the life was normalized to a case where the refractive index was 1.8.
이것은 굴절률이 높은 박막이 낮은 박막보다 패시베이션 효과에 유리한 것을 보여 주고, 특히 굴절률이 2.2 이상으로 높은 경우 패시베이션 효과가 대폭 향상됨을 확인할 수 있었다. 벌크 수명이 동일하다고 가정할 때 이 그래프는 표면 패시베이션 효과가 굴절률이 높은 박막에서 유리하다는 것을 보여 준다.This shows that the thin film having a high refractive index is more favorable for the passivation effect than the low thin film. Especially, when the refractive index is higher than 2.2, the passivation effect is significantly improved. Assuming the bulk life is the same, this graph shows that the surface passivation effect is advantageous for thin films with high refractive index.
본 발명에서는 태양전지의 수광면에 가깝게 위치하는 굴절률이 높은 제1반사방지층에 의한 벌크 및 표면 패시베이션의 시너지(synergy) 효과 증대를 도모하고자 한다. 즉, 동일한 공정 챔버 안에서 연속 증착되는 이층의 반사방지층을 사용하면서 굴절률만을 달리하여 이층반사방지막 역할을 할 뿐 아니라 표면 및 벌크 패시베이션을 동시에 구현하는 것이다.In the present invention, it is intended to increase the synergy effect of bulk and surface passivation by the first anti-reflection layer having a high refractive index positioned close to the light receiving surface of the solar cell. That is, by using only two layers of anti-reflection layers that are continuously deposited in the same process chamber, the surface is not only acting as an anti-reflection layer but also simultaneously implementing surface and bulk passivation.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 실리콘 태양전지에 실리콘질화막을 이층반사방지막으로 사용하여 반사율을 12% 에서 8%로 감소하는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of reducing the reflectance from 12% to 8% by using a silicon nitride film as a double layer anti-reflection film in a silicon solar cell.
또한, 상대적으로 높은 굴절률을 가진 제1실리콘질화막에 의한 실리콘 기판의 캐리어 수명이 단층반사방지막으로 사용되는 질화규소의 경우보다 4~5배 증가하는 효과가 있으며, 이로부터 제1 및 제2실리콘질화막을 이용한 이층 반사방지막 구조로 인해 벌크 패시베이션 효과와 함께 표면 패시베이션 효과를 동시에 도모할 수 있다.In addition, there is an effect that the carrier life of the silicon substrate by the first silicon nitride film having a relatively high refractive index is increased by 4 to 5 times than that of silicon nitride used as a single layer antireflection film, and thus the first and second silicon nitride films are Due to the bilayer anti-reflection film structure used, the surface passivation effect can be achieved simultaneously with the bulk passivation effect.
통상의 이층반사방지막을 사용하는 경우, 굴절률의 차이가 많이 나는 이종의 물질을 사용하게 되는데 이 경우 새로운 프로세스가 도입된다. 하지만 굴절률의 차이만 다른 실리콘질화막을 동일한 증착 챔버 안에서 연속적으로 처리하므로 추가적인 새로운 공정 챔버가 필요하지 않아 원가 절감의 효과가 있다.In the case of using a conventional anti-reflection film, a heterogeneous material having a large difference in refractive index is used, in which case a new process is introduced. However, since the silicon nitride film having only a difference in refractive index is continuously processed in the same deposition chamber, additional new process chambers are not required, thereby reducing the cost.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이며, 2 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention,
도 3은 실리콘질화막(SiNx)에서 N/Si 비율(x)에 따른 굴절율을 변화를 도시한 그래프이고,3 is a graph showing a change in refractive index according to the N / Si ratio (x) in the silicon nitride film (SiN x ),
도 4는 실리콘질화막의 굴절율(n)과 흡수율(α)과의 관계를 도시한 그래프이며,4 is a graph showing the relationship between the refractive index n and the water absorption α of the silicon nitride film.
도 5는 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이고,5 is a graph showing the reflectance according to the wavelength,
도 6은 굴절률에 따른 상대적인 캐리어 수명을 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the relative carrier life according to the refractive index.
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