KR20070074055A - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율을 실현할 수 있는 함몰 접촉형 태양 전지(buried contact solar cell) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 기판의 일면에 홈을 형성하는 단계, 및 레이저를 이용하여 상기 홈을 전도성 물질로 채워 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판의 일면에 전도성 박판을 위치시키는 단계, 상기 레이저를 이용하여 상기 홈에 대응하는 패턴으로 상기 전도성 박판을 용융시켜 상기 홈을 채우는 단계, 및 상기 전도성 박판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
함몰, 접촉, 태양전지, 레이저
Description
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 제조 방법의 공정을 도시한 단면도들이다.
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 고효율을 실현할 수 있는 함몰 접촉형 태양 전지(buried contact solar cell) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원이 무한할 뿐만 아니라 수명이 긴 장점이 있다. 태양 전지로는 실리콘 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등이 있다.
이 중 실리콘 태양 전지는 p-n 접합면을 구성하는 서로 다른 전도형(conductvie type)의 반도체 기판과 에미터층, 이 에미터층에 전기적으로 연결되는 전면 전극, 그리고 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 후면 전극을 포함하여 구성된다.
전면 전극은 태양광을 가리게 되므로, 이 전면 전극에 의해 태양 전지 내부로 입사되는 태양광이 줄어들게 된다. 이러한 태양광의 손실을 쉐이딩 손실(shading loss)이라 하는데, 이 쉐이딩 손실을 줄이기 위해서는 전면 전극의 선폭을 줄이는 것이 바람직하다.
이를 위해, 반도체 기판에 소정 선폭의 홈을 형성하고 이 홈 내에 전면 전극을 형성하여 전면 전극의 선폭을 줄인 함몰 접촉형 태양 전지가 고안되었다. 여기서, 홈 내에 전면 전극을 형성하는 방법으로 무전해 도금법, 전해 도금법, 스크린 프린팅법, 증착(evaporation)법이 있다.
그런데, 무전해 도금법 및 전해 도금법은 용액 관리가 어렵고 공정 시간이 길어 생산성이 낮다. 그리고, 홈의 선폭이 줄어들수록 전극 내에 원하지 않는 홀이 잔존하게 되어 높은 밀도의 전극을 형성하는 것이 어려워진다. 스크린 프린팅법은 홈 내에 형성되는 전면 전극의 선폭을 줄이는 데 한계가 있으며, 증착법은 공정이 복잡하며 비싼 장비 및 재료가 필요하여 생산성이 낮은 문제가 있다.
즉, 종래의 전면 전극의 형성 방법은 생산성이 좋지 않으며, 홈 내에 전면 전극을 높은 밀도로 형성하는 데 어려움이 있어 불량률이 높고 저항 특성이 낮은 문제가 있다. 그리고, 얇은 선폭, 일례로 50㎛의 홈 내에 전면 전극을 형성하는 것이 실질적으로 불가능하여 쉐이딩 손실을 저감시키는 데 한계가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 홈 내에 얇은 선폭의 홈에 높은 밀도로 전극이 형성되어 불량률 및 쉐이딩 손실을 저감 시키면서 저항 특성을 향상시킬 수 있는 태양 전지를 제공하는 것이다.
그리고, 간단한 공정으로 얇은 선폭의 홈에 전극을 형성하여 생산성을 향상시킬 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 기판의 일면에 홈을 형성하는 단계, 및 레이저를 이용하여 상기 홈을 전도성 물질로 채워 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판의 일면에 전도성 박판을 위치시키는 단계, 상기 레이저를 이용하여 상기 홈에 대응하는 패턴으로 상기 전도성 박판을 용융시켜 상기 홈을 채우는 단계, 및 상기 전도성 박판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전극이 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 홈은 레이저 또는 스크라이버를 이용하여 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판의 제1 면에 에미터층을 형성하는 단계, 상기 제1 면에 홈을 형성하는 단계, 및 레이저를 이용하여 상기 홈을 전도성 물질로 채워 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 전극을 형성하는 단계는, 상기 에미터층 위에 전도성 박판을 위치 시키는 단계, 상기 레이저를 이용하여 상기 홈에 대응하는 패턴으로 상기 전도성 박판을 용융시켜 상기 홈을 채우는 단계, 및 상기 전도성 박판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극이 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 홈은 레이저 또는 스크라이버를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극을 형성하기 전에 상기 홈 주변부에 고농도 에미터부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되도록 상기 반도체 기판의 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 일면에 형성된 에미터층, 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 및 상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판에 홈이 형성되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나가 상기 홈 내로 오목하게 형성된다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는, 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 제조 방법의 공정을 도시한 단면도면들이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘으로 이루어진 p형의 반도체 기판(10)을 준비한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 n형 반도체 기판을 준비할 수 있으며 실리콘 이외의 다양한 반도체 물질로 이루어지는 반도체 기판을 준비할 수 있다.
태양 전지의 특성을 향상시키기 위하여, 알칼리 수용액 또는 혼합산 용액을 이용하여 반도체 기판(10)을 에칭한 다음 세정 용액을 이용하여 불순물을 제거하는 전처리를 수행할 수 있다. 에칭에 의해 반도체 기판(10)의 손상된 부분이 제거되며 반도체 기판(10)의 표면에 미세한 요철이 형성되어 태양광의 손실을 저감시킬 수 있다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 도펀트를 도핑하여 n형의 에미터층(12)을 형성한다. 본 실시예에서는 n형의 에미터층(12)을 형성하기 위하여 일례로 인(P)을 도펀트로 사용하였으나, 도펀트로 인 이외의 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다. 그리고, 에미터층(12)의 전도형(conductive type)이 반도체 기판(10)의 전도형과 반대되면 족하므로, n형 반도체 기판이 사용되는 경우에는 p형의 에미터층을 형성할 수 있다.
도핑 방법으로 고온 확산법, 스프레이법, 스크린 인쇄법, 이온 샤워법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다. 도핑 이후에는 불필요하게 형성된 피에스지(phosphorus slicate glass, PSG)를 불산 수용액 등으로 제거하는 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 에미터층(12) 위에 절연막(14)을 형성한다. 절연막(14)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 티타늄 산화막 등으로 이루어질 수 있으며, 플라즈마 화학 기상 증착법, 전자빔 증착법, 스크린 인쇄법, 스프레이 법 등의 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
이 절연막(14)은 내부로 입사되는 태양광이 반사되는 것을 저감시키는 역할과 함께 표면에서 발생할 수 있는 전자의 손실을 방지하는 역할을 한다. 즉, 표면에서는 댕글링 본드(dangling bond)에 의해 전자의 손실이 발생할 수 있는데, 절연막(14)을 형성함으로써 댕글링 본드로 인한 손실을 방지할 수 있다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 레이저 또는 스크라이버를 이용하여 반도체 기판(10)의 전면에 홈(groove)(16)을 형성한다. 이 홈(16)은 이후 공정에서 제1 전극(도 1g의 참조부호 22, 이하 동일)이 형성될 공간으로, 홈(16)의 선폭(t) 및 깊이는 제1 전극(22)의 선폭 및 깊이 각각과 직접적으로 관련되므로 이를 고려하여 형성하여야 한다. 제1 전극(22)에 의한 쉐이딩 손실을 고려하면 홈(16)의 선폭(t)이 얇은 것이 유리한데, 본 실시예에서는 홈(16)이 4㎛ 내지 50㎛의 선폭(t)를 가지도록 형성한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 홈이 다양한 선폭을 가질 수 있다.
홈(16)을 형성한 다음에 레이저를 이용하여 손상된 부분을 제거하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 홈(16) 주변부에 도펀트를 도핑하여 고농도 에미터부(12a)를 형성한다. 이 고농도 에미터부(12a)는 제1 전극(22)과의 접촉 저항을 저감시키는 역할을 한다. 도펀트의 도핑 방법으로 고온 확산법, 스프레이법, 스크린 인쇄법, 이온 샤워법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이어서, 도 1f 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 홈(16) 내에 제1 전극(22)을 형성한다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1f에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 위, 좀더 정확하게는 에미터층(12) 위에 전도성 박판(18)을 위치시킨다.
다음으로, 도 1g에 도시된 바와 같이, 레이저(20)를 이용하여 홈(16)에 대응하는 패턴으로 전도성 박판(18)을 용융시켜 용융된 전도성 물질로 홈(16) 내를 채움으로서, 제1 전극(22)을 형성한다. 본 실시예에서는 홈(16)이 4㎛ 내지 50㎛의 선폭(t)를 가지므로 제1 전극(22)의 선폭(T)을 4㎛ 내지 50㎛으로 형성할 수 있다.
이 때, 하나의 레이저(20)를 홈(16)에 대응하는 패턴으로 이동시켜 제1 전극(22)을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 전극(22)은 구리, 알루미늄 및 은 등으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 1h에 도시된 바와 같이, 전도성 박판(18)을 제거한다.
본 실시예에서는 레이저를 이용하여 제1 전극(22)을 형성함으로써, 종래보다 더 얇은 선폭의 홈(16) 내에 제1 전극(22)을 형성할 수 있다. 즉, 제1 전극(22)의 선폭(T)을 효과적으로 줄일 수 있어 제1 전극(22)으로 인한 쉐이딩 손실을 최소화할 수 있다. 그리고, 전도성 물질이 용융된 상태로 홈(16) 내에 채워지므로 제1 전극(22)을 높은 밀도로 형성할 수 있고, 이에 따라 저항 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 레이저(도 1g 참조부호 20)와 전도성 박판(도 1g 참조부호 18)만을 이용한 단순한 공정으로 제1 전극(22)을 형성할 수 있어 생상성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 1i에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면에 알루미늄 페이스트를 스크린 프린팅한 다음 열처리하여 반도체 기판(10)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(24)을 형성한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극(24)이 다양한 물질로 이루어질 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이 때, 열처리에 의해 알루미늄이 반도체 기판(10)의 후면에 소정의 두께만큼 확산되어 p+형의 후면 전계층(26)을 형성한다. 이 후면 전계층(26)은 전계를 형성하여 광여기된 전자가 반도체층(10)의 후면으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기에서는 제1 전극(22)을 형성한 이후에 제2 전극(26)을 형성하는 것을 설명였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 제1 전극(22)을 형성하기 전에 제2 전극(26)을 형성하는 것도 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속함은 당연하다.
상기한 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지에서는, 제1 전극(22)이 홈(16) 내부에서만 홈(16) 내부로 오목하게 형성된다. 이는 레이저를 이용하여 용융된 상태의 전도성 물질을 홈(16) 내에 채워 제1 전극(22)을 형성하기 때문이다. 종래의 전해 도금법 또는 무전해 도금법 등에 의해 형성되어 홈의 모서리 부근에도 전도성 물질이 잔존하여 홈의 외부에도 제1 전극의 일부가 위치하며, 홈의 모서리 부근에서 제1 전극이 볼록하게 형성되는 것과 차별된다. 즉, 본 발명에서는 원하지 않는 부분에 제1 전극(22)이 형성되지 않고 홈(16) 내부에만 제1 전극(22)이 형성되어 제1 전극(22)을 좀더 정밀하게 형성할 수 있다.
상기한 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지로 광이 입사되면, 광전효과에 의해 생성된 정공-전자 쌍이 분리되어 전자는 n형의 에미터층(12)에 집적되고 정공은 p형의 반도체 기판(10)에 집적되어 전위차가 발생된다. 이러한 전위차에 의해 제1 전극(22), 제2 전극(26) 및 외부 회로(도시하지 않음)을 통해 전류가 흐르게 되어 태양 전지가 작동하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 반도체 기판(10)의 전도형, 에미터층(12) 및 고농도 에미터부(12a)의 전도형 등은 다양하게 변형이 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
또한, 상기에서는 에미터층(12)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(22)이 홈(16) 내에 함몰 접촉형으로 형성되는 것만을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극(24)이 홈 내에 형성되는 것도 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
즉, 상기에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명의 태양 전지 제조 방법에 의하면, 레이저와 전도성 박판을 이용한 단순한 공정으로 태양 전지를 제조할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 레이저에 의해 용융된 상태로 전도성 물질이 홈이 채워짐으로써 제1 전극이 형성되므로, 제1 전극을 좀더 높은 밀도로 형성할 수 있어 불량률을 저감시키면서 저항 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저의 특성 상 매우 얇은 선폭의 홈에 제1 전극을 형성하는 것이 가능하여 제1 전극의 선폭을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 태양 전지 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지는 제1 전극이 얇은 선폭을 가져 쉐이딩 손실을 최소할 수 있고, 결과적으로 효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (15)
- 기판의 일면에 홈을 형성하는 단계; 및레이저를 이용하여 상기 홈을 전도성 물질로 채워 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 전극을 형성하는 단계는,상기 기판의 일면에 전도성 박판을 위치시키는 단계;상기 레이저를 이용하여 상기 홈에 대응하는 패턴으로 상기 전도성 박판을 용융시켜 상기 홈을 채우는 단계; 및상기 전도성 박판을 제거하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 전극이 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 전극의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛인 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 홈은 레이저 또는 스크라이버를 이용하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
- 반도체 기판의 제1 면에 에미터층을 형성하는 단계;상기 제1 면에 홈을 형성하는 단계; 및레이저를 이용하여 상기 홈을 전도성 물질로 채워 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 전극을 형성하는 단계는,상기 에미터층 위에 전도성 박판을 위치시키는 단계;상기 레이저를 이용하여 상기 홈에 대응하는 패턴으로 상기 전도성 박판을 용융시켜 상기 홈을 채우는 단계; 및상기 전도성 박판을 제거하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 전극이 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 전극의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛인 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 홈은 레이저 또는 스크라이버를 이용하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 전극을 형성하기 전에 상기 홈 주변부에 고농도 에미터부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되도록 상기 반도체 기판의 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판의 일면에 형성된 에미터층;상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고,상기 반도체 기판에 홈이 형성되고,상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나가 상기 홈 내로 오목하게 형성되는 태양 전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는, 구리, 알루미늄 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 태양 전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나의 선폭이 4㎛ 내지 50㎛인 태양 전지.
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