KR20080054280A - 태양전지의 제조방법 및 그를 이용하여 제조된 태양전지 - Google Patents
태양전지의 제조방법 및 그를 이용하여 제조된 태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 태양전지 제조방법은, (S1) 제1 도전형 반도체 기판 상에 상기 기판과 반대 도전형의 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계; (S2) 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판 측단의 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층을 식각하는 단계; (S3) 상기 반도체 기판의 양면에 형성된 상기 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나의 제2 도전형 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계; (S4) 상기 반사방지막을 관통하며 상기 제2 도전형 반도체층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계; (S5) 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 태양전지 제조방법에 따르면, 종래 진공 플라즈마 또는 레이저를 이용하여 수행되던 에지 아이솔레이션 공정을 대기압 플라즈마를 이용하는 방식으로 개선함으로써, 장비 비용 및 유지 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있다.
태양전지, 광기전력효과, p-n 접합, 반사방지막, 대기압 플라즈마
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 태양전지 제조방법에 채용될 수 있는 플라즈마 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 태양전지의 제조방법 및 그를 이용하여 제조되는 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에지 아이솔레이션 공정의 개선으로 장비 비용 및 유지 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있는 태양전지의 제조방법 및 그를 이용하여 제조되는 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다
이와 같은 태양전지의 제조에 있어서, 반도체의 p-n 접합은 p형 또는 n형 도전형의 반도체 기판을 확산로에 넣고 상기 기판과 다른 도전형을 형성할 수 있는 가스를 확산로에 주입한 후 이를 반도체 기판에 확산(diffusion)시킴에 의해 형성될 수 있다. 도펀트의 확산을 통해 p-n 접합이 형성된 후에는 통상적으로 반도체 기판의 측단의 가장자리를 제거하는 공정, 즉 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 거치게 된다. 에지 아이솔레이션 공정은, 반도체 기판의 표면 전체에 동일한 도전형이 형성되면 전면전극 및 후면전극이 전기적으로 연결될 수 있으므로, 이를 막기 위한 것이다.
종래, 에지 아이솔레이션 공정은 진공 플라즈마 또는 레이저를 이용하여 수행되었다. 그러나, 진공 플라즈마를 이용하는 경우 장비 가격이 비싸고 연속공정 또한 어려운 문제점이 있고, 레이저를 이용하는 방법은 많은 전력 소비로 인해 유지 비용이 비싼 문제점이 있다. 이에, 이와 같은 문제점을 해결하고자 하는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에지 아이솔레이션 공정의 개선으로 장비 비용 및 유지 비용을 절감하고 공정을 단순화함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 태양전지를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, (S1) 제1 도전형 반도체 기판 상에 상기 기판과 반대 도전형의 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계; (S2) 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판 측단의 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층을 식각하는 단계; (S3) 상기 반도체 기판의 양면에 형성된 상기 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나의 제2 도전형 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계; (S4) 상기 반사방지막을 관통하며 상기 제2 도전형 반도체층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계; (S5) 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 반도체 기판은 p-형 실리콘 기판이고, 제2 도전형 반도체층은 n-형 이미터층인 것이 바람직하다.
상기 (S1) 단계는 상기 반도체 기판을 확산로에 넣고, 제2 도전형 반도체층을 형성할 수 있는 도펀트를 함유하는 가스를 주입한 후, 확산로를 가열함에 의해 실시될 수 있다.
상기 (S1) 단계는 p-형 실리콘 기판을 확산로에 넣고, POCl3 가스를 확산로에 주입한 후, 가열함에 의해 실시될 수 있다.
상기 반사방지막은 대표적으로 실리콘나이트라이드를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 (S3) 단계는 대표적으로 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD) 및 스퍼터링으로 이루어지는 군에서 선택되는 방법에 의해 실시될 수 있다.
상기 (S4) 단계는 전면전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포한 후, 열처리함에 의해 실시될 수 있다.
상기 (S5) 단계는 후면전극 형성용 페이스트를 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 도포한 후, 열처리함에 의해 실시될 수 있다.
상기 (S4) 및 (S5) 단계는 각각, 전면전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포하고, 후면전극 형성용 페이스트를 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 도포한 후, 동시에 열처리함에 의해 실시될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 본 발명의 태양전지 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지를 제공한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 태양전지의 제조방법에 따르면, 먼저 제1 도전형 반도체 기판 상에 상기 기판과 반대 도전형의 제2 도전형 반도체층을 형성한다(S1 단계)(도 2a 참조). 이를 통해 반도체 기판 내의 제1 도전형 반도체층(201)과 제2 도전형 반도체층(203)의 계면에 p-n 접합이 형성된다. 반도체 기판으로는 p형 및 n형이 모두 사용될 수 있으며, 그 중 p형 실리콘 기판은 소수 케리어의 수명 및 모빌리티(mobility)가 커서(p형의 경우 전자가 소수 케리어임) 가장 바람직하게 사용될 수 있다. p형 실리콘 기판에는 대표적으로 B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는데, p형 실리콘 기판에 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 도핑함으로써 n형 도전층 을 형성하고 이를 통해 p-n 접합을 형성할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(203) 및 p-n 접합 형성 단계(S1)는 반도체 기판(201, 203)을 확산로에 넣고, 제2 도전형 반도체층(203)을 형성할 수 있는 도펀트를 함유하는 가스를 주입한 후, 확산로를 가열함에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, p-형 실리콘 기판을 사용하는 경우 POCl3 가스가 가장 대표적으로 사용될 수 있다.
다음으로, 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판 측단의 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층(203)을 식각한다(S2)(도 2a 및 도 2b 참조). (S1) 단계를 거치면 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(201)의 외부에 제2 도전형 반도체층(203)이 형성된다. 반도체 기판의 측단 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층(점선으로 표시한 부분)은 제거하지 않으면 전면전극 및 후면전극이 전기적으로 직접 연결되게 되므로, 이를 제거하여야 한다. 본 발명은 이와 같이 반도체 기판의 측단 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층을 대기압 플라즈마를 이용하여 식각한다. 대기압 플라즈마를 이용하면 플라즈마 발생을 위한 진공 챔버를 필요로 하지 않으므로, 장비 비용 및 유지 비용을 크게 절감할 수 있다.
대기압 플라즈마 발생장치로는 종래 알려진 공지의 플라즈마 발생장치들이 제한 없이 사용될 수 있다. 플라즈마 발생장치의 전극 형태는 건 타입(gun type)으로 하여 반도체 기판을 고정한 상태로 플라즈마 발생장치를 이동시키면서 반도체 기판 측단 가장자리의 제2 도전형 반도체층(203)을 식각할 수 있으며, 도 3에 나타 난 바와 같이 반도체 기판(301)의 측단 가장자리의 제2 도전형 반도체층(203)이 형성된 영역 전체를 한 번에 처리할 수 있도록 플라즈마 발생장치의 전극(305) 모양 및 크기를 선택할 수도 있다. 이 경우 이송장치(303) 위의 반도체 기판(301)이 이송하여 플라즈마 발생장치의 전극(305) 아래에 위치하면, 전극(305)의 이동 없이 식각이 필요한 전 영역을 동시에 처리할 수 있어 시간을 크게 단축할 수 있다.
다음으로, 상기 반도체 기판의 양면에 형성된 상기 제2 도전형 반도체층(203a, 203b) 중 어느 하나의 제2 도전형 반도체층(203a) 상에 반사방지막(205)을 형성한다(S3)(도 2c 참조). 반사방지막(205)은 태양광에 대한 반사율을 낮추기 위해 형성되는 것으로, 대표적으로 실리콘나이트라이드를 포함하여 이루어질 수 있으며, 대표적으로 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD) 및 스퍼터링으로 이루어지는 군에서 선택되는 방법에 의해 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 반사방지막(205)을 관통하며 상기 제2 도전형 반도체층(203a)에 연결되도록 전면전극(207)을 형성하고(S4), 상기 반사방지막(205)이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층(203b) 상에 후면전극(209)을 형성한다(S5)(도 2d 참조). 전면전극(207) 및 후면전극(209)의 형성 순서는 제한되지 않아, 어느 전극을 먼저 형성하여도 좋다. 상기 (S4) 단계는 전면전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포한 후 열처리함에 의해 실시될 수 있으며, 열처리를 통해 전면전극(207)은 반사방지막(205)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(203a)과 연결되게 된다(punch through). 상기 (S5) 단계는 후면전극 형성용 페이스트를 상기 반사방지막(205)이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층(203b) 상에 도포한 후, 열처리함에 의해 실시될 수 있으며, 열처리에 의해 후면전극(209)과 접하는 제2 도전형 반도체층(203b)은 도전형이 바뀌어 BSF층(Back surface field)(211)이 형성된다. 상기 (S4) 및 (S5) 단계는 각각 전면전극 형성용 페이스트 및 후면전극 형성용 페이스트를 도포한 후, 동시에 열처리함에 의해 실시될 수도 있다. 전면전극(207)으로는 대표적으로 은 전극이 사용되는데 이는 은 전극이 전기전도성이 우수하기 때문이며, 후면전극(209)으로는 대표적으로 알루미늄 전극이 사용되는데 이는 알루미늄 전극이 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘과의 친화력이 좋아서 접합이 잘 되기 때문이다. 또한, 알루미늄 전극은 3가 원소로서 p-형 실리콘 기판을 사용할 경우 실리콘 기판에 p+ 층, 즉 BSF층(211)을 형성하여 캐리어들이 표면에서 사라지지 않고 모이도록 하여 효율을 증대시킬 수 있기 때문이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 태양전지 제조방법에 따르면, 종래 진공 플라즈마 또는 레이저를 이용하여 수행되던 에지 아이솔레이션 공정을 대기압 플라즈마를 이용하는 방식으로 개선함으로써, 장비 비용 및 유지 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있다.
Claims (10)
- (S1) 제1 도전형 반도체 기판 상에 상기 기판과 반대 도전형의 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;(S2) 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판 측단의 가장자리에 형성된 제2 도전형 반도체층을 식각하는 단계;(S3) 상기 반도체 기판의 양면에 형성된 상기 제2 도전형 반도체층 중 어느 하나의 제2 도전형 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계;(S4) 상기 반사방지막을 관통하며 상기 제2 도전형 반도체층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계;(S5) 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 기판은 p-형 실리콘 기판이고, 제2 도전형 반도체층은 n-형 이미터층인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S1) 단계는 반도체 기판을 확산로에 넣고, 제2 도전형 반도체층을 형성할 수 있는 도펀트를 함유하는 가스를 주입한 후, 확산로를 가열함에 의해 실시 되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 (S1) 단계는 p-형 실리콘 기판을 확산로에 넣고, POCl3 가스를 확산로에 주입한 후, 가열함에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 반사방지막은 실리콘나이트라이드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S3) 단계는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD) 및 스퍼터링으로 이루어지는 군에서 선택되는 방법에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S4) 단계는 전면전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포한 후, 열처리함에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S5) 단계는 후면전극 형성용 페이스트를 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 도포한 후, 열처리함에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S4) 및 (S5) 단계는 각각, 전면전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포하고, 후면전극 형성용 페이스트를 상기 반사방지막이 형성되지 않은 제2 도전형 반도체층 상에 도포한 후, 동시에 열처리함에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 태양전지의 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지.
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