KR20090078275A - 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 평평한 실리콘 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계; (c) 상기 에미터층 상에 요철 베이스막을 형성하는 단계; (d) 상기 요철 베이스막의 표면에 요철을 형성하여 요철막을 형성하는 단계; (e) 상기 요철막을 관통하여 전면 전극을 상기 에미터층에 접속시키는 단계; 및 (f) 상기 실리콘 기판 후면에 후면 전극을 접속시키고, 후면 전극과 접하는 기판 후면에 BSF(back surface field)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양전지의 전면에서 발생하는 태양광의 반사를 감소시켜 광전변환에 의해 생성되는 전류의 량을 증가시킬 수 있다. 또한, 태양전지용 실리콘 기판의 표면적을 감소시킬 수 있어 캐리어 재결합을 방지하는 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있다.
태양전지, 반사방지막, 패시베이션막, 요철막, 쉐도우 마스크
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 전면에 요철 형태의 절연막을 형성하여 기판 전면에서 발생하는 태양광의 반사를 줄일 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있으며, 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 함)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 (-) 전하 를 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 같이 태양전지의 출력특성을 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.
태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지 기판 및 전극에서의 저항을 낮추고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 함과 동시에 태양전지의 실리콘 기판에 입사되는 태양광에 대한 반사도를 감소시켜야 하는바, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
태양전지는 실리콘 기판에 그와 반대 도전형의 불순물이 도핑된 에미터층을 형성하고, 반사방지막 및 전면 전극과 후면 전극을 형성함에 의해 제조될 수 있다. 다만, 이러한 과정을 거치기 전에, 태양전지의 태양광 입사면 측에서 태양광의 반사도를 저감시키기 위하여 실리콘 기판 표면에 요철을 형성하는 텍스처링(texturing) 공정을 거치게 된다. 그러나, 이러한 텍스처링 공정은 태양광의 반사도를 저감시킨다는 목적은 달성할 수 있으나, 실리콘 기판의 표면적이 증가하고, 원자 밀도(atomic density)가 높은 결정면인 (111) 면이 노출되면서 기판 전면의 표면에서 캐리어의 재결합을 증가시키는 문제가 있다. 따라서 고효율의 태양전지의 제조를 위해서는 캐리어의 재결합을 줄이면서 태양광의 반사도를 낮출 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 평평한 실리콘 기판 위에 요철 형태의 절연막을 형성함으로써 태양광의 반사율을 감소시키고, 생성된 캐리어의 재결합을 줄일 수 있는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법은, (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 평평한 실리콘 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계; (c) 상기 에미터층 상에 요철 베이스막을 형성하는 단계; (d) 상기 요철 베이스막의 표면에 요철을 형성하여 요철막을 형성하는 단계; (e) 상기 요철막을 관통하여 전면 전극을 상기 에미터층에 접속시키는 단계; 및 (f) 상기 실리콘 기판 후면에 후면 전극을 접속시키고, 후면 전극과 접하는 기판 후면에 BSF(back surface field)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 플라즈마 에칭법을 이용하여 상기 요철 베이스막의 표면에 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈의 랜덤한 바늘상 요철을 형성하는 단계이거나, 포토리소그래피 또는 레이저를 이용하여 상기 요철 베이스막의 표면에 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈의 규칙적인 격자상 요철을 형성하는 단계이다.
본 발명에 있어서, 표면 패시베이션과 반사방지막 역할을 수행하는 상기 요철 베이스막은 단일막 구조로 형성하거나, 2중막 이상의 다층 구조로 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 요철 베이스막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 절연막으로 형성하거나, 2개 이상의 절연막을 조합시켜 다층 절연막 구조로 형성할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법은, (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 평평한 실리콘 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계; (c) 상기 에미터층 상에 쉐도우 마스크를 부착한 상태에서 절연물질로 이루어진 요철막을 성장시키는 단계; (d) 상기 요철막을 관통하여 전면 전극을 상기 에미터층에 접속시키는 단계; 및 (f) 상기 실리콘 기판 후면에 후면 전극을 접속시키고, 후면 전극과 접하는 기판 후면에 BSF(back surface field)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 진행 이전에, 상기 에미터층 상부에 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있는 절연물질로 이루어진 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 요철 형 태의 절연막을 포함하는 태양전지는, 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상부에 형성되고, 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물이 주입된 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 요철막; 상기 요철막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및 상기 실리콘 기판 후면에 접속된 후면 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양전지의 전면에서 발생하는 태양광의 반사를 감소시켜 광전변환에 의해 생성되는 전류의 량을 증가시킬 수 있다. 또한, 태양전지용 실리콘 기판의 표면적을 감소시킬 수 있어 캐리어 재결합을 방지하는 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 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.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
제1실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판(201)을 준비한다. 바람직하게, 실리콘 기판(201)은 원자 밀도(atomic density)가 낮은 결정면인 (100) 면이 상부에 위치한 단결정 실리콘 기판이다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니며 다결정 실리콘 기판일 수도 있다. 상기 실리콘 기판(201)은 전처리 공정으로 슬라이싱 가공 중에 실리콘 기판(201)의 표면에 발생된 소우 데미지(saw damage)를 습식 식각을 통해 제거한 기판이다. 그리고 실리콘 기판(201)은 별도의 텍스처링 공정을 진행하지 않은 상태로 표면이 평평한 기판이다.
그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판(201)에 주입하여 에미터층(202)을 형성한다. 에미터층(202)이 형성되면, 실리콘 기판(201)에는 p-n 접합이 형성된다. 여기서, 실리콘 기판(201)은 p형 및 n형이 모두 사용될 수 있다. p형 기판에는 대표적으로 B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있다. 기판이 p형인 경우, n형 에미터층은 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 확산시켜 형성한다.
상기 제2도전형의 에미터층(202) 형성 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 대표적으로 실리콘 기판(201)을 확산로(diffusion furnace)에 넣고 산소 가스와 제2도전형의 불순물 가스를 주입한 후 확산로를 가열하는 방법과 실리콘 기판(201)의 일면에 불순물을 함유하는 조성물을 도포하고 이를 확산로에 넣은 후 가 열하는 방법이 있다. 전자의 방법은 실리콘 기판(201)의 전 표면에 제2도전형의 에미터층(202)이 형성되므로, 실리콘 기판(201)의 측단 가장자리 부분을 잘라내는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 거치게 된다. 이를 통해 전면 전극(204) 및 후면 전극(205)의 전기적 연결을 막을 수 있다.
상술한 공정을 거쳐 에미터층(202)이 형성되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(201)의 상부 에미터층(202) 상에 요철 베이스막(203)을 형성한다. 여기서, 요철 베이스막(203)은 실리콘 기판(201) 표면에서 캐리어의 재결합을 감소시키는 패시베이션막의 역할 또는 태양전지에 입사하는 빛의 반사율을 감소시키는 반사방지막의 역할을 수행한다. 요철 베이스막(203)은 단일막 구조로 형성되거나, 2중막 이상의 다층 구조로 형성될 수 있다.
바람직하게, 요철 베이스막(203)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 절연막으로 형성하거나, 2개 이상의 절연막을 조합시켜 다층 절연막 구조로 형성할 수 있다. 한편, 본 발명은 요철 베이스막(203)을 이루는 절연막에 의해 한정되지 않으므로, 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 다양한 절연막이 적용될 수 있을 것임은 자명하다.
요철 베이스막(203)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD), 스핀 코팅법, 스퍼터링법 등으로 형성될 수 있다. 요철 베이스막(203)이 2중막 이상의 다층 구조일 경우엔 인-슈트(in-sute)를 통한 연속 공정이 가능한 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 요철 베이 스막(203)을 형성하는 것이 바람직하다.
에미터층(202) 상에 요철 베이스막(203) 형성이 완료되면, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 요철 베이스막(203)의 표면에 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈의 랜덤한 바늘상 요철막(203a) 또는 규칙적인 격자상 요철막(203b)을 형성한다. 요철 베이스막(203)의 표면에 형성된 나노 사이즈의 요철막(203a, 203b)은 실리콘 기판(201) 전면으로 입사되는 태양광의 반사도를 저감시킨다. 상기 요철막(203a, 203b)의 요철 크기가 입사되는 빛의 파장과 유사하거나 작은 경우에는 요철막(203a, 203b)을 외부 매체의 굴절률에서 요철 베이스막(203)의 굴절률까지 굴절률이 연속적으로 변화하는 다층막의 구조로 간주할 수 있으며, 다층의 반사방지막 존재와 유사한 효과에 의해 태양광의 반사도를 저감시킬 수 있다. 이를 통해, 실리콘 기판(201) 표면을 조직화하는 공정을 생략하더라도 소망하는 반사도를 얻을 수 있다. 또한, 실리콘 기판(201) 표면을 조직화하지 않기 때문에 실리콘 기판(201)의 면적을 최소화할 수 있어 패시베이션 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 요철 베이스막(203)의 표면에 요철을 형성할 때에는, 형성되는 요철의 형태가 랜덤한 바늘상 요철막(203a)일 경우와 규칙적인 격자상 요철막(203b)일 경우에 따라 요철을 형성하는 방식을 달리하게 된다.
도 5a에 도시된 랜덤한 바늘상 요철막(203a)을 형성할 때에는, 플라즈마 에칭법을 이용하여 요철 베이스막(203)의 표면을 식각한다. 플라즈마 에칭 공정은, 먼저 플라즈마 에칭을 위한 진공 또는 대기압 챔버 내에 실리콘 기판(201)의 전면이 식각 처리될 수 있도록 위치시킨 상태에서 챔버 내에 플라즈마 가스를 주입시킨 다. 이때 주입되는 플라즈마 가스로는 CF4/O2, CF4/O2/N2, NF3/O2, SF6/CF4/O2/N2, CH3F/CF4/O2, CH2F2/CF4/O2 등이 사용될 수 있다. 그리고, 주입된 플라즈마 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 요철 베이스막(203)의 표면과 반응시켜 요철 베이스막(203)의 표면에 랜덤한 바늘상 요철막(203a)을 형성한다.
그리고, 도 5b에 도시된 규칙적인 격자상 요철막(203b)을 형성할 때에는, 포토리소그래피 또는 레이저를 이용하여 요철 베이스막(203)의 표면을 식각한다. 예컨대, 포토리소그래피 공정은, 요철 베이스막(203)의 표면에 포토레지스트를 도포하여 규칙적인 격자상의 패턴을 형성한다. 그리고 형성된 격자상의 패턴을 마스크로 하여 식각을 진행함으로써, 요철 베이스막(203)의 표면에 규칙적인 격자상 요철막(203b)을 형성한다.
상술한 공정을 거쳐 실리콘 기판(203) 상부에 요철막(203a, 203b)이 형성되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 요철막(203a, 203b)을 관통하며 에미터층(202)에 접속되도록 전면 전극(204)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(201)의 후면에 후면 전극(205)을 형성한다. 전면 전극(204) 및 후면 전극(205)의 형성 순서는 제한되지 않아, 어느 전극을 먼저 형성하여도 무방하며, 전면 및 후면 전극을 도포한 후 한번의 열처리를 통해 전면 및 후면 전극을 동시에 형성할 수도 있다.
전면 전극(204)은 은과 글라스 프릿을 포함하는 통상의 전면 전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 요철막(203a, 203b) 위에 도포한 후 열처리함에 의해 형성될 수 있으며, 열처리를 통해 전면 전극(204)은 요철막(203a, 203b)을 관통하 여 에미터층(202)과 접속하게 된다(punch through). 상기 전면 전극(204)은 은을 포함하고 있어 전기 전도성이 우수하다.
후면 전극(205)은 알루미늄을 포함하는 통상의 후면 전극용 페이스트를 상기 실리콘 기판(201)의 후면에 도포한 후 열처리함에 의해 형성될 수 있으며, 열처리에 의해 실리콘 기판(201)은 후면 전극(205)과 접하는 면으로부터 소정 깊이까지 전극 형성 물질(Al)이 도핑되어 BSF(back surface field)(206)가 형성된다. 후면 전극(205)은 알루미늄을 포함하고 있으므로 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘과의 친화력이 좋아서 접합성이 우수하다. 또한, 알루미늄은 3족 원소로 실리콘 기판(201)과의 접면에서 P+층, 즉 BSF(206)을 형성하여 기판 후면에서의 캐리어의 재결합에 의한 손실을 감소시킬 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다. 이하에서는, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명하되, 상술한 실시예와 중복되는 공정에 대해서는 반복적인 설명을 생략하기로 한다.
제2실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판(201)을 준비한다.
그런 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판(201)에 주입하여 에미터층(202)을 형성한다.
그리고 나서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 에미터층(202)이 형성된 실리콘 기판(201)의 상부에 쉐도우 마스크(210)를 위치시킨다. 여기서, 쉐도우 마스 크(210)는 스테인레스 스틸 등의 금속 재질이나, Al2O3 등의 세라믹 재질을 이용할 수 있으며, 수십 ~ 수백 ㎚ 주기의 격자 패턴이 구비되어 있다.
그런 다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 에미터층(202) 상에 쉐도우 마스크(210)의 나노 주기의 격자 패턴에 따라 절연물질로 이루어진 요철막(203c)을 성장시킨다. 본 실시예의 경우, 요철막(203c)을 형성하기 위해 별도의 식각 공정이 필요하지 않으므로 태양전지 제조 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 에미터층(202) 상부에 형성된 요철막(203c)은 단일막 구조로 형성할 수도 있지만, 요철막(203c)을 형성하기 이전에 에미터층(202) 상부에 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있는 절연물질로 이루어진 절연막을 더 형성하여 2중막 구조로 형성할 수도 있다.
바람직하게, 요철막(203c)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 절연막으로 형성하거나, 2개 이상의 절연막을 조합시켜 다층 절연막 구조로 형성할 수 있다. 하지만, 본 발명이 요철막(203c)을 이루는 절연막에 의해 한정되지 않으므로, 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 다양한 절연막이 적용될 수 있을 것임은 자명하다.
에미터층(202) 상부에 요철막(203c)의 형성이 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 요철막(203c)을 관통하며 에미터층(202)에 접속되도록 전면 전극(204)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(201)의 후면에 후면 전극(205)을 형성하고, 후면 전극(205)과 실리콘 기판(201)의 접면에는 BSF(206)를 형성한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 요철 형태의 막이 형성된 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 요철 형태의 막이 형성된 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
<도면의 주요 참조 번호>
201 : 실리콘 기판 202 : 에미터층
203 : 요철 베이스막 203a : 랜덤한 바늘상 요철막
203b : 규칙적인 격자상 요철막 203c : 요철막
204 : 전면 전극 205 : 후면 전극
206 : BSF
Claims (14)
- (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 평평한 실리콘 기판을 준비하는 단계;(b) 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계;(c) 상기 에미터층 상에 요철 베이스막을 형성하는 단계;(d) 상기 요철 베이스막의 표면에 요철을 형성하여 요철막을 형성하는 단계;(e) 상기 요철막을 관통하여 전면 전극을 상기 에미터층에 접속시키는 단계; 및(f) 상기 실리콘 기판 후면에 후면 전극을 접속시키고, 후면 전극과 접하는 기판 후면에 BSF(back surface field)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,플라즈마 에칭법을 이용하여 상기 요철 베이스막의 표면에 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈의 랜덤한 바늘상 요철을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,포토리소그래피 또는 레이저를 이용하여 상기 요철 베이스막의 표면에 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈의 규칙적인 격자상 요철을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 요철 베이스막은 단일막 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 요철 베이스막은 2중막 이상의 다층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제4항 또는 제5항에 있어서,상기 요철 베이스막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 절연막으로 형성하거나, 2개 이상의 절연막을 조합시켜 다층 절연막 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 평평한 실리콘 기판을 준비하는 단계;(b) 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계;(c) 상기 에미터층 상에 쉐도우 마스크를 부착한 상태에서 절연물질로 이루어진 요철막을 성장시키는 단계;(d) 상기 요철막을 관통하여 전면 전극을 상기 에미터층에 접속시키는 단계; 및(f) 상기 실리콘 기판 후면에 후면 전극을 접속시키고, 후면 전극과 접하는 기판 후면에 BSF(back surface field)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 (c) 단계의 진행 이전에, 상기 에미터층 상부에 패시베이션 특성을 향상시킬 수 있는 절연물질로 이루어진 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 요철막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 절연막으로 형성하거나, 2개 이상의 절연막을 조합시켜 다층 절연막 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 쉐도우 마스크는 수십 ~ 수백 ㎚ 주기의 격자 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판;상기 실리콘 기판 상부에 형성되고, 상기 불순물과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물이 주입된 에미터층;상기 에미터층 상에 형성된 요철막;상기 요철막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및상기 실리콘 기판 후면에 접속된 후면 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지.
- 제11항에 있어서,상기 요철막 상부에는 랜덤한 바늘상 요철 또는 규칙적인 격자상 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지.
- 제12항에 있어서,상기 요철은 수십 ~ 수백 ㎚ 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지.
- 제11항에 있어서,상기 요철막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질막, 비정질실리콘막 및 티타늄산화막으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 단일막 구조이거나, 2개 이상의 절연막을 조합한 다층 절연막 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 요철 형태의 절연막을 포함하는 태양전지.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110010225A (ko) * | 2009-07-24 | 2011-02-01 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 |
| KR101117265B1 (ko) * | 2010-01-13 | 2012-03-20 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 태양전지 기판 및 태양전지 기판 제조방법 |
| KR101132292B1 (ko) * | 2010-01-29 | 2012-04-05 | (주)세미머티리얼즈 | 광 흡수 및 광전 변환 효율이 우수한 실리콘계 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR101149542B1 (ko) * | 2010-08-17 | 2012-05-25 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101154095B1 (ko) * | 2010-05-17 | 2012-06-11 | 주식회사 신성솔라에너지 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| US10446697B2 (en) | 2011-01-19 | 2019-10-15 | Lg Electronics Inc. | Solar cell |
-
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110010225A (ko) * | 2009-07-24 | 2011-02-01 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 |
| KR101117265B1 (ko) * | 2010-01-13 | 2012-03-20 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 태양전지 기판 및 태양전지 기판 제조방법 |
| KR101132292B1 (ko) * | 2010-01-29 | 2012-04-05 | (주)세미머티리얼즈 | 광 흡수 및 광전 변환 효율이 우수한 실리콘계 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR101154095B1 (ko) * | 2010-05-17 | 2012-06-11 | 주식회사 신성솔라에너지 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101149542B1 (ko) * | 2010-08-17 | 2012-05-25 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| US10446697B2 (en) | 2011-01-19 | 2019-10-15 | Lg Electronics Inc. | Solar cell |
| US11538945B2 (en) | 2011-01-19 | 2022-12-27 | Shangrao Jinko Solar Technology Development Co., Ltd | Solar cell |
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