KR20090110211A - 태양전지 제조방법 - Google Patents
태양전지 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090110211A KR20090110211A KR1020080106104A KR20080106104A KR20090110211A KR 20090110211 A KR20090110211 A KR 20090110211A KR 1020080106104 A KR1020080106104 A KR 1020080106104A KR 20080106104 A KR20080106104 A KR 20080106104A KR 20090110211 A KR20090110211 A KR 20090110211A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- silicon substrate
- heat treatment
- passivation process
- passivation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 62
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 47
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 26
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 8
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 31
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 45
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 35
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1868—Passivation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1864—Annealing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로 특히, 태양전지 제조 과정에서 발생하는 플라즈마 손상을 회복시키고 태양전지의 실리콘 기판과 층간 계면의 불완전한 결함을 제거하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로 특히, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이므로 많은 빛을 내부로 입사시킬 수 있으며, 내부로 입사되는 태양 에너지를 효과적으로 전기 에너지로 변환시켜야 한다. 즉, 태양전지는 에너지 변환 효율이 높아야 한다.
태양전지의 에너지 변환 효율을 높이는 방법으로 태양 전지의 표면에서 반사되는 빛의 양을 감소시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 에너지 변환 효율의 증가 정도가 크지 않으며, 태양전지에 에너지 변환 효율의 증가 정도에 비하여 상대적으로 많은 비용이 소요되고 있다.
또한, 태양전지는 그 제조 과정에서 플라즈마에 의한 박막의 손상, 흡수층/이미터/반사 방지막 그 자체의 결함 및 계면에서의 불완전한 결함들로 인하여, 에너지 변환 효율이 저하되고 있다.
따라서, 태양전지는 에너지 변환 효율을 개선시키기 위한 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 태양전지 제조 과정에서 발생하는 플라즈마 손상을 회복시키고, 태양전지의 실리콘 기판과 층간 계면의 불완전한 결함 또는 실리콘 기판과 전극의 계면 사이에 발생되는 결함을 제거하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 태양전지 제조방법은 태양전지를 150 내지 450도의 열처리 온도와 10% 내지 100%의 수소 또는 중수소의 열처리 분위기에서 열처리하는 패시베이션 공정을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 1atm 내지 100atm의 열처리 기압에서 실시될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 1atm 내지 40atm의 열처리 기압에서 실시될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 반사 방지막의 형성 공정, 상부 전극 형성 공정, 하부 전극 형성 공정 중에서 어느 하나의 공정 후에 실시될 수 있다.
또한, 상기 태양전지는 하부 전극과 실리콘 기판 및 상기 상부 전극이 순차적으로 형성되고 상기 반사 방지막은 실리콘 기판의 상부에서 상기 상부 전극이 형성되지 않은 영역에 형성되며, 상기 실리콘 기판은 p형의 기판으로 이루어지며, 상기 실리콘 기판의 상부가 n형의 이미터층으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 태양전지는 상기 실리콘 기판과 상기 반사 방지막 사이에 형성되는 절연막과 실리콘 기판과 하부 전극 사이에 형성되는 후면표면전계(BSF)층을 더 포함하며, 상기 패시베이션 공정은 반사 방지막 형성 공정, 절연막 형성 공정, 후면표면전계층 형성 공정 및 하부 전극 형성 공정 중에서 어느 하나의 공정 후에 실시될 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양전지 제조 과정에서 발생하는 플라즈마 손상을 회복시켜 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 실리콘 기판의 내부와 층간 계면의 불완전한 결함을 제거하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 실리콘 기판과 상부 전극 또는 하부 전극의 접촉 형성시 계면에 발생하는 결합을 제거하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법이 적용되는 일반적인 태양전지의 구조에 대하여 설명한다. 태양전지의 구조는 많이 알려져 있으며 여기서는 일반적인 태양전지의 구조를 중심으로 개략적으로 설명한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 이하에서 설명되는 태양전지의 구조에 한정되지 않으며 실리콘 기판을 사용하는 다양한 태양전지에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 결정질 실리콘 기판을 이용한 일반적인 태양전지의 구조를 나타내는 단면도이다.
결정질 실리콘을 이용한 태양전지(100)는, 도 1을 참조하면, 실리콘 기판(110)과 실리콘 기판(110)의 전면에 형성되는 상부 전극(120)과 반사 방지막(130), 실리콘 기판(110)의 후면에 형성되는 하부 전극(140)을 포함하여 형성된다. 상기 태양전지(100)는 실리콘 기판(110)과 하부 전극(140) 사이에 후면표면전계(BSF)층(150)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 태양전지(100)는 실리콘 기판(110)과 반사 방지막(130) 사이에 절연막층(160)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 실리콘 기판(110)은 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성되며, 제1도전형의 실리콘 기판과 상면에 형성되는 제2도전형의 이미터층을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서 제1도전형은 p형으로 하며, 제2도전형은 n형으로 한다. 따라서, 상기 실리콘 기판(110)은 제1도전형의 기판층(112)과 제2도전형의 이미터층(114)을 포함하며, 제1도전형의 기판층(112)과 제2도전형의 이미터층(114) 사이에 p-n 접합면이 형성된다. 한편, 상기 실리콘 기판(110)은 제1도전형과 제2도전형이 반대로 형성될 수 있다.
상기 상부 전극(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 이미터층(114)의 상면에 부분적으로 형성된다. 상기 상부 전극(120)은 반사방지막을 에칭할 수 있는 에칭성분을 포함하는 도전성 금속의 페이스가 반사 방지막의 상면에 패턴 형상으로 도포된 후에 반사 방지막을 관통하도록 하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 전극(120)은 반사 방지막(120)을 패턴 형상으로 에칭하여 실리콘기판(110)을 노출시킨 후에 도전성 금속을 도포하여 형성할 수 있다.
상기 반사 방지막(130)은 이미터층(114)에서 상부 전극(120)이 형성되지 않은 영역에 전체적으로 형성된다. 상기 반사 방지막(130)은 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(130)은 상면에 반사 방지막이 추가로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사 방지막(130)은 그 하면과 실리콘 기판(110) 사이에 실리콘 기판(110)을 패시베이션 하기 위하여 형성되는 비정질 실리콘층을 더 포함할 수 있다. 상기 비정질 실리콘층은 10nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
상기 하부 전극(140)은 은(Ag), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속으로 형성되며 실리콘 기판(110)의 후면에 전체적으로 형성된다.
상기 후면표면전계(BSF)층(150)은 알루미늄 금속과 같은 도전성 금속으로 이루어진다. 상기 후면표면전계(BSF)층(150)은 실리콘 기판(110)과 하부 전극(140) 사이에 형성된다.
상기 절연막층(160)은 실리콘 산화막, ITO막, TiO2막, MgF2막 및 도핑된 ZnO막중에서 선택되는 어느 하나의 막으로 형성될 수 있다. 상기 절연막층(160)은 실리콘 기판(110)과 반사 방지막(130) 사이에 형성된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법이 적용될 수 있는 태양전지로 도 1의 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성되는 태양전지를 예시하였으나, 이에 한정하지 않는다. 따라서, 상기 태양전지는 유리기판과 같은 절연판에 다결정 실리콘 박막으로 형성되는 태양전지를 포함할 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 설명한다.
이하의 설명에서는 도 1에 도시된 태양전지에 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 적용하는 것을 중심으로 설명한다. 다만, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 이하에서 설명되는 태양전지 외에도 실리콘 기판으로 형성되는 다양한 구조의 태양전지에도 적용될 수 있다.
상기 태양전지 제조방법에서 실리콘 기판(110), 상부 전극(120), 반사 방지막(130), 하부 전극(140), 후면표면전계(BSF)층(150) 및 절연막층(160)은 일반적인 형성방법으로 형성되므로 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 태양전지 제조방법은 태양전지를 고압의 수소 또는 중수소의 분위기에서 열처리하는 패시베이션 공정을 포함하여 형성된다.
상기 패시베이션 공정은 수소가 열처리 과정에서 태양전지의 내부로 확산되면서 실리콘 기판의 패시베이션 효과를 증대시키게 된다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 패시베이션 공정이 대기압보다 높은 상태에서 진행되므로 수소를 보다 효율적으로 태양전지 내부로 확산시키게 된다.
상기 태양전지의 내부로 확산되는 수소는 실리콘 기판의 표면을 패시베이션시키게 되며 실리콘 기판의 표면에 존재하는 결함을 제거하게 된다. 보다 구체적으로, 또한, 상기 패시베이션 공정은 실리콘 기판과 반사 방지막 또는 절연막층 사이의 계면으로 수소가 확산되면서 실리콘 기판과 반사 방지막 또는 절연막층의 내부 로의 수소 확산 능력을 향상시키게 된다. 따라서, 상기 태양전지에서 실리콘 기판과 반사 방지막 또는 절연막층 사이의 계면으로 확산된 수소는 실리콘 기판에 형성되는 댕글링 본드(dangling bond)에 결합하여 이들을 전기적으로 중성화시키고, 결함들이 전자 및 정공의 이동을 방해하지 않도록 한다.
또한, 상기 패시베이션 공정은 절연막 또는 반사 방지막의 내부에 포함되어 있는 수소의 아웃 개싱(out-diffusion)을 감소시키게 된다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 반사 방지막 또는 절연막층의 내부와 표면에 형성되는 결함을 제거하게 된다.
또한, 상기 패시베이션 공정은 실리콘 기판과 하부 전극 또는 절연막층 사이의 계면으로 수소가 확산되면서 실리콘 기판과 반사 방지막 또는 절연막층 사이의 계면에서 실리콘 기판의 댕글링 본드(dangling bond)에 결합하여 이들을 전기적으로 중성화시키고, 결함들이 전자 및 정공의 이동을 방해하지 않도록 한다.
한편, 상기 패시베이션 공정은 태양전지의 제조 공정 중에 다양한 단계에서 실시될 수 있다. 상기 패시베이션 공정은 바람직하게는 실리콘 기판의 표면에 추가적인 층이 형성되어 구조적으로 안정된 후에 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 패시베이션 공정은 실리콘 기판에 반사 방지막과 상부 전극이 순차로 형성된 후에 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 반사 방지막이 형성된 후 또는 하부 전극이 형성된 후에 실시될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 실리콘 기판의 표면에 절연막층(160) 또는 후면표면전계(BSF)층(150)이 형성되는 경우에, 절연막층(160) 또는 후면표면전계(BSF)층(150)이 형성된 후에 실시될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 태양전지의 완성 후에 실시될 수 있다.
또한, 상기 패시베이션 공정은 상부 전극이 은(Ag) 페이스트로 형성되는 경우에 소성 공정을 통한 고온 공정(일반적으로 600도이상)이 상부 전극과 실리콘 기판 사이의 미세 물성변화를 유도하게 된다. 즉, 상기 수소는 보다 낮은 온도에서 상부 전극인 은 금속이 실리콘 기판과 용이하게 미세 재배열되도록 하여 접촉 저항을 변화시키며, 소성 공정시 반사 방지막의 계면에서 탈착된 수소를 다시 패시베이션 시키게 된다.
또한, 상기 패시베이션 공정은 후면표면전계(BSF)층과 실리콘 기판(110) 사이의 계면에 존재하는 미량의 결함을 제거하여 패시베이션을 향상시키게 된다. 즉, 상기 패시베이션 공정에서 후면표면전계층과 실리콘 기판 사이의 계면으로 확산된 수소는 실리콘 기판의 표면에 존재하는 결함을 제거하여 후면 전극의 안정화를 가져 온다.
상기 패시베이션 공정은 태양전지의 플라즈마에 의한 손상과 고온에서의 수소 아웃 개싱으로 인한 내부의 불완전한 결합을 제거하여 패시베이션 효과를 향상시키게 된다. 따라서, 상기 패시베이션 공정은 태양전지의 전압, 전류의 증가를 통하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시키게 된다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 Fill Factor를 향상시키게 된다.
상기 패시베이션 공정은 150 내지 450도의 열처리 온도와 10% 내지 100%의 수소 또는 중수소의 열처리 분위기에서 실시된다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 1atm 내지 100atm의 열처리 기압의 분위기에서 실시될 수 있으며, 바람직하게는 1atm 내지 40atm의 열처리 기압에서 실시된다.
상기 열처리 온도가 150도보다 작게 되면 수소의 반응성이 떨어지게 되어 패시베이션 효과의 증가 정도가 작게 된다. 또한, 상기 열처리 온도가 450도보다 높게 되면 태양전지의 다른 층의 물성 변화가 유발될 수 있다.
상기 열처리 분위기는 수소 또는 중수소가 10%보다 작게 되면 분위기 내에 존재하는 수소의 함량이 작게 되어 패시베이션이 충분하게 진행되지 않게 된다. 또한, 상기 열처리 분위기에 포함되어 있는 다른 가스 성분이 상대적으로 증가하게 되어 패시베이션 과정에서 수소의 확산 능력이 떨어지게 되어 패시베이션 효과를 감소시키게 된다.
상기 열처리 기압은 1atm보다 작게 되면 태양전지 내부로 수소가 원활하게 확산되기 어렵게 된다. 또한, 상기 열처리 기압은 100atm보다 크게 되면 패시베이션 공정을 수행하기 위한 장비를 만들기 어렵게 되며 장비 및 공정의 안정성의 위험도 커지게 된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의하여 제조된 태양전지의 특성 평가 결과를 설명한다. 이하의 특성 평가에 사용된 태양전지는 도 1의 구조를 가지는 태양전지에 패시베이션 공정을 수행하여 제조하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에서 열처리 온도에 따른 태양전지의 효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에서 열처리 기압에 따른 태양전지의 효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 특정 열처리 온도와 열처리 기압에서 제조된 태양전지의 전압 전류 특성 평가 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실시예에서 열처리 온도에 따른 태양전지의 효율 변화를 설명한다.
태양전지는 도 1의 구조를 갖는 태양전지가 사용되었으며, 기본 제조 과정이 동일하게 제조되었다. 또한, 태양전지의 패시베이션 공정은 100% 수소 분위기에서 열처리 기압을 5atm으로 동일하게 하고 열처리 온도를 다르게 하여 실시되었다. 보다 구체적으로는 태양전지는 열처리 온도가 각각 150도, 200도, 250도, 300도 350도, 450도인 패시베이션 조건으로 패시베이션 공정이 실시되었다. 또한, 각 패시베이션 조건에서 5개의 태양전지에 대하여 패시베이션 공정이 실시되었다. 또한, 상기 패시베이션 공정은 상부 전극이 형성된 후에 실시되었다. 태양전지의 에너지 변환 효율은 패시베이션 공정이 실시된 5개의 태양전지에 대하여 각각 에너지 변환 효율(efficiency)을 측정하여 그 평균치를 해당 패시베이션 조건의 에너지 변환 효율로 평가하였다. 각 태양전지에 대한 에너지 변환 효율은 도 4에 도시된 바와 같이 태양전지의 출력 특성을 나타내는 전압-전류 그래프로부터 평가하였다. 또한, 태양전지의 효율 변화(delta efficiency)는 패시베이션 공정이 실시되지 않은 태양전지의 에너지 변환 효율을 기준으로 패시베이션 공정이 실시된 태양전지의 변환 효율의 증가 정도로 평가하였다. 상기 태양전지의 에너지 변환 효율의 증가 정도는 태양전지 시료의 제조공정 상태에 따라 변화량이 달라질 수 있다. 한편, 상기의 태양전지들은 AM(air mass) 1.5와 1-sun 조건에서 에너지 변환 효율을 측정하였으며 측정온도는 25도였다.
도 2를 참조하면, 패시베이션 공정을 실시한 태양전지는 패시베이션 공정이 실시되지 않은 태양전지의 에너지 변환 효율을 기준으로 에너지 변환 효율이 증가되고 있음을 알 수 있다. 즉, 태양전지는 패시베이션 공정이 실시됨에 따라 태양전지의 효율 변화가 0보다 크게 나타나고 있다. 특히, 태양전지는 150도의 열처리 온도에서 효율 변화가 서서히 증가하며 200도의 열처리 온도 근처에서 더욱 증가되고 있음을 알 수 있으며, 이는 수소 분자가 수소 원자로 분해되어 패시베이션 효과를 증가시키기 때문으로 판단된다. 또한, 태양전지는 250도의 열처리 온도 근처에서 에너지 변환 효율이 최대로 되어 효율 변화가 최대로 되는 것을 알 수 있다. 한편, 도 2를 참조하면, 태양전지는 250도보다 높은 온도로 열처리 온도가 증가되면서 450도까지 에너지 변환 효율이 서서히 감소되고 있음을 알 수 있으며, 이는 태양전지 내부에 수소 원자가 과잉으로 존재하면서 오히려 에너지 변환 효율을 감소시키기 때문으로 판단된다. 다만, 태양전지는 패시베이션 공정의 열처리 온도가 450도보다 높게 되면 효율 변화가 0보다 작게 되어 패시베이션 공정의 효과가 없게 된다.
다음으로, 본 발명의 실시예에서 열처리 기압에 따른 태양전지의 효율 변화를 설명한다.
태양전지의 패시베이션 공정은 100% 수소 분위기에서 열처리 온도를 300도로 동일하게 하고 열처리 기압을 다르게 하여 실시되었다. 보다 구체적으로는 태양전지는 열처리 기압이 각각 1atm, 5atm, 10atm, 20atm, 30atm, 40atm인 패시베이션 조건으로 패시베이션 공정이 실시되었다. 태양전지의 에너지 변환 효율은 열처리 온도를 변화시키는 경우와 동일하게 평가되었다.
도 3을 참조하면, 패시베이션 공정을 실시한 태양전지는 패시베이션 공정이 실시되지 않은 태양전지의 에너지 변환 효율을 기준으로 에너지 변환 효율이 증가되고 있음을 알 수 있다. 즉, 태양전지는 패시베이션 공정이 실시됨에 따라 태양전지의 효율 변화가 0보다 크게 나타나고 있다. 특히, 태양전지는 5atm의 열처리 기압에서 최대의 효율 변화를 나타내고 있으며, 이는 수소 원자가 보다 효율적으로 태양전지의 내부로 확산되기 때문으로 판단된다. 또한, 태양전지는 5atm의 열처리 기압보다 높은 기압에서는 효율 변화가 서서히 감소되고 있음을 알 수 있으며, 이는 태양전지 내부에 수소 원자가 과잉으로 존재하면서 오히려 태양전지의 에너지 변환 효율을 감소시키기 때문으로 판단된다. 한편, 본 실시예에서는 열처리 기압이 40atm보다 높은 열처리 기압에서는 구체적인 평가를 진행하지 못하였으나, 도 3의 평가 그래프에서 외삽을 실시하면 100atm까지는 태양전지의 효율 변화가 0보다 큰 상태를 유지할 수 있을 것으로 판단된다.
도 4를 참조하면, 250도의 열처리 온도와 5atm의 열처리 기압 및 100% 수소분위기로 패시베이션 공정이 실시된 태양전지(defect control #25)와 300도의 열처리 온도와 20atm의 열처리 기압 및 100% 수소분위기로 패시베이션 공정이 실시된 태양전지(defect control #30)는 패시베이션 공정이 실시되지 않은 태양전지(as-fab)보다 전류-전압 특성 곡선이 사각형에 근접하고 있음을 알 수 있다. 즉, 패시베이션 공정이 실시된 태양전지는 에너지 변환 효율을 나타내는 전압(Vpm)과 전류(Ipm)가 증가되는 것을 알 수 있다. 또한, 패시베이션 공정이 실시된 태양전지는 개방 전압(Voc)와 단락 전류(Isc)가 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 패시베이션 공정이 실시된 태양전지는 Fill Factor가 증가되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의한 태양전지는 패시베이션 공정이 실시됨에 따라 전기적 특성이 전반적으로 모두 향상되었는데 이는 실리콘 기판등에 존재하는 결함이 감소되면서 광생성된 전자나 정공의 수명(lifetime)이 상승되었기 때문이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션 공정에 의하여 태양전지는 내부에 존재하는 결함들이 비활성화되어 패시베이션 능력이 향상되기 때문이다.
또한, 태양전지는 패시베이션 공정이 실시됨에 따라 반사 방지막과 계면의 결함이 감소되어 표면 재결합속도가 감소되고 전하의 전극으로의 이동 속도가 향상되기 때문이다. 또한, 태양전지가 패시베이션 공정에 따라 전극의 안정화로 오믹(ohmic) 손실에 의한 직렬저항 손실이 감소되고 병렬저항 손실이 개선되는 것으 로 설명할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 결정질 실리콘을 이용한 일반적인 태양전지의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에서 열처리 온도에 따른 태양전지의 효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에서 열처리 기압에 따른 태양전지의 효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 특정 열처리 온도와 열처리 기압에서 제조된 태양전지의 전압 전류 특성 평가 그래프이다.
Claims (6)
- 실리콘 기판과 상부 전극과 반사 방지막 및 하부 전극을 포함하는 태양전지를 제조하는 태양전지 제조방법에 있어서,상기 태양전지 제조방법은 상기 태양전지를 150 내지 500도의 열처리 온도와 10% 내지 100%의 수소 또는 중수소의 열처리 분위기에서 열처리하는 패시베이션 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션 공정은 1atm 내지 100atm의 열처리 기압에서 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션 공정은 1atm 내지 40atm의 열처리 기압에서 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션 공정은 반사 방지막의 형성 공정, 상부 전극 형성 공정, 하부 전극 형성 공정 중에서 어느 하나의 공정 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 태양전지는 하부 전극과 실리콘 기판 및 상기 상부 전극이 순차적으로 형성되고 상기 반사 방지막은 실리콘 기판의 상부에서 상기 상부 전극이 형성되지 않은 영역에 형성되며,상기 실리콘 기판은 p형의 기판으로 이루어지며, 상기 실리콘 기판의 상부가 n형의 이미터층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 태양전지는 상기 실리콘 기판과 상기 반사 방지막 사이에 형성되는 절연막과 실리콘 기판과 하부 전극 사이에 형성되는 후면표면전계(BSF)층을 더 포함하며,상기 패시베이션 공정은 반사 방지막 형성 공정, 절연막 형성 공정, 후면표면전계층 형성 공정 및 하부 전극 형성 공정 중에서 어느 하나의 공정 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080106104A KR101101371B1 (ko) | 2008-04-17 | 2008-10-28 | 태양전지 제조방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080035761 | 2008-04-17 | ||
| KR1020080106104A KR101101371B1 (ko) | 2008-04-17 | 2008-10-28 | 태양전지 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090110211A true KR20090110211A (ko) | 2009-10-21 |
| KR101101371B1 KR101101371B1 (ko) | 2012-01-02 |
Family
ID=41538065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080106104A KR101101371B1 (ko) | 2008-04-17 | 2008-10-28 | 태양전지 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101101371B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130041924A (ko) * | 2010-07-15 | 2013-04-25 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 태양전지의 제조 방법 및 제막 장치 |
| CN104167460A (zh) * | 2013-05-17 | 2014-11-26 | 李岱殷 | 太阳能电池制造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327675A (ja) | 2003-04-24 | 2004-11-18 | Sharp Corp | 半導体デバイスおよびその製造方法 |
| JP2005026534A (ja) | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 半導体デバイスおよびその製造方法 |
| JP4657630B2 (ja) * | 2004-05-25 | 2011-03-23 | 株式会社島津製作所 | 太陽電池、その製造方法および反射防止膜成膜装置 |
-
2008
- 2008-10-28 KR KR1020080106104A patent/KR101101371B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130041924A (ko) * | 2010-07-15 | 2013-04-25 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 태양전지의 제조 방법 및 제막 장치 |
| CN104167460A (zh) * | 2013-05-17 | 2014-11-26 | 李岱殷 | 太阳能电池制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101101371B1 (ko) | 2012-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230074411A1 (en) | Solar cell, method for manufacturing solar cell, and solar cell module | |
| JP5010468B2 (ja) | 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール | |
| JP5490231B2 (ja) | 太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池モジュール | |
| US20110114171A1 (en) | Solar cell including sputtered reflective layer | |
| JP5058184B2 (ja) | 光起電力装置の製造方法 | |
| WO2010064303A1 (ja) | 太陽電池セルの製造方法 | |
| JP2012023228A (ja) | 太陽電池の製造方法及び製膜装置 | |
| JPWO2019021545A1 (ja) | 太陽電池、及び、その製造方法 | |
| JP5991945B2 (ja) | 太陽電池および太陽電池モジュール | |
| JP2008034543A (ja) | 光電変換素子およびその製造方法 | |
| JP6141342B2 (ja) | 裏面接合型太陽電池 | |
| KR102674774B1 (ko) | 고광전변환효율 태양전지 및 고광전변환효율 태양전지의 제조 방법 | |
| KR101101371B1 (ko) | 태양전지 제조방법 | |
| JP5623131B2 (ja) | 太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池モジュール | |
| Sepeai et al. | Fabrication and characterization of Al-BSF bifacial solar cell | |
| CN116779721A (zh) | 太阳能电池光接收表面的uv固化 | |
| WO2018109849A1 (ja) | 高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システム | |
| JP2019050329A (ja) | 太陽電池セルの製造方法 | |
| CN110073498B (en) | Solar cell with high photoelectric conversion efficiency and method for manufacturing solar cell with high photoelectric conversion efficiency | |
| WO2014171686A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP5848417B1 (ja) | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 | |
| JP4352111B2 (ja) | 光電変換装置およびその製造方法 | |
| JP2012023227A (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| TW201813115A (zh) | 矽基光伏元件及其製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141201 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151201 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161201 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |