KR20100006878A - 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본발명의 방법은 평평한 표면으로 가공된 웨이퍼의 상부로 마스크를 얼라인하는 제 1단계; 상기 마스크가 얼라인된 웨이퍼상부에 인산을 도포하는 제 2 단계; 상기 인산도포가 완료되면, 인산을 확산시킴과 동시에 습식산화에 의해 산화막을 형성하는 제 3 단계; 상기 확산과 산화가 동시에 완료되면 앞면전극을 형성하는 제 4단계; 상기 앞면전극과 대응하는 위치에 뒷면전극을 형성하는 제 5단계; 및 상기 앞면전극과 뒷면전극을 열처리하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 칼라 태양전지를 건물일체형으로 설치시에 칼라별 반사율의 차이를 10% 이내로 줄여 다양한 칼라의 태양전지를 혼합하여 모듈을 만들 수 있고 건물의 설치위치에 따라 발전 이용률의 차이를 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법에 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 받고있다. 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 상호작용으로 (-) 전하 를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(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 n형반도체(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 태양전지는 반도체 기판에 그와 상이한 도전형의 도전층을 형성하고, 반사방지막 및 전면전극과 후면전극을 형성함에 의해 제조될 수 있다. 다만, 이러한 과정을 거치기 전에, 에즈-컷(as-cut) 상태의 반도체 기판에는 유기물이 묻어 있거나, 크랙이 형성되어 있으므로, 유기물 제거 공정 및 크랙 제거를 위한 쏘 데미지(saw damage) 제거 공정과 같은 전처리 공정을 거쳐야 한다. 그러나, 이러한 공정들은 태양전지의 성능 향상을 위해 필수적으로 거쳐야 하는 공정이기는 하나, 공정시간이 오래 걸려, 생산성 향상 및 작업의 편리성 향상을 위해 공정을 단순화하고 공정시간을 단축시킬 필요성이 있다.
이러한 태양전지는 다양한 분야에 적용되고 있으며 그중 건물일체형칼라 태양전지(building integrated photovoltaic color solar cell)로 개발되어 건물의 벽면에 설치하여 태양에너지를 전기에너지로 변환시킬수 있다.
이러한 건물일체형 칼라 태양전지는 도 2에 도시된 바처럼 칼라(color)에 따른 칼라별 전류값의 차이를 보여준다.
도 2를 참고하면, 가로축의 칼라별로 태양전지의 전류값의 차이를 곡선 a로 도시한다. 즉, 칼라별로 반사율이 상이한 차이를 보이므로 그때의 전류값은 곡선 a와 같이 최대 25%까지 발생함을 알 수 있다. 이처럼 칼라 태양전지의 칼라별 성능의 차이로 인해 다양한 칼라의 태양전지를 하나의 모듈로 만들면 효율이 감소할 뿐만 아니라 낮은 셀에 많은 저항이 발생하여 열이 발생하고 그만큼 성능저하의 문제가 심각했다.
또한, 도 3은 일사량에 따른 전압전류변화량을 도시한 그래프이다.
도 3에 그래프를 참고하면, 조도에 따라 전류(I1)와 전압(V1)의 변화량을 보여준다. 조도에 따라 전류값(I1)은 우상향으로 조도에 따라 전류량이 급격히 증가함을 알 수 있다. 전류에 대한 일사량계수를 최소화하고 저항과 전압을 개선하기 위해 저항을 줄여 조도에 따라 전류량의 차이를 최소화할 필요성이 대두되었다. 즉, 건물의 설치위치에 따른 발전이용률의 차이를 줄여야하므로 조도에 따라 전류값의 편차를 최소화하기 위하여 칼라별 반사율의 차이가 10%이내가 되어 다양한 칼라별 태양전지의 효율을 극대화 하여야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 다양한 칼라의 태양전지를 하나의 모듈로 제작하여 건물일체형 태양전지로 사용가능하게 각 칼라별 반사율 차이를 10% 이내로 줄일 수 있는 건물일체형 태양전지의 제조방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법에 있어서, 평평한 표면으로 가공된 웨이퍼의 상부로 마스크를 얼라인하는 제 1단계; 상기 마스크가 얼라인된 웨이퍼상부에 인산을 도포하는 제 2 단계; 상기 인산도포가 완료되면, 인산을 확산시킴과 동시에 습식산화에 의해 산화막을 형성하는 제 3 단계; 상기 확산과 산화가 동시에 완료되면 앞면전극을 형성하는 제 4단계; 상기 앞면전극과 대응하는 위치에 뒷면전극을 형성하는 제 5단계; 및 상기 앞면전극과 뒷면전극을 열처리하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 단계는 인산액체를 초음파에 의해 분사하여 마스크패턴대로 상기 웨이퍼에 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 3단계는 900도 내지 100도의 온도에서 가열하는 것에 의해 확산과 산화를 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 산화막은 105nm에서 400nm까지로 두께를 조절하여 칼라를 변화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 앞면전극과 뒷면전극은 마스크에 의해 패터닝된 인산이 확산된 부분에 대응하여 부분적으로 형성되므로 전압값이 개선되는 것을 특징으로 한다.
또한, 산화막은 반사방지막인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 칼라 태양전지를 건물일체형으로 설치시에 칼라별 반사율의 차이를 10% 이내로 줄여 다양한 칼라의 태양전지를 혼합하여 모듈을 만들 수 있고 건물의 설치각도에 따라 발전 이용률의 차이를 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 태양전지의 칼라별 반사율 차이를 10% 이내로 줄임에 의해 전류값의 차이를 10% 이내로 줄임으로써 전류의 일사량 계수가 낮아지고 저항과 전압의 개선을 통해 조도에 따른 효율편차를 줄임으로써 발전이용율을 개선한다.
이하, 첨부한 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 4a를 참고하면, 실리콘웨이퍼(41)의 상부는 평평하게 가공한다. 즉, 기 존의 웨이퍼는 반사율을 줄이기 위해 표면을 그루브나 텍스쳐링을 하였다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 실리콘웨이퍼(41)는 상부면을 평평하게 한다. 이러한 상부가 평평한 실리콘웨이퍼(41)를 기반으로 그 상부에 인산을 도포하는 공정을 도 4b에 도시한다.
도 4b를 참고하면, 평평한 실리콘웨이퍼(41)의 상부로 마스크(42)를 이용하여 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 실리콘웨이퍼(41)의 상부로 마스크(42)를 배치하고 마스크의 얼라인 패턴에 의해 상부에 인산을 도포하여 실리콘웨이퍼(41)에 패턴을 형성한다. 여기서 인산은 상부에 인산액체를 충전하는 충전장치(미도시)로부터 초음파에 의해 분사할 수 있다. 인산이 도포되면, 마스크(42)의 얼라인에 따라 실리콘웨이퍼(41)에 인산도포를 원하는 부분만 패턴이 형성된다. 이렇게 하여 실리콘웨이퍼(41)의 상부로 마스크(42)얼라인에 따라 인산도포가 완료되면 도 4c에 도시한 바 대로 웨이퍼(41)의 상부로 인산(43)의 도포되어 에미터의 패턴형성이 완료된다.
인산(43)의 도포로 패턴형성이 완료된 실리콘웨이퍼(41)는 챔버내부로 옮겨져 튜브형태의 퍼니스에서 여러장을 일정간격으로 배치하여 확산과 산화공정을 동시에 진행한다. 즉, 실리콘웨이퍼(41)는 챔버내부에 온도를 900도 내지 1000도에서 가열하면 확산에 의해 인산이 내부로 흡착되며 동시에 습식산화에 의한 산화막 성장을 진행한다.
여기서 산화막은 반사방지막으로 습식산화시 산화막의 두께에 따라 태양전지의 칼라를 조절할 수 있다. 즉, 산화막은 105nm에서 400nm까지의 범위내로 조절하 면 태양전지의 다양한 칼라를 얻을 수 있다. 이러한 산화막이 형성된 상태를 도 4d에 도시한다.
도 4d를 참고하면, 챔버내의 퍼니스에서 900 내지 1000도에서 가열이 완료되면, 인산층(43)이 패터닝된 실리콘웨이퍼(41)는 패터닝된 인산층(43)이 내부로 확산되어 확산된 인산(45)이 실리콘웨이퍼(41)의 앞면과 뒷면에 형성된다. 그리고 실리콘웨이퍼(41)에는 산화막(44)이 형성되어 태양전지의 반사방지막의 역할을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 가열온도와 가열시간에 따라 적절히 산화막(44)의 두께를 105nm 내지 400nm 중의 어느 하나로 조절하여 태양전지의 칼라를 변화시켜 다양한 칼라의 태양전지의 생산도 가능하다. 이렇게 하여 도 4d공정에서는 확산과 산화가 동시에 발생하여 공정의 단순화가 가능하다. 이렇게 하여 내부로 확산된 인산(45)과 산화막을 갖는 실리콘웨이퍼(41)의 상부에 앞면전극(46)을 입히는 공정을 도 4e에 도시한다.
도 4e를 참고하면, 이러한 앞면전극을 입히면, 패턴이 형성된 실리콘웨이퍼(41)에 기설정된 패턴형태로 전극이 부분적으로 형성된다. 즉, 인산이 확산된 부분만 앞면전극(46)이 형성되어 에미터와 전극부의 확산차이가 발생하여 전극부의 오믹접촉(ohmic contact)이 가능하여 접촉저항이 줄어 전압이 상승한다. 이렇게 하여, 부분적으로 앞면전극(46)의 형성이 완료되면 뒷면전극을 입혀야한다. 이러한 공정을 도 4f에 도시한다.
도 4f를 참고하면, 앞면전극(46)의 형성이 완료된 실리콘웨이퍼(41)의 뒷면에도 확산된 인산(45)의 위치에 대응하게 동일한 패턴의 뒷면전극(47)이 형성된다. 그러면, 앞면전극(46)과 뒷면전극(47)이 선택적으로 패터닝된 부분에만 형성되어 저항이 감소하고 전압이 상승한다. 이렇게 하여 선택적인 부분에 형성된 앞면전극(46)과 뒷면전극(47)이 형성된 실리콘웨이퍼(41)를 700도 내지 800도로 열처리를 하면 전극(48)이 내부로 재결정화된다. 이는 도 4g에 도시한다.
도 4g를 참고하면, 인산이 확산된 부분만 패터닝된 앞면전극(46)과 뒷면전극(47)이 700도 내지 800도에서 열처리가 왼료되면 재결정화가 되어 조도에 따른 일사량계수가 낮아지고 효율편차가 낮은 태양전지가 형성된다. 즉, 반사막의 두께를 조절하여 형성된 다양한 칼라별 태양전지는 패턴에 의해 부분적으로 앞면전극과 뒷면전극이 형성되고 전류는 감소하지만 저항이 줄고 전압이 상승하여 낮은 일사량계수와 발전이용률이 개선되는 태양전지가 생성된다. 즉, 전류값은 감소하나 칼라간 전류편차를 줄일 수 있고 저항이 감소하고 오믹접촉이 되어 전압이 상승한다. 즉, 다양한 칼라별 태양전지를 이용한 건물일체형의 태양전지는 설치 위치에 따른 발전이용률 차이를 줄일 수 있어 통합 설계가 가능하다.
이렇게 완성된 태양전지의 특성을 도 5를 참고하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일사량에 따른 태양전지의 전압전류변화량을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참고하면, 조도에 따라 전류와 전압의 변화량을 보여준다. 조도에 따라 전류값(I2)은 유사한 값으로 기존의 우상향 전류값(I1)에 비해 낮아짐을 알 수 있다. 또한, 전압값(V2)도 기존의 태양전지의 전압값(V1)에 비해 상승했음을 알수 있다. 즉, 본 발명의 실시예의 제조공정을 통해 제조된 태양전지는 건물일체형에 적합하도록 반사율의 차이가 10%미만이 되도록 조도에 따라 전류값과 전압값의 변화특성이 도 5그래프의 전류값(I2)과 전압값(V2)의 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조도,
도 2는 종래의 칼라변화에 따른 태양전지의 전류값의 차이를 나타낸 그래프,
도 3은 종래의 일사량에 따른 태양전지의 전압전류변화량을 나타낸 그래프,
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일사량에 따른 태양전지의 전압전류변화량을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 웨이퍼 42 : 마스크
43 : 인산 44 : 산화막
45 : 확산된 인산 46 : 앞면전극
47 : 뒷면전극
Claims (6)
- 건물일체형 태양전지의 제조방법에 있어서,평평한 표면으로 가공된 웨이퍼의 상부로 마스크를 얼라인하는 제 1단계;상기 마스크가 얼라인된 웨이퍼상부에 인산을 도포하는 제 2 단계;상기 인산도포가 완료되면, 인산을 확산시킴과 동시에 습식산화에 의해 산화막을 형성하는 제 3 단계;상기 확산과 산화가 동시에 완료되면 앞면전극을 형성하는 제 4단계;상기 앞면전극과 대응하는 위치에 뒷면전극을 형성하는 제 5단계; 및상기 앞면전극과 뒷면전극을 열처리하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 단계는인산액체를 초음파에 의해 분사하여 마스크패턴대로 상기 웨이퍼에 도포하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 3단계는900도 내지 100도의 온도에서 가열하는 것에 의해 확산과 산화를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 산화막은105nm에서 400nm까지로 두께를 조절하여 칼라를 변화시키는 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 앞면전극과 뒷면전극은마스크에 의해 패터닝된 인산이 확산된 부분에 대응하여 부분적으로 형성되므로 전압값이 개선되는 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 산화막이반사방지막인 것을 특징으로 하는 건물일체형 칼라 태양전지의 제조방법.
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2008
- 2008-07-10 KR KR1020080067182A patent/KR20100006878A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102938370A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-02-20 | 海南英利新能源有限公司 | 一种太阳能电池片及其扩散方法 |
| CN102938370B (zh) * | 2012-11-16 | 2016-06-29 | 海南英利新能源有限公司 | 一种太阳能电池片及其扩散方法 |
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