KR20100018138A - 태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지 - Google Patents

태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지 Download PDF

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Abstract

태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지가 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 기판 상에 고분자층을 형성하고, 고분자층 상에 복수의 비드를 도포한다. 그리고 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여, 비드의 일부분을 고분자층에 침전시킨다. 본 발명에 따르면, 기판 상에 건식식각 공정 없이 요철이 형성된 태양전지를 제조할 수 있어 건식식각 공정에 따른 제반 문제가 발생하지 않는다. 그리고 본 발명에서는 스핀코팅과 같은 간단한 공정을 통한 박막 형성공정과 저온 열처리 공정만이 이용되므로 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
태양전지, 유리전이온도, 고분자, texturing, RIE

Description

태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지{Method of fabricating solar cell and solar cell fabricated by the same}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 흡수율이 우수한 태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지에 관한 것이다.
최근 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신 재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양광발전에 대한 연구개발이 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다.
태양전지(solar cell)는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 반도체 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체의 접합형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 동일하다.
전기적 성질이 서로 다른 p형의 반도체와 n형의 반도체를 접합시킨 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자-정공쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n형 반도체층과 p형 반도체층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.
상세하게는, 외부에서 빛이 태양전지에 입사되었을 때 p형 반도체의 전도대(conduction band) 전자(electron)는 입사된 광에너지에 의해 가전도대(valence band)로 여기된다. 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair)을 생성하게 된다. 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합부 사이에 존재하는 전기장(electric field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
한편, 현재 양산되고 있는 대부분의 태양전지인 실리콘계 태양전지는 반도체기판으로서 실리콘을 사용하는데, 실리콘은 간접 밴드간 천이반도체(indirect interband transition semiconductor)로서, 실리콘의 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 빛만이 전자-정공쌍을 발생시킬 수 있어서, 광의 흡수율이 낮은 편이다. 따라서 실리콘계 태양전지는 태양전지 내부로 입사되는 빛 중 30% 이상을 기판인 실리콘 웨이퍼 표면에서 반사시키므로 태양전지의 효율이 저하된다.
이러한 광학적 손실을 감소시키기 위하여 실리콘 태양전지에서 주로 사용하는 텍스쳐링(texturing)이 있다. 텍스쳐링은 실리콘 태양전지의 실리콘 기판 표면에 요철을 형성시키는 것으로서, 태양전지의 표면반사의 감소, 캐리어 수집효과의 향상 및 태양전지의 내부반사에 의한 빛가둠효과가 구현된다.
실리콘 기판을 텍스쳐링하는 방법으로는 건식식각법, 기계적 그루빙(mechanical grooving), 습식식각법 등이 있다. 이 중에서도 습식식각법은 별도의 설비가 불필요하며, 대량생산시 공정관리가 수월하고 생산성이 높기 때문에 광 범위하게 사용되고 있다.
일반적으로, 습식식각법은 의도된 부분만 에칭이 되도록 하고, 그 외 부분은 식각되는 것을 방지하기 위하여 메탄올, 이소프로판올 등의 물질로 식각방지막을 형성시킨 후에 식각용액(etchant)에 노출시켜서 실리콘 기판 표면에 미세한 요철을 형성시키는 방법이 이용된다.
그러나 습식식각법을 통해 텍스쳐링을 진행하면, 결정면의 방향성에 따라 식각속도가 다르고, 결정면간의 거리가 좁으면 식각속도가 느리며, 식각방지막을 구성하는 메탄올, 이소프로판올 등의 물질은 식각을 방지하는 역할이 불충분하여 텍스쳐링에 의한 반사율 감소가 미미하여 광전변환 효율이 개선되지 않는 문제점이 있다.
또한, 사진식각(photo lithography) 공정을 통해 마스크를 형성하여 요철을 형성시키는 방법은 사진식각 공정으로 인해 제조비용이 상승하게 된다. 그리고 마스크의 아래층이 도려내어지는 언더컷(undercut)이 발생되고, 식각속도를 제어하는 것이 용이치 않아, 일정하면서 미세한 요철을 형성시키기 어려운 문제점이 있다.
한편, 건식식각법을 이용하여 텍스쳐링을 하는 경우에는, 레지스트와 기판의 식각 선택비에 의해 패턴의 높이가 제한되며, 식각속도의 제어가 어렵고, 후막 레지스트의 패터닝 공정과 건식식각 공정의 낮은 균일도(uniformity)에 의해 최종 형성된 패턴의 균일도가 낮은 문제점이 있다. 그리고 건식식각법 역시 사진식각 공정이 필요한 것이 일반적이므로 제조비용이 상승하게 된다. 무엇보다도 건식식각법을 이용하는 경우 건식식각에서 발생하는 오염과 플라즈마 사용에 의한 기판 표면의 손상이 가장 큰 문제가 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 식각에 의한 손상 없이 간단한 공정을 통해 광 흡수율이 우수한 태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 바람직한 제1실시예는 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계; 상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 및 상기 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 바람직한 제2실시예는 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계; 상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 상기 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계; 및 상기 비드를 제거하는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 바람직한 제3실시예는 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계; 상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 및 상기 비드, 상기 고분자층 및 상기 기판을 건식식각하여, 상기 기판에 요철을 형성하는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 바람직한 제4실시예는 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계; 상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 상기 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계; 상기 비드를 제거하는 단계; 및 상기 고분자층 및 상기 기판을 건식식각하여, 상기 기판에 요철을 형성하는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층; 및 상기 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드;를 구비한다.
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따르면, 기판 상에 건식식각 공정 없이 요철이 형성된 태양전지를 제조할 수 있어 건식식각 공정에 따른 제반 문제가 발생하지 않는다. 그리고 본 발명에서는 스핀코팅과 같은 간단한 공정을 통한 박막 형성공정과 저온 열처리 공정만이 이용되므로 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다. 그리고 조절이 용이한 비드의 크기를 통해 요철의 크기를 조절할 수 있으므로, 원하는 크기의 요철을 기판 상에 형성시키기에 용이하다. 또한, 요철을 대면적에서도 균일하게 형성시킬 수 있어서 태양전지의 대면적화에 유리하다.
본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따르면, 건식식각을 위한 사진식각 공정 없이 간단한 공정만으로 기판에 요철을 형성할 수 있다. 따라서 사진식각 공정에 필요한 고가의 장비가 필요하지 않게 되고 사진식각 공정보다 소요시간이 짧아져서 생산성이 우수하게 된다. 기판의 건식식각을 위한 공정시에도 기판 표면이 고 분자층에 의해 보호되므로 기판 표면의 플라즈마에 의한 손상이 감소하게 된다. 그리고 조절이 용이한 비드의 크기 및 건식식각 시간을 통해 요철의 크기를 조절할 수 있으므로, 원하는 크기의 요철을 기판 상에 형성시키기에 용이하다. 또한, 요철을 대면적에서도 균일하게 형성시킬 수 있어서 태양전지의 대면적화에 유리하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 제1실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 그리고 도 2(a) 내지 도 2(d)는 제1실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 1 내지 도 2(d)를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 제1실시예는 우선, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 기판(210) 상에 고분자층(220)을 형성한다(S110). 기판(210)은 단결정 또는 다결정 실리콘이나 GaAs와 같은 화합물 반도체로 이루어질 수 있다.
고분자층(220)은 고분자 물질로 이루어지며, 바람직하게는 PS(polystyrene), PMMA(polymethyl methacrylate), BCB(benzocyclobutene) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 고분자층(220)을 기판(210) 상에 형성하기 위해서, 스핀코팅(spin coating)법이 이용될 수 있다.
그리고 고분자층(220)에 자외선을 조사한다. 고분자층(220)이 소수성일 때 고분자층(220)에 자외선을 조사하면, 고분자층(220)이 친수성으로 변환된다. 고분자층(220) 상에 도포될 비드(230)가 일반적으로 친수성이므로 고분자층(220)이 소수성인 경우에는 자외선 처리가 필요하다. 그러나 고분자층(220)이 친수성인 경우나 비드(230)가 소수성인 경우에는 고분자층(220)에 자외선을 조사하는 단계를 생략할 수 있다.
그리고 도 2(c)에 도시된 바와 같이 고분자층(220) 상에 복수의 비드(230)를 도포한다(S120). 비드(230)는 광 흡수율을 높이기 위해 굴절률이 1.2 내지 2.0인 것이 이용될 수 있다. 비드(230)는 산화물 비드, 폴리머 비드 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이때 산화물 비드는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3-ZrO2, CuO, Cu2O, Ta2O5, PZT(Pb(Zr,Ti)O3), Nb2O5, Fe3O4, Fe2O3 및 GeO2 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것이 이용될 수 있다. 비드(230)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 비드(230)는 광 흡수율을 높이기 위해 직경이 0.01 내지 10 μm인 것이 이용될 수 있다. 일반적으로 이용되는 비드(230)는 SiO2로 이루진 것인데, SiO2 비드의 제조방법은 다음과 같다.
먼저 테트라에틸 오도실리케이트(tetraethyl orthosilicate; TEOS)를 무수 에탄올에 녹여 제1용액을 만든다. 그리고 암모니아 에탄올 용액과 탈이온수(deionized water; DI water)와 에탄올을 섞어 제2용액을 제조한다. 암모니아는 촉매제로 작용한다. 제1용액과 제2용액을 섞은 후, 소정 온도에서 소정 시간 동안 교반한다. 이렇게 하여 얻어진 용액을 원심분리를 통하여 SiO2 비드를 분리한 후에 에탄올로 씻어주고, 에탄올 용액에 재분산시켜 SiO2 비드를 제조한다. 비드(230)는 제조 조건, 즉 성장 시간, 온도, 반응물질의 양에 따라 0.01 내지 10㎛ 크기로 다양하게 제조할 수 있다. 이렇게 얻어진 비드(230)를 딥코팅(dip coating) 또는 스핀코팅과 같은 방법을 이용하여 고분자층(220) 상에 도포한다.
이와 같은 방식으로 BCB 고분자층(220) 상에 SiO2 비드(230)를 형성시킨 후의 단면 주사전자현미경(scanning electron microscopy; SEM) 사진을 도 3에 나타내었다. 여기서 기판(210)은 실리콘 기판이 이용되었다.
그리고 고분자층(220)을 유리전도온도(glass transition temperature) 이상으로 가열하여 도 2(d)에 도시된 바와 같이 비드(230)의 일부분을 고분자층(220)에 침전시킨다(S130). 고분자층(220)이 PS, PMMA 또는 BCB로 이루어진 경우, 130 ~ 160℃의 범위에서 가열하면, 비드(230)의 절반 정도가 고분자층(220)으로 침전된다. 요철이 두드러지게 하기 위해서는 비드(230)의 절반 정도를 고분자층(220)으로 침전시킨다.
이와 같이 제조된 태양전지(200)는 고분자층(220)의 상면에 복수의 홈부가 형성되며, 이 홈부에 비드(230)의 일부분이 삽입되어 있는 형태가 된다. 이때 고분자층(220)은 PS, PMMA, BCB 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 그리고 비드는 굴절률이 1.2 ~ 2.0인 것으로서, 직경이 0.01 내지 10 μm인 구형의 형상으로 형성 되며, 산화물 비드 또는 폴리머 비드로 이루어질 수 있다. 여기서 산화물 비드는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3-ZrO2, CuO, Cu2O, Ta2O5, PZT, Nb2O5, Fe3O4, Fe2O3 및 GeO2 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 제조된 태양전지(200)의 일 예를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5는 제1실시예에 있어서, BCB 고분자층을 130 ~ 160℃ 정도로 가열하여 SiO2 입자를 침전시킨 후의 주사전자현미경 사진들이다. 도 4는 상대적으로 배율이 작은 사진이고, 도 5는 상대적으로 배율이 큰 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 대면적에서도 기판(210) 상에 균일하게 요철이 형성됨을 알 수 있다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 기판(210) 상에 일정한 높이의 요철이 일정한 간격으로 배열됨을 알 수 있다.
제1실시예에 따르면, 식각 공정이 필요치 않고 스핀 코팅과 저온열처리와 같은 간단한 공정만으로 반구형의 요철이 형성된 기판을 갖는 태양전지를 제조할 수 있게 된다. 그리고 반구형의 요철이므로 다른 나노구조물보다 더 효율적으로 광을 흡수할 수 있다. 그리고 스핀코팅과 같은 방법으로 고분자층(220) 및 비드(230)를 형성하므로 짧은 시간 동안 대면적에 균일한 요철을 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제2실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 그리고 도 7(a) 내지 도 7(b)는 제2실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 6 내지 도 7(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 제2실 시예는 우선, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 상면에 복수의 홈부가 형성된 고분자층(720)과 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 비드(730)가 적층되어 있는 기판(710)을 준비한다(S610). S610 단계는 도 1의 S110 단계 내지 S130 단계를 수행함으로써 얻어질 수 있다. 즉 도 7(a)에 도시되어 있는 적층구조물(700)은 제1실시예의 방법으로 제조된 적층구조물(200)에 대응된다.
다음으로, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 비드(730)를 제거한다(S620). 비드(730)가 SiO2와 같은 산화물로 이루어진 경우에는 BOE(buffered oxide etch) 과정을 통해 손쉽게 비드(730)를 제거할 수 있다. 이와 같이 비드(730)를 제거하면, 기판(710) 표면을 오목한 형상으로 제조할 수 있다. 이를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
도 8 및 도 9는 제2실시예에 있어서, BCB 고분자층에 침전된 SiO2 입자를 제거한 후의 주사전자현미경 사진들이다. 도 8은 상대적으로 배율이 작은 사진이고, 도 9는 상대적으로 배율이 큰 사진이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(710) 상에 균일한 크기의 오목한 형상의 요철이 일정한 간격으로 형성됨을 알 수 있다.
제2실시예에 따르면, 건식식각 공정이 필요치 않고 스핀 코팅과 저온열처리와 BOE 과정과 같은 간단한 공정만으로 오목한 형상의 요철이 형성된 기판을 갖는 태양전지를 제조할 수 있게 된다. 오목한 형상의 요철의 크기는 제어가 용이한 비드(730)의 크기에 결정되는 것이므로, 원하는 크기로 형성하는 것이 가능하다. 그 리고 스핀코팅과 같은 방법으로 고분자층(720) 및 비드(730)를 형성하므로 짧은 시간 동안 대면적에 균일한 오목한 형상의 요철을 형성할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 제3실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 그리고 도 11(a) 내지 도 11(d)는 제3실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 10 내지 도 11(d)를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 제3실시예는 우선, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 기판(1110) 상에 고분자층(1120)을 형성한다(S1010). 그리고 도 11(c)에 도시된 바와 같이 고분자층(1120) 상에 복수의 비드(1130)를 도포한다(S1020). S1010 단계와 S1020 단계는 각각 제1실시예의 S110 단계와 S120 단계에 대응된다. 그리고 S110 단계와 S120 단계 사이에 고분자층(220)에 자외선을 조사하는 단계를 추가할 수 있는 것과 같이, S1010 단계와 S1020 단계 사이에 고분자층(1120)에 자외선을 조사하는 단계를 추가할 수 있다.
다음으로, 비드(1130), 고분자층(1120) 및 기판(1110)의 상면을 건식식각하여 기판(1110)에 요철을 형성한다(S1030). S1030 단계는 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE)법에 의해 수행될 수 있다. 이때 이용되는 식각가스는 기판(1110)에 형성되는 요철의 크기를 크게 하기 위해서, 비드(1130)가 식각되는 속도보다 기판(1110)과 고분자층(1120)이 식각되는 속도가 큰 것이 바람직하다. 고분자 물질은 일반적으로 건식식각시 식각속도가 상당히 크므로, 기판(1110)의 식각속도가 비드(1130)의 식각속도보다 큰 것이 식각가스로 이용될 수 있다. 그리고 S1020 단계와 S1030 단계 사이에 고분자층(1120)을 유리전이온도 이상으로 가열하 여 비드(1130)의 일부분을 고분자층(1120)에 침전시키는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. 이 단계는 도 1에서 설명한 S130 단계에 대응된다.
비드(1130)는 작은 알갱이 입자이므로, 비드(1130)를 고분자층(1120) 상에 도포하더라도 고분자층(1120)의 표면 일부분은 노출된다. 따라서 RIE와 같은 건식식각법을 이용하여 도 11(c)에 도시된 적층 구조물을 식각하면, 고분자층(1120)의 표면이 노출되어 있는 부분이 비드(1130)가 형성되어 있는 부분에 비해 먼저 기판(1110)의 표면이 노출된다. 결국, 고분자층(1120)의 표면이 노출되어 있는 부분의 기판(1110)이 식각되어 요철이 형성되게 된다.
기판(1110)의 표면에 형성되는 요철의 크기를 크게 하려면, 상술한 바와 같이 비드(1130)가 식각되는 속도보다 기판(1110)과 고분자층(1120)이 식각되는 속도가 큰 식각가스를 이용할 수 있다. 따라서 비드(1130)보다 고분자층(1120)이 빠른 속도로 제거되므로, 고분자층(1120)의 표면이 노출되어 있는 부분의 기판(1110) 표면이 먼저 노출된다. 그리고 기판(1110)의 식각속도가 비드(1130)의 식각속도보다 큰 식각가스를 이용하면, 비드(1130)가 모두 제거될 동안 빠르게 기판(1110)이 식각되므로 상당히 큰 요철을 형성할 수 있게 된다.
한편, RIE와 같은 건식식각을 이용할 때 문제가 되는 기판(1110) 표면의 플라즈마 손상은 본 실시예에서는 고분자층(1120)이 기판(1110) 표면을 보호하게 되므로 발생하지 않는다.
이와 같은 방법으로 비드(1130), 고분자층(1120) 및 기판(1110)을 건식식각하면, 도 11(d)에 도시된 바와 같은 요철이 형성되어 있는 태양전지(1100)를 제조 할 수 있다. 이때 형성되는 요철은 나노 사이즈의 크기로 형성이 가능하며, 요철은 니들(needle)의 형태로 형성된다. S1030 단계는 비드(1130)가 모두 식각되어 제거될 때까지 수행된다. 다만 S1030 단계 수행 후에도 비드(1130)나 고분자층(1120)이 기판(1110) 표면에 잔존할 수 있으므로, 이를 제거하기 위한 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 고분자층(1120)은 톨루엔과 같은 용액으로 제거가 가능하다. 그리고 비드(1130)가 폴리머로 이루어진 경우에는 고분자층(1120)과 마찬가지로 톨루엔과 같은 용액으로 제거가 가능하며, 비드(1130)가 SiO2와 같은 산화물로 이루어진 경우에는 BOE 용액이나 산 계열의 식각용액으로 제거가 가능하다.
도 12는 제3실시예의 방법으로 제조된 요철이 형성된 태양전지 기판의 주사전자현미경 사진이다.
도 12에 도시된 바와 같이 제3실시예의 방법으로 태양전지를 제조하면, 나노 사이즈의 크기의 니들 형상의 요철을 일정한 크기와 간격으로 균일하게 형성할 수 있게 된다. 따라서 제3실시예의 방법은 태양전지의 대면적화에 이용되기에 적절하다.
상술한 바와 같이 제3실시예의 방법으로 태양전지(1100)를 제조하면, 건식식각을 위한 사진식각 공정 없이 간단한 공정만으로 기판(1110) 상에 요철을 형성할 수 있다. 따라서 사진식각 공정에 필요한 고가의 장비가 필요하지 않게 된다. 그리고 기판(1110)의 건식식각을 위한 단계에서도 기판(1110) 표면이 고분자층(1120)에 의해 보호되므로 기판(1110) 표면의 플라즈마에 의한 손상이 감소하게 된다. 그리 고 조절이 용이한 비드(1130)의 크기 및 건식식각 시간을 통해 요철의 크기를 조절할 수 있으므로, 원하는 크기의 요철을 형성시키기에 용이하다.
도 13은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제4실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 그리고 도 14(a) 내지 도 14(c)는 제4실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 13 내지 도 14(c)를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 제4실시예는 우선, 도 14(a)에 도시된 바와 같이 상면에 복수의 홈부가 형성된 고분자층(1420)과 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 비드(1430)가 적층되어 있는 기판(1410)을 준비한다(S1310). S1310 단계는 도 1의 S110 단계 내지 S130 단계를 수행함으로써 얻어질 수 있다. 즉 도 14(a)에 도시되어 있는 적층구조물(1400)은 제1실시예의 방법으로 제조된 적층구조물(200)에 대응된다.
다음으로, 도 14(b)에 도시된 바와 같이 비드(1430)를 제거한다(S1320). S1320 단계는 도 6의 S620 단계에 대응된다. 이와 같이 비드(1430)를 제거하면, 기판 표면(1410)을 오목한 형상으로 형성시킬 수 있다.
다음으로, 고분자층(1420) 및 기판(1410)의 상면을 건식식각하여 기판(1410)에 요철을 형성한다(S1330). S1330 단계는 반응성 이온 식각 방법에 의해 수행될 수 있다. 이때 이용되는 식각가스는 기판(1410)에 형성되는 요철의 크기를 크게 하기 위해서, 고분자층(1420)이 식각되는 속도보다 기판(1410)이 식각되는 속도가 큰 것이 바람직하다. 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 고분자층(1420)은 두께의 차이가 있으므로 건식식각시 두께가 얇은 부분이 먼저 제거되어 기판(1410) 표면이 노출된 다. 그리고 기판(1410) 표면이 노출된 부분이 식각된다. 이때 기판(1410)의 식각속도가 고분자층(1420)의 식각속도보다 크므로 빠르게 식각되어 기판(1410)의 표면에 요철이 형성된다.
한편, 제3실시예의 경우와 마찬가지로 본 실시예에서도 고분자층(1420)이 기판(1410) 표면을 보호하므로, RIE와 같은 건식식각시 문제가 되는 기판(1410) 표면의 플라즈마 손상은 발생하지 않게 된다.
이와 같은 방법으로 고분자층(1420) 및 기판(1410)을 건식식각하면, 도 14(c)에 도시된 바와 같은 요철이 형성되어 있는 태양전지(1500)를 제조할 수 있다. 이때 형성되는 요철은 나노 사이즈의 크기로 형성이 가능하다. S1330 단계는 고분자층(1420)이 모두 제거될 때까지 수행된다. 다만 S1330 단계 수행 후에도 고분자층(1420)이 기판(1410) 표면에 잔존할 수 있으므로, 이를 제거하기 위한 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 이를 위해 고분자층(1420)을 용이하게 제거할 수 있는 톨루엔과 같은 용액이 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이 제4실시예의 방법으로 태양전지(1500)를 제조하면, 제3실시예와 마찬가지로 건식식각을 위한 사진식각 공정 없이 기판(1410)에 요철을 형성할 수 있어 사진식각 공정에 필요한 고가의 장비가 필요하지 않게 된다. 그리고 기판(1410) 표면이 고분자층(1420)에 의해 보호되므로 기판(1410) 표면이 플라즈마에 의한 손상되지 않는다. 또한, 조절이 용이한 비드(1430)의 크기 및 건식식각 시간을 통해 요철의 크기를 용이하게 조절하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발 명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제1실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 제1실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 3은 BCB(bis-benzo cyclobutene) 고분자층 상에 SiO2 입자를 형성시킨 후의 주사전자현미경(scanning electron microscopy; SEM) 사진이다.
도 4 및 도 5는 제1실시예에 있어서, BCB 고분자층을 130 ~ 160℃ 정도로 가열하여 SiO2 입자를 침전시킨 후의 주사전자현미경 사진들이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제2실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 제2실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 8 및 도 9는 제2실시예에 있어서, BCB 고분자층에 침전된 SiO2 입자를 제거한 후의 주사전자현미경 사진들이다.
도 10은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제3실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 11(a) 내지 도 11(d)는 제3실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.
도 12는 제3실시예에 있어서, 요철이 형성된 기판의 주사전자현미경 사진이다.
도 13은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대한 바람직한 제4실시예의 수 행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 14(a) 내지 도 14(c)는 제1실시예의 수행과정을 나타내는 단면도들이다.

Claims (23)

  1. 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계;
    상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 및
    상기 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층을 형성하는 단계와 상기 복수의 비드를 도포하는 단계 사이에,
    상기 고분자층에 자외선을 조사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계 이후에,
    상기 비드를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비드를 제거하는 단계 이후에,
    상기 고분자층 및 상기 기판을 건식식각하여, 상기 기판에 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계는,
    상기 고분자층이 식각되는 속도보다 상기 기판이 식각되는 속도가 큰 식각가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계 이후에,
    상기 기판 상에 잔존하는 상기 고분자층을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계는 반응성 이온 식각 방법(reactive ion etching, RIE)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  8. 기판 상에 고분자층을 형성하는 단계;
    상기 고분자층 상에 복수의 비드를 도포하는 단계; 및
    상기 비드, 상기 고분자층 및 상기 기판을 건식식각하여, 상기 기판에 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계는,
    상기 비드가 식각되는 속도보다 상기 기판과 고분자층이 식각되는 속도가 큰 식각가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 비드를 도포하는 단계와 상기 건식식각하는 단계 사이에,
    상기 고분자층을 유리전이온도 이상으로 가열하여 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 고분자층을 형성하는 단계와 상기 비드를 도포하는 단계 사이에,
    상기 고분자층에 자외선을 조사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계 이후에,
    상기 기판 상에 잔존하는 상기 비드 및 상기 고분자층을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기판에 요철을 형성하는 단계는 반응성 이온 식각 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 요철은 니들 형상인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자층은 PS(polystyrene), PMMA(polymethyl methacrylate) 및 BCB(benzocyclobutene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 비드는 산화물 비드 및 폴리머 비드 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 산화물 비드는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3-ZrO2, CuO, Cu2O, Ta2O5, PZT(Pb(Zr,Ti)O3), Nb2O5, Fe3O4, Fe2O3 및 GeO2 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  18. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 상면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층; 및
    상기 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 고분자층은 PS, PMMA 및 BCB 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 비드의 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 비드는 산화물 비드 및 폴리머 비드 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 산화물 비드는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3-ZrO2, CuO, Cu2O, Ta2O5, PZT, Nb2O5, Fe3O4, Fe2O3 및 GeO2 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 비드는 구형의 형상으로 형성되며, 상기 비드의 직경은 0.01 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 태양전지.
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