KR20100041238A - 후면전극 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

후면전극 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100041238A
KR20100041238A KR1020080100320A KR20080100320A KR20100041238A KR 20100041238 A KR20100041238 A KR 20100041238A KR 1020080100320 A KR1020080100320 A KR 1020080100320A KR 20080100320 A KR20080100320 A KR 20080100320A KR 20100041238 A KR20100041238 A KR 20100041238A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
impurity
impurity diffusion
diffusion region
solar cell
region
Prior art date
Application number
KR1020080100320A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101472018B1 (ko
Inventor
김형석
최영호
최철재
박창서
김진성
윤필원
장재원
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020080100320A priority Critical patent/KR101472018B1/ko
Publication of KR20100041238A publication Critical patent/KR20100041238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101472018B1 publication Critical patent/KR101472018B1/ko

Links

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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact 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
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 다른 불순물의 확산 영역이 겹치는 겹침(butting) 영역이 제거된 후면전극 태양전지와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명의 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성되고 그루부(groove)에 의해 상호 이격된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역과, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결되고 양극과 음극으로 구성되는 후면 전극을 포함한다. 또한 본 발명의 후면전극 태양전지의 제조방법에 따르면 상기 그루부는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 불순물 겹침 영역을 화학적 에칭 또는 레이저 스크라이빙법 등을 통해 형성할 수 있다.
실리콘 웨이퍼 기판, 후면전극 태양전지, 불순물, 겹침

Description

후면전극 태양전지 및 그 제조방법{BACK CONTACT SOLAR CELL AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 후면전극 태양전지와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 후면전극 태양전지의 에미터(Emitter)와 전계(BSF, Back Surface Field)구조 사이의 겹침(butting) 방지를 위한 에칭 페이스트 공정과 레이저 스크라이빙 공정 등의 기술을 이용한 후면전극 태양전지의 제조방법과 이를 통해 제조된 태양전지에 관한 것이다.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히 후면전극 태양전지는 기존의 태양전지와는 달리 음극 및 양극 전극과 배선을 모두 후면에 배치함으로써 수광율을 높임과 동시에 직렬저항을 줄일 수 있고, 모듈제작이 용이하므로 고효율 태양전지 제조에 매우 유망한 기술로 주목 받고 있다.
본 발명은 고효율 태양전지로서의 후면전극 태양전지에 있어서 광전 변환 효율에 영향을 미치는 에미터 영역과 BSF 영역 간에 겹침 영역이 최소화되거나 제거되어 효율이 높은 후면전극 태양전지를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 기존의 태양전지 제조 공정을 활용하면서 비교적 간단하게 에미터 영역과 BSF 영역 간에 겹침을 방지하는 기술을 통해 생산 비용의 면에서 저비용인 고효율의 후면전극 태양전지를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
고효율의 태양전지인 본 발명의 후면전극 태양전지에 있어서의 광전 변환 효율성은 에미터(emitter) 형성과 BSF(Back Surface Field) 형성 기술이 가장 큰 영향을 미친다.
후면전극 태양전지는 대면적 (149 cm2)에서 22% 이상의 Cell 효율 및 20%에 근접한 모듈 효율을 보이고 있다.
이러한 효율을 얻기 위해서는, 보론(B, Boron)과 같은 3족 원소들로 이루어진 p형 반도체 불순물 도핑을 통한 에미터 형성과, 포스포러스(P, Phosphorous)와 같은 5족 원소들로 이루어진 n형 반도체 불순물 도핑에 의한 BSF 형성 기술은 후면전극 태양전지의 효율성을 좌우하는 중요한 인자로서, 22% 이상의 초고효율 태양전지 제조를 위해서는 정확한 도핑 농도 및 프로파일, 접합 깊이 조절 등이 요구된다.
이와 함께 에미터와 BSF 형성의 최적화 조건 중 하나는 에미터의 p형 반도체 불순물 도핑 영역과 BSF의 n형 반도체 불순물 도핑 영역이 겹치지(butting) 않아야 한다. 상기 에미터의 p형 반도체 불순물 도핑 영역과 BSF의 n형 반도체 불순물 도핑 영역의 겹침 영역에서는 홀과 전자의 재결합이 급격히 증가하기 때문에 이러한 겹침 영역이 넓거나 많을수록 후면전극 태양전지의 효율은 크게 감소하게 된다. 따라서 일반적으로 에미터 영역과 BSF 영역 사이에 도핑이 되지 않는 진성(intrinsic) 반도체 완충 영역(buffer)을 두기도 하는데 이러한 완충 영역 형성은 매우 미세한 조절이 필요하여 기술적으로 용이하지 않은 실정이다.
따라서, 상기 문제점을 해결하고자 본 발명의 후면전극 태양전지는 에칭 페이스트 또는 에칭액을 통한 에칭 공정과 레이저 스크라이빙 공정을 병행하거나 순차적으로 사용하여 제작됨으로써 p-n 도핑의 겹침이 쉽게 방지되거나 혹은 p-n 도핑의 겹침 영역이 제거된 후면전극 태양전지을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성되고 그루부(groove)에 의해 상호 이격된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역, 및 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결되고 양극과 음극으로 구성되는 후면 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 그루부의 깊이는 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 깊이보다 같거나 깊을 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 형상과 깊이, 폭을 가지는 그루부로서 서로 다른 불순물 확산 영역의 경계에서 확산 영역들을 분리 혹은 이격시킨다.
상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 깊이는 수 마이크로미터(㎛) 단위로 형성될 수 있으므로 그루부의 깊이 역시 수 ㎛ 단위로 형성되는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서 그루부의 깊이는 1 마이크로미터(㎛) 내지 10 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
또한 상기 그루브의 폭은 상기 제1불순물 확산 영역 또는 제2불순물 확산 영역의 폭보다 좁을 수 있다.
본 발명에서 상기 그루부는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 복수 개의 제1 불순물 확산 영역과 복수 개의 제2 불순물 확산 영역이 인접한 사이마다 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역과, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결된 양극과 음극의 후면전극을 포함하는 것으로서, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역 사이에 형성되는 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역이 제거된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역은 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법, 레이저 스크라이빙법 중 어느 하나의 방법 으로 제거될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 에칭 공정이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 실리콘 웨이퍼 기판은 반도체 불순물이 도핑된 것으로서 특히 n형 불순물이 도핑된 실리콘 웨이퍼 기판을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역은, 3족 원소로 이루어지는 p형 반도체 불순물과 5족 원소로 이루어지는 n형 반도체 불순물 중에서 각각 선택된 서로 다른 타입의 불순물로 이루어진 영역일 수 있다.
즉, 제1 불순물 확산 영역이 p형 불순물 확산 영역이라면 제2 불순물 확산 영역은 n형 불순물 확산 영역으로 형성된다.
바람직하게는 p형 반도체 불순물로서 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 있으며, n형 반도체 불순물로서는 인(P), 비소(As) 등이 있다.
본 발명의 후면전극 태양전지를 제조하기 위한 방법은, 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 구비된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역 사이에 형성된 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계와, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결된 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 후면전극 태양전지의 제조방법에서 제1 불순물 확산 영역과 제2 불순물 확산 영역의 형성과 후면 전극의 형성 방법은 제한되지 않으며 해당 분야의 당업자에게 공지된 기술이면 족할 것이다.
특히 본 발명에서 상기 각 확산영역에 형성되는 후면전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화아연/은(ZnO/Ag), 산화아연/알루니늄(ZnO/Al) 등의 물질을 불순물 확 산 영역에 오버랩핑하여 프린팅함으로써 형성할 수 있다.
본 발명은 후면전극 태양전지로서 실리콘 웨이퍼 기판 후면의 동일면에서 각각 양극과 음극의 전극 단자를 뽑아내어 공정을 단순화하고 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법, 및 레이저 스크라이빙법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 사용하거나, 혹은 상기 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 및 전기화학 에칭법 중에서 선택된 어느 하나의 방법과 레이저 스크라이빙법을 함께 사용하는 방법으로 수행될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법에서 상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 에칭 페이스트 또는 에칭액을 스크린프린팅법, 인쇄법, 잉크젯법 중 어느 하나의 방법으로 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역 위에 도포하여 에칭하되, 레이저 스크라이빙법과 병행하여 혹은 순차로 에칭하여 수행될 수 있다.
상기 에칭 페이스트 또는 에칭액으로 에칭하면서 레이저 스크라이빙 공정을 병행하거나 별도의 후속 공정으로 처리하면 열처리 과정 없이 실시간의 에칭 공정이 가능하게 되며 상호 공정의 단점을 보완할 수 있는 장점이 있다.
에칭 페이스트나 에칭액의 스크린 프린팅 후 레이저를 통한 선택적 부분 가열이 가능하여 에칭 영역의 폭과 깊이 등을 조절할 수 있으므로 에칭 디멘젼(dimension)을 스크린 프린팅 분해능보다 높은 수준으로 제어할 수 있다.
또한 레이저와 에칭 페이스트 또는 에칭액을 함께 사용함으로써 레이저 스크라이빙법만을 사용할 때보다 기판에 발생할 수 있는 전위, 적층결함, 크랙 등의 결함을 크게 줄일 수 있다.
본 발명에서 상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH), 수산화칼륨, 에틸렌디아민, 카테콜, 염화불화물, 모노메틸에테르, 불화수소의 에틸렌글리콜로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다.
또한 상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 산과, 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl formamide), 포름아마이드(Formamide), 디에틸 설폭사이드(Diethyl sulfoxide), 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(Hexamethyl phosphoric triamide), 디메틸 아세타마이드(Dimethyl acetamide), 물(water), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 물질과의 혼합물을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따르면 에미터와 BSF 사이의 겹침 영역을 방지하거나 최소화 또는 제거함으로써 전하 캐리어의 재결합을 방지하여 고효율 후면전극 태양전지를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면 기존의 후면전극 태양전지의 제조공정에 에미터와 BSF 사 이의 겹침 영역을 제거하는 공정을 추가함으로써 제조가 간단하고 기존 양산라인을 적용할 수 있어 생산 단가가 저비용으로 개선되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 에칭 페이스트 또는 에칭액과 레이저 스크라이빙의 일괄공정을 적용함으로써 프린팅과 동시에 에칭-열처리가 가능하므로 태양전지의 제조공정의 편의성 및 공정 시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 후면전극 태양전지의 에칭 영역에 대한 디멘젼(dimension)의 섬세한 제어가 용이하고, 기존 공정시 손상될 수 있는 태양전지 소자의 품질 특성이 개선될 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 상세히 설명하도록 한다.
이에 앞서, 이상적인 구조의 후면전극 태양전지의 구조에 대한 도 1과, 종래 기술에 따른 일반적인 후면전극 태양전지의 구조에 대한 도 2를 통해 기존 후면전극 태양전지의 문제점을 제시하도록 한다.
즉 도 1은 이상적인 후면전극 태양전지의 구조를 나타낸 것으로서, 에미터와 BSF 영역의 겹침이 없는 이상적인 후면전극 태양전지의 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면 실리콘 웨이퍼 기판(100) 위에 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130)이 형성되어 있고 각 반도체 불순물 영역 위에 후면 전극(150)이 구비되어 있다.
상기 각 반도체 불순물 영역은 서로 영역이 겹치지 않도록 분리되어 형성되므로 겹침에 의한 전자와 정공의 재결합의 가능성이 줄어들어 태양전지의 효율성이 극대화될 수 있다.
그러나 일반적으로 정밀함이 요구되는 후면전극 태양전지를 제조함에 있어 도 1에 제시된 바와 같이 이상적인 구조를 구현하기는 매우 어렵다. 따라서 일반적인 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지의 단면 구조는 도 2에 제시된 바와 같다.
즉, 실리콘 웨이퍼 기판(100) 위에 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130)이 형성되어 있고 각 반도체 불순물 영역 위에 후면 전극(150)이 구비되어 있는 후면전극 태양전지는, 일반적으로 상기 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130) 사이에 경계 구분이 명확하지 않으며 각 불순물이 상호 중첩 도핑되는 겹침(butting) 영역(170)을 갖게 된다.
보다 구체적으로 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지는 n형 실리콘 웨이퍼 기판에 Boron 도핑에 의한 에미터 영역과 Phosphor 도핑에 의한 BSF 형성 시, 태양전지 공정에서 주로 사용되는 확산 도핑 공정을 사용하기 때문에 도핑 영역의 정확한 제어가 어렵다. 그로 인해 p형 반도체 불순물 도핑과 n형 반도체 불순물 도핑이 겹치는 겹침 영역(170)이 발생한다. 이 때 겹침 영역에서는 도핑 불순물 농도가 매우 높으므로 전자와 홀의 재결합이 급격히 증가하여 고효율 태양전지 제작을 어렵게 한다.
이러한 도핑 영역의 겹침 방지를 위해서 Emitter와 BSF 영역 사이에 완충 영역, 즉 도핑 하지 않은 진성(intrinsic) 반도체 영역의 도입을 고려할 수 있는데 이 폭을 가능한 얇게 조절하는 것이 중요하다. 그러나 스크린 프린팅 공정의 공간 분해능 한계와 고온 확산 공정의 정확한 제어가 어렵게 때문에 완충 영역의 폭을 미세하게 조절하는 데는 현실적 한계가 있다.
만일 Emitter와 BSF 영역 사이에 각 반도체 불순물이 혼입되어 형성된 겹침 영역만을 디테일하게 제거해 낸다면 홀과 전자의 재결합으로 인한 손실이 발생되는 영역을 제거하는 것이므로 태양전지 효율의 향상에 기여할 수 있게된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은 이러한 Emitter와 BSF 영역 사이의 불순물 겹침 영역을 에칭을 통해서 제거해줌으로써 고효율의 후면전극 태양전지를 기대할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 단면도로서 나타낸 것이다.
먼저 도 3은 p형 반도체 불순물 확산 영역(210)과 n형 반도체 불순물 확산영역(230)이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판(200)을 제시한다.
상기 실리콘 웨이퍼 기판은 바람직하게는 n형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼 기판일 수 있다.
일반적인 불순물 확산 공정을 통해 상기 p형 반도체 불순물 확산 영역(210)과 n형 반도체 불순물 확산영역(230)을 형성하게 되는데 그럴 경우 이들 영역의 사이 혹은 경계에는 p형과 n형 불순물이 혼입되어 도핑된 겹침 영역(270)이 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이들 겹침 영역(270) 위에 이를 제거하기 위한 에칭 페이스트(290)를 스크린 프린팅 공정을 통해 도포하여 에칭한다.
구체적으로 에칭 페이스트를 p형 반도체 불순물이 도핑된 Emitter 영역(210) 과 n형 반도체 불순물이 도핑된 BSF 영역(230) 사이에 스크린 프린팅 등의 방법을 통해 프린팅한다.
이 때 에칭 페이스트의 점도를 조절하거나 에칭 잉크 등을 사용할 경우 잉크젯 공정을 사용해 보다 미세하게 조절된 패턴의 에칭이 가능하다.
본 발명의 일 실시예로서 상기 에칭 페이스트 외에 레이저 스크라이빙 등의 공정을 함께 사용해 에칭할 수 있다.
에칭 페이스트와 레이저를 함께 사용할 경우 별도의 열처리 공정이 없는 일괄처리 공정이 가능하며 스크린 프린팅 공정의 분해능 한계를 레이저의 선택적 부분 열처리를 통해 극복할 수 있다.
또한 에칭 페이스트와 레이저에 의한 일괄 에칭 처리 공정의 또 다른 장점은 레이저만을 사용하여 스크라이빙할 경우에 발생할 수 있는 열적, 기계적 결함, 즉, 전위, 적층 결함, 크랙 등을 크게 줄일 수 있다는 것이다.
레이저 스크라이빙 공정을 수행할 때 사용되는 레이저의 세기 및 조사량을 조절함으로써 에칭 패턴의 폭과 깊이 등의 디멘죤(dimension) 조절이 용이하다.
불순물 확산 영역의 겹침 영역을 제거할 때 에칭 영역은 상기 겹침 영역을 가능한 모두 제거하는 것이 바람직하며 그 패턴의 형태와 폭, 깊이 등은 제한되지 않는다. 다만 에칭된 그루부의 폭과 깊이는 겹침 영역(270)의 폭이나 깊이보다 같거나 더 커서 완전하게 겹침 영역이 제거될 수 있으면 족할 것이다.
에칭의 방법은 습식화학에칭법, 건식화학에칭법, 전기화학에칭법, 기계적에칭법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
습식화학에칭법 및 전기화학에칭법을 사용할 경우, 에칭물질(echant)는 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH) 등의 산일 수 있으며, 이들 산의 1종 이상과 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl formamide), 포름아마이드(Formamide), 디에틸 설폭사이드(Diethyl sulfoxide), 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(Hexamethyl phosphoric triamide), 디메틸 아세타마이드(Dimethyl acetamide), 물(water), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)에서 선택되는 1종 이상의 물질이 혼합된 액이 사용될 수도 있다.
도 4는 상기 에칭과정을 모두 수행한 후 잔류물을 깨끗이 제거한 상태의 후면전극 태양전지를 도시한 것이다.
이를 참조하면 p형 반도체 불순물 영역(210)과 n형 반도체 불순물 영역(230)은 도 1의 이상적인 태양전지 구조와 흡사하게 서로 불순물이 겹쳐지는 영역이 없이 그루부를 사이에 두고 이격되어 형성하게 된다.
도 5는 겹침 영역을 에칭을 통해 제거한 후 p형 반도체 불순물 영역(210)과 n형 반도체 불순물 영역(230)의 상부면에 후면전극(250)을 적층한 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
상기 후면전극(250)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화아연/은(ZnO/Ag), 산화아연/알루미늄(ZnO/Al) 등의 물질을 불순물 확산 영역에 오버랩핑하여 프린팅함으로써 형성할 수 있으나 반드시 이에 제한되지 않으며 공지된 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명에서 제시하는 후면전극 태양전지의 제조방법은 에칭을 통해 Butting 영역을 완전히 제거함으로써, 고효율 후면전극 태양전지 제조가 가능하다. Butting 영역 제거를 위한 에칭 공정이 추가된 것 외에는 기존의 후면전극 태양전지 제조공정과 일치하므로 공정 호환성에 문제가 없으므로 생산 경제 측면에서 유리하다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
도 1은 불순물의 겹침 영역이 없는 이상적인 구조의 후면전극 태양전지 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지로서 불순물의 겹침 영역을 가지는 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물의 겹침 영역이 없는 후면전극 태양전지의 제조방법을 순차로 나타낸 단면도.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
100, 200: 실리콘 웨이퍼 기판
110, 210: p형 반도체 불순물 확산영역
130, 230: n형 반도체 불순물 확산영역
150, 250: 후면전극
170, 270: p형 반도체 불순물과 n형 반도체 불순물의 겹침영역
290: 에칭 페이스트

Claims (12)

  1. 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성되고 그루부(groove)에 의해 상호 이격된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역; 및
    상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결되고 양극과 음극으로 구성되는 후면 전극을 포함하는 후면전극 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 그루부의 깊이는 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 깊이와 같거나 깊은 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 그루부의 깊이는 수 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 그루부는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 복수 개의 제1불순물 확산 영역과 복수 개의 제2불순물 확산 영역이 인접한 사이마다 형성된 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 그루브의 폭은 상기 제1불순물 확산 영역 또는 제2불순물 확산 영역의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼 기판은 n형 불순물이 도핑된 실리콘 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역은, 3족 원소로 이루어지는 p형 반도체 불순물과 5족 원소로 이루어지는 n형 반도체 불순물 중에서 각각 선택된 서로 다른 타입의 불순물로 이루어진 영역인 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지.
  8. 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 구비된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역 사이에 형성된 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결된 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 후면전극 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법, 및 레이저 스크라이빙법 중에서 선택된 어느 하나의 방법, 또는 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 및 전기화학 에칭법 중에서 선택된 어느 하나의 방법과 레이저 스크라이빙법을 함께 사용하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 에칭 페이스트 또는 에칭액을 스크린프린팅법, 인쇄법, 잉크젯법 중 어느 하나의 방법으로 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역 위에 도포하여 에칭하되, 레이저 스크라이빙법과 병행하여 혹은 순차로 에칭하는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH), 수산화칼륨, 에틸렌디아민, 카테콜, 염화불화물, 모노메틸에테르, 불화수소의 에틸렌글리콜로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 산과, 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl formamide), 포름아마이드(Formamide), 디에틸 설폭사이드(Diethyl sulfoxide), 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(Hexamethyl phosphoric triamide), 디메틸 아세타마이드(Dimethyl acetamide), 물(water), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 물질과의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.
KR1020080100320A 2008-10-13 2008-10-13 후면전극 태양전지 및 그 제조방법 KR101472018B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100320A KR101472018B1 (ko) 2008-10-13 2008-10-13 후면전극 태양전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100320A KR101472018B1 (ko) 2008-10-13 2008-10-13 후면전극 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100041238A true KR20100041238A (ko) 2010-04-22
KR101472018B1 KR101472018B1 (ko) 2014-12-15

Family

ID=42217009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080100320A KR101472018B1 (ko) 2008-10-13 2008-10-13 후면전극 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101472018B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120021964A (ko) * 2010-08-24 2012-03-09 엘지전자 주식회사 태양전지
CN102694065A (zh) * 2011-03-25 2012-09-26 三星电机株式会社 制造太阳能电池的方法及设备
KR101276889B1 (ko) * 2010-12-09 2013-06-19 엘지전자 주식회사 태양 전지
CN106057934A (zh) * 2010-03-04 2016-10-26 太阳能公司 背接触太阳能电池装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641362A (en) * 1995-11-22 1997-06-24 Ebara Solar, Inc. Structure and fabrication process for an aluminum alloy junction self-aligned back contact silicon solar cell
KR100537439B1 (ko) * 2003-05-06 2005-12-16 준 신 이 고준위/저준위 일괄 도핑처리 태양전지 제조방법 및 이에 사용되는 광학계
US20050172996A1 (en) * 2004-02-05 2005-08-11 Advent Solar, Inc. Contact fabrication of emitter wrap-through back contact silicon solar cells
DE102004050269A1 (de) * 2004-10-14 2006-04-20 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Verfahren zur Kontakttrennung elektrisch leitfähiger Schichten auf rückkontaktierten Solarzellen und Solarzelle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106057934A (zh) * 2010-03-04 2016-10-26 太阳能公司 背接触太阳能电池装置
KR20120021964A (ko) * 2010-08-24 2012-03-09 엘지전자 주식회사 태양전지
KR101276889B1 (ko) * 2010-12-09 2013-06-19 엘지전자 주식회사 태양 전지
CN102694065A (zh) * 2011-03-25 2012-09-26 三星电机株式会社 制造太阳能电池的方法及设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR101472018B1 (ko) 2014-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8492253B2 (en) Method of forming contacts for a back-contact solar cell
US8912038B2 (en) Method of forming emitters for a back-contact solar cell
AU2010347232B2 (en) Method of fabricating a back-contact solar cell and device thereof
KR101225978B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101729304B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
US20150027522A1 (en) All-black-contact solar cell and fabrication method
US8936949B2 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
US20160197207A1 (en) Solar cell, solar cell module, and manufacturing method of solar cell
KR20130036258A (ko) 혼성 확산 및 이온 주입 공정에 의해서 제조된 선택적 이미터 태양전지
US20120288989A1 (en) Manufacturing method of electrode of solar cell and manufacturing apparatus thereof
US20140283904A1 (en) Solar Cell of Anti Potential Induced Degradation and Manufacturing Method Thereof
WO2014188773A1 (ja) 太陽電池の製造方法及び太陽電池
JP6199727B2 (ja) 太陽電池の製造方法
US20130174903A1 (en) Solar cell
JP2012009578A (ja) 太陽電池
EP3916813A1 (en) Double-sided power generation solar cell and fabricating method therefor
KR101472018B1 (ko) 후면전극 태양전지 및 그 제조방법
KR20100089473A (ko) 고효율 후면 전극형 태양전지 및 그 제조방법
JPWO2012017517A1 (ja) 太陽電池セル
WO2014137284A1 (en) Method of fabricating a solar cell
KR20050098473A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20110126315A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
JP2009081470A (ja) 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール
KR102547806B1 (ko) 후면접합 실리콘 태양전지 제조방법
WO2015083259A1 (ja) 太陽電池セルの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171124

Year of fee payment: 4