KR20100079792A - 고주파 유도가열에 의해 제조된 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

고주파 유도가열에 의해 제조된 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 유도가열에 의해 제조된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 먼저 반도체 기판(10) 후면에 금속박편(12)을 밀착시킨다. 그런 다음 상기 반도체 기판(10)과 금속박편(12)을 고주파 유도가열 방식으로 가열한다. 상기 반도체 기판(10)과 금속 박편(12)이 가열되면 상기 반도체 기판(10)과 금속박편(12)은 일체화되면서 그 반도체 기판(10)과 금속박편(12)의 접촉면은 융해되어, 결국 상기 반도체 기판(10)과 상기 금속박편(12) 사이에 P+층(13)이 형성된다. 여기서, 상기 금속박편(12) 대신 금속페이스트(21)를 사용할 수도 있다. 이 경우에는 상기 금속페이스트(21)를 반도체 기판(20)에 인쇄 및 건조한 상태에서 상기 고주파 유도가열 방식으로 상기 반도체 기판(20)과 금속 페이스트(21)를 가열해야 한다. 그러면 상기 금속페이스트(21)는 금속막(22)으로 형성되고, 반도체 기판(20)과 금속막(22) 사이에 P+층(23)을 형성할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따르면 태양전지의 P+층을 보다 간단하게 형성할 수 있어 공정비용을 절감할 수 있고, 보윙(Bowing) 현상도 방지할 수 있는 이점이 있다.
태양전지, P+층, Back Surface Field 효과

Description

고주파 유도가열에 의해 제조된 태양전지 및 그 제조방법{Solar Cell Manufactured by High Frequency Induction Heating and The Manufacturing Method}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 고주파 유도 가열방식으로 반도체 기판 후면에 후면전계(P+층) 또는 선택적 에미터가 형성되도록 한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 무공해, 설비의 간편성, 내구성 향상 등 여러 가지 이유로 인하여 태양전지의 보급이 급속도로 확산되고 있으며, 이에 따라 태양전지의 효율을 높일 수 있으며, 양산성이 우수한 태양전지의 제조방법들이 다양하게 연구되고 있다.
태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환하는 반도체소자로서 주로 실리콘 소재가 사용된다. 도 1에는 태양전지의 단면도가 도시되어 있다. 상기 태양전지는 p형 실리콘 기판을 이용하는 것으로 설명한다.
도 1을 보면, 상기 실리콘 기판(1)의 수광면측에는 n형 불순물층(2)과 그 위에 반사방지막(3)과 전면전극(4)이 형성된다. 또한 실리콘 기판(1)의 이면에는 후 면전극(8)이 형성된다. 상기 후면전극(8)은 알루미늄 전극층(5)과 Al-Si 합금층(6)으로 이루어진다. 그리고 상기 Al-Si 합금층(6)과 실리콘 기판(1) 사이에는 후면전계인 P+층(7)이 형성된다.
상기 P+층(7)은 다음 공정순서에 의해 형성된다. 이는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 일반적인 방법에 의해 P+층이 형성되는 공정도이다. 참고로, 도 2는 실리콘 기판의 후면 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 도 2(a)의 상기 실리콘 기판(1) 후면에 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포한다. 이 상태가 도 2(b)에 도시되어 있다. 그런 다음 200 ~ 300℃ 온도에서 상기 알루미늄 페이스트 조성물을 건조한다. 이 상태가 도 2(c)에 도시되어 있다. 도 2(c)를 600 ~ 900℃ 온도에서 소성 공정을 수행한다. 그러면 알루미늄 막으로 후면전극이 형성될 때 상기 실리콘 기판과 알루미늄 막 상이에는 상기 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물 층으로서 P+층이 형성된다. 이 상태가 도 2(d)에 도시되어 있다. 그와 같이 P+층이 형성된 태양전지는 그 P+층에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다.
하지만, 상기한 방법에 의해 P+층이 형성된 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 태양전지의 P+층 형성시 고가의 알루미늄 페이스트 사용으로 인해 태양전지의 생산가격이 올라가게 되어 가격 경쟁력이 약화된다.
또 태양전지의 P+층은 상술한 바와 같이 알루미늄 페이스트의 인쇄 - 건조 - 소성 공정으로 형성되고 있어 공정이 복잡한 문제가 있다.
또 최근에는 태양전지의 비용 절감을 위해 실리콘 기판을 얇게 하는 것이 제안되고 있는데, 이 경우 실리콘 기판이 박막이면 실리콘과 알루미늄의 열팽창 계수의 차이로 인하여 소성 공정 후 실리콘 기판이 휘거나 굽어지는 보윙(bowing)현상이 발생하는 문제점이 있다. 이에 의해 후공정인 모듈화공정에서 제조불량이 초래될 뿐만 아니라 박막 실리콘 기판을 적용하기가 어려워 태양전지의 제조시 실리콘 기판의 비용상승을 초래하는 요인이 되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 간단한 공정에 의해 태양전지의 P+층을 형성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상대적으로 가격이 저가이고 실리콘 기판의 박형화 시에도 효율이 향상되도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 태양전지 기판의 후면에 금속 또는 금속에 상응하는 전도도를 가지는 물질을 제공하는 단계; 그리고, 고주파 유도가열 방식에 의하여 상기 태양전지 기판과 상기 물질을 가열 또는 용융시켜서 상기 태양전지의 후면전계를 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 태양전지의 후면에 상기 금속 또는 물질을 부분적 또는 일정 패턴 형상으로 부착하고, 상기 고주파 유도가열 방식을 이용하여 선택적 에미터(부분적인 P+)를 형성한다.
상기 태양전지의 후면에는 그 태양전지와 접촉시에 저항접촉(Ohmic Contact)을 형성할 수 있는 금속인 금속박막 또는 P 도핑 원소를 소정 비율로 함유하고 있는 금속막 또는 페이스트가 밀착되도록 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 반도체 기판 후면에 금속박편을 밀착하는 밀착단계; 상기 반도체 기판과 상기 금속박편을 고주파 유도가열 방식으로 가열하는 가열단계; 그리고, 상기 반도체 기판과 상기 금속박편의 가열로 인하여 상기 반도체 기판 후면과 금속박편 사이에 P+층을 형성하는 형성단계;를 포함하여 구성된다.
상기 P+층은, 상기 금속박편과 상기 반도체 기판의 접촉면이 융해상태가 되어 형성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 기판 후면에 금속페이스트를 인쇄하고 건조하는 단계; 상기 반도체 기판과 상기 건조된 금속페이스트를 고주파 유도가열 방식으로 가열하는 가열 단계; 그리고, 상기 금속페이스트의 가열로 인하여 상기 금속페이스트는 금속막으로 형성되고 상기 반도체 기판 후면과 금속막 사이에 P+층을 형성하는 형성단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 기판의 후면에 부분적 또는 특정 패턴 형상으로 금속 또는 페이스트가 제공된 상태에서, 고주파 유도가열이 수행되면 상기 금속 또는 페이스트가 가열되어 상기 반도체 기판의 후면에 형성되는 선택적 에미터층을 포함하여 구성된다.
상기 금속 또는 페이스트는, 반도체와의 접촉시에 저항접촉(Ohmic Contact)을 형성하면서 P 도핑을 할 수 있는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B)와 같은 물질을 소정 비율로 함유하고 있는 금속막 또는 페이스트이고, 상기 금속은, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 인 것이 바람직하나, 그 중에서 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)이 선택되는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 전면에 형성된 에미터 층; 상기 에미터층과 접촉되는 전면전극; 상기 반도체 기판의 후면에 부착된 금속박편; 그리고, 상기 반도체 기판과 금속박편을 고주파 유도가열 방식으로 가열하여 상기 반도체 기판과 금속박편 사이에 형성되는 P+층;을 포함하여 구성된다.
상기 금속박편은 알루미늄 또는 티타늄 박편이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 전면에 형성된 에미터 층; 상기 에미터층과 접촉되는 전면전극; 상기 반도체 기판의 후면에 도포되어 건조된 금속페이스트를 고주파 유도가열 방식으로 가열하여 형성된 금속막; 그리고, 상기 고주파 유도가열시 상기 반도체 기판과 금속막 사이에 형성된 P+층;을 포함하여 구성된다.
상기 금속페이스트는 P 도핑 가능한 원소인 Al, Ga, B을 함유하는 알루미늄 또는 티타늄 페이스트이다.
상기 금속페이스트는 알루미늄 또는 티타늄 미분에 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 단독 또는 2종 이상이 일정량 첨가되어 P 도핑이 가능하게 하는 페이스트이다.
본 발명에서는, 반도체 기판 후면과 접착된 금속박편을 고주파 유도가열방식으로 가열하면 상기 반도체 기판과 금속박편이 일체화되면서 그 사이에 P+층이 형성 되기 때문에, 종래 금속페이스트의 인쇄 - 건조 - 소정 공정으로 P+층을 형성하는 것에 비해 공정을 단순화시킬 수 있어 공정비용이 감소된다.
또 반도체 기판의 박형화시에도 기존 공정에서 발생하는 보윙(bowing) 현상을 방지할 수 있다.
또 종래 고가의 금속페이스트보다 고순도이면서 저가의 금속박편을 사용하기 때문에 태양전지의 생산단가를 낮출 수 있다.
아울러 종래 금속페이스트도 건조 후 소성 공정을 수행하지 않고서도 고주파 유도방식으로 가열하면 P+층을 형성할 수 있어, 소성 공정 생략으로 인하여 생산단가를 낮출 수 있다.
또한 특정 디자인을 도입하여 부분적으로 반도체 기판과 도핑에 사용되는 원소를 함유하는 금속 합금막 또는 페이스트를 고주파 유도가열방법으로 가열하면 P+층을 선택적으로 형성하여 손쉽게 선택적 에미터를 형성할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 고주파 유도가열에 의해 제조된 태양전지 및 그 제조방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 예를 설명함에 있어 반도체 기판의 전면 또는 부분적으로 형성시키는 에미터층, 반사방지막, 전면전극에 대해서는 종래 기술과 동일하기 때문에 생략하기로 한다.
본 발명은 태양전지의 후면전계(P+층)를 고주파 유도가열을 이용하여 형성시키는 것이다. 이를 위해 상기 태양전지의 후면에는 금속 또는 금속에 상응하는 전도도를 가지는 물질을 부분적 또는 특정 패턴 형상으로 밀착시킨다. 이때 상기 태양전지의 후면에는 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W)와 같은 금속이 단독으로 사용되거나, 또는 상기 금속 성분을 기반으로 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B)가 일정 비율 함유된 금속막 또는 페이스트가 사용될 수 있다. 상기 금속으로는 알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)를 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다. 그와 같은 상태에서 고주파 유도가열이 행해지면 상기 태양전지의 후면에 밀착된 금속 또는 페이스트가 가열 또는 용융되고, 이러한 특성을 이용하여 태양전지의 후면에 전면적 또는 부분적으로 후면전계가 형성되는 것이다.
이러한 본 발명의 실시 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3 및 도 4는 상기 태양전지 즉 반도체 기판의 후면에 금속박편 및 금속페이스트가 제공된 예이다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 공정도가 도시되어 있다.
먼저, 도 3(a)의 반도체 기판(10) 후면에 금속박편(12)을 밀착시킨다. 상기 금속박편(12)은 알루미늄 박편이 사용된다. 상기 금속박편(12)이 접착된 반도체 기판(10)이 도 3(b)에 도시되어 있다.
상기 금속박편(12)을 고주파유도가열방식으로 가열한다. 상기 고주파유도가 열방식은 모든 금속 또는 금속과 비슷한 전도도를 가지는 물질에 해당되며, 주로 가열시 표면을 타고 흐르는 전류의 특성으로 인해 표면층이 가열 또는 용융되는 것이다. 이와 같은 성질을 이용하는 방식이 고주파 유도가열 방식이다. 그래서 상기 도 3(b) 상태에서 상기 금속박편(12)이 고주파유도가열로 가열되면, 상기 금속박편(12)은 고주파를 받아 가열된다. 그러면 상기 금속박편(12)과 마주한 반도체 기판(10)과의 접촉면은 융해상태가 된다. 따라서 상기 금속박편(12)과 반도체 기판(10) 사이에는 P+층(13)이 형성된다. 이 상태가 도 3(c)에 도시되어 있다.
한편, 상기 융해상태로 인해 P+층(13)이 형성되고, 상기 형성된 P+층(13)는 상기 반도체 기판(10)과 금속박편(12)의 표면으로 일부가 흡수되기 때문에, 도 3(c)의 상기 반도체기판(10)과 금속박편(12)의 두께는 도 3(b)에서 도시하고 있는 상기 반도체기판(10)과 금속박편(12)의 두께보다는 얇게 형성된다.
이와 같은 방식을 사용하면, 고주파유도가열방식으로 금속박편(12)을 가열하면 상기 P+층(13)이 형성되고 아울러 상기 반도체기판(10)과 금속박편(12)은 일체로 형성되게 된다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 공정도가 도시되어 있다. 도 3은 도 2의 금속박편 대신 금속페이스트를 사용한 경우이다.
이를 설명하면, 도 4(a)의 반도체 기판(20) 후면에 금속페이스트를 소정 방식으로 인쇄한다. 이후 상기 금속페이스트를 건조시킨다. 상기 금속페이스트는 알루미늄 페이스트이다. 상기 반도체 기판(20) 후면에 건조상태의 금속페이스트(21) 가 있는 상태가 도 4(b)에 도시되어 있다.
일단 상기 금속페이스트가 건조되면, 상기 반도체 기판(20)과 상기 건조된 금속페이스트(21)를 고주파유도가열방식으로 가열한다. 이후 과정은 도 3의 실시 예와 동일하다.
즉 고주파유도가열방식으로 상기 반도체 기판(20)과 상기 건조된 금속페이스트(21)가 가열되면, 상기 건조된 금속페이스트(21)와 반도체 기판(20)과의 접촉면은 융해상태가 되어 상기 접촉면에 P+층(23)이 형성된다. 이때 상기 금속페이스트(21)는 금속막(22)으로 형상이 변경된다. 이 상태가 도 4(c)에 도시되어 있다. 여기서, 상기 융해상태로 인해 P+층(23)이 형성되고, 상기 형성된 P+층(23)는 상기 반도체 기판(20)과 금속막(22)의 표면으로 일부가 흡수되기 때문에, 도 4(c)의 상기 반도체기판(20)과 금속막(22)의 두께는 도 4(b)에 도시된 반도체기판(20)과 금속막(22)의 두께보다는 얇게 형성된다.
그와 같이 상기 금속페이스트(22)를 이용할 경우, 종래 금속페이스트를 이용한 공정 중 소성공정을 생략하여 P+층(23)을 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시 예는 반도체 기판 후면에 금속박편을 부착하거나 금속페이스트를 인쇄 건조한 후 상기 반도체 기판과 상기 금속박편이나 금속페이스트를 고주파유도가열방식으로 가열하면, 상기 반도체 기판과 금속박편 또는 금속페이스트 사이에는 BSF(Back Surface Field) 효과를 제공하는 P+층이 형성 되고 있음을 알 수 있다.
그리고 금속박편이나 금속페이스트를 가열함으로써 반도체 기판과의 밀착성이 우수해지고 또 얇게 전극층을 형성하는 경우에도 태양전지에서 요구하는 BSF 효과를 충분히 달성할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 태양전지의 단면도
도 2는 도 1의 P+층을 형성하는 공정도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 공정도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 공정도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 20 : 반도체 기판 12 : 금속박편
13, 23 : P+층 22 : 금속막

Claims (13)

  1. 태양전지 기판의 후면에 금속 또는 금속에 상응하는 전도도를 가지는 물질을 제공하는 단계; 그리고,
    고주파 유도가열 방식에 의하여 상기 태양전지 기판과 물질을 가열 또는 용융시켜서 태양전지의 후면전계를 형성하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지의 후면에 상기 금속 또는 물질을 부분적 또는 일정 패턴 형상으로 부착하고, 상기 고주파 유도가열 방식을 이용하여 선택적 에미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 태양전지의 후면에는 그 태양전지와 접촉시에 저항접촉(Ohmic Contact)이 형성될 수 있는 금속인 금속박막 또는 P 도핑 원소를 소정 비율로 함유하고 있는 합금막이나 페이스트가 밀착되어 후면전계 또는 선택적 에미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  4. 반도체 기판 후면에 금속박편을 밀착하는 밀착단계;
    상기 반도체 기판과 금속박편을 고주파 유도가열 방식으로 가열하는 가열단계; 그리고,
    상기 반도체 기판과 금속박편의 가열로 인하여 상기 반도체 기판 후면과 상기 금속박편의 사이에 P+층을 형성하는 형성단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 P+층은, 상기 고주파 유도가열로 인하여 상기 금속박편과 상기 반도체 기판의 접촉면이 융해상태가 되어 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  6. 반도체 기판 후면에 금속페이스트를 인쇄하고 건조하는 단계;
    상기 반도체 기판과 상기 건조된 금속페이스트를 고주파 유도가열 방식으로 가열하는 가열 단계; 그리고,
    상기 반도체 기판과 금속페이스트의 가열로 인하여 상기 금속페이스트는 금속막으로 형성되고 상기 반도체 기판 후면과 금속막 사이에 P+층을 형성하는 형성단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  7. 반도체 기판의 후면에 부분적 또는 특정 패턴 형상으로 금속 또는 페이스트 가 제공된 상태에서, 고주파 유도가열이 수행되면 상기 금속 또는 페이스트가 가열되어 상기 반도체 기판의 후면에 형성되는 후면전계 또는 선택적 에미터층을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 금속은 반도체와의 접촉시에 저항접촉(Ohmic Contact)을 형성할 수 있는 금속 또는 P도핑이 가능한 원소를 함유하는 금속이고, 상기 페이스트는 상기 반도체와의 접촉시에 저항접촉(Ohmic Contact)을 형성할 수 있는 금속 미분과 P 도핑이 가능한 원소를 소정 비율로 함유하고 있는 페이스트임을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 금속은, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W)이고,
    상기 P 도핑원소는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 전면에 형성된 에미터 층;
    상기 에미터층과 접촉되는 전면전극;
    상기 반도체 기판의 후면에 부착된 금속박편; 그리고,
    상기 반도체 기판과 금속박편을 고주파 유도가열 방식으로 가열하여 상기 반도체 기판과 금속박편 사이에 형성되는 P+층;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 금속박편은 알루미늄 또는 티타늄 박편임을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 전면에 형성된 에미터 층;
    상기 에미터층과 접촉되는 전면전극;
    상기 반도체 기판의 후면에 도포되어 건조된 금속페이스트를 고주파 유도가열 방식으로 가열하여 형성된 금속막; 그리고,
    상기 고주파 유도가열시 상기 반도체 기판과 금속막 사이에 형성된 P+층;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 금속페이스트는 알루미늄 또는 티타늄 미분에 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 단독 또는 2종 이상이 일정량 첨가되어 P 도핑이 가능하게 하는 페이스트임을 특징으로 하는 태양전지.
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