KR20100113712A

KR20100113712A - 태양전지의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100113712A
Application number: KR1020090032156A
Authority: KR
Inventors: 박승일; 허윤성
Original assignee: (유)에스엔티
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-22
Also published as: KR101009422B1

Abstract

본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 실리콘 기판의 표면을 조직화하는 단계; 상기 실리콘 기판 내부에 에미터 층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 기판의 상부면에 반사 방지막을 형성하는 단계; 상기 반사 방지막의 상부면에 제1 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층의 상부면에 제2 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제3 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제3 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 제4 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제4 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 소성 처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있다.

버스바 전극, 핑거 전극, 금속 페이스트층

Description

태양전지의 제조 방법{Manufacturing method of solar cell}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 태양전지는 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치로서, 태양 에너지는 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지로서 각광받고 있다. 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 한다. 태양전지의 광전변환 효율이 증가되기 위해서는, 태양전지의 전면 전극이 태양광을 최대한 많이 받아 손실 없이 캐리어(carrier)를 수집할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 태양전지의 전면전극의 점유면적이 감소되고, 그 표면적이 증가될 필요가 있다. 하지만 종래의 태양전지의 제조 방법에 따르면, 전면 전극의 점유 면적을 감소시키면서 그 표면적을 증가시키는 데는 한계가 있었다. 그러므로 태양전지의 광전변환 효율을 좀 더 증가시킬 수 있는 태양전지의 제조 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에미터층 및 반사방지막이 형성된 실리콘 기판상에 미리 설정된 배선 패턴에 따라 제1 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조한 후, 제1 금속 페이스트층 상에 제2 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조 및 소성 처리하여, 제1 및 제2 금속 페이스트층으로 이루어지는 전면 전극을 형성함으로써, 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 실리콘 기판을 에칭하여 상기 실리콘 기판의 표면을 조직화하는 단계; 상기 실리콘 기판에 불순물을 주입하여 상기 실리콘 기판 내부에 에미터 층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 기판의 상부면에 반사 방지막을 형성하는 단계; 상기 반사 방지막의 상부면에 미리 설정된 전면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린(screen) 인쇄하여 제1 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 제1 금속 페이스트층의 상부면에 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제2 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제1 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제3 금속 페이스트층을 형성하는 단 계; 상기 제3 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제2 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제4 금속 페이스트층을 형성하는 단계; 상기 제4 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 소성 처리하는 단계를 포함한다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 에미터층 및 반사방지막이 형성된 실리콘 기판상에 미리 설정된 배선 패턴에 따라 제1 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조한 후, 제1 금속 페이스트층 상에 제2 금속 페이스트층을 스크린 인쇄하여 건조 및 소성 처리하여, 제1 및 제2 금속 페이스트층으로 이루어지는 전면 전극을 형성하므로, 전면 전극의 점유 면적을 줄여 광흡수율을 높이고, 면저항을 줄여 캐리어의 수집 손실을 줄일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 나타내는 흐름도이다. 도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 태양전지의 선택적 에미터 형성 과정을 설명하기 위한 기판의 단면도이다.

먼저, 실리콘 기판(110)을 에칭(etching)하여, 실리콘 기판(110)의 표면을 조직화한다(단계 1001). 단계 1001에서, 건식 또는 습식 에칭에 의해 실리콘 기판(110)의 표면에 요철이 형성된다. 도 2a에 상세하게 도시되지 않았지만, 실리콘 기판(110)의 표면에는 아주 미세한 요철이 형성되어 있다. 여기에서, 실리콘 기판(110)은 붕소(B) 이온이 도핑된 p형 기판일 수 있다.

이 후, 실리콘 기판(110) 내부에 불순물이 주입되어 에미터층이 형성된다(단계 1002). 에미터층은 예를 들어, 제1 에미터층(111)과 제2 에미터층(112)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 에미터층(111, 112)의 형성과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 조직화된 표면상에 예를 들어 인(P) 성분 또는 POCl₃(phosphorus oxychloride)를 포함하는 불순물 용액(미도시)이 코팅되고, 불순물 용액이 코팅된 실리콘 기판(110)의 표면 전체에 제1 열에너지가 주입된다. 그 결과, 제1 열에너지에 의해, 불순물 이온이 실리콘 기판(110) 내부에 확산되어, 도 2c에 도시된 것과 같이, 제1 에미터층(111)이 형성된다. 또, 제1 열에너지가 주입되는 동안, 불순물 용액이 코팅된 실리콘 기판(110)의 표면 중 일부 영역에 레이저(laser) 광 등에 의한 제2 열에너지가 주입된다. 그 결과, 제2 열에너지에 의해, 불순물 이온이 제1 에미터층(111)의 일부 영역 내에 더 확산되어, 도 2c에 도시된 것과 같이, 제2 에미터층(112)이 형성된다. 제1 및 제2 에미터층(111, 112)이 형성된 실리콘 기판(110)의 표면에 PSG(phosphorus silicate glass)(미도시) 층이 더 형성될 수 있다. 이 경우, 5%의 NF 용액에 실리콘 기판(111)을 담그면 PSG 층(115)이 제거될 수 있다.

이 후, 도 2d에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 상부면에 반사 방지막(120)이 형성된다. 또, 도 2d 및 도 2e에 도시된 것과 같이, 반사 방지막(120)의 상부면에 미리 설정된 전면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트가 스크린(screen) 인쇄되어 제1 금속 페이스트층(131, 141)이 형성되고(단계 1004), 제1 금속 페이스트층(131, 141)이 건조된다(단계 1005).

여기에서, 전면 전극은 적어도 하나의 버스바(busbar) 전극(133, 도 3 참고)과 버스바 전극(133)에 연결된 복수의 핑거(finger) 전극(143, 도 3 참고)을 포함한다. 또한, 제1 금속 페이스트층은 버스바 전극(133)용의 제1 금속 페이스트층(131)과 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)을 포함한다. 버스바 전극(133)용의 제1 금속 페이스트층(131)의 폭(D1)은 3∼4㎜이고, 버스바 전극용(133)의 제1 금속 페이스트층(131)의 높이(H1)는 20∼30㎛일 수 있다. 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)의 폭(D2)은 60∼80㎛이고, 핑거 전극(143)용의 제1 금속 페이스트층(141)의 높이(H2)는 20∼30㎛일 수 있다.

그 후, 도 2f 및 도 2g에 도시된 것과 같이, 제1 금속 페이스트층(131, 141)의 상부면에 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제2 금속 페이스트층(132, 142)이 형성되고(단계 1006), 제2 금속 페이스트층(132, 142)이 건조된다(단계 1007). 여기에서, 제2 금속 페이스트층은 버스바 전극(133)용의 제2 금속 페이스트층(132)과 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)을 포함한다. 버스바 전극(133)용의 제2 금속 페이스트층(132)의 폭(D3)은 2∼2.5㎜이고, 버스바 전극(133)용의 제2 금 속 페이스트층(132)의 높이(H3)는 10∼20㎛일 수 있다. 또한, 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)의 폭(D4)은 40∼60㎛이고, 핑거 전극(143)용의 제2 금속 페이스트층(142)의 높이(H4)는 10∼20㎛일 수 있다. 제1 및 제2 금속 페이스트층은 Ag(-) 재질의 금속을 포함할 수 있다.

도 2h에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 하부면에 미리 설정된 제1 후면 전극(152)의 배선 패턴을 따라 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제3 금속 페이스트층(151)이 형성되고(단계 1008), 제3 금속 페이스트층(151)이 건조된다(단계 1009). 제3 금속 페이스트층(151)은 AgAl 재질의 금속을 포함할 수 있다.

또, 도 2i에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(110)의 하부면에 미리 설정된 제2 후면 전극(162)의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트가 스크린 인쇄되어 제4 금속 페이스트층(161)이 형성되고(단계 1010), 제4 금속 페이스트층(161)이 건조된다(단계 1011). 제4 금속 페이스트층(161)은 Al(+) 재질의 금속을 포함할 수 있다.

이 후, 실리콘 기판(110)이 소성 처리된다(단계 1012). 그 결과, 도 2j에 도시된 것과 같이, 상부의 반사 방지막(120)을 뚫고 확산된 버스바 전극(133)이 제2 에미터층(112)에 오믹(ohmic) 접촉을 이루고, 제1 후면 전극(152)이 실리콘 기판(110)에 오믹 접촉을 이루게 된다. 또, 도 2k에 도시된 것과 같이, 상부의 반사 방지막(120)을 뚫고 확산된 핑거 전극(143)이 제2 에미터층(112)에 오믹 접촉을 이루게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 태양전지의 제조과정에 따라 제조된 태양전지를 나타내는 평면도이다. 도 3에서, 점선(A)을 따라 절단한 태양전지(100)의 단면 형상은 도 2j에 도시된 것과 같고, 점선(B)을 따라 절단한 태양전지(100)의 단면 형상은 도 2k에 도시된 것과 같다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조과정에서는, 전면 전극인, 버스바 전극 및 핑거 전극을 형성할 때, 제1 금속 페이스트층을 형성한 후, 제2 금속 페이스트층을 형성한다. 또한, 제1 및 제2 금속 페이스트층의 폭과 높이를 상술한 크기의 범위로 형성하므로, 전면 전극의 저항이 감소되고, 전면 전극이 태양광을 많이 흡수하여 캐리어를 신속하게, 또한, 많이 수집할 수 있어, 광전변환 효율이 증가될 수 있다.

상기한 실시 예들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명이 이들 실시 예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 나타내는 흐름도이다.

도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 태양전지의 선택적 에미터 형성 과정을 설명하기 위한 기판의 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 태양전지의 제조과정에 따라 제조된 태양전지를 나타내는 평면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

110: 실리콘 기판 111: 제1 에미터층

112: 제2 에미터층 120: 반사 방지막

131: 버스바 전극용 제1 금속 페이스트층

132: 버스바 전극용 제2 금속 페이스트층 133: 버스바 전극

141: 핑거 전극용 제1 금속 페이스트층

142: 핑거 전극용 제2 금속 페이스트층 143: 핑거 전극

151: 제3 금속 페이스트층 152: 제1 후면 전극

161: 제2 금속 페이스트층 162: 제2 후면 전극

Claims

실리콘 기판을 에칭하여 상기 실리콘 기판의 표면을 조직화하는 단계;

상기 실리콘 기판에 불순물을 주입하여 상기 실리콘 기판 내부에 에미터 층을 형성하는 단계;

상기 실리콘 기판의 상부면에 반사 방지막을 형성하는 단계;

상기 반사 방지막의 상부면에 미리 설정된 전면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린(screen) 인쇄하여 제1 금속 페이스트층을 형성하는 단계;

상기 제1 금속 페이스트층을 건조하는 단계;

상기 제1 금속 페이스트층의 상부면에 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제2 금속 페이스트층을 형성하는 단계;

상기 제2 금속 페이스트층을 건조하는 단계;

상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제1 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제3 금속 페이스트층을 형성하는 단계;

상기 제3 금속 페이스트층을 건조하는 단계;

상기 실리콘 기판의 하부면에 미리 설정된 제2 후면 전극의 배선 패턴에 따라 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 제4 금속 페이스트층을 형성하는 단계;

상기 제4 금속 페이스트층을 건조하는 단계; 및

상기 실리콘 기판을 소성 처리하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 전면 전극은 적어도 하나의 버스바(busbar) 전극과 상기 버스바 전극에 연결된 복수의 핑거(finger) 전극을 포함하고,

상기 제1 및 제2 금속 페이스트층 각각은 Ag을 포함하는 태양전지의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 금속 페이스트층은 상기 버스바 전극용의 제1 금속 페이스트층과 상기 핑거 전극용의 제1 금속 페이스트층을 포함하고,

상기 버스바 전극용의 제1 금속 페이스트층의 폭은 3∼4㎜이고, 상기 버스바 전극용의 제1 금속 페이스트층의 높이는 20∼30㎛이고,

상기 핑거 전극용의 제1 금속 페이스트층의 폭은 60∼80㎛이고, 상기 핑거 전극용의 제1 금속 페이스트층의 높이는 20∼30㎛인 태양전지의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제2 금속 페이스트층은 상기 버스바 전극용의 제2 금속 페이스트층과 상기 핑거 전극용의 제2 금속 페이스트층을 포함하고,

상기 버스바 전극용의 제2 금속 페이스트층의 폭은 2∼2.5㎜이고, 상기 버스바 전극용의 제2 금속 페이스트층의 높이는 10∼20㎛이고,

상기 핑거 전극용의 제2 금속 페이스트층의 폭은 40∼60㎛이고, 상기 핑거 전극용의 제2 금속 페이스트층의 높이는 10∼20㎛인 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제3 금속 페이스트층은 AgAl을 포함하는 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제4 금속 페이스트층은 Al을 포함하는 태양전지의 제조방법.