KR20110004213A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판, 상기 기판에 형성되고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고 위치에 따라 서로 다른 밀도를 갖는 반사 방지막, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다. 이때, 기판은 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 포함한다. 이로 인해, 텍스처링 표면에서의 단차 피복도가 증가하거나 에미터부의 표면 부근에서의 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 동작 효율과 생산 능력이 향상된다.
태양전지, 텍스처링면, 반사방지막, 밀도, 증착속도
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결 된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 동작 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판, 상기 기판에 형성되고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고 위치에 따라 서로 다른 밀도를 갖는 반사 방지막, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 기판은 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 포함하는 것이 좋다.
상기 반사 방지막은 상기 에미터부에 인접하게 형성되는 제1 부분과 상기 제1 부분 위에 형성되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 밀도와 상기 제2 부분의 밀도는 서로 상이한 것이 좋다.
상기 제1 부분은 상기 반사 방지막의 총 두께의 약 30% 내지 40%에 해당할 수 있다.
상기 반사 방지막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 에미터부의 두께는 약 250㎚ 내지 약 450㎚일 수 있다.
상기 에미터부의 면저항값은 약 50Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하는 기판의 면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터부 위에 제1 증착 속도로 제1 반사 방지막부를 형성하는 단계, 상기 제1 반사 방지막부 위에 상기 제1 증착 속도와 다른 제2 증착 속도로 제2 반사 방지막부를 형성하는 단계, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 증착 속도가 상기 제2 증착 속도보다 빠르거나 상기 제1 증착 속도가 상기 제2 증착 속도보다 느린 것이 좋다.
상기 제1 반사 방지막부와 상기 제2 반사 방지막부는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 텍스처링 표면에서의 단차 피복도가 증가하거나 에미터부의 표면 부근에서의 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 동작 효율과 생산 능력이 향상된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에 미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다.
이때, 텍스처링 표면에서, 각 돌출부(115)의 하부면 지름(최대 지름)(d1)은 약 300㎚ 내지 약 800㎚이고, 각 돌출부(115)의 높이(d2) 역시 약 300㎚ 내지 약 800㎚이다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(120)가 형성되므로, 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면을 갖는다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
본 실시예에서, 에미터부(120)의 면저항 크기는 약 50 Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.이고, 본 실시예에 따른 에미터부(120)의 두께는 약 250㎚ 내지 450㎚이다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(120) 위에 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 또는 수소화된 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선 택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 반사 방지막(130)의 두께는 약 70nm 내지 약 120 nm일 수 있다.
본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 위치에 따라서 상이한 밀도(density)를 갖는다. 예를 들어, 에미터부(120)와 인접한 반사 방지막(130)의 하부가 나머지 부분인 반사 방지막(130)의 상부보다 밀도가 높거나 반대로 낮다. 본 실시예에서, 반사 방지막(130)의 하부는 반사 방지막(130)의 총 두께 중에서 약 30% 내지 약 40%까지의 부분을 칭하고, 반사 방지막(130)의 상부는 나머지 부분을 지칭한다. 이로 인해,
복수의 전면 전극(141)은 일부 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
후면 전극(151)은 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 형성되어 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수 집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 후면 전계부(170)가 위치한다. 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형 의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 전면 전극(141)과 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이미 설명한 것처럼, 본 실시예에서 반사 방지막(130)의 하부와 상부의 밀도가 서로 다르다.
반사 방지막(130)의 하부가 반사 방지막(130)의 상부보다 높은 밀도를 갖고 있을 경우, 기판(110)의 텍스처링 표면의 단차 피복도(step coverage)가 향상된다.
즉, 본 실시예에서, 기판(110)의 텍스처링 표면에 형성된 복수의 돌출부(115)는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖고 있어 텍스처링 표면에 형성된 돌출부의 크기가 매우 작다. 따라서, 반사 방지막(130) 하부가 상부보다 작은 밀도를 갖고 있기 때문에 돌출부(115) 사이에 형성된 오목부의 가장 깊은 부분까지도 양호하게 반사 방지막(130)이 형성된다. 따라서, 에미터부(120)가 형성된 기판(110)의 텍스처링 표면으로 인해 발생하는 단차에도 불구하고 텍스처링 표면의 오목부까지 반사 방지막(130)이 형성되어, 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
반대로, 반사 방지막(130)의 하부가 반사 방지막(130)의 상부보다 낮은 밀도를 갖고 있을 경우, 밀도가 높은 반사 방지막(130) 부분이 차단막 역할을 수행하여, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H)이나 수소화된 실리콘 산화막((SiOx:H)에 함유 된 수소는 반사 방지막(130)의 상부쪽이 아니라 에미터부(120)쪽으로 이동하게 된다. 이로 인해, 기판(110)의 표면 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 불안정한 결합이 수소와 결합되어 안정화된 결합으로 바뀌게 되므로, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합에 포획(trap)되어 에미터부(120) 표면 근처에서 소멸되는 것이 줄어든다. 따라서, 에미터부(120)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하량이 증가하여 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3e를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부(115)는 원뿔 형상을 갖고, 각 돌출부(115)는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 최대 지름(d1)과 높이(d2)를 갖는다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티 몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 에미터부(120)를 완성한다. 이때, 기판(110)의 전면은 복수의 돌출부(115)를 갖는 요철면이므로, 기판(110)의 텍스처링 표면에 형성되는 에미터부(120)의 표면 역시 복수의 돌출부를 갖는 요철면을 갖는다.
본 실시예에서, 에미터부(120)는 종래와 같은 약 50 Ω/sq.의 면저항을 갖거나 종래보다 큰 면저항값을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 에미터부(120)의 면저항값은 약 50Ω/sq. 내지 약 150 Ω/sq.을 갖는다.
이처럼, 에미터부(120)의 면저항값이 종래보다 증가할 경우, 에미터부(120)의 형성 두께 역시 얇아지고, 두께가 얇아짐에 따라 도핑 농도 역시 종래보다 옅어진다. 예를 들어, 약 50 Ω/sq.의 면저항값을 갖는 종래의 에미터부이 약 300㎚ 내지 약 450㎚의 두께는 갖는 대신, 본 실시예에 따른 에미터부(120)는 약 250㎚ 내지 약 450㎚의 두께를 가질 수 있다. 따라서 본 실시예의 경우, 에미터부(120)의 두께는 약 250㎚ 내지 약 450㎚일 수 있다.
이때, 에미터부(120)의 두께는 공정 온도와 공정 시간 등을 이용하여 조절하므로, 동일한 공정 온도일 경우, 얇은 두께를 갖는 에미터부(120)를 형성하기 위한 공정 시간은 종래에 비해 짧아짐을 알 수 있다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다. 이때, 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120)의 표면이 요철면이므로, 반사 방지막(130) 역시 요철면을 갖고 있고, 약 70㎚ 내지 120㎚의 두께를 가진다.
본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 두 단계에 걸쳐 증착된다. 이때, 플라즈마 발생을 위해 인가되는 전원의 세기(power), 내부 압력, 원료 가스들의 유속비(flow rate) 등을 조정하여, 증착 속도를 변화시킨다.
즉, 총 두께의 약 30% 내지 약 40%까지 반사 방지막(130)을 증착할 때, 즉 선증착 시의 속도(이하, "선증착 속도"라 함)와 나머지 부분의 반사 방지막(130)을 증착할 때, 즉 후증착 시의 속도(이하, "후증착 속도"라 함)가 서로 달라, 선증착 시 증착되는 반사 방지막(130)의 밀도와 후증착시 증착되는 반사 방지막(130)의 밀도가 상이하다.
본 실시예에서, 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 실리콘 질화 막(SiNx:H)을 증착하여 반사 방지막(130)을 형성할 경우, 공정실에 인가되는 공정 가스는 SiH4, NH3, N2 등이다.
이러한 공정 가스들을 이용하여 반사 방지막(130)을 증착할 경우, 후증착 시보다 선증착 시의 증착 속도를 느리게 할 경우, 반사 방지막(130)의 증착 조건의 한 예는 다음과 같다.
이때, 선증착 시와 후증착 시, 공정실에 인가되는 전력의 크기는 약 0.5 내지 1.5kW, 공정실 압력은 약 1 내지 1.5Torr로 일정하고, SiH4의 양 또한 일정하게 고정한다.
이 경우, 선증착 시 NH3와 N2의 유속비는 약 1: 20~40로 하고, 후증착 시 NH3와 N2의 유속비(flow rate)는 약 1: 45~60으로 한다. 이럴 경우, 실리콘(Si)막과의 반응성이 좋아 성막 속도를 향상시키는 N2양이 선증착 시보다 후증착 시일 때 많게 되어, 선증착 시의 증착 속도보다 후증착 시의 증착속도가 빠르다.
이와 같이, 선증착 속도를 후증착 속도보다 느리게 할 경우, 텍스처링 표면과 접해있는 반사 방지막(130) 하부가 반사 방지막(130) 상부보다 느리게 형성된다. 이로 인해, 나노(nano) 단위의 크기를 갖는 돌출부(115) 사이의 오목부까지 반사 방지막(130)이 형성되어, 반사 방지막(130)이 형성되지 않는 오목부없이 텍스처링 표면의 윤곽을 따라 양호하게 형성되어, 단차 피복도가 향상된다.
즉, 건식 식각법으로 기판(110)을 텍스처링할 때 형성되는 복수의 돌출 부(115)의 크기는 습식 식각법으로 기판을 텍스처링할 때 형성되는 복수의 돌출부보다 매우 작다. 따라서, 본 실시예에 따른 텍스처링 표면의 면적은 습식 식각법에 의한 형성된 텍스처링 표면의 면적보다 약 2배 내지 약 4배 큰 표면적을 갖게 된다. 이로 인해, 종래와 같은 성막 속도로 텍스처링 표면 위에 반사 방지막을 형성할 경우, 성막 속도가 너무 빨라 크기가 작은 돌출부 사이 사이에 반사 방지막이 형성되지 않게 되어 텍스처링 표면의 단차 피복도가 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 본원과 같이, 텍스처링 표면과 접하는 반사 방지막(130)의 부분의 성막 속도를 종래보다 느리게 제어함에 따라 텍스처링 표면에 형성된 돌출부(115)의 형상을 따라 반사 방지막(130)이 형성되어 텍스처링 표면의 단차 피복도가 증가한다.
또한, 성막 속도가 반사 방지막(130) 상부보다 느리기 때문에, 반사 방지막(130) 하부의 밀도가 반사 방지막(130) 상부보다 크게 된다. 이로 인해, 반사 방지막(130)과 에미터부(120)간의 접촉력이 증가한다.
반대로 선증착 시보다 후증착 시의 증착 속도를 느리게 할 경우, 위의 조건과 반대로 NH3와 N2의 유속비를 조정한다. 즉, 선증착 시 NH3와 N2의 유속비는 약 1: 45~60로 하고, 후증착 시 NH3와 N2의 유속비(flow rate)은 약 1: 20~40으로 한다. 이럴 경우, N2양이 후증착 시보다 선증착 시일 때 많게 되어, 후증착 시의 증착 속도보다 선증착 시의 증착 속도가 빠르다.
이 경우, 반사 방지막(130) 상부가 하부보다 밀도가 크기 때문에, 반사 방지막(130) 상부는 반사 방지막(130)에 함유된 수소가 기판(110)의 반대쪽으로 이동하 는 것을 방지한다. 이로 인해, 기판(110)쪽으로 이동하는 수소 원자의 양이 증가하여 에미터부(120)의 표면, 즉, 기판(110) 표면에서 발생하는 전하의 재결합율이 줄어든다.
이와 같이 반사 방지막(130)을 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성할 경우, 반사 방지막(130)의 두께는 약 80㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
또한, 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 실리콘 산화막(SiOx:H)를 증착하여 반사 방지막(130)을 형성할 경우, 공정실에 인가되는 공정 가스는 SiH4, N2O, N2 등이다.
위의 경우와 마찬가지로, 선증착 시와 후증착 시, 공정실에 인가되는 전력의 크기는 약 0.5 내지 1.5kW, 공정실 압력은 약 1 내지 약 1.5Torr로 일정하고, SiH4의 양 또한 일정하게 고정할 경우, 반사 방지막(130)의 하부 밀도를 상부 밀도보다 조밀하게 할 경우, N2O와 N2의 유속비는 약 1: 20~40로 하고, 후증착 시 N2O와 N2의 유속비(flow rate)은 약 1: 45~60으로 하며, 반대로 반사 방지막(130)의 상부 밀도를 하부 밀도보다 조밀하게 할 경우, N2O와 N2의 유속비는 약 1: 45~60로 하고, 후증착 시 N2O와 N2의 유속비는 약 1: 약 20~40으로 할 수 있다.
반사 방지막(130)을 실리콘 산화막(SiOx:H)으로 형성할 경우, 반사 방지막(130)의 두께는 약 70㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130) 의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극용 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극 패턴(140)을 형성한다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120) 위에 후면전극 패턴(150)을 형성한다.
이때, 이들 패턴(140, 150)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극 패턴(140)과 후면전극 패턴(150)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 에미터부(120)에 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(141), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 패턴(140)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지막(130)이 관통되어 에미터부(120)와 접촉하고, 전면전극 패턴(140)에 함유된 도전성 물질과 에미터부(120)가 전기적으로 연결됨으로써, 에미터부(120)와 전기적으로 연결되는 복수의 전면 전극(141)이 형성된다. 또한 열처리가 시행되면, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)뿐만 아니라 기판(110)까지 확산되어 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖는 불순물부를 형성하여, 후면전극 패턴(110)은 불순물부를 통해 후면전극 패턴(110)이 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성하고, 불순물부는 후면 전계부(170)가 되고, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다. 열처리 시, 패턴(140, 150)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.
이처럼, 기판(110)을 열처리하여 전면 전극(141)과 후면 전극(151)을 형성할 때, 반사 방지막(130)의 상부가 하부보다 밀도가 작을 경우, 전면전극 패턴(140)의 관통 동작이 용이하게 발생하여, 에미터부(120)와 전면 전극(141)과의 접촉력이 증가하여, 전하의 이동도가 증가한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 반사 방지막(130)를 증착할 때, 증착 조건을 변화시켜 성막 시간에 따라 반사 방지막(130)의 밀도를 변화시켜, 텍스처링 표면에서 반사 방지막(130)의 단차 피복도를 증가시키거나 에미터부(120)의 표면 근처에서의 전하의 재결합율이 감소하여 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
Claims (11)
- 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판,상기 기판에 형성되고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부,상기 에미터부 위에 위치하고 위치에 따라 서로 다른 밀도를 갖는 반사 방지막,상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하는 태양 전지.
- 제1항에서,상기 기판은 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 포함하는 태양 전지.
- 제1항 또는 제2항에서,상기 반사 방지막은 상기 에미터부에 인접하게 형성되는 제1 부분과 상기 제1 부분 위에 형성되는 제2 부분을 포함하고,상기 제1 부분의 밀도와 상기 제2 부분의 밀도는 서로 상이한태양 전지.
- 제3항에서,상기 제1 부분은 상기 반사 방지막의 총 두께의 약 30% 내지 40%에 해당하는 태양 전지.
- 제3항에서,상기 반사 방지막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 태양 전지.
- 제1항에서,상기 에미터부의 두께는 약 250㎚ 내지 약 450㎚인 태양 전지.
- 제6항에서,상기 에미터부의 면저항값은 약 50Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.인 태양 전지
- 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하는 기판의 면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 형성하는 단계,상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계,상기 에미터부 위에 제1 증착 속도로 제1 반사 방지막부를 형성하는 단계,상기 제1 반사 방지막부 위에 상기 제1 증착 속도와 다른 제2 증착 속도로 제2 반사 방지막부를 형성하는 단계,상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제8항에서,상기 제1 증착 속도가 상기 제2 증착 속도보다 빠른 태양 전지의 제조 방법.
- 제8항에서,상기 제1 증착 속도가 상기 제2 증착 속도보다 느린 태양 전지의 제조 방법.
- 제8항에서,상기 제1 반사 방지막부와 상기 제2 반사 방지막부는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
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