KR20110010224A - 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치 - Google Patents

태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20110010224A
KR20110010224A KR1020090067675A KR20090067675A KR20110010224A KR 20110010224 A KR20110010224 A KR 20110010224A KR 1020090067675 A KR1020090067675 A KR 1020090067675A KR 20090067675 A KR20090067675 A KR 20090067675A KR 20110010224 A KR20110010224 A KR 20110010224A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
solar cell
emitter
source layer
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020090067675A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101597825B1 (ko
Inventor
심승환
정일형
김진아
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 KR1020090067675A priority Critical patent/KR101597825B1/ko
Publication of KR20110010224A publication Critical patent/KR20110010224A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101597825B1 publication Critical patent/KR101597825B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 태양전지의 열확산용 열처리 장치 에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법는 태양전지의 열확산용 열처리 장치를 이용하여 기판에 증착된 도핑소스층을 차등적으로 가열하여 선택적 에미터 구조를 한번에 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 제1에미터부와 제2에미터부의 표면의 불순물 농도가 동일하며, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 열확산용 열처리 장치는 제2패턴 가열부가 제1패턴 가열부보다 더 돌출된 구조를 가진다.
태양 전지, 선택적 에미터, 열확산용 열처리 장치, 온도 구배, 도핑소스층

Description

태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치{Solar Cell, Method for solar cell and Heat Treatment Apparatus for Thermal Diffusion}
본 발명은 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부 위에 각각 형성된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 각각 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 선택적 에미터 구조를 가지는 태양 전지의 제조 공정을 단순화시켜 제조 공정 시간 및 제조 비용을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법는 태양전지의 열확산용 열처리 장치를 이용하여 기판에 증착된 도핑소스층을 차등적으로 가열하여 선택적 에미터 구조를 한번에 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 제1에미터부와 제2에미터부의 표면의 불순물 농도가 동일하며, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 열확산용 열처리 장치는 제2패턴 가열부가 제1패턴 가열부보다 더 돌출된 구조를 가진다.
이러한 발명의 특징에 따르면, 태양전지의 열확산용 열처리 장치의 온도 구배를 조절함으로써 기판에 증착된 도핑소스층을 차등적으로 가열하여 농도가 서로 다른 제1,2 에미터부를 동시에 형성할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였 다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1 및 도 7을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 7은 도 1의 태양 전지를 I-I선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 7에 도시한 것처럼, 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(101), 기판(101)의 일면에 위치한 에미터층(102)(emitter layer), 에미터층(102) 위에 위치한 반사 방지막(anti-reflection layer)(104), 에미터층(102)과 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극(이하, "전면전극"이라 함)(105), 기판(101)의 다른 면에 위치하고 기판(101)과 전기적으로 연결된 제2 전극(이하, "후면전극"이라 함)(106) 및 기판(101)과 후면전극(106) 사이에 위치한 후면 전계부(107)를 구비한다.
기판(101)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(101)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(101)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(101)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(101)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터층(102)은 기판(101)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 빛이 입사되는 면, 즉 기판(101)의 수광면인 전면에 형성되어 있다.
이러한 에미터층(102)은 서로 다른 불순물 농도를 갖는 제1 에미터부(102a)(first emitter portion)와 제2 에미터부(102b)(second emitter portion)를 구비하고 있다. 본 실시예에서, 제2 에미터부(102b)의 불순물 농도는 제1 에미터부(102a)의 불순물 농도보다 높다. 또한 제2 에미터부(102b)의 불순물 도핑 깊이는 제1 에미터부(102a)의 불순물 도핑 깊이보다 커, 제2 에미터부(102b)의 두께는 제1 에미터부(102a)의 두께보다 크다. 이와 같이, 제2 에미터부(102b)의 불순물 농도와 도핑 깊이가 제1 에미터부(102a)보다 크므로, 제2 에미터부(102b)의 면저항은 제1 에미터부(102a)의 면저항보다 작다. 이러한 에미터층(102)은 기판(101)과 p-n 접합을 이룬다.
본 발명의 실시예에 따른 선택적 에미터 구조도 제1에미터부와 제2에미터부의 도핑 깊이가 서로 다르지만, 기존의 공정과는 달리 제1에미터부와 제2에미터부의 표면의 농도는 균일하다.
마스크를 적용한 선택적 에미터 구조를 형성하는 공정과 비교할 때, 본 발명의 경우에는 열확산용 열처리 장치의 온도 구배를 선택적으로 변화시킬 뿐 기판 위에 도포된 도핑소스층에 포함된 불순물의 농도는 일정하므로, 제1,2에미터부가 형 성된 기판 표면의 불순물 농도는 균일하다.
또한, 열확산은 높은 입자밀도의 영역에서 낮은 입자밀도의 영역으로 입자들이 이동해 가는 과정이므로 수평 방향으로도 진행이 된다. 본 발명의 경우에는 제1,2에미터부가 동시에 형성되기 때문에, 마스크를 적용한 선택적 에미터 구조를 형성하는 공정과 비교하여 수평방향으로의 확산이 덜 일어나므로 제1에미터부와 제2에미터부의 구분이 명확하다.
한편, 에칭 공정을 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성하는 공정의 경우에는,제1에미터부,제2에미터 중 적어도 하나를 식각하기 때문에 제1에미터부의 표면과 제2에미터부의 표면이 동일 평면상에 위치하지 않으나, 본 발명에서는 에칭 공정을 사용하지 않기 때문에 제1에미터부의 표면과 제2에미터부의 표면은 동일 평면상에 위치하게 된다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 반도체의 기판(101)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(101)이 p형이고 에미터층(102)이 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(101)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터층(102)쪽으로 이동하여, 기판(101)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터층(102)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터층(102)은 기판(101)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(101)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터층(102)은 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(101)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터 층(102)쪽으로 이동한다.
에미터층(102)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터층(102)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 반도체의 기판(101)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(101)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터층(102) 위에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어진 반사 방지막(104)이 형성되어 있다. 반사 방지막(104)은 입사되는 태양 광의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지막(104)은 대략 70nm 내지 80nm의 두께를 가질 수 있다. 반사 방지막(104)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
복수의 전면 전극(105)은 에미터층(102)의 제2 에미터부(102b) 위에 일정 간격으로 이격되어 한 방향으로 연장되어 있으며, 제2 에미터부(102b)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 핑거 전극(finger electrode)(105a)과 핑거 전극(105a)와 교차하는 방향으로 연장되며 핑거 전극(105a)과 연결되는 복수의 버스 전극(105b)을 구비한다.
복수의 핑거 전극(105a)은 에미터부(102)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집하여 원하는 장소로 이동시키고, 복수의 버스 전극(105b)은 연결된 핑거 전극(105a)를 따라 이동하는 전자를 수집하여 외부로 출력한다.
따라서 이동하는 전자의 수집 효율을 높이기 위해, 각 버스 전극(305b)의 폭은 각 핑거 전극(105a)의 폭보다 크다.
이미 설명한 것처럼, 제2 에미터부(102b)는 그 위에 위치하는 전면 전극(105)과 접촉하여, 전면 전극(105)과의 접촉 저항을 낮추어 주는 저항성 접촉 부재(ohmic contact)로서 기능한다.
전면 전극(105)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 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(106)은 입사면과 대향하는 기판(101)의 후면 전체에 형성되어 있으며 전기적으로 기판(101)과 전기적으로 연결되어 있고 기판(101)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
후면 전극(106)은 도전성 금속 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 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(106)과 기판(101) 사이에 후면 전계부(107)가 위치한다. 후면 전계부(107)는 기판(101)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(101)보다 고농도 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다. 기판(101)과 후면 전계부(107)와의 불순물 농도 차이로 인해 발생하는 전위 장벽으로 인해 기판(301)의 후면쪽으로의 캐리어(예를 들어, 전자)의 이동을 방해하여, 기판(101) 후면에서 전자와 정공이 재결합 하여 소멸되는 것이 방지한다.
이러한 구조를 갖는 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(104)과 에미터층(102)을 통해 반도체의 기판(101)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(101)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지막(104)에 의해 기판(101)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(101)으로 입사되는 빛의 양은 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(101)과 에미터층(102)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터층(102)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(101)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터층(102)쪽으로 이동한 전자는 제2 에미터부(102b)와 접촉하는 전면 전극(105)의 핑거 전극(105a)에 의해 수집된 후 전송되어 버스 전극(106b)에 의해 수집되고 기판(101)쪽으로 이동한 정공은 후면 전극(106)에 의해 수집된다. 이러한 버스 전극(105b)과 후면 전극(106)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 전면 전극(105)은 불순물이 고농도로 도핑된 제2 에미터부(102b)와 바로 접촉되어 있으므로 에미터층(102)과의 접촉력이 향상되고, 이로 인해, 전자의 전송 효율이 향상되어 태양 전지의 효율이 증가한다.
다음, 도 2 내지 6을 참고로 하여, 본 발명의 제1,2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터층 제조방법 을 도시한 단면도이고 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터층 제조방법을 도시한 단면도이다. 나머지 도 2, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1,2 실시예에 따른 태양전지의 공통된 제조방법을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제1,2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 타입의 제1 불순물이 도핑된 기판(101)에 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 기판(101)에 포함한 도핑소스층(110)을 선증착(pre-deposition)한다.
기판(101)의 도전성 타입은 p형 또는 n형 일 수 있다. 하지만, 기판(301)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 소수 캐리어의 수명과 이동도(mobility)가 커서 바람직하게 사용될 수 있다. p형의 기판(101)에는 B, Ga, In 등의 3족 원소가 도핑되어 있다. 이때, 기판(101)은 실리콘의 슬라이싱 공정시 기판(101)의 표면에 발생하는 손상 부분을 습식 식각법 등을 통해 제거한 기판일 수 있다.
기판(101)이 p형인 경우, 도핑소스층(110)은 n형의 도전성 타입을 가지며, 이때, P, As, Sb 등의 5족 원소가 불순물로 도핑되어 있다.
이러한 도핑소스층(110)은 예를 들어, 기판(101)을 퍼니스(furnace)에 넣고, 산소 가스와 제2 도전성 타입의 불순물 가스를 주입하여 기판(101) 위에 제2 도전성 타입의 불순물을 선증착(pre-deposition)시켜 형성한다. 이때, 기판(101) 위에는 산소와 불순물 가스가 반응하여 불순물을 포함하는 산화물인 도핑소스층(110)이 형성된다. 여기서, 기판(101)이 p형인 경우, 불순물 가스로는 POCl3가 사용될 수 있고, 이런 경우, 도핑소스층(110)은 P2O5와 같은 인을 포함하는 산화물(phosphorus silicate glass, PSG)이 될 수 있다.
이와는 달리 대안적인 예로서, 스프레이법 또는 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 등 이용하여 도핑소스층(110)을 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 도전성 타입의 불순물을 포함하는 불순물원을 스프레이법을 이용하여 기판(101) 위에 코팅하거나, 도핑 페이스트를 기판(101) 위에 인쇄하여 증착하면, 기판(101)위에는 불순물을 포함하는 도핑소스층(110)이 형성된다. 이 때, 도핑소스층(110)은 제1,2 에미터부(미도시)를 동시에 형성하기 위해 기판의 상부에 전면(全面) 증착되는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터부를 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 2에서 설명한 공정에 따라 도핑소스층(110)이 기판(101) 위에 형성된 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 도핑소스층(110)의 상부에 열확산용 열처리 장치(201)를 위치시켜 도핑소스층(110)을 차등적으로 가열하여 상기 기판(101) 내부에 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여(drive-in) 확산시킴으로써, 서로 농도가 다른 제 1에미터부(102a) 및 제2 에미터부(102b)를 동시에 형성할 수 있다. 이처럼 상기 제1에미터부 및 상기 제2에미터부를 가지는 선택적 에미터 구조를 하나의 공정에 의해 동시에 형성함으로써 태양 전지의 제조 공정을 단축할 수 있다.
도 3에 도시된 것처럼, 열확산용 열처리 장치(201)는 동일 평면의 판상에 제 1패턴 가열부(201a) 및 제2패턴 가열부(201b)로 구성된다. 도시되지 않았으나, 상기 제1,2패턴 가열부(201a, 201b)에 전류를 인가하는 전류 인가부를 더 포함할 수 있다.
열확산용 열처리 장치(201)의 발열체 재료는 1000도 이상에서도 적용 가능한 실리콘 카바이드(SiC), 카본(Carbon) 또는 텅스텐(Tungsten) 등이 가능하다.
열확산용 열처리 장치(201)의 제2패턴 가열부(201b)는 제1패턴 가열부(201a)보다 더 돌출된 구조를 가진다. 이러한 제2패턴 가열부(201b)의 돌출 형상은 상기 기판(101)에 위치할 전면전극(105)의 패턴에 대응한다.
즉, 상기 열확산용 열처리 장치(201)는 상기 전면전극의 배선 위치에 따라 제1패턴 가열부 (201a) 및 상기 제1패턴 가열부(201a)보다 더 돌출된 구조를 가진 제2패턴 가열부(201b)을 가진다.
이 때, 제2패턴 가열부(201b)는 상기 전면 전극의 형성 위치에 대응하여 증착된 상기 도핑소스층(110)의 일부에 근접하는 것이 바람직하나, 상기 제2패턴 가열부(201b)가 도핑소스층(110)과 맞닿더라도 무방하다. 왜냐하면, 열확산용 열처리 장치(201)의 전기전도도가 상기 기판(101)보다 높기 때문에, 상기 제2패턴 가열부(201b)가 도핑소스층(110)과 맞닿더라도 주로 열확산용 열처리 장치(201)를 통해 인가된 전류가 흐르게 되기 때문이다.
일반적으로 도핑소스층(110)을 선택적으로 가열할 열확산용 열처리 장치(201)의 온도는 800도-900도가 적당하다. 이러한 열확산용 열처리 장치(201)의 온도를 조절하기 위해서는 발열 온도 및 발열 시간에 비례하므로, 발열 온도 및 발 열 시간을 조절함으로써 열확산용 열처리 장치(201)의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 제2패턴 가열부(201b)가 제1패턴 가열부(201a)보다 더 돌출된 구조를 가진 열확산용 열처리 장치(201)의 구조적 특성에 의해 온도 구배를 조절할 수 있다.
즉, 제2패턴 가열부(201b)와 도핑소스층(110)간의 거리(h1)는 제1패턴 가열부(201a)와 도핑소스층(110)간의 거리(h2)보다 더 가까우므로, 전면전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 영역이 다른 도핑소스층 영역보다 선택적으로 고온으로 가열된다.
제2패턴 가열부(201b)는 기판 표면의 일부 영역인 전면전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 영역을 제2온도로 가열하고, 제1패턴 가열부(201a)는 상기 기판 표면의 나머지 영역을 제2온도보다 높은 제1온도로 가열할 수 있다.
더나아가, 상기 기판과 상기 열확산용 열처리 장치의 공간 사이에 불활성 냉각가스,예를 들어 질소(N2), 아르곤 가스(Ar)를 주입함으로써 가진 열확산용 열처리 장치(201)의 온도 구배를 보조적으로 조절할 수 있다.
따라서, 열확산 열처리 장치의 기판과의 거리 차이에 따른 차등적 가열 및 냉각가스에 의한 냉각에 의해 상기 기판 내부에는 제2 도전성 타입의 불순물이 차등적으로 확산되어 불순물의 확산 깊이가 다른 제1에미터부(102a) 및 제2에미터부(102b)가 동시에 형성될 수 있다.
즉, 전면전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 일부 영역을 고온의 제2온 도로 가열하는 제2패턴 가열부(201b)에 의해, 제2에미터부(102b)는 전면 전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 영역의 하부에 있는 기판의 내부에 형성된다.따라서, 상기 제2에미터부(102b)는 상기 제1 에미터부(102a)보다 높은 불순물 농도와 깊은 확산 깊이를 가진다.
서로 마주보는 상기 기판(101)의 표면과 상기 열확산용 열처리 장치(201)의 표면간의 거리가 일정하여야 도핑소스층에 가해지는 열에 따른 확산 효과가 균일해질 수 있다. 또한, 열확산은 상기 제2패턴 가열부(201b)의 배선 폭(tb)은 상기 전면전극 폭(wb)과 같거나 작은 것이 바람직하다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터부를 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 2에서 설명한 공정에 따라 도핑소스층(110)이 기판(101) 상부에 형성된 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 도핑소스층(110)의 상부에 도 3과는 다른 방식으로 온도 구배를 조절하는 열확산 열처리 장치(301)를 위치시켜 도핑소스층(110)을 차등적으로 가열하여 상기 기판 내부에 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여(drive-in) 확산시킴으로써, 서로 농도가 다른 제1 에미터부(102a) 및 제2 에미터부(102b)를 동시에 형성할 수 있다.
이 때, 도 4의 제2 실시예에 따른 열확산 열처리 장치(301)의 패턴은 도 3의 제1 실시예와 마찬가지로 상기 기판(101)에 위치할 전면전극(105)의 패턴에 따른다. 다만, 도 4의 제2 실시예에 따른 열확산 열처리 장치(301)가 전면전극의 배선 위치를 고려하여 저저항부(301a)와 고저항부(301b)을 가짐으로써 온도 구 배(temperature gradient)를 조절한다.
도3의 실시예와 마찬가지로 열확산용 열처리 장치(201)의 발열체 재료는 1000도 이상에서도 적용 가능한 실리콘 카바이드(SiC), 카본(Carbon) 또는 텅스텐(Tungsten) 등이 가능하다.
열확산 열처리 장치(301)의 저저항부(301a)와 고저항부(301b)에 따른 구분은 줄열의 법칙에 따른다. 줄열의 법칙이란 도체에 전류가 흐를 때 발생하는 줄열에 대한 법칙이다. 즉, 전류에 의해 생기는 열량 Q는 전류의 세기 I의 제곱과, 도체의 R과, 전류를 통한 시간 t에 비례한다. 전류를 t초 동안 흐르게 했을 때 발생하는 열량은 단위로 Q=0.24 I2Rt라는 식을 얻을 수 있다.
일정시간 동안 열확산 열처리 장치(301)에 흐르는 전류가 일정하다고 할 때, 도체의 R은 도체의 길이(L)에 비례하고 도체의 면적(S)에 반비례하므로, 열확산 열처리 장치(301)의 두께(ta)를 조절함으로써 열확산 열처리 장치(301)의 전기 저항을 조절할 수 있다.
따라서, 상기 열확산 열처리 장치(301)의 고저항의 배선 폭(tb)이 상기 전면 전극 폭(Wb)과 같거나 작도록 고정된 경우, 열확산 열처리 장치(301)의 두께(ta)를 조절함으로써 온도 구배를 조절할 수 있다.
다시 말하면, 열확산 열처리 장치(301)의 두께(ta)를 두껍게 할수록 저저항부(301a)의 온도는 고저항부(301b)와의 온도 차이는 상대적으로 커지게 된다.
이 때, 상기 열확산 열처리 장치(301)의 고저항부(301b)가 상기 전면 전극 의 형성 위치에 증착된 상기 도핑소스층(110)을 차등적으로 고온으로 가열할 경우, 전면 전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 영역이 다른 도핑소스층 영역보다 선택적으로 고온으로 가열된다.
더나아가, 상기 기판과 상기 열확산용 열처리 장치(301)의 공간 사이에 불활성 냉각가스, 예를 들어 질소(N2), 아르곤 가스(Ar)를 주입함으로써 가진 열확산용 열처리 장치(301)의 온도 구배를 보조적으로 조절할 수 있다.
따라서, 열확산 열처리 장치의 저항의 차이에 따른 차등적 가열 및 냉각가스에 의한 냉각에 의해 상기 기판 내부에는 제2 도전성 타입의 불순물이 차등적으로 확산되어 불순물의 확산 깊이가 다른 제1에미터부(102a) 및 제2에미터부(102b)가 동시에 형성될 수 있다.
즉, 제2에미터부(102b)는 전면 전극이 배선될 위치에 증착된 도핑소스층 영역의 하부에 있는 기판의 내부에 형성되며, 상기 제2에미터부(102b)는 상기 제1 에미터부(102a)보다 높은 불순물 농도와 깊은 확산 깊이를 가진다.
도 3의 제1 실시예와 마찬가지로 열확산 열처리 장치(301)의 고저항부(301b)의 배선 폭(tb)은 상기 전면 전극의 폭(Wb)과 같거나 작은 것이 바람직하다.
도면에 도시하지 않았으나 도 3에 따른 제1 실시예 및 도 4에 따른 제2 실시예를 혼합하여 선택적 에미터부를 형성할 수도 있다.
구체적으로 말하면, 열확산 열처리 장치와 도핑소스층(110)간의 거리 및 열확산 열처리 장치의 두께(ta)를 동시에 조절함으로써 도핑소스층(110)을 차등적으 로 가열하여 상기 기판(101) 내부에 제2 도전성 타입의 불순물을 주입하여(drive-in) 확산시킴으로써, 서로 농도가 다른 제 1에미터부(102a) 및 제2 에미터부(102b)를 동시에 형성할 수 있다.
도 3에 따른 제1 실시예 및 도 4에 따른 제2 실시예에 따라 상기 제1,2 에미터부를 형성한 후, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기판(101)에 증착된 도핑소스층을 제거한다. 이 때, 도핑소스층은 불산을 이용한 습식 시각 공정과 같은 다양한 방식으로 제거될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 엣지 분리(edge isolation) 공정을 수행하여 기판(101)의 전면에 형성된 제1 에미터부(102a)를 제외한 측면과 후면에 형성된 제1 에미터부(102a)를 제거한 후에, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1,2에미터부(102)를 구비한 기판의 표면에 반사 방지막(104)을 형성한다.
마지막으로 도 7에 도시한 바와 같이, 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여 전면 전극용 페이스트를 반사 방지막(104) 위에 인쇄하여, 핑거 전극용 패턴과 핑거 전극용 패턴과 교차하는 버스 전극용 패턴을 동시에 형성한다. 전면 전극용 페이스트는 은(Ag)과 글라스 프릿(glass frit)을 포함한다. 또한, 기판(101)의 후면에는 알루미늄(Al)을 포함하는 후면 전극용 페이스트를 인쇄하여 후면 전극용 패턴을 형성한다. 이때, 전면 전극용 패턴과 후면 전극용 패턴의 인쇄 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면 전극용 패턴과 후면 전극용 패턴이 형성된 기판(101)에 열처리 공정을 시행하여 제2에미터부(102b)과 전기적으로 연결된 복수의 전면 전 극(105), 즉 핑거 전극(105a)과 버스 전극(105b), 기판(101)과 전기적으로 연결된 후면 전극(106) 그리고 후면 전계부(107)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면 전극용 패턴은 반사 방지막(104)을 관통하여 제2에미터부(102b)와 접촉하여 전기적으로 연결된다.. 또한, 열처리 공정에 의해 후면 전극용 페이스트에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(101)에 도핑되어 기판(101)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(107)가 형성된다. 이미 설명한 것처럼, 알루미늄(Al)은 3족 원소로서, 후면 전계부(107)는 P+ 도전성 타입을 가지므로 전자와 정공의 재결합을 방지하고, 정공이 후면 전극(106)쪽으로 용이하게 이동하도록 한다.
이때, 전면 전극(105)은 은(Ag)을 포함하고 있어 양호한 전기 전도성을 갖고, 후면 전극(106)은 실리콘과의 친화력이 좋은 알루미늄(Al)을 포함하고 있으므로 양호한 전기 전도성뿐만 아니라 실리콘 기판(101)과의 우수한 접합성을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명함으로써 본 발명의 여러 효과를 분명하게 하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 7은 도 1의 태양 전지를 I-I선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터부를 형성하는 공정을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터부를 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
나머지 도 2, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1,2 실시예에 따른 태양전지의 공통된 제조방법을 도시한 단면도이다. 즉, 도 2는 기판 위에 도핑소스층이 형성된 공정을 도시한 단면도이고, 도 5는 기판에 증착된 도핑소스층을 제거하는 공정을 도시한 도면이며, 도 6은 에미터층 상에 반사 방지막을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
태양 전지(1); 기판(101);
에미터층(102)-제1 에미터부(102a), 제2 에미터부(102b);
반사 방지막(104), 전면 전극(105), 후면 전극(106), 후면 전계부(107);
도핑소스층(110);
제2 실시예에 따른 열확산용 열처리 장치(201) - 제1패턴 가열부(201a), 제2 패턴 가열부(201b);
제2 실시예에 따른 열확산용 열처리 장치(301) - 저저항부(301a), 고저항부(301b)

Claims (31)

  1. 제1도전성 타입의 제1불순물이 도핑된 기판에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2불순물을 포함한 도핑소스층을 증착하는 단계;
    상기 기판에 증착된 도핑소스층을 서로 다른 온도로 가열하여 상기 기판에
    농도가 다른 제1에미터부 및 제2에미터부를 형성하는 단계,
    상기 제1,2에미터부를 구비한 상기 기판의 표면에 반사방지막을 형성하는 단계,
    상기 제2에미터부와 전기적으로 연결된 전면전극을 형성하는 단계 및
    상기 기판과 전기적으로 연결된 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 에미터부를 형성하는 단계는,
    제1패턴 가열부 및 제2패턴 가열부로 구성된 열확산용 열처리 장치를 이용하는 태양전지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판과 상기 열확산용 열처리 장치의 공간 사이에 냉각가스를 주입한 태양전지의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2패턴 가열부는 판상에 형성되고, 상기 제2가열부가 상기 제1가열부보다 더 돌출된 구조를 가진 태양전지의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2패턴 가열부와 상기 도핑소스층간의 거리는 상기 제1패턴 가열부와 상기 도핑소스간의 거리보다 더 가까운 태양전지의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2패턴 가열부는 상기 기판 표면의 일부 영역을 제2온도로 가열하고, 상기 제1패턴 가열부는 상기 기판 표면의 나머지 영역을 상기 제2온도와 서로 다른 제1온도로 가열하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2온도가 상기 제1온도보다 더 높은 태양전지의 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2패턴 가열부의 패턴은 상기 전면전극의 패턴과 대응되는 태양전지의 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2패턴 가열부의 배선 폭은 상기 전면전극 폭과 같거나 작은 태양전지의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 에미터부를 형성하는 단계는,
    저저항부 및 고저항부를 가지는 열확산용 열처리 장치를 이용하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판과 상기 열확산용 열처리 장치의 공간 사이에 냉각가스를 주입한 태양전지의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저저항부의 두께는 고저항부의 두께보다 두꺼운 태양전지의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 도핑소스층을 증착하는 단계는,
    퍼니스(funace)에 주입된 불순물 가스에 포함된 상기 제2도전성 타입의 불순 물을 상기 기판 위에 증착하는 것인 태양전지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 불순물 가스는 POCl3인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제1항에서,
    상기 도핑소스층을 증착하는 단계는,
    상기 제2 도전성 타입의 불순물을 포함하는 도핑 페이스트를 상기 기판 위에 프린팅하여 증착하는 것인 태양전지의 제조방법.
  16. 제1항에서,
    상기 도핑소스층을 증착하는 단계는,
    상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 불순물원을 스프레이법으로 상기 기판 위에 코팅하여 증착하는 것인 태양전지의 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 도핑소스층을 증착하는 단계는,
    상기 도핑소스층을 상기 기판에 전면(全面)증착하는 태양전지의 제조방법
  18. 제1항에서,
    상기 도핑소스층은 PSG(phosphorus silicate glass)인 태양전지의 제조방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2에미터부를 형성하는 단계에서,
    상기 제1에미터부 및 상기 제2에미터부는 동시에 형성되는 태양전지의 제조방법.
  20. 제1항에서,
    상기 제1,2에미터부를 형성하는 단계에서,
    상기 제2에미터부는 상기 전면전극의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  21. 제1항에서,
    상기 제1,2 에미터부를 형성한 후, 상기 기판에 증착된 도핑소스층을 제거하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조방법.
  22. 제1항에서,
    상기 제2에미터부는 상기 제1에미터부보다 작은 면저항을 갖는 태양전지의 제조방법.
  23. 제1항에서,
    상기 제2에미터부의 불순물 농도는 상기 제1에미터부의 불순물 농도보다 더 높은 태양전지의 제조방법.
  24. 제1항에서,
    상기 제2에미터부의 불순물 주입 깊이는 상기 제1에미터부의 불순물 주입 깊이보다 큰 태양전지의 제조방법.
  25. 서로 다른 도핑농도를 가지는 제1에미터부, 제2에미터부를 가진 선택적 에미터 구조에서,
    상기 제1에미터부와 제2에미터부의 표면 농도가 동일한 태양전지.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1에미터부의 표면과 상기 제2에미터부의 표면은 동일 평면상에 위치하는 동일한 태양전지.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1에미터부와 제2에미터부의 도핑 깊이가 서로 다른 태양 전지.
  28. 제1패턴 가열부와 제2패턴 가열부가 판상에 형성되고,
    상기 제2패턴 가열부가 상기 제1패턴 가열부보다 더 돌출된 구조를 가진 태양전지의 열확산용 열처리 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1패턴 가열부는 태양전지 표면의 일부 영역을 제1온도로 가열하고, 상기 제2패턴 가열부는 나머지 영역을 상기 제1온도와 서로 다른 제2온도로 가열하는 태양전지의 열확산용 열처리 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제2온도가 상기 제1온도보다 더 높은 태양전지의 열확산용 열처리 장치.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 제1,2패턴 가열부에 전류를 인가하는 전류 인가부를 더 포함하는 태양전지의 열확산용 열처리 장치.
KR1020090067675A 2009-07-24 2009-07-24 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치 KR101597825B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090067675A KR101597825B1 (ko) 2009-07-24 2009-07-24 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090067675A KR101597825B1 (ko) 2009-07-24 2009-07-24 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110010224A true KR20110010224A (ko) 2011-02-01
KR101597825B1 KR101597825B1 (ko) 2016-02-25

Family

ID=43770795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090067675A KR101597825B1 (ko) 2009-07-24 2009-07-24 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101597825B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101308706B1 (ko) * 2012-02-22 2013-09-13 주식회사 디엠에스 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101428841B1 (ko) * 2011-07-25 2014-08-14 한국에너지기술연구원 그리드 구조의 후면전극를 포함하는 태양전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100537439B1 (ko) * 2003-05-06 2005-12-16 준 신 이 고준위/저준위 일괄 도핑처리 태양전지 제조방법 및 이에 사용되는 광학계
JP2007235174A (ja) * 1996-12-24 2007-09-13 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw 選択性拡散領域を有する光電池
KR20080014751A (ko) * 2005-04-26 2008-02-14 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 태양전지의 제조 방법 및 태양전지
KR20090067675A (ko) * 2007-12-21 2009-06-25 재단법인 포항산업과학연구원 망간 단괴로부터 유가금속 화합물 및 황산나트륨의 동시제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007235174A (ja) * 1996-12-24 2007-09-13 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw 選択性拡散領域を有する光電池
KR100537439B1 (ko) * 2003-05-06 2005-12-16 준 신 이 고준위/저준위 일괄 도핑처리 태양전지 제조방법 및 이에 사용되는 광학계
KR20080014751A (ko) * 2005-04-26 2008-02-14 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 태양전지의 제조 방법 및 태양전지
KR20090067675A (ko) * 2007-12-21 2009-06-25 재단법인 포항산업과학연구원 망간 단괴로부터 유가금속 화합물 및 황산나트륨의 동시제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428841B1 (ko) * 2011-07-25 2014-08-14 한국에너지기술연구원 그리드 구조의 후면전극를 포함하는 태양전지
KR101308706B1 (ko) * 2012-02-22 2013-09-13 주식회사 디엠에스 태양 전지 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101597825B1 (ko) 2016-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6046661B2 (ja) 太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法
KR101579854B1 (ko) 인 시투 표면 패시베이션을 구비한 이온 주입된 선택적 이미터 태양전지
KR101436357B1 (ko) 선택적 전면 필드를 구비한 후면 접합 태양전지
JP2011512041A (ja) 太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池の製造方法
US20080092944A1 (en) Semiconductor structure and process for forming ohmic connections to a semiconductor structure
US20080290368A1 (en) Photovoltaic cell with shallow emitter
KR101626162B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
JP2013531371A (ja) 拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタ太陽電池
KR19990063990A (ko) 부분적으로 깊게 확산된 에미터가 있는 자가조정식(salde) 태양 전지 및 그 제조 방법
CN102593240B (zh) 太阳能电池及其制造方法
KR20100068832A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20100133420A (ko) 저급의 원료 물질에 기초하여 결정질 실리콘을 사용하는 태양전지 및 제조 방법
KR101925928B1 (ko) 태양 전지 및 그의 제조 방법
NL2004066C2 (en) Solar cell and method for manufacturing of such a solar cell.
KR101699312B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20180067782A (ko) 후면접합 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법
KR101045859B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101597825B1 (ko) 태양전지, 태양전지의 제조방법 및 열확산용 열처리 장치
KR101588457B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20180064265A (ko) 태양 전지 제조 방법 및 태양 전지
KR101588456B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101649372B1 (ko) 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법
KR101890286B1 (ko) 양면형 태양 전지의 제조 방법
KR20120019936A (ko) 태양 전지의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190114

Year of fee payment: 4