KR20110018687A - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 기판과 후면전극 사이의 접촉 저항을 최소화함과 함께 후면전극 형성에 소요되는 재료를 절감하여 태양전지 제조비용을 낮출 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 p형 반도체층 및 n형 반도체층을 구비하는 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 하부면 상에 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층을 급속 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계 및 상기 실리사이드층 상에 후면전극용 버스바를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 실리사이드층, 후면전극
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 기판과 후면전극 사이의 접촉 저항을 최소화함과 함께 후면전극 형성에 소요되는 재료를 절감하여 태양전지 제조비용을 낮출 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 물질, 형태에 따라 다양하게 구 분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(105)과 후면전극(106)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 상층부에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(104)이 구비된다.
한편, 태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위한 조건 중 하나는 실리콘 기판과 후면전극 사이의 접촉 저항을 최소화시키는 것이다. 이를 위해 최근에는, 실리콘 기판의 후면 상에 은(Ag) 재질의 버스바(bus bar)를 형성하고, 버스바 전면 상에 알루미늄(Al)을 도포하여 후면전극을 구성하는 방식이 제안되었으나, 버스바와 실리콘 기판 사이의 접촉 저항이 또 다른 문제로 작용한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 실리콘 기판과 후면전극 사이의 접촉 저항을 최소화함과 함께 후면전극 형성에 소요되는 재료를 절감하여 태양전지 제조비용을 낮출 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 p형 반도체층 및 n형 반도체층을 구비하는 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 하부면 상에 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층을 급속 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계 및 상기 실리사이드층 상에 후면전극용 버스바를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
p형 반도체층 및 n형 반도체층을 구비하는 실리콘 기판을 준비하는 단계는, p형의 실리콘 기판을 준비하는 과정과, 상기 기판 전면 및 후면 상에 텍스쳐링을 통해 요철을 형성하는 과정과, 상기 실리콘 기판의 상층부 및 하층부에 n형 불순물 이온을 주입하여 n형 반도체층을 형성하는 과정과, 상기 실리콘 기판의 상부면 상에 반사방지막을 형성하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 상기 금속층은 코발트 또는 티타늄으로 이루어질 수 있다.
상기 금속층을 급속 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계 이후, 실리사 이드층을 형성하지 않은 미반응 금속층을 습식, 식각하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
실리콘 기판 하부면과 후면전극 사이에 실리사이드층이 구비됨에 따라, 후면전극과 실리콘 기판 사이의 접촉 저항을 저하시킬 수 있게 된다. 또한, 실리사이드층에 의해 접촉 저항이 저하됨으로 인해 후면전극 형성시 소요되는 재료를 절감할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(210)을 준비한다. 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며 일 예로, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(210)이 준비된 상태에서, 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(210)의 상부면에 요철(201)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다. 상기 텍스쳐링 공정은 기판 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것 이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 상기 요철(201)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 요철(201)은 실리콘 기판의 상부면뿐만 아니라 하부면 상에도 형성할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 2b에 도시한 바와 같이 제 2 도전형의 불순물 이온을 함유한 불순물 용액 예를 들어, POCl2 용액을 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(210) 상에 도포한다. 그런 다음, 상기 실리콘 기판(210)을 대상으로 열처리 과정을 적용하여 상기 POCl2 용액 내의 인(P) 이온이 상기 실리콘 기판(210)의 내부로 확산(diffusion)되도록 하고, 이를 통해 상기 실리콘 기판(210)의 상층부 및 하층부에 n형 반도체층(212)을 형성한다. 이에 따라, 상기 실리콘 기판(210)의 하층부, 중앙부, 상층부에 각각 n형 반도체층(212), p형 반도체층(211), n형 반도체층(212)이 구비되어 P-N 접합을 이루게 된다.
P-N 접합이 형성된 상태에서, 도 2c에 도시한 바와 같이 기판 전면 상에 반사방지막(202)을 형성한다. 상기 반사방지막(202)은 화학기상증착 공정 예를 들어, PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 반사방지막(202)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다. 일 예로, 원료가스인 SiH4와 NH3을 플라즈마 상태로 방전, 활성화시켜 실리콘 질화막 재질의 반사방지막을 형성시킬 수 있다.
그런 다음, 도 2d에 도시한 바와 같이 스퍼터링(sputtering) 또는 원자층적층방법(atomic layer deposition) 등을 이용하여 상기 실리콘 기판의 하부면 상에 금속층(203)을 형성한다. 이 때, 상기 금속층(203)은 코발트(Co), 티타늄(Ti) 등으로 구성될 수 있으며, 상기 금속층(203)이 형성된 실리콘 기판 하부면의 면저항은 150∼350Ω/□을 갖는 것이 바람직하다.
이어, 상기 금속층(203)을 700∼800℃의 온도 하에서 급속 열처리(rapid thermal process)한다. 상기 급속 열처리에 의해 상기 금속층(203)과 실리콘 기판(210)이 반응하여 실리사이드층(204)이 형성된다(도 2e 참조). 실리사이드 반응을 하지 않은 미반응 금속층은 황산, 과산화수소 등을 이용하여 제거한다.
상기 실리콘 기판의 하부면 상에 실리사이드층(204)이 형성된 상태에서, 도 2f에 도시한 바와 같이 상기 실리사이드층(204) 및 반사방지막(202) 상에 각각 후면전극용 버스바(bus bar)(205), 전면전극용 버스바(206)를 형성한다. 이 때, 상기 버스바는 은(Ag)으로 구성될 수 있다. 그런 다음, 상기 후면전극용 버스바(205)를 포함한 실리사이드층(204) 전면 상에 알루미늄(Al) 재질의 후면전극(207)을 형성하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 완료된다.
실리콘(Si)보다 전기저항이 작은 실리사이드층(204)이 실리콘 기판의 하부면 상에 형성되고, 상기 실리사이드층(204) 상에 후면전극용 버스바(205) 및 후면전극(207)이 구비되어 전기전도도가 향상되는 구조임에 따라, 종래에 대비하여 후면전극용 버스바 및 후면전극의 높이를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지의 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
201 : 요철 202 : 반사방지막
203 : 금속층 204 : 실리사이드층
205 : 후면전극용 버스바 206 : 전면전극용 버스바
207 : 후면전극 210 : 실리콘 기판
211 : p형 반도체층 212 : n형 반도체층
Claims (4)
- p형 반도체층 및 n형 반도체층을 구비하는 실리콘 기판을 준비하는 단계;상기 실리콘 기판의 하부면 상에 금속층을 형성하는 단계;상기 금속층을 급속 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계; 및상기 실리사이드층 상에 후면전극용 버스바를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, p형 반도체층 및 n형 반도체층을 구비하는 실리콘 기판을 준비하는 단계는,p형의 실리콘 기판을 준비하는 과정과,상기 기판 전면 및 후면 상에 텍스쳐링을 통해 요철을 형성하는 과정과,상기 실리콘 기판의 상층부 및 하층부에 n형 불순물 이온을 주입하여 n형 반도체층을 형성하는 과정과,상기 실리콘 기판의 상부면 상에 반사방지막을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속층은 코발트 또는 티타늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속층을 급속 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계 이후,실리사이드층을 형성하지 않은 미반응 금속층을 습식, 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |