KR20110032407A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 전면전극과 후면전극이 단락되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판의 전면과 후면에 각각 구비된 전면전극과 후면전극 및 상기 기판의 양측면 상에 구비되어 상기 전면전극과 후면전극의 전기적 단락을 차단하는 단선용 절연층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 아이솔레이션
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 전면전극과 후면전극이 단락되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 태양전지 및 그 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.
태양전지의 구조를 살펴보면, 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, 상기 n형 반도체층(102)을 형성하는 공정은, 일반적으로 n형 불순물 이온이 포함된 용액을 통해 n형 불순물 이온이 기판에 주입되고 후속의 열처리 공정에 의해 n형 불순물 이온이 기판 상부 내에 확산되는 방식으로 진행된다. 이 때, n형 불순물 이온이 포함된 용액은 기판의 상부면뿐만 아니라 기판의 측면 및 하부면과도 접촉하게 되어 실질적으로, 기판의 상부 이외에 기판의 측부 및 하부에도 도 1에 도시한 바와 같이 n형 반도체층(102)이 형성된다.
이와 같이 기판의 측부 및 하부에 형성된 n형 반도체층은 전면전극과 후면전극을 단락(short)시켜 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 측부 및 하부의 n형 반도체층에 의한 전면전극과 후면전극 사이의 전기적 연결은 방지되어야 한다.
이를 위해 종래의 경우, 레이저를 이용하여 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 단선용 트렌치(107)를 형성하거나(도 1 참조) 기판 측면의 일정 두께를 식각, 제거하여 기판 측면의 n형 반도체층을 제거하는 방법을 택하고 있다.
그러나, 레이저를 이용하여 기판에 단선용 트렌치를 형성하는 방법은 기판에 물리적인 응력이 가해지는 문제점이 있으며, 습식 식각을 통해 기판의 측면을 식각 하는 방법은 기판 측면에 측면 클리핑(side clipping) 등을 야기시켜 태양전지의 특성을 저하시키는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양전지의 전면전극과 후면전극이 단락되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판의 전면과 후면에 각각 구비된 전면전극과 후면전극 및 상기 기판의 양측면 상에 구비되어 상기 전면전극과 후면전극의 전기적 단락을 차단하는 단선용 절연층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판의 상층부와 하층부에 각각 반도체층이 구비되며, 상기 단선용 절연층은 상기 기판 상층부의 반도체층과 기판 하층부의 반도체층을 단선시킨다. 또한, 상기 단선용 절연층은 실리콘 질화막으로 이루어지거나, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 이중층으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 확산 공정을 통해 기판 내에 반도체층을 형성하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 확산 공정 전에 상기 기판 측면 상에 단선용 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 단선용 절연층이 형성된 상태에서 상기 기판의 전면과 후면 상에 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 단선용 절연층은 상기 전면전극과 후면전극이 전기적으로 단락되는 것을 차단한다. 또한, 상기 확산 공정을 통해 상기 기판의 상층부와 하층부에 각각 반도체층이 형성되며, 상기 단선용 절연층은 상기 기판 상층부의 반도체층과 기판 하층부의 반도체층을 단선시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
기판 측면 상에 단선용 절연층을 구비시킴으로써 전면전극과 후면전극의 단선을 효과적으로 유도할 수 있게 되며, 종래와 같이 레이저를 이용한 트렌치 형성, 기판 측면의 습식 식각을 이용하지 않음에 따라 태양전지의 물리적 특성 및 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 복수의 기판을 대상으로 한꺼번 단선용 절연층을 형성할 수 있어 공정 효율을 향상시킬 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 제 1 도전형의 기판(310)을 구비한다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며 일 예로, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
상기 기판(310)의 상층부에는 확산 공정을 통해 형성되는 n형 반도체층(320)이 구비되며, 이에 따라 p형 기판(310)과 n형 반도체층(320)은 P-N 접합을 이룬다. 이 때, 상기 기판(310)의 하층부에도 n형 반도체층(320)이 구비될 수도 있다.
상기 기판(310) 전면 상에는 반사방지막(303)이 구비되며, 상기 반사방지막(303) 상에는 전면전극(304)이 구비된다. 또한, 상기 기판(310) 후면 상에는 후면전극(305)이 구비되며, 이와 함께 상기 후면전극(305)과 접하는 기판(310) 하부에 BSF(Back surface field)층(330)이 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 기판(310)의 양측면 상에는 단선용 절연층(302)이 구비된다. 상기 단선용 절연층(302)은 기판(310) 상층부의 n형 반도체층(320)과 기판(310) 하층부의 n형 반도체층(320)을 전기적으로 단선시켜 궁극적으로 상기 전면전극(304)과 후면전극(305)이 단락되는 것을 차단하는 역할을 한다. 상기 단선용 절연층(302)은 실리콘 질화막(Si3N4)의 단일층으로 구성되거나 실리콘 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막의 이중층으로 구성될 수 있다. 상기 단선용 절연층(302)이 실리콘 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막의 이중층으로 구성되는 경우, 상기 실리콘 산화막은 기판(310)과 실리콘 질화막 사이에 구비되어 응력을 완화시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설 명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(310)을 준비한다. 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310)이 준비된 상태에서, 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310)의 상부면에 요철(301)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S302). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(310) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 상기 요철(301)을 형성할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(310)의 측면 상에 단선용 절연층(302)을 형성한다. 상기 단선용 절연층(302)은 화학기상증착 공정 예를 들어, PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정 등을 통해 형성될 수 있으며, 후속의 확산 공정시 n형 불순물 이온이 상기 기판(310)의 측면 내부로 확산되는 것을 방지하여 궁극적으로, 전면전극(304)과 후면전극(305)이 단락되는 것을 차단하는 역할을 한다.
또한, 상기 단선용 절연층(302)은 실리콘 질화막(Si3N4)의 단일층으로 구성되거나 실리콘 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막의 이중층으로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 실리콘 산화막은 실리콘 질화막과 기판(310) 사이에 구비되어 응력(stress)을 완화시키는 버퍼층의 역할을 한다. 한편, 상기 단선용 절연층(302)을 형성함에 있어서, 공정 효율을 위해 복수의 기판(310)을 적층시킨 상태에서 한꺼번에 단선용 절연층(302) 형성 공정을 진행할 수 있다.
이와 같이 기판(310) 측면에 단선용 절연층(302)이 형성된 상태에서, 확산 공정을 진행한다. 구체적으로, 도 3c에 도시한 바와 같이 n형 불순물 이온을 함유한 불순물 용액 예를 들어, POCl3 용액을 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310) 상에 도포한다. 그런 다음, 상기 실리콘 기판(310)을 열처리하여 상기 POCl3 용액 내의 인(P) 이온이 상기 실리콘 기판(310)의 내부로 확산(diffusion)되도록 하고, 이를 통해 상기 실리콘 기판(310)의 상층부 및 하층부에 n형 반도체층(320)을 형성된다.
이 때, 상기 기판(310)의 측면에 단선용 절연층(302)이 구비됨에 따라, 기판(310) 측면 방향으로는 n형 불순물 이온이 침투되지 않게 되어 기판(310)의 측면 내부에는 n형 반도체층(320)이 형성되지 않는다. 따라서, 기판(310) 상층부의 n형 반도체층(320)과 기판(310) 하층부의 n형 반도체층(320)은 전기적으로 단선된 상태를 이루게 된다.
한편, 상기 n형 불순물 이온의 확산 공정으로 인해, 상기 실리콘 기판(310)의 전면 및 후면 상에는 PSG막 등의 부산물(도시하지 않음)이 형성된다. 상기 PSG막은 POCl3 용액의 인(P)과 실리콘 기판(310)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 것이며, 저항 인자로 작용하여 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키기 때문에 필수적으로 제거되어야 한다. 이 때, 상기 PSG막 내에는 기판(310) 표면의 다양한 불순물이 포함되어 있으며, 상기 PSG막의 제거를 통해 기판(310) 표면의 불순물을 함께 제거하는 효과(getting effect)를 얻을 수 있다. 상기 PSG막은 에천트(etchant) 를 이용한 습식 식각을 통해 제거할 수 있다.
PSG막에 제거된 상태에서, 상기 기판(310) 전면 상에 도 3d에 도시한 바와 같이 반사방지막(303)을 형성한다. 상기 반사방지막(303)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다. 그런 다음, 상기 기판(310) 전면의 반사방지막(303) 및 기판(310) 후면 상에 도전성 물질을 스크린 인쇄법 등을 통해 도포한 후, 소성 공정을 진행하면 도 3e에 도시한 바와 같이 전면전극(304)과 후면전극(305)이 형성되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 완료된다. 이 때, 상기 후면전극(305)의 형성 공정시 도전성 물질로 알루미늄 페이스트(Al paste)를 사용할 경우, 후면전극(305)과 접하는 기판(310) 하부에 BSF(back surface field)층(330)을 함께 형성할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
301 : 요철 302 : 단선용 절연층
303 : 반사방지막 304 : 전면전극
305 : 후면전극 310 : 기판
320 : n형 반도체층 330 : BSF층
Claims (9)
- 기판;상기 기판의 전면과 후면에 각각 구비된 전면전극과 후면전극; 및상기 기판의 양측면 상에 구비되어 상기 전면전극과 후면전극의 전기적 단락을 차단하는 단선용 절연층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 상층부와 하층부에 각각 반도체층이 구비되며, 상기 단선용 절연층은 상기 기판 상층부의 반도체층과 기판 하층부의 반도체층을 단선시키는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단선용 절연층은 실리콘 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단선용 절연층은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 이중층으로 구성되며, 상기 실리콘 산화막이 상기 기판 측면 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 확산 공정을 통해 기판 내에 반도체층을 형성하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 확산 공정 전에 상기 기판 측면 상에 단선용 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 단선용 절연층이 형성된 상태에서 상기 기판의 전면과 후면 상에 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 단선용 절연층은 상기 전면전극과 후면전극이 전기적으로 단락되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 확산 공정을 통해 상기 기판의 상층부와 하층부에 각각 반도체층이 형성되며, 상기 단선용 절연층은 상기 기판 상층부의 반도체층과 기판 하층부의 반도체층을 단선시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 단선용 절연층은 실리콘 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 단선용 절연층을 형성하는 것은,상기 기판 측면 상에 실리콘 산화막을 형성하는 공정과,상기 실리콘 산화막 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |