KR20110071378A - 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법 - Google Patents

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KR20110071378A
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양수미
노성봉
송석현
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Abstract

본 발명은 후면의 n 도핑영역과 p 도핑영역을 형성함에 있어서 별도의 마스크 작업이 요구되지 않으며, 이종접합형 태양전지와 후면전계형 태양전지를 접목시켜 태양전지의 광전변환효율을 극대화시킬 수 있는 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계 및 상기 기판의 후면 내부에 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역을 교번하여 배치되도록 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 단계는, 제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 접합영역에 상응하는 기판 후면 상에 제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 불순물을 포함하는 액상의 용액을 스크린프린팅 방법을 통해 도포하여 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층을 형성하는 과정과, 상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층 내의 불순물 이온을 기판 후면 내부로 확산하여 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
후면전계, 이종접합, 마스크, 레이저

Description

후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법{Method for fabricating back contact type hetero-junction solar cell}
본 발명은 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후면의 n 도핑영역과 p 도핑영역을 형성함에 있어서 별도의 마스크 작업이 요구되지 않으며, 이종접합형 태양전지와 후면전계형 태양전지를 접목시켜 태양전지의 광전변환효율을 극대화시킬 수 있는 후면전계형 이종접합 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, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
일반적인 태양전지는 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는다. 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다. 이와 같은 수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전계형 태양전지가 제안되었다. 후면전계형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 바와 같이 태양전지는 p-n 접합으로 이루어진 다이오드라 할 수 있는데, 이는 p형 반도체층과 n형 반도체층의 접합 구조로 이루어진다. 통상, p형 기판에 p형 불순물 이온을 주입하여 p형 반도체층을 형성하여(또는 그 반대) p-n 접합을 구현한다. 이와 같이, 태양전지의 p-n 접합을 구성하기 위해서는 필연적으로 불순물 이온이 주입된 반도체층이 요구된다.
그러나, 광전변환에 의해 생성된 전하가 이동 중에 태양전지의 반도체층에 존재하는 침입형 사이트(interstitial sites) 또는 대체형 사이트(substitutional sites)에 포집되어 재결합되는 경우가 발생하며, 이는 태양전지의 광전변환효율에 악영향을 끼친다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 진성층(intrinsic layer)을 구비시키는 이른바, 이종접합형(hetero-junction) 태양전지가 제시되었으며 이를 통해 캐리어(carrier)의 재결합률을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 이종접합형 태양전지와 후면전계형 태양전지를 접목시켜 태양전지의 광전변환효율을 극대화시킬 수 있는 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 후면의 n 도핑영역과 p 도핑영역을 형성함에 있어서, 별도의 마스크 작업이 요구되지 않는 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계 및 상기 기판의 후면 내부에 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역을 교번하여 배치되도록 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 단계는, 제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 접합영역에 상응하는 기판 후면 상에 제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 불순물을 포함하는 액상의 용액을 스크린프린팅 방법을 통해 도포하여 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층을 형성하는 과정과, 상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층 내의 불순물 이온을 기판 후면 내부로 확산하여 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접 합영역을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판 전면 상에 진성층과 제 1 도전형의 비정질 실리콘층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역 상에 각각 제 1 도전형 전극과 제 2 도전형 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
p형 및 n형 불순물층의 도포 후 열처리를 통해 p 접합영역과 n 접합영역을 형성함에 따라, 별도의 마스크 작업이 요구되지 않아 공정을 단순화시킬 수 있게 된다.
또한, 태양전지의 후면 상에 (+) 전극과 (-) 전극이 모두 구비됨에 따라 수광면적을 극대화할 수 있으며, 불순물 이온이 주입되지 않은 진성층이 구비됨으로 인해 캐리어의 재결합률을 최소화하여 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태 양전지의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 1 및 도 2a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형 예를 들어, n형의 결정질 실리콘 기판(201)을 준비한다. 그런 다음, 상기 기판(201)의 표면에 요철(202)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S101). 상기 텍스쳐링 공정은 광흡수를 극대화하기 위한 것이며, 습식 식각 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다.
이어, p 접합영역(204) 및 n 접합영역(206) 형성공정을 진행한다. 상기 p 접합영역(204) 형성공정과 n 접합영역(206) 형성공정은 독립적으로 순차적으로 진행되며, 그 순서는 무관하다. 또한, 상기 p 접합영역(204) 및 n 접합영역(206)은 별도의 마스크 작업 없이 진행된다.
p 접합영역(204) 형성공정을 먼저 진행하는 경우, 도 2b에 도시한 바와 같이 p 접합영역(204)이 형성될 부위의 기판(201) 후면 상에 p형 불순물을 포함하는 액상의 용액을 스크린프린팅 방법을 통해 도포하여 p형 불순물층(203)을 형성한다(S102). 그런 다음, 기판(201)을 열처리하여 상기 p형 불순물층(203) 내의 p형 불순물 이온을 기판 내부로 확산시켜 p 접합영역(204)을 형성한다. 이 때, 상기 열처리에 의해 p형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산됨과 함께 재배열되어 활성화된다. 이어, 기판(201) 후면 상에 잔존하는 p형 불순물층(203)을 제거한다.
상기 기판(201) 후면 내부에 p 접합영역(204)이 형성된 상태에서, 도 2c에 도시한 바와 같이 n 접합영역(206)이 형성될 부위의 기판(201) 후면 상에 n형 불순물을 포함하는 액상의 용액을 스크린프린팅 방법을 통해 도포하여 n형 불순물층(205)을 형성한다. 그런 다음, 기판(201)을 열처리하여 상기 n형 불순물층(205) 내의 p형 불순물 이온을 기판 내부로 확산시켜 n 접합영역(206)을 형성한다(S103). 이에 따라, p 접합영역(204)과 n 접합영역(206)이 교번, 배치되는 형태로 형성된다.
상기 p 접합영역(204) 및 n 접합영역(206)이 형성된 상태에서, 도 2d에 도시한 바와 같이 상기 기판(201) 전면 상에 불순물 이온이 주입되지 않은 비정질 실리콘 재질의 진성층(207)(intrinsic layer)을 적층한다. 상기 진성층(207)은 플라즈마 강화 화학기상증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
그런 다음, 상기 진성층(207) 상에 n형 비정질 반도체층(208)(n+ a-Si:H)을 형성한다. 상기 n형 비정질 반도체층(208)은 비정질 실리콘층의 형성시 n형 불순물 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 이와 같은 상태에서, 상기 n형 비정질 반도체층(208) 상에 실리콘 질화막 재질의 반사방지막(209)을 형성한다(S104). 이 때, 상기 반사방지막(209)과 n형 비정질 반도체층(208) 사이의 응력을 완화시키기 위해 상기 반사방지막(209) 형성 전에 실리콘 산화막 재질의 버퍼층을 상기 n형 비정질 실리콘층 상에 형성할 수도 있다.
이어, 도 2e에 도시한 바와 같이 상기 p 접합영역(204)과 n 접합영역(206) 상에 각각 p 전극(210)과 n 전극(211)을 형성하면(S105) 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법은 완료된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
201 : 기판 202 : 요철
203 : p형 불순물층 204 : p 접합영역
205 : n형 불순물층 206 : n 접합영역
207 : 진성층 208 : n형 비정질 반도체층
209 : 반사방지막 210 : p 전극
211 : n 전극

Claims (2)

  1. 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 기판의 후면 내부에 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역을 교번하여 배치되도록 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 단계는,
    제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 접합영역에 상응하는 기판 후면 상에 제 1 도전형 또는 제 2 도전형의 불순물을 포함하는 액상의 용액을 스크린프린팅 방법을 통해 도포하여 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층을 형성하는 과정과,
    상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 도전형 또는 제 2 도전형 불순물층 내의 불순물 이온을 기판 후면 내부로 확산하여 제 1 도전형의 접합영역 또는 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역을 형성하는 단계 이후에,
    상기 기판 전면 상에 진성층과 제 1 도전형의 비정질 실리콘층을 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 제 1 도전형의 비정질 실리콘층 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 도전형의 접합영역과 제 2 도전형의 접합영역 상에 각각 제 1 도전형 전극과 제 2 도전형 전극을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 후면전계형 이종접합 태양전지의 제조방법.
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