KR20110130191A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110130191A
KR20110130191A KR1020100049713A KR20100049713A KR20110130191A KR 20110130191 A KR20110130191 A KR 20110130191A KR 1020100049713 A KR1020100049713 A KR 1020100049713A KR 20100049713 A KR20100049713 A KR 20100049713A KR 20110130191 A KR20110130191 A KR 20110130191A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
forming
transparent conductive
semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020100049713A
Other languages
English (en)
Inventor
이정현
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
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 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to KR1020100049713A priority Critical patent/KR20110130191A/ko
Priority to US13/114,520 priority patent/US20110290309A1/en
Priority to CN2011101446707A priority patent/CN102263141A/zh
Publication of KR20110130191A publication Critical patent/KR20110130191A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 투명도전층; 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 제1 전극; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 투명도전층; 상기 제2 투명도전층 상에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제1 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제1 보조층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제2 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제2 보조층 중 적어도 하나의 보조층을 포함하여 이루어진 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 제1 보조층 또는 제2 보조층에 의해서 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 제1 투명도전층 또는 제2 투명도전층으로 보다 용이하게 전도될 수 있어 태양전지의 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{Solar Cell and method of manufacturing the same}
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이에, 상기 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 태양전지가 제안된 바 있다. 이하 도면을 참조로 종래의 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 태양전지는, 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 제1 전극(30), 제2 반도체층(40), 및 제2 전극(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 박막 형태로 형성되고, 상기 제2 반도체층(40)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 박막 형태로 형성되며, 이와 같은 상기 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 및 제2 반도체층(40)의 조합에 의해 PN접합구조가 이루어지게 된다.
상기 제1 전극(30)은 상기 제1 반도체층(20) 상에 형성되고, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 반도체층(40) 상에 형성되어, 각각 태양전지의 (+)전극 또는 (-)전극을 이루게 된다.
이와 같은 종래의 태양전지에 태양광이 입사되면 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 정공(hole) 또는 전자(electron)와 같은 캐리어(carrier)가 생성되고, 이와 같은 캐리어는 상기 제1 반도체층(20)을 경유하여 상기 제1 전극(30)으로 이동함과 더불어 상기 제2 반도체층(40)을 경유하여 상기 제2 전극(50)으로 이동하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 태양전지는 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 생성된 정공 또는 전자와 같은 캐리어가 상기 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)으로 이동하는 이동성이 떨어져 태양전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공 또는 전자와 같은 캐리어가 제1 전극 및 제2 전극으로 원활히 이동할 수 있도록 함으로써 전지 효율이 향상된 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 투명도전층; 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 제1 전극; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 투명도전층; 상기 제2 투명도전층 상에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제1 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제1 보조층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제2 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제2 보조층 중 적어도 하나의 보조층을 포함하여 이루어진 태양전지를 제공한다.
여기서, 상기 제1 보조층은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어지고, 상기 제2 보조층은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제1 보조층은 Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3와 같은 3족 원소를 포함하는 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 보조층은 SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx와 같은 4족 원소를 포함하는 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에는 진성 반도체층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제1 투명도전층 및 제2 투명도전층 중 적어도 하나의 투명도전층은 ZnO를 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극은 태양광이 입사될 수 있도록 소정 형태로 패턴 형성될 수 있다.
상기 제1 보조층 또는 제2 보조층은 3nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정; 상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정; 상기 제2 투명도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정; 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명도전층 사이에 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제1 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제1 보조층을 형성하는 공정 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 투명도전층 사이에 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제2 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제2 보조층을 형성하는 공정 중 적어도 하나의 보조층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 보조층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 제2 보조층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있고, 이 경우, 상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 P형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 N형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에 진성 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼 상에 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있고, 이 경우, 상기 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있으며, 특히, 상기 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 소정의 도펀트 분위기로 조성된 챔버 내에서 별도의 도펀트를 상기 챔버 내로 공급하지 않으면서 수행하고, 상기 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행할 수 있다.
상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정 및 제2 투명도전층을 형성하는 공정 중 적어도 하나의 공정은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 ZnO를 포함하는 화합물을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 제1 투명도전층에서 수집된 후 제1 전극을 이동함과 더불어 제2 투명도전층에서 수집된 후 제2 전극으로 이동하기 때문에 종래에 비하여 캐리어의 이동도가 증가하게 된다.
특히, 본 발명은 제1 반도체층과 제1 투명도전층 사이에 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 제1 보조층을 형성하거나 또는 제2 반도체층과 제2 투명도전층 사이에 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 제2 보조층을 형성함으로써, 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 제1 투명도전층 또는 제2 투명도전층으로 보다 용이하게 전도될 수 있어, 결국 태양전지의 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
태양전지
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지는, 반도체 웨이퍼(100), 제1 반도체층(200), 제1 보조층(300), 제1 투명도전층(400), 제1 전극(500), 제2 반도체층(600), 제2 보조층(700), 제2 투명도전층(800), 및 제2 전극(900)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, N형 실리콘 웨이퍼 또는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 이와 같은 반도체 웨이퍼(100)는 상기 제1 반도체층(200) 및 상기 제2 반도체층(600) 중 어느 하나의 반도체층과 동일한 극성으로 이루어진다.
상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 함께 PN접합을 형성할 수 있으며, 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제1 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 정공의 수집효율을 극대화하기 위해서는 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하고, 따라서, 수광면에 가까운 상기 제1 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제1 보조층(300)은 상기 제1 반도체층(200)과 제1 투명도전층(400) 사이에 형성되어, 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 정공(hole)이 상기 제1 투명도전층(400)으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다.
보다 구체적으로는, 상기 제1 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제1 보조층(300)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 것이 바람직하고, 특히, (-)극성을 띠는 물질층은 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3와 같은 3족 원소를 포함하는 산화물을 들 수 있다.
상기 제1 투명도전층(400)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 정공을 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제1 전극(500)으로 이동시킨다.
이와 같은 제1 투명도전층(400)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 많은 양의 태양광 투과가 가능한 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(500)은 상기 제1 투명도전층(400) 상에 형성되어 태양전지의 맨 전면(前面)을 구성하게 된다. 따라서, 태양전지 내부로 태양광이 투과될 수 있도록 상기 제1 전극(500)은 소정 형태로 패턴 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1 전극(500)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 전도성이 우수한 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(600)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제2 반도체층(600)은 상기 제1 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성되는데, 상기 제1 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 반도체층(600)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어진다. 특히, 상기 제2 반도체층(600)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 보조층(700)은 상기 제2 반도체층(600)과 제2 투명도전층(800) 사이에 형성되어, 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 전자(electron)가 상기 제2 투명도전층(800)으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다.
보다 구체적으로는, 상기 제2 반도체층(600)이 N형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 보조층(700)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 것이 바람직하고, 특히, (+)극성을 띠는 물질층은 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx와 같은 4족 원소를 포함하는 산화물을 들 수 있다.
상기 제2 투명도전층(800)은 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 전자를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 상기 제2 전극(900)으로 이동시킨다.
이와 같은 제2 투명도전층(800)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명의 경우 상기 제2 투명도전층(800)으로 ITO 대신에 ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al과 같은 ZnO를 포함하는 화합물을 이용할 수 있다.
ITO는 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 방식으로 형성되는데, 이와 같은 물리적 기상 증착 방식으로 상기 제2 투명도전층(800)을 형성하게 되면, 상기 제2 투명도전층(800)이 균일하지 못하고 그 내부에 보이드(void)와 같은 결함(defect)이 발생할 수 있다. 이와 같이 상기 제2 투명도전층(800)에 보이드와 같은 결함이 발생할 경우에는 상기 제2 전극(900)과의 접촉면적이 줄어들어 캐리어의 원활한 수집 및 이동이 이루어지지 않게 된다.
특히, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면이 텍스쳐 공정에 의해 요철구조로 형성된 경우, 상기 제2 투명도전층(800)의 표면 또한 요철구조로 형성될 수 있는데, 이 경우, 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착 방식으로 ITO층을 형성하게 되면, ITO층 내부에 보이드와 같은 결함 발생이 매우 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 ITO 대신에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학적 기상 증착 방식(Chemical Vapor Deposition)으로 형성이 가능한 물질을 이용하여 제2 투명도전층(800)을 형성함으로써 캐리어 수집 및 이동 역할을 극대화할 수 있다. MOCVD와 같은 화학적 기상 증착 방식은 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착 방식에 비하여 형성되는 층이 균일하게 될 수 있기 때문이다. 유사하게, 전술한 제1 투명도전층(400)도 ITO(Indium Tin Oxide) 대신에 ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al과 같은 ZnO를 포함하는 화합물을 이용할 수 있다.
상기 제2 전극(900)은 상기 제2 투명도전층(800) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(900)은 태양전지의 맨 후면(後面)에 형성되기 때문에 제2 투명도전층(800)의 전면(全面)에 형성될 수 있다. 다만, 반사되는 태양광이 태양전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(900)도 패턴 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(900)은 상기 제1 전극(500)과 마찬가지로, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어가 제1 투명도전층(400)에서 수집된 후 제1 전극(500)을 이동함과 더불어 제2 투명도전층(800)에서 수집된 후 제2 전극(800)으로 이동하기 때문에 종래에 비하여 캐리어의 이동도가 증가하게 된다.
다만, 만약, 제1 보조층(300)을 형성하지 않고 제1 반도체층(200) 상에 상기 제1 투명도전층(400)을 직접 형성하게 되면, 상기 제1 반도체층(200)과 제1 투명도전층(400) 사이의 에너지 밴드 갭(energy band gap)에 의해서 정공과 같은 캐리어가 상기 제1 반도체층(200)에서 제1 투명도전층(400)으로 전도가 용이하지 않게 될 수 있다. 따라서, 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제1 투명도전층(400) 사이에 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 제1 보조층(300)을 추가로 형성함으로써 상기 제1 반도체층(200)에서 제1 투명도전층(400)으로 정공의 전도가 용이하게 될 수 있다.
유사하게, 만약, 제2 보조층(700)을 형성하지 않고 제2 반도체층(600) 상에 상기 제2 투명도전층(800)을 직접 형성하게 되면, 상기 제2 반도체층(600)과 제2 투명도전층(800) 사이의 에너지 밴드 갭(energy band gap)에 의해서 전자와 같은 캐리어가 상기 제2 반도체층(600)에서 제2 투명도전층(800)으로 전도가 용이하지 않게 될 수 있다. 따라서, 상기 제2 반도체층(600)과 상기 제2 투명도전층(800) 사이에 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 제2 보조층(700)을 추가로 형성함으로써 상기 제2 반도체층(600)에서 제2 투명도전층(800)으로 전자의 전도가 용이하게 될 수 있다.
이와 같은 제1 보조층(300) 및 제2 보조층(700)은 3nm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직한데, 만약, 3nm를 초과하는 두께로 형성될 경우에는 오히려 정공 또는 전자의 전도도가 떨어질 수 있기 때문이다.
한편, 도 2에는 제1 보조층(300)과 제2 보조층(700)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제1 보조층(300)과 제2 보조층(700) 중에서 어느 하나의 보조층 만을 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 반도체 웨이퍼(100)와 제1 반도체층(200) 사이에 제1 진성 반도체층(150)이 추가로 형성됨과 더불어 반도체 웨이퍼(100)와 제2 반도체층(600) 사이에 제2 진성 반도체층(550)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 고농도의 도펀트 가스를 이용하여 제1 반도체층(200) 또는 제2 반도체층(600)을 형성하게 되면 상기 고농도의 도펀트 가스에 의해서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect)이 발생할 수 있다.
따라서, 도 3에 도시한 본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고 그 후 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 진성 반도체층(550)을 형성하고 그 후 상기 제2 진성 반도체층(550) 상에 제2 반도체층(600)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다.
한편, 도 3에는 제1 진성 반도체층(150)과 제2 진성 반도체층(550)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제1 진성 반도체층(150)과 제2 진성 반도체층(550) 중에서 어느 하나의 진성 반도체층 만을 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 반도체층(200) 및 제2 반도체층(600)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층(210) 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210) 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)으로 이루어진다.
또한, 상기 제2 반도체층(600)은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층(610) 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610) 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)은 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)에 비하여 상대적으로 도펀트의 농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)과 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)은 각각 전술한 도 3에 도시한 제2 실시예에서의 제1 진성 반도체층(150)과 제2 진성 반도체층(550)과 동일한 역할을 한다.
즉, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)을 형성함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있고, 아울러, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)을 형성함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있다.
따라서, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210) 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)의 도펀트 농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지는 전술한 도 3에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지에 비하여 생산성이 우수한 장점이 있다. 즉, 전술한 도 3에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지는 제1 진성 반도체층(150) 및 제2 진성 반도체층(550)을 형성하기 위해서 증착 장비가 추가되고 공정이 복잡해져서 생산성이 떨어질 수 있지만, 도 4에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지는 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있고, 아울러 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에 별도의 증착 장비나 공정이 추가되지 않는 장점이 있다.
한편, 도 4에는 제1 반도체층(200)이 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)으로 이루어지고, 제2 반도체층(600)이 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)으로 이루어진 모습을 도시하였지만, 어느 하나의 반도체층 만이 저농도 도핑된 반도체층과 고농도 도핑된 반도체층으로 이루어질 수도 있다.
[태양전지의 제조방법]
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 P형 반도체층, 예로서 P형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 보조층(300)을 형성한다.
상기 제1 보조층(300)을 형성하는 공정은, 상기 제1 반도체층(200) 상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 (-)극성을 띠는 물질층, 예로서, Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3와 같은 3족 원소를 포함하는 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 보조층(300) 상에 제1 투명도전층(400)을 형성한다.
상기 제1 투명도전층(400)을 형성하는 공정은 스퍼터링 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(400) 상에 제1 전극(500)을 형성한다.
상기 제1 전극(500)은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 패턴 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(500)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속재질을 이용한 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때, 프린팅 공정은 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing), 그라비아 오프셋 프린팅(Gravure Offset Printing), 리버스 프린팅(Reverse Printing), 플렉소 프린팅(Flexo Printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 방법이 될 수 있다. 여기서, 스크린 프린팅 방법은 스크린 위에 잉크를 올리고, 일정 압력으로 스퀴지(Squeegee)를 가압하면서 이동시켜 스크린의 메쉬를 통해 잉크를 전사하는 방식이다. 잉크젯 프린팅 방법은 매우 작은 잉크 방울을 기판에 충돌시켜 프린팅하는 방식이다. 그라비아 프린팅 방법은 평평한 비화선부에 묻어 있는 잉크를 닥터 블레이드로 제거하고 에칭되어 오목한 화선부에 묻어 있는 잉크만을 기판에 전이시켜 프린팅하는 방식이다. 그라비아 오프셋 프린팅 방법은 잉크를 인쇄판에서 블랑켓에 전사하고 그 블랑켓의 잉크를 다시 기판에 전사하는 방식이다. 리버스 프린팅 방법은 용매를 잉크로 이용하여 프린팅하는 방식이다. 플렉소 프린팅 방법은 양각되어 있는 부분에 잉크를 묻혀서 이를 프린트하는 방식이다. 마이크로 콘택 프린팅 방법은 스탬프에 원하는 물질을 올려 도장처럼 찍어 프린팅하는 방식이다.
이와 같이, 프린팅 공정을 이용할 경우 한 번의 공정으로 제1 전극(500)을 소정 간격으로 이격되게 패턴형성할 수 있어 공정이 단순해지는 장점이 있다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(600)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(600)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 N형 반도체층, 예로서 N형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(600) 상에 제2 보조층(700)을 형성한다.
상기 제2 보조층(700)을 형성하는 공정은, 상기 제2 반도체층(600) 상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 (+)극성을 띠는 물질층, 예로서, SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx와 같은 4족 원소를 포함하는 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5g에서 알 수 있듯이, 상기 제2 보조층(700) 상에 제2 투명도전층(800)을 형성한다.
상기 제2 투명도전층(800)을 형성하는 공정은 스퍼터링 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학적 기상 증착 방식(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al과 같은 ZnO를 포함하는 화합물로 제2 투명도전층(800)을 형성할 경우, 스퍼터링을 이용하여 ITO로 제2 투명도전층(800)을 형성하는 경우에 비하여, 제2 투명도전층(800)의 균일도가 증가될 수 있다. 앞선 공정의 제1 투명도전층(800)도 마찬가지이다.
다음, 도 5h에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(800) 상에 제2 전극(900)을 형성하여, 태양전지의 제조를 완성한다.
상기 제2 전극(900)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 전술한 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전극(900)은 도시된 바와 같이 제2 투명도전층(800)의 전면(全面)에 형성할 수 있지만, 전술한 도 2에서와 같이, 태양광이 입사될 수 있도록 패턴 형성할 수도 있다.
한편, 이상과 같은 도 5a 내지 도 5h에 도시한 공정에서, 제1 보조층(300)을 형성하는 공정 및 제2 보조층(700)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정을 생략할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 3에 도시한 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 바와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 진성 반도체층(150)을 형성한다.
상기 제1 진성 반도체층(150)은 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 보조층(300)을 형성하고, 상기 제1 보조층(300) 상에 제1 투명도전층(400)을 형성하고, 그리고, 상기 제1 투명도전층(400) 상에 제1 전극(500)을 형성한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 진성 반도체층(550)을 형성한다.
상기 제2 진성 반도체층(550)은 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 제2 진성 반도체층(550) 상에 제2 반도체층(600)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(600) 상에 제2 보조층(700)을 형성하고, 상기 제2 보조층(700) 상에 제2 투명도전층(800)을 형성하고, 그리고, 상기 제2 투명도전층(800) 상에 제2 전극(900)을 형성하여, 태양전지의 제조를 완성한다.
한편, 이상과 같은 도 6a 내지 도 6d에 도시한 공정에서, 제1 보조층(300)을 형성하는 공정 및 제2 보조층(700)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정을 생략할 수도 있다. 또한, 상기 제1 진성 반도체층(150)을 형성하는 공정 및 제2 진성 반도체층(550)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정을 생략할 수도 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 4에 도시한 제3 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 전술한 실시예와 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성한다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210) 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
상기 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(220)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 대량생산하에서 최초의 태양전지 생산을 위한 공정에서는, 상기 챔버 내에 소정량의 B2H6가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(210), 구체적으로는 저농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다. 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(220), 구체적으로는 고농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다.
한편, 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(220) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 B2H6가스가 잔존하게 된다. 따라서, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 P형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, B2H6가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(210)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(220)을 형성하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 다른 실시예의 경우 하나의 챔버 내에서 반응가스의 공급량 만을 조절함으로써 상기 저농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(210) 및 고농도 도핑된 P형의 제1 반도체층(220)을 연속하여 형성할 수 있어, 장비가 추가되거나 공정이 추가되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 보조층(300)을 형성하고, 상기 제1 보조층(300) 상에 제1 투명도전층(400)을 형성하고, 그리고, 상기 제1 투명도전층(400) 상에 제1 전극(500)을 형성한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(600)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(600)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610) 상에 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 제2 반도체층(610)과 고농도 도핑된 제2 반도체층(620)은 전술한 저농도 도핑된 제1 반도체층(210)과 고농도 도핑된 제1 반도체층(220)과 유사하게 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)과 같은 5족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(610)과 고농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(620)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 챔버 내에 소정량의 PH3가스를 투입하여 챔버 내부를 N형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(610)을 형성하고, 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(620)을 형성한다.
한편, 상기 고농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(620) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 PH3가스가 잔존하게 되어, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 N형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, PH3가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(610)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형의 제2 반도체층(620)을 형성할 수 있다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(600) 상에 제2 보조층(700)을 형성하고, 상기 제2 보조층(700) 상에 제2 투명도전층(800)을 형성하고, 그리고, 상기 제2 투명도전층(800) 상에 제2 전극(900)을 형성하여, 태양전지의 제조를 완성한다.
한편, 이상과 같은 도 7a 내지 도 7d에 도시한 공정에서, 제1 보조층(300)을 형성하는 공정 및 제2 보조층(700)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정을 생략할 수도 있다. 또한, 상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정 및 제2 반도체층(600)을 형성하는 공정 중 어느 하나의 공정은 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정을 생략할 수도 있다.
이상은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200), 제1 보조층(300), 제1 투명도전층(400) 및 제1 전극(500)을 차례로 형성하고, 그 후에 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(600), 제2 보조층(700), 제2 투명도전층(800) 및 제2 전극(900)을 차례로 형성한 공정의 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 공정을 다양하게 변경하는 경우도 포함한다.
예로서, 본 발명은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성하고 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(600)을 형성한 후, 그 후, 제1 반도체층(200) 상에 제1 보조층(300)을 형성하고 제2 반도체층(600) 상에 제2 보조층(700)을 형성한 후, 그 후, 상기 제1 보조층(300) 상에 제1 투명도전층(400)을 형성하고 상기 제2 보조층(700) 상에 제2 투명도전층(800)을 형성한 후, 그 후, 상기 제1 투명도전층(400) 상에 제1 전극(500)을 형성하고 상기 제2 투명도전층(800) 상에 제2 전극(900)을 형성하는 경우도 포함한다.
또한, 이상은, 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 N형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 P형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(600)을 N형 반도체층으로 형성한 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 PN접합구조를 이루면서 반도체 웨이퍼와 박막의 반도체층으로 구성되는 태양전지의 제조방법이면 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 P형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 N형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(600)을 P형 반도체층으로 형성하는 경우도 포함한다.
100: 반도체 웨이퍼 200: 제1 반도체층
210: 저농도 도핑된 제1 반도체층 220: 고농도 도핑된 제1 반도체층
300: 제1 보조층 400: 제1 투명도전층
500: 제1 전극 600: 제2 반도체층
610: 저농도 도핑된 제2 반도체층 620: 고농도 도핑된 제2 반도체층
700: 제2 보조층 800: 제2 투명도전층
900: 제2 전극

Claims (19)

  1. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼:
    상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 투명도전층;
    상기 제1 투명도전층 상에 형성된 제1 전극;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 투명도전층;
    상기 제2 투명도전층 상에 형성된 제2 전극; 및
    상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제1 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제1 보조층 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 투명도전층 사이에 형성되어 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제2 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제2 보조층 중 적어도 하나의 보조층을 포함하여 이루어진 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보조층은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 물질층으로 이루어지고, 상기 제2 보조층은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 보조층은 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 보조층은 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 보조층은 3족 원소를 포함하는 산화물로 이루어지고, 상기 제2 보조층은 4족 원소를 포함하는 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 보조층은 Al2O3, Ga2O3, 또는 In2O3을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 보조층은 SiOx, TiOx, ZrOx, 또는 HfOx를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체층 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에는 진성 반도체층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층 및 제2 투명도전층 중 적어도 하나의 투명도전층은 ZnO를 포함하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 태양광이 입사될 수 있도록 소정 형태로 패턴 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보조층 또는 제2 보조층은 3nm 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 반도체 웨이퍼의 타면에, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정;
    상기 제2 투명도전층 상에 제2 전극을 형성하는 공정; 및
    상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명도전층 사이에 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제1 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제1 보조층을 형성하는 공정 및 상기 제2 반도체층과 상기 제2 투명도전층 사이에 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 캐리어가 상기 제2 투명도전층으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 제2 보조층을 형성하는 공정 중 적어도 하나의 보조층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 보조층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 정공을 끌어당길 수 있도록 (-)극성을 띠는 산소 풍부(oxygen-rich) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어지고,
    상기 제2 보조층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼에서 생성된 전자를 끌어당길 수 있도록 (+)극성을 띠는 산소 부족(oxygen-deficient) 산화물층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 P형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어지고,
    상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 N형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼와 상기 제1 반도체층 사이 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층 사이 중 적어도 하나에 진성 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼 상에 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 반도체층 상에 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 저농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 소정의 도펀트 분위기로 조성된 챔버 내에서 별도의 도펀트를 상기 챔버 내로 공급하지 않으면서 수행하고,
    상기 고농도 도핑된 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정 및 제2 투명도전층을 형성하는 공정 중 적어도 하나의 공정은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 ZnO를 포함하는 화합물을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
KR1020100049713A 2010-05-27 2010-05-27 태양전지 및 그 제조방법 KR20110130191A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100049713A KR20110130191A (ko) 2010-05-27 2010-05-27 태양전지 및 그 제조방법
US13/114,520 US20110290309A1 (en) 2010-05-27 2011-05-24 Solar Cell and Method for Manufacturing the Same
CN2011101446707A CN102263141A (zh) 2010-05-27 2011-05-26 太阳能电池及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100049713A KR20110130191A (ko) 2010-05-27 2010-05-27 태양전지 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110130191A true KR20110130191A (ko) 2011-12-05

Family

ID=45009702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100049713A KR20110130191A (ko) 2010-05-27 2010-05-27 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110290309A1 (ko)
KR (1) KR20110130191A (ko)
CN (1) CN102263141A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101886832B1 (ko) * 2017-11-20 2018-08-08 충남대학교산학협력단 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법
WO2019103570A1 (ko) * 2017-11-27 2019-05-31 성균관대학교산학협력단 전하 선택 접합형 태양전지 및 이의 제조 방법
WO2019107869A1 (ko) * 2017-11-30 2019-06-06 성균관대학교산학협력단 반송자 선택형 태양전지 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013077685A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置
WO2014185356A1 (ja) * 2013-05-14 2014-11-20 三菱電機株式会社 光起電力素子及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004006537A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 薄膜形成方法及び装置並びに太陽電池の製造方法並びに太陽電池
EP1643564B1 (en) * 2004-09-29 2019-01-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Photovoltaic device
US7375378B2 (en) * 2005-05-12 2008-05-20 General Electric Company Surface passivated photovoltaic devices
KR101460580B1 (ko) * 2008-02-20 2014-11-12 주성엔지니어링(주) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
TWI427811B (zh) * 2008-05-14 2014-02-21 Sino American Silicon Prod Inc 供薄膜型太陽能電池用之半導體結構組合及其製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101886832B1 (ko) * 2017-11-20 2018-08-08 충남대학교산학협력단 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 제조 방법
WO2019103570A1 (ko) * 2017-11-27 2019-05-31 성균관대학교산학협력단 전하 선택 접합형 태양전지 및 이의 제조 방법
WO2019107869A1 (ko) * 2017-11-30 2019-06-06 성균관대학교산학협력단 반송자 선택형 태양전지 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20110290309A1 (en) 2011-12-01
CN102263141A (zh) 2011-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5396444B2 (ja) 集積型薄膜光起電力素子及びその製造方法
KR20090089944A (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR20120011110A (ko) 기판형 태양전지 및 그 제조방법
JP5656330B2 (ja) 光電変換装置の作製方法
KR20110130191A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR100990864B1 (ko) 태양전지 및 그 제조 방법
KR20090028883A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
US20120264253A1 (en) Method of fabricating solar cell
KR20120104846A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101410392B1 (ko) 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법
KR20090128984A (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
JP2012023347A (ja) 光電変換装置及びその作製方法
KR20110043147A (ko) 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법
KR101863068B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
US9871159B2 (en) Apparatus for generating electricity using solar power and method for manufacturing same
KR20120062432A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20170097440A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20130022097A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20140022508A (ko) 후면전극형 이종접합 태양전지의 제조방법
KR101854236B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101641929B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그의 제조방법
KR101940074B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101925263B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101643231B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101769777B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid