KR20110136180A - 전극의 형성 방법 및 이를 이용한 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전극의 저항을 낮출 수 있는 전극의 형성 방법 및 이를 이용한 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. 전극의 형성 방법은 기판 상에 도전성 페이스트를 도포하고, 도전성 페이스트를 건조 또는 저온에서 가열하여 금속층을 형성하고, 금속층에 전계를 인가하여 금속층에 의한 주울 히팅(Joule heating)에 의해서 금속층을 열처리하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 전극의 형성 방법 및 이를 이용한 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극의 저항을 낮출 수 있는 전극의 형성 방법 및 이를 이용한 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양 전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양 전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양 전지라 한다)를 일컫는다.
태양 전지의 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력 전류 Ip와 출력 전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양 전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양 전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.
태양 전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양 전지의 태양광에 대한 반사율을 높이고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 하며, 반도체 기판 및 전극에서의 저항을 낮추어야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극의 저항을 낮출 수 있는 전극의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전극의 저항을 낮출 수 있는 전극의 형성 방법을 이용한 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 형성 방법은, 기판 상에 도전성 페이스트를 도포하고, 상기 도전성 페이스트를 건조 또는 저온으로 가열하여 금속층을 형성하고, 상기 금속층에 전계 를 인가하여 상기 금속층에 의한 주울 히팅(Joule heating)에 의해서 상기 금속층을 열처리하는 것을 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 결정질 실리콘층의 제1 면 상에 도전성 페이스트를 도포하고, 상기 도전성 페이스트를 건조 또는 저온에서 가열하여 금속층을 형성하고, 상기 금속층에 전계를 인가하여 상기 금속층에 의한 주울 히팅에 의해서 상기 금속층을 열처리하여 제1 전극을 형성하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 형성 방법을 공정 순서대로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법 중 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지의 사시도이다.
도 9 내지 도 14는 도 6의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 15 내지 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 전면 전극 형성용 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 광흡수층의 후면에 텍스쳐링 구조를 형성하는 것을 나타낸 사시도이다.
도 18 내지 도 21은 도 8의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법 중 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지의 사시도이다.
도 9 내지 도 14는 도 6의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 15 내지 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 전면 전극 형성용 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 광흡수층의 후면에 텍스쳐링 구조를 형성하는 것을 나타낸 사시도이다.
도 18 내지 도 21은 도 8의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 형성 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 형성 방법을 공정 순서대로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 도전성 페이스트(paste)(110)를 도포한다. 도전성 페이스트(110)의 조성은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 금속 파우더, 유리 프릿, 및 바인더를 포함할 수 있다. 금속 파우더로는 전기 전도도 및 반사도가 우수한 은, 알루미늄, 티타늄 및 이들의 합금 등을 이용할 수 있다. 도전성 페이스트(110)를 기판(100) 상에 도포하는 방법은 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 스프레이(spray)법, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯(ink-jet)법, 그라비어(gravure) 인쇄법, 오프셋(off-set) 인쇄법, 또는 디스펜싱(dispensing)법 등을 이용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도전성 페이스트(110)를 건조 또는 저온으로 가열하여 금속층(120)을 형성한다. 도전성 페이스트(110)가 건조 또는 저온으로 가열되어 고체 상태의 금속층(120)으로 형성된 후에, 금속층(120)에 전계를 인가하는 것이 가능하다(도 3 및 도 5 참조). 도전성 페이스트(110)의 건조 또는 저온 가열시 온도는 약 200℃ 이하일 수 있다. 도전성 페이스트(110)가 도포된 기판(100)을 공정 챔버에 넣고 공정 챔버 내의 온도를 상승시킴으로써, 도전성 페이스트(110)를 건조 또는 저온으로 가열시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 금속층(120)에 전계를 인가한다. 금속층(120)의 양쪽 단부에 프로브(probe)(130)를 접촉시킨 후 프로브(130)에 전압(V)을 인가하여 금속층(120)에 전계를 인가한다.
금속층(120)에 전계가 인가되면 금속층(120)에 전류가 흐르면서 주울(joule)열이 발생한다. 본 발명에 따른 전극의 형성 방법에서는 이러한 주울열을 이용하는 주울 히팅(joule heating) 방식으로 금속층(120)을 열처리한다.
금속층(120)에 인가되는 전계 조절함으로써, 금속층(120)의 열처리 온도를 조절할 수 있다. 금속층(120)을 원하는 온도에서 열처리 하기 위하여 금속층(120)에 인가해야 하는 전계 금속층(120)의 선폭, 높이, 길이 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 금속층(120)의 선폭이 약 4mm 정도인 경우, 금속층(120)에 인가되는 전압은 약 100V 이하일 수 있으며, 전류는 약 5A 이하일 수 있다.
금속층(120)에 전계를 인가하는 것은 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안 인가한다. 이때 전계는 일반적인 직류 전원으로 인가하거나 펄스를 적용한 직류 전원으로 인가할 수 있다. 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하면 미세한 온도 제어가 용이하며, 금속층(120) 하부에 형성된 기판(100)의 손상을 방지하기에 더 유리할 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 주울 히팅(joule heating) 방식으로 금속 층(120)을 열처리하여 전극(150)을 완성한다.
본 발명의 제1 실시예서와 같이 도전성 페이스트(110)를 이용하여 전극(150)을 형성하는 경우, 도전성 페이스트(110)를 고온에서 열처리 할수록 완성된 전극(150)의 저항이 감소하는 경향이 있다. 예를 들어 도전성 페이스트(110)의 열처리 온도를 약 170℃에서 약 220℃로 상승시키는 경우, 전극(150)의 선저항이 약 30 Ω/m 내지 약 120 Ω/m 정도 감소할 수 있다. 그런데 도전성 페이스트(110)를 고온에서 열처리하기 위해 공정 챔버의 온도를 고온으로 상승시키는 경우, 도전성 페이스트(110)가 형성된 하부 기판(100)이 열에 의해 손상될 수 있다.
그러나 주울 히팅 방식의 경우, 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안에 금속층(120)을 약 300℃ 내지 약 400℃ 정도의 온도로 가열할 수 있다. 주울 히팅 방식을 이용하는 경우에는 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안에만 금속층(120)에 열을 가하기 때문에, 금속층(120) 하부에 형성된 기판(100)까지 그러한 열이 전달되는 것을 방지할 수 있으므로, 기판(100)이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 금속층(120)에 전계를 인가할 때 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하는 경우에는 미세한 온도 제어가 용이하므로, 금속층(120) 하부에 형성된 기판(100)의 손상을 방지하기에 더 유리할 수 있다.
이하, 도 1 내지 2 및 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법 중 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법은 금속층에 전계를 인가하는 방법을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 형성 방법과 동일한 바, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 형성 방법에서는 금속층(120)의 양쪽 단부에 금속 플레이트(140)를 접촉시킨 후 금속 플레이트(140)에 전압(V)을 인가하여 금속층(120)에 전계를 인가한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴의 형성 방법을 이용하는 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 6 내지 8을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지에 대해 설명한다. 도 6 내지 8은 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지의 사시도이다.
도 6에 도시된 태양 전지(1)는 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 태양 전지이다. 본 실시예에서는 HIT 태양 전지를 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 전면(front surface)은 태양광의 수광면을 의미하며, 후면(back surface)은 전면에 대향하는 면을 의미한다. 또한 제1 및 제2 도전형은 P형 또는 N형을 의미한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 도전형이 P형이고, 제2 도전형이 N형인 경우를 설명한다.
도 6을 참조하면, 태양 전지(1)는 제2 도전형의 결정질(crystal) 실리콘층(200)의 전면 상에 순차적으로 형성되는 제1 진성(intrinsic) 비정질 실리콘층(210), 제1 도전형의 비정질 실리콘층(220), 제1 투명 도전 산화(TCO, Transparent Conductive Oxide)막(230), 및 전면 전극(270)과 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면 상에 순차적으로 형성되는 제2 진성 비정질 실리콘층(240), 제2 도전형의 비정질 실리콘층(250), 제2 투명 도전 산화막(260), 및 후면 전극(280)을 포함한다.
제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)은 단결정 또는 다결정 실리콘층일 수 있다.
제1 및 제2 진성 비정질 실리콘층(210, 240)은 전자와 정공을 동일한 개수로 포함하고 있는 순수에 가까운 비정질 실리콘층이다. 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)과 제1 도전형의 비정질 실리콘층(220) 사이에 제1 진성 비정질 실리콘층(210)을 형성하고, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)과 제2 도전형의 비정질 실리콘층(250) 사이에 제2 진성 비정질 실리콘층(240)을 형성함으로써, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)과 제1 및 제2 도전형의 비정질 실리콘층(220, 250) 사이의 계면의 결함 등으로 인한 전자와 정공의 재결합을 막을 수 있다. 제1 및 제2 진성 비정질 실리콘층(210, 240)은 약 20 내지 100Å의 두께로 형성될 수 있다.
제1 도전형의 비정질 실리콘층(220) 및 제2 도전형의 비정질 실리콘층(250)은 약 30 내지 100Å의 두께로 형성될 수 있다.
제1 투명 도전 산화막(230)은 태양 전지(1)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사를 최소화시키기 역할을 할 수 있다. 제2 투명 도전 산화막(260)은 태양광에 의해 생성된 전하의 재결합을 최소화시키는 역할을 할 수 있으며, 제1 투명 도전 산화막(230) 또한 그러한 역할을 할 수 있다. 제1 투명 도전 산화막(230)과 제2 투명 도전 산화막(260)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), 또는 AZO(Alumium-doped Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 산화막으로 형성될 수 있다. 제1 투명 도전 산화막(230) 및 제2 투명 도전 산화막(260)은 약 800 내지 1,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
전면 전극(270)은 태양광의 수광 면적을 형성하기 위하여 격자(grid) 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전면 전극(270)은 버스 바(bus bar)(271)와 핑거 라인(finger line)(272)을 포함하며, 버스 바(271)와 핑거 라인(272)이 서로 교차하여 형성된 격자 형상을 가질 수 있다.
후면 전극(280)도 전면 전극(270)과 동일하게 격자 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우 후면 전극(280)은 태양광을 수광하는 면에 형성되는 전극이 아니므로, 저항 감소를 위하여 격자 간의 피치를 작게 형성하는 것도 가능하다. 또는 후면 전극(280)은 제2 투명 도전막(260)의 전체 면을 덮도록 형성할 수도 있다.
도 7에 도시된 태양 전지(2)도 HIT 태양 전지이다. 도 7에 도시된 태양 전지(2)가 도 6에 도시된 태양 전지(1)와 다른 점은, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면이 텍스쳐링(texturing) 구조를 가진다는 것이다. 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면을 텍스쳐링 구조로 형성하면 태양 전지(2) 내부로 유효광의 흡수량을 더욱 증가시킬 수 있다. 도 7에서는 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면이 텍스쳐링 구조를 가지는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 도전형의 결정절 실리콘층(200)의 전면 또는 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 전면 및 후면이 모두 텍스쳐링 구조를 가질 수도 있다.
도 8에 도시된 태양 전지(3)는 결정계 태양 전지이다. 본 실시예에서는 결정계 태양 전지를 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 태양 전지(3)는 적층된 제1 도전형의 결정질 실리콘층(310) 및 제2 도전형의 결정질 실리콘층(320)을 포함하고, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(320)의 전면 상에 적층된 반사 방지층(330)과 전면 전극(340) 및 제1 도전형의 결정질 실리콘층(310)의 후면 상에 적층된 후면 전극(350)을 포함한다.
제1 도전형의 결정질 실리콘층(310) 및 제2 도전형의 결정질 실리콘층(320)은 단결정 또는 다결정 실리콘층일 수 있다.
반사 방지층(330)은 태양 전지(3)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사를 최소화시키는 역할을 할 수 있으며, 실리콘 질화막(SiNx) 등으로 형성할 수 있다.
전면 전극(340)은 태양광의 수광 면적을 형성하기 위하여 격자 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전면 전극(340)은 버스 바(341)와 핑거 라인(342)을 포함하며, 버스 바(341)와 핑거 라인(342)이 서로 교차하여 형성된 격자 형상을 가질 수 있다.
후면 전극(350)은 태양광을 수광하는 면에 형성되는 전극이 아니므로, 저항 감소를 위하여 제1 도전형의 결정질 실리콘층(310)의 전체 면을 덮도록 형성할 수 있다. 또는 후면 전극(350)을 전면 전극(340)과 동일하게 격자 형상으로 형성할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6 및 도 9 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9 내지 도 14는 도 6의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 전면 상에 제1 진성 비정질 실리콘층(210), 제1 도전형의 비정질 실리콘층(220) 및 제1 투명 도전 산화막(230)을 순차적으로 형성한다. 제1 진성 비정질 실리콘층(210), 제1 도전형의 비정질 실리콘층(220) 및 제1 투명 도전 산화막(230)을 형성하는 것은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면 상에 제2 진성 비정질 실리콘층(240), 제2 도전형의 비정질 실리콘층(250) 및 제2 투명 도전 산화막(260)을 순차적으로 형성한다. 제2 진성 비정질 실리콘층(240), 제2 도전형의 비정질 실리콘층(250) 및 제2 투명 도전 산화막(260)도 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 제1 투명 도전 산화막(230)의 전면 및 제2 투명 도전 산화막(260) 후면 상에 각각 전면 전극 및 후면 전극 형성을 위한 도전성 페이스트(281, 291)를 도포한다. 도전성 페이스트(281, 291)의 조성은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 금속 파우더, 유리 프릿, 및 바인더를 포함할 수 있다. 금속 파우더로는 전기 전도도 및 반사도가 우수한 은, 알루미늄, 티타늄 및 이들의 합금 등을 이용할 수 있다. 도전성 페이스트(281, 291)를 제1 투명 도전 산화막(230) 및 제2 투명 도전 산화막(260) 상에 도포하는 방법은 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 스프레이(spray)법, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯(ink-jet)법, 그라비어(gravure) 인쇄법, 오프셋(off-set) 인쇄법, 또는 디스펜싱(dispensing)법 등을 이용할 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하면, 도전성 페이스트(281, 291)를 건조 또는 저온에서 가열하여 전면 전극 형성용 금속층(293, 294) 및 후면 전극 형성용 금속층(283)을 형성한다. 전면 전극 형성용 금속층(293, 294)은 버스 바 형성용 금속층(293) 및 핑거 라인 형성용 금속층(294)을 포함할 수 있다. 도전성 페이스트(281, 291)의 건조시 온도는 약 200℃ 이하일 수 있다. 도전성 페이스트(281, 291)가 도포된 구조물을 공정 챔버에 넣고 공정 챔버 내의 온도를 상승시킴으로써, 도전성 페이스트(281, 291)를 건조 또는 저온에서 가열시킬 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전면 전극 형성용 금속층(293, 294)에 전계를 인가한다.
도 13을 참조하면, 버스 바 형성용 금속층(293)의 양쪽 단부에 프로브(130)를 접촉시킨 후 프로브(130)에 전압(V)을 인가하여 버스 바 형성용 금속층(293)에 전계를 인가할 수 있다. 버스 바 형성용 금속층(293) 각각에 대하여 프로브(130)를 접촉시켜서 전계를 인가한다. 도 14를 참조하면, 핑거 라인 형성용 금속층(294) 각각에 대하여도 프로브(130)를 접촉시켜서 전계를 인가한다. 프로브(130)를 이용하여 금속층(293, 294)에 전계를 인가하는 경우에는 각 금속층(293, 294)에 인가되는 전계를 개별적으로 세밀하게 조절할 수 있다.
금속층(293, 294)에 전계가 인가되면 금속층(293, 294)에 전류가 흐르면서 주울열이 발생한다. 이러한 주울열을 이용하는 주울 히팅 방식으로 금속층(293, 294)을 열처리한다.
금속층(293, 294)에 인가되는 전계를 조절함으로써, 금속층(293, 294)의 열처리 온도를 조절할 수 있다. 금속층(293, 294)을 원하는 온도에서 열처리 하기 위하여 금속층(293, 294)에 인가해야 하는 전계는 금속층(293, 294)의 선폭, 높이, 길이 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 금속층(293, 294)의 선폭이 약 4mm 정도인 경우, 금속층(293, 294)에 인가되는 전압은 약 100V 이하일 수 있으며, 전류는 약 5A 이하일 수 있다.
금속층(293, 294)에 전계를 인가하는 것은 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안 인가한다. 이때 전계는 일반적인 직류 전원으로 인가하거나 펄스를 적용한 직류 전원으로 인가할 수 있다. 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하면 미세한 온도 제어가 용이하며, 금속층(293, 294) 하부에 형성된 비정질 실리콘층들(210, 220)의 손상을 방지하기에 더 유리할 수 있다.
도 6, 도 13 및 도 14를 참조하면, 주울 히팅 방식으로 버스 바 형성용 금속층(293) 및 핑거 라인 형성용 금속층(294)을 열처리하여 전면 전극(270)의 버스 바(271)와 핑거 라인(272)을 완성한다.
앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우, 도전성 페이스트를 고온에서 열처리 할수록 전극의 저항이 감소하는 경향이 있다. 그런데, 본 실시예에서 설명하고 있는 HIT 태양 전지의 제조에서는 공정 챔버의 온도가 약 200℃를 초과하면 비정질 실리콘층들(210, 220, 240, 250)의 결정화를 초래할 우려가 있다. 비정질 실리콘층들(210, 220, 240, 250)이 결정화된다면, 이는 HIT 태양 전지에서 결함으로 작용할 수 있다.
그러나 본 발명에 따른 일 실시예에서 이용하는 주울 히팅 방식의 경우, 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안에 버스 바 형성용 금속층(293) 및 핑거 라인 형성용 금속층(294)을 약 300℃ 내지 약 400℃ 정도의 온도로 가열할 수 있다. 주울 히팅 방식을 이용하는 경우에는 수 ㎲ec 내지 수 msec의 아주 짧은 시간 동안에만 버스 바 형성용 금속층(293) 및 핑거 라인 형성용 금속층(294)에 열을 가하기 때문에, 버스 바 형성용 금속층(293) 및 핑거 라인 형성용 금속층(294)에 인접한 제1 도전형의 비정질 실리콘층(220)까지 그러한 열이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 비정질 실리콘층들(210, 220)이 결정화 되는 것을 방지하면서 전면 전극(270)의 저항도 감소시킬 수 있다. 한편, 금속층(293, 294)에 전계를 인가할 때 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하는 경우에는 미세한 온도 제어가 용이하므로, 금속층(293, 294) 하부에 형성된 비정질 실리콘층들(210, 220)의 결정화를 방지하기에 더 유리할 수 있다.
한편, 후면 전극 형성용 금속층(283)에도 전면 전극 형성용 금속층(293, 294)에 전계를 인가한 것과 동일한 방법으로 전계를 인가하여 후면 전극(280)의 저항을 감소시킬 수도 있다.
도 6, 도 9 내지 도 12, 및 도 15 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 15 내지 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 전면 전극 형성용 금속층에 전계를 인가하는 방법을 나타낸 사시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 전면 전극 형성용 금속층에 전계를 인가하는 방법을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일한 바, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
도 15를 참조하면, 다수개의 버스 바 형성용 금속층(293)에 걸쳐서 버스 바 형성용 금속층(293)의 양쪽 단부에 금속 플레이트(140)를 접촉시킨 후 금속 플레이트(140)에 전압(V)을 인가하여 다수개의 버스 바 형성용 금속층(293)에 전계를 동시에 인가할 수 있다. 도 16을 참조하면, 다수개의 핑거 라인 형성용 금속층(294)에 걸쳐서 핑거 라인 형성용 금속층(294)의 양쪽 단부에 금속 플레이트(140)를 접촉시켜서 전계를 인가한다. 금속 플레이트(140)를 이용하여 금속층(293, 294)에 전계를 인가하는 경우에는 다수개의 금속층(293, 294)에 전계를 동시에 인가할 수 있으므로, 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
도 7 및 도 9 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 제2 도전형의 결정질 실리콘층의 후면에 텍스쳐링 구조를 형성하는 것을 나타낸 사시도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제2 도전형의 결정질 실리콘층의 후면에 텍스쳐링 구조를 형성하는 것을 제외하고는 본 발명의 제1 내지 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일한 바, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
도 17을 참조하면, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(200)의 후면에 텍스쳐링 구조를 형성하는 것은 공지의 에칭법을 이용한 에칭(etching)에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, TMAH(TetraMethyl Ammonium Hydroxide), 수산화칼륨(KOH), 또는 수산화나트륨(NaOH) 등의 염기성 에칭 용액에 광흡수층(200)을 담금으로써 텍스쳐링 구조를 형성할 수 있다. 이후의 과정은 도 9 내지 도 16에 도시된 태양 전지의 제조 방법에 따라 수행될 수 있다.
도 8 및 도 18 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 18 내지 도 21은 도 8의 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 18을 참조하면, 제1 도전형의 결정질 실리콘층(310) 상에 제2 도전형의 결정질 실리콘층(320)을 형성하고, 제2 도전형의 결정질 실리콘층(320) 상에 반사 방지층(330)을 형성한다.
이어서, 반사 방지층(330)의 전면 및 제1 도전형의 실리콘층(310)의 후면 상에 각각 전면 전극 및 후면 전극 형성을 위한 도전성 페이스트(351, 361)를 도포한다.
이어서, 도 19를 참조하면, 도전성 페이스트(351, 361)를 건조 또는 저온에서 가열하여 전면 전극 형성용 금속층(363, 364) 및 후면 전극 형성용 금속층(353)을 형성한다. 전면 전극 형성용 금속층(363, 364)은 버스 바 형성용 금속층(363) 및 핑거 라인 형성용 금속층(364)을 포함할 수 있다. 도전성 페이스트(361)가 도포된 구조물을 공정 챔버에 넣고 공정 챔버 내의 온도를 상승시킴으로써, 도전성 페이스트(361)를 건조 또는 저온에서 가열시킬 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 전면 전극 형성용 금속층(363, 364)에 전계를 인가한다.
도 20을 참조하면, 버스 바 형성용 금속층(363)의 양쪽 단부에 프로브(130)를 접촉시킨 후 프로브(130)에 전압(V)을 인가하여 버스 바 형성용 금속층(363)에 전계를 인가할 수 있다. 버스 바 형성용 금속층(363) 각각에 대하여 프로브(130)를 접촉시켜서 전계를 인가한다. 도 21을 참조하면, 핑거 라인 형성용 금속층(364) 각각에 대하여도 프로브(130)를 접촉시켜서 전계를 인가한다.
금속층(363, 364)에 전계가 인가되면 금속층(363, 364)에 전류가 흐르면서 주울열이 발생한다. 이러한 주울열을 이용하는 주울 히팅 방식으로 금속층(363, 364)을 열처리한다. 이때 금속층(363, 364)에 인가되는 전계를 조절하여 금속층(363, 364)이 800℃ 이상의 온도에서 열처리되도록 할 수 있다. 본 실시예에서는 금속층(363, 364) 하부에 결정질 실리콘층(310, 320)이 형성되어 있으므로, 앞서 설명한 실시예들과 비교하여 금속층(363, 364)을 보다 고온에서 열처리할 수 있다.
도 8, 도 20 및 도 21을 참조하면, 주울 히팅 방식으로 버스 바 형성용 금속층(363) 및 핑거 라인 형성용 금속층(364)을 열처리하여 전면 전극(340)의 버스 바(341)와 핑거 라인(342)을 완성한다.
한편, 후면 전극 형성용 금속층(353)에도 전면 전극 형성용 금속층(363, 364)에 전계를 인가한 것과 동일한 방법으로 전계를 인가하여 후면 전극(350)의 저항을 감소시킬 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 도전성 페이스트 120: 금속층
130: 프로브 140: 금속 플레이트
200: 제2 도전형의 결정질 실리콘층
210, 240: 진성 비정질 실리콘층
220, 250: 도전형의 비정질 실리콘층
230: 제1 투명 도전 산화막 260: 제2 투명 도전 산화막
270, 340: 전면 전극 280, 350: 후면 전극
310, 320: 도전형의 결정질 실리콘층 330: 반사 방지층
130: 프로브 140: 금속 플레이트
200: 제2 도전형의 결정질 실리콘층
210, 240: 진성 비정질 실리콘층
220, 250: 도전형의 비정질 실리콘층
230: 제1 투명 도전 산화막 260: 제2 투명 도전 산화막
270, 340: 전면 전극 280, 350: 후면 전극
310, 320: 도전형의 결정질 실리콘층 330: 반사 방지층
Claims (21)
- 기판 상에 도전성 페이스트를 도포하고,
상기 도전성 페이스트를 건조 또는 저온에서 가열하여 금속층을 형성하고,
상기 금속층에 전계를 인가하여 상기 금속층에 의한 주울 히팅(Joule heating)에 의해서 상기 금속층을 열처리하는 것을 포함하는 전극의 형성 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층의 양쪽 단부에 프로브(probe)를 접촉시키고, 상기 프로브에 전압을 인가하는 것을 포함하는 전극의 형성 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층의 양쪽 단부에 금속 플레이트를 접촉시키고, 상기 금속 플레이트에 전압을 인가하는 것을 포함하는 전극의 형성 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층에 직류 전원을 인가하는 것인 전극의 형성 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층에 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하는 것인 전극의 형성 방법. - 결정질 실리콘층의 제1 면 상에 도전성 페이스트를 도포하고,
상기 도전성 페이스트를 건조 또는 저온에서 가열하여 금속층을 형성하고,
상기 금속층에 전계를 인가하여 상기 금속층에 의한 주울 히팅에 의해서 상기 금속층을 열처리하여 제1 전극을 형성하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층의 양쪽 단부에 프로브를 접촉시키고, 상기 프로브에 전압을 인가하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층의 양쪽 단부에 금속 플레이트를 접촉시키고, 상기 금속 플레이트에 전압을 인가하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층에 직류 전원을 인가하는 것인 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 금속층에 전계를 인가하는 것은 상기 금속층에 펄스를 적용한 직류 전원을 인가하는 것인 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 결정질 실리콘층의 제1 면은 태양광의 수광면인 태양 전지의 제조 방법. - 제 11항에 있어서,
상기 결정질 실리콘층은 제2 도전형의 결정질 실리콘층인 태양 전지의 제조 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 제2 도전형의 결정질 실리콘층과 상기 제1 전극 사이에 제1 진성 비정질 실리콘층 및 제1 도전형의 비정질 실리콘층을 형성하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 제1 도전형의 비정질 실리콘층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명 도전 산화막을 형성하는 것을 더 포함하며,
상기 도전성 페이스트는 상기 제1 투명 도전 산화막 상에 도포되는 태양 전지의 제조 방법. - 제 14항에 있어서,
상기 제1 투명 도전 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), 또는 AZO(Alumium-doped Zinc Oxide)으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 금속층을 주울 히팅에 의해서 열처리하는 것은 상기 금속층을 300 내지 400℃의 온도에서 열처리하는 것인 태양 전지의 제조 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 도전성 페이스트를 건조 또는 저온에서 가열하는 것은 200℃ 이하의 온도에서 수행되는 태양 전지의 제조 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 제2 도전형의 결정질 실리콘층의 제1 면과 대향하는 상기 제2 도전형의 결정질 실리콘층의 제2 면 상에 제2 전극을 형성하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 18항에 있어서,
상기 제2 도전형의 결정질 실리콘층과 상기 제2 전극 사이에 제2 진성 비정질 실리콘층 및 제2 도전형의 비정질 실리콘층을 형성하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 19항에 있어서,
상기 제2 도전형의 비정질 실리콘층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명 도전 산화막을 형성하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 결정질 실리콘층의 일면에 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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