KR20120005887A - Method for preparing silica anti-reflection coating and silicon solar cell using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a silica antireflection layer and a silicon solar cell using the same are provided to improve a short current density by decreasing a surface reflectivity of the solar cell. CONSTITUTION: Aqueous coating solutions including a silica precursor and a dopant precursor are coated on a semiconductor substrate(100). A dopant containing silica layer(200) is formed by a sol-gel method. The dopant containing silica layer is thermally processed under an air or oxygen containing gas atmosphere. An emitter layer(110) is formed by a p-n junction through the diffusion of a dopant. A spherical silica particle layer is formed on the semiconductor substrate.

Description

실리카 반사방지막의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘 태양전지{METHOD FOR PREPARING SILICA ANTI-REFLECTION COATING AND SILICON SOLAR CELL USING THE SAME}METHODS FOR PREPARING SILICA ANTI-REFLECTION COATING AND SILICON SOLAR CELL USING THE SAME

본원은 실리카 반사방지막의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 졸-젤 방법을 이용한 간단한 공정에 의하여 표면 텍스쳐링(texturing) 처리와 실리카 반사방지막 형성 및 p-n 접합 형성에 의한 에미터층의 형성을 동시에 수행할 수 있는 실리카 반사방지막의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a silica antireflection film and a silicon solar cell using the same, and more particularly, by a surface texturing treatment, a silica antireflection film formation, and a pn junction formation by a simple process using a sol-gel method. The present invention relates to a method for producing a silica antireflection film capable of simultaneously forming an emitter layer and a silicon solar cell using the same.

일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, p-n 접합에서 이러한 전자와 정공의 쌍으로 인해 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다. 이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 활성층에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하고, 전지표면의 반사에 의한 손실을 최소화하는 것이 매우 중요하다.In general, solar cells generate electron and hole pairs inside the semiconductor of the solar cell by light from the outside, and electrons move to the n-type semiconductor by the electric field generated by the pair of electrons and holes at the pn junction. Produces power by moving to p-type semiconductors. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is very important to maximize the number of photons reaching the active layer in the solar cell and to minimize the loss due to reflection of the cell surface.

일반적으로 태양전지의 외면에는 빛의 반사율을 감소시키고자 텍스쳐(texture)를 형성하거나 반사방지막 코팅작업을 실시하게 된다. 표면 텍스쳐는 화학적 방법으로 포토리소그래피(Photolithography)와 식각 용액을 이용하고 있으며, 포토리소그래피는 고가의 비용이 들어 식각 용액을 더 많이 사용하고 있다. 하지만 식각 용액 이용 후 길고 복잡한 세정과정이 필요하며 제조가격 상승 및 제품 수율 면에서 효과적이지 못하다. 반사방지막은 진공증착, 스퍼터링, 플라즈마 화학증착법(PECVD) 등의 증착법에 의해 형성되는데, 이들 대부분은 고가의 진공 장비로 인한 초기 투자비 상승과 운영비의 증가로 저가 고효율 태양전지의 양산에 어려움이 있다.In general, to reduce the reflectance of light on the outer surface of the solar cell to form a texture (texture) or anti-reflective coating is performed. Surface textures use photolithography and etching solutions as chemical methods, and photolithography is more expensive and uses more etching solutions. However, after using the etching solution, a long and complicated cleaning process is required and it is not effective in terms of manufacturing price and product yield. The anti-reflection film is formed by a deposition method such as vacuum deposition, sputtering, and plasma chemical vapor deposition (PECVD), most of which are difficult to mass-produce low-cost, high-efficiency solar cells due to an increase in initial investment and operating costs due to expensive vacuum equipment.

따라서, 보다 간단하고 저렴한 방법으로 실리카 반사방지막을 구현할 수 있는 새로운 기술이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a new technology that can implement a silica antireflection film in a simpler and cheaper way.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원은, 졸-젤 방법을 이용한 간단한 공정에 의하여 표면 텍스쳐링(texturing) 처리와 실리카 반사방지막 형성 및 p-n 접합 형성에 의한 에미터층의 형성을 동시에 수행할 수 있는 실리카 반사방지막의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present application, the silica which can simultaneously perform the surface texturing treatment and the formation of the emitter layer by the silica anti-reflection film formation and pn junction formation by a simple process using a sol-gel method The present invention provides a method of manufacturing an anti-reflection film and a silicon solar cell using the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본원의 제 1 측면은, 반도체 기판 상에 실리카(SiO2) 전구체 및 도펀트(dopant) 전구체를 함유하는 수성 도포액을 액상 도포하여 졸-젤 방법에 의하여 도펀트-함유 실리카 층을 형성하고, 상기 도펀트-함유 실리카 층을 공기 또는 산소-함유 가스 분위기에서 열처리함으로써 상기 도펀트의 확산에 의한 p-n 접합 형성에 의한 에미터층을 형성하고 동시에 상기 반도체 기판 상에 구형 실리카 입자층을 형성하는 것을 포함하며, 상기 구형 실리카 입자층은 반사방지막으로 작용하며 동시에 표면 텍스쳐링(tecturing) 효과도 제공하는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the first aspect of the present application, the dopant- by a sol-gel method by liquid-coating an aqueous coating liquid containing a silica (SiO 2 ) precursor and a dopant precursor on a semiconductor substrate Forming a containing silica layer and heat-treating the dopant-containing silica layer in an air or oxygen-containing gas atmosphere to form an emitter layer by forming a pn junction by diffusion of the dopant and simultaneously forming a spherical silica particle layer on the semiconductor substrate. And forming, wherein the spherical silica particle layer serves as an antireflection film and at the same time provides a surface texturing effect.

예시적 구현예에 있어서, 상기 반도체 기판은 p형 실리콘 기판이고, 상기 도펀트는 n형 도펀트이며, 상기 에미터층은 n형 도핑층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In an exemplary embodiment, the semiconductor substrate may be a p-type silicon substrate, the dopant may be an n-type dopant, and the emitter layer may be an n-type doped layer, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 n형 도펀트는 주기율표 5족 원소를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 인(P = phosphorous), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In an exemplary embodiment, the n-type dopant may use a periodic table group 5 element, and may include, for example, phosphorus (P = phosphorous), arsenic (As), or antimony (Sb), but is not limited thereto. It doesn't happen.

예시적 구현예에 있어서, 상기 실리카 전구체는 유기실란 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실리카 전구체로서 알콕시실란(alkoxysilanes)을 사용할 수 있으며, 그의 예로서, C1 ~6-알콕시실란을 들 수 있다. 이러한 알콕시실란의 구체적인 예로서, 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라부톡시실란(tetrabutoxysilane), 테트라프로폭시실란(tetrapropoxysilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the silica precursor may be an organosilane compound, but is not limited thereto. For example, it is possible to use an alkoxysilane (alkoxysilanes), as the silica precursor, as examples thereof, C 1 ~ 6 - there may be mentioned alkoxysilanes. Specific examples of such alkoxysilanes include those selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane, tetrapropoxysilane, and combinations thereof. But it is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 실리카 전구체는 촉매 및 유기용매를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 촉매는 산 또는 염기 촉매인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the silica precursor may further include a catalyst and an organic solvent, but is not limited thereto. For example, the catalyst may be an acid or a base catalyst, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 도펀트 전구체는 인(P)-함유 화합물, 비소(As)-함유 화합물, 또는 안티몬(Sb)-함유 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the dopant precursor may be a phosphorus (P) -containing compound, an arsenic (As) -containing compound, or an antimony (Sb) -containing compound, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 도펀트 전구체는 유기바인더, 유기용매를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기바인더는 에틸 셀롤로오스(ethyl cellulose), 폴리비닐피롤리돈 polyvinyplyrrolidone, 나일론-6(nylon-6), 니트로셀롤로오스(nitrocellulose), 젤라틴(gelatine), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 폴리아미드 레진(polyamide resin), 틴소톤(Thixoton), 스타치(starch), 폴리에테르-폴리올(polyether-polyols), 폴리에테르우레아-폴리우레탄((polyetherurea-polyurethane), 셀롤로오스 유도체(cellulose derivatives) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 촉매는 산 또는 염기 촉매인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the dopant precursor may further include an organic binder and an organic solvent, but is not limited thereto. For example, the organic binder may be ethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone polyvinyplyrrolidone, nylon-6 (nylon-6), nitrocellulose, gelatin, polyvinyl butyral (polyvinylbutyral), polyamide resin, thixoton, starch, polyether-polyols, polyetherurea-polyurethane, cellulose It may be selected from the group consisting of cellulose derivatives and combinations thereof, but is not limited thereto.For example, the catalyst may be an acid or a base catalyst, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 유기용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), 에틸렌 글리콘 부틸 에테르(ethylene glycol butyl ether), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), N-메틸-2-피리돈(N-methyl-2-pyridone), 에틸렌 글리콜 모노아세테이트(ethylene glycol monoacetate), 디에틸렌 글리콜(diethyleneglycol), 디에틸렌 글리콜 아세테이트(diethylene glycol acetate), 테트라에틸렌 글리콜(tetraethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(propylene glycol monomethyl ether). 트리메틸렌 글리콜(trimethylene glycol), 글리세릴 디아세테이트(glyceryl diacetate), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol), 디프로필 글리콜(dipropyl glycol), 옥실렌 글리콜(oxylene glycol), 1, 2, 6-헥산트리올(1, 2, 6-hexanetriol), 글리세린(glycerine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the organic solvent is N-methylpyrrolidone (NMP), ethylene glycol butyl ether, propylene carbonate, ethylene glycol, N-methyl-2-pyridone ( N-methyl-2-pyridone, ethylene glycol monoacetate, diethyleneglycol, diethylene glycol acetate, tetraethylene glycol, propylene glycol , Propylene glycol monomethyl ether. Trimethylene glycol, glyceryl diacetate, hexylene glycol, dipropyl glycol, oxylene glycol, 1, 2, 6-hexanetriol (1, 2, 6-hexanetriol), glycerin (glycerine) and may be selected from the group consisting of a combination thereof, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 액상 도포는 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the liquid coating may be performed by spin coating, dip coating, or spray coating, but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 도펀트-함유 실리카 층을 형성하는 것은, 상기 도포액의 액상 도포 후 80℃ 이상의 온도, 예를 들어, 80 내지 150 ℃에서 건조하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, forming the dopant-containing silica layer may include drying at a temperature of 80 ° C. or higher, for example, 80 ° C. to 150 ° C. after the liquid phase application of the coating liquid, but is not limited thereto. It doesn't happen.

예시적 구현예에 있어서, 상기 열처리는 500 내지 1500℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the heat treatment may be performed at 500 to 1500 ° C., but is not limited thereto.

예시적 구현예에 있어서, 상기 열처리는 1 torr 내지 760 torr에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the heat treatment may be performed at 1 torr to 760 torr, but is not limited thereto.

또한, 본원의 제 2 측면은 전술한 방법에 따라 제조된 실리카 반사방지막을 포함하는 실리콘 태양전지를 제공한다.In addition, the second aspect of the present application provides a silicon solar cell comprising a silica anti-reflection film prepared according to the method described above.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 의하여, 졸-젤 방법을 이용한 간단한 공정에 의하여 표면 텍스쳐링(texturing) 처리와 실리카 반사방지막 형성 및 p-n 접합 형성에 의한 에미터층의 형성을 동시에 수행할 수 있는 실리카 반사방지막의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공할 수 있다. 상기 본원에 따른 방법에 의하여 제조된 실리카 반사방지막은 태양전지의 표면 반사율을 줄여서 단락 전류밀도를 향상시키는 효과를 얻음과 동시에 보호막(passivation) 기능을 수행할 수 있어 변환 효율 향상을 기대할 수 있다. 또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 고가의 진공장비를 사용하지 않고, 길고 복잡한 공정을 단일 공정으로 표면 텍스쳐 효과를 갖는 실리카 반사방지막, 에미터층을 동시에 형성함으로써 공정을 단순화시킬 수 있어 초기 투자비와 제조 비용을 절감할 수 있으며, 이와 같이 제조공정이 간단하고 고가의 대형 진공장치가 필요치 않아 공정비용을 크게 절감할 수 있어 저가 고효율을 추구하여 태양전지의 광범위한 실용화에 기여할 수 있다. 또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 태양전지 이외에도 반사율이 필수적인 광전소자 또는 광학기기에 있어서 단순하고 저렴한 방법으로 실리카 반사방지막을 형성할 수 있다. According to the above-mentioned problem solving means of the present application, by the present application, it is possible to simultaneously perform the surface texturing treatment and the formation of the emitter layer by the silica anti-reflection film formation and pn junction formation by a simple process using the sol-gel method It is possible to provide a method of manufacturing a silica antireflection film and a silicon solar cell using the same. Silica anti-reflection film prepared by the method according to the present application can achieve the effect of improving the short circuit current density by reducing the surface reflectance of the solar cell and at the same time can perform a passivation function can be expected to improve the conversion efficiency. In addition, according to the aforementioned problem solving means of the present application, the process can be simplified by simultaneously forming a silica anti-reflection film and an emitter layer having a surface texture effect in a single process in a long process without using expensive vacuum equipment. The investment cost and manufacturing cost can be reduced, and thus, the manufacturing process is simple and expensive large vacuum device is not required, which can greatly reduce the process cost, thereby contributing to the wide practical use of solar cells by pursuing low cost and high efficiency. In addition, according to the aforementioned problem solving means of the present application, it is possible to form a silica anti-reflection film in a simple and inexpensive method in the photoelectric device or optical device that reflectance is essential in addition to the solar cell.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 실리카 반사방지막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 실리카 반사방지막의 제조공정의 각 과정에서 형성되는 소자의 단면을 도식적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리카 반사방지막을 포함하는 태양전지의 단면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리카 반사방지막의 FE-SEM 사진으로, (a) 텍스쳐링되지 않은 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 SEM 사진, (b) 1000℃에서 열처리된 구형 실리카막의 표면 SEM 사진, (c) 1000℃에서 열처리된 구형 실리카 입자의 틸트(tilt)된 SEM 사진이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리카 반사방지막의 푸리에 변환-적외선 분광(FT-IR) 스펙트럼이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리카 반사방지막을 자외선/가시광선(UV/VIS) 분광 광도계로 측정한 실리카 반사방지막의 광반사율(light reflectance)을 나타내는 스펙트럼이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리카 반사방지막의 전류-전압 특성 그래프이다.
1 is a schematic view showing a method of manufacturing a silica anti-reflection film according to an embodiment of the present application.
2 is a flow chart schematically showing a cross-section of the device formed in each process of the silica anti-reflection film production process according to an embodiment of the present application.
3 is a cross-sectional view of a solar cell including a silica anti-reflection film prepared according to an embodiment of the present application.
Figure 4 is a FE-SEM picture of the silica antireflection film prepared in accordance with an embodiment of the present application, (a) surface SEM picture of the untextured single crystal silicon wafer, (b) surface SEM picture of the spherical silica film heat-treated at 1000 ℃ , (c) Tilt SEM image of spherical silica particles heat treated at 1000 ° C.
FIG. 5 is a Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum of a silica anti-reflection film prepared according to one embodiment of the present application.
FIG. 6 is a spectrum showing light reflectance of a silica anti-reflection film prepared by using an ultraviolet / visible light (UV / VIS) spectrophotometer.
Figure 7 is a graph of the current-voltage characteristics of the anti-reflection film of silica prepared according to an embodiment of the present application.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments and examples of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments and examples set forth herein. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~의 단계" 또는 "~하는 단계"는 "~위한 단계"를 의미하지 않는다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. As used throughout this specification, the term “step of” or “step of” does not mean “step for.” The terms “about”, “substantially”, etc., as used throughout this specification When manufacturing and material tolerances inherent in the stated meanings are presented, they are used at or in the vicinity of those figures and unfairly exploit the disclosure by which accurate or absolute figures are mentioned to aid the understanding herein. It is used to prevent that.

도 1 및 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제조공정을 개략적으로 나타낸 모식도와, 각 제조공정에서의 소자의 단면을 나타낸 도면이다. 1 and 2 are schematic diagrams schematically showing a manufacturing process according to an embodiment of the present application, and a cross-sectional view of the device in each manufacturing process.

본원의 일 측면에 따른, 실리카 반사방지막의 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 단계; 실리카(SiO2) 전구체 및 도펀트(dopant) 전구체를 함유하는 수성 도포액을 상기 반도체 기판 상에 액상으로 도포하여 도펀트-함유 실리카 층을 형성하는 단계; 및 상기 도펀트-함유 실리카 층을 공기 또는 산소-함유 가스 분위기 하에서 열처리하여 상기 도펀트의 확산에 의한 에미터층 및 소결에 의해 형성된 구형 실리카 반사방지막을 동시에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 구형의 실리카 입자들은 표면 텍스쳐 효과를 낼 수 있다.According to an aspect of the present disclosure, a method of manufacturing a silica antireflection film may include preparing a semiconductor substrate; Applying an aqueous coating liquid containing a silica (SiO 2 ) precursor and a dopant precursor in a liquid phase onto the semiconductor substrate to form a dopant-containing silica layer; And heat treating the dopant-containing silica layer in an air or oxygen-containing gas atmosphere to simultaneously form an emitter layer by diffusion of the dopant and a spherical silica antireflection film formed by sintering. The spherical silica particles may have a surface texture effect.

반도체 기판(100)은 통상적인 다양한 반도체 기판(100)이 이용될 수 있으나, 일반적으로 실리콘 태양전지의 제조를 위해 이용되는 p형 실리콘 기판을 사용할 수 있다. n형 반도체 기판을 이용하는 것 역시 가능하며 이 때에는 상기 도펀트를 p형 도펀트로 이용함으로써 p-n 접합을 형성하는 것이 가능하다. As the semiconductor substrate 100, a variety of conventional semiconductor substrates 100 may be used, but a p-type silicon substrate generally used for manufacturing a silicon solar cell may be used. It is also possible to use an n-type semiconductor substrate, in which case it is possible to form a p-n junction by using the dopant as a p-type dopant.

상기 반도체 기판(100)을 준비하는 단계에서는 준비된 반도체 기판(100)의 에칭 및 불순물의 제거를 위한 전처리를 포함할 수 있다. The preparing of the semiconductor substrate 100 may include pretreatment for etching and removing impurities of the prepared semiconductor substrate 100.

준비된 상기 반도체 기판(100)의 상면에 도펀트를 함유하는 실리카 반사방지막을 형성시키기 위하여, 실리카(SiO2) 전구체 및 도펀트(dopant) 전구체를 함유하는 도포액(졸)을 액상으로 도포한다. 이와 같은 단계를 통해, 상기 반도체 박막 위에 도펀트-함유 실리카 층(200)이 형성될 수 있다.In order to form a silica antireflection film containing a dopant on the prepared upper surface of the semiconductor substrate 100, a coating liquid (sol) containing a silica (SiO 2 ) precursor and a dopant precursor is applied in a liquid state. Through this step, a dopant-containing silica layer 200 may be formed on the semiconductor thin film.

상기 도펀트는 반도체 기판(100)으로 확산되어 p-n 접합면을 형성할 수 있는 물질로서 통상의 도펀트를 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 기판(100)이 p형 실리콘 기판인 경우 상기 도펀트는 n형 도펀트일 수 있고, n형 도펀트의 확산에 따라 n형 도핑층이 에미터층(110)이 될 수 있다. 여기서, n형 도펀트를 도핑하기 위한 도펀트로서 인(P), 비소(As), 안티몬(Ab) 등이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 염화 포스포릴(Phosphoric oxytrichloride, POCl3), 인산(phosphoric acid, H3PO4), 오산화인(diphosphorous pentaoxide, P2O5) 등과 같은 5 가 원소를 함유하는 화합물을 함유할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 반도체 도핑을 위해 통상적으로 사용되는 도펀트가 이용될 수 있다. 인 확산 공정을 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 n형 도핑층을 형성하는 것은 종래에 당업자에게 알려진 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 500℃ 이상의 온도에서 기상 확산(vapor phase diffusion)을 이용하거나, 인 함유 용액을 웨이퍼 표면에 도포하고, 고온으로 어닐링하는 방법 등을 사용할 수 있다.The dopant may be used as a material capable of being diffused into the semiconductor substrate 100 to form a pn junction surface. For example, when the semiconductor substrate 100 is a p-type silicon substrate, the dopant may be an n-type dopant, and the n-type doped layer may be the emitter layer 110 according to the diffusion of the n-type dopant. Here, phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Ab), or the like may be used as a dopant for doping the n-type dopant, for example, phosphoryl oxytrichloride (POCl 3 ), phosphoric acid (phosphoric acid). , H 3 PO 4 ), may contain a compound containing a pentavalent element, such as diphosphorous pentaoxide (P 2 O 5 ), but is not limited thereto, and dopants commonly used for semiconductor doping may be used. Can be. Forming an n-type doped layer on the surface of the silicon wafer through a phosphorus diffusion process may use methods known to those skilled in the art. For example, vapor phase diffusion may be used at a temperature of 500 ° C. or higher, or a method of applying a phosphorus containing solution to the wafer surface and annealing at a high temperature may be used.

한편, 상기 반도체 기판(100)이 n형 실리콘 기판인 경우 상기 도펀트는 p형 도펀트일 수 있고, p형 도펀트의 확산에 따라 p형 도핑층이 에미터층이 될 수 있다. p형 도펀트를 도핑하기 위한 도펀트로서 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 붕산(boric acid, B(OH)3), 삼산화 이붕소(diboron trioxide, B2O3)와 같은 3 가 원소를 함유하는 화합물을 함유할 수 있다.Meanwhile, when the semiconductor substrate 100 is an n-type silicon substrate, the dopant may be a p-type dopant, and the p-type doping layer may be an emitter layer according to the diffusion of the p-type dopant. As the dopant for doping the p-type dopant, boron (B), gallium (Ga), indium (In) and the like may be used. For example, boric acid (B (OH) 3 ), diboron trioxide (diboron) compounds containing trivalent elements such as trioxide, B 2 O 3 ).

상기 수성 도포액은, 실리카 전구체, 도펀트 전구체, 수성 용매를 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 실리카 전구체는 유기실란 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 실리카 전구체로서 알콕시실란(alkoxysilanes)을 사용할 수 있으며, 그의 예로서, C1 ~6-알콕시실란을 들 수 있다. 이러한 알콕시실란의 구체적인 예로서, 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라부톡시실란(tetrabutoxysilane), 테트라프로폭시실란(tetrapropoxysilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The aqueous coating liquid may be prepared by mixing a silica precursor, a dopant precursor, and an aqueous solvent. The silica precursor may be an organosilane compound. For example, it is possible to use an alkoxysilane (alkoxysilanes), as the silica precursor, as examples thereof, C 1 ~ 6 - there may be mentioned alkoxysilanes. Specific examples of such alkoxysilanes include those selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane, tetrapropoxysilane, and combinations thereof. But it is not limited thereto.

상기 도펀트 전구체는 사용하고자 하는 도펀트의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 인(phosphorous)-함유 화합물, 비소(As)-함유 화합물 또는 안티몬(Sb)-함유 화합물일 수 있다. 인을 도펀트로 사용하고자 하는 경우, 인 함유 화합물이 전구체로 사용될 수 있다. 예컨대, POCl3 등이 전구체로 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 인-함유 화합물이 사용될 수 있다. 상기 도포액은 원활한 반응을 위해서, 알코올 및 산을 추가로 포함할 수 있다. The dopant precursor may vary depending on the type of dopant to be used. For example, it may be a phosphorous-containing compound, an arsenic (As) -containing compound, or an antimony (Sb) -containing compound. If phosphorus is to be used as a dopant, a phosphorus containing compound may be used as a precursor. For example, POCl 3 may be used as a precursor, but is not limited thereto, and various phosphorus-containing compounds may be used. The coating liquid may further include an alcohol and an acid for a smooth reaction.

또한, 점도와 도포 특성(printability)을 확보하기 위해, 상기 도펀트 전구체는 유기바인더가 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 에틸 셀롤로오스(ethyl cellulose), 폴리비닐 피로리돈 polyvinyplyrrolidone, 나일론-6(nylon-6), 니트로셀롤로오스(nitrocellulose), 젤라틴(gelatine), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 틴소톤(Thixoton), 스타치(starch), 폴리에테르-폴리올(polyether-polyols), 폴리에트르우레아-폴리우레탄((polyetherurea-polyurethane), 셀롤로오스 유도체(cellulose derivative) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것과 같이 액상 도포가 가능하도록 점도를 조절할 수 있는 고분자 바인더를 점증제(thickening agent)로서 구비할 수 있다.In addition, in order to ensure viscosity and printability, the dopant precursor may further include an organic binder. For example, ethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone polyvinyplyrrolidone, nylon-6 (nylon-6), nitrocellulose, gelatin, polyvinylbutyral, polyvinylbutyral Polyamide resin, thixoton, starch, polyether-polyols, polyetherurea-polyurethane, cellulose derivative ) And a polymer binder capable of adjusting the viscosity to enable liquid coating as selected from the group consisting of a combination thereof may be provided as a thickening agent.

이러한 조성물로 이루어져 있고 에미터층(110)과 반사방지막(200) 역할을 동시에 수행하는 도펀트 전구체로 인해, p-n 접합부가 동시에 형성되므로, 제조 공정이 간단해진다. 사진 식각(photolithography) 공정, 건식 또는 습식 식각 공정 등과 같은 기존의 식각 공정과 본 실시예에 따른 실리카 및 도펀트 전구체를 이용한 공정을 비교하면 다음과 같다. 즉, 본 실시예에 따른 실리카 및 도펀트 전구체를 이용한 식각 공정은 별도의 감광막이나 식각 방지막을 형성하고 식각 후 남아있는 감광막이나 식각 방지층을 제거해야 하는 공정이 불필요하므로, 공정이 간단해진다. 또한 기존의 식각 공정의 경우, 감광막에 노광되는 빛의 양이나 식각제의 침투 정도가 위치에 따라 가변되어 원하는 식각 패턴을 얻지 못하였지만, 본 실시예에 따른 실리카 및 도펀트 전구체를 이용할 경우, 원하는 부분에만 도펀트를 도핑할 수 있다. 또한 식각 방지막을 제거하기 위해 부식성 용액(caustic solution) 등을 사용할 경우, 노출된 표면이 손상되는 문제가 발생하지만, 본 실시예에 따른 실리카 및 도펀트 전구체를 이용할 경우 별도의 식각 방지막을 제거하는 공정이 필요없다. 더욱이, 건식이나 습식 공정을 이용하여 n형 도핑층 및 p형 도핑층을 형성할 경우, 반도체 기판의 일부가 고온에 노출되는 경우가 많아 반도체 기판(100)의 특성에 악영향을 미치는 문제가 발생하지만, 실리카 및 도펀트 전구체를 이용할 경우, 고온으로 인한 반도체 기판(100)의 표면 손상이 줄어든다.
Due to the dopant precursor composed of such a composition and simultaneously performing the role of the emitter layer 110 and the anti-reflection film 200, the pn junction is formed at the same time, the manufacturing process is simplified. Comparing an existing etching process such as a photolithography process, a dry or wet etching process, and a process using a silica and a dopant precursor according to the present embodiment are as follows. That is, the etching process using the silica and the dopant precursor according to the present embodiment does not require a process of forming a separate photoresist film or an etch stop layer and removing the remaining photoresist or etch stop layer after etching, thereby simplifying the process. In addition, in the conventional etching process, the amount of light exposed to the photoresist or the penetration rate of the etchant varies depending on the position, thereby obtaining a desired etching pattern. However, when using the silica and the dopant precursor according to the present embodiment, the desired portion Only dopants can be doped. In addition, when a caustic solution or the like is used to remove the etch stop layer, a problem occurs that the exposed surface is damaged. However, when the silica and the dopant precursors according to the present embodiment are used, a process of removing a separate etch stop layer is required. Not required. In addition, when the n-type doping layer and the p-type doping layer are formed by using a dry or wet process, a part of the semiconductor substrate is often exposed to high temperature, which may adversely affect the characteristics of the semiconductor substrate 100. When using the silica and the dopant precursor, surface damage of the semiconductor substrate 100 due to the high temperature is reduced.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 수성 도포액은 실리카(SiO2)형성을 위한 전구체로서 테트라에톡시실란(TEOS)과 같은 알콕시실란류, 인의 공급원으로 염화포스포릴(POCl3), 염산(HCl), 에탄올(C2H5OH) 및 증류수를 혼합하여 제조할 수 있으며, 이때 용액에서의 원활한 반응을 위하여 교반기로 1 시간 이상을 적정한 온도를 유지하여 계속 교반하여 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the aqueous coating liquid is a precursor for forming silica (SiO 2 ), alkoxysilanes such as tetraethoxysilane (TEOS), phosphoryl chloride (POCl 3 ), and hydrochloric acid (HCl) as a source of phosphorus. ), Ethanol (C 2 H 5 OH) and distilled water can be mixed, and at this time can be prepared by continuously stirring at least 1 hour with a stirrer for a smooth reaction in solution.

상기 액상 도포는 진공을 사용하지 않고 액상의 도포액을 상기 반도체 기판 상에 도포하는 것으로서, 당해 기술 분야에 공지된 다양한 도포 방법이 이용될 수 있다. 예컨대, 졸-겔 법의 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법으로 상기 도포액을 상기 반도체 기판 상에 도포하여, 도펀트를 함유하는 실리카 반사방지막을 형성시킬 수 있다.The liquid coating is to apply a liquid coating liquid onto the semiconductor substrate without using a vacuum, and various coating methods known in the art may be used. For example, a silica anti-reflection film containing a dopant is formed by applying the coating liquid onto the semiconductor substrate by a spin coating, dip coating, spray coating, or the like method of the sol-gel method. Can be formed.

상기 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅을 이용한 액상법으로 반도체 기판 위에 코팅 할 때, 스핀 속도와 담금 시간을 조절하면 태양전지용 반사방지막에 알맞은 수 nm 부터 수십 nm 두께의 박막을 증착할 수 있다. 또한, 상기 도포액 제조시 혼합 비율을 조절해도 형성되는 막의 두께를 조절할 수 있다. 상기 스핀 코팅을 수행하는 경우, 상온에서 스핀속도 1000 rpm 내지 8000 rpm으로 10초 내지 1분 정도의 범위에서 코팅을 수행할 수 있다.When coating on a semiconductor substrate by the liquid phase method using the spin coating, dip coating or spray coating, by controlling the spin speed and immersion time it can be deposited a thin film of several nm to several tens of nm thickness suitable for the anti-reflection film for solar cells. In addition, the thickness of the formed film can be adjusted even if the mixing ratio is adjusted during the preparation of the coating liquid. When the spin coating is performed, the coating may be performed in a range of about 10 seconds to 1 minute at a spin speed of 1000 rpm to 8000 rpm at room temperature.

상기 액상 도포 후 도포된 용액을 건조하기 위한 건조단계를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 도포액이 도포된 기판을 80℃ 이상의 오븐 또는 핫플레이트에서 10분 이상 건조시킬 수 있으며, 기타의 건조 수단을 이용하여 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. It may further include a drying step for drying the applied solution after the liquid coating, for example, the substrate to which the coating liquid is applied may be dried in an oven or hot plate at 80 ° C. or higher for at least 10 minutes, and the like. It may include the step of drying using a drying means.

이어서, 상기 액상 도포로 형성된 도펀트-함유 실리카 층을 공기(air) 분위기 하에서 열처리를 수행한다. 공기 분위기 하에서 열처리를 수행함으로써, 도펀트는 반도체 기판으로 확산되어 에미터층(110)을 형성하고, 실리카는 구형의 입자로 형성되어 상기 에미터층(110) 위에 구형 실리카 반사방지막(200)이 생성될 수 있다.Subsequently, the dopant-containing silica layer formed by the liquid coating is heat-treated under an air atmosphere. By performing a heat treatment under an air atmosphere, the dopant may diffuse into the semiconductor substrate to form the emitter layer 110, and the silica may be formed of spherical particles to form a spherical silica anti-reflection film 200 on the emitter layer 110. have.

상기 열처리의 수행 온도는 500 내지 1500℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 이때 공정압력은 1 torr 내지 상압(760 torr)에서 수행될 수 있다. The temperature of the heat treatment may be performed at a temperature of 500 to 1500 ℃, the process pressure may be performed at 1 torr to normal pressure (760 torr).

본원의 일 실시예에 따르면, 인(phosphorous)이 첨가된 실리카막을 상기 실리콘 기판 상에 n-형 도핑층(300)으로 형성시키기 위해 공기(air) 분위기 노(爐)에서 1 torr 내지 상압(760 torr)의 공정압력과 500 내지 1500℃의 열처리 공정 온도의 조건으로 인의 확산 및 소결을 동시에 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present application, to form a phosphorus-added silica film as the n-type doped layer 300 on the silicon substrate (air) In an atmosphere furnace, phosphorus diffusion and sintering may be simultaneously performed under conditions of a process pressure of 1 torr to 760 torr and a heat treatment process temperature of 500 to 1500 ° C.

전술한 방법으로 제조된 p-n 접합면과 실리카 반사방지막을 가지는 소자는, 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판의 상면에 위치한 에미터층(110), 상기 에미터층(110)의 상면에 위치한 실리카 반사방지막(200)을 포함하며, 상기 반도체 기판(100)과 에미터층(110) 사이에 p-n 접합면이 형성된다. A device having a pn junction surface and a silica antireflection film manufactured by the above method may include a semiconductor substrate 100, an emitter layer 110 disposed on an upper surface of the semiconductor substrate, and a silica antireflection film disposed on an upper surface of the emitter layer 110. And a pn junction surface between the semiconductor substrate 100 and the emitter layer 110.

한편, 태양전지의 제조를 위하여, 전술한 단계에 이어서, 태양전지의 후면 전극(300)과 전면 전극(500)을 연결하는 단계를 추가할 수 있다. 상기 후면 전극(300)과 전면 전극(500)의 연결은 당해 기술 분야에 공지된 통상의 방법을 통하여 수행될 수 있다. On the other hand, in order to manufacture the solar cell, after the above-described step, the step of connecting the rear electrode 300 and the front electrode 500 of the solar cell may be added. The connection of the rear electrode 300 and the front electrode 500 may be performed through a conventional method known in the art.

도 3은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 실리콘 태양전지 소자의 단면을 나타내었다. 도 3에 따르면, 제조된 실리콘 태양전지는 후면 전극(300), 후면 전계층(400), 반도체 기판(100), 에미터층(110), 실리카 반사방지막(200), 전면 전극(500)의 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다. Figure 3 shows a cross section of a silicon solar cell device manufactured according to an embodiment of the present application. According to FIG. 3, the manufactured silicon solar cell includes a rear electrode 300, a rear electric field layer 400, a semiconductor substrate 100, an emitter layer 110, a silica anti-reflection film 200, and a front electrode 500. It may have a stacked structure.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 후면 전극(300)의 연결은, 반도체 기판(100)의 후면에 알루미늄 페이스트를 스크린 인쇄한 다음 열처리하여 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 후면 전극(300)을 형성할 수 있다. 이 때, 열처리에 의해 알루미늄이 반도체 기판(100)의 후면에 소정의 두께만큼 확산되어 p+형의 후면 전계층(400)이 형성될 수 있다. 이러한 후면 전계층(400)은 광여기된 전자가 반도체 기판의 후면으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the rear electrode 300 may be formed by screen printing aluminum paste on the rear surface of the semiconductor substrate 100 and then heat-treating the back electrode 300 to be electrically connected to the semiconductor substrate. Can be. At this time, aluminum may be diffused to a rear surface of the semiconductor substrate 100 by a heat treatment to form a p + type rear electric field layer 400. The back field layer 400 may serve to prevent the photoexcited electrons from moving to the back of the semiconductor substrate.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 전면 전극(500)의 연결은, 은(Ag) 등을 포함하는 전도성 페이스트를 임의의 패턴으로 도포한 후 열처리하여 형성될 수 있다. 이 때 열처리를 통하여 반사방지막(200)이 부분적으로 제거되어 전면 전극(500)이 에미터층(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. According to one embodiment of the present application, the connection of the front electrode 500 may be formed by applying a conductive paste containing silver (Ag) and the like in an arbitrary pattern and then heat treatment. In this case, the anti-reflection film 200 may be partially removed through heat treatment, and the front electrode 500 may be electrically connected to the emitter layer 110.

그러나, 상기 후면 전극 및 전면 전극의 연결 방법은 상기 실시예들에 한정되지 않으며 당해 기술 분야에 공지된 다양한 방법을 통해 수행될 수 있을 것이다. However, the method of connecting the back electrode and the front electrode is not limited to the above embodiments and may be performed through various methods known in the art.

본원의 일 실시예에 따르면, 제조된 태양전지는, p형 실리콘 기판, 상기 p형 실리콘 기판 상면에 위치한 인의 확산에 의한 n형 도핑층, 및 n형 도핑층의 상면에 위치한 실리카 반사방지막을 포함할 수 있다.
According to one embodiment of the present application, the manufactured solar cell includes a p-type silicon substrate, an n-type doped layer by diffusion of phosphorus located on the upper surface of the p-type silicon substrate, and a silica anti-reflection film located on the upper surface of the n-type doped layer can do.

전술한 바와 같이, 도펀트 및 실리카가 함유된 도포액을 이용하여 액상 도포 후, 공기 또는 산소 분위기 하에서 열처리를 함으로써 구형 실리카가 형성됨으로써 구형의 실리카 입자들이 표면 텍스쳐 효과를 가져온다. 이와 같이, 기판의 상부 표면을 텍스쳐링(texturing)함으로써 복수 번의 입사와 반사를 통해 태양 전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수를 향상시키므로, 태양 전지의 효율이 개선된다. As described above, spherical silica particles are formed by heat treatment under an air or oxygen atmosphere after liquid coating using a coating liquid containing a dopant and silica, thereby producing surface texture effects. As such, by texturing the upper surface of the substrate, light is trapped inside the solar cell through a plurality of incidences and reflections, thereby improving absorption of light, thereby improving efficiency of the solar cell.

본원은 보다 간단한 방법으로 반사율을 감소시키면서도 보호막 기능을 수행할 수 있는 실리카 반사방지막을 구현하는 동시에 인이 확산하여 p-n 접합을 형성하여 태양전지를 제조할 수 있어, 공정비용을 크게 절감하는 것이 가능하다.
The present application implements a silica anti-reflection film that can perform a protective film function while reducing the reflectance in a simpler method, and at the same time, the phosphor can diffuse to form a pn junction to manufacture a solar cell, thereby greatly reducing the process cost. .

이하, 실시예에 의하여 본원을 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

졸-겔법을 이용한 실리카 반사방지막 형성을 위하여, 테트라에톡시실란 시약 등급 Si(OC2H5)4(TEOS) (98%, Aldrich), 디페닐 염화 포스포릴 (C6H5O)2POCl, (99%, Aldrich), 암모니아수 NH4OH (29%, J.T.Baker), 무수에탄올 C2H5OH(EtOH) (Fisher Scientific) 및 증류수를 준비하였다. 암모니아수와 증류수의 존재 하에서 에탄올 중 TEOS를 혼합한 용액을 준비하여 가수분해시켰다. TEOS : EtOH : NH4OH : H2O 몰비율은 1 : 4 : 0.01 : 2였다. 상기 수득된 용액을 에탄올 중 디페닐염화포스포릴(1 : 6) 용액과 혼합하여 상온에서 90분 동안 교반하였다. 텍스쳐링되지 않은 단결정 실리콘 웨이퍼는 인을 포함하는 제조된 용액으로부터 도포되어 5000 내지 8000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀 코팅하였다. 상기 스핀 코팅된 막은 핫플레이트 상에서 130℃의 온도로 10분 동안 프리베이킹(pre-baked) 하였다. 이어서, 실리카막은 노(furnace)에서 공기(air) 분위기 하에서 500 내지 1000℃의 온도에서 1 시간 동안 열처리를 수행하였다. 공기 분위기 하에서 열처리를 수행함으로써, 인은 실리콘 기판으로 확산되어 에미터층이 형성되고, 실리카는 소결되어 구형 실리카 입자로 반사방지막이 생성되었다. 전계방출 전자주사현미경(FE-SEM)은 표면 텍스쳐링 형성을 확인하기 위해 구형 실리카막의 표면 형태를 검사하는데 사용되었다. 도 4의 (a)는 텍스쳐링되지 않은 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 SEM 사진이고, (b)는 1000℃에서 열처리된 구형 실리카막의 표면 SEM 사진이고, (c)는 상기 (b)의 확대된 SEM 사진으로서 1000℃에서 열처리된 구형 실리카 입자의 틸트(tilt)된 SEM 사진을 나타낸다. 상기 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 구형 실리카 입자의 사이즈는 약 50 내지 100 nm이고, 구형 실리카 입자는 균일하게 분포되어 있다. 이것은 적절한 구형 실리카 입자가 반사방지막을 제공하고, 반사를 최소로 하는 것의 표면 기본 구조 효과를 가지고 있다고 볼 수 있다.Tetraethoxysilane Reagent Grade Si (OC 2 H 5 ) 4 (TEOS) (98%, Aldrich), Diphenyl Phosphoryl Chloride (C 6 H 5 O) 2 POCl , (99%, Aldrich), ammonia water NH 4 OH (29%, JTBaker), ethanol anhydrous C 2 H 5 OH (EtOH) (Fisher Scientific) and distilled water were prepared. A solution of TEOS in ethanol was prepared and hydrolyzed in the presence of ammonia water and distilled water. The molar ratio of TEOS: EtOH: NH 4 OH: H 2 O was 1: 4: 0.01: 2. The obtained solution was mixed with a diphenylphosphoryl (1: 6) solution in ethanol and stirred at room temperature for 90 minutes. The untextured single crystal silicon wafer was applied from a prepared solution containing phosphorus and spin coated for 30 seconds at a speed of 5000 to 8000 rpm. The spin coated film was pre-baked for 10 minutes at a temperature of 130 ° C. on a hotplate. Subsequently, the silica film was subjected to heat treatment for 1 hour at a temperature of 500 to 1000 ° C. in an air atmosphere in a furnace. By carrying out the heat treatment under an air atmosphere, phosphorus diffused to the silicon substrate to form an emitter layer, and the silica was sintered to produce an antireflection film with spherical silica particles. Field emission electron scanning microscopy (FE-SEM) was used to examine the surface morphology of spherical silica films to confirm the formation of surface texturing. (A) is a SEM image of the surface of an untextured single crystal silicon wafer, (b) is a SEM image of the surface of a spherical silica film heat-treated at 1000 ° C, and (c) is an enlarged SEM image of (b) above. A tilted SEM picture of the spherical silica particles heat treated at 1000 ° C. is shown. As shown in (a) to (c) of FIG. 4, the size of the spherical silica particles is about 50 to 100 nm, and the spherical silica particles are uniformly distributed. It can be seen that the appropriate spherical silica particles have a surface basic structural effect of providing an antireflection film and minimizing reflection.

도 5는 상기와 같이 제조된 실리카 반사방지막의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 약 1080 cm-1에서 가장 강한 피크는 Si-O-Si 스트레칭(stretching) 모드에 해당된다. 이 피크는 수산화기(hydroxyl groups)와 Si-O-Si 결합의 무기 폴리머의 연속적인 형성을 수반하는 산화물의 축합 반응에 기인된다. Si-O 스트레칭에 해당하는 약 800 cm-1 및 1000 내지 1300 cm-1에서 피크의 강도는 증가하며, 어닐링 온도가 증가할 때 더 높은 파수로 이동하였다.5 is an FT-IR spectrum of the silica anti-reflection film prepared as described above. As shown in FIG. 5, the strongest peak at about 1080 cm −1 corresponds to the Si—O—Si stretching mode. This peak is due to the condensation reaction of oxides with the continuous formation of inorganic polymers of hydroxyl groups and Si—O—Si bonds. At about 800 cm −1 and 1000 to 1300 cm −1 corresponding to Si-O stretching, the intensity of the peak increased and shifted to higher wavenumber as the annealing temperature increased.

도 6은 UV/VIS 분광 광도계로 측정한 실리카 반사방지막의 광반사율(light reflectance)을 나타내는 스펙트럼이다. 이는 실온에서 파장 범위는 400 nm 내지 1200 nm에서 측정되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1000℃에서의 열처리된 실리카 반사방지막은 650 nm에서 9%의 가장 낮은 반사율을 가지고 있다. 이러한 반사방지막 코팅의 광학 특성은 실리카 반사방지막과 실리콘 웨이퍼 사이에 굴절률의 더 좋은 매칭과 두께 때문에 최적의 반사 특성을 갖는 열처리 온도에 의해 향상될 수 있다.FIG. 6 is a spectrum showing light reflectance of a silica antireflection film measured with a UV / VIS spectrophotometer. FIG. It was measured at room temperature in the wavelength range of 400 nm to 1200 nm. As shown in FIG. 6, the heat-treated silica antireflection film at 1000 ° C. has the lowest reflectance of 9% at 650 nm. The optical properties of such antireflective coatings can be improved by the heat treatment temperature with optimum reflective properties because of better matching and thickness of the refractive index between the silica antireflective film and the silicon wafer.

도 7은 상기 반사방지막이 형성된 반도체 기판에 대한 전류-전압 특성 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 공기 분위기 하에서 1000℃로 열처리 후에 전류-전압 테스트를 통해 p-n 접합면의 형성을 확인하였다.
7 is a graph illustrating current-voltage characteristics of a semiconductor substrate on which the anti-reflection film is formed. As shown in FIG. 7, the formation of the pn junction surface was confirmed by a current-voltage test after heat treatment at 1000 ° C. in an air atmosphere.

상기에서는 본원의 구현예 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although described above with reference to the embodiments and examples of the present application, those skilled in the art may vary the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made.

100: 반도체 기판
110: 에미터층
200: 실리카 반사방지막
300: 후면 전극
400: 후면 전계층
500: 전면 전극
100: semiconductor substrate
110: emitter layer
200: silica antireflection film
300: rear electrode
400: rear electric layer
500: front electrode

Claims (9)

반도체 기판 상에 실리카(SiO2) 전구체 및 도펀트(dopant) 전구체를 함유하는 수성 도포액을 액상 도포하여 졸-젤 방법에 의하여 도펀트-함유 실리카 층을 형성하고;
상기 도펀트-함유 실리카 층을 공기 또는 산소-함유 가스 분위기에서 열처리함으로써 상기 도펀트의 확산에 의한 p-n 접합 형성에 의한 에미터층을 형성하고 동시에 상기 반도체 기판 상에 구형 실리카 입자층을 형성하는 것:
을 포함하며,
상기 구형 실리카 입자층은 반사방지막으로 작용하며 동시에 표면 텍스쳐링(texturing) 효과도 제공하는 것인,
을 포함하는, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
Applying an aqueous coating liquid containing a silica (SiO 2 ) precursor and a dopant precursor onto a semiconductor substrate in a liquid phase to form a dopant-containing silica layer by a sol-gel method;
Thermally treating the dopant-containing silica layer in an air or oxygen-containing gas atmosphere to form an emitter layer by forming a pn junction by diffusion of the dopant and simultaneously forming a spherical silica particle layer on the semiconductor substrate:
Including;
The spherical silica particle layer acts as an antireflection film and at the same time provides a surface texturing effect,
A method for producing a silica antireflection film comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기판은 p형 실리콘 기판이고, 상기 도펀트는 n형 도펀트이며, 상기 에미터층은 n형 도핑층인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the semiconductor substrate is a p-type silicon substrate, the dopant is an n-type dopant, and the emitter layer is an n-type doping layer.
제 2 항에 있어서,
상기 n형 도펀트는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 2,
The n-type dopant comprises a phosphorus (P), arsenic (As) or antimony (Sb), the manufacturing method of the silica anti-reflection film.
제 1 항에 있어서,
상기 실리카 전구체는 C1~6-알콕시실란(alkoxysilanes)을 포함하는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The silica precursor comprises C 1-6 -alkoxysilanes (alkoxysilanes), a method for producing a silica anti-reflection film.
제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 전구체는 인(P)-함유 화합물, 비소(As)-함유 화합물 또는 안티몬(Sb)-함유 화합물인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the dopant precursor is a phosphorus (P) -containing compound, an arsenic (As) -containing compound, or an antimony (Sb) -containing compound.
제 1 항에 있어서,
상기 액상 도포는 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating) 에 의하여 수행되는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the liquid coating is performed by spin coating, dip coating or spray coating.
제 1 항에 있어서,
상기 열처리는 500 내지 1500℃에서 수행되는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The heat treatment is carried out at 500 to 1500 ° C, a method for producing a silica anti-reflection film.
제 1 항에 있어서,
상기 열처리는 1 torr 내지 760 torr에서 수행되는 것인, 실리카 반사방지막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The heat treatment is carried out at 1 torr to 760 torr, the manufacturing method of the silica anti-reflection film.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 실리카 반사방지막을 포함하는, 실리콘 태양전지.

A silicon solar cell comprising a silica anti-reflection film prepared according to any one of claims 1 to 8.

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