KR20120019978A - 태양전지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 개시된 발명은 복수 개의 할로겐 램프가 구비된 챔버 내부에 기판을 장착하는 단계; 상기 복수 개의 할로겐 램프를 이용하여 상기 기판 온도를 고온으로 가열하는 단계; 상기 기판 상에 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층으로 이루어진 반도체 셀을 형성하는 단계; 상기 반도체 셀 상에 후면 반사층을 형성하는 단계; 및 상기 후면 반사층 상에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

태양전지 제조방법{METHOD FOR SOLAR CELL}
본 발명은 고효율 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있는데, 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지는 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지 (tandem solar cell)로 구분되며, 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.
일반적인 실리콘 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층을 포함하고, 기판과 에미터층의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과 (photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진 n형 반도체 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어(carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판 쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
그런데, 최근에는 투명 트랜지스터와 태양전지를 개발하는데 있어서 전면전극으로 사용하는 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide)에 대한 중요성이 커지고 있고, 그에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
상기 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide)은 각종 디스플레이 장치, 예컨데 액정디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display device), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel), 유기 발광 디스플레이(OLED; Organic Electro Luminescence) 등과 그 외 태양전지, 전자파 차폐막 등에 사용되고 있다.
이러한 투명 전극층을 만드는 방법으로는 물리적 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition), 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 솔루션 방식을 이용한 스핀코팅(spin coating) 방법 등이 있다.
이들 중에서 가장 대표적인 방법은 물리적 기상 증착법의 일종인 스퍼터링 (sputtering) 방식이 쉽게 고품위의 박막을 얻을 수 있기 때문에 많이 사용된다.
이러한 스퍼터링 방식을 통해 투명 전극층을 형성하는 기존의 태양전지 제조방법에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S10)로서, 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(TCO)을 증착하기 위해 먼저 제1 챔버 내에 투명재질로 이루어진 기판을 장착한다. 이때, 상기 제1 챔버 내에는 투명 전극층(TCO)을 증착하기 위한 증착물질인 금속 타겟이 구비되어 있고, 기판 온도를 고온으로 가열시키기 위한 열 공급원 (heating source)로 기판과 떨어져 열선(heater)이 장착되어 있다.
그 다음, 제2 단계(S12)로서, 상기 열선을 이용하여 상기 기판 온도를 일정한 수준, 예를 들어 약 250℃ 정도로 상승시켜 준다. 이때, 상기 열공급원으로 이용한 열선(heater)으로는 약 400℃ 이하의 온도까지만 가열된다.
이어서, 제3 단계(S14)로서, 일정한 수준의 온도로 상승한 기판 상에 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide)을 증착한다. 이때, 상기 투명 전극층은 광이 입사되는 투과층으로서 태양전지의 투명전극 또는 전면전극으로 사용한다. 또한, 기판에서 일정 거리만큼 떨어진 위치에 설치된 열선에 전력을 공급하여 원하는 온도로 승온하고, 온도가 안정화 될 때까지 대기 시간을 가지고 난 후 아르곤(Ar)을 주입하며, 증착 물질에 따라 직류나 교류 전력을 공급하여 플라즈마를 형성한다. 이렇게 형성된 플라즈마가 원하는 물질 타겟에 충돌하면 기판에 박막이 형성된다.
그 다음, 제4 단계(S16)로서, 상기 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선시키기 위한 고온에서의 후속 열처리 공정을 실시하기 위해 상기 기판을 제2 챔버로 이동시킨다.
이어서, 제5 단계(S18)로서, 제2 챔버 내로 이동된 기판의 온도를 후속 열처리공정을 수행하기 위해 약 400℃ 이상으로 상승시킨다.
그 다음, 제6 단계(S20)로서, 일정한 수준 온도로 가열된 기판을 후속 열처리 공정을 실시하여, 상기 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선시킨다.
이어서, 제7 단계(S22)로서, 광을 흡수하는 층으로 사용하기 위해 상기 투명 전극층 상에 차례로 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층으로 구성된 반도체 셀을 증착한다.
그 다음, 제8 단계(S24)로서, 상기 반도체 셀 상에 후면에서 통과하는 빛을반사시켜 동작 효율을 향상시켜 주는 후면 반사층과 이 후면 반사층의 전체 면 위에 후면 전극을 차례로 형성하여 기존의 태양전지 제조공정을 완료한다.
이상에서와 같이, 기존의 태양전지 제조방법에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.
기존의 태양전지 제조방법에 따르면, 투명 전극층을 증착하기 위해 열선을 이용하여 기판 온도를 상승시키게 되지만, 이러한 열선을 이용하는 경우에 기판의 온도는 대략 400℃ 까지만 상승하게 된다.
이렇게 열선을 이용한 기판 온도의 상승에는 한계가 있기 때문에, 이후에 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선시키기 위해 실시하는 후속 열처리공정이 불가능하게 된다. 즉, 후속 열처리공정은 약 400℃ 이상의 온도에서 진행되기 때문에, 기판 온도를 상승시키는데 한계가 있는 열선을 이용한 경우에는 적용이 불가능하게 된다. 특히, 상기 열선은 복수 개로 이루어져 있어, 열선에 가까운 기판 부분과 열선과 떨어져 있는 부분의 온도 차이가 있거나 온도 상승이 다소 지연됨으로 인해, 기판 전체에 균일한 온도 분포가 어렵게 된다.
이와 같이, 열선을 이용한 경우는 기판 온도의 상승에 한계가 있기 때문에 투명 전극층이 증착된 기판을 다른 챔버 내로 이동시킨 다음에 별도의 가열 수단을 이용하여 기판 온도를 고온으로 가열시키는 고온 열처리 공정이 추가로 필요하게 된다.
따라서, 기존의 태양전지 제조방법은 투명 전극층을 증착하기 위한 스퍼터 장비뿐만 아니라 후속 열처리 공정을 실시하기 위한 추가 열처리 장비가 필요하게 된다.
그러므로, 기존의 태양전지 제조방법은 열선에 의한 가열처리는 비록 저온 가열이라 할지라도 온도를 상승시키고 다시 온도 안정화를 위해 대기하는 시간이 필요하기 때문에 공정 시간이 그만큼 길어지게 된다.
이에 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 후속 열처리공정 없이도 원하는 박막 특성을 얻을 수 있는 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 후속 열처리공정 없이도 원하는 박막 특성을 얻을 수 있어, 공정 시간 및 그에 따른 제조비용을 줄일 수 있는 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 할로겐 램프가 구비된 챔버 내부에 기판을 장착하는 단계; 상기 복수 개의 할로겐 램프를 이용하여 상기 기판 온도를 고온으로 가열하는 단계; 상기 기판 상에 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층으로 이루어진 반도체 셀을 형성하는 단계; 상기 반도체 셀 상에 후면 반사층을 형성하는 단계; 및 상기 후면 반사층 상에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 따르면, 열처리시에 요구되는 고온 가열이 가능한 할로겐 램프를 이용하여 기판 온도를 상승시킬 수 있어, 투명 전극층증착과 열처리 공정이 수행되도록 함으로써 별도의 후속 열처리 공정이 불필요하게 된다.
이와 같이, 투명 전극층 증착과 함께 이 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선하기 위해 실시하는 열처리공정이 동시에 이루어지기 때문에 기존과 같이 후속 열처리 공정을 실시하기 위한 추가 열처리 장비가 필요없게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 기존과 같이 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선하기 위해 실시하는 후속 열처리공정이 필요없게 됨으로써 공정 시간이 단축되며, 그에 따른 제조비용이 절감된다. 즉, 하나의 챔버 내에서 할로겐 램프를 이용하여 후속 열처리 공정을 실시할 수 있는 온도까지 기판을 빠른 시간 내로 가열시킬 수 있기 때문에 가열(heating)하는데 요구되는 시간이 짧아져 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어, 투명 전극층(TCO)을 스퍼터링 방식으로 증착하기 위한 챔버 내부의 개략도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S110)로서, 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(TCO)을 증착하기 위해 먼저 스퍼터링 챔버(미도시, 도 4의 150 참조) 내에 투명재질로 이루어진 기판(미도시, 도 4의 101 참조)을 장착한다. 이때, 상기 스퍼터링 챔버 내의 상측에는 투명 전극층(TCO)을 증착하기 위한 증착 물질인 금속 타겟 (170)이 구비되어 있고, 기판 온도를 고온으로 가열시키기 위한 열 공급원(heating source)으로서 복수 개의 할로겐 램프(hologen lamp)(미도시, 도 4의 160 참조)가 기판 (101) 하측에 일정 간격만큼 이격되게 배치되어 있다.
그 다음, 제2 단계(S112)로서, 상기 할로겐 램프를 이용하여 상기 기판(101) 온도를 일정한 수준, 예를 들어 열처리 공정이 가능한 약 600 ℃ 정도까지 상승시킨다. 이때, 상기 할로겐 램프를 이용하여 가열하는 경우에, 이 할로겐 램프를 통해 발생하는 복사열이 균일하게 기판 전체에 미치게 되므로써 빠른 시간 내에 기판 온도를 약 600℃ 근처의 온도까지 상승시킬 수 있게 된다.
이어서, 제3 단계(S114)로서, 일정한 수준, 즉 열처리 가능 온도로 상승한 기판(101) 상에 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide)을 증착한다. 이때, 상기 챔버 내의 온도가 약 600℃ 로 유지되기 때문에, 상기 투명 전극층 증착시에 열처리 공정도 동시에 이루어지게 된다.
이렇게, 투명 전극층 증착과 동시에 열처리 공정도 함께 이루어지게 됨으로써 상기 투명 전극층의 결정립도가 증가하고, 그레인(grain) 사이즈가 커져 투과도가 개선되며, 저항성도 향상되게 된다.
그 다음, 제4 단계(S116)로서, 광을 흡수하는 층으로 사용하기 위해 상기 투명 전극층 상에 차례로 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층으로 구성된 반도체 셀을 증착한다.
이어서, 제5 단계(S118)로서, 상기 반도체 셀 상에 후면에서 통과하는 빛을반사시켜 동작 효율을 향상시켜 주는 후면 반사층과 이 후면 반사층의 전체 면 위에 후면 전극을 차례로 형성하여 태양전지 제조공정을 완료한다.
이와 같은 공정 순으로 이루어지는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어, 투명 전극층(TCO)을 스퍼터링 방식으로 증착하기 위한 챔버 내부의 개략도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 재질로 이루어진 기판(101) 위에 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide; 103)을 스퍼터링 방식으로 증착한다. 이때, 상기 투명 전극층(103)은 인듐 틴 옥사이드 (Indium tin oxide; ITO), 주석계 산화물(SnO2), AgO, ZnO (Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오르 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 투명 전극층(103)을 증착하는 방법으로는 상기 스퍼터링 방법 이외에, 화학기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자선 적층법 (Molecular Beam Epitaxy), 원자층 증착법(ALD) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수도 있다.
하지만, 본 발명에서 사용된 스퍼터링 방법은 기판 상에 금속 박막과 절연체를 적층하는 방법으로서, 그 증착 원리는 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 스퍼터링 방식의 원리는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이온화된 아르곤 원자(Ar+)가 스퍼터링되는 금속 타겟(170)에 충돌되면서 금속 타겟(170)을 떼어 내는 것과 같은 물리적 공정을 의미하는데, 이러한 물리적 공정을 계속 되풀이하게 되면 충돌지점 부근은 금속 타겟(170)으로부터 떨어져 나온 금속물질 이온들로 덮이게 된다. 이러한 스퍼터링 공정은 챔버(150) 내부의 반응실(150a)에서 수행되는데 스퍼터링되는 물질의 금속 타겟(170)과 기판(101)이 위치한 반응실(150a)로 이온화된 아르곤이 주입된다. 또한, 상기 금속 타겟(170)은 양성으로 충진된 아르곤 원자에 비해 음성 전하를 띠고 있다.
이렇게, 아르곤 원자는 가속되며 이온 주입과는 달리 스퍼터링에서는 아르곤 원자가 타겟에 박히지 않는 대신 금속 타겟(170)에 충돌하여 금속 타겟(170)을 약간 떼어낸다. 이때, 챔버(150) 내부의 반응실(150a)은 진공이므로 떨어져 나온 물질은 기판을 포함한 반응실(150a) 도처에 적층된다.
한편, 상기 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(103)을 증착하기 위해서는 기판 온도가 적어도 약 250℃ 이상 상승해야 하고, 상기 투명 전극층 (103)의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 열처리 공정이 수행되어야 한다. 이때, 상기 열처리 공정을 수행하기 위해서는 기판 온도가 적어도 400 내지 600℃의 고온으로 유지시켜 주어야 한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 투명 전극층(103)과 열처리 공정이 하나의 챔버 내에서 동시에 진행될 수 있도록 하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 온도의 가열 공급원으로 복수 개의 할로겐 램프(160)를 상기 기판(101) 하측에 일정 간격만큼 이격되게 배치한다.
그 다음, 상기 할로겐 램프(160)를 이용하여 상기 기판(101) 온도를 일정한 수준, 예를 들어 투명 전극층(103)의 증착 및 열처리 공정이 가능한 적어도 600 ℃ 정도까지 상승시킨다. 이때, 상기 할로겐 램프(160)를 이용하여 기판을 가열하는 경우에, 이 할로겐 램프(160)를 통해 발생하는 복사열이 기판 전체에 균일하게 미치게 되므로써 빠른 시간 내에 기판 온도를 약 600℃ 근처의 온도까지 상승시킬 수 있게 된다.
이렇게 할로겐 램프(160)를 이용하여 기판(101) 온도를 빠른 시간 내에 일정한 수준, 즉 열처리 가능 온도로 가열한 상태에서 스퍼터링 방식으로 기판(101) 상에 투명 전극층(TCO; Transparent Conductive Oxide)(103)을 증착한다. 이때, 상기 챔버(150) 내의 기판 온도가 약 600℃ 로 유지되기 때문에, 상기 투명 전극층(103) 증착시에 열처리 공정도 동시에 이루어지게 된다. 상기 투명 전극층(103) 증착과 동시에 열처리 공정도 함께 이루어지게 됨으로써 상기 투명 전극층(103)의 결정립도가 증가하고, 그레인(grain) 사이즈가 커져 투과도가 개선되며, 저항성이 향상된다. 따라서, 기존에는 후속 열처리 공정이 투명 전극층 증착시의 챔버와 다른 챔버 내에서 별도로 실시하였으나, 본 발명에서는 이러한 별도의 챔버 사용 및 후속 열처리 공정이 불필요하게 된다.
한편, 본 발명에서는 스퍼터링 방법에 의해 투명 전극층(103)을 증착하는 경우에 대해서만 기재하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 할로겐 램프를 이용하여 기판 온도를 상승시킬 수 있는 조건이 가능한 기타 다른 증착 방법에서도 사용이 가능하다. 즉, 챔버 내에 할로겐 램프를 장착하여 이 할로겐 램프를 이용하여 기판 온도를 고온으로 가열처리할 수 있는 경우라면, 투명 전극층을 증착하는 증착 방법에는 어떤 제한도 없다.
또 한편, 본 발명의 다른 실시 예는, 전술한 바와 같이 할로겐 램프를 이용하여 기판 온도를 투명 전극층의 증착 및 열처리공정을 동시에 수행할 수 있는 온도까지 가열한 다음에 투명 전극층의 증착 및 열처리공정을 동시에 수행하지 않고, 먼저 투명 전극층의 증착 온도까지 1차로 할로겐 램프를 이용하여 가열한 다음 증착 공정을 수행하여 투명 전극층을 증착한 후 2차로 할로겐 램프를 이용하여 열처리 공정이 가능한 온도, 예를 들어 400 내지 600℃ 까지 기판 온도를 상승시킨 상태에서 열처리 공정을 약 60초 이하로 실시할 수도 있다. 이렇게 본 발명의 다른 실시 예의 경우에도, 기존에 비해 공정시간이 단축되며, 그에 따른 제조 비용을 줄일 수 있다.
그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 투명 전극층(120)의 표면을 텍스처링하여 상기 투명 전극층(103) 표면에 복수의 요철(105)을 형성한다. 이때, 상기 텍스처링 처리는 예를 들어 약 0.5% 염화 수소(HCl)와 같은 식각 용액에 약 15초간 표면 식각용액이 담긴 욕조(bath)에 일정 시간 동안 기판(101)을 담가 놓은 것으로 이루어질 수 있고, 식각 용액과 접촉한 투명 전극층(103)의 표면이 식각되어 랜덤한(random) 피라미드 구조 등을 갖는 요철(105)이 형성된다. 또한, 상기 요철(105)은 투명 전극층(103)의 결정 방향에 따른 식각 속도의 차이에 의해 생성된다. 이렇게 형성되는 요철(105)의 높이, 즉 각 피라미드 구조의 높이는 식각 용액의 농도, 식각 시간 등에 따라 가변되며, 약 1μm 내지 10μm 일 수 있다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)과 같은 증착방법을 이용하여 p형 반도체층(107), 진성 반도체층(108) 및 n형 반도체층(109)을 차례로 증착하여 반도체 셀(110)을 형성한다. 이때, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스에 불순물의 종류를 변경하여 p형 반도체층(107), 진성 반도체층(108) 및 n형 반도체층(109)을 형성한다. 이때 사용하는 원료 가스로는 SiH4, Si2H6, Si3H8 등의 가스를 사용할 수 있고, 이러한 원료 가스를 분해하는 플라즈마 형성을 위한 가스로는 H2, He 등을 사용할 수 있다. 또한, p형 불순물을 위한 가스로는 붕소(B)와 같은 3가 원소를 포함하는 가스(B2H6)를 혼합하며, n형 불순물을 위한 가스로는 인(P)과 같은 5가 원소를 포함하는 가스(PH3)를 혼합한다.
여기서, SiC로 이루어진 p형 반도체층(107)을 형성하기 위한 예로서, SiH4의 원료 가스에 H2 와 p형 불순물 형성을 위한 B2H6과 CH4를 더한 혼합 가스를 준비한 후 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100 W의 고주파(radio frequency) 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 상기 투명 전극층(103)을 구비한 기판(101)의 온도는 약 200℃ 정도일 수 있다.
또한, 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 진성 반도체층(108)을 형성하기 위한 한 예로서, SiH4의 원료 가스에 H2 을 혼합하여 약 0.3 Torr 내지 2 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100 W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판(101)의 온도는 약 200℃ 정도일 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서, n형 반도체층(109)은 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H (여기서, 0＜x＜1, 0＜y＜1) 중 하나로 형성된다.
예를 들어, n형 반도체층(109)이 μc-SiOx:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2 , CH4, PH3 및 CO2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100 W의 고주파(radio frequency) 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 (101)의 온도는 약 180℃ 정도일 수 있다.
그 다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 셀(110) 상에 후면 반사층 (113)을 스퍼터링 방법으로 증착한다. 이때, 상기 후면 반사층(113)은 ZnO를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 후면반사층(113) 증착은, 스퍼터링 방식 이외에 다른 증착 방법 중에서 어느 하나를 선택하여 이용할 수도 있다.
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 후면 반사층(113) 상에 후면 전극 (115)을 형성하여 태양전지를 완성한다. 이때, 상기 후면전극(115)은 도전성 금속 물질로 이루어지며, 그 형성방법에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 후면 전극을 제조할 경우, 은(Ag), 알루미늄(Al), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또는, 잉크젯이나 디스펜싱법(dispensing)으로 제조할 경우, 니켈(Ni), 은(Ag), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한, 도금법으로 후면 전극을 형성할 때 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
한편, 증착법으로 후면전극을 형성할 때에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 티타늄(Ti), 납(Pd), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수도 있다. 또한, 스크린 인쇄법으로 후면 전극을 형성할 경우, 은(Ag)과 도전성 고분자의 혼합물을 사용할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 따르면, 열처리 공정에 적합한 고온 가열이 가능한 할로겐 램프를 이용하여 챔버 내의 기판 온도를 상승시킬 수 있어, 투명 전극층 증착과 열처리 공정이 수행되도록 함으로써 별도의 후속 열처리 공정이 불필요하게 된다.
이와 같이, 투명 전극층 증착과 함께 이 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선하기 위해 실시하는 열처리공정이 동시에 이루어지기 때문에 기존과 같이 후속 열처리 공정을 실시하기 위한 추가 열처리 장비가 필요없게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 기존과 같이 투명 전극층의 투과도, 결정성 및 전기적 특성을 개선하기 위해 실시하는 후속 열처리공정이 필요없게 됨으로써 공정 시간이 단축되며, 그에 따른 제조비용이 절감된다. 즉, 하나의 챔버 내에서 할로겐 램프를 이용하여 후속 열처리 공정을 실시할 수 있는 온도까지 기판을 빠른 시간 내로 가열시킬 수 있기 때문에 가열(heating)하는데 요구되는 시간이 짧아져 공정 시간을 단축할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정하는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
101 : 기판 103 : 투명 전극층
105 : 요철 107 : p형 반도체층
108 : 진성 반도체층 109 : n형 반도체층
110 : 반도체 셀 113 : 후면 반사층
115 : 후면 전극 150 : 챔버
150a : 반응실 160 : 할로겐 램프
170 : 금속 타겟

Claims (5)

  1. 할로겐 램프가 구비된 챔버 내부에 기판을 장착하는 단계;
    상기 할로겐 램프를 이용하여 상기 기판 온도를 고온으로 가열하는 단계;
    상기 기판 상에 투명 전극층을 형성하는 단계;
    상기 투명 전극층 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층으로 이루어진 반도체 셀을 형성하는 단계;
    상기 반도체 셀 상에 후면 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 후면 반사층 상에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 태양전지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 온도는 할로겐 램프를 이용하여 250 내지 600℃ 로 가열되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극층 형성시에 열처리 공정도 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열처리 공정은 기판 온도가 400 내지 600℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 할로겐 램프를 통해 발생하는 복사열을 통해 가열되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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