KR20120026700A - Method for fabricating solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기 페이스트를 이용한 실리콘 나이트라이드(SiNx) 반사방지막의 선택적 증착과 글래스 프릿을 함유하지 않는 금속 페이스트 인쇄를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell using selective deposition of a silicon nitride (SiN x ) antireflection film using an organic paste and a metal paste printing containing no glass frit. .
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. A solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, when solar light is incident on the pn junction of solar cells, electron-hole pairs are generated, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 물질, 형태에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다. On the other hand, solar cells are classified into various types according to the material and the shape of the light absorption layer, which is a pn junction layer. Examples of the light absorption layer include silicon (Si). And a thin film type for forming a light absorption layer by depositing silicon in a thin film form.
실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 상층부에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다.The structure of the substrate type of the silicon-based solar cell is as follows. As shown in FIG. 1, an n-
이와 같은 실리콘계 태양전지는 p형 실리콘 기판의 준비, 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링(요철 형성), n형 불순물 이온 주입 및 확산, 반사방지막 적층, 전면전극 및 후면전극의 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이 때, n형 불순물 이온을 주입, 확산시켜 상기 n형 반도체층(102)을 형성하는 공정을 구체적으로 살펴보면, p형 실리콘 기판 상에 인산 용액을 도포하고, 고온의 열처리를 통해 인산 용액의 인(P)이 p형 실리콘 기판 내부로 확산(diffusion)되도록 하여 n형 반도체층(120)이 형성되도록 한다. Such silicon-based solar cells are manufactured through processes such as preparation of a p-type silicon substrate, surface texturing (formation of irregularities) on the silicon substrate, implantation and diffusion of n-type impurity ions, lamination of an antireflection film, and formation of front and rear electrodes. In this case, the process of forming the n-
기존의 일반적인 태양전지 제조공정에서 도 2에 도시한 바와 같이, 표면에 반사방지막(103)을 형성한 후 금속과 글래스 프릿(유리 입자)을 함유한 페이스트(104)를 표면에 인쇄하고 소성하여 전극을 형성한다. 글래스 프릿은 고온에서 실리콘 나이트라이드(SiNx) 반사방지막을 뚫고 실리콘 기판의 n형 반도체층(102)과 접촉하여 전극을 형성할 수 있게 해준다.In the conventional general solar cell manufacturing process, as shown in FIG. 2, after forming the
그런데, 도 3을 참조하면, 전극의 소성 과정에서 글래스 프릿이 가장 왼쪽에 도시된 바와 같이, n+ 도핑층까지만 뚫고 들어와서 형성되어야 하는데, 적정 온도보다 고온으로 소성하거나 장시간 소성할 경우, 중간에 도시된 바와 같이, 글래스 프릿이 실리콘 기판의 p형 반도체층(101)까지 뚫고 들어와서 태양전지의 병렬저항(shunt resistance)을 감소시키고, 이로 인해 외부로 나가야 할 전자가 태양전지 내부에서 소멸되어 버림으로써 결과적으로 급속한 광 변환 효율의 하락을 가져온다.However, referring to FIG. 3, in the firing process of the electrode, the glass frit should be formed by penetrating only to the n + doping layer, as shown on the left side. As can be seen, the glass frit penetrates into the p-
또한, 적정 온도보다 저온으로 소성하거나 단시간 소성할 경우, 도 3의 가장 오른쪽에 도시된 바와 같이, 글래스 프릿이 충분히 실리콘 나이트라이드(SiNx) 반사방지막을 뚫지 못해서 전극 형성이 이루어지지 않고, 이는 태양전지의 직렬저항(Series resistance)을 증가시켜서 마찬가지로 광 변환 효율의 급속한 하락을 가져온다.In addition, when firing at a lower temperature than a proper temperature or for a short time, as shown on the rightmost side of FIG. 3, the glass frit does not sufficiently penetrate the silicon nitride (SiN x ) antireflection film, thereby forming an electrode. Increasing the series resistance of the battery likewise leads to a rapid drop in light conversion efficiency.
뿐만 아니라, 금속 페이스트는 필연적으로 글래스 프릿을 함유하게 되므로 부피 대비 전도도를 하락시키는 요인이 되고, 이 역시 태양전지의 직렬저항 증가 요인으로 작용하게 되어 전체적으로 태양전지의 효율을 하락시키는 원인이 된다. In addition, since the metal paste inevitably contains glass frit, the conductivity of the metal paste is reduced, and this also acts as a factor of increasing the series resistance of the solar cell, which in turn lowers the efficiency of the solar cell as a whole.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 유기 페이스트를 이용한 실리콘 나이트라이드(SiNx) 반사방지막의 선택적 증착과 글래스 프릿을 함유하지 않는 금속 페이스트 인쇄를 이용한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and relates to a method for manufacturing a solar cell using a selective deposition of silicon nitride (SiN x ) antireflection film using an organic paste and metal paste printing containing no glass frit. will be.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 표면에 반도체층이 구비된 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상에 유기 패턴층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 열처리하여 상기 유기 패턴층을 고형화함과 함께 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와, 상기 유기 패턴층 및 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 유기 패턴층을 제거하는 단계, 및 상기 유기 패턴층이 제거된 위치에 금속 페이스트를 도포하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including preparing a crystalline silicon substrate having a semiconductor layer on a surface thereof, forming an organic pattern layer on the substrate, and heat treating the substrate. Forming a silicon oxide film on the substrate while solidifying the organic pattern layer, forming an antireflection film on the entire surface of the substrate including the organic pattern layer and the silicon oxide film, and removing the organic pattern layer. And applying a metal paste to a position where the organic pattern layer is removed.
상기 반사방지막은 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 포함할 수 있다.The anti-reflection film may include silicon nitride (SiN x ).
상기 유기 패턴층은 유기 용매를 이용하여 제거될 수 있다.The organic pattern layer may be removed using an organic solvent.
상기 금속 페이스트는 은(Ag) 또는 주석(Sn)을 포함할 수 있다.The metal paste may include silver (Ag) or tin (Sn).
상기 기판 상에 유기 패턴층을 형성하는 단계는 스크린 프링팅, 그라비아 오프셋, 포토 리소그라피, 또는 에어로졸의 방법을 이용하여 유기 페이스트를 적층함으로써 이루어질 수 있다.The forming of the organic pattern layer on the substrate may be performed by laminating an organic paste using a method of screen printing, gravure offset, photolithography, or aerosol.
상기 유기 패턴층의 높이는 5 마이크로미터(㎛) 내지 100 마이크로미터(㎛)일 수 있다.The height of the organic pattern layer may be 5 micrometers (μm) to 100 micrometers (μm).
상기 유기 패턴층 및 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)법 또는 저압 화학 기상 증착(LPCVD)법을 이용하여 이루어질 수 있다.The anti-reflection film may be formed on the entire surface of the substrate including the organic pattern layer and the silicon oxide layer using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
상기 반사방지막의 두께는 30 나노미터(㎚) 내지 120 나노미터(㎚)일 수 있다.The antireflection film may have a thickness of 30 nanometers (nm) to 120 nanometers (nm).
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The manufacturing method of the solar cell according to the present invention has the following effects.
전극 형성공정이 넓은 범위의 온도 및 시간에서 가능하므로 용이해진다. 또한, 금속 페이스트에 글래스 프릿이 함유되어 있지 않으므로 전도도가 향상된다. 그리고, SiOx막의 추가로 인해 표면 패시베이션 효과가 증대된다. 그리고, 전극을 형성하는 금속과 실리콘 기판의 넓은 접촉으로 인해 직렬저항이 감소한다. The electrode forming process is facilitated because it is possible at a wide range of temperatures and times. In addition, since the metal paste does not contain glass frit, conductivity is improved. In addition, the surface passivation effect is increased due to the addition of the SiO x film. In addition, the series resistance decreases due to the wide contact between the metal forming the electrode and the silicon substrate.
도 1은 종래의 실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 태양전지 제조방법에서 금속전극을 형성하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 종래의 태양전지 제조방법에서 글래스 프릿이 실리콘 기판과 접촉하여 금속전극을 형성하는 예들을 나타내는 도면이다.
도 4은 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a substrate type of a conventional silicon solar cell.
2 is a cross-sectional view showing a process of forming a metal electrode in the conventional solar cell manufacturing method.
3 is a view showing an example in which a glass frit is in contact with a silicon substrate to form a metal electrode in a conventional solar cell manufacturing method.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 금속전극 형성방법을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 태양전지의 금속전극 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. Hereinafter, a method of forming a metal electrode of a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention, and FIGS. 5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal electrode of the solar cell according to the present invention.
먼저, 도 4 및 도 5a에 도시한 바와 같이, 표면에 반도체층(202)이 구비된 결정질 실리콘 기판을 준비한다(S401). 상기 실리콘 기판의 하부는 p형의 결정질 실리콘 기판(201)일 수 있으며, 상기 반도체층(202)은 p형 실리콘 기판(201)이 준비된 상태에서 상기 p형 실리콘 기판(201)의 상층부에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 형성한 n형 반도체층(202)일 수 있다.First, as shown in FIGS. 4 and 5A, a crystalline silicon substrate having a
이어, 도 4 및 5b에 도시된 바와 같이, 상기 기판 상에 유기 패턴층(100)을 형성한다(S402). 상기 기판 상에 유기 패턴층(100)을 형성하는 단계는 스크린 프린팅(screen printing), 그라비아 오프셋(Gravure-Offset), 포토 리소그래피(Photo-Lithography), 에어로졸의 방법을 이용하여 유기 페이스트를 적층함으로써 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 유기 패턴층(100)의 높이는 최소 수 마이크로미터(㎛) 내지 약 100 마이크로미터(㎛)가 되도록 형성될 수 있다. 4 and 5b, an
그 후, 도 4 및 5c에 도시된 바와 같이, 상기 기판을 열처리하여 상기 유기 패턴층(100)을 고형화한다. 또한, 열처리에 의해 상기 기판 상에 실리콘 산화막(SiOx)(203)이 형성된다(S403). 이 과정에서, 상기 유기 패턴층(100)이 인쇄된 부분은 마스크 층이 형성되고, 상기 유기 패턴층(100)이 인쇄되지 않은 부분은 실리콘 산화막(SiOx)(203)이 부가적으로 형성된다. 이러한 열처리를 통해 제조된 상기 실리콘 산화막(203)은 기판 표면의 패시베이션 효과를 유도하여서 태양전지의 효율을 향상시킨다.Thereafter, as shown in FIGS. 4 and 5C, the substrate is heat-treated to solidify the
그 다음, 도 4 및 5d에 도시된 바와 같이, 상기 유기 패턴층(203) 및 실리콘 산화막(203)을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막(204)을 형성한다(S404). 상기 반사방지막(204)은 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 포함할 수 있다. 상기 유기 패턴층(203) 및 실리콘 산화막(203)을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막(204)을 형성하는 단계는 플라즈마 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)법 또는 저압 화학 기상 증착(LPCVD)법을 이용해서 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 실리콘 나이트라이드 층(204)의 두께는 약 30 나노미터(㎚) 내지 약 120 나노미터(㎚)일 수 있다. 한편, 상기 건조된 유기 패턴층(100)의 두께는 수십 마이크로미터(㎛)이므로 두께의 차이가 최대 1000배까지 날 수 있고, 따라서 상기 유기 패턴층(100)이 인쇄된 영역에서는 상기 실리콘 나이트라이드 층(204)이 상기 유기 패턴층(100) 위에 완전히 증착되지 않게 된다. Next, as shown in FIGS. 4 and 5D, an
이 후, 도 4 및 5e에 도시된 바와 같이, 상기 유기 패턴층(100)을 제거한다(S405). 상기 유기 패턴층은 유기 용매를 이용하여 제거될 수 있다. 유기 용매를 이용하여 상기 유기 패턴층(100)을 제거하면, 상기 실리콘 나이트라이드 층(204)과 상기 실리콘 산화막(203)은 유기 용매에 녹지 않아서 남고 상기 유기 패턴층(100)만 제거가 된다. 즉, 이전 단계에서 유기 패턴층(100)이 적층되지 않은 부분은 실리콘 나이트라이드 층(204)과 실리콘 산화막(203)이 남게 되고, 상기 유기 패턴층(100)이 적층되어 패턴이 형성된 부분은 상기 유기 패턴층(100)이 제거됨으로써, n형 반도체층(202)이 외부로 노출되게 된다. Thereafter, as illustrated in FIGS. 4 and 5E, the
이와 같이 선택적으로 실리콘 나이트라이드 층(204)이 증착된 실리콘 기판 상에 도 4 및 5f에 도시된 바와 같이, 금속 페이스트(205)를 도포한다(S406). 상기 도포된 금속 페이스트(205)는 이 후 건조된다. 상기 금속 페이스트(205)는 상기 유기 페이스트 패턴층(100)이 제거된 위치에 인쇄된다. 상기 금속 페이스트(205)는 글래스 프릿을 함유하지 않은 금속 페이스트(205)를 사용하고 저온에서 건조시킬 수 있다. 이렇게 하여, 상기 유기 페이스트 패턴층(100)이 제거된 위치에 금속 페이스트(205)를 형성하여, 금속 전극이 완성된다. 상기 금속 페이스트(205)는 은(Ag) 또는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 상기 글래스 프릿을 함유하지 않는 은(Ag) 또는 주석(Sn)을 금속 페이스트의 재료로 사용함으로써 전기 전도도가 향상된 금속 전극을 형성할 수 있다. As such, as shown in FIGS. 4 and 5F, the
상기 방법에 의해 제조된 태양전지의 특징은 금속 페이스트에 글래스 프릿이 함유되어 있지 않으므로 금속 전극의 전도도가 향상된다. 또한, 실리콘 산화층의 추가로 인해 표면 패시베이션 효과가 증대된다. 전극 형성 공정이 넓은 범위의 온도 및 시간에서 가능하므로 제작이 용이하고, 전극 금속과 실리콘 기판의 넓은 접촉으로 인해 태양전지의 직렬저항이 감소될 수 있다. The solar cell manufactured by the above method is characterized in that the conductivity of the metal electrode is improved because the glass paste is not contained in the metal paste. In addition, the surface passivation effect is increased due to the addition of the silicon oxide layer. Since the electrode forming process is possible at a wide range of temperature and time, it is easy to manufacture, and the series resistance of the solar cell can be reduced due to the wide contact between the electrode metal and the silicon substrate.
201 : 실리콘 기판 202 : 반도체층
203 : 실리콘 산화막 204 : 반사방지막(실리콘 나이트라이드 층)
205 : 금속 페이스트201: silicon substrate 202: semiconductor layer
203: silicon oxide film 204: antireflection film (silicon nitride layer)
205: Metal Paste
Claims (8)
상기 기판 상에 유기 패턴층을 형성하는 단계;
상기 기판을 열처리하여 상기 유기 패턴층을 고형화함과 함께 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하는 단계;
상기 유기 패턴층 및 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계;
상기 유기 패턴층을 제거하는 단계; 및
상기 유기 패턴층이 제거된 위치에 금속 페이스트를 도포하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.Preparing a crystalline silicon substrate having a semiconductor layer on its surface;
Forming an organic pattern layer on the substrate;
Heat treating the substrate to solidify the organic pattern layer and to form a silicon oxide film on the substrate;
Forming an anti-reflection film on the entire surface of the substrate including the organic pattern layer and the silicon oxide film;
Removing the organic pattern layer; And
A method of manufacturing a solar cell comprising applying a metal paste to a position where the organic pattern layer is removed.
상기 반사방지막은 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The anti-reflection film is a solar cell manufacturing method comprising silicon nitride (SiN x ).
상기 유기 패턴층은 유기 용매를 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The organic pattern layer is a solar cell manufacturing method, characterized in that removed using an organic solvent.
상기 금속 페이스트는 은(Ag) 또는 주석(Sn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The metal paste is a solar cell manufacturing method comprising silver (Ag) or tin (Sn).
상기 기판 상에 유기 패턴층을 형성하는 단계는
스크린 프링팅, 그라비아 오프셋, 포토 리소그라피, 또는 에어로졸의 방법을 이용하여 유기 페이스트를 적층함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
Forming an organic pattern layer on the substrate
A method of manufacturing a solar cell, characterized by laminating an organic paste using a method of screen printing, gravure offset, photolithography, or aerosol.
상기 유기 패턴층의 높이는 5 마이크로미터(㎛) 내지 100 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
The height of the organic pattern layer is a manufacturing method of a solar cell, characterized in that 5 micrometers (μm) to 100 micrometers (μm).
상기 유기 패턴층 및 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계는
플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)법 또는 저압 화학 기상 증착(LPCVD)법을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
Forming an anti-reflection film on the entire surface of the substrate including the organic pattern layer and the silicon oxide film
A method of manufacturing a solar cell, characterized by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
상기 반사방지막의 두께는 30 나노미터(㎚) 내지 120 나노미터(㎚)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
The anti-reflection film has a thickness of 30 nanometers (nm) to 120 nanometers (nm).
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---|---|---|---|
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