KR20120027652A - 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이중 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 및 그 제조 방법이 제공된다. 이중 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 형성 방법은, 실리콘 기판 상에 에미터(emitter) 층을 형성하는 단계, 상기 형성된 에미터 층 상에 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)을 포함하는 전면 전극을 형성하는 단계, 상기 에미터 층 상의 상기 전면 전극이 형성되지 않은 부분에 황화아연(ZnS) 층 및 불화마그네슘(MgF2) 층을 갖는 반사 방지막을 증착하는 단계, 및 상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막을 함께 열처리하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이중 반사 방지막을 포함하는 복수의 막을 동시에 열처리하여 제조 공정을 단순화하고 양호한 전지 특성을 갖도록 하는, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지 및 그 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 환경 오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양 전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양 전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, 태양 전지라 함)를 일컫는다.
태양 전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양 전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양 전지에 빛이 입사되면 빛과 태양 전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(photovoltaic effect)라 하는데, 태양 전지를 구성하는 p형(101)및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다
이와 같은 태양 전지의 출력 특성은 일반적으로 솔라 시뮬레이터를 이용하여 출력 전류 전압 곡선을 측정함으로써 평가되고, 이 곡선 상에서 출력 전류 Ip와 출력 전압 Vp의 곱 Ip × Vp가 최대가 되는 점을 최대 출력 Pm이라 부르고, 상기 Pm을 태양 전지로 입사하는 총광 에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양 전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값을 변환 효율 η로 정의한다. 변환 효율 η를 높이기 위해서는 단락 전류 Isc(전류 전압 곡선 상에서 V=0일 때의 출력 전류) 또는 개방 전압 Voc(전류 전압 곡선 상에서 I=0일 때의 출력 전압)를 높이거나 출력 전류 전압 곡선의 각형에 가까운 정도를 나타내는 FF(fill factor)를 높여야 한다. FF의 값이 1에 가까울수록 출력 전류 전압 곡선이 이상적인 각형에 근접하게 되고, 변환 효율 η도 높아지는 것을 의미하게 된다. 주로 Isc는 태양 전지의 그에 조사되는 빛에 대한 흡수율 또는 반사율에, Voc는 캐리어(전자와 정공)의 재결합 정도에, FF는 n형 및 p형 반도체 내 또는 이들과 전극 사이에서의 저항에 영향을 받는다
일반적으로 태양 전지에서 빛의 반사율을 감소시키기 위하여 반사 방지층을 사용하거나, 전극 단자를 형성할 때 태양빛을 가리는 면적을 최소화하는 방법을 사용한다. 그 중에서도 높은 반사율을 구연할 수 있는 반사 방지층에 대한 다양한 연구가 진행 중이며, 현재, 실리콘 나이트라이드 반사 방지막을 태양 전지 전면의 에미터 위에 형성하여 반사율을 감소시키는 방법이 개발되어 널리 활용되고 있다. 그러나, 이러한 반사 방지막을 포함하는 태양 전지의 제조를 위하여 다수의 열처리 과정이 필요하여 태양 전지의 제조 공정 과정을 단순화하면서 태양 전지의 효율을 향상시키키 힘든 문제가 있었다.
한편, 선행 기술로서, 한국공개특허 제2003-0079265호에는 “고효율 태양 전지 및 그 제조 방법”이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는 바, 부동층으로서 단결정 실리콘과 반사 방지막으로서 실리콘 나이트라이드의 이중막 구조를 사용하는 태양 전지 제조 기술에 관한 것이다. 그러나, 상기 선행 기술의 경우에도, 다수의 이중막 구조를 형성하기 위하여 다수의 열처리 과정을 거쳐야 하며, 향상된 효율 상승을 기대하기는 힘든 문제가 있었다.
따라서, 태양 전지의 이중 반사 방지막을 보다 효과적으로 형성하여 태양 전지의 제조 공정을 단순화하며, 나아가 태양광에 대한 반사도를 낮춤과 동시에 FF 값 및 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지 제조 기술이 꾸준히 요구되고 있다.
본 발명의 일부 실시예는 태양 전지의 이중 반사 방지막을 보다 효과적으로 형성하여 태양 전지의 제조 공정을 단순화하며, 태양광에 대한 반사도를 낮추면서 FF 값 및 변환 효율을 향상시킬 수 있는, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은, 실리콘 기판 상에 에미터(emitter) 층을 형성하는 단계, 상기 형성된 에미터 층 상에 전면 전극을 형성하는 단계, 상기 에미터 층 상의 상기 전면 전극이 형성되지 않은 부분에 이중의 반사 방지막을 증착하는 단계, 및 상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막을 함께 열처리하는 단계를 포함하는, 이중 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 형성 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 에미터 층, 상기 에미터 층 상의 일부에 형성된 전면 전극, 및 상기 에미터 층 상의 상기 전면 전극이 형성되지 않은 부분에 형성된 이중의 반사 방지막을 포함하며, 상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막은 하나의 공정에 의해 열처리된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지를 형성하기 위하여 다수의 막에 대한 열처리를 하나의 공정으로 수행함으로써, 태양 전지의 제조 공정을 단순화하며, 동시에 태양 전지의 태양광에 대한 반사도를 낮추면서 FF 값 및 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 태양 전지의 기본적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막이 형성된 태양 전지의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지의 제조 방법의 세부 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전면 전극 및 이중 반사 방지막의 형성 방법의 세부 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막이 형성된 태양 전지의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지의 제조 방법의 세부 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전면 전극 및 이중 반사 방지막의 형성 방법의 세부 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막이 형성된 태양 전지의 일례를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막이 형성된 태양 전지에서는 p형 실리콘 기판(10)의 전면에 n형 에미터 층(20)이 형성될 수 있다. 또한, n형 에미터 층(20) 상에 반사 방지막(30)을 형성되고, 형성된 반사 방지막(30) 상에 반사 방지막(40)이 이중으로 형성될 수 있다. 여기서, 반사 방지막(30, 40)은 상층에서 반사된 빛과 하층에서 반사된 빛이 서로 상쇄 간섭(destructive interference)을 효과적으로 일으킬 수 있도록, 하부의 반사 방지막(30)은 2.2 ~ 2.6 사이의 높은 굴절률을 가진 물질을 사용하여 형성되고, 상부의 반사 방지막(40)은 1.3 ~ 1.6 사이의 낮은 굴절률의 물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
이중의 반사 방지막(30, 40)은, 예를 들어, MgF2/ ZnS, MgF2/TiO2, SiO2/SiN, MgF2/CeO2으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 반사 방지막(40)의 표면으로부터 에미터 층(20)의 상면이 노출될 때까지 다수 개의 홈을 형성하고 홈 내부를 도전성 물질로 충진함으로써 n형 에미터 층(20)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(50)이 형성되고, p형 실리콘 기판(10)의 후면 상에 후면 전극(60)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지에서는 이중 반사 방지막(30. 40)을 갖는 태양 전지를 제조함에 있어서 다수의 막을 동시에 열처리함으로써, 태양 전지의 제조 공정을 단순화하고 제조 시간을 단축시킬 수 있으며, 태양 전지의 FF 및 효율 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지의 제조 방법에 관하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지의 제조 방법의 세부 흐름도이다.
단계 S100은 실리콘 기판을 세정하는 단계이다. 단계 S100에서는 실리콘 기판을 텍스처링(texturing)하여 기판 표면에 피라미드 구조를 형성함으로써 피라미드 구조에 의한 반사 회수를 증가시켜 광 생성된 전류를 증가시킬 수 있다. 또한, 단계 S100에서는, 예를 들어, 실리콘 기판을 Na2CO3의 용액으로 텍스처링(texturing)한 후에 RCA Ⅰ?Ⅱ기법으로 세정(Cleaning)공정을 거쳐 DHF(Diluted HF) 용액에 수 초 동안 담궈 표면에서의 불순물 및 산화막(native oxide)을 제거할 수 있다.
단계 S200은 세정된 기판에 에미터(emitter) 층 및 산화막을 형성하는 단계이다. 에미터 층은 실리콘 태양 전지의 기본이 되는 요소로써 전자와 정공을 수집하여 전위를 발생시키는 역할을 하며 전극 형성 공정에 까지 영향을 미치는 중요한 요소이다. 단계 S200에서는 세정된 기판을 POCl3 용액을 사용하여 통상의 확산로(diffution furnace)에서 약 50Ω/□의 면저항을 가지는 에미터를 형성할 수 있다. 또한, 표면의 PSG(phosphorous silicate glass)를 HF 용액을 이용하여 제거한 후 통상의 산화로(oxidation furnace)에서 약 250Å의 두께를 갖는 산화막을 형성할 수 있다.
단계 S300은 태양 전지의 후면 전극을 형성하는 단계이다. 단계 S300에서는, 후면 전극 및 BSF(back surface filed)를 형성하기 위하여 후면 알루미늄(Aluminum)을 screen printing으로 형성할 수 있다. Screen printing 방법은 squeeze의 물리적인 접촉으로 인해 paste를 바르는 방법을 말한다.
단계 S400은 태양 전지의 전면 전극을 형성하는 단계이다. 단계 S400에서는, 전면 전극을 형성될 패턴(pattern)을 형성하기 위해 포토 리소그래피(photo-lithography)법으로 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용한 마스크 패턴(mask pattern)을 형성할 수 있다. 또한, 형성된 마스크 패턴(mask pattern)에 전면 전극을 형성할 수 있으며, 전면 전극으로는 니켈(Ni) 층, 구리(Cu) 층, 은(Ag) 층을 포함하는 Ni/Cu/Ag 전극을 형성할 수 있다.
단계 S500은 이중의 반사 방지막을 형성하는 단계이다. 반사 방사막은 서로 다른 굴절률을 가지는 2 이상의 광학적 박막 물질을 이용하고, 반사율이 0에 가까운 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 반사 방지막 물질은 태양 전지의 표면과 반응하지 않아야 하며 태양 전지의 표면을 보호할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 단계 S500에서는, 이중의 반사 방지막을 증착하고, 증착된 이중 반사 방지막 및 니켈(Ni)을 포함하는 전면 전극(Ni/Cu/Ag 전극)을 동시에 열처리할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단계 S400에서의 전면 전극 형성 방법 및 단계 S500에서의 이중 반사 방지막 형성 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전면 전극 및 이중 반사 방지막의 형성 방법의 세부 흐름도이다.
단계 S402는 니켈(Ni) 도금(planting)막을 형성하는 단계이다. 단계 S402에서는, Cu의 확산 장벽(diffusion barrier) 및 부착 층(adhension layer)으로서 실리콘 기판과 접촉하는 전극의 용도로 니켈 도금막을 형성할 수 있다.
단계 S402에서는 니켈 도금막을 무전해 도금 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로 니켈 무전해 도금은 Ni2 +와 H2PO2 - 이온(ion)의 산화/환원 반응을 이용하는 것으로 환원제의 산화 반응에 의해 도금액 중의 금속 이온이 환원되어 피 도금체 위에 석출될 수 있다.
니켈 도금을 위하여 염화 니켈(nickel chloride: NiCl2?6H2O)을 주성분으로 하고, 환원제로 하이포아인산나트륨(sodium hypophosphite: NaH2PO2?H2O)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 PH 조절을 위해 암모니아 용액(ammonia solution)을 이용해 PH 8.5 ~ 8.7을 유지할 수 있다. 도금 중에는 위와 같은 화학 반응에 의하여 H2 기포들이 형성되는데 이를 잘 제거하지 않으면 H2 기포 위에 Ni 막이 형성될 수 있으므로 적절한 rpm으로 스티어링(stirring)해 주는 것이 바람직하다. 또한, 약 1 ~ 2 μm 두께의 Ni 막을 형성하기 위하여 85℃에서 10 분 간 수용액에서 증착할 수 있다.
단계 S404는 구리(Cu) 도금(planting)막을 형성하는 단계이다. 단계 S404에서는, Ni/Cu/Ag 전극의 주(main) 전극으로 전해 도금(electro plating)과 light-induced plating법을 동시에 이용하여 Cu를 증착할 수 있다. 또한, 도금 용액의 주성분은 황산 구리염(Cupric sulfate: CuSO4?5H2O)와 황산(sulfuric acid: H2SO4)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 황산의 역할은 도금액의 전도도를 향상시킴으로써 낮은 전압에서 전류 밀도를 얻고자 하는데 있다.
단계 S406는 은(Ag) 도금막을 형성하는 단계이다. 단계 S506에서 형성되는 Ag 도금막은 Cu의 산화를 방지하기 위한 Cu 전극 페시베이션(passivation) 용도로 사용될 수 있다. Ag의 경우 원자량(atomic mass)이 107.87로 Cu(63.55)보다 많이 높고 전극 페시베이션(passivation) 용도로 사용되므로 light-induced plating만으로 도금할 수 있다. 또한, 형성되어 있는 Cu 도금막이 전자를 효율적으로 수집할 수 있기 때문에, light-induced plating을 이용하여 보다 효율적으로 Ag를 도금할 수가 있다. 또한, 수용액의 주요 성분은 은 시안화물(silver cyanide), 칼륨 시안화물(potassium cyanide)인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서는 Ni/Cu/Ag 전극을 도금(planting)법으로 형성하여 금속의 순도를 높이고 aspect ratio(height/width)를 향상시킴으로써, 빛을 흡수할 수 있는 수광 면적을 늘이면서도 전극 저항을 줄일 수 있게 된다. 또한, 주(main) 전극으로서 전기 전도도가 높은 Cu를 사용함으로써 태양 전지의 효율을 향상시키고 금속 전극의 형성 비용을 절감할 수 있다.
단계 S502는 이중의 반사 방지막을 증착하는 단계이다. 단계 S502에서는 태양 전지 표면의 빛을 최소한으로 반사시키기 위해 바람직하게는 황화아연(ZnS)와 불화마그네슘(MgF2)을 진공 증착 방법으로 연속적으로 증착할 수 있다. 황화아연(ZnS)는 기준 파장이 600nm에서 2.36의 굴절율을 나타내는 이방성 물질이며, 불화마그네슘(MgF2)은 120nm의 진공 자외선에서부터 9000nm의 적외선까지 장파장 영역에서 높은 투과율을 나타내며, 가시광선에서는 저 굴절률 물질로 무반사 코팅에 주로 사용되는 물질이다. 또한, 단계 S502에서는 최소의 반사율을 위해 황화아연(ZnS) 층의 두께를 560Å로 증착하고, 불화마그네슘(MgF2)의 두께를 1060Å로 증착할 수 있다.
단계 S504는 Ni/Cu/Ag 전극의 각각의 막과 증착된 이중의 반사 방지막을 함께 열처리하는 단계이다. 단계 S504에서는, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지를 제조하기 위하여 니켈(Ni)을 포함하는 Ni/Cu/Ag 전극과 이중의 반사 방지막의 열처리를 동시에 수행함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 단계 S510에서는, 열처리 공정에서 시간이 너무 길거나 또는 열처리 온도가 너무 높으면 Ni이 Si안으로 확산되어 들어가 PN-정션(pn-junction) 부근에서 shunting path 되어 cell의 Voc(open circuit voltage)를 낮추는 문제가 발생할 수 있으며, 열처리 시간이 너무 짧거나 열처리 온도가 너무 낮으면 접촉 저항이 커져서 전지의 FF(fill factor)가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 단계 S504에서의 열처리 조건은 태양 전지 특성에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 양호한 태양 전지를 형성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 어닐링 로(annealing furnace)를 이용하여 0.8 ~ 1.2 l/min의 아르곤(Ar) 가스를 제공하면서 370 ~ 390℃의 온도에서 25 ~ 35 분 동안 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.
<
실험예
>
본 실험예에서는 붕소(Boron)가 도핑(doping)된 p-type이며, 결정방면 100, 비저항 1 ~ 5 Ω?cm, 크기 20 × 20 mm2, 두께 300 μm인 CZ 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
먼저, 실리콘 기판을 Na2CO3의 용액으로 텍스처링(texturing)을 형성한 후에 RCA Ⅰ?Ⅱ기법으로 세정(cleaning)공정을 거쳐 DHF(Diluted HF) 용액에 수 초 동안 담궈 표면에서의 불순물 및 산화막(native oxide)을 제거하였다. 세정된 기판을 POCl3 용액을 사용하여 일반적인 확산로(diffution furnace)에서 약 50Ω/□의 면저항을 가지는 에미터(emitter) 층을 형성하였다. 또한, 표면의 PSG(phosphorous silicate glass)를 HF 용액을 이용하여 제거한 후 통상의 산화로(oxidation furnace)에서 약 250Å의 두께를 갖는 산화막을 형성하였다. 또한, 후면 전극 및 BSF(back surface filed)를 형성하기 위하여 후면 알루미늄(aluminum)을 screen printing으로 형성하였으며, 전면의 패턴(pattern)을 형성하기 위해 포토 리소그래피(photo-lithography)법으로 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용한 마스크 패턴(mask pattern)을 형성하였다.
이후, Cu의 확산 장벽(diffusion barrier) 및 부착 층(adhension layer)을 Ni을 무전해 도금을 이용하여 형성하였다(Nickel plating).
Ni 무전해 도금은 Ni2 +와 H2PO2 - 이온의 산화?환원 반응을 이용하는 것으로 환원제의 산화반응에 의해 도금액 중의 금속이온이 환원되어 피 도금체 위에 석출되는 것으로 실리콘 표면에서 Ni 막이 형성되는 과정은 다음과 같다.
(1) 실리콘 표면에 Ni2 +와 H2PO2 - 이온 등의 반응 물질 확산
(2) 실리콘 표면에 반응 물질 흡착
(3) 표면에서 화학적 반응
2H2PO2 - + 2H2O + Ni2 + → N + H2 + 4H+ + 2HPO3 2 -
(4) 표면으로부터 반응물질(HPO3 2 -, H2, H+) 탈착
(5) 반응물질들이 표면으로부터 떨어져 확산
본 실험예에서는 염화 니켈(nickel chloride: NiCl2?6H2O)을 주성분으로 하고, 환원제로 하이포아인산나트륨(sodium hypophosphite: NaH2PO2?H2O)를 사용하였다. 또한 PH조절을 위해 암모니아 용액(ammonia solution)을 이용해 PH 8.5 ~ 8.7을 유지하였다. 또한, 도금 중에는 위와 같은 화학 반응에 의하여 H2 기포들이 형성되는데 이들을 제거하기 위하여 적절한 rpm으로 stirring 해 주었다. 또한, 약 1 ~ 2 μm 두께의 Ni 막을 형성하기 위하여 85℃에서 10 분간 수용액에서 증착하였다.
이후, Ni/Cu/Ag 전극의 주(main) 전극으로 전해 도금(electro plating)과 light-induced plating법을 동시에 이용하여 Cu를 증착하였다(Copper elecro & light-induced plating). 주성분이 황산 구리염(Cupric sulfate: CuSO4?5H2O)와 황산(sulfuric acid: H2SO4)으로 이루어진 도금액을 사용하였다.
이후, Cu의 산화를 방지하기 위한 Cu 전극 페시베이션(passivation) 용도로 사용하기 위하여 light-induced plating 방법을 이용하여 Ag를 형성하였다(Silver light-induced plating). 이 때, 주요 성분이 은 시안화물(silver cyanide), 칼륨 시안화물(potassium cyanide)로 이루어진 수용액을 이용하였다.
이후, 표면의 빛을 최소한으로 반사시키기 위해 황화아연(ZnS)와 불화마그네슘(MgF2)을 진공증착 방법으로 연속적으로 증착하였다. 또한 최소의 반사율을 위해 각각의 두께를 560Å과 1060Å 증착시켰다.
이후, 아래 표 1와 같은 조건에서 열처리 공정을 통해서, MgF2/ZnS 반사 방지막의 열처리와 Ni/Cu/Ag 전극의 열처리를 동시에 수행하여 제조 공정을 단순화할 수 있었으며, 아래 표 2와 같은 특성을 갖는 태양 전지를 제조할 수 있었다.
| 장비 | 온도 | 시간 | 가스(Ar:아르곤) |
| Annealing furnace | 380℃ | 30min | 1 l/min |
| Isc(A) | Voc(V) | FF(%) | 광 변환 효율(%) |
| 0.15 A | 0.6 V | 75.84 | 17.31 |
<
비교예
>
본 발명의 일 실시예에 따른 실험예에 대한 비교예로서, Ni을 무전해 도금(electroless plating)하고 RTP(Rapid thermal process)를 이용하여 첫 번째 열처리를 하여 니켈 규화물(Ni silicide)을 형성한 다음에 Cu/Ag를 light-induced electroplating을 이용하여 도금하고 두번째 열처리를 수행하였다. 그리고, MgF2/ZnS 이중 반사막을 증착 시키고 어닐링 로(annealing furnace)를 이용하여 400℃에서 30분간 세번째 열처리를 진행하였다.
비교예에서는 아래 표 3과 같은 특성을 갖는 태양 전지를 제조할 수 있었다.
| Isc(A) | Voc(V) | FF(%) | 광 변환 효율(%) |
| 0.15 A | 0.61 V | 75.45 | 17.36 |
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예에 의할 경우, 복수의 열처리를 수행하는 비교예에 비하여 공정을 보다 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 비교예에서와 유사하게 양호한 전지 특성을 지니는 태양 전지를 형성할 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 실리콘 기판 20: 에미터 층
30: 반사 방지막 40: 반사 방지막
50: 전면 전극 60: 후면 전극
30: 반사 방지막 40: 반사 방지막
50: 전면 전극 60: 후면 전극
Claims (11)
- 이중 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 형성 방법에 있어서,
실리콘 기판 상에 에미터(emitter) 층을 형성하는 단계,
상기 형성된 에미터 층 상에 전면 전극을 형성하는 단계,
상기 에미터 층 상의 상기 전면 전극이 형성되지 않은 부분에 이중의 반사 방지막을 증착하는 단계, 및
상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막을 함께 열처리하는 단계
를 포함하는, 태양 전지 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전면 전극을 형성하는 단계는,
상기 에미터 층 상에 니켈 도금막을 형성하는 단계,
상기 형성된 니켈 도금막 상에 구리 도금막을 형성하는 단계, 및
상기 형성된 구리 도금막 상에 은 도금막을 형성하는 단계
를 추가 포함하며,
상기 열처리 단계는, 상기 니켈 도금막, 상기 구리 도금막, 상기 은 도금막 및 상기 이중 반사 방지막을 함께 열처리하는 것인, 태양 전지 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 니켈 도금막을 형성하는 단계는, 상기 니켈 도금막을 무전해 도금법(electroless plating)을 이용하여 형성하며,
상기 구리 도금막을 형성하는 단계는, 전해 도금법(electro plating)과 LIP(light-induced plating)법을 함께 이용하여 상기 구리 도금막을 형성하며,
상기 은 도금막을 형성하는 단계는, LIP(light-induced plating)법을 이용하여 상기 은 도금막을 형성하는 것인, 태양 전지 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 이중의 반사 방지막을 증착하는 단계는,
황화아연(ZnS) 및 불화마그네슘(MgF2)을 진공 증착 방법으로 연속적으로 증착하는 것인, 태양 전지 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 열처리 하는 단계는, 어닐링 로(Annealing furnace)를 이용하여, 370 ~ 390 ℃의 온도에서 25 ~ 35분 동안 0.8 ~ 1.2 l/m의 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막을 함께 열처리하는 것인, 태양 전지 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 에미터 층을 형성하는 단계는, 상기 형성된 에미터 층 상에 산화막 층을 형성하는 단계를 추가 포함하며,
상기 산화막은 250Å의 두께로 형성되고, 상기 황화아연(ZnS) 층은 560Å의 두께로 증착되며, 상기 불화마그네슘(MgF2) 층은 1060Å의 두께로 증착되는 것인, 태양 전지 형성 방법.
- 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지에 있어서,
실리콘 기판,
상기 실리콘 기판 상에 형성된 에미터 층,
상기 에미터 층 상의 일부에 형성된 전면 전극, 및
상기 에미터 층 상의 상기 전면 전극이 형성되지 않은 부분에 형성된 이중의 반사 방지막
을 포함하며,
상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막은 하나의 공정에 의해 열처리된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지.
- 제 7 항에 있어서,
상기 전면 전극은 니켈 도금막, 구리 도금막 및 은 도금막을 포함하며, 상기 니켈 도금막, 상기 구리 도금막, 상기 은 도금막 및 상기 이중 반사 방지막은 함께 열처리된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지.
- 제 8 항에 있어서,
상기 이중의 반사 방지막은, 황화아연(ZnS) 및 불화마그네슘(MgF2)이 진공 증착 방법에 의해 연속적으로 증착된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지.
- 제 9 항에 있어서,
상기 전면 전극 및 상기 이중의 반사 방지막은, 어닐링 로(Annealing furnace)를 이용하여 370 ~ 390 ℃의 온도에서 25 ~ 35분 동안 0.8 ~ 1.2 l/m의 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 함께 열처리된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지.
- 제 9 항에 있어서,
상기 에미터 층과 상기 이중 반사 방지막 사이에 형성된 산화막
을 더 포함하며,
상기 산화막은 250Å의 두께로 형성되고, 상기 황화아연(ZnS) 층은 560Å의 두께로 형성되며, 불화마그네슘(MgF2) 층은 1060Å의 두께로 형성된 것인, 이중 반사 방지막을 갖는 태양 전지.
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| KR20160028235A (ko) | 2014-09-03 | 2016-03-11 | ㈜듀만 | 반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물 |
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| KR20160028235A (ko) | 2014-09-03 | 2016-03-11 | ㈜듀만 | 반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물 |
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