KR20120030295A - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극이 형성된 기판 상에 전처리공정을 수행하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 P형 반도체 도핑층, 진성 반도체층 및 N형 반도체 도핑층을 구비한 반도체 셀을 형성하는 단계와, 상기 반도체 셀 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전처리공정은 상기 제1 도전성 타입의 제1 반도체 도핑층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성한다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경문제와 에너지 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없으며 에너지 효율이 높은 대체 에너지로서의 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
태양전지는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는 데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 나눌 수 있다. 그 중에서도 빛을 흡수하여 생성된 p형 반도체의 전자와 n형 반도체의 전공이 전기 에너지로 변환하는 태양광 전지에 대한 연구가 활발히 행해지고 있다.
태양광 전지는 pn접합된 반도체에서 태양광에 의해 여기된 소수 캐리어의 확산에 의해 발생하는 기전력을 이용하는 것으로서 사용되는 반도체 재료의 종류에는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등이 있다.
단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용하면 발전효율은 높지만 재료비가 비싸고 공정이 복잡하기 때문에 최근에는 유리나 플라스틱 등의 값싼 기판에 비정질 실리콘이나 화합물 반도체 등을 증착하는 박막 태양전지가 주목을 받고 있다. 특히 박막 태양전지는 대면적화에 매우 유리할 뿐 아니라 기판의 소재에 따라 플렉서블한 태양전지를 생산할 수 있는 장점을 가진다.
일반적으로 박막 태양전지는 기판의 상부에 순차적으로 형성된 제1 전극과 반도체층 및 제2 전극을 포함하며, 반도체층은 P형 반도체층, 진성(intrinsic) 반도체층, N형 반도체층이 순차적으로 적층되어 PIN 접합을 구성한다.
이때, 상기 기판은 텍스쳐링(texturing)되어 있는 표면층을 구비하고 있으며, 이와 같은 기판상에 CVD 방법을 이용한 후 열처리하여 결정을 성장시키는 방법으로 P형 반도체층을 형성하지만, 텍스처링되어 있는 기판의 표면에 P형 반도체층을 형성하게 되면, 결정이 자라면서 부딪힐 수도 있으며, 결정의 성장이 고르게 되지 않아 P형 반도체층의 박막이 성장할 때 문제가 발생할 수 있다.
이와 같이, 결정성장이 불안정한 P형 반도체층을 사용하여 태양전지를 제조할 경우, 태양전지의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 결정성장을 안정화시킨 P형 반도체층을 제조하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극이 형성된 기판 상에 전처리공정을 수행하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 P형 반도체 도핑층, 진성 반도체층 및 N형 반도체 도핑층을 구비한 반도체 셀을 형성하는 단계와, 상기 반도체 셀 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전처리공정은 상기 제1 도전성 타입의 제1 반도체 도핑층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성한다.
상기 전처리공정은 상기 기판 상에 열을 가하는 열처리공정과, 상기 결정이 안정적으로 성장될 수 있도록 분위기를 조성하는 제1 플라즈마 처리공정과, 상기 P형 반도체층의 증착시 사용될 가스들을 주입하여 분위기를 조성하는 제2 플라즈마 처리공정을 순차적으로 진행한다.
상기 제1 플라즈마 처리공정은 30~ 60초의 시간, 1~5 Torr의 압력, 200~ 400W의 파워, 1000~ 3000sccm의 H2 흐름 분위기를 갖는 공정조건에서 수행되고, 상기 제2 플라즈마 처리공정은 100~ 300초의 시간, 3~5 Torr의 압력, 200~ 800W의 파워, 3000~ 5000sccm의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행되고, 상기 P형 반도체 도핑층 형성공정은 100~ 300초의 시간, 3~5 Torr의 압력, 200~ 800W의 파워, 3000~ 5000sccm의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행된다.
상기 제1 전극은 복수 개의 요철을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비한다.
이상에서와 같은 태양전지의 제조방법은 P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성하는 제1 및 제2 플라즈마 처리공정을 수행함으로써, 텍스처링되어 있는 기판의 표면에 P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있게 되어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도
이하는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 대해 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 투명기판(100)이 제공된다.
상기 투명기판(100)은 투명한 절연체이고, 유리기판, 석영기판 또는 플라스틱 기판 등이 사용될 수 있다.
이어, 투명 기판(100) 상부에 복수 개의 요철(201)이 구비된 제1 전극(200)을 형성한다.
제1 전극(200)은 빛에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예를 들어 정공을 수집하여 출력하는 역할을 수행한다. 징크 옥사이드(Zinc oxide), 틴 옥사이드(Tin Oxide), 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide) 등의 투명 도전층이 사용될 수 있다.
상기 제1 전극(200)의 상부 표면은 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철(201)을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하고 있다. 이와 같이, 투명 도전층(200)의 표면을 텍스처링함에 따라 도전성 투명 전극층의 빛 반사도를 감소시키고, 피라미드 구조에서 복수 번의 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.
이러한 제1 전극(200)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도가 요구된다. 이러한 제1 전극(200)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 징크 옥사이드(Zinc oxide), 틴 옥사이드(Tin Oxide)등으로 형성될 수 있다.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 전극(200)이 형성된 투명 기판(100)상에 전처리 공정을 수행한다.
상기 전처리 공정은 열처리공정, 제1 플라즈마 처리공정, 제2 플라즈마 처리공정을 수행하는 단계로 진행된다.
상기 열처리공정은 제1 전극(200)이 형성된 투명 기판(100)상에 일정온도의 열을 가하는 공정으로써, 240~ 260℃정도의 온도 및 1~ 3Torr 정도의 압력을 갖는 공정 조건에서 수행된다.
그리고, 제1 플라즈마 처리공정은 결정이 안정적으로 성장될 수 있도록 분위기를 조성하는 H2를 이용한 플라즈마 처리공정으로써, 30~ 60초 정도의 시간, 1~5 Torr정도의 압력, 200~ 400W 정도의 파워, 1000~ 3000sccm 정도의 H2 흐름 분위기를 갖는 공정조건에서 수행된다.
그리고, 제2 플라즈마 처리공정은 이후 P형 반도체층 증착시 사용될 H2, SiH4, B2H6와 같은 가스 주입하여 분위기를 조성하는 플라즈마 처리공정으로써, 100~ 300초 정도의 시간, 3~5 Torr정도의 압력, 200~ 800W 정도의 파워, 3000~ 5000sccm 정도의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm 정도의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm 정도의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행된다.
이와 같이, P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성하는 제1 및 제2 플라즈마 처리공정을 수행함으로써, 텍스처링되어 있는 기판의 표면에 P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있게 된다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 전처리공정이 수행된 투명 기판(100) 상에 p형 반도체층(203), 진성 반도체층(205), n형 반도체층(207)을 순차적으로 형성한다.
상기 p형 반도체층(203)은 태양광을 입사받아 정공을 생성하고, 상기 생성된 정공을 상기 투명 도전층에 전달하는 역할을 수행하고, 100~ 300초 정도의 시간, 3~5 Torr정도의 압력, 200~ 800W 정도의 파워, 3000~ 5000sccm 정도의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm 정도의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm 정도의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행된다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2 플라즈마 처리공정이 수행된 기판 상에 p형 반도체층을 증착하게 되면, 텍스처링되어 있는 기판의 표면에서 결정의 성장이 고르지 못한 P형 반도체층의 형성을 방지할 수 있게 된다.
상기 진성 반도체층(205)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것이다. 이로 인해, 진성 반도체층(205)은 인가되는 단파장 대역의 빛을 주로 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어가 이곳에서 주로 생성한다. 이러한 진성 반도체층(205)은 a-Si:H로 형성될 수 있다.
상기 n형 반도체층(207)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서, n형 반도체층(207)은 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H), 수소화된 미세 결정 실리콘 질화물(μc-SiNx:H) 및 수소화된 미세 결정 실리콘 산화 질화물(μc-SiOxNy:H) (여기서, 0<x<1, 0<y<1) 중 하나로 형성된다.
이와 같이, p형 반도체층(203), 진성 반도체층(205), n형 반도체층(207)으로 형성된 반도체 셀은 비정질 실리콘(amorphous silicon: a-Si:H)을 이용하는 비정질 실리콘 셀로서, 약 1.7eV의 광학 밴드갭을 갖고 근자외선, 보라, 파랑 등과 같은 단파장 대역의 빛을 주로 흡수하게 된다.
반도체 셀의 p형 및 n형 반도체층(203, 207)과 같은 도핑층은 진성 반도체층(205)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인한 광기전력 효과(photovoltatic effect)의하여 광 흡수층인 진성 반도체층(205)에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 p형 반도체층(203)을 통해 투명 도전층(200)쪽으로 이동하고, 전자는 n형 반도체층(207)을 통해 이후 형성될 후면 전극(211)쪽으로 이동한다.
이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, p형 반도체층(203), 진성 반도체층(205), n형 반도체층(207)으로 형성된 반도체 셀이 구비된 기판(101)상에 후면 반사층(209) 및 제2 전극(211)을 형성한다.
후면 반사층(back reflector, 209)은 반도체 셀을 통과한 빛을 반도체 셀(140)쪽으로 반사시켜, 반도체 셀(140)의 동작 효율을 향상시키는 것이다. 이러한 후면 반사층(209)은 ZnO와 같은 투명한 도전성 물질로 형성되어 있다.
제2 전극(211)은 후면 반사층(209) 전체 면 위에 형성되어 있으며, 전기적으로 하부의 반도체 셀의 n형 반도체층(207)과 연결되어 있다. 이러한 제2 전극(211)은 p-n 접합을 통해 생성된 캐리어 중 전자를 수집하여 출력한다. 이러한 제2 전극(211)은 전도성 금속 물질로 이루어져 있다.
이상에서와 같은 태양전지의 제조방법은 P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성하는 제1 및 제2 플라즈마 처리공정을 수행함으로써, 텍스처링되어 있는 기판의 표면에 P형 반도체층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있게 되고, 결정성장이 고르게 되면 P형 반도체층의 면저항값이 적은 성막이 형성되어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 태양전지의 P형 반도체층의 면저항값을 도시한 그래프로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 1.E+04~ 1.E+07 정도의 면저항값을 갖는 P형 반도체층이 형성됨을 알 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
Claims (6)
- 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계와,
상기 제1 전극이 형성된 기판 상에 전처리공정을 수행하는 단계와,
상기 제1 전극 상에 P형 반도체 도핑층, 진성 반도체층 및 N형 반도체 도핑층을 구비한 반도체 셀을 형성하는 단계와,
상기 반도체 셀 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전처리공정은 상기 제1 도전성 타입의 제1 반도체 도핑층 증착시 결정이 고르게 성장할 수 있는 분위기를 조성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 전처리공정은
상기 기판 상에 열을 가하는 열처리공정과,
상기 결정이 안정적으로 성장될 수 있도록 분위기를 조성하는 제1 플라즈마 처리공정과,
상기 P형 반도체층의 증착시 사용될 가스들을 주입하여 분위기를 조성하는 제2 플라즈마 처리공정을 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제2 항에 있어서, 상기 제1 플라즈마 처리공정은
30~ 60초의 시간, 1~5 Torr의 압력, 200~ 400W의 파워, 1000~ 3000sccm의 H2 흐름 분위기를 갖는 공정조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제2 항에 있어서, 상기 제2 플라즈마 처리공정은
100~ 300초의 시간, 3~5 Torr의 압력, 200~ 800W의 파워, 3000~ 5000sccm의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1 항에 있어서, 상기 P형 반도체 도핑층 형성공정은
100~ 300초의 시간, 3~5 Torr의 압력, 200~ 800W의 파워, 3000~ 5000sccm의 H2 흐름 분위기, 10~ 50sccm의 SiH4 흐름 분위기, 2~10sccm의 B2H6 흐름분위기를 갖는 공정조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극은
복수 개의 요철을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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| KR1020100092713A KR20120030295A (ko) | 2010-09-20 | 2010-09-20 | 태양전지의 제조방법 |
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| KR1020100092713A KR20120030295A (ko) | 2010-09-20 | 2010-09-20 | 태양전지의 제조방법 |
Publications (1)
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ID=46134408
Family Applications (1)
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2010
- 2010-09-20 KR KR1020100092713A patent/KR20120030295A/ko not_active Application Discontinuation
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