KR20120031808A - 태양전지 제조방법 - Google Patents

태양전지 제조방법 Download PDF

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KR20120031808A KR1020100093417A KR20100093417A KR20120031808A KR 20120031808 A KR20120031808 A KR 20120031808A KR 1020100093417 A KR1020100093417 A KR 1020100093417A KR 20100093417 A KR20100093417 A KR 20100093417A KR 20120031808 A KR20120031808 A KR 20120031808A
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권형진
김진아
남정범
정인도
양주홍
심승환
최형욱
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Abstract

본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 기판상에 에미터층을 형성하는 단계 및 에미터층 상에 반사방지막과 전면전극을 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 반사방지막과 전면전극은, 시트 상에 전극패턴을 포함하는 반사방지막 시트를 에미터층 상에 라미네이팅(Laminating)하여 형성할 수 있다. 이에 의해, 반사 방지막과 전면 전극을 라미네이팅 방법을 이용하여 동시에 형성함으로써, 태양전지의 제조 공정이 단순하고, 생산율이 향상될 수 있다.

Description

태양전지 제조방법{Manufacturing method a solar cell}
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반사방지막과 전면전극을 동시에 형성할 수 있는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 반도체 소자를 이용한 차세대 전지로서 각광받고 있다.
즉, 태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분될 수 있으며, 이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다.
이의 일환으로 태양광이 입사되는 태양전지의 일면에는 반사방지막을 형성하여 입사하는 태양광의 흡수율을 향상시키고 있는데, 이러한 반사방지막은 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposion) 등의 공법을 이용하여 형성하는바, 고가의 진공 장비를 이용함에 따른 공정 단가가 상승하고, 생산율이 저하될 수 있다. 또한, 반사방지막 상에 전면 전극 형성시, 페이스트를 스크린프린팅하여 형성하는데, 이에 따라 미세 선폭의 구현이 어렵고, 생산율이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은, 제조 공정이 단순하고, 생산율이 향상될 수 있는 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 기판상에 에미터층을 형성하는 단계 및 에미터층 상에 반사방지막과 전면전극을 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 반사방지막과 전면전극은, 시트 상에 전극패턴을 포함하는 반사방지막 시트를 에미터층 상에 라미네이팅(Laminating)하여 형성할 수 있다.
또한, 라미네이팅된 반사방지막 시트를 열처리하는 단계;를 포함하고, 열처리에 의해, 전극패턴은 시트를 관통하여 에미터층과 접속하는 전면전극을 형성할 수 있다.
또한, 시트는 SiHx(x=1~4)을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 전극패턴은 은(Ag)을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양전지의 반사 방지막과 전면 전극을 라미네이팅 방법을 이용하여 동시에 형성함으로써, 태양전지의 제조 공정이 단순하고, 생산율이 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막 시트를 도시한 평면도, 그리고
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
먼저, 도 1에 도시되는 바와 같이, 기판(110) 상에 P-N 접합 형성을 위해 에미터층(120)을 형성한다.
기판(110)은 실리콘으로 형성될 수 있으며, 일 예로 P형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있다. 에미터층(120)은 일 예로 N형 불순물로 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑 될 수 있다.
에미터층(120)은 확산법, 스프레이법, 또는 프린팅 공정법 등에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 에미터층(120)은 P형 반도체 기판(110)에 N형 불순물을 주입함으로써 형성될 수 있다.
이와 같이, 기판(110)과 에미터층(120)에 반대 도전형의 불순물이 도핑 되면, 기판(110)과 에미터층(120)의 계면에는 P-N접합(junction)이 형성되고, P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력이 발생할 수 있다.
다음으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 에미터층(120) 상에 반사방지막(136)과 전면전극(138)을 동시에 형성한다.
반사방지막(136)과 전면전극(138)은, 시트(132) 상에 전극패턴(134)을 포함하는 반사방지막 시트(130)를 에미터층(120) 상에 라미네이팅(Laminating)하여 형성할 수 있다.
시트(132)는 SiHx(x=1~4)를 포함하여 형성될 수 있으며, 전극패턴(134)은 은(Ag)을 포함하여 형성될 수 있다.
즉, 시트(132)는 SiHx(x=1~4), 바인더 등의 유기물과, 글래스 프릿 등의 무기물을 포함하는 페이스트를 베이스기판(미도시) 상에 스크린 인쇄 등을 통해 도포한 후, 이를 건조시켜 형성할 수 있다. 또한, 전극패턴(134)은 은, 유리 프릿 등이 포함된 전면 전극용 페이스트를 시트(132) 상에 스크린 프린팅 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
이와 같은 반사방지막 시트(130)를 에미터층(120)상에 위치시킨 후 롤러 사이를 통과시킴으로써, 에미터층(120) 상에 반사방지막 시트(130)를 용이하게 부착할 수 있다. 이어서 반사방지막 시트(130)를 소성하면, 전극패턴(134)은 글래스 프릿을 매게로 시트(132)를 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 에미터층(120)과 접속하여 전면전극(138)을 형성하며, 시트(132)는 반사방지막(136)을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 반사방지막(136)과 전면전극(138)을 고가의 진공장비를 이용하지 않고 단순한 공정에 의해 동시에 형성할 수 있으며, 이에 따라 제조 공정이 간소화될 수 있고, 생산 비용절감의 효과가 있으며, 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한, 전극패턴(134)은 미리 시트(132)상에 패터닝되어 있기 때문에, 전면전극(138)의 미세 선폭의 구현이 가능하고, 전면전극(138) 형성을 위한 스크린 프린팅 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정이 단순해 지고 생산 효율이 향상될 수 있다.
이와 같이 형성된 반사방지막(136)은 에미터층(120)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화하고 기판(110)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다.
에미터층(120)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양전지(100)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 이처럼 반사방지막(136)에 의해 태양전지(100)의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그만큼 태양전지(100)의 변환효율이 향상될 수 있다.
한편, 기판(110)의 후면에는 후면전극(140)을 형성할 수 있다. 후면전극(140)은 일 예로 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 페이스트를 기판(110)의 후면에 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다.
또한, 후면전극용 페이스트의 열처리시 페이스트에 포함된 알루미늄은 기판(110)의 후면을 통해 확산함으로써 후면전극(140)과 기판(110)의 경계면에 후면전계층(Back surfacefield, 150)이 형성될 수 있다. 후면전계층(150)은 태양광에 의해 생성된 전자의 후면 재결합을 최소화하여 태양전지(100)의 효율 향상에 기여한다.
다음으로 도 4를 참조하면, 기판(110)의 전면과 후면을 절연시키기 위한 홈(160)을 형성하여 에미터층(120)을 분리(Isolation)한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 에미터층(120)을 형성하기 위해 N형 불순물을 도핑하는 과정에서 기판(110)의 측면에도 도핑물질이 도핑될 수 있기 때문에 기판(110)의 전,후면이 전기적으로 연결되게 되며, 이는 태양전지(100)의 효율을 감소시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 도 4와 같이 기판(110)의 전면과 후면을 절연시키기 위한 홈(160)을 형성할 수 있다.
홈(160)의 형성은 레이저 아이솔레이션 공정에 의해 수행될 수 있다. 다만, 레이저 아이솔레이션 공정을 수행하게 되면 홈(160)의 내측면에는 데미지(damage)층이 형성될 수 있는데, 이는 태양전지 효율 저하의 원인이 될 수 있으므로, 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 수신화나트륨(NaOH)과 같은 염기 용액을 이용하여 데미지층을 제거할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 에미터층(120)을 형성하기 전에 기판(110)의 일면에 요철구조를 형성할 수 있다.
요철구조는 태양전지(100)로 입사되는 태양광의 반사율을 낮춤으로써 광 포획량이 증가시켜 태양전지(100)의 광학적 손실을 감소시킬 수 있다. 텍스쳐링 구조의 형성 방법으로는 기판(110)을 에칭액 등에 담그는 공정 등을 이용할 수 있으며, 요철구조는 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막 시트를 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 반사방지막 시트(130)는 시트(132)와 시트(132) 상에 전극패턴(134)을 포함할 수 있다.
시트(132)는 SiHx(x=1~4)를 포함하여 형성될 수 있으며, 전극패턴(134)은 은(Ag)을 포함하여 형성될 수 있다.
즉, 시트(132)는 SiHx(x=1~4), 바인더 등의 유기물과, 글래스 프릿 등의 무기물을 포함하는 페이스트를 베이스기판(미도시) 상에 스크린 인쇄 등을 통해 도포한 후, 이를 건조시켜 형성할 수 있다.
또한, 전극패턴(134)은 은, 유리 프릿 등이 포함된 전면 전극용 페이스트를 시트(132) 상에 스크린 프린팅 등의 방법에 의해 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반사방지막 시트(130)는, 도 1 내지 도 4에서 상술한 바와 같이 에미터층(120)상에 라미네이팅 공정을 통해 직접 부착 가능하며, 소성과정을 통해 용이하게 반사방지막(136)과 전면전극(138)을 동시에 형성할 수 있다.
이에 따라 태양전지(100)의 제조 공정이 단순해 지고 생산 비용절감의 효과가 있으며, 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한, 미리 전극패턴(134)이 패터닝되어 있기 때문에 미세 선폭의 구현 가능하고, 전면전극(138)의 형성을 위한 스크린 프린팅 제조공정을 생략할 수 있어, 제조 공정이 단순해 지고 생산 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 모듈(200)은 복수의 태양전지(250), 복수의 태양전지를 전기적으로 연결하는 복수의 리본(243), 복수의 리본(243)을 연결하는 버스 리본(245), 복수의 태양전지(250)를 양면에서 밀봉하는 제1 밀봉 필름(231)과 제2 밀봉 필름(232), 태양전지(250)의 수광면을 보호하는 전면 기판(210) 및 태양전지(250)의 이면을 보호하는 후면 기판(220)을 포함할 수 있다.
태양전지(250)는 광이 입사되는 전면에 반사방지막과 전면전극을 포함할 수 있고, 반사방지막과 전면전극은 도 1 내지 도 4에서 설명한 바와 같이 반사방지막 시트를 라미네이팅하여 부착하고, 소성함에 따라 동시에 형성할 수 있다.
리본(243)은 일 예로 두 라인이 각각 태빙공정에 의해 태양전지(250)의 상,하부에 부착되어 복수의 태양전지(250)를 전기적으로 연결할 수 있다. 태빙공정은 태양전지(250)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스(flux)가 도포된 태양전지(250)에 리본(243)을 위치시킨 다음 소성 과정을 거쳐 할 수 있다.
이와 같이 리본(243)에 의해 전기적으로 연결된 복수의 태양전지(250)는 스트링을 이루며, 태양전지 스트링은 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다.
버스 리본(245)은 태양전지 스트링이 배치되지 않은 부분에 배치되어 리본(243)과 연결된다. 버스 리본(245)은 태양전지(250)가 생산한 전기를 모을 수 있도록, 태양전지(250)의 전면전극 및 후면전극과 연결되어 있다.
또한, 버스 리본(245)은 태양전지 스트링의 리본(243) 양끝단을 교대로 연결하여, 태양전지 스트링을 전기적으로 연결한다. 버스 리본(245)은 복수 열 종대로 배치되는 태양전지 스트링의 양단에 횡으로 배치될 수 있다.
수 개의 열을 이루는 태양전지 스트링은 제1 밀봉 필름(231)과 제2 밀봉 필름(232) 사이에 위치할 수 있다.
제 1 밀봉 필름(231)은 태양전지(250)의 수광면에 위치하고, 제 2 밀봉 필름(232)은 태양전지(250)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉 필름(231)과 제2 밀봉 필름(232)은 라미네이션에 의해 접착하여, 태양전지(250)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단할 수 있다.
또한, 제1 밀봉 필름(231)과 제2 밀봉 필름(232)은 태양전지(250)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉 필름(231)과 제2 밀봉 필름(232)은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
전면 기판(210)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉 필름(231) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(250)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 도시하지는 않았으나 전면 기판(210)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면은 반사방지층이 형성될 수 있으며, 반사방지층은 도 5의 반사방지막 시트(130)에 포함되는 시트(132)와 동일한 재질을 이용하여 라미네이팅 공정에 의해 형성할 수 있다. 이에 따라, 전면 기판(210)으로 입사하는 광의 반사율을 더욱 감소시켜 태양전지 모듈(200)의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
후면 기판(220)은 태양전지(250)의 이면에서 태양전지를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 후면 기판(220)은 전면 기판(210) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질인 것이 바람직하며, 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 태양전지 110 : 기판
120 : 에미터층 130 : 반사방지막 시트
132 : 시트 134 : 전극패턴
136 : 반사방지막 138 : 전면전극
140 : 후면전극 150 : 후면전계층
160 : 홈 200 : 태양전지 모듈

Claims (10)

  1. 기판상에 에미터층을 형성하는 단계; 및
    상기 에미터층 상에 반사방지막과 전면전극을 동시에 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사방지막과 전면전극은, 시트 상에 전극패턴을 포함하는 반사방지막 시트를 상기 에미터층 상에 라미네이팅(Laminating)하여 형성하는 태양전지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이팅된 반사방지막 시트를 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 열처리에 의해, 상기 전극패턴은 상기 시트를 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 전면전극을 형성하는 태양전지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시트는 SiHx(x=1~4)을 포함하여 형성된 태양전지 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극패턴은 은(Ag)을 포함하여 형성된 태양전지 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 전면과 후면을 절연시키기 위한 홈을 형성하여 상기 에미터층을 분리(Isolation)하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 후면상에 후면 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판과 상기 후면 전극 사이에 후면 전계층을 형성하는 태양전지 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에미터층을 형성하는 단계 이전에, 상기 기판의 표면에 요철구조를 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법.
  9. 시트; 및
    상기 시트 상에 위치하는 전극 패턴;을 포함하고,
    상기 시트는 SiHx(x=1~4)을 포함하는 반사방지막 시트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극 패턴은 은(Ag)을 포함하는 반사방지막 시트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220046769A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 인제대학교 산학협력단 솔루션 가공 페로브스카이트 태양전지 제조방법

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