KR20120056352A - Method for fabricating Metal Wrap Through type solar cell - Google Patents

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KR20120056352A
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임종근
문인식
조은철
이원재
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현대중공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A metal-warp-through type solar cell manufacturing method is provided to arrange a high-density emitter layer and a rear surface field layer electrically insulated using a selective ion injection process, thereby simplifying a manufacturing process by omitting an additional isolation process. CONSTITUTION: A p-type silicon substrate in which a via hole is included is prepared(S201). A texturing process is performed on the surface of the substrate(S202). A low-density emitter layer is formed on the front surface of the substrate(S203). A high-density emitter layer is formed on a region for forming an n-type electrode, a bus electrode, and a grid electrode(S204). A rear surface filed layer is formed by injecting high-density p-type impurity ions on the rear surface of the substrate(S205). An antireflection film is formed on the front surface of the substrate(S206). The grid electrode, n-type electrode, and a p-type electrode are formed on the substrate(S207).

Description

ＭＷＴ형 태양전지의 제조방법{Method for fabricating Metal Wrap Through type solar cell}Manufacturing method of MWT solar cell {Method for fabricating Metal Wrap Through type solar cell}

본 발명은 MWT형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온도핑 공정을 이용하여 선택적 에미터 및 아이솔레이션을 용이하게 구현할 수 있는 MWT형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a MWT solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a MWT solar cell that can easily implement selective emitter and isolation using an ion doping process.

태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지에 태양광이 입사되면 전자-정공(쌍)이 생성되고, 생성된 전자와 정공은 확산하다가 p-n 접합부에 형성되는 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. 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. In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, when solar light is incident on the solar cell, electron-holes (pairs) are generated, and the generated electrons and holes diffuse and electrons are generated by the electric field formed at the pn junction. Is n-layer, the hole is moved to the p-layer to generate photovoltaic power between the pn junction, and when the load or system is connected to both ends of the solar cell, the current flows to produce power.

한편, 일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는데, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다. 이와 같이 수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다. 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the structure of the general solar cell has a structure in which the front electrode and the rear electrode is provided on the front and rear, respectively, as the front electrode is provided on the front of the light receiving surface, the light receiving area is reduced by the area of the front electrode. In order to solve the problem that the light receiving area is reduced, a back electrode solar cell has been proposed. The back electrode solar cell is characterized by maximizing the light receiving area of the solar cell by providing a (+) electrode and a (-) electrode on the back of the solar cell.

이와 같은 후면전극형 태양전지는 유형에 따라 IBC(interdigitated back contact), 포인트 콘택형, EWT(emitter wrap through), MWT(metal wrap through) 등으로 구분된다. 이 중 MWT형 태양전지는 전면의 그리드 핑거(grid finger)와 버스바(bus bar) 중 그리드 핑거는 전면에 그대로 두고 버스바를 후면에 옮긴 구조이며, 전면의 그리드 핑거와 후면의 버스바는 기판을 관통하는 비아홀(via hole)에 의해 연결된다. Such back-electrode type solar cells are classified into interdigitated back contact (IBC), point contact type, emitter wrap through (EWT), metal wrap through (MWT), and the like according to the type. The MWT type solar cell is a structure in which the front of the grid fingers and the bus bars of the bus bar are left in front and the bus bars are moved to the rear. It is connected by penetrating via holes.

MWT형 태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 기판(101) 전체면에 에미터층(102)이 구비되며, 상기 기판(101) 전면 상에는 반사방지막(103), 전면 그리드 전극(104) 및 버스 전극(도시하지 않음)이 구비된다. 또한, 기판(101)의 후면에는 n 전극(105)과 p 전극(106)이 구비되며, 기판(101)을 관통하는 비아홀(108)을 매개로 상기 n 전극(105)과 전면 그리드 전극(104)이 전기적으로 연결된다. Looking at the structure of the MWT type solar cell, as shown in Figure 1, the emitter layer 102 is provided on the entire surface of the substrate 101, the anti-reflection film 103, the front grid electrode 104 on the entire surface of the substrate 101 ) And a bus electrode (not shown) are provided. In addition, an n electrode 105 and a p electrode 106 are provided on a rear surface of the substrate 101, and the n electrode 105 and the front grid electrode 104 are provided via via holes 108 penetrating through the substrate 101. ) Is electrically connected.

이와 함께, 기판(101) 전면의 에미터층(102)과 기판(101) 후면의 p+ 영역의 전기적 단락(short) 그리고 n 전극(105)과 p 전극(106)의 단락을 방지하기 위해 기판(101)의 전면과 후면에는 각각 아이솔레이션(isolation)용 트렌치(107)가 구비된다. 이와 같은 아이솔레이션용 트렌치(107)는 통상, 레이저 조사 등을 통해 형성된다. In addition, the substrate 101 is prevented to prevent electrical shorts in the emitter layer 102 in front of the substrate 101 and p + regions in the back of the substrate 101 and short circuits in the n electrode 105 and the p electrode 106. In each case, an isolation trench 107 is provided on the front and rear surfaces of the backplane. Such isolation trench 107 is usually formed through laser irradiation or the like.

상술한 바와 같은 종래의 MWT형 태양전지는 아이솔레이션용 트렌치(107)가 기판(101)의 전면 및 후면에 각각 구비됨에 따라, 2번의 레이저 공정이 반드시 요구되며 아이솔레이션용 트렌치(107)가 기판(101) 전면에도 구비됨으로 인해 수광면적이 제한되는 단점이 있다. In the conventional MWT solar cell as described above, since the isolation trench 107 is provided on the front and rear surfaces of the substrate 101, two laser processes are required, and the isolation trench 107 is the substrate 101. ) Has a disadvantage that the light receiving area is limited because it is also provided on the front.

또한, 에미터층(102)과 그리드 전극(104), 버스 전극 사이의 접촉 저항을 줄이기 위해 에미터층(102)의 일부를 국부적으로 고농도 에미터층으로 형성할 필요가 있는데, 종래 기술의 경우 고농도 에미터층을 형성함에 있어 포토리소그래피 공정 및 식각 공정이 요구되는 등 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
In addition, in order to reduce the contact resistance between the emitter layer 102, the grid electrode 104, and the bus electrode, a part of the emitter layer 102 needs to be locally formed as a high concentration emitter layer. There is a problem in that the process is complicated in forming the photolithography process and the etching process is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이온도핑 공정을 이용하여 선택적 에미터 및 아이솔레이션을 용이하게 구현할 수 있는 MWT형 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a MWT solar cell that can easily implement the selective emitter and isolation using the ion doping process.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 MWT형 태양전지의 제조방법은 비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 기판 전면 상에 저농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 저농도 에미터층(n+)을 형성하는 단계와, 기판 전면의 그리드 전극, 버스 전극이 형성될 영역과 기판 후면의 n 전극이 형성될 영역을 선택적으로 노출시키는 새도우 마스크를 구비시킨 상태에서, 고농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터층(n++)을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면의 고농도 에미터층을 노출시키지 않는 새도우 마스크를 통해 기판 후면 상에 고농도의 p형 불순물 이온을 주입하여 후면전계층(p++)을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 기판 전면에 그리드 전극, 버스 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Method of manufacturing an MWT solar cell according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a p-type silicon substrate with a via hole, a low concentration emitter layer by implanting a low concentration of n-type impurity ions on the front surface of the substrate ( n +) and a shadow mask for selectively exposing the grid electrode on the front surface of the substrate, the region where the bus electrode is to be formed, and the region where the n electrode on the back surface of the substrate is to be formed. Forming a high concentration emitter layer (n ++) by implanting and injecting a high concentration of p-type impurity ions onto the rear surface of the substrate through a shadow mask that does not expose the high concentration emitter layer on the rear surface of the substrate to form a backside field layer (p ++) And forming an anti-reflection film on the front surface of the substrate and forming a grid electrode and a bus electrode on the front surface of the substrate, and n on the rear surface of the substrate. And forming a electrode and a p electrode.

상기 저농도 에미터층(n+), 고농도 에미터층(n++) 및 후면전계층(p++)의 형성시 이온 주입은, 이온주입(ion implantation), 이온도핑(ion doping), 플라즈마 도핑(plasma doping) 중 어느 한 방법을 이용할 수 있다.
Ion implantation during the formation of the low concentration emitter layer (n +), the high concentration emitter layer (n ++), and the backside field layer (p ++) may include any of ion implantation, ion doping, and plasma doping. One method is available.

본 발명에 따른 MWT형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The manufacturing method of the MWT solar cell according to the present invention has the following effects.

선택적인 이온주입을 통해 전기적으로 절연상태를 이루는 고농도 에미터층 및 후면전계층을 형성함에 따라, 레이저 공정 등의 추가적인 아이솔레이션 공정이 요구되지 않는다. 이와 함께, 열확산 공정을 채택하지 않음에 따라 확산부산물을 식각, 제거하는 공정이 필요 없게 된다.
Selective ion implantation forms an electrically insulated high-concentration emitter layer and backside field layer, so that no additional isolation process, such as a laser process, is required. In addition, since the thermal diffusion process is not adopted, a process of etching and removing the diffusion byproduct is unnecessary.

도 1은 종래 기술에 따른 MWT형 태양전지의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도. 1 is a configuration diagram of a MWT type solar cell according to the prior art.
Figure 2 is a flow chart for explaining a manufacturing method of the MWT solar cell according to an embodiment of the present invention.
3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an MWT solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MWT형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a manufacturing method of an MWT solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고, 기판(301)을 수직 관통하는 비아홀(302)을 일정 간격을 두고 형성한다(S201). 그런 다음, 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 표면에 요철(303)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 방법 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형이고, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다. First, as shown in FIGS. 2 and 3A, a crystalline silicon substrate 301 of the first conductivity type is prepared, and a via hole 302 vertically penetrating the substrate 301 is formed at predetermined intervals (S201). Then, a texturing process is performed such that the unevenness 303 is formed on the surface of the first conductive silicon substrate 301 (S202). The texturing process is for reducing light reflection on the surface of the substrate 301 and may be performed using a dry etching method such as a wet etching method or a reactive ion etching method. Here, the first conductivity type is p-type or n-type, the second conductivity type described later is the opposite of the first conductivity type, in the following description it is based on the first conductivity type is p-type.

텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이 기판(301) 전면 상에 저농도의 제 2 도전형의 이온을 주입하여 기판(301) 상부에 저농도 에미터층(304)(n+)을 형성한다(S203). 이 때, 이온 주입은 이온 입자 상태에서 주입되는 제반 방식을 모두 포함하며, 구체적으로 이온주입(ion implantation), 이온도핑(ion doping), 플라즈마 도핑(plasma doping) 중 어느 한 방법을 이용할 수 있다. In the state where the texturing process is completed, a low concentration emitter layer 304 (n +) is formed on the substrate 301 by implanting ions of a second conductivity type on the entire surface of the substrate 301 as shown in FIG. 3B. (S203). In this case, the ion implantation includes all kinds of methods implanted in an ion particle state, and specifically, any one of ion implantation, ion doping, and plasma doping may be used.

저농도 에미터층(304)(n+)이 형성된 상태에서, 도 3c에 도시한 바와 같이 기판(301) 전면의 그리드 전극(grid electrode) 및 버스 전극(bus electrode)이 형성될 영역(A)의 기판(301) 내부, 기판(301) 후면의 n 전극이 형성될 영역의 기판(301) 내부 및 비아홀(302) 주변의 기판 내부에 고농도 에미터층(305)(n++)을 형성한다. 구체적으로, 그리드 전극과 버스 전극이 형성될 영역 및 n 전극이 형성될 영역을 선택적으로 노출시키는 새도우 마스크를 기판(301) 상부에 위치시킨 상태에서 고농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터층(305)을 형성한다(S204). 이를 통해, 선택적 에미터층의 형성이 완성된다. In the state where the low concentration emitter layer 304 (n +) is formed, as shown in FIG. 3C, the substrate of the region A in which the grid electrode and the bus electrode on the front of the substrate 301 are to be formed ( A high concentration emitter layer 305 (n ++) is formed in the inside of the substrate 301 and inside the substrate around the via hole 302 in the region where the n electrode on the back surface of the substrate 301 is to be formed. Specifically, a high concentration emitter layer is implanted by implanting a high concentration of n-type impurity ions in a state where a shadow mask that selectively exposes a region where the grid electrode and the bus electrode are to be formed and a region where the n electrode is to be formed is positioned on the substrate 301. 305 is formed (S204). This completes the formation of the selective emitter layer.

그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이 기판(301) 후면 상에 고농도의 p형 불순물 이온을 주입하여 후면전계층(306)(p++)을 형성한다(S205). 이 때, 상기 후면전계층(306)(p++)은 기판(301) 후면의 고농도 에미터층(305)(n++)과 전기적으로 절연되며, 이는 후면전계층(306)(p++)의 형성시 고농도 에미터층(305)(n++)을 노출시키지 않는 새도우 마스크를 통해 가능하다. 또한, 이와 같이 선택적인 이온 주입을 통해, 종래와 같은 별도의 레이저 조사에 의한 아이솔레이션 공정이 요구되지 않게 된다. Thereafter, as shown in FIG. 3D, a high concentration of p-type impurity ions are implanted on the rear surface of the substrate 301 to form a backside electric field layer 306 (p ++) (S205). In this case, the backside field layer 306 (p ++) is electrically insulated from the high concentration emitter layer 305 (n ++) on the back side of the substrate 301, which is highly concentrated when the backside layer 306 (p ++) is formed. This is possible through a shadow mask that does not expose the layer 305 (n ++). In addition, through selective ion implantation as described above, an isolation process by separate laser irradiation as in the prior art is not required.

이어, 기판(301) 전면 상에 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법 등을 통해 반사방지막(307)을 형성한다(S206). 상기 반사방지막(307)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다. Subsequently, an antireflection film 307 is formed on the entire surface of the substrate 301 through a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method (S206). The anti-reflection film 307 may be formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ).

이와 같은 상태에서, n 전극이 형성될 부위에 은 페이스트(Ag paste)를 스크린 인쇄방식 등을 통해 도포한다. 이 때, 스크린 인쇄는 기판(301)의 후면 방향에서 진행되며 이로 인해 상기 비아홀(302) 내에도 은 페이스트가 채워진다. 이어, 기판(301) 후면의 p 전극이 형성될 부위에 알루미늄 페이스트(Al paste)를 도포하고, 최종적으로 그리드 전극이 형성될 부위의 반사방지막(307) 상에 은 페이스트를 도포한다. In this state, silver paste (Ag paste) is applied to the site where the n electrode is to be formed by screen printing or the like. In this case, screen printing is performed in the rear direction of the substrate 301, so that the silver paste is also filled in the via hole 302. Subsequently, an aluminum paste is applied to a portion where the p-electrode on the rear surface of the substrate 301 is to be formed, and a silver paste is applied onto the anti-reflection film 307 of the portion where the grid electrode is to be formed.

그런 다음, 소성(firing) 공정을 진행하여 도 3e에 도시한 바와 같이 그리드 전극(308), n 전극(309) 및 p 전극(310)을 형성(S207)하면 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극형 태양전지의 제조방법은 완료된다.
Then, a firing process is performed to form the grid electrode 308, the n electrode 309, and the p electrode 310 as illustrated in FIG. 3E (S207). The manufacturing method of the electrode solar cell is completed.

301 : 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판
302 : 비아홀 303 : 요철
304 : 저농도 에미터층(n+) 305 : 고농도 에미터층(n++)
306 : 후면전계층(p++) 307 : 반사방지막
308 : 그리드 전극 309 : n 전극
310 : p 전극301: crystalline silicon substrate of the first conductivity type
302: via hole 303: irregularities
304: low concentration emitter layer (n +) 305: high concentration emitter layer (n ++)
306 back layer (p ++) 307 antireflection film
308: grid electrode 309: n electrode
310: p electrode

Claims (2)

비아홀이 구비된 p형 실리콘 기판을 준비하는 단계;
기판 전면 상에 저농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 저농도 에미터층(n+)을 형성하는 단계;
기판 전면의 그리드 전극, 버스 전극이 형성될 영역과 기판 후면의 n 전극이 형성될 영역 및 비아홀을 선택적으로 노출시키는 새도우 마스크를 구비시킨 상태에서, 고농도의 n형 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터층(n++)을 형성하는 단계;
상기 기판 후면의 고농도 에미터층을 노출시키지 않는 새도우 마스크를 통해 기판 후면 상에 고농도의 p형 불순물 이온을 주입하여 후면전계층(p++)을 형성하는 단계;
상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 기판 전면에 그리드 전극, 버스 전극을 형성하고, 상기 기판 후면에 n 전극 및 p 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MWT형 태양전지의 제조방법.
Preparing a p-type silicon substrate having via holes;
Implanting a low concentration of n-type impurity ions onto the entire surface of the substrate to form a low concentration emitter layer (n +);
A high concentration emitter layer is implanted by implanting a high concentration of n-type impurity ions with a grid mask on the front of the substrate, a region on which a bus electrode is to be formed, a region on which the n electrode on the back of the substrate is to be formed, and a shadow mask to selectively expose via holes. n ++);
Implanting a high concentration of p-type impurity ions onto the back surface of the substrate through a shadow mask that does not expose the high concentration emitter layer on the back side of the substrate to form a backside field layer (p ++);
Forming an anti-reflection film on the entire surface of the substrate; And
Forming a grid electrode and a bus electrode on the front surface of the substrate, and forming an n electrode and a p electrode on the back surface of the substrate.
제 1 항에 있어서, 상기 저농도 에미터층(n+), 고농도 에미터층(n++) 및 후면전계층(p++)의 형성시 이온 주입은, 이온주입(ion implantation), 이온도핑(ion doping), 플라즈마 도핑(plasma doping) 중 어느 한 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 MWT형 태양전지의 제조방법. The method of claim 1, wherein the ion implantation during the formation of the low concentration emitter layer (n +), the high concentration emitter layer (n ++) and the backside field layer (p ++), ion implantation (ion implantation), ion doping (ion doping), plasma doping A method of manufacturing an MWT solar cell, characterized in that it uses any one of plasma doping.
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