KR20120056649A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 제1도전형의 반도체 기판 표면 상에 텍스쳐링을 포함한 마이크로 구조물을 형성하는 단계, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 상에 제1반사방지막 및 제2반사방지막을 형성하는 이중 반사방지막 형성 단계, 상기 반도체 기판 후면에 제3반사방지막을 형성하는 단계, 상기 이중 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계 및 상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 반도체 기판의 전면에 이중의 반사방지막을 형성하고, 반대면인 반도체 기판의 후면에 반사방지막을 형성함으로써 우수한 패시베이션 특성을 갖는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지의 수광면에서의 반사율을 감소시킴과 동시에 후면의 패시베이션 기능을 수행할 수 있는 태양전지 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 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 광전자(photon)를 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 한다)를 일컫는다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 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.
이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 활성층에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하고, 전지표면의 반사에 의한 손실을 최소화하는 것은 매우 중요하다.
실리콘(Si)의 경우, 굴절률이 600 nm의 파장에서 이상적인 단층반사방지막의 굴절률은 2.1이다. 이러한 조건을 만족시키는 물질로는 산화티탄(TiOx)이 대표적이며 실리콘 태양전지의 반사방지막으로 줄곧 사용되어 왔다. 플라즈마 질화규소(SiNx)는 산화티탄과 비슷한 굴절률을 가지고 있으며 산화티탄을 사용하였을 경우에 기대할 수 없는 기판의 패시베이션(passivation) 효과까지도 보유하고 있다.
이러한 전지표면에서의 반사율을 줄이기 위해서 이중반사방지막을 사용하면 단층반사방지막을 사용하는 것보다 효과적이다. 그러나 이 경우, 태양전지의 제작에 있어 하나의 프로세스가 새로이 추가되는 단점이 있으며 성질이 다른 이종의 막들 간의 격자 불일지(mismatch) 등이 발생한다. 또한 실리콘질화막에 포함된 수소에 의한 패시베이션에 관한 시너지(synergy) 또한 분명하지 않다.
따라서, 반사율을 감소시키면서 패시베이션 기능을 동시에 수행할 수 있는 기술적 배경 하에서 본 발명이 안출된 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반사율을 감소시키면서 패시베이션 기능을 갖는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1도전형의 반도체 기판 표면 상에 텍스쳐링을 포함한 마이크로 구조물을 형성하는 단계, 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 상에 제1반사방지막 및 제2반사방지막을 형성하는 이중 반사방지막 형성 단계, 상기 반도체 기판 후면에 제3반사방지막을 형성하는 단계, 상기 이중 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계 및 상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 이중 반사방지막 형성 단계는, 상기 제1반사방지막과 제2반사방지막의 순차 적층 구조가 반복하여 형성될 수 있다.
상기 제1반사방지막과 제2방사방지막, 제3반사방지막은 실리콘질화막(SiNx)으로 되어 있을 수 있다.
상기 제2반사방지막은 상기 제1반사방지막에 비해 굴절률이 0.4 내지 0.8만큼 낮은 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 상기 제1반사방지막의 굴절률은 2.3 내지 2.6이고, 상기 제2반사방지막의 굴절률은 1.6 내지 1.9일 수 있다.
상기 제3반사방지막의 굴절률은 2.3 내지 2.6일 수 있다.
상기 제1반사방지막 및 제2반사방지막은 동일 챔버 내에서 연속적으로 증착될 수 있다. 이때, 상기 제1반사방지막 및 제2반사방지막은 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposion, PECVD)에 의해 형성될 수 있다.
상기 제3반사방지막은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 형성될 수 있다.
상기 전면전극 및 후면전극은 인쇄법(Printing)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면 반도체 기판의 전면에 이중의 반사방지막을 형성하고, 반대면인 반도체 기판의 후면에 반사방지막을 형성함으로써 우수한 패시베이션 특성을 갖는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 이종의 물질이 아닌 굴절률의 차이만 다른 실리콘질화막을 동일한 증착 챔버 안에서 연속적으로 처리하므로 추가적인 공정이 필요하지 않아 원가 절감의 효과가 있다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1도전형의 반도체 기판(210)과, 반도체 기판(210)의 전면에 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 주입하여 형성된 에미터층(220)이 도시되어 있다.
반도체 기판(210)은 표면에 텍스처링(texturing)이 수행되어 있으며, 텍스처링 공정은 반도체 기판(210) 표면을 식각처리하는 방식으로 수행된다. 본 발명의 일 실시예에서 텍스처링된 표면은 피라미드 모양 또는 정사각형의 벌집모양으로 형성될 수 있다.
에미터층(220)은 제1도전형의 반도체 기판(210) 전면에 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 주입하여 형성하며, p-n 접합을 형성하게 된다.
도 3을 참조하면, 에미터층(220) 상에 제1반사방지막(230) 및 제2반사방지막(240)을 형성한다. 그리고, 반도체 기판(210) 후면에 제3반사방지막(250)을 형성한다.
이처럼 본 발명에서는 수광면인 반도체 기판(210)의 전면에 제1반사방지막(230) 및 제2반사방지막(240)의 이중 반사방지막을 형성하고, 반도체 기판(210)의 후면에 제3반사방지막(250)을 형성함으로써, 패시베이션 특성을 향상시킨다.
본 발명의 다른 실시예에서 이중 반사방지막을 형성하는 공정은 제1반사방지막(230)과 제2반사방지막(240)의 순차 적층 구조를 반복하여 형성할 수 있다.
본 발명에서 제1반사방지막(230), 제2방사방지막(240), 제3반사방지막(250)은 실리콘질화막(SiNx)으로 되어 있을 수 있다.
본 발명에서 제2반사방지막(240)은 제1반사방지막(230)에 비해 굴절률이 0.4 내지 0.8만큼 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명에서 제1반사방지막(230)의 굴절률은 2.3 내지 2.6이고, 제2반사방지막(240)의 굴절률은 1.6 내지 1.9로 구현하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 제1반사방지막(230) 및 제2반사방지막(240)은 동일 챔버 내에서 연속적으로 증착될 수 있다. 특히, 제1반사방지막(230) 및 제2반사방지막(240)은 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposion, PECVD)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제3반사방지막(250)의 굴절률은 2.3 내지 2.6일 수 있다. 본 발명에서 제3반사방지막(250)은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1반사방지막(230) 및 제2반사방지막(240)의 일부 영역을 관통하여 에미터층에 연결되도록 전면전극(260)을 형성하고, 전면전극(260)이 형성된 면과 반대면인 반도체 기판(210)의 후면에 후면전극(270)을 형성한다.
본 발명에서 전면전극(260) 및 후면전극(270)은 인쇄법(Printing)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에서 전면전극(260)을 형성하는 단계와, 후면전극(270)을 형성하는 단계는 그 순서를 바꾸어도 무방하다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
210 반도체 기판 220 에미터층
230 제1반사방지막 240 제2반사방지막
250 제3반사방지막 260 전면전극
270 후면전극
230 제1반사방지막 240 제2반사방지막
250 제3반사방지막 260 전면전극
270 후면전극
Claims (12)
- 제1도전형의 반도체 기판 표면 상에 텍스쳐링을 포함한 마이크로 구조물을 형성하는 단계;
상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 반도체 기판 전면에 주입하여 에미터층을 형성하는 단계;
상기 에미터층 상에 제1반사방지막 및 제2반사방지막을 형성하는 이중 반사방지막 형성 단계;
상기 반도체 기판 후면에 제3반사방지막을 형성하는 단계;
상기 이중 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하는 단계; 및
상기 전면전극이 형성된 면과 반대면인 상기 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 이중 반사방지막 형성 단계는, 상기 제1반사방지막과 제2반사방지막의 순차 적층 구조가 반복하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1반사방지막과 제2방사방지막은 실리콘질화막(SiNx)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제3반사방지막은 실리콘질화막(SiNx)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2반사방지막은 상기 제1반사방지막에 비해 굴절률이 0.4 내지 0.8만큼 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 제1반사방지막의 굴절률은 2.3 내지 2.6이고, 상기 제2반사방지막의 굴절률은 1.6 내지 1.9인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제3반사방지막의 굴절률은 2.3 내지 2.6인 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1반사방지막 및 제2반사방지막은 동일 챔버 내에서 연속적으로 증착되는 것임을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제1반사방지막 및 제2반사방지막은 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposion, PECVD)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제3반사방지막은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전면전극 및 후면전극은 인쇄법(Printing)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법을 이용하여 제조된 태양전지.
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