KR20120057888A - Method for fabricating solar cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계와, 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계 및 상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell that can form a back electrode and a back surface layer locally to ensure the coating efficiency of the metal paste and the back surface layer effect and to prevent the substrate from bending due to thermal deformation. The manufacturing method of the solar cell according to the present invention comprises the steps of forming irregularities on the surface of the substrate through a texturing process, forming a semiconductor layer at a predetermined depth along the periphery of the substrate, Forming a pattern mask layer exposing at regular intervals, applying an aluminum paste on the back surface of the substrate exposed by the pattern mask layer, and firing the aluminum paste to form a back surface layer and a back electrode. It is characterized by comprising.

Description

태양전지의 제조방법{Method for fabricating solar cell}Manufacturing method of solar cell {Method for fabricating solar cell}

본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, and more particularly, by forming a rear electrode and a rear field layer locally, a phenomenon in which the substrate is bent due to thermal deformation while ensuring the coating efficiency and the rear field layer effect of the metal paste. It relates to a method for manufacturing a solar cell that can prevent the.

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, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 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 pn junction of solar cells, electron-hole pairs are generated, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.

태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 둘레에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다. Referring to the structure of the solar cell, as shown in FIG. 1, an n-type semiconductor layer 102 is provided on the p-type semiconductor layer 101, and an upper portion of the n-type semiconductor layer 102 and a p-type semiconductor layer are provided. The front electrode 104 and the rear electrode 105 are provided at the bottom, respectively. In this case, the p-type semiconductor layer 101 and the n-type semiconductor layer 102 is implemented in one substrate, the lower portion of the substrate is a p-type semiconductor layer 101, the upper portion of the substrate is an n-type semiconductor layer 102 In general, an n-type semiconductor layer 102 is formed by implanting and diffusing n-type impurity ions around a p-type silicon substrate in a state where a p-type silicon substrate is prepared. In addition, an anti-reflection film 103 is provided on the n-type semiconductor layer 102 to minimize surface reflection.

이와 함께, 상기 후면전극(105)과 접하는 기판 내부에는 p형 후면전계층(106)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)과 p형 후면전계층(106)의 전기적 절연을 위해 기판의 일측에는 아이솔레이션용 트렌치(107)가 구비된다. 상기 아이솔레이션용 트렌치(107)는 통상, 레이저 등을 이용하여 형성한다. In addition, a p-type back field layer 106 is provided inside the substrate in contact with the back electrode 105, and the n-type semiconductor layer 102 and the p-type back field layer 106 may be electrically insulated from the substrate. One side is provided with an isolation trench 107. The isolation trench 107 is usually formed using a laser or the like.

한편, 태양전지의 광전변환 효율이 향상되기 위해서는 p형 반도체층과 n형 반도체층에서의 캐리어(carrier) 수집률이 높아져야 한다. 이를 위해, p형 반도체층의 후면에 후면전계층(BSF, back surface field)(108)을 형성하고 있으며, 상기 후면전계층은 p형 반도체층의 후면에 전계를 유도하여 캐리어의 수집률을 향상시키는 역할을 한다. Meanwhile, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, carrier collection rates in the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer should be increased. To this end, a back surface field (BSF) 108 is formed on the back of the p-type semiconductor layer, and the back field layer induces an electric field on the back of the p-type semiconductor layer to improve carrier collection rates. It plays a role.

이와 같은 후면전계층의 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다. 통상, p형의 결정질 실리콘 기판의 후면 상에 알루미늄(Al) 페이스트를 도포한 후, 일정 온도 하에서 열처리하여 알루미늄이 기판 내부로 확산되도록 함으로써 확산된 두께만큼의 후면전계층을 형성할 수 있다. 한편, 알루미늄 페이스트의 도포 두께가 두꺼워질수록 후면전계층의 효과 및 도포 효율이 향상되나, 열변형에 의해 기판 자체가 휘어지는 현상이 발생되는 문제점이 있다.
Looking at the formation method of such a rear field layer is as follows. In general, an aluminum (Al) paste is coated on a rear surface of a p-type crystalline silicon substrate, and then heat-treated at a predetermined temperature so that aluminum is diffused into the substrate, thereby forming a backside electric field layer having a diffusion thickness. On the other hand, the thicker the coating thickness of the aluminum paste is improved the effect and coating efficiency of the back surface field layer, there is a problem that the phenomenon that the substrate itself is bent due to thermal deformation.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 후면전극 및 후면전계층을 국부적으로 형성함으로써 금속 페이스트의 도포 효율 및 후면전계층 효과를 담보함과 함께 기판이 열변형에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, by locally forming the back electrode and the back field layer to ensure the coating efficiency and the back field layer effect of the metal paste and the phenomenon that the substrate is bent due to thermal deformation. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a solar cell that can be prevented.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계와, 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계 및 상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, the method including forming irregularities on a surface of a substrate through a texturing process, forming a semiconductor layer at a predetermined depth along the periphery of the substrate, and Forming a pattern mask layer exposing the back surface of the substrate at regular intervals on the back surface, applying an aluminum paste on the back surface of the substrate exposed by the pattern mask layer, and firing the aluminum paste to form a back surface layer and a back surface It characterized in that it comprises a step of forming an electrode.

상기 요철은 기판의 전면에 형성하는 것이 바람직하다. 상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계는, 습식식각을 통해 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 공정과, 상기 기판 후면을 CMP 공정을 통해 평탄화하는 공정을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 패턴 마스크층은 절연물질로 구성될 수 있다.
The irregularities are preferably formed on the entire surface of the substrate. The forming of the irregularities on the substrate surface through the texturing process may include a process of forming the irregularities on the front and rear surfaces of the substrate through wet etching, and planarizing the rear surface of the substrate through the CMP process. . In addition, the pattern mask layer may be formed of an insulating material.

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

후면전극 및 후면전계층이 일정 간격을 두고 형성됨에 따라, 후면전극 및 후면전계층에 의해 기판이 휘어지는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 페이스트의 도포 두께를 높여 도포 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
As the rear electrodes and the rear electric field layers are formed at regular intervals, the substrate may be prevented from being bent by the rear electrodes and the rear electric field layers, thereby increasing the coating thickness of the aluminum paste to improve the coating efficiency.

도 1은 일반적인 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
1 is a cross-sectional view of a typical solar cell.
2 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

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

먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201), 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 표면에 요철(302)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식식각방법 또는 반응성이온식각(reactive ion etching) 등의 건식식각방법을 이용하여 진행할 수 있다. 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 a first conductivity type is prepared (S201), and irregularities 302 are formed on a surface of the silicon substrate 301 of the first conductivity type. The texturing process proceeds as much as possible (S202). The texturing process is to reduce 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. The first conductivity type is p-type or n-type, the second conductivity type described later is opposite to the first conductivity type, and the following description is based on the fact that the first conductivity type is p-type.

상기 표면의 요철(302)구조는 수광면 즉, 전면에만 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 후면 요철(302)로 인해 응력이 유도되어 기판(301)이 휘어지는 현상이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 습식식각방법을 이용하여 텍스쳐링을 하는 경우, 기판(301) 전면뿐만 아니라 후면에도 요철(302)이 형성되는데, 이 경우 후면의 요철(302)은 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 통해 평탄화한다. The uneven surface 302 structure of the surface is preferably formed only on the light receiving surface, that is, the entire surface. The reason is to prevent the phenomenon that the substrate 301 is bent due to the stress induced by the rear surface irregularities 302. In the case of texturing using a wet etching method, irregularities 302 are formed not only on the front surface of the substrate 301 but also on the rear surface.

이와 같은 상태에서, 확산공정을 실시하여 n형 반도체층(303)을 형성한다(S203). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산(diffusion)되도록 한다. 이를 통해, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)의 둘레를 따라 일정 깊이로 n형 반도체층(303)이 형성된다. In this state, the diffusion process is performed to form the n-type semiconductor layer 303 (S203). Specifically, the silicon substrate 301 is provided in a chamber, and a gas (for example, POCl 3 ) containing a second conductivity type impurity ion, that is, an n-type impurity ion, is supplied into the chamber to form phosphorus (P) ions. Allow diffusion. As a result, as shown in FIG. 3B, an n-type semiconductor layer 303 is formed at a predetermined depth along the circumference of the substrate 301.

n형 반도체층(303)이 형성된 상태에서, 도 3c에 도시한 바와 같이 기판(301) 후면 상에 국부적 후면전계층(p+)(307) 형성을 위한 패턴 마스크층(304)을 형성한다(S204). 상기 패턴 마스크층(304)은 기판(301) 후면을 선택적으로 노출시켜 후속의 금속 페이스트(305) 도포시 금속 페이스트(305)가 기판(301) 후면 상에 일정 간격으로 도포되는 것을 유도하는 역할을 하며, 캐리어의 재결합을 방지하기 위해 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 패턴 마스크층(304)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등의 절연물질을 기판(301) 후면의 전면 상에 적층한 다음, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다. In the state where the n-type semiconductor layer 303 is formed, as shown in FIG. 3C, the pattern mask layer 304 for forming the local backside field layer (p +) 307 is formed on the backside of the substrate 301 (S204). ). The pattern mask layer 304 selectively exposes the rear surface of the substrate 301 to induce the metal paste 305 to be applied on the rear surface of the substrate 301 at a predetermined interval during subsequent application of the metal paste 305. In order to prevent recombination of the carrier, it is preferably made of an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. The pattern mask layer 304 may be formed by stacking an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film on the entire surface of the rear surface of the substrate 301 and then selectively patterning the same through a photolithography process and an etching process.

상기 패턴 마스크층(304)이 형성된 상태에서, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 패턴 마스크층(304)에 의해 노출된 기판(301) 후면 상에 알루미늄 페이스트(305)를 도포한다(S205). 이에 따라, 패턴 마스크층(304) 사이에 알루미늄 페이스트(305)가 구비된 구조를 갖게된다. 그런 다음, 일정 온도에서 기판(301)을 소성(firing)하면 도 3e에 도시한 바와 같이 알루미늄이 기판(301) 후면 내부로 확산되어 후면전계층(p+)(307)(BSF)이 형성됨과 함께 기판(301) 후면 상에는 후면전극(306)이 형성된다(S206). In the state where the pattern mask layer 304 is formed, as shown in FIG. 3D, the aluminum paste 305 is coated on the back surface of the substrate 301 exposed by the pattern mask layer 304 (S205). Accordingly, the aluminum paste 305 is provided between the pattern mask layers 304. Then, when the substrate 301 is fired at a predetermined temperature, as shown in FIG. 3E, aluminum diffuses into the rear surface of the substrate 301 to form a back field layer (p +) 307 (BSF). The back electrode 306 is formed on the back surface of the substrate 301 (S206).

후면전극(306) 및 후면전계층(p+)(307)이 완성된 상태에서, 상기 패턴 마스크층(304)을 식각, 제거하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 완료된다. 한편, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 후면전극(306) 및 후면전계층(p+)(307)의 형성 전에 기판(301) 전면 상에 반사방지막 및 전면전극을 미리 형성할 수도 있다.
When the back electrode 306 and the back electric field layer (p +) 307 are completed, the pattern mask layer 304 is etched and removed to complete the method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. Although not shown in the drawings, an anti-reflection film and a front electrode may be previously formed on the entire surface of the substrate 301 before the back electrode 306 and the back field layer (p +) 307 are formed.

301 : 기판 302 : 요철
303 : 반도체층 304 : 패턴 마스크층
305 : 알루미늄 페이스트 306 : 후면전극
307 : 후면전계층
301: substrate 302: irregularities
303 semiconductor layer 304 pattern mask layer
305: aluminum paste 306: rear electrode
307: rear electric field layer

Claims (4)

텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계;
기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층을 형성하는 단계;
상기 기판의 후면 상에 기판 후면을 일정 간격으로 노출시키는 패턴 마스크층을 형성하는 단계;
상기 패턴 마스크층에 의해 노출된 기판 후면 상에 알루미늄 페이스트를 도포하는 단계; 및
상기 알루미늄 페이스트를 소성하여 후면전계층 및 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
Forming irregularities on the surface of the substrate through a texturing process;
Forming a semiconductor layer at a predetermined depth along the periphery of the substrate;
Forming a pattern mask layer on the rear surface of the substrate to expose the rear surface of the substrate at predetermined intervals;
Applying an aluminum paste on a back surface of the substrate exposed by the pattern mask layer; And
Calcining the aluminum paste to form a back surface layer and a back electrode.
제 1 항에 있어서, 상기 요철은 기판의 전면에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the irregularities are formed on the entire surface of the substrate.
제 1 항에 있어서, 상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판 표면 상에 요철을 형성하는 단계는,
습식식각을 통해 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 공정과,
상기 기판 후면을 CMP 공정을 통해 평탄화하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the forming of irregularities on the surface of the substrate through the texturing process includes:
Forming irregularities on the front and rear surfaces of the substrate through wet etching;
A method of manufacturing a solar cell, comprising the step of planarizing the substrate backside through a CMP process.
제 1 항에 있어서, 상기 패턴 마스크층은 절연물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. The method of claim 1, wherein the pattern mask layer is formed of an insulating material.
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