KR20120063856A - Solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 후면 전극 형성을 위한 패터닝 공정을 용이하게 형성할 수 있도록 하는 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell and a method for manufacturing the same to facilitate the formation of a patterning process for forming a back electrode.
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.Recently, as the prediction of depletion of existing energy sources such as oil and coal is increasing, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are particularly attracting attention because they are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution. Solar cells include solar cells that generate steam required to rotate turbines using solar heat, and solar cells that convert photons into electrical energy using the properties of semiconductors. It refers to a battery (hereinafter referred to as a "solar cell").
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing the basic structure of a solar cell.
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.Referring to FIG. 1, a solar cell has a junction structure of a p-
일반적으로 태양전지의 후면 전극의 경우, 전극의 열처리 공정을 거치면 실리콘과 알루미늄(Al) 전극 사이에 BSF(Back Surface Field) 층이 형성되며, 이 BSF 층은 후면 전계를 형성하여 후면에서의 재결합 및 전극 저항을 개선시키므로 전반적인 태양전지의 성능을 향상시키는 역할을 한다. 즉, BSF층의 성질이 +이므로 후면으로 들어오는 전자의 성질과 일부 재결합하므로 면적을 분산시켜 재결합을 낮춰주어 전류 특성을 개선시킴으로써, 태양전지에서 더 높은 효율을 얻을 수 있다. In general, in the case of the back electrode of a solar cell, a heat treatment process of the electrode forms a back surface field (BSF) layer between the silicon and aluminum (Al) electrodes, and the BSF layer forms a rear electric field to recombine and Improving the electrode resistance improves overall solar cell performance. That is, since the BSF layer has a positive property of +, it recombines with the properties of electrons coming into the rear surface, thereby reducing the recombination by dispersing the area, thereby improving the current characteristics, thereby obtaining higher efficiency in the solar cell.
반면, BSF층의 성질이 +이므로 이로 인한 후면에서의 재결합을 유발시켜 태양전지의 전기적 특성을 저해하는 요인이 되므로, 이를 방지하면서도 BSF 층의 장점을 유지하기 위하여 부분적-BSF (local BSF)라고 하는 구조를 적용하여 태양전지의 효율 및 전기적 특성을 더 개선시킬 수 있다. On the other hand, since the BSF layer has a positive property, it causes recombination at the rear surface, thereby degrading the electrical characteristics of the solar cell. Applying the structure can further improve the efficiency and electrical characteristics of the solar cell.
일반적인 상업용 태양전지에서는 가격 경쟁력과 제품 수율을 동시에 만족시켜야 하므로 복잡한 패터닝 공정이 포함되지 않은 전면 BSF 구조가 더 적합하다. 그러나 전면 BSF 구조는 전기적 특성의 한계를 가지고 있으므로 공정을 간소화하면서도 효과적으로 지역적인 패터닝이 가능한 공정의 개발이 요구된다. In a typical commercial solar cell, the price competitiveness and product yield must be satisfied at the same time, so a front BSF structure without a complex patterning process is more suitable. However, because the front BSF structure has limitations of electrical characteristics, it is required to develop a process that simplifies the process and enables effective local patterning.
종래 부분적-BSF (local BSF) 제작 시, 가장 많이 사용하고 있는 패터닝(patterning) 방식으로는 포토리소그래피(photolithography)가 있으며, 간단하게는 프린팅(printing) 방식에 적용 가능한 식각 유제를 바르는 방식도 있다. 그러나, 이러한 2가지 종래 방법들은 모두 복잡한 화학(chemical) 공정 및 다단계의 클리닝(cleaning) 작업을 포함하고 있어서 실제 태양전지 제조 공정에 있어서 실용화되기에는 문제가 있다.
In the production of conventional partial-BSF (BSF), the most commonly used patterning method is photolithography, and there is also a method of simply applying an etching emulsion applicable to a printing method. However, both of these conventional methods involve complex chemical processes and multi-step cleaning operations, which are problematic for practical use in solar cell manufacturing processes.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지의 고효율을 위한 구조인 부분적 BSF(Local BSF)를 구현함에 있어서, 후면 전극 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 실시할 수 있는 태양전지 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, in implementing a partial BSF (Local BSF) which is a structure for high efficiency of the solar cell, an aspect that can be more easily carried out a patterning process for forming the back electrode Its purpose is to provide a battery manufacturing method.
본 발명의 다른 목적은 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 저렴하여 태양전지의 광범위한 실용화에 기여할 수 있는 태양전지 제조 공정을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing process that can contribute to a wide range of practical use of the solar cell is simple manufacturing process and low manufacturing cost.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1도전형 반도체 기판의 전면에 상기 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형을 도핑(doping)하여 P-N 접합을 형성하는 단계, 상기 P-N 접합 위에 반사방지막을 형성하는 단계, 상기 반사방지막의 일부를 관통하여 상기 P-N 접합에 접하도록 전면전극을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 후면에 산화막을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판이 오프닝(opening)되도록 상기 산화막을 부분적으로 패터닝하는 단계, 상기 산화막 표면 및 오프닝된 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계 및 상기 후면전극을 열처리하여 부분적 BSF(local Back Surface Field)를 형성하는 단계를 포함한다. The present invention for achieving the above object is a step of forming a PN junction by doping a second conductive type opposite to the first conductive type on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate, the reflection on the PN junction Forming a protective film, forming a front electrode to penetrate a portion of the anti-reflection film to contact the PN junction, forming an oxide film on a rear surface of the semiconductor substrate, and opening the semiconductor substrate to open the semiconductor substrate. Partially patterning the substrate, forming a rear electrode on the surface of the oxide layer and a rear surface of the opened semiconductor substrate, and heat treating the rear electrode to form a partial local back surface field (BSF).
상기 산화막을 부분적으로 패터닝하는 단계는, 전극형성용 페이스트를 상기 산화막에 부분적으로 도포하여 패터닝할 수 있다. 상기 전극형성용 페이스트는 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유기물인 것이 바람직하다. 이때, 상기 글래스 프릿을 포함하는 유기물을 상기 산화막에 스크린 프린팅(screen printing) 방식 또는 잉크제트(inkjet) 방식으로 도포할 수 있다. The patterning of the oxide layer may be performed by partially applying an electrode forming paste to the oxide layer. The electrode forming paste is preferably an organic material including glass frit. In this case, the organic material including the glass frit may be applied to the oxide layer by a screen printing method or an inkjet method.
상기 후면전극을 형성하는 단계는, 상기 산화막 표면 및 오프닝된 반도체 기판의 후면에 알루미늄(Al)을 도포하는 방식으로 상기 후면전극을 형성할 수 있다.The forming of the back electrode may form the back electrode by coating aluminum (Al) on the surface of the oxide layer and the back of the opened semiconductor substrate.
상기 산화막은 실리콘 산화막(SiOx)일 수 있다. 상기 실리콘 산화막은 열 성장(thermal growing) 방식으로 형성할 수 있으며, 상기 열 성장 방식은 습식 성장(wet growing) 방식과 건식 성장(dry growing) 방식을 혼합한 것일 수 있다. The oxide layer may be a silicon oxide layer (SiOx). The silicon oxide film may be formed by a thermal growing method, and the thermal growing method may be a mixture of a wet growing method and a dry growing method.
상기 반도체 기판은 p형 실리콘 기판이며, 상기 P-N 접합 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 전면을 인(phosphorous) 기로 N+ 도핑(doping) 하는 방식으로 P-N 접합을 형성할 수 있다. The semiconductor substrate may be a p-type silicon substrate, and in the forming of the P-N junction, the P-N junction may be formed by N + doping the phosphor substrate with a phosphorous group.
상기 반사방지막은 실리콘 질화막(SiNx)을 증착하는 방식으로 형성할 수 있다. The anti-reflection film may be formed by depositing silicon nitride (SiNx).
상기 전면전극은 은(Ag)을 포함할 수 있다. The front electrode may include silver (Ag).
상기 BSF는 P++로 되어 있을 수 있다.
The BSF may be in P ++.
본 발명에 의하면 태양전지의 제조 공정 중 부분적 BSF를 적용함에 있어서, 복잡한 오프닝 공정없이 바로 부분적인 후면 전극형성을 가능하게 함으로써, 비교적 간단한 제조공정과 낮은 생산비용으로 인하여 실제 태양전지의 상용화 및 양산화가 용이하다는 효과가 있다.
According to the present invention, in applying the partial BSF during the manufacturing process of the solar cell, it is possible to form a partial rear electrode immediately without a complicated opening process, thereby realizing commercialization and mass production of the solar cell due to a relatively simple manufacturing process and low production cost. The effect is easy.
도 1은 일반적인 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a schematic diagram showing the basic structure of a typical solar cell.
2 to 4 are views for explaining a solar cell manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 2 to 4 are views for explaining a solar cell manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제1도전형의 반도체 기판(210)의 전면에 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형을 도핑(doping)하여 P-N 접합(230)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서 반도체 기판(210)은 p형 실리콘 기판이며, 반도체 기판(210)의 전면을 인(phosphorous) 기로 N+ 도핑(doping) 하는 방식으로 P-N 접합(230)을 형성할 수 있다. P-N 접합(230)은 태양전지의 전계를 형성시키고 전자-정공 쌍이 생성되는 층이다.Referring to FIG. 4, a
그리고, P-N 접합(230) 위에 반사방지막(240)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서 반사방지막(240)은 실리콘 질화막(SiNx)을 증착하는 방식으로 형성할 수 있다. 반사방지막(240)은 표면으로 입사하는 태양광의 반사를 최소화시키는 역할을 한다.In addition, an
그리고, 반사방지막(240)의 일부를 관통하여 P-N 접합(230)에 접하도록 전면전극(250)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서 전면전극(250)은 은(Ag)을 포함할 수 있다. The
다음, 반도체 기판(210)의 후면에 산화막(220)을 형성한다. 그리고, 반도체 기판(210)이 오프닝(opening)되도록 산화막(220)을 부분적으로 패터닝한다. Next, an
다음, 산화막(220) 표면 및 오프닝된 반도체 기판(210)의 후면에 후면전극(270)을 형성한다. Next, a
그리고, 후면전극(270)을 열처리하여 부분적 BSF(local Back Surface Field)(280)를 형성한다. 부분적 BSF(280)는 후면 전계를 형성하여 후면에서의 재결합을 줄여주는 역할을 한다. The
본 발명에서 후면전극(270) 및 부분적 BSF(280) 과정을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. In the present invention, the process of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 반도체 기판(210)의 후면에 산화막(220)을 형성한다. 그리고, 반도체 기판(210)이 오프닝(opening)되도록 산화막(220)을 부분적으로 패터닝한다. 본 발명의 일 실시예에서 산화막(210)은 실리콘 산화막(SiOx)일 수 있다. 이때, 실리콘 산화막은 열 성장(thermal growing) 방식으로 형성할 수 있으며, 본 발명에서 실리콘 산화막은 열 성장 방식은 습식 성장(wet growing) 방식과 건식 성장(dry growing) 방식을 혼합하여 형성되며, 약 900℃에서 성장될 수 있다.2 and 3, an
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 산화막(220)을 부분적으로 패터닝하는 방법은 전극형성용 페이스트(260)를 산화막(220)에 부분적으로 도포하여 패터닝한다. 전극형성용 페이스트(260)는 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유기물인 것이 바람직하다. 그리고, 글래스 프릿을 포함하는 유기물을 산화막(220)에 스크린 프린팅(screen printing) 방식 또는 잉크제트(inkjet) 방식으로 도포할 수 있다. As shown in FIG. 2, in the present invention, in the method of partially patterning the
다음, 산화막(220) 표면 및 오프닝된 반도체 기판(210)의 후면에 후면전극(270)을 형성한다. 본 발명에서 산화막(220) 표면 및 오프닝된 반도체 기판(210)의 후면에 알루미늄(Al)을 도포하는 방식으로 후면전극(270)을 형성할 수 있다. Next, a
그리고, 후면전극(270)을 열처리하여 부분적 BSF(local Back Surface Field)(280)를 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서 BSF(280)는 P++로 되어 있을 수 있다. The
이처럼 본 발명에서는 종래 태양전지의 후면 구조와는 달리, 후면 전극(270)을 도포하기 전에 산화막(220)에 오프닝 공정을 실시하고, 후면 전극(270)을 도포함으로써, 후면전극이 오프닝된 영역의 반도체 기판(210)과 접촉하도록 한다. As described above, unlike the rear structure of the conventional solar cell, the opening process is performed on the
일반적으로 반도체 기판(210)의 후면에 산화막을 형성한 후, 알루미늄 등의 후면 전극을 도포하여 열반응을 하여 반도체 기판(210)과 접촉시키는데, 알루미늄 페이스트 성분이 산화막을 제대로 뚫고 들어가지 못하기 때문에 균일한 형태 및 균일한 면적의 접촉을 구현하는 것이 용이하지 못하다는 단점이 있다. In general, after forming an oxide film on the rear surface of the
그러나, 본 발명에서는 글래스 프릿 등의 전극형성용 페이스트(260)를 산화막(220) 표면에 도포한 후, 열처리를 거쳐 오프닝함으로써, 후면 전극(270)이 균일하게 반도체 기판(210)과 접촉하며, 기존 공정을 대폭 간소화한 장점이 있다.
However, in the present invention, after the
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.
While the invention has been described using some preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention and the scope of the rights set forth in the appended claims.
210 반도체 기판 220 산화막
230 P-N 접합 240 산화방지막
250 전면전극 260 전극형성용 페이스트
270 후면전극 280 부분적 BSF210
230
250
270
Claims (14)
상기 P-N 접합 위에 반사방지막을 형성하는 단계;
상기 반사방지막의 일부를 관통하여 상기 P-N 접합에 접하도록 전면전극을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 후면에 산화막을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판이 오프닝(opening)되도록 상기 산화막을 부분적으로 패터닝하는 단계;
상기 산화막 표면 및 오프닝된 반도체 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 단계; 및
상기 후면전극을 열처리하여 부분적 BSF(local Back Surface Field)를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법.
Forming a PN junction on the entire surface of the first conductive semiconductor substrate by doping a second conductive type opposite to the first conductive type;
Forming an anti-reflection film on the PN junction;
Forming a front electrode through a portion of the anti-reflection film so as to contact the PN junction;
Forming an oxide film on a rear surface of the semiconductor substrate;
Partially patterning the oxide film to open the semiconductor substrate;
Forming a rear electrode on a surface of the oxide film and a rear surface of the opened semiconductor substrate; And
Heat treating the back electrode to form a partial local back surface field (BSF).
상기 산화막을 부분적으로 패터닝하는 단계는,
전극형성용 페이스트를 상기 산화막에 부분적으로 도포하여 패터닝하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
Partly patterning the oxide film,
A method of manufacturing a solar cell, wherein an electrode forming paste is partially applied to the oxide film and patterned.
상기 전극형성용 페이스트는 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유기물인 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 2,
The electrode forming paste is a solar cell manufacturing method characterized in that the organic material containing a glass frit (glass frit).
상기 글래스 프릿을 포함하는 유기물을 상기 산화막에 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 도포하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 3,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the organic material including the glass frit is applied to the oxide layer by a screen printing method.
상기 글래스 프릿을 포함하는 유기물을 상기 산화막에 잉크제트(inkjet) 방식으로 도포하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 3,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the organic material including the glass frit is applied to the oxide film by an inkjet method.
상기 후면전극을 형성하는 단계는,
상기 산화막 표면 및 오프닝된 반도체 기판의 후면에 알루미늄(Al)을 도포하는 방식으로 상기 후면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
Forming the back electrode,
And forming the back electrode by coating aluminum (Al) on the surface of the oxide film and the back of the opened semiconductor substrate.
상기 산화막은 실리콘 산화막(SiOx)인 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
The oxide film is a solar cell manufacturing method, characterized in that the silicon oxide (SiOx).
상기 실리콘 산화막은 열 성장(thermal growing) 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The silicon oxide film is a solar cell manufacturing method, characterized in that formed by a thermal growing (thermal growing) method.
상기 열 성장 방식은 습식 성장(wet growing) 방식과 건식 성장(dry growing) 방식을 혼합한 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 8,
The thermal growth method is a solar cell manufacturing method characterized in that the mixture of the wet growing (wet growing) and dry growing (dry growing) method.
상기 반도체 기판은 p형 실리콘 기판이며,
상기 P-N 접합 형성 단계는, 상기 반도체 기판의 전면을 인(phosphorous) 기로 N+ 도핑(doping) 하는 방식으로 P-N 접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
The semiconductor substrate is a p-type silicon substrate,
The forming of the PN junction may include forming a PN junction by N + doping the entire surface of the semiconductor substrate with a phosphorous group.
상기 반사방지막은 실리콘 질화막(SiNx)을 증착하는 방식으로 형성하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
The anti-reflection film is a solar cell manufacturing method, characterized in that formed by depositing a silicon nitride film (SiNx).
상기 전면전극은 은(Ag)을 포함하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 1,
The front electrode is a solar cell manufacturing method characterized in that it comprises silver (Ag).
상기 BSF는 P++로 되어 있는 것임을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 10,
The BSF is a solar cell manufacturing method, characterized in that the P ++.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100125014A KR20120063856A (en) | 2010-12-08 | 2010-12-08 | Solar cell and manufacturing method of the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120063856A true KR20120063856A (en) | 2012-06-18 |
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| KR (1) | KR20120063856A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140136555A (en) * | 2013-05-20 | 2014-12-01 | 현대중공업 주식회사 | PERL type bi-facial solar cell and method for the same |
| KR20150024485A (en) * | 2013-08-26 | 2015-03-09 | 현대중공업 주식회사 | Method for fabricating Passivated Emitter with Rear Locally diffused cell |
-
2010
- 2010-12-08 KR KR1020100125014A patent/KR20120063856A/en active Search and Examination
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