KR20120065543A - 태양전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 전후면을 관통하는 컨택 홀 형성시 저항이 낮고 전기 전도도가 높은 전도성 물질을 컨택 홀에 충진시킬 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 중층부에 베이스 영역을 구비하고, 상하층부에 에미터 영역을 구비한 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판의 전후면을 관통하면서 알루미늄(Al), 질화티타늄(TiN), 티타늄(Ti) 및 은(Ag)을 포함하는 전도성 물질이 충진된 컨택 홀을 형성하는 단계와; 상기 기판의 후면에 상기 기판의 중층부에 구비된 베이스 영역과 접촉하는 베이스 전극을 형성하고, 상기 기판의 하층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 후면 에미터 전극을 형성하는 단계와; 상기 기판의 전면에 상기 기판의 상층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 전면 에미터 전극을 형성하는 단계를 수행함으로써, 컨택 홀의 직경을 최소화시키고, 이로 인해 기판 전면에 형성되는 핑거 바의 폭을 최소화시켜 기판 전면의 수광 면적을 증가시키고 광 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판 전면에 형성되는 전극을 전도성 물질이 충진된 복수 개의 컨택 홀을 통해 통해 기판의 후면으로 끌어내 형성할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
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 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
n형 반도체층과 p형 반도체층이 순차적으로 적층되며, n형 반도체층의 상부에 전면전극이 구비되고 p형 반도체층의 하부에 후면전극이 구비된 구조를 갖는다. 이때, n형 반도체층 및 p형 반도체층은 하나의 실리콘 기판에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판의 하부는 p형 반도체층, 실리콘 기판의 상부는 n형 반도체층으로 구분되며, n형 반도체층은 일반적으로 p형 반도체층에 n형 불순물 이온을 도핑(Doping), 확산(Diffusion)시켜 형성된다.
실리콘계 태양전지의 제조방법을 살펴보면, p형의 실리콘 기판을 준비하고, 준비된 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링, n형 불순물 이온 주입 및 확산, 전면전극 및 후면전극 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이때, 전면전극 및 후면전극의 형성 전에 산화막 제거, 반사방지막 형성 공정 등이 진행될 수도 있다.
그러나, 이러한 일반적인 태양전지는 전면전극이 차지하는 면적만큼 기판 전면의 수광면적이 작기 때문에, 광전 변환 효율의 한계성을 보이는 단점이 있다.
이에, 최근에는 실리콘 기판 전면의 수광면적을 넓혀 광전 변환 효율을 증대시키기 위해 기판 전면에 형성되는 버스 바 전극을 전도성 물질이 충진된 복수 개의 컨택 홀을 통해 기판의 후면으로 끌어내어 형성한 구조를 갖는 MWT(Metallization Wrap-through) 태양전지가 개발되고 있다.
이러한 MWT 태양전지의 제조 시에는 기판의 전면에 형성되는 버스 바 전극을 후면으로 끌어내기 위해 기판에 알루미늄(Al) 및 은(Ag)을 포함하는 전도성 물질이 충진된 컨택 홀을 형성하고, 그 형성된 복수 개의 컨택 홀을 따라 전면에 은(Ag)으로 구성된 핑거 바를 페이스트하는 공정 단계를 수행하게 된다. 이때, 핑거 바의 폭은 컨택 홀의 직경에 대응하도록 형성되게 된다.
그러나, 종래에는 MWT 태양전지의 컨택 홀에 알루미늄(Al) 및 은(Ag)으로 구성되어 큰 저항값을 갖는 전도성 물질을 충진시킴에 따라, 핑거 바와 후면에 형성되는 전극 간의 전기 전도도가 떨어지는 문제점이 있다.
더욱이, 컨택 홀에 충진딘 전도성 물질의 큰 저항값으로 인해 컨택 홀의 직경을 증가시켜 형성해야만 하기 때문에, 전면에 형성되는 핑거 바의 폭이 증가하게 되어 전면의 수광 면적이 감소하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 전후면을 관통하는 컨택 홀 형성시 저항이 낮고 전기 전도도가 높은 전도성 물질을 컨택 홀에 충진시킬 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 중층부에 베이스 영역을 구비하고, 상하층부에 에미터 영역을 구비한 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판의 전후면을 관통하면서 알루미늄(Al), 질화티타늄(TiN), 티타늄(Ti) 및 은(Ag)을 포함하는 전도성 물질이 충진된 컨택 홀을 형성하는 단계와; 상기 기판의 후면에 상기 기판의 중층부에 구비된 베이스 영역과 접촉하는 베이스 전극을 형성하고, 상기 기판의 하층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 후면 에미터 전극을 형성하는 단계와; 상기 기판의 전면에 상기 기판의 상층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 전면 에미터 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 컨택 홀을 형성하는 단계는, 상기 기판 전면의 상기 전면 에미터 전극이 형성될 부위에 컨택 홀을 적어도 하나 이상 형성하는 단계와; 각 컨택 홀 내부의 파티클 제거를 위한 세정 공정을 수행하는 단계와; 각 컨택 홀의 내벽에 알루미늄(Al) 코팅 층을 형성하는 단계와; 상기 알루미늄(Al) 코팅 층의 내벽에 질화티타늄(TiN) 코팅 층을 형성하는 단계와; 상기 질화티타늄(TiN) 코팅 층의 내벽에 티타늄(Ti) 코팅 층을 형성하는 단계와; 내벽이 상기 알루미늄(Al) 코팅 층, 상기 질화티타늄(TiN) 코팅 층 및 상기 티타늄(Ti) 코팅 층의 순서로 코팅된 각 컨택 홀의 내부 공간에 은(Ag)을 충진시켜 은(Ag) 라인를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 기판의 상부 표면에 실리콘 질화물을 증착시켜 상기 기판의 전면에 반사방지막을 형성하고, 상기 컨택 홀의 내벽에 절연막 층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법에 의하면, 기판의 전후면을 관통하는 컨택 홀 형성시 저항이 낮고 전기 전도도가 높은 전도성 물질을 컨택 홀에 충진시킴으로써, 컨택 홀의 직경을 최소화시키고, 이로 인해 기판 전면에 형성되는 핑거 바의 폭을 최소화시켜 기판 전면의 수광 면적을 증가시키고 광 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 평면 투시도.
도 3은 도 2에 있어서, A-A'의 절단면을 도시한 단면도.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 평면 투시도.
도 3은 도 2에 있어서, A-A'의 절단면을 도시한 단면도.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 및 그 태양전지의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 p-n 접합을 형성하는 에미터 영역(12, 13)과 베이스 영역(11)을 구비한 실리콘 기판(10)과, 실리콘 기판(10)의 에미터 영역(12, 13)에 접촉 형성된 에미터 전극(20, 40) 및 베이스 영역(11)에 접촉 형성된 베이스 전극(30)을 포함하여 이루어진다.
이때, 에미터 영역(12, 13)은 실리콘 기판(10)에 형성된 위치에 따라, 전면 에미터 영역(12) 및 후면 에미터 영역(13)으로 구분되고, 에미터 전극(20, 40)은 전면 에미터 전극(20)과 후면 에미터 전극(40)으로 구분된다. 전면 에미터 전극(20)과 후면 에미터 전극(40)은 실리콘 기판(10)의 전후면을 관통하도록 형성된 복수 개의 컨택 홀(Contact Hole)(15)에 의해 전기적으로 연결되되, 실리콘 기판(10)의 측벽에 형성된 전도성 페이스트에 의해서도 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 에미터 영역(12, 13)은 n형의 반도체 영역으로 이루어지고 베이스 영역(11)은 p형의 반도체 영역으로 이루어질 수 있으나, 반대로 베이스 영역(11)이 n형의 반도체 영역으로 이루어지고 에미터 영역(12, 13)이 p형의 반도체 영역으로도 이루어질 수도 있다.
한편, 실리콘 기판(10)에 형성된 컨택 홀(15)은 내벽에 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 구성된 절연성 물질이 코팅되어 있으며, 이처럼 절연성 물질이 내벽에 코팅 형성되어 있는 내부 공간에 알루미늄(Al), 질화티타늄(TiN), 티타늄(Ti) 및 은(Ag) 등을 포함하는 복합 소재의 전도성 물질이 충진되어 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 컨택 홀(15)의 내부 단면은 절연막 층(15-1), 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2), 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3), 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4), 은(Ag) 라인(15-5), 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4), 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3), 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2), 절연막 층(15-1) 순서로 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 실리콘 기판(10)의 전면에는 전면 에미터 전극(20)이 형성된 부위를 제외하고 실리콘 질화물 등으로 구성된 반사방지막이 구비된다.
한편, 각 컨택 홀(15)은 전도성 물질 충진 시 발생하는 병목 현상을 해소하기 위해 양단 또는 양단 중 어느 한쪽의 개방구에 홈을 구비하는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, p형의 실리콘 기판(10)의 전후면에 n형 불순물을 주입?확산시켜 도 4에 도시된 바와 같이, 중층부에 p형 반도체 영역인 베이스 영역(11)을 구비하고, 상하층부에 n형 반도체 영역인 에미터 영역(12, 13)을 구비한 실리콘 기판(10)을 준비한다. 여기서, 실리콘 기판(10)은 n형 불순물 주입?확산 이전에, 텍스쳐링 공정을 선행하여 요철이 형성된 표면를 구비하는 것이 바람직하다.
그 다음에는, 실리콘 기판(10)의 전면 특정 부분, 예를 들어 핑거 라인 형태의 전면 에미터 전극(20)이 형성될 부위의 양단에 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 크기의 직경을 갖는 컨택 홀(15)을 적어도 하나 이상 형성한다.
컨택 홀(15)은 실리콘 기판(10)의 전면에 레이져 그루빙(Laser Grooving) 또는 건식/습식 식각(Etching) 공정 등을 진행하여 형성할 수 있으며, 전면 에미터 전극(20)의 폭을 벗어나지 않는 크기의 직경, 예컨대 100Å 정도 크기의 직경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 컨택 홀(15) 형성시에는 전도성 물질 충진 시 발생하는 병목 현상을 해소하기 위해 양단 또는 양단 중 어느 한쪽의 개방구에 홈 등을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 홈은 슬로프형, 계단형, 직각형 또는 구형 등으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 실리콘 기판(10)에 복수 개의 컨택 홀(15)을 형성한 이후에는, 각 컨택 홀(15) 내부의 파티클 제거를 위한 세정 공정을 수행한 다음, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1마스크 패턴(50)을 사용하여 실리콘 기판(10)에 형성된 복수 개의 컨택 홀(15) 내부에 복합 소재의 전도성 물질을 충진한다.
여기서, 각 컨택 홀(15) 내부에 전도성 물질 충진에 앞서, 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 일정 두께의 실리콘 질화물을 증착(Deposition)시켜, 실리콘 기판(10)의 전면에 반사방지막을 형성하는 한편, 컨택 홀(15)의 내벽에 절연막을 코팅하는 공정이 선행되는 것이 바람직하다. 실리콘 질화물은 실리콘 기판(10)의 전면에 증착되어 반사방지막으로 작용하는 한편, 컨택 홀(15)의 내벽에도 일정 두께로 코팅되어 절연막으로 작용하게 된다. 예를 들어, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 실리콘 질화물을 증착하되, 이는 원료가스인 SiH4와 NH3을 플라즈마 상태로 방전, 활성화시켜 실리콘 질화물을 생성시키는 방법을 통해 구현될 수 있다.
아울러, 각 컨택 홀(15) 내부에 전도성 물질을 충진하는 과정을 구체적으로 설명하면, 우선 각 컨택 홀(15)의 내벽에 코팅된 절연막 층(15-1)의 내벽에 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2)을 형성하고, 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2)의 내벽에 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3)을 형성한 다음, 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3)의 내벽에 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4)을 형성한 후, 내벽이 절연막 층(15-1), 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2), 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3) 및 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4)의 순서로 코팅된 각 컨택 홀(15)의 내부 공간에 은(Ag)을 충진시켜 은(Ag) 라인(15-5)를 형성함으로써, 각 컨택 홀(15)의 내부 단면을 절연막 층(15-1), 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2), 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3), 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4), 은(Ag) 라인(15-5), 티타늄(Ti) 코팅 층(15-4), 질화티타늄(TiN) 코팅 층(15-3), 알루미늄(Al) 코팅 층(15-2), 절연막 층(15-1) 순서로 구성하게 된다.
이와 같이, 컨택 홀(15) 내부에 전도성 물질을 충진한 이후에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 식각 공정이나 플래팅(Plating) 공정 등을 수행하여 실리콘 기판(10)의 전면에 형성된 제1마스크 패턴(50)을 제거하고, 제2마스크 패턴(60)을 사용하여 실리콘 기판(10)의 하층부에 형성된 후면 에미터 영역(13) 중 중앙의 일정 영역(B)을 식각하여 실리콘 기판(10)의 중층부에 형성된 베이스 영역(11)을 노출시킨다.
베이스 영역(11)을 노출시킨 이후에는, 세정 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 후면에 형성된 제2마스크 패턴(60)을 제거함으로써, 후면 에미터 영역(13)을 노출시킨 다음, 스크린 프린팅 공정 등을 진행하여 도 9에 도시된 바와 같이, 노출된 후면 에미터 영역(13) 및 베이스 영역(11)에 버스 바(Bus Bar) 형태의 후면 에미터 전극(40) 및 베이스 전극(30)을 각각 형성하는 한편, 실리콘 기판(10)의 전면 에미터 영역(12)에 접촉하도록 핑거 바 형태의 전면 에미터 전극(20)을 형성한다. 이때, 전면 에미터 전극(20)은 후면 에미터 전극(40) 및 베이스 전극(30)의 길이 방향과 교차하는 길이 방향으로 형성되되, 실리콘 기판(10)에 형성된 컨택 홀(15)을 커버하며 컨택 홀(15) 내부에 충진되어 있는 전도성 물질과 접촉하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 실리콘 기판(10)의 전후면에 전극(20, 30, 40)을 형성한 다음에는, 실리콘 기판(10)의 전면 에미터 전극(20)과 후면 에미터 전극(40)의 전기적 연결 라인을 추가하기 위해, 전면 에미터 전극(20)의 끝단이 후면 에미터 전극(40)의 일측에 접촉하도록 실리콘 기판(10)의 측벽에 전도성 페이스트를 도포할 수도 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
10: 실리콘 기판 11: 베이스 영역
12: 전면 에미터 영역 13: 후면 에미터 영역
15: 컨택 홀 20: 전면 에미터 전극
30: 베이스 전극 40: 후면 에미터 전극
50: 제1마스크 패턴 60: 제2마스크 패턴
12: 전면 에미터 영역 13: 후면 에미터 영역
15: 컨택 홀 20: 전면 에미터 전극
30: 베이스 전극 40: 후면 에미터 전극
50: 제1마스크 패턴 60: 제2마스크 패턴
Claims (3)
- 중층부에 베이스 영역을 구비하고, 상하층부에 에미터 영역을 구비한 기판을 준비하는 단계와;
상기 기판의 전후면을 관통하면서 알루미늄(Al), 질화티타늄(TiN), 티타늄(Ti) 및 은(Ag)을 포함하는 전도성 물질이 충진된 컨택 홀을 형성하는 단계와;
상기 기판의 후면에 상기 기판의 중층부에 구비된 베이스 영역과 접촉하는 베이스 전극을 형성하고, 상기 기판의 하층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 후면 에미터 전극을 형성하는 단계와;
상기 기판의 전면에 상기 기판의 상층부에 구비된 에미터 영역과 접촉하면서 상기 컨택 홀에 충진된 전도성 물질과 접촉하는 전면 에미터 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 컨택 홀을 형성하는 단계는,
상기 기판 전면의 상기 전면 에미터 전극이 형성될 부위에 컨택 홀을 적어도 하나 이상 형성하는 단계와;
각 컨택 홀 내부의 파티클 제거를 위한 세정 공정을 수행하는 단계와;
각 컨택 홀의 내벽에 알루미늄(Al) 코팅 층을 형성하는 단계와;
상기 알루미늄(Al) 코팅 층의 내벽에 질화티타늄(TiN) 코팅 층을 형성하는 단계와;
상기 질화티타늄(TiN) 코팅 층의 내벽에 티타늄(Ti) 코팅 층을 형성하는 단계와;
내벽이 상기 알루미늄(Al) 코팅 층, 상기 질화티타늄(TiN) 코팅 층 및 상기 티타늄(Ti) 코팅 층의 순서로 코팅된 각 컨택 홀의 내부 공간에 은(Ag)을 충진시켜 은(Ag) 라인를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 기판의 상부 표면에 실리콘 질화물을 증착시켜 상기 기판의 전면에 반사방지막을 형성하고, 상기 컨택 홀의 내벽에 절연막 층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100126730A KR20120065543A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 태양전지 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100126730A KR20120065543A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 태양전지 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120065543A true KR20120065543A (ko) | 2012-06-21 |
Family
ID=46685209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020100126730A KR20120065543A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 태양전지 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120065543A (ko) |
-
2010
- 2010-12-13 KR KR1020100126730A patent/KR20120065543A/ko not_active Application Discontinuation
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