KR20120077843A - 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양전지 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상부에 제2 도전형의 제1 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링하는 단계와, 상기 제1 반도체층 하부에 상기 제1 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 반도체층 하부에 상기 제2 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제3 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 함으로써, 태양전지의 에너지 준위차를 극대화하여 셀의 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 에너지 준위차를 극대화하여 효율을 향상시키고자 도핑 농도를 달리하는 복수의 반도체층을 형성하는 태양전지 제조방법에 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 실리콘 기판 내부에 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.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 물질, 형태에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 n형 반도체층(101) 상에 p형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 p형 반도체층(102)의 상부 및 n형 반도체층(101)의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 n형 반도체층(101) 및 p형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 n형 반도체층(101), 기판의 상부는 p형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 n형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 n형 실리콘 기판의 상층부에 p형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 p형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 p형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다.
이와 같은 실리콘계 태양전지는 n형 실리콘 기판의 준비, 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링(요철 형성), p형 불순물 이온 주입 및 확산, 반사방지막 적층, 전면전극 및 후면전극의 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이 때, p형 불순물 이온을 주입, 확산시켜 상기 p형 반도체층(102)을 형성하는 공정을 구체적으로 살펴보면, n형 실리콘 기판 상에 인산 용액을 도포하고, 고온의 열처리를 통해 인산 용액의 인(P)이 n형 실리콘 기판 내부로 확산(diffusion)되도록 하여 p형 반도체층(102)이 형성되도록 한다.
상기와 같이, 기존의 일반적인 태양전지 제조공정에는 n형 실리콘 기판 상에 단일의 p형 반도체층을 형성하여 p-n 접합을 완성하는데, n형 기판 및 p형 반도체층 간의 전위차가 분명하게 나타나지 않을 경우 광생성 전하의 이동이 원활하지 않아 셀의 효율이 감소할 수 있다. 따라서, 농도를 달리하는 다중의 확산층을 형성하여 기판과의 전위차를 극대화하여 효율을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양전지의 에너지 준위차를 극대화하고자 농도를 달리하는 복수의 반도체층을 형성하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상부에 제2 도전형의 제1 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링하는 단계와, 상기 제1 반도체층 하부에 상기 제1 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 반도체층 하부에 상기 제2 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제3 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 반도체층을 형성하는 단계 후에, 상기 제1 반도체층 상에 Si3N4막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 반도체층은 180 마이크로미터(㎛) 내지 220 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 반도체층은 8 마이크로미터(㎛) 내지 12 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3 반도체층은 150 마이크로미터(㎛) 내지 160 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
텍스쳐링 공정 진행 전에 실리콘 기판 상부에 고농도 도핑을 진행함으로써 기판 상의 불순물을 보다 용이하게 제거하고, 기판 표면 상에 형성된 산화막(SiO2)을 텍스쳐링 공정에서 제거한다. 또한, 1차로 형성된 고농도 도핑층 하부에 추가로 확산을 진행하여 복수의 도핑층을 형성하여 태양전지의 에너지 준위차를 극대화하여 전하 수집률을 증가시키고 효율을 향상시킨다.
도 1은 종래의 실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하 설명에서는 제1 도전형은 n형으로, 제2 도전형은 p형으로 하는 실시예 즉, n형 실리콘 기판을 베이스(base)로 적용하여 제조되는 태양전지에 관하여 설명하고, n형 실리콘 기판 대신 p형 실리콘 기판을 사용하는 경우 도핑층의 구조는 반대로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이, n형의 결정질 실리콘 기판(201)을 준비한다(S201). 그 후, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 기판(201) 상부에 p형의 제1 반도체층(p++)(202)을 형성한다(S202). 즉, 상기 실리콘 기판의 하부는 n형의 결정질 실리콘 기판(201)이며, 상기 기판 상부의 p형의 제1 반도체층(p++)(202)은 n형 실리콘 기판(201)이 준비된 상태에서 상기 n형 실리콘 기판(201)의 상층부에 p형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 형성한 p형 반도체층(p++)(202)이다. 상기 p형의 제1 반도체층(p++)(202)은 상대적으로 고농도로 형성한다. 한편, 상기 제1 반도체층(p++)(202)은 180 마이크로미터(㎛) 내지 220 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
이어, 도 2 및 3c에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 수행한다(S203). 상기 텍스쳐링 공정은 기판 표면에서의 광흡수를 극대화하기 위한 것이며, 습식 식각 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다.
텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제1 반도체층(202)(p++) 하부에 p형의 제2 반도체층(p+)(203)을 형성한다(S204). 상기 제2 반도체층(p+)(203)은 상기 제1 반도체층(p++)(202)보다 더 농도가 낮다. 또한, 상기 제2 반도체층(p+)(203)은 8 마이크로미터(㎛) 내지 12 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
그 후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 제2 반도체층(p+)(203) 하부에 p형의 제3 반도체층(p0)(204)을 형성한다. 상기 제3 반도체층(p0)(204)은 저농도의 p형 층으로서 상기 제2 반도체층(p+)(203)보다 더 농도가 낮다. 한편, 상기 제3 반도체층(p0)(204)은 150 마이크로미터(㎛) 내지 160 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 반도체층(p++)(202) 상에 반사방지막(205)을 더 형성할 수 있다. 상기 반사방지막(205)은 실리콘 니트라이드(Si3N4) 층으로 구성될 수 있다. 일례로서, 상기 반사방지막(205)의 형성 공정을 살펴보면, 상기 실리콘 니트라이드(Si3N4)층은 챔버 내에 기판을 장착한 후, SiH4와 NH3 가스를 챔버 내에 공급하여 p형 반도체층(202) 상에 실리콘 니트라이드(Si3N4)로 구성되는 반사방지막(205)을 형성하게 된다. 한편, 상기 실리콘 니트라이드(Si3N4) 반사방지막(205)의 형성 두께는 굴절률을 고려하여 설계된다.
상기 반사방지막(205) 형성 후, 도 3g에 도시된 바와 같이, 전면전극(206) 및 후면전극(207)을 형성한다. 여기서 전면전극(206) 및 후면전극(207)은 상기 n형 기판(203) 상에 상기 제1 내지 제3 반도체층(202, 203, 204) 및 반사방지막(205)이 순차적으로 형성된 상태에서, 상기 기판 전면 및 후면 상에 도전성 물질을 스크린 인쇄법 등을 통해 도포한 후, 소성 공정을 진행하면, 도 3g에 도시한 바와 같이, 전면전극(206)과 후면전극(207)이 형성되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 완료된다.
상기와 같이, 제1 도전형의 실리콘 기판 상에 다중의 제2 도전형의 반도체층을 형성함으로써, 기판과 반도체층 간의 전위차를 극대화할 수 있고, 광생성된 광전하의 수집효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
201 : n형 반도체층 202 : 제1 반도체층
203 : 제2 반도체층 204 : 제3 반도체층
205 : Si3N4막 206 : 전면전극
207 : 후면전극
203 : 제2 반도체층 204 : 제3 반도체층
205 : Si3N4막 206 : 전면전극
207 : 후면전극
Claims (5)
- 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상부에 제2 도전형의 제1 반도체층을 형성하는 단계;
상기 기판의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링하는 단계;
상기 제1 반도체층 하부에 상기 제1 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 반도체층 하부에 상기 제2 반도체층보다 더 농도가 낮은 제2 도전형의 제3 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 반도체층을 형성하는 단계 후에,
상기 제1 반도체층 상에 Si3N4막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반도체층은 180 마이크로미터(㎛) 내지 220 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 반도체층은 8 마이크로미터(㎛) 내지 12 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 반도체층은 150 마이크로미터(㎛) 내지 160 마이크로미터(㎛)의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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