KR20120129016A - 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 - Google Patents
양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120129016A KR20120129016A KR1020110047014A KR20110047014A KR20120129016A KR 20120129016 A KR20120129016 A KR 20120129016A KR 1020110047014 A KR1020110047014 A KR 1020110047014A KR 20110047014 A KR20110047014 A KR 20110047014A KR 20120129016 A KR20120129016 A KR 20120129016A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- conductive
- solar cell
- floating junction
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 184
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 104
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 7
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 228
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 26
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 9
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0684—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells double emitter cells, e.g. bifacial solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 기판의 전후면에 수광 부위를 형성하되, 이종접합을 통해 기판의 전후면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 베이스를 형성하고, 에미터와 전극, 베이스와 전극 사이에 각각 보조전극층을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 관한 것으로, 상하부에 전면전극 및 후면전극이 구비된 실리콘 재질의 제1도전형의 기판을 포함하며, 상기 기판의 상부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층이 적층되고, 상기 기판의 하부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층이 적층되며, 상기 제1부유접합층과 상기 전면전극 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 에미터층과 보조전극층이 차례로 적층되고, 상기 기판과 후면전극 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 후면전계층과 보조전극층이 차례로 적층되어 이루어짐으로써, 기판의 수광 부위를 증가시켜 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수하여 태양광 흡수량을 증가시킬 수 있으며, 기판 내에서 광생성된 소수 운송자를 안전하게 전극으로 전달하여 태양전지의 광전 변환 효율을 극대화시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 관한 것으로, 특히 기판의 전후면에 수광 부위를 형성하되, 기판의 전후면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 베이스를 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 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, 태양전지에 태양광이 입사되어 태양전지 내부에 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.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1도전형 반도체층(11) 위에 에미터층인 제2도전형 반도체층(12)이 적층되며, 제2도전형 반도체층(12)의 상부면에 핑거 바 또는 버스 바 등의 패턴을 가진 전면전극(14)이 형성되고 제1도전형 반도체층(11)의 하부면에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다.
이때, 제1도전형 반도체층(11) 및 제2도전형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 제1도전형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 제2도전형 반도체층(12)으로 구분되며, 제1도전형 반도체층(11)의 하부에는 전체적으로 후면 전계 형성을 위한 패시베이션층(16)이 구비된다.
여기서, 제1도전형 반도체층(11)의 하부에 전체적으로 형성된 패시베이션층(16)은 제1도전형 반도체층(11)에 비해 높은 에너지 장벽을 가진 후면 전계를 형성하기 때문에, 추후 제1도전형 반도체층(11) 내에서 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)가 후면전극(15)으로 이동하는 것을 차단하는 역할을 수행하게 된다.
이러한, 기판형 실리콘계 태양전지의 일반적인 제조 과정을 살펴보면, 먼저 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링, 제2도전형의 불순물 이온 주입(Doping)?확산(Diffusion)을 통한 제2도전형 반도체층(12) 형성, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다.
한편, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 이전에는, 확산 공정에 의해 기판(10) 표면에 형성된 PSG(Phosphorus Silicate Glass)막 또는 BSG(Boron Silicate Glass)막 등의 불순물을 포함한 불순물 산화막을 제거하는 세정 공정 및 제2도전형 반도체층(12) 위에 반사방지막(13)을 형성하는 공정 등을 진행하게 된다.
아울러, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 이후에는, 소성 공정을 통해 제1도전형 반도체층(11)의 하부에 전체적으로 패시베이션층(16)을 형성하고, 레이저를 이용하여 기판 전면의 둘레를 따라 일정 깊이의 단선용 트렌치를 형성하는 절연 공정을 진행하게 된다.
이는, 제2도전형 반도체층(12) 형성시, 제2도전형 불순물 이온이 포함된 용액에 실리콘 기판(10)을 담그고 후속으로 열처리 공정을 수행하여, 제2도전형 불순물 이온을 실리콘 기판(10) 내에 확산시키는 방식으로 진행되기 때문에, 실리콘 기판(10)의 상부 이외에 측부에도 제2도전형 반도체층이 형성되는데, 이와 같이 기판의 측부에 형성된 제2도전형 반도체층은 전면전극(14)과 후면전극(15)을 단락(short)시켜 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키는 요인으로 작용하므로, 실리콘 기판(10)의 측부에 형성된 제2도전형 반도체층에 의한 전면전극(14)과 후면전극(15) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 필요가 있기 때문이다.
이와 같은 일반적인 태양전지에서의 광 발전시 소수 운송자(1)의 이동 과정을 살펴보면, 예컨대 제1도전형이 p형, 제2도전형이 n형인 경우, 태양광이 입사됨에 따라 제1도전형 반도체층(11) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)인 전자는 제2도전형 반도체층(12), 즉 에미터층이 형성되어 있는 실리콘 기판(10)의 전면 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 다수 운송자(2)인 정공은 실리콘 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하게 된다.
이러한 일반적인 태양전지는 깊이 방향에 따른 불순물 도핑 농도가 상부에서 가장 높고 하부쪽으로 내려갈수록 감소하는 특성을 보이며, 이에 따라 에너지 밴드 구조상 전도대(Conduction Band)가 상부쪽으로 갈수록 낮아지는 특성을 갖는 제2도전형 반도체층(12), 즉 에미터층이 실리콘 기판(10)의 수광면 전체에 형성되어 있으므로, 에미터층의 깊이 방향 에너지 밴드 구조에 의해, 제1도전형 반도체층(11)에서 광생성된 소수 운송자가 에미터층을 따라 이동하되, 특히 반사방지막(13)에 근접한 에미터층의 상부, 즉 실리콘 기판(10)의 표면을 따라 이동하다가 전면전극(14)으로 포집된다.
그러나, 이와 같은 종래의 태양전지는 소수 운송자(1)의 이동 경로인 실리콘 기판(10)의 표면 부위가 결정 결함 및 불순물 등이 다수 존재하는 결함 밀도가 높은 부위이기 때문에, 소수 운송자(1)가 전면전극(14)으로 포집되기 전에 재결합하여 쉽게 소실될 우려가 있다.
더욱이, 종래의 태양전지는 100㎛ 내지 140㎛ 이내의 큰 선폭(W)을 가지는 전면전극(14)을 실리콘 기판(10)의 전면, 즉 수광면에 형성해야 하기 때문에, 수광율 유지를 위한 충분한 면적의 수광면을 확보하기 위해 전면전극(14) 간의 간격(d)이 1800㎛ 내지 2300㎛ 이내로 매우 크게 형성되어, 제1도전형 반도체층(11)에서 광생성된 소수 운송자(1)가 실리콘 기판(10)의 표면 부위를 따라 전면전극(14)까지 이동하는 거리가 길어지게 되므로, 소수 운송자(1)가 전면전극(14)으로 포집되기 전에 실리콘 기판(10)의 표면에서 재결합하여 소실될 가능성이 증가하게 된다.
즉, 종래의 태양전지는 그 구조상, 실리콘 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)의 재결합율이 높아 광전 변환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양전지는 실리콘 기판(10)의 수광면 확보를 위해 전면전극(14)의 개수를 감소시킬 경우, 전면전극(14) 간의 간격(d)이 더 커지게 되어 실리콘 기판(10) 표면에서의 소수 운송자 재결합율을 더욱 증가시키게 됨에 따라, 태양전지의 수광율 향상이 곤란하고, 이로 인해 태양전지의 효율 증가 역시 곤란한 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양전지는 그 구조상, 기판(10)의 후면에 전체적으로 금속성의 후면전극(15)이 형성되어 있어, 제조 원가가 높고, 지표면에서 반사되는 태양광의 경우에는 전혀 흡수할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 전후면에 수광 부위를 형성하되, 이종접합을 통해 기판의 전후면 수광 부위에 국부적으로 에미터 및 베이스를 형성하고, 에미터와 전극, 베이스와 전극 사이에 각각 보조전극층을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 에미터 영역을 제외한 기판의 전면 수광 부위에 에미터의 도전형과 반대 극성을 가진 부유접합층을 형성하고, 베이스 영역을 제외한 기판의 후면 수광 부위에 베이스의 도전형과 반대 극성을 가진 부유접합층을 형성한 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 상하부에 전면전극 및 후면전극이 구비된 실리콘 재질의 제1도전형의 기판을 포함하며, 상기 기판의 상층부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층이 구비되고, 상기 기판의 하층부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층이 구비되며, 상기 기판과 상기 전면전극 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 에미터층과 보조전극층이 차례로 적층되고, 상기 기판과 상기 후면전극 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 후면전계층과 보조전극층이 차례로 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 에미터층은, 상기 제1부유접합층을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 상기 기판의 상부쪽 표면과 직접 접촉하여 상기 기판의 상부에 에미터 영역을 국부적으로 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 후면전계층은, 상기 제2부유접합층을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 상기 기판의 하부쪽 표면과 직접 접촉하여 상기 기판의 하부에 베이스 영역을 국부적으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 기판의 상부에는 상기 에미터층과 상기 제1부유접합층 간의 절연을 위한 유전층이 형성되고, 상기 기판의 하부에는 상기 후면전계층과 상기 제2부유접합층 간의 절연을 위한 유전층이 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
이러한, 상기 유전층은, 상기 기판의 상하부면 중 상기 제1부유접합층을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 상기 제2부유접합층을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 제외한 부위에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보조전극층은, 투명전도산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지는 상하부에 전면전극 및 후면전극이 구비된 실리콘 재질의 제1도전형의 기판을 포함하며, 상기 기판의 상부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층이 적층되고, 상기 기판의 하부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층이 적층되며, 상기 제1부유접합층과 상기 전면전극 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 에미터층과 보조전극층이 차례로 적층되고, 상기 기판과 후면전극 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 후면전계층과 보조전극층이 차례로 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은, 비정질 실리콘 박막으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 의하면, 기판의 전후면에 수광 부위를 형성함으로써, 기판의 수광 부위를 증가시켜 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수하여 태양광 흡수량을 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 의하면, 이종접합을 통해 기판의 전면 수광 부위에 국부적으로 에미터를 형성하되, 에미터 영역을 제외한 기판의 전면 수광 부위에 에미터의 도전형과 반대 극성을 가진 부유접합층을 형성하고, 그 에미터와 전극 사이에 보조전극층을 형성함으로써, 기판 내에서 광생성되어 전극으로 포집되는 소수 운송자의 재결합율을 감소시켜 소수 운송자의 라이프 타임을 증가시킬 수 있고, 전극의 선폭, 개수 및 간격 등과 같은 전극 패턴 형태에 상관없이, 기판 내에서 광생성된 소수 운송자를 안전하게 전극으로 전달하여 태양전지의 광전 변환 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판의 수광 부위에 형성될 전극의 선폭 및 개수를 감소시키고 전극 간 간격을 최대화시키는 등, 기판의 수광면을 최대로 확보할 수 있는 전극 패턴을 형성할 수 있고, 이로 인해 태양전지의 수광율을 극대화시켜 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지에 의하면, 이종접합을 통해 기판의 후면 수광 부위에 국부적으로 베이스를 형성하되, 베이스 영역을 제외한 기판의 후면 수광 부위에 베이스의 도전형과 반대 극성을 가진 부유접합층을 형성하고, 그 베이스와 전극 사이에 보조전극층을 형성함으로써, 기판 내에서 광생성되어 전극으로 포집되는 다수 운송자의 재결합율을 감소시켜 소수 운송자의 라이프 타임을 증가시킬 수 있고, 전극의 선폭, 개수 및 간격 등과 같은 전극 패턴 형태에 상관없이, 기판 내에서 광생성된 다수 운송자를 안전하게 전극으로 전달하여 태양전지의 광전 변환 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판의 전후면을 동일한 구조로 형성할 수 있어, 태양전지 제조 시의 고온 공정에 의한 휨(Bowing) 현상 발생이 줄어들며, 이로 인해 얇은 두께의 기판을 사용한 태양전지 제조 공정 시 기판의 파손율을 최소화시킬 수 있고, 기판의 후면에 전체적으로 금속성의 전극을 형성하지 않음에 따라 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 11 내지 도 15은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 11 내지 도 15은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지는 상하부에 전면전극(14) 및 후면전극(15)이 구비된 제1실리콘(Si) 재질의 제1도전형의 기판(10)을 포함하며, 이때 기판(10)의 상층부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층(10-1)이 구비되고, 기판(10)의 하층부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층(10-2)이 구비되며, 기판(10)과 전면전극(14) 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 에미터층(30)과 보조전극층(40)이 차례로 적층되고, 기판(10)과 후면전극(15) 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 후면전계층(31)과 보조전극층(41)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 아울러, 기판(10)의 상부에는 에미터층(30)과 제1부유접합층(10-1) 간의 절연을 위한 유전층(20)이 형성되며, 기판(10)의 하부에는 후면전계층(31)과 제2부유접합층(10-2) 간의 절연을 위한 유전층(21)이 형성될 수 있다.
여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형, 제2도전형은 n형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
에미터층(30)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질로 이루어지며, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 기판(10)의 상부쪽 표면과 직접 접촉하도록 유전층(20) 위에 적층되어 형성된다. 이때, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 부위에만 에미터층(30)이 직접 접촉함에 따라, 기판(10)의 상부에 에미터 영역이 국부적으로 형성된다.
이러한, 에미터층(30)은 기판(10)의 상부에 적층되어 기판(10)과 p-n 접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 이동을 가능케 하여 기판(10) 내부에서 전위차를 발생시키는 역할을 수행하게 된다.
한편, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 형태의 제약 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격 패턴은 규칙적인 크기 및 간격을 갖는 점 패턴 또는 선 패턴으로 형성되는 것이 바람직하나, 불규칙적인 크기 및 간격을 갖는 점 패턴, 또는 불규칙적인 선폭 및 간격을 갖는 선 패턴으로 형성될 수도 있다. 단, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 기판(10) 내에 광생성된 소수 운송자(1)의 이동 거리를 감소시켜 주기 위하여 좁은 간격을 두고 형성되되, 적절한 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 기판(10)의 상층부에서 고저접합을 형성함으로써, 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)가 기판(10)의 상부쪽 표면을 따라 이동하는 것을 방지하게 된다.
이로 인해, 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)는 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 의해 생성되는 전계에 의해 기판(10)의 상부쪽 표면으로 접근하지 못하고, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격을 통해 에미터층(30)까지 최단 거리를 이동하여 에미터층(30) 및 보조전극층(40)을 통해 전면전극(14)으로 포집됨으로써, 기존에 비해 표면 재결합율이 현저히 감소된다.
한편, 후면전계층(31)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질로 이루어지며, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 기판(10)의 하부쪽 표면과 직접 접촉하도록 유전층(21) 아래에 적층되어 형성된다. 이때, 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 부위에만 후면전계층(31)이 직접 접촉함에 따라, 기판(10)의 하부에 베이스 영역이 국부적으로 형성된다.
이러한, 후면전계층(31)은 기판(10)의 하부에 적층되어 기판(10)과 고저접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 후면쪽 이동을 방지함과 동시에, 후면전극(15)으로 포집되는 다수 운송자(2)의 이동을 수월하게 하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴과 마찬가지로 패턴 형태의 제약 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 기판(10)의 하층부에 형성되어, 광생성된 다수 운송자(2)가 기판(10)의 하부쪽 표면을 따라 이동하는 것을 방지하게 된다.
이로 인해, 기판(10) 내에서 광생성된 다수 운송자(2)는 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 의해 생성되는 전계에 의해 기판(10)의 하부쪽 표면으로 접근하지 못하고, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격을 통해 후면전계층(31)까지 최단 거리를 이동하여 후면전계층(31) 및 보조전극층(41)을 통해 후면전극(15)으로 포집됨으로써, 기존에 비해 표면 재결합율이 현저히 감소된다.
한편, 유전층(20, 21)은 기판(10)의 상하부면 중 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 제외한 부위에 형성된다.
이러한, 유전층(20, 21)은 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(AlO3), 티타늄 산화물(TiO2) 또는 실리콘 질화물(Si3N4) 등으로 구성될 수 있으며, 기판(10) 표면에서 패시베이션(Passivation) 역할을 수행한다.
한편, 보조전극층(40, 41)은 기판(10)의 내부에서 광생성되어 에미터층(30)을 통해 수집된 소수 운송자(1)가 전면전극(14)까지 표동하여 이동할 수 있는 이동 경로 및 후면전계층(31)을 통해 수집된 다수 운송자(2)가 후면전극(15)까지 표동하여 이동할 수 있는 이동 경로를 제공하는 물질로 구성되는데, 예컨대 투명전도산화막(TCO) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 유전층(20, 21) 및 보조전극층(40, 41)은 굴절률을 고려한 소정의 두께로 각각 형성되어 기판(10)의 전후면 수광 부위의 빛 반사 손실을 방지하는 수 있는 반사방지막(ARC: Anti-Reflective Coating) 역할을 수행하게 된다.
한편, 전면전극(14)은 기판(10)의 상부면 전체에 적층된 보조전극층(40)을 통해 소수 운송자(1)를 포집할 수 있기 때문에, 보조전극층(40)의 상부면에 다양한 패턴으로 형성될 수 있고, 후면전극(15) 역시 보조전극층(41)의 하부면에 다양한 패턴으로 형성되어, 일반적인 태양전지의 수광면에 비해 월등히 넓은 수광면을 확보할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도전형의 제1실리콘(Si) 재질의 기판(10)을 준비한다(S100).
상기한 단계 S100에서는 기판(10)의 커팅 공정의 결과로 생성된 결함 부분을 제거하기 위하여 화학적 방식으로 기판(10)을 식각하는 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정을 진행하게 된다. 이때 식각 용액으로 수산화칼륨(KOH) 용액 등을 사용하여 기판(10)의 표면을 전체적으로 일정 깊이만큼 식각한 후, DIW(Deionized Water) 등을 사용하여 세정하는 것이 바람직하다.
아울러, 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정 이후에는, 산(Acid) 또는 알카리(Alkaline) 등을 이용한 습식 텍스쳐링 공정이나 건식 텍스쳐링 공정을 진행하게 된다.
상기한 단계 S100을 통해 기판(10)이 준비된 상태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상층부에 제1도전형 불순물을 선택적으로 헤비 도핑(Heavy Doping)시켜 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층(10-1)을 형성하고, 기판(10)의 하층부에 제2도전형 불순물을 선택적으로 헤비 도핑시켜 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층(10-2)을 형성한다(S110).
상기한 단계 S110에서는 불순물 이온 주입 공정이나 레이져 도핑 또는 불순물 페이스트를 소스로 한 확산 공정을 등을 수행할 수 있다. 이때 확산 공정시에는 확산 방지막을 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있다.
상기한 단계 S110을 통해 기판(10)의 상층부에 형성된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 예컨대, p+ 영역으로 이루어질 수 있으며, 기판(10)의 전면에서 소수 운송자(1)의 접근을 방지하기 위한 전계를 형성하는 역할을 담당하고, 기판(10)의 하층부에 형성된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 예컨대, n+ 영역으로 이루어질 수 있으며, 기판(10)의 후면에서 다수 운송자(2)의 접근을 방지하기 위한 전계를 형성하는 역할을 담당하게 된다.
상기한 단계 S110 이후에는, 열처리 공정 또는 증착 공정 등을 수행하여 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상하부에 유전층(20, 21)을 형성한다(S120).
상기한 단계 S120 다음에는, 사진 식각 공정 또는 레이저 식각 공정을 수행하여 도 6에 도시된 바와 같이, 유전층(20, 21)을 국부적으로 제거함으로써, 기판(10)의 상하부면 중 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 표면 부위를 국부적으로 노출시킨다(S130).
상기한 단계 S130를 통해 형성되는 기판(10)의 표면 노출 부위는 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격보다 좁은 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S130 다음에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상부에 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 에미터층(30)을 증착시키고, 기판(10)의 하부에 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 후면전계층(31)을 증착시킨다(S140).
상기한 단계 S140을 통해 기판(10)의 상부에 증착된 에미터층(30)은 국부적으로 노출된 기판(10)의 상부쪽 표면에 직접 접촉하면서 유전층(20)에 의해 제1부유접합층(10-1)과 절연되도록 증착된다. 아울러, 기판(10)의 하부에 증착된 후면전계층(31)은 국부적으로 노출된 기판(10)의 하부쪽 표면에 직접 접촉하면서 유전층(21)에 의해 제2부유접합층(10-2)과 절연되도록 증착된다.
상기한 단계 S140 다음에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상하부에 보조전극층(40, 41)을 증착시킨 후(S150), 스크린 프린팅 공정을 수행하여 기판(10)의 상부에 적층된 보조전극층(40)의 표면에 전면전극(14)을 형성하고, 기판(10)의 하부에 적층된 보조전극층(41)의 표면에 후면전극(15)을 형성한다(S160).
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지는 상하부에 전면전극(14) 및 후면전극(15)이 구비된 제1실리콘(Si) 재질의 제1도전형의 기판(10)을 포함하며, 이때 기판(10)의 상부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층(10-1)이 적층되고, 기판(10)의 하부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층(10-2)이 적층되며, 제1부유접합층(10-1)과 전면전극(14) 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 에미터층(30)과 보조전극층(40)이 차례로 적층되고, 기판(10)과 후면전극(15) 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 후면전계층(31)과 보조전극층(41)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 아울러, 제1부유접합층(10-1)의 상부에는 에미터층(30)과의 절연을 위한 유전층(20)이 적층되며, 제2부유접합층(10-2) 하부에는 후면전계층(31)과의 절연을 위한 유전층(21)이 적층될 수 있다.
여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형, 제2도전형은 n형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
에미터층(30)은 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 기판(10)의 상부쪽 표면과 직접 접촉하도록 유전층(20) 위에 적층되어 형성된다. 이때, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 부위에만 에미터층(30)이 직접 접촉함에 따라, 기판(10)의 상부에 에미터 영역이 국부적으로 형성된다.
이러한, 에미터층(30)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질로 이루어지며, 기판(10)의 상부에 적층되어 기판(10)과 p-n 접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 이동을 가능케 하여 기판(10) 내부에서 전위차를 발생시키는 역할을 수행하게 된다.
한편, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 형태의 제약 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격 패턴은 규칙적인 크기 및 간격을 갖는 점 패턴 또는 선 패턴으로 형성되는 것이 바람직하나, 불규칙적인 크기 및 간격을 갖는 점 패턴, 또는 불규칙적인 선폭 및 간격을 갖는 선 패턴으로 형성될 수도 있다. 단, 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 기판(10) 내에 광생성된 소수 운송자(1)의 이동 거리를 감소시켜 주기 위하여 좁은 간격을 두고 형성되되, 적절한 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 제1도전형 불순물이 헤비 도핑된 비정질 실리콘(a-Si) 박막으로 이루어지며, 기판(10)의 상부에서 고저접합을 형성함으로써, 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)가 기판(10)의 상부쪽 표면을 따라 이동하는 것을 방지하게 된다.
이로 인해, 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자(1)는 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 의해 생성되는 전계에 의해 기판(10)의 상부쪽 표면으로 접근하지 못하고, 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격을 통해 에미터층(30)까지 최단 거리를 이동하여 에미터층(30) 및 보조전극층(40)을 통해 전면전극(14)으로 포집됨으로써, 표면 재결합율이 현저히 감소된다.
한편, 후면전계층(31)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질로 이루어지며, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 기판(10)의 하부쪽 표면과 직접 접촉하도록 유전층(21) 아래에 적층되어 형성된다. 이때, 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 부위에만 후면전계층(31)이 직접 접촉함에 따라, 기판(10)의 하부에 베이스 영역이 국부적으로 형성된다.
이러한, 후면전계층(31)은 기판(10)의 하부에 적층되어 기판(10)과 고저접합을 형성함으로써, 태양광 입사에 의해 광생성된 소수 운송자(1)의 후면쪽 이동을 방지함과 동시에, 후면전극(15)으로 포집되는 다수 운송자(2)의 이동을 수월하게 하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴은 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 패턴과 마찬가지로 패턴 형태의 제약 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 제1도전형 불순물이 헤비 도핑된 비정질 실리콘(a-Si) 박막으로 이루어지며, 기판(10)의 하층부에 형성되어, 광생성된 다수 운송자(2)가 기판(10)의 하부쪽 표면을 따라 이동하는 것을 방지하게 된다.
이로 인해, 기판(10) 내에서 광생성된 다수 운송자(2)는 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역에 의해 생성되는 전계에 의해 기판(10)의 하부쪽 표면으로 접근하지 못하고, 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역의 이격 간격을 통해 후면전계층(31)까지 최단 거리를 이동하여 후면전계층(31) 및 보조전극층(41)을 통해 후면전극(15)으로 포집됨으로써, 표면 재결합율이 현저히 감소된다.
한편, 유전층(20, 21)은 기판(10)의 상하부면 중 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 제외한 부위에 형성된다.
이러한, 유전층(20, 21)은 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(AlO3), 티타늄 산화물(TiO2) 또는 실리콘 질화물(Si3N4) 등으로 구성될 수 있으며, 기판(10) 표면에서 패시베이션(Passivation) 역할을 수행한다.
한편, 보조전극층(40, 41)은 기판(10)의 내부에서 광생성되어 에미터층(30)을 통해 수집된 소수 운송자(1)가 전면전극(14)까지 표동하여 이동할 수 있는 이동 경로 및 후면전계층(31)을 통해 수집된 다수 운송자(2)가 후면전극(15)까지 표동하여 이동할 수 있는 이동 경로를 제공하는 물질로 구성되는데, 예컨대 투명전도산화막(TCO) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 유전층(20, 21) 및 보조전극층(40, 41)은 굴절률을 고려한 소정의 두께로 각각 형성되어 기판(10)의 전후면 수광 부위의 빛 반사 손실을 방지하는 수 있는 반사방지막(ARC: Anti-Reflective Coating) 역할을 수행하게 된다.
한편, 전면전극(14)은 기판(10)의 상부면 전체에 적층된 보조전극층(40)을 통해 소수 운송자(1)를 포집할 수 있기 때문에, 보조전극층(40)의 상부면에 다양한 패턴으로 형성될 수 있고, 후면전극(15) 역시 보조전극층(41)의 하부면에 다양한 패턴으로 형성되어, 일반적인 태양전지의 수광면에 비해 월등히 넓은 수광면을 확보할 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지의 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도전형의 제1실리콘(Si) 재질의 기판(10)을 준비한다(S200).
상기한 단계 S200에서는 기판(10)의 커팅 공정의 결과로 생성된 결함 부분을 제거하기 위하여 화학적 방식으로 기판(10)을 식각하는 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정을 진행하게 된다. 이때 식각 용액으로 수산화칼륨(KOH) 용액 등을 사용하여 기판(10)의 표면을 전체적으로 일정 깊이만큼 식각한 후, DIW(Deionized Water) 등을 사용하여 세정하는 것이 바람직하다.
아울러, 쏘 데미지 에칭(Saw Damage Etching) 공정 이후에는, 산(Acid) 또는 알카리(Alkaline) 등을 이용한 습식 텍스쳐링 공정이나 건식 텍스쳐링 공정을 진행하게 된다.
상기한 단계 S200을 통해 기판(10)이 준비된 상태에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴을 사용한 증착 공정을 등을 수행하여 기판(10)의 상부에 제2실리콘 재질의 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층(10-1)을 적층하고, 기판(10)의 하부에는 제2실리콘 재질의 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층(10-2)을 적층한다(S210).
상기한 단계 S210을 통해 기판(10)의 상부에 적층된 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 예컨대, p+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있으며, 기판(10)의 전면에서 소수 운송자(1)의 접근을 방지하기 위한 전계를 형성하는 역할을 담당하고, 기판(10)의 하부에 적층된 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은 예컨대, n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있으며, 기판(10)의 후면에서 다수 운송자(2)의 접근을 방지하기 위한 전계를 형성하는 역할을 담당하게 된다.
상기한 단계 S210 이후에는, 열처리 공정 또는 증착 공정 등을 수행하여 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상하부에 유전층(20, 21)을 형성한다(S220).
상기한 단계 S220 다음에는, 사진 식각 공정 또는 레이저 식각 공정을 수행하여 도 13에 도시된 바와 같이, 유전층(20, 21)을 국부적으로 제거함으로써, 기판(10)의 상하부면 중 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격에 해당하는 기판(10)의 표면 부위를 국부적으로 노출시킨다(S230).
상기한 단계 S230를 통해 형성되는 기판(10)의 표면 노출 부위는 제1부유접합층(10-1)을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 제2부유접합층(10-2)을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격보다 좁은 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S230 다음에는, 도 14에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상부에 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 에미터층(30)을 증착시키고, 기판(10)의 하부에 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 제2실리콘 재질의 후면전계층(31)을 증착시킨다(S240).
상기한 단계 S240을 통해 기판(10)의 상부에 증착된 에미터층(30)은 국부적으로 노출된 기판(10)의 상부쪽 표면에 직접 접촉하면서 유전층(20)에 의해 제1부유접합층(10-1)과 절연되도록 증착된다. 아울러, 기판(10)의 하부에 증착된 후면전계층(31)은 국부적으로 노출된 기판(10)의 하부쪽 표면에 직접 접촉하면서 유전층(21)에 의해 제2부유접합층(10-2)과 절연되도록 증착된다.
상기한 단계 S240 다음에는, 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상하부에 보조전극층(40, 41)을 증착시킨 후(S250), 스크린 프린팅 공정을 수행하여 기판(10)의 상부에 적층된 보조전극층(40)의 표면에 전면전극(14)을 형성하고, 기판(10)의 하부에 적층된 보조전극층(41)의 표면에 후면전극(15)을 형성한다(S260).
본 발명에 따른 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
1: 소수 운송자 2: 다수 운송자
10: 기판 10-1: 제1부유접합층
10-2: 제2부유접합층 11: 제1도전형 반도체층
12: 제2도전형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극
16: 패시베이션층 20, 21: 유전층
30: 에미터층 31: 후면전계층
40, 41: 보조전극층
10: 기판 10-1: 제1부유접합층
10-2: 제2부유접합층 11: 제1도전형 반도체층
12: 제2도전형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극
16: 패시베이션층 20, 21: 유전층
30: 에미터층 31: 후면전계층
40, 41: 보조전극층
Claims (8)
- 상하부에 전면전극 및 후면전극이 구비된 실리콘 재질의 제1도전형의 기판을 포함하며,
상기 기판의 상층부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층이 구비되고, 상기 기판의 하층부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층이 구비되며,
상기 기판과 상기 전면전극 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 에미터층과 보조전극층이 차례로 적층되고, 상기 기판과 상기 후면전극 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 후면전계층과 보조전극층이 차례로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 상하부에 전면전극 및 후면전극이 구비된 실리콘 재질의 제1도전형의 기판을 포함하며,
상기 기판의 상부에는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제1부유접합층이 적층되고, 상기 기판의 하부에는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역이 일정 간격 이격되어 형성된 제2부유접합층이 적층되며,
상기 제1부유접합층과 상기 전면전극 사이에는 제2도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 에미터층과 보조전극층이 차례로 적층되고, 상기 기판과 후면전극 사이에는 제1도전형 불순물이 고농도 도핑된 비정질 실리콘 재질의 후면전계층과 보조전극층이 차례로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제2항에 있어서,
상기 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 및 상기 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역은,
비정질 실리콘 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에미터층은,
상기 제1부유접합층을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 상기 기판의 상부쪽 표면과 직접 접촉하여 상기 기판의 상부에 에미터 영역을 국부적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제4항에 있어서,
상기 후면전계층은,
상기 제2부유접합층을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 통해 상기 기판의 하부쪽 표면과 직접 접촉하여 상기 기판의 하부에 베이스 영역을 국부적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제5항에 있어서,
상기 기판의 상부에는 상기 에미터층과 상기 제1부유접합층 간의 절연을 위한 유전층이 형성되고, 상기 기판의 하부에는 상기 후면전계층과 상기 제2부유접합층 간의 절연을 위한 유전층이 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제6항에 있어서,
상기 유전층은,
상기 기판의 상하부면 중 상기 제1부유접합층을 구성하는 제1도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격 및 상기 제2부유접합층을 구성하는 제2도전형 불순물의 고농도 도핑 영역 간의 이격 간격을 제외한 부위에 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
- 제7항에 있어서,
상기 보조전극층은,
투명전도산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110047014A KR101237556B1 (ko) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110047014A KR101237556B1 (ko) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120129016A true KR20120129016A (ko) | 2012-11-28 |
KR101237556B1 KR101237556B1 (ko) | 2013-02-26 |
Family
ID=47513578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110047014A KR101237556B1 (ko) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101237556B1 (ko) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101323699B1 (ko) * | 2012-11-14 | 2013-10-30 | 나인성 | 온라인 상에서의 환자와 치료자간의 매칭시스템 |
CN109494264A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-19 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种晶硅太阳能电池及其制作方法 |
CN114975668A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-30 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种正面浮动结叠加se的p型全背接触太阳能电池及其制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4665277A (en) | 1986-03-11 | 1987-05-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Floating emitter solar cell |
JP2005116783A (ja) | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Sharp Corp | 太陽電池の製造方法およびその方法により製造した太陽電池 |
JP2005310830A (ja) | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Sharp Corp | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
KR101159277B1 (ko) * | 2009-05-29 | 2012-06-22 | 주식회사 효성 | 강유전체를 이용한 태양전지의 제조방법 |
-
2011
- 2011-05-18 KR KR1020110047014A patent/KR101237556B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101323699B1 (ko) * | 2012-11-14 | 2013-10-30 | 나인성 | 온라인 상에서의 환자와 치료자간의 매칭시스템 |
CN109494264A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-19 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种晶硅太阳能电池及其制作方法 |
CN114975668A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-30 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种正面浮动结叠加se的p型全背接触太阳能电池及其制造方法 |
CN114975668B (zh) * | 2022-05-27 | 2023-07-21 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种正面浮动结叠加se的p型全背接触太阳能电池及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101237556B1 (ko) | 2013-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101032624B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
KR20120023391A (ko) | 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
KR20100107258A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
EP2538447B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
US9997647B2 (en) | Solar cells and manufacturing method thereof | |
JP7444927B2 (ja) | 太陽光電池及び太陽光発電モジュール | |
CN216597603U (zh) | 一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池 | |
US8889981B2 (en) | Photoelectric device | |
KR101714779B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
KR101237556B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 | |
KR101198438B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101198430B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101181625B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101199214B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR102132741B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
KR101199213B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101199649B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101114198B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR101173399B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
KR102126851B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
KR101101621B1 (ko) | 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR20120037121A (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
KR101239793B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
KR101251857B1 (ko) | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 | |
KR20170090781A (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160121 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |