KR20120134892A - 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 및 그 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 스크린프린터를 이용하여 전극을 형성하는 방식에서 벗어나 실리콘 기판의 박형화에 따른 비접촉식 잉크젯 프린트를 이용하여 전극을 형성하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 텍스쳐링을 하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 n+ 도펀트를 확산하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 PSG(Phospho_Silicate Glass) 식각 단계와, 상기 실리콘 기판에 PECVD 장비로 SiNx 증착 단계와, 상기 실리콘 기판에 스크린 프린트를 이용한 BSG/BSF/Front busbar 전극을 형성 단계와, 상기 실리콘 기판에 일정 온도로 페이스트를 건조 및 소성시키는 단계와, 상기 실리콘 기판에 아이솔레이션 단계와, 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극의 패턴에 따라 레이저로 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 텍스쳐링을 하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 n+ 도펀트를 확산하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 PSG(Phospho_Silicate Glass) 식각 단계와, 상기 실리콘 기판에 PECVD 장비로 SiNx 증착 단계와, 상기 실리콘 기판에 스크린 프린트를 이용한 BSG/BSF/Front busbar 전극을 형성 단계와, 상기 실리콘 기판에 일정 온도로 페이스트를 건조 및 소성시키는 단계와, 상기 실리콘 기판에 아이솔레이션 단계와, 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극의 패턴에 따라 레이저로 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 및 그 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 스크린프린터를 이용하여 전극을 형성하는 방식에서 벗어나 실리콘 기판의 박형화에 따른 비접촉식 잉크젯프린트를 이용한 전극 형성 공정과 레이저 공정을 결합한 형태의 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 상업용으로 가장 널리 사용 되고 있는 태양전지 전극의 형성 방법은 스크린 프린트이다.
도1에서 보는 바와 같이 전면에 전극 인쇄되는 영역에 개구부를 형성하여 표면에 페이스트를 도포 후 스퀴즈로 압력을 가하여 기판 표면에 페이스트를 형성하는 방법이다.
여기에서 (a)는 스크린 프린트용 필름이고, (b)는 스크린 프린트 개념도이다.
이는 전극 형성 공정 및 적용이 간단하고 생산량이 비교적 높다는 장점을 지닌다.
하지만 아래와 같은 문제점을 지니고 있다.
1.선 폭의 한계
스크린 프린트의 경우 선 폭이 100마이크로 정도이며, 보다 미세한 선 폭을 구현하기에는 한계가 있다.
선 폭의 증가는 수광 면적과 반비례로 면적을 차지하기 때문에 선 폭의 증가는 실리콘 기판의 수광면적이 줄어들게 된다.
2. 실리콘 기판의 박형화에 따른 불량율 증가
현재 다결정 태양전지의 두께는 200마이크로이며, 재료의 단가 및 효율 증가에 의해 점차 박형화로 연구가 이루어지고 있다.
이 때 스크린 프린트의 경우 스퀴즈와 스크린 기판이 접촉한 상태에서 압력을 가하여 실리콘 기판에 직접 접촉을 통한 전극 형성 방식이기 때문에 기판의 파손을 야기시킨다.
3. 재료의 손실
마스크에 페이스트를 도포한 후 패턴이 되어 있는 구멍을 통해 전극이 전이되는 간접전달 방식이므로 이는 고가의 페이스트를 낭비하는 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기존의 스크린프린터를 이용하여 전극을 형성하는 방식에서 벗어나 실리콘 기판의 박형화에 따른 비접촉식 잉크젯 프린트를 이용하여 전극을 형성하는 공정과 레이저 공정을 결합한 형태의 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 함몰형 전극 형성 태양전지로 제작하기 위해 레이저 공정을 도입하며 이를 통해 공정상의 단순함과 고효율 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판에 텍스쳐링(texturing)을 하는 단계, 상기 실리콘 기판에 n형 도펀트를 확산시키는 단계, 상기 실리콘 기판에 PSG(Phospho_Silicate Glass)를 식각하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 PECVD 장비로 Si3N4를 증착하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 스크린 프린트를 이용한 BSG/BSF/Front busbar 전극 형성 단계, 상기 실리콘 기판에 일정 온도로 잉크를 건조 한 후 소성하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 아이솔레이션 공정 단계와, 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극 패턴에 따라 레이저로 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입하여 형성하는 단계로 이루어진다.
상기 실리콘 기판에 ARC층을 레이저로 제거하는 단계는, 레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄이기 위해 상기 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포한 상태에서 공정을 진행하는 단계이다.
상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하는 단계는, 상기 실리콘 기판에 미세한 선 폭을 형성하는 단계이다.
상기 실리콘 기판에 일정 온도로 잉크를 건조 한 후 소성하는 단계는, 전극의 형태 유지 및 에미터층과의 접촉을 위해서이다.
본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지에 있어서, 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하고, texturing을 한 후 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극 패턴에 따라 레이저로 제거하고, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하여 형성된다.
상기 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지는, 레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄이기 위해 상기 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포시킨다.
상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입하여 미세한 선 폭을 형성한다.
상기 실리콘 기판에 일정 온도로 잉크를 건조 및 소성을 한다.
본 발명에 따르면 레이저 홈 가공을 통한 미세 선 폭 구현 및 캐리어 수집을 용이하게 하여 고효율 실리콘 태양전지를 제조 할 수 있다.
본 발명에 따르면 실리콘 기판에 접촉하지 않고 전극을 형성하기 때문에 공정 상에 웨이퍼 파손으로 인한 제조 불량률을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면 태양전지의 전도성 잉크 사용량을 획기적으로 줄일 수 있으므로 원가 절하를 할 수 있다.
본 발명에 따르면 ARC층 제거 시 인산을 도포하여 에미터층을 형성함으로써 레이저에 의한 손상이 없으며 선택적 에미터 형성이 가능하다.
본 발명에 따르면 포토리소그라피 공정이 불필요함으로 공정상의 단순함을 통하여 비용 및 시간을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면 노즐에서 토출된 잉크가 실리콘 표면에 미세한 선 폭을 구현할 수 있으며 특히 홈이 형성된 영역에는 레이저로 미세하게 가공하면 할수록 잉크를 주입하기 때문에 선 폭을 더욱 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면 스크린 프린트 같이 직접 접촉에 의해 전극 형성이 이루어 지는 것이 아닌 실리콘 기판과의 간격을 두고 전극을 형성하는 방식이기 때문에 기판의 파손 및 크랙이 없다.
도1은 종래 발명에 따라 전면에 전극 인쇄되는 영역에 개구부를 형성하여 표면에 페이스트를 도포 후 스퀴즈로 압력을 가하여 기판 표면에 페이스트를 형성하는 방법을 보여주는 도면.
도2는 레이저를 이용한 결정질 함몰형 태양전지(Buried Contact Cell) 공정도.
도3은 스크린 프린트 및 잉크젯 프린트로 전면 전극을 형성 한 후 현미경을 통해 측정된 사진 도면.
도2는 레이저를 이용한 결정질 함몰형 태양전지(Buried Contact Cell) 공정도.
도3은 스크린 프린트 및 잉크젯 프린트로 전면 전극을 형성 한 후 현미경을 통해 측정된 사진 도면.
이하 본 발명에 따른 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
본 발명은 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하고, 텍스쳐링(texturing)을 한 후 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극 패턴에 따라 레이저로 제거하고, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하여 형성되는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지이다.
또한 상기 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지는 레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄이기 위해 상기 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포시키고, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입하여 미세 선 폭을 형성한다.
구체적으로 살펴보면 본 발명에 따른 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지는 기존의 스크린프린터를 이용하여 전극을 형성하는 방식에서 벗어나 실리콘 기판의 박형화에 따른 비접촉식 잉크젯 프린트를 이용하여 전극을 형성한다.
이 때 텍스쳐링 공정 전에 레이저를 이용하여 실리콘 표면에 전극이 형성될 곳에 미세한 선 폭과 수십um 깊이를 가지는 홈을 형성한다.
이는 레이저로 인한 기판의 크랙이 발생될 수 있으나 텍스쳐링 공정 중에 크랙 및 불순물을 제거하는 효과를 가지게 된다.
또한 에미터층 형성 전에 홈이 형성되므로 pn접합에 전혀 영향이 없다.
일반적으로 전극의 형태는 홈 가공을 통한 구조적인 특성에 따라 전극의 종횡비가 결정된다. 레이저로 미세한 패턴으로 깊게 할수록 고종횡비의 전극을 형성할 수 있으며 이는 수광 면적을 증가시키고 동시에 선저항을 줄이게 되며 넓은 표면적이 형성되므로 캐리어의 수집면적이 증대되어 광변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 재료적인 측면에서는 선택적인 전극 형성을 통하여 고가의 Ag잉크 사용량을 크게 절감 할 수 있다.
본 발명은 페이스트에 포함되어 있는 glass frit의 함량보다 잉크에 포함되어 있는 glass frit의 함량을 줄여 절연막에 따른 저항 손실을 줄이고자 한다.
이를 개발하기 위해서는 에미터층의 ARC층을 제거해야 되는데 이를 레이저 공정을 통하여 제거함과 동시에 표면에 인산을 코팅하여 에미터 손상을 없애고자 한다. 이는 공정의 단순화와 ohmic contact을 통한 고효율 태양전지의 개발에 중요한 요소로 작용할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예에 따른 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도2에서 보는 바와 같이 본 발명을 간략히 설명하면, 먼저 실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성한다.
즉 본 발명에 따른 레이저를 이용한 다결정 실리콘 표면에 홈을 형성하기 위한 것이다.
함몰형 전극 형성은 전극의 미세 선 폭을 제어 할 수 있으며 평탄한 영역에 전극형성을 한 것보다 전극과 맞닿는 표면적이 넓기 때문에 전극으로부터의 캐리어 수집을 보다 용이하게 하여 효율을 증가시킬 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 현재 함몰형 전극 태양전지의 경우 포토리소그라피 공정을 이용하여 패턴을 형성 후 wet etching 방식으로 홈을 가공한다.
따라서 본 발명에 따라 전극이 형성되는 지점에 레이저로 가공하여 홈을 형성하면 공정 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며 단순하면서도 고가의 장비가 필요하지 않다.
다만 레이저로 물리적인 힘을 기판에 가하기 때문에 내부에 크랙이 발생 할 수 있다. 이를 해결하기 위해 본 발명은 공정의 순서를 바꿔 홈 형성 후 실리콘 기판에 텍스쳐링 하는 단계를 통하여 내부 크랙을 제거하였다.
그리고 상기 실리콘 기판에 n+ 도펀트를 확산시키는 단계를 진행한다.
또한 상기 실리콘 기판에 PSG(Phospho_Silicate Glass) 식각 단계와, 상기 실리콘 기판에 PECVD 장비로 Si3N4를 증착하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 스크린 프린트를 이용한 BSG/BSF/Front busbar 형성 단계를 진행한다.
계속하여 상기 실리콘 기판에 일정 온도로 잉크를 건조 및 소성하는 단계와, 상기 실리콘 기판에 아이솔레이션 단계가 진행된다.
그리고 상기 실리콘 기판에 인산을 도포 후 ARC층을 레이저로 제거한다.
기존의 방식은 전극 재료로 사용되고 있는 paste의 경우, ARC(Anti_Reflection Coating) layer를 투과하여 에미터층과 접촉하기 위해 절연체 역할을 하는 glass frit을 다량 첨가하게 되며 이는 전극의 선저항을 증가시키는 결과를 가져온다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 ARC 층을 레이저로 제거하는 공정을 추가하여 잉크에 첨가되는 glass frit 함량을 줄여 선 저항을 감소시키고자 하였다.
또한 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포시킨 상태에서 공정을 진행하면 레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄일 수 있으며 동시에 ARC 층을 제거할 수 있기 때문에 공정이 단순해진다.
마지막으로 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성한다.
즉, #2번에서 레이저로 홈을 형성하며, #11번에서 인산을 도포 후 ARC층을 레이저로 제거하고(Silicon Nitride(Si3N4) open), #12번에서 잉크젯으로 전극을 주입하는 단계가 일련적으로 진행된다.
도3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따라 스크린 프린트 및 잉크젯 프린트로 전면 전극을 형성 한 후 현미경을 통해 측정된 사진 도면을 보면, 스크린 프린트의 경우 양산되는 태양전지 기준으로 약 102um 정도의 선 폭(a)을 가지지만 잉크젯 프린트의 경우 45um의 선 폭(b)을 형성한다.
즉 본 발명은 노즐에서 토출된 잉크가 실리콘 표면에 미세한 선 폭을 구현할 수 있으며 특히 홈이 형성된 영역에는 레이저로 미세하게 가공하면 할수록 잉크를 주입하기 때문에 45um 이하로 선 폭을 더욱 줄일 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
Claims (7)
- 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법에 있어서,
실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하는 단계와;
상기 실리콘 기판에 텍스쳐링하는 단계와;
상기 실리콘 기판에 n형 도펀트를 확산시키는 단계와;
상기 실리콘 기판에 PSG(Phospho_Silicate Glass) 식각 단계와;
상기 실리콘 기판에 PECVD 장비로 Si3N4 증착 단계와;
상기 실리콘 기판에 스크린 프린트를 이용한 BSG/BSF/Front busbar 전극형성 단계와;
상기 실리콘 기판에 일정 온도로 잉크 건조 및 소성하는 단계와;
상기 실리콘 기판에 아이솔레이션 단계와;
상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극 패턴에 따라 레이저로 제거하는 단계와;
상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판에 ARC층을 레이저로 제거하는 단계는,
레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄이기 위해 상기 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포시킨 상태에서 공정을 진행하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하는 단계는,
상기 실리콘 기판에 미세 선 폭을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지 제조 방법. - 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지에 있어서,
실리콘 기판에 레이저로 홈을 형성하고, 텍스쳐링 한 후 상기 실리콘 기판에 ARC층을 전극 패턴에 따라 레이저로 제거하고, 상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입 형성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지는,
레이저에 의한 에미터층의 손상을 줄이기 위해 상기 ARC층을 레이저로 제거 시 표면에 인산을 도포시키는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 실리콘 기판과 간격을 두고 잉크젯으로 전극을 주입하여 50um의 선 폭 및 그 이하의 선 폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 실리콘 기판에 저온으로 잉크 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 결정질 함몰형 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| CN104009120A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-27 | 奥特斯维能源（太仓）有限公司 | N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法 |
| CN104009118A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-27 | 奥特斯维能源（太仓）有限公司 | 一种高效n型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法 |
| KR101701065B1 (ko) | 2015-12-11 | 2017-02-01 | 부경대학교 산학협력단 | 실리콘 태양전지의 고종횡비 전극제조방법 및 장치 |
| US10310648B2 (en) | 2016-03-30 | 2019-06-04 | Samsung Display Co., Ltd. | Method for fabricating reinforced glass substrate, method for fabricating display device and the display device |
-
2011
- 2011-06-03 KR KR1020110054100A patent/KR20120134892A/ko not_active Application Discontinuation
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