KR20130098266A - 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로, 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자 - Google Patents

태양전지 소자의 전극 소성용 소성로, 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자 Download PDF

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Abstract

도전성 페이스트를 도포한 기판을 반송하기 위한 반송 부재, 이 기판을 가열하여 상기 도전성 페이스트를 소성하기 위한 가열부, 및 가열한 기판을 냉각하는 냉각부를 구비하는 소성로로서, 상기 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단을 설치한 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로에 관한 것으로, 그 효과는, 특히 와이어식 소성로를 사용하여 전극 페이스트의 소성을 행할 때, 와이어를 가열부 분위기 온도와 거의 동일한 온도로 소성함으로써, 와이어 위의 도전성 페이스트의 금속 성분의 퇴적물에 전극이 손상됨으로 인한 수율 저하를 억제하여, 와이어식 소성로의 연속사용이 가능하게 된다.

Description

태양전지 소자의 전극 소성용 소성로, 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자{FIRING FURNACE FOR FIRING ELECTRODE OF SOLAR CELL ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL ELEMENT, AND SOLAR CELL ELEMENT}
본 발명은 태양전지 소자의 전극을 소성하기 위한 소성로, 이것을 사용한 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조의 단면도를 도시한다. 이 태양전지 소자(1)는 크기가 가로세로 100∼150mm, 두께가 0.1∼0.3mm의 판 형상이고, 또한, 다결정 또는 단결정 실리콘 등에, 보론 등의 p형 불순물이 도핑된 p형의 반도체 기판(2)으로 이루어진다. 이 기판에, 인 등의 n형 불순물을 도핑하여 n형 불순물층(3)을 형성하고, SiN 등의 반사방지막(4)을 붙이고, 스크린인쇄법을 사용하여 이면에 도전성 알루미늄 페이스트를, 표면(수광면)에 도전성 은 페이스트를 각각 인쇄하고, 건조 후, 소성하고, 이면 알루미늄 전극(5)을 형성함과 아울러 Back Surface Field(BSF)층(6)을 형성하고, 표면집전극(7)을 형성함으로써 제조된다.
도 2는, 상기의 태양전지 소자의 제조방법에 있어서, 도전성 페이스트를 소성하여 전극을 형성할 때에 이용되는 일반적인 메시 벨트식 소성로의 개략도이다. 도전성 페이스트가 인쇄된 기판(11)을, 구동부(15)에 의해 롤러(16)를 통하여 구동되는 메시 벨트(12)로 반송하고, 가열부(13)에서 도전성 페이스트를 소성한 후, 냉각부(14)에서 냉각함으로써 전극이 형성된다. 또한, 도 2 중, 17은 메시 벨트에 부착된 오염물을 제거하기 위한 세정조이다.
상기의 메시 벨트식 소성로에서는, 메시 벨트의 열용량이 크기 때문에, 소비전력량이 커진다. 또한 태양전지 소자의 이면에 알루미늄 페이스트에 의해 양호한 BSF층을 형성하기 위해서는, 급승온 급냉각의 프로필이 바람직하지만, 메시 벨트식 소성로에서 급승온 급냉각의 프로필을 형성하기 위해서는, 다수의 히터와 수냉이 필요하게 된다고 하는 문제가 존재한다.
이 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1(일본 특개 평 08-162446호 공보)에서는, 메시 벨트 대신에 4개의 와이어를 사용함으로써 소성로의 소비전력량을 작게 하고, 소성 처리 시간을 더 짧게 하여 작업량을 늘리는 방법이 개시되어 있다. 도 3에, 이 와이어식 소성로의 개략도를 도시한다. 메시 벨트식 소성로와 마찬가지로, 도전성 페이스트를 도포한 기판(21)은 구동부(25)에 의해 롤러(26)를 통하여 구동되는 와이어식 반송 부재(22)로 반송되어, 가열부(23) 및 냉각부(24)를 통과함으로써 전극이 형성된다.
특허문헌 1의 방법에서는, 도전성 페이스트가 인쇄된 기판을 직접 와이어에 실어서 반송하고 있다. 그러나, 일반적으로, 소성로 내 가열부에서는, 와이어는 분위기 온도나 기판 온도와 비교하여 약 50℃ 온도가 낮다. 이 경우, 예를 들면, 표면을 위로 하여 소성할 때, 즉, 이면의 알루미늄층과 와이어가 접촉해 있을 때는, 소성로 내의 가열부에서, 알루미늄층과 와이어와의 온도차에 의해, 당해 접촉부분에서 알루미늄이 와이어 위에 녹아 잔류하고, 조금씩 퇴적되어 간다. 이 퇴적된 알루미늄은 경질 알루미나가 되기 때문에, 소성 처리 매수를 포개 가면, 알루미늄 전극을 상처 입힌다. 이 상처는 경질의 돌기가 되는 경우가 있으므로, 셀을 적층하여 상자에 넣을 때, 여기가 기점이 되어 셀이 깨지는 경우가 있다. 이 때문에, 수율을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
또한 특허문헌 1의 방법에서는, 예를 들면, 이면을 위로하여 소성하는 경우, 즉, 표면의 은 전극과 와이어가 접촉해 있으면, 소성 시에 은 전극에 와이어의 자국이 남고, 단선이 발생하여, 특성이나 수율의 저하가 발생한다고 하는 문제가 있다.
또한 특허문헌 1의 방법에서는, 소성로 내 가열부에서는, 와이어는 분위기나 기판과 비교하여 온도가 낮아지므로, 기판 중 와이어와 접촉해 있는 부분은 가열이 불충분하게 되어, 은 전극의 소결 부족이나 BSF층의 두께의 분포를 발생시키는 원인이 되어, 태양전지 소자의 특성을 저하시킨다.
또한 와이어를 워킹빔으로서 사용하는 소성로도 존재한다(특허문헌 2: 일본 특개 2009-238991호 공보). 도 4에 이 와이어식 워킹빔 반송 소성로의 개략도를 도시한다. 이 워킹빔식의 소성로는 서로 평행하고 또한 수평으로 배치된 2개의 고정 와이어(고정빔)(32)와, 소정의 스트로크로 상하 방향 및 전후 방향으로 구동 가능하고, 기판(31)을 반송하는 가동 와이어(상하·전후 가동빔)(33)를 구비하고, 이들 고정빔(32)과 가동빔(33)은, 각각 롤(34, 35)에 둘러 감으면서 고정되어 있고, 필요에 따라 신축하도록 되어 있다. 소성로는 또한 기판을 가열하는 가열부(36)와, 가열된 기판을 냉각하는 냉각부(37)를 구비하고 있다. 도 5에는, 고정빔 및 가동빔 부분의 일부 생략 확대도를 도시한다.
도 4, 5에 도시하는 워킹빔에서의 가열방법에서는, 우선, 기판(31)은 고정빔(32) 위에 재치(載置)된다. 다음에 고정빔(32)보다 하방에 위치하는 가동빔(33)이 연직방향으로 상승하여, 고정빔(32) 위에 재치되어 있는 기판(31)을 고정빔(32)으로부터 받고, 가동빔(33) 위에 기판(31)이 재치된 상태에서 더욱 상승하고, 그 상승단에서 일단 정지한다. 도 6에는, 가동빔(33) 위에 기판(31)이 재치된 상태를 나타낸다. 계속해서, 가동빔(33)은 기판(31)을 유지한 상태에서 1 스트로크 분 전진하여 정지한다. 이어서, 가동빔(33)은 연직 방향으로 하강하여, 고정빔(32)에 기판(31)을 주고받고, 더욱 하강한 후, 1 스트로크 분 후퇴하여 정지하고, 당초의 위치로 되돌아온다. 이상과 같은 방법으로, 워킹빔에 의해 기판을 노의 가열부 및 냉각부를 통과시킴으로써 열처리를 행한다.
벨트 반송 형식으로부터 워킹빔 반송 형식으로 함으로써 양호한 BSF층의 형성에 적합한 급승온 급냉각의 소성 프로필 형성을 위한 냉각에 필요한 설비를 공간절약화 할 수 있는데다, 소비전력이 적어, 처리시간을 더욱 짧게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 이 경우도 와이어와 기판이 직접 접촉하므로, 여전히 태양전지 소자의 수율이나 특성의 저하는 피할 수 없다고 하는 문제가 있다.
일본 특개 평08-162446호 공보 일본 특개 2009-238991호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 도전성 페이스트 중의 금속 성분이 와이어 등의 반송 부재에 퇴적되어 전극이나 기판을 상처 입히는 것을 방지함과 아울러, 기판면 내의 소성 불균일을 적게 하여 효율적으로 전극 페이스트의 소성을 행하여, 태양전지 특성을 저하시키지 않고 수율 좋게 태양전지 소자를 제조할 수 있는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로, 이 소성로를 사용한 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 도전성 페이스트를 도포한 기판을 반송하기 위한 반송 부재, 기판을 가열하여 도전성 페이스트를 소성하기 위한 가열부, 및 가열한 기판을 냉각하는 냉각부를 구비하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로를 사용하고, 특히 반송 부재를 와이어식의 구조로 하고, 이 와이어식 반송 부재를 가열 수단에 의해 가열함으로써 전극 페이스트 소성 시에 반송 부재의 온도를 가열부 분위기 온도에 근접시킬 수 있어, 기판을 효율적으로 가열할 수 있는 것을 발견했다. 그리고, 이것에 의해 도전성 페이스트의 금속 성분이 와이어 위에 녹아 남는 것을 방지하여 상기 금속 성분의 퇴적물에 의한 전극이나 기판의 손상을 방지할 수 있고, 게다가 기판면 내의 소성 불균일을 억제할 수 있기 때문에, 태양전지 특성이나 수율을 저하시키지 않고 전극 페이스트를 소성하여 태양전지 소자를 제조할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.
따라서, 본 발명은 하기 소성로, 태양전지 소자의 제조방법 및 태양전지 소자를 제공한다.
(1) 도전성 페이스트를 도포한 기판을 반송하기 위한 반송 부재, 이 기판을 가열하여 이 도전성 페이스트를 소성하기 위한 가열부, 및 가열한 기판을 냉각하는 냉각부를 구비하는 소성로로서, 상기 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
(2) 가열부 분위기와 반송 부재의 온도차가 0∼200℃인 (1) 기재의 소성로.
(3) 반송 부재가 적어도 2개의 와이어를 노의 길이 방향에 따라 서로 평행하고 또한 수평으로 이동 가능하게 배치하여 이루어지고, 이 와이어 위에 기판을 재치하여 반송하는 부재인 (1) 또는 (2) 기재의 소성로.
(4) 반송 부재가, 워킹빔 형식인 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 소성로.
(5) 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단이 전기적 수단인 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 소성로.
(6) 반도체 기판에 pn 접합을 형성한 후, 이 반도체 기판의 수광면 및 비수광면 위에 도전성 페이스트를 도포·소성하여 전력 취출용 전극을 형성하는 공정을 포함하는 태양전지 소자의 제조방법으로서, 상기 도전성 페이스트의 소성을 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 소성로를 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 제조방법.
(7) (6) 기재의 제조방법에 의해 얻어진 태양전지 소자.
본 발명에 의하면, 특히 와이어식 소성로를 사용하여 전극 페이스트의 소성을 행할 때, 가열부 분위기 온도나 알루미늄 페이스트층의 온도에 근접시키기 위하여, 와이어를 통상 온도보다도 50℃ 정도 가열하여 와이어 온도와 가열부 분위기 온도를 거의 동일하게 하여 소성하고 있다. 이것에 의해, 와이어 위의 도전성 페이스트의 금속 성분의 퇴적물에 전극이 손상됨으로 인한 수율 저하를 억제하여, 와이어식 소성로의 연속 사용이 가능하게 된다. 또한 와이어의 온도가 낮음으로 인한 기판면 내의 소성 불균일을 작게 함으로써 특성 저하도 억제할 수 있다. 또한 메시 벨트식 소성로 등과 비교하여 작업량을 크게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 메시 벨트식 소성로의 일례를 도시한 개략도.
도 3은 와이어식 소성로의 일례를 도시한 개략도.
도 4는 와이어식 워킹빔 소성로의 일례를 도시한 개략도.
도 5는 와이어식 워킹빔 소성로의 고정빔 및 가동빔 부분의 일부 생략 확대도.
도 6은 가동빔에 기판을 재치한 상태를 도시하는 개략 단면도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기 설명에 더하여 광범위한 다른 실시형태에서 실시하는 것이 가능하며, 본 발명의 범위는 하기 실시형태에 제한되는 것은 아니다. 또한 도면은 원치수에 비례하여 표시되어 있지 않다. 본 발명의 설명이나 이해를 보다 명료하게 하기 위하여, 관련 부재에 따라서는 치수가 확대되어 있고, 또한 중요하지 않은 부분에 대해서는 도시되어 있지 않다.
본 발명의 소성로는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로로서, 도전성 페이스트를 도포한 기판을 반송하기 위한 반송 부재, 이 기판을 가열하여 도전성 페이스트를 소성하기 위한 가열부, 및 가열한 기판을 냉각하는 냉각부를 구비하고, 상기 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 소성로에서는, 도전성 페이스트가 도포된 기판이 반송 부재에 재치되어 노 내를 반송되고, 가열부를 통과함으로써 도전성 페이스트가 소성되어 전극이 형성된다. 이 경우, 기판을 반송하는 반송 부재의 구조로서는 특별히 제한되지 않고, 메시식이나, 와이어식 등 어느 것이어도 상관없지만, 와이어에 의해 기판이 반송되는 와이어식 소성로를 사용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 일반적인 메시 벨트식 소성로와 비교하여 적은 소비전력량으로, 높은 작업량의 소성을 행할 수 있다.
와이어식 반송 부재를 사용하는 경우, 그 구조는 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 것이어도 되지만, 적어도 2개, 특히 2∼4개의 와이어를, 도 3에 도시하는 바와 같이, 노의 길이 방향에 따라 서로 평행하고 또한 수평으로 이동할 수 있게 배치하고, 구동부에 의해 롤러를 통하여 구동하는 구조나, 도 4에 도시하는 바와 같이, 노의 길이 방향에 따라 서로 평행하고 또한 수평으로 배치하고, 필요에 따라 이동할 수 있는 구조 등으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 와이어의 재질은, SUS303, SUS304 등의 스테인리스 스틸이 바람직하고, 와이어의 강도와 소성로 가열에 필요한 소비전력의 밸런스의 점에서 1∼20mmφ의 굵기의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 굵기에 따라, 열용량은 소성로 가열에 필요한 소비전력량이 적어도 되도록 소정의 열용량으로 행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 4∼6에 도시하는 바와 같은 와이어식 워킹빔을 사용하면, 소성로 가열에 필요한 소비전력량이 적어도 되기 때문에 유리하다.
본 발명에서는, 전극 페이스트 소성 시에, 기판을 재치하는 반송 부재를 가열함으로써 반송 부재와 가열부 분위기를 거의 동일한 온도로 한다. 예를 들면, 와이어식 반송 부재를 갖는 와이어식 소성로의 경우, 반송 부재의 와이어를 가열함으로써 소성로 내에서의 기판의 도전성 페이스트층과 와이어의 온도가 거의 동일하게 되도록 해둔다. 와이어와 기판의 온도차가 없어짐으로써 종래 발생하고 있던 고온의 도전성 페이스트 중의 도전성 금속 성분이 저온의 와이어 위로 고착한다고 하는 현상이 없어져, 결과적으로 와이어 위로의 상기 금속 성분의 퇴적을 막을 수 있다. 이것에 의해, 와이어식 소성로의 연속 사용을 행해도, 와이어 위의 상기 금속 성분의 퇴적물에 전극이 손상받음으로 인한 수율 저하를 억제할 수 있다. 또한 와이어의 온도가 낮음으로 인한 기판면 내의 소성 불균일을 작게 함으로써 특성 저하도 억제할 수 있다.
반송 부재를 가열하는 가열 수단으로서는, 와이어식 소성로의 경우, 와이어의 양단에 전압을 인가하고, 교류 또는 직류전류를 흘림으로써 직접적으로 가열하는 전기적 수단이 있다. 간접적으로 와이어를 가열하는 수단으로서는 소성로 밖에 가열 영역을 설치하여 와이어 자체를 램프 가열하는 수단, 소성로 밖에서 와이어에 스팀을 쐼으로써 와이어 자체를 가열하는 수단, 와이어에 전류를 흘린 코일을 감아 둠으로써 와이어 자체를 가열하는 수단 등이 있다. 와이어를 가열할 때는, 이들 중 어느 수단을 사용해도 된다. 그러나, 간접적으로 와이어를 가열하는 수단은, 소성로 밖에 가열 영역을 설치할 필요가 있기 때문에, 비용이나 공간의 점에서 직접적으로 와이어를 가열하는 수단 쪽이 보다 우수하다. 따라서, 직접적으로 와이어를 가열하는 수단을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 수단을 사용함으로써, 와이어와 기판 전체의 온도차가 없어짐으로써 종래 발생하고 있던 고온의 도전성 페이스트가 저온의 와이어 위에 고착한다고 하는 현상이 없어지고, 결과적으로 와이어 위로의 도전성 페이스트 중의 금속 성분의 퇴적을 막을 수 있다. 이것에 의해 와이어 위의 금속 성분의 퇴적물에 전극이 손상됨으로 인한 수율 저하나, 기판의 면 내의 소성 불균일에 의한 특성 저하를 억제할 수 있다.
여기에서, 가열부의 온도(소성 온도)는 통상 500∼950℃, 특히 600∼850℃이며, 가열시간은 5∼30초가 바람직하고, 냉각부의 온도는 25∼500℃이고, 냉각시간은 5∼30초가 바람직하다. 노 내 분위기는 대기이어도 되지만, 도전성 페이스트에 포함되는 유기물질을 연소할 수 있는 분위기가 바람직하다. 한편, 반송 부재의 온도는 가열부 분위기 온도와 거의 동일하게 되도록 하지만, 500∼950℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 600∼850℃이다. 또한, 본 발명에서, 가열부 분위기 온도와 반송 부재의 온도가 거의 동일하다는 것은 가열부 분위기와 반송 부재와의 온도차가 0∼200℃, 바람직하게는 0∼100℃, 보다 바람직하게는 0∼20℃, 더욱 바람직하게는 0∼10℃인 것을 말한다.
다음에 본 발명의 소성로를 사용한 태양전지 소자의 제조방법에 의해 제작되는 태양전지 소자에 대하여 설명한다. 예를 들면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 태양전지 소자(1)는 본체인 실리콘 기판(2)의 표면(수광면)측에 n형 확산층(3), 이 n형 확산층 위에 형성된 SiN 등의 반사방지막(4), 및 상기 n형 확산층에 접속하는 표면집전극(7)을 갖고, 이면측에는 이면 전극(5) 및 Back Surface Field(BSF)층(6)을 구비한다.
이하, 본 발명에 따른 태양전지 소자의 제조방법을 설명한다. 우선, p형 실리콘 기판 등의 기판을 준비한다. p형 실리콘 기판의 비저항은 0.1∼4.0Ω·cm의 것이 자주 사용된다. 이것은 다결정이어도 단결정이어도 되고, 상기한 바와 같이 크기가 가로세로 100∼150mm, 두께가 0.1∼0.3mm의 판 형상의 것을 적합하게 사용할 수 있다. 그리고, 태양전지 소자의 수광면이 되는 p형 실리콘 기판의 표면에, 예를 들면, 산성 용액 중에 침지하고나서, 또한 알칼리 용액으로 화학 에칭하여 세정, 건조함으로써 텍스처라고 불리는 요철 구조를 형성한다. 이 요철 구조는, 태양전지 소자 수광면에서 광의 다중반사를 생기게 한다. 그 때문에 요철 구조를 형성함으로써, 실효적으로 반사율이 저감되어, 변환효율이 향상된다. 이하, 태양전지 소자의 수광면측이 되는 p형 실리콘 기판의 면을 표면, 수광면측과 반대측이 되는 p형 실리콘 기판의 면을 이면으로 한다.
다음에, 예를 들면, POCl3 등을 포함하는, 약 800℃ 이상의 고온 가스 중에 p형 실리콘 기판을 설치하고, p형 실리콘 기판의 전체면에 인 등의 n형 불순물 원소를 확산시키는 열확산법에 의해, n형 확산층(n형 불순물층)을 표면에 형성한다. 또한, n형 확산층을 열확산층에 의해 형성하는 경우에는, p형 실리콘 기판의 양면 및 끝면에도 n형 확산층이 형성되는 경우가 있지만, 이 경우에는, 필요한 n형 확산층의 표면을 내산성 수지로 피복한 p형 실리콘 기판을 불질산 용액 등의 속에 침지함으로써, 불필요한 n형 확산층을 제거할 수 있다. 이상의 방법으로 pn 접합부를 갖는 기판을 얻을 수 있다.
이어서, 예를 들면, 암모니아, 실란, 질소, 수소 등을 사용한 플라스마 CVD법 등에 의해, p형 실리콘 기판의 표면에 SiN등의 반사방지막을 형성한다.
기판 이면에는, 예를 들면, 알루미늄, 유리 플리트, 바니시 등을 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조시킨다. 한편, 표면에는, 예를 들면, 은, 유리 플리트, 바니시 등을 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조시켜 집전극을 형성한다. 그런 뒤, 각 전극용 페이스트를 본 발명의 소성로를 사용하여 소성함으로써 이면측에는 알루미늄 전극 및 BSF층이 형성되고, 표면측에는 은 전극이 형성된다. 이들 표리면의 전력 취출용 전극의 형상은 특별히 제한되지 않고, 빗형, 격자형 등 어느 형상의 것도 본 발명의 소성로에서 소성할 수 있다. 소성 조건은 전술한 바와 같다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 제시하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예, 비교예]
보론이 도핑되고, 두께 0.2mm로 슬라이스하여 제작된 비저항이 약 1Ω·cm의 p형의 다결정 실리콘으로 이루어지는 p형 실리콘 기판에 외경 가공을 행함으로써, 1변 15cm의 정방형의 판 형상으로 했다. 그리고, 이 p형 실리콘 기판을 불질산 용액 중에 15초간 침지시켜 데미지 에칭하고, 또한 2질량%의 KOＨ와 2질량%의 이소프로필알코올(IPA)을 포함하는 70℃의 용액으로 5분간 화학 에칭한 후에 순수(純水)로 세정하고, 건조시킴으로써 p형 실리콘 기판 표면에 텍스처 구조를 형성했다.
다음에 이 p형 실리콘 기판에 대하여, POCl3 가스 분위기 중에서, 870℃의 온도에서 30분간의 조건으로 열확산법에 의해, p형 실리콘 기판 위에 n층을 형성했다. 여기에서, n층의 시트저항은 약 40Ω/□이었다. 그리고, n층 위에 내산성 수지를 형성한 후에, p형 실리콘 기판을 불질산 용액 중에 10초간 침지함으로써, 내산성 수지가 형성되지 않은 부분의 n층을 제거했다. 그 후에 내산성 수지를 제거함으로써, p형 실리콘 기판의 표면에만 n층을 형성했다.
계속해서, 암모니아 가스, 실란 및 질소 가스를 사용한 플라스마 CVD법에 의해, p형 실리콘 기판의 n층이 형성되어 있는 표면 위에, 반사방지막이 되는 SiN을 두께 100nm로 형성했다. 다음에 반사방지막이 형성된 기판의 이면에 도전성 알루미늄 페이스트를 인쇄하고, 150℃로 건조시켰다. 그 후에 표면에 스크린인쇄법을 사용하고, 도전성 은 페이스트를 사용하여, 집전극을 형성하고, 150℃로 건조시켰다.
이어서, 도 4에 도시하는 바와 같은 와이어식 워킹빔 소성로에, 지금까지의 처리가 끝난 기판을 투입함으로써, 최고온도 800℃에서 도전성 페이스트를 소성하여 전극을 소성했다. 이때, 와이어에 전류를 흘림으로써 가열부 내의 분위기 온도와 와이어의 온도가 동일하게 되도록 제어했다. 소성로 내(가열부)의 온도는 K형 열전쌍((주) 기엔스제)을 진입시킴으로써 와이어의 온도는 와이어에 K형 열전쌍을 접촉시켜 둠으로써 측정했다. 그 결과, 이 경우의 와이어의 온도는 가열부 내 분위기 온도와 거의 동일한 것이 확인되었다(와이어 온도: 795℃). 그것에 따라, 와이어에 아무것도 처리하지 않는 경우와 비교하면, 고온의 알루미늄이 저온의 와이어 위에 고착한다고 하는 현상이 없어지고, 결과적으로 와이어 위로의 알루미늄의 퇴적을 막을 수 있었다. 이것에 의해, 와이어 위의 알루미늄의 퇴적물에 알루미늄 전극이 손상됨으로 인한 수율 저하, 알루미늄 전극의 상처가 돌기 형상으로 된 것을 쌓음으로써, 돌기가 기점이 되어 기판을 파괴함으로 인한 수율 저하를 억제할 수 있었다. 또한 와이어의 온도가 낮음으로 인한 기판의 면 내의 전극 페이스트 소성 불균일을 작게 함으로써 저항이나 BSF의 분포를 작게 하여 변환효율 저하도 억제하는 것이 가능하게 되었다. 또한 알루미늄 전극의 상처가 기점이 되는, 셀의 경년 열화의 촉진을 억제하여, 모듈의 수명을 연장시킬 수 있었다.
표 1에, 상기 방법으로 1000매의 태양전지 소자의 소성을 행했을 때의, 태양전지 특성과 소성 공정에 의한 수율을 나타낸다. 이 경우의 수율은, 소성 공정에 투입한 기판의 매수에 대하여, 상기와 같은 문제(깨짐, 돌기, 외관 이상 등)가 발생하지 않은 우량품률을 나타낸 것이다.
한편, 비교예로서 나타낸 특성은, 본 실시예와 동일한 와이어식 소성로이며, 와이어 가열을 행하지 않고 소성을 행한 것이다. 이 때도, 소성로 내(가열부)의 온도는 K형 열전쌍을 진입시킴으로써 와이어의 온도는 와이어에 K형 열전쌍을 접촉시켜 둠으로써 측정했다. 그 결과, 와이어의 온도는 가열부 내 분위기 온도보다 약 50℃ 낮은 것이 확인되었다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 소성로를 사용함으로써 비교예의 소성시와 비교하면, 태양전지 특성과 수율의 상승을 예상할 수 있다. 와이어 부분의 온도 저하가 사라지는 것이 주요인이다.
수율(%) 변환효율(%)
실시예 97.7 14.9
비교예 95.4 14.8
1 태양전지 소자 2 기판
3 n형 불순물층 4 반사방지막
5 이면 전극 6 BSF층
7 표면집전극 11, 21, 31 기판
12 메시 벨트 13, 23, 36 가열부
14, 24, 37 냉각부 34, 35 롤
15, 25 구동부 16, 26 롤러
17 세정조 22 와이어식 반송 부재
32 고정 와이어(고정빔) 33 가동 와이어(가동빔)

Claims (7)

  1. 도전성 페이스트를 도포한 기판을 반송하기 위한 반송 부재, 이 기판을 가열하여 상기 도전성 페이스트를 소성하기 위한 가열부, 및 가열한 기판을 냉각하는 냉각부를 구비하는 소성로로서, 상기 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
  2. 제 1 항에 있어서, 가열부 분위기와 반송 부재의 온도차가 0∼200℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 반송 부재가 적어도 2개의 와이어를 노의 길이 방향에 따라 서로 평행하고 또한 수평으로 이동 가능하게 배치하여 이루어지고, 이 와이어 위에 기판을 재치(載置)하여 반송하는 반송 부재인 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반송 부재가 워킹빔 형식인 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 반송 부재를 가열하기 위한 가열 수단이 전기적 수단인 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 전극 소성용 소성로.
  6. 반도체 기판에 pn 접합을 형성한 후, 이 반도체 기판의 수광면 및 비수광면 위에 도전성 페이스트를 도포·소성하여 전력 취출용 전극을 형성하는 공정을 포함하는 태양전지 소자의 제조방법으로서, 상기 도전성 페이스트의 소성을 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 소성로를 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 소자의 제조방법.
  7. 제 6 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어진 태양전지 소자.
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