KR20140003718A - 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 효율을 개선하기 위하여 p형 및 n형 Si 반도체 웨이퍼 상에 1~10 nm의 박막 절연층과 1~10 nm의 박막 반도체층을 연속적으로 형성시키는 양자우물 구조를 적정 사이클 수만큼(수~수십 사이클) 형성시킨 후, 이 양자우물 구조 위에 기판과 다른 타입의 반도체인 n형 및 p형 실리콘을 적정 두께로(0.1~1 mm) 에미터층을 형성하고, 그 후에 한가지 방식은 직접적으로 에미터층 위에 금속성 핑거 전극을 형성시키고 금속성 핑거 상에 반사방지막으로 SiNx층을 전면적으로 형성하는 방식과, 또 한가지 방식은 에미터층을 형성한 후에 반사방지막인 SiNx층을 형성시키고 그 위에 금속 핑거를 형성시키는 방식을 취할 수 있으며, 상기 반도체 웨이퍼 저면에 패시베이션막을 형성하고, 각각 p+층 및 n+층을 국부적으로 도핑시켜 후면전계를 형성시킴으로써, 태양광의 투과손실 저감과 태양광 단파장손실 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 고효율 태양전지를 얻고, 제조원가를 절감시키는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법{Quantum well structured solar cells and method for manufacturing same}
본 발명은 태양전지 및 그 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이종구조의 태양전지에 있어서 p형과 n형 반도체 사이에 다층의 양자우물 구조를 삽입하여 태양광의 투과손실 저감과 태양광 단파장손실 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 고효율 태양전지를 얻고, 제조원가를 절감시키는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2011년 교육과학기술부로부터 지원받아 수행된 연구(연구사업명: 기본연구지원사업, 연구과제명: 실용 가능한 양자구조 고효율 실리콘 태양전지 개발)의 일환으로 개발된 것이다.
상업용 실리콘계 태양전지의 효율 향상과 저가 생산의 중요성이 날로 증대되고 있다. Si은 이미 반도체산업에서 전기적, 화학적, 물리적 특성이 뛰어나고 비독성이며 쉽게 구할 수 있는 안정성이 증명된 물질이다. 제1세대 태양전지는 고품질 실리콘을 사용한 경우를 의미하는데, 이러한 고품질 실리콘을 사용함으로써 결함이 적으므로 높은 효율이 기대되지만 단일 밴드갭 소자에 대한 한계효율에 다다르고 있는 실정이다.
이러한 상황에서 고효율의 실리콘계 태양전지를 실현하기 위한 구조 및 공정 기술들의 개선에 대한 필요성이 더욱 중요해지고 있다.
특히, 공정상에서 투과손실, 양자손실, 전자-홀의 재결합 손실, 태양전지 표면의 반사손실, 전류전압 특성에 기인하는 손실 등이 발생하는데, 변환효율을 개선하기 위해서는 이러한 손실이 태양전지의 어느 부분에서 일어나는지 조사하고, 태양전지의 구조설계와 공정개선을 통하여, 손실을 최소화 할 수 있는 방안이 요망된다.
1. Z.-H. Lu, D. J. Lockwood, and J.-M. Baribeau, "Quantum confinement and light emission in SiO2/Si superlattices", Nature, 378, 258-260 (1995). 2. M. A. Green, "Solar Cells", Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey (1982). 3. M. A. Green, "Third Generation Photovoltaics", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg (2003) 4. G. Conibeer, M. Green, E.-C. Cho, D. Konig, Y.-H. Cho, T. Fangsuwannarak, G. Scardera, E. Pink, Y. Huang, T. Puzzer, S. Huang, D. Song, C. Flynn, S. Park, X. Hao and D. Mansfield, "Silicon quantum dot nanostructures for tandem photovoltaic cells ", Thin Solid Films, 516(20), 6748-6756 (2008). 5. D. J. Lockwood, Z. H. Lu, and J.-M. Baribeau, "Quantum Confined Luminescence in Si/SiO2 Superlattices", Physical Review Letters, 76(3), 539-541 (1996). 6. L. Pavesi and D. J. Lockwood (Eds.), [Silicon photonics], Springer, Berlin, Topics Appl. Phys. 94, 1-50 (2004). 7. K. -H. Kim, H. -J. Kim, P. Jang, C. Jung, and K. Seomoon, "Properties of Low-Temperature Passivation of Silicon with ALD Al2O3 Films and their PV Applications", Electronic Materials Letters, 7(2), 171-174 (2011). 8. K. -H. Kim, J. -H. Kim, P. Jang, C. Jung, and K. Seomoon, "Properties of Si/SiOx quantum well structure for solar cells applications", Proceedings of SPIE, Vol. 8111, 81111D1-81111D7 (2011).
따라서 본 발명의 목적은 태양전지 제조공정 상의 각종 손실을 최소화하여 변환효율을 크게 개선한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 에너지갭의 증가효과와 패시베이션(Passivation) 효과를 이용하여 이종 pn 접합구조 태양전지의 p형과 n형 반도체 사이에 다층의 양자우물 구조를 삽입하는 구조를 실현함으로써 태양전지의 효율을 높일 수 있는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다층의 양자우물 구조가 삽입되는 이종 pn 접합구조 태양전지의 제조 시, 반도체 기판상에 양호한 전기적 특성을 가지는 양자우물 구조를 형성하고 적정두께의 아몰퍼스 혹은 다결정 실리콘 에미터를 이용하는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양전지의 전극형성 시 일반적인 진공증착 방식뿐 아니라 스크린프린팅 공정도 적용 가능한 금속전극을 전면과 후면에 형성함으로써 제조원가를 절감시키는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 원자층 증착법(ALD), 화학 증착법(CVD) 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 결정 반도체 웨이퍼 상에 절연체 박막과 반도체 박막의 두께를 연속적으로 각각 1~10 nm로 저온 증착시키는 양자우물 구조를 형성한 후, 적정두께의 아몰퍼스 혹은 다결정 실리콘 에미터를 형성시킨 다음 그 위에 금속성 핑거를 먼저 형성하고, 그 금속성 핑거 상에 반사방지막으로 SiNx층을 형성하며, 상기 반도체 웨이퍼 저면에 패시베이션막을 형성하고, 그 패시베이션막 상에 금속전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반도체 웨이퍼 저면에는 선택적으로 후면전계(Back Surface Field)층을 형성시켜 후면의 재결합속도를 줄이고 직렬저항 감소와 개방전압 증가로 인한 태양전지 효율 향상을 꾀한다.
또한, 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 상기 양자우물 구조를 형성하기 전에, 상기 기판 반도체 웨이퍼를 텍스처링(Texturing)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 패시베이션막은 Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 출발 실리콘 기판으로서 p형을 사용할 때와 n형을 사용할 때, 양자우물 구조는 동일하나 아몰퍼스 혹은 다결정 에미터의 반도체는 각각 n형 및 p형을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 원자층 증착법(ALD), 화학 증착법(CVD) 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 결정 반도체 웨이퍼 상에 절연체 박막과 반도체 박막의 두께를 연속적으로 각각 1~10 nm로 저온 증착시키는 양자우물 구조를 형성한 후, 적정두께의 아몰퍼스 혹은 다결정 실리콘 에미터를 형성시킨 다음 반사방지막으로 SiNx층을 먼저 형성하고, 그 반사방지막 위에 금속성 핑거를 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼 저면에 패시베이션막을 형성하고, 그 저변 패시베이션막 상에 금속전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반도체 웨이퍼 저면에는 선택적으로 후면전계(Back Surface Field)층을 형성시켜 후면의 재결합속도를 줄이고 직렬저항 감소와 개방전압 증가로 인한 태양전지 효율 향상을 꾀한다.
또한, 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 상기 양자우물 구조를 형성하기 전에, 상기 기판 반도체 웨이퍼를 텍스처링(Texturing)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 패시베이션막은 Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 출발 실리콘 기판으로서 p형을 사용할 때와 n형을 사용할 때, 양자우물 구조는 동일하나 아몰퍼스 혹은 다결정 에미터의 반도체는 각각 n형 및 p형을 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 양자우물 구조에 있어서 절연체 박막으로 샌드위치된 반도체 박막의 두께를 1 nm정도부터 10nm정도까지 변화시킴으로 인한 유효 밴드갭의 제어를 통한 광대역(1.2~1.9 eV) 밴드갭 태양전지 제작을 가능하게 하는 구조를 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지에 대하여 절연체 박막으로 샌드위치된 반도체 박막의 두께를 1 nm정도부터 10 nm정도까지 변화시킴으로써 이에 따른 유효 밴드갭의 제어를 통한 광대역(1.2~1.9 eV) 밴드갭 태양전지 제작이 가능하게 되어, 태양전지에 있어서 태양광의 투과손실이 저감되고, 단파장 손실을 저감할 수 있기 때문에 고효율의 태양전지가 실현되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지에 적용함에 있어서, 기판을 p형 실리콘뿐만 아니라 캐리어 이동도가 높은 n형 실리콘을 사용함으로써 더욱 더 고효율의 태양전지를 기대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 제조라인에서 사용하는 스크린 프린트 공정과 정합성을 높일 수 있도록 하기 위하여, 전면 및 후면 전극을 모두 스크린프린팅 방식으로 형성함으로써, 최소한의 기존 생산라인 변경으로 태양전지 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 태양전지에 적용되는 양자우물 구조의 밴드갭 에너지 제어 모식도,
도 1b는 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지의 에너지밴드 다이어그램,
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도,
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 고효율의 실리콘계 태양전지를 실현하기 위해서, 공정상에서 발생하는 투과손실, 양자손실, 전자-홀의 재결합 손실, 태양전지 표면의 반사손실, 전류전압 특성에 기인하는 손실 등이 태양전지의 어느 부분에서 발생하는지 조사하고, 태양전지의 구조설계와 공정개선을 통해 각종 손실을 최소화하여 태양전지의 변환효율을 개선하기 위한 것으로서, 에너지갭의 증가효과와 패시베이션(Passivation) 효과를 이용하여 이종 pn 접합구조 태양전지의 p형과 n형 반도체 사이에 다층의 양자우물 구조를 삽입하는 구조를 실현한 것이다.
이때, 기본적으로는 절연체로 샌드위치(sandwich)된 양자우물에 Si의 도입을 검토하여 최적화한다. 일반적으로 단결정 실리콘의 크기를 보어 반경(∼5 nm)보다 더 작게 하면 양자 구속이 일어나고 이로 인해 그 유효 밴드갭이 증가되는 바, 도 1a 및 도 1b에 보인 것과 같은 양자우물 구조에 적용시켜 실리콘 박막의 두께(d)를 얇게 하면 하기의 수학식 1과 같이 밴드갭(Eg)이 증가하게 된다.
도 1a는 본 발명에 따른 태양전지에 적용되는 양자우물 구조의 밴드갭 에너지 제어 모식도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지의 에너지밴드 다이어그램이다.
Figure pat00001
또한, 이러한 구조의 계면에서는 패시베이션 효과가 일어나게 되며, 따라서 실리콘 양자우물은 실리콘 일체형 탠덤(tandem) 태양전지를 실현할 수 있는 좋은 구조이다. 본 발명에서는 실리콘 양자우물에서 양자구속되는 현상을 이용하여 이를 고효율 태양전지에 적용하고자 다중의 양자우물 구조를 형성시킨다. 양자우물 구조를 p층과 n층의 중간에 삽입시키는 구조를 이용한 태양전지에서는 이론적 태양전지 변환효율의 한계를 뛰어넘는 고효율이 얻어질 것으로 예상된다.
본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법에 의하여 제안되는 태양전지는 단일 에너지 문턱 재료의 이론적 태양전지 변환효율의 한계(26~28%)를 뛰어넘는 디바이스에 기초하고 있다.
단일접합 태양전지와 비교하여 효율이 향상되는 이유는, 첫 번째로 양자사이즈 효과와 다중밴드 형성에 따른 흡수 가능한 태양광 스펙트럼 대역이 증가함으로써 발생하는 투과손실 저감효과와, 두 번째로 양자우물간의 전자적 결합에 의한 터널효과에 의해 고속으로 캐리어를 이동시킬 수 있기 때문에 열에너지 손실을 제어할 수 있어 단파장손실 저감할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법은 특히 이종 pn 접합구조 즉, 기판은 단결정 실리콘을 사용하고 에미터쪽은 아몰퍼스(비정질) 혹은 다결정 실리콘을 쓰는 이종구조의 태양전지에 있어서 p형과 n형 반도체 사이에 다층의 양자우물 구조를 삽입하여 계면에서의 패시베이션 효과와 양자구속에 의한 밴드갭 증가 효과로 인한 태양광의 투과손실 저감과 양자우물간 전자적 결합에 의한 터널효과에 따른 고속 캐리어 이동에 기인하는 태양광 단파장손실 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 고효율 태양전지를 얻고, 태양전지 제조 시, 스크린프린팅 공정도 적용 가능한 금속전극을 전면과 후면에 형성함으로써 제조원가를 절감시키는 실용 가능한 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법이다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 양자우물 구조를 갖는 태양전지의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 단면도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지는 p형 Si 반도체 웨이퍼(110)의 상면에 원자층 증착법(ALD), 화학 증착법(CVD) 및 스퍼터링(Sputtering) 방법 중 어느 하나를 사용하여 1~10 nm의 박막 절연층을 형성한 후, 연속적으로 1~10 nm의 박막 반도체층을 형성시킨 후, 다시 그 위에 1~10 nm의 박막 절연층을 형성시켜 이루어지는 1 사이클의 양자우물 구조를 시작으로 필요한 사이클 수만큼(수~수십 사이클)의 양자우물(120)을 형성시킨다.
필요한 사이클의 양자우물을 형성시킨 후, 양자우물 구조(120) 위에 기판과 다른 타입(type)의 반도체인 n형 실리콘을 적정 두께로(0.1~1 mm) 아몰퍼스 혹은 다결정 형태로 에미터층(130)을 형성한다. 그 후 에미터층(130) 위에 전면 금속성 핑거 전극(140)을 스크린프린팅 방식 혹은 진공증착 방식으로 형성한다. 상기 핑거 전극(140) 형성은 진공증착방식을 이용할 경우에는 실리사이드(silicide)를 이용하여 형성함이 바람직하며, 스크린프린팅 방식을 이용할 경우에는 은 페이스트(Ag paste)를 이용하여 형성함이 바람직하다. 이때, 상기 양자우물 구조를 형성하기 전에, 상기 반도체 웨이퍼를 텍스처링(Texturing)하는 것이 바람직하며, 상기 핑거 전극(140)을 형성한 후, 반사방지막을 형성하기 전에 소정시간 건조시킨다.
이어, 상기 금속성 핑거가 형성된 전체 표면상에 반사방지코팅(Anti Reflection Coating, ARC)막으로 SiNx층(150)을 형성한다.
한편, 상기 반도체 웨이퍼(110)의 후면에는 보호층을 이루는 Al2O3, Si3N4, SiO2막(160) 등을 ALD, CVD, 스퍼터핑, 및 진공증착 방식 중 어느 하나로 형성(Passivation)한다. 이후, 국부적으로 후면전계를 형성시키기 위한 패터닝을 행한 후, 패터닝된 부분에 p+층(170)을 도핑시킨다. 그 후 패터닝된 부분에 전면과 마찬가지로 후면 알루미늄 전극(180)을 진공증착법 또는 스크린프린팅 방식으로 형성한다. 이때, 스크린프린팅 방식으로 전극을 형성할 때에는 상기 전면 금속성 핑거 전극(140) 및 후면 알루미늄 전극(180)을 동시에 열처리(Co-firing)함이 바람직하다.
상술한 제조공정에 따라, 본 발명에 따른 양자우물 구조를 갖는 태양전지 제조가 완료된다. 이때, 상기 태양전지 구조를 완성시킨 후 최종적으로 질소 분위기에서 30분 정도 열처리시키는 후금속 열처리(PMA; post-metallization annealing) 공정을 행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지는 p형 Si 반도체 웨이퍼(210)의 상면에 원자층 증착법이나 화학 증착법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 1~10 nm의 박막 절연층을 형성한다. 이후, 연속적으로 1~10 nm의 박막 반도체층을 형성시킨 후, 다시 그 위에 1~10 nm의 박막 절연층을 형성시켜 이루어지는 1 사이클의 양자우물 구조를 시작으로 필요한 사이클 수만큼(수~수십 사이클)의 양자우물(220)을 형성시킨다. 필요한 사이클의 양자우물을 형성시킨 후, 양자우물 구조(220) 위에 기판과 다른 타입(type)의 반도체인 n형 실리콘을 적정 두께로(0.1~1 mm) 아몰퍼스 혹은 다결정 형태로 에미터층(230)을 형성한다. 그 후 에미터층(230) 표면상에 반사방지코팅막으로 SiNx층(250)을 형성한다. 이어서 상기 반사방지코팅막(250)위에 스크린프린팅 방식으로 전면 금속 핑거(240)를 형성한다. 이때, 상기 양자우물 구조를 형성하기 전에, 상기 반도체 웨이퍼를 텍스처링(Texturing)하는 것이 바람직하며, 상기 핑거 전극(240)을 형성한 후, 반사방지막을 형성하기 전에 소정시간 건조시킨다.
한편, 상기 반도체 웨이퍼(210)의 후면에는 보호층을 이루는 Al2O3, Si3N4, SiO2막(260) 등을 ALD이나 CVD 또는 스퍼터링이나 진공증착 방식으로 형성한다. 이후, 국부적으로 후면전계를 형성시키기 위한 패터닝을 행한 후, 패터닝된 부분에 p+층(270)을 도핑시킨다. 그 후 패터닝된 부분에 전면과 마찬가지로 후면 알루미늄 전극(280)을 진공증착법 혹은 스크린프린팅 방식으로 형성한다.
이때, 스크린프린팅 방식으로 전극을 형성할 때에는 상기 전면 금속성 핑거 전극(240) 및 후면 알루미늄 전극(280)을 동시에 열처리(Co-firing)함이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 본 발명에 따른 양자우물 구조를 갖는 태양전지 제조가 완료된다. 이때, 상기 태양전지 구조가 완성시킨 후 최종적으로 질소 분위기에서 30분 정도 열처리시키는 후금속 열처리 공정을 행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4 를 참조하여 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지의 제조방법을 상세히 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예는 앞에서 설명한 제 1 실시 예의 제조방법과 순서들이 다음 몇 가지를 제외하고 유사하다. 즉, 출발하는 기판형태가 n형 실리콘(310)이며, 에미터 전극은 p형(330)이고, 후면에 국부적으로 후면전계를 형성시키기 위하여 패터닝된 부분에 n+층(370)을 도핑하는 것이다. 특히, 제 3 실시 예에 있어서 스크린프린팅 방식으로 전극을 형성시키는 경우에는 접촉저항값을 줄이기 위한 수단으로 제 1 실시 예에서 사용한 전면 전극과 후면 전극을 제 3 실시 예에서는 각각 후면 전극과 전면 전극으로 바꾸어서 형성시키든가 또는 적정한 금속 전극을 선정하여 형성함이 바람직하다.
다음으로, 도 5 를 참조하면 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 양자우물 구조를 갖는 이종 pn 접합 태양전지는 앞에서 설명한 제 2 실시 예와 제조방법과 순서들이 다음 몇 가지를 제외하고 유사하다.
즉, 출발하는 기판형태가 n형 실리콘(410)이며, 에미터 전극은 p형(430)이고, 후면에 국부적으로 후면전계를 형성시키기 위하여 패터닝된 부분에 n+층(470)을 도핑하는 것이다. 특히, 제 4 실시 예에 있어서 스크린프린팅 방식으로 전극을 형성시키는 경우에는 접촉저항값을 줄이기 위한 수단으로 제 2 실시 예에서 사용한 전면 전극과 후면 전극을 제 4 실시 예에서는 각각 후면 전극과 전면 전극으로 바꾸어서 형성시키든가 또는 적정한 금속 전극을 선정하여 형성함이 바람직하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. p형 및 n형 중 어느 한 타입의 실리콘 기판 상에 1~10 nm의 박막 절연층과 1~10 nm의 박막 반도체층을 연속적으로 형성시켜 양자우물층을 수~수십 사이클 수만큼 형성하는 과정;
    상기 양자우물층 위에 상기 기판과 다른 타입의 실리콘으로 에미터층을 형성하는 과정;
    상기 에미터층 위에 금속성 핑거 전극을 형성하는 과정;
    상기 금속성 핑거 상에 반사방지막으로 SiNx층을 전면에 형성하는 과정; 및
    상기 기판 저면에 패시베이션(Passivation)막을 형성하는 과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양자우물층을 형성하기 전에, 상기 실리콘 기판을 텍스처링(Texturing)하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지 제조 방법.
  3. p형 및 n형 중 어느 하나의 실리콘 기판 상에 1~10 nm의 박막 절연층과 1~10 nm의 박막 반도체층을 연속적으로 형성시켜 양자우물층을 수~수십 사이클 수만큼 형성하는 과정;
    상기 양자우물층 위에 상기 기판과 다른 타입의 실리콘으로 에미터층을 형성하는 과정;
    SiNx로 반사방지막을 전면에 형성하는 과정; 및
    상기 반사방지막 위에 금속성 핑거 전극을 형성하고 열처리하여 상기 금속성 핑거 전극을 상기 에미터층에 접촉시키는 과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 양자우물층을 형성하기 전에, 상기 실리콘 기판을 텍스처링(Texturing)하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지 제조 방법.
  5. p형 및 n형 중 어느 한 타입의 실리콘 기판 상에 1~10 nm의 박막 절연층과 1~10 nm의 박막 반도체층을 연속적으로 형성시켜 수~수십 사이클 수만큼 형성된 양자우물층;
    상기 양자우물층 위에 상기 기판과 다른 타입의 실리콘으로 형성된 에미터층;
    상기 에미터층 위에 형성된 금속성 핑거 전극;
    상기 금속성 핑거 상 전면에 SiNx층으로 형성된 반사방지막; 및
    상기 기판 저면에 형성된 패시베이션(Passivation)막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에미터층은,
    0.1~1 mm두께로 아몰퍼스 및 다결정 형태 중 어느 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 패시베이션막은,
    Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 후면에, 상기 기판과 동일한 타입의 고도핑층을 국부적으로 도핑시켜 후면전계;를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  9. p형 및 n형 중 어느 하나의 실리콘 기판 상에 1~10 nm의 박막 절연층과 1~10 nm의 박막 반도체층을 연속적으로 형성시켜 수~수십 사이클 수만큼 형성된 양자우물층;
    상기 양자우물층 위에 상기 기판과 다른 타입의 실리콘으로 형성된 에미터층;
    상기 에미터층 전면에 SiNx로 형성된 반사방지막; 및
    상기 반사방지막 위에 형성되어 열처리에 의하여 상기 에미터층에 접촉되는 금속성 핑거 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 에미터층은,
    0.1~1 mm두께로 아몰퍼스 및 다결정 형태 중 어느 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 패시베이션막은,
    Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 후면에, 상기 기판과 동일한 타입의 고도핑층을 국부적으로 도핑시켜 후면전계;를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 양자우물 구조 태양전지.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101615611B1 (ko) 2014-12-30 2016-04-27 청주대학교 산학협력단 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법
KR20220141399A (ko) * 2021-04-13 2022-10-20 성균관대학교산학협력단 실리콘 양자우물 구조를 갖는 터널 산화막 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법
KR102499055B1 (ko) 2022-01-05 2023-02-13 청주대학교 산학협력단 반도체 ｐｎ 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017208729A1 (ja) * 2016-06-01 2017-12-07 三菱電機株式会社 光起電力素子およびその製造方法
CN106129172B (zh) * 2016-07-01 2017-07-04 江苏微导纳米装备科技有限公司 一种可调节电荷密度的晶硅太阳能电池表面钝化方法
US10418781B1 (en) 2018-07-06 2019-09-17 Ii-Vi Delaware, Inc. Quantum well passivation structure for laser facets

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958497B2 (en) * 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
GB0118150D0 (en) * 2001-07-25 2001-09-19 Imperial College Thermophotovoltaic device
US20080257405A1 (en) * 2007-04-18 2008-10-23 Emcore Corp. Multijunction solar cell with strained-balanced quantum well middle cell
US8101856B2 (en) * 2008-10-02 2012-01-24 International Business Machines Corporation Quantum well GaP/Si tandem photovoltaic cells
US7951640B2 (en) * 2008-11-07 2011-05-31 Sunpreme, Ltd. Low-cost multi-junction solar cells and methods for their production
US8288645B2 (en) * 2009-03-17 2012-10-16 Sharp Laboratories Of America, Inc. Single heterojunction back contact solar cell
US8294027B2 (en) * 2010-01-19 2012-10-23 International Business Machines Corporation Efficiency in antireflective coating layers for solar cells
CN102939654B (zh) * 2010-06-15 2016-01-20 加州理工学院 使用多层通过量子排斥进行的表面钝化
US8217258B2 (en) * 2010-07-09 2012-07-10 Ostendo Technologies, Inc. Alternating bias hot carrier solar cells
KR101130196B1 (ko) * 2010-11-11 2012-03-30 엘지전자 주식회사 태양 전지
JP5557721B2 (ja) * 2010-12-10 2014-07-23 株式会社日立製作所 太陽電池の製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101615611B1 (ko) 2014-12-30 2016-04-27 청주대학교 산학협력단 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법
KR20220141399A (ko) * 2021-04-13 2022-10-20 성균관대학교산학협력단 실리콘 양자우물 구조를 갖는 터널 산화막 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법
KR102499055B1 (ko) 2022-01-05 2023-02-13 청주대학교 산학협력단 반도체 ｐｎ 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지
WO2023132601A1 (ko) * 2022-01-05 2023-07-13 청주대학교 산학협력단 반도체 ｐｎ 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지

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