KR20140015835A - 실리콘 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 실리콘 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 (a) 제1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 기판의 전면에 표면구조화(surface texturing)를 수행하는 단계; (b) 상기 표면구조화가 수행된 상기 실리콘 기판의 전면에, 전면전극의 형성 위치에 대응하는 개구부를 가지도록 마스킹 페이스트를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 개구부를 통해 노출된 상기 실리콘 기판의 전면의 제1 영역을 식각하는 단계; (d) 상기 마스킹 페이스트에 의해 형성된 패턴을 제거하는 단계; (e) 상기 (c)단계에서 식각된 위치에 제2 도전형 불순물을 확산시킴으로써 에미터층을 형성하는 단계; (f) 상기 실리콘 기판의 전면 상에 패시베이션층(passivation layer)을 구비한 반사방지막을 형성하는 단계; 및 (g) 상기 에미터층 상부에 상기 전면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명은 실리콘 기판의 전면에서 전면전극의 형성 위치에 대응하는 영역을 평탄화함으로써, 추후 전면전극의 형성 시 종래 불균등 표면구조에 따른 단선의 염려를 줄일 수 있어, 실리콘 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 실리콘 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 표면구조화(surface texturing) 공정을 구비한 실리콘 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
실리콘 태양전지는, p형과 n형과 같이 서로 다른 도전형(conductive type)을 가진 반도체로 각각 이루어진 실리콘 기판(substrate) 및 에미터층(emitter layer)과 실리콘 기판과 에미터층 위에 각각 형성된 전극을 구비한다.
실리콘 태양전지는, 태양광이 입사되면 반도체에서 복수의 전자 정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자 정공 쌍은 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 전자와 정공으로 각각 분리되어 각각 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 즉 전자는 에미터층 쪽으로, 정공은 실리콘 기판 쪽으로 이동하고, 실리콘 기판과 에미터층에 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집된다.
실리콘 태양전지의 제조방법은 개괄적으로, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 준비된 실리콘 기판에 에미터층을 형성하는 단계, 패시베이션을 형성하는 단계 및 전극을 형성하는 단계로 구분될 수 있다.
특히 실리콘 기판을 준비하는 단계에서, 표면구조화(surface texturing) 공정을 수행할 수 있다. 표면구조화 공정은 입사광선의 반사 손실을 줄이거나, 입사경로를 증가시켜 광 흡수율을 높여 단락전류를 높이기 위한 목적으로 실리콘 기판의 표면에 피라미드 또는 요철구조를 형성하는 공정이다.
그러나, 이러한 실리콘 태양전지의 제조방법은, 표면구조화 공정에 의해 실리콘 기판의 표면이 균등하지 않게 됨으로써, 실리콘 기판의 표면에 전극을 형성하는 경우 단선될 가능성이 높아지는 문제를 가지고 있다.
본 발명의 목적은, 표면구조화(surface texturing) 공정을 거친 실리콘 기판의 불균등 표면에서 전극의 형성 위치에 대응하는 표면을 평탄화하는 공정을 추가함으로써 실리콘 기판의 불균등 표면에 전극의 형성시 야기되는 단선의 문제를 최소화함으로써 전체적인 성능을 향상시킬 수 있는 실리콘 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법은 (a) 제1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 기판의 전면에 표면구조화(surface texturing)를 수행하는 단계; (b) 상기 표면구조화가 수행된 상기 실리콘 기판의 전면에, 전면전극의 형성 위치에 대응하는 개구부를 가지도록 마스킹 페이스트를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 개구부를 통해 노출된 상기 실리콘 기판의 전면의 제1 영역을 식각하는 단계; (d) 상기 마스킹 페이스트에 의해 형성된 패턴을 제거하는 단계; (e) 상기 (c)단계에서 식각된 위치에 제2 도전형 불순물을 확산시킴으로써 에미터층을 형성하는 단계; (f) 상기 실리콘 기판의 전면 상에 패시베이션층(passivation layer)을 구비한 반사방지막을 형성하는 단계; 및 (g) 상기 에미터층 상부에 상기 전면전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마스킹 페이스트의 패턴은 스크린 프린팅, 스탠실 프린팅, 잉크젯 프린팅, 에어로졸 프린팅 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
상기 (g)단계는, 상기 전면전극의 형성과 동시에 상기 실리콘 기판의 후면에 후면전극을 형성할 수 있다.
실리콘 태양전지의 제조방법은 상기 제1 도전형이 p형이고 상기 제2 도전형이 n형인 경우, 상기 (g)단계 후 상기 실리콘 기판을 제3 열처리하여, 상기 형성된 후면전극과 상기 실리콘 기판의 후면의 사이에 후면전계(Back Surface Field)층을 형성하면서 상기 전면전극을 상기 에미터층에 접촉시키는 (h)단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전면전극은 은(Ag)으로 마련되고, 상기 후면전극은 알루미늄(Al)으로 마련될 수 있다.
상기 제1 도전형 불순물이 p형 불순물인 경우 제2 도전형 불순물은 n형 불순물로 마련하고, 상기 제1 도전형 불순물이 n형 불순물인 경우 제2 도전형 불순물은 p형 불순물로 마련될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 실리콘 태양전지는 전술한 실리콘 태양전지의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 실리콘 기판의 전면에서 전면전극의 형성 위치에 대응하는 영역을 평탄화함으로써, 추후 전면전극의 형성 시 종래 불균등 표면구조에 따른 단선의 염려를 줄일 수 있어, 실리콘 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도들이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, (a)공정은 제1 도전형 불순물이 도핑된 실리콘 기판(10)의 전면에, 표면구조화(surface texturing)를 수행하는 공정이다. 표면구조화 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 전면은 불균등한 피라미드와 같은 표면을 가지고 있다.
이와 같이 표면구조화 공정은 실리콘 기판의 표면에 피라미드 또는 요철구조를 형성함으로써, 입사광선의 반사 손실을 줄이거나, 입사경로를 증가시켜 광 흡수율을 높이기 위해 수행될 수 있다.
실리콘 기판(10)은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘(silicon)으로 이루질 수 있고, 실리콘 기판(10)에 도핑되는 제1 도전형 불순물은 p형 또는 n형 불순물로 마련될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, (b)공정은 표면구조화가 수행된 실리콘 기판(10)의 전면에, 전면전극의 형성 위치에 대응하는 개구부(11)를 가지도록 마스킹 페이스트를 이용하여 패턴(12)을 형성하는 공정이다. 개구부(11)는 도 8에 도시된 전면전극(40)의 형성 위치에 대응한다.
마스킹 페이스트에 의한 패턴(12)은 스크린 인쇄 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 마스킹 페이스트는 유기물로 마련될 가능성이 있다. 예를 들면, 마스킹 페이스트에 의한 패턴(12)은 비진공 상태에서 프린팅 기법을 이용하여 실리콘 기판(10)의 전면 상에 미리 결정된 형태로 형성될 수 있다. 패턴(12)은 대기 상태에서 사전에 정해진 조건의 경화 또는 건조에 의해 형성될 수 있다. 이것은 공지기술로서 구체적 설명은 생략한다. 마스킹 페이스트에 의한 패턴(12)은 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸 인쇄 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, (c)공정은 개구부(11)를 통해 노출된 상기 실리콘 기판의 전면의 제1 영역(a)을 식각하는 공정이다. 이 식각공정에 의해 도 2의 제1 영역(a)이 도 3의 제1 영역(a)과 같이 평탄화 되었다. 도 3의 제1 영역(a)은 도 8에 도시된 전면전극(40)의 형성 위치에 대응하는 위치일 뿐 아니라, 에미터층(20)의 형성 위치와도 일치한다. 본 실시예에서는 선택적 에미터를 예로 들어 설명하지만, 반드시 본 발명의 기술 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시된 바와 같이, (d)공정은 마스킹 페이스트에 의해 형성된 패턴(12)을 제거하는 공정이다. 예를 들면, 마스킹 페이스트에 의한 패턴(12)은 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거될 수 있다. 이것은 공지기술로서 구체적 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법은 실리콘 기판(10)의 전면에서 전면전극(40)의 형성 위치에 대응하는 제1 영역(a)을 평탄화함으로써, 추후 전면전극(40)의 형성 시 종래 불균등 표면구조에 따른 단선의 염려를 줄일 수 있어, 실리콘 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, (e)공정은 전술한 (c)단계에서 식각된 위치, 즉 도 4의 제1 영역(a)에 제2 도전형 불순물을 확산시킴으로써 에미터층(20)을 형성하는 공정이다. 제2 도전형 불순물로서 n형 불순물인 인(P)이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는, 선택적 에미터 형성 기술에 한정하여 설명하였으나, 반드시 이 기술에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예에서는 제1 도전형 불순물로 p형 불순물을 제2 도전형 불순물로 n형 불순물을 사용하였으나, 이와 달리, 제1 도전형 불순물로 n형 불순물을 제2 도전형 불순물로 p형 불순물을 사용하는 것도 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이, (f)공정은 실리콘 기판(10)의 전면 상에 패시베이션층(passivation layer)을 구비한 반사방지막(30)을 형성하는 공정이다. 반사방지막(30)은 (e)공정에 의해 형성되는 에미터층(20)의 상부에 형성되고, 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정 파장영역의 선택성을 증가시켜, 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
패시베이션층은 실리콘 기판(10)의 전면 상에 위치하고, fixed charge에 의한 전계효과를 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, (g)공정은 에미터층(20) 상부에 전면전극(40)을 형성하는 공정이다. 또한 (g)공정은 전면전극(40)의 형성과 동시에 실리콘 기판(10)의 후면에 후면전극(50)을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
여기서 전면전극(40)은 은(Ag)으로 마련될 수 있고, 후면전극(50)은 알루미늄(Al)으로 마련될 수 있다. 이 밖에도 전면전극(40) 및 후면전극(50)은 상황에 따라 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, (h)공정은 상기 (g)단계 후 실리콘 기판(10)을 제3 열처리하여, 형성된 후면전극(50)과 실리콘 기판(10)의 후면의 사이에 후면전계(Back Surface Field)층(60)을 형성하는 공정이다. 또한, 제3 열처리 공정에 의해, 전면전극(40)이 에미터층(20)에 접촉하게 된다.
한편, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지(1)에 대해 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 실리콘 태양전지(1)는 제1 도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판(10), 반대 도전형인 제2 도전형의 불순물이 도핑된 에미터층(20), 전면전극(40) 및 후면전극(50)을 기본 구조로 하여, 태양광의 흡수율을 향상시키고 캐리어의 전달 저항을 감소시키기 위해 반사방지막 및 후면전계(Back Surface Field)층(60)을 구비한다.
본 실시예에 따른 실리콘 태양전지(1)는 제1 도전형 불순물로 p형 불순물을 이용하고, 제2 도전형 불순물로 n형 불순물을 이용한다. 예를 들어, p형 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물로 마련될 수 있고, n형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같은 5가 원소의 불순물로 마련될 수 있다. 본 실시예와 달리, 제1 도전형 불순물로 n형 불순물을 제2 도전형 불순물로 p형 불순물을 사용할 수 있다.
에미터층(20)은 제1 에미터층(22)과 제2 에미터층(24)으로 구분될 수 있으며, 제1 에미터층(22)은 도 1에 도시된 바와 같이 전면전극(40)의 하부에 위치한다.
제1 에미터층(22)은, 마스킹 페이스트에 의해 형성된 패턴(12)의 개구부(11)에 의해 노출된 실리콘 기판(10)의 영역에 도핑 페이스트가 프린팅되고, 이 프린팅된 도핑 페이스트가 제1 열처리에 의해 실리콘 기판(10)의 내부로 확산됨으로써 형성된다. 본 실시예에서는 편의상 선택적 에미터 형성 기술을 이용하였으나, 이외의 다른 공지기술의 사용도 가능하다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 제조방법은 실리콘 기판(10)의 전면에서 전면전극(40)의 형성 위치에 대응하는 제1 영역(a)을 평탄화함으로써, 추후 전면전극(40)의 형성 시 종래 불균등 표면구조에 따른 단선의 염려를 줄일 수 있어, 실리콘 태양전지(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
1: 실리콘 태양전지
10: 실리콘 기판
11: 개구부
12: 패턴
14: 도핑 페이스트
16: PSG(Phosphorus Silicate Glass)
20: 에미터층
22: 제1 에미터층
24: 제2 에미터층
30: 반사방지막
40: 전면전극
50: 후면전극
60: 후면전계(Back Surface Field)층
10: 실리콘 기판
11: 개구부
12: 패턴
14: 도핑 페이스트
16: PSG(Phosphorus Silicate Glass)
20: 에미터층
22: 제1 에미터층
24: 제2 에미터층
30: 반사방지막
40: 전면전극
50: 후면전극
60: 후면전계(Back Surface Field)층
Claims (7)
- (a) 제1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 기판의 전면에 표면구조화(surface texturing)를 수행하는 단계;
(b) 상기 표면구조화가 수행된 상기 실리콘 기판의 전면에, 전면전극의 형성 위치에 대응하는 개구부를 가지도록 마스킹 페이스트를 이용하여 패턴을 형성하는 단계;
(c) 상기 개구부를 통해 노출된 상기 실리콘 기판의 전면의 제1 영역을 식각하는 단계;
(d) 상기 마스킹 페이스트에 의해 형성된 패턴을 제거하는 단계;
(e) 상기 (c)단계에서 식각된 위치에 제2 도전형 불순물을 확산시킴으로써 에미터층을 형성하는 단계;
(f) 상기 실리콘 기판의 전면 상에 패시베이션층(passivation layer)을 구비한 반사방지막을 형성하는 단계; 및
(g) 상기 에미터층 상부에 상기 전면전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 마스킹 페이스트의 패턴은 스크린 프린팅, 스탠실 프린팅, 잉크젯 프린팅, 에어로졸 프린팅 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (g)단계는, 상기 전면전극의 형성과 동시에 상기 실리콘 기판의 후면에 후면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 제3항에 있어서,
(h) 상기 제1 도전형이 p형이고 상기 제2 도전형이 n형인 경우, 상기 (g)단계 후 상기 실리콘 기판을 제3 열처리하여, 상기 형성된 후면전극과 상기 실리콘 기판의 후면의 사이에 후면전계(Back Surface Field)층을 형성하면서 상기 전면전극을 상기 에미터층에 접촉시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 전면전극은 은(Ag)으로 마련되고, 상기 후면전극은 알루미늄(Al)으로 마련되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 불순물이 p형 불순물인 경우 제2 도전형 불순물은 n형 불순물로 마련하고, 상기 제1 도전형 불순물이 n형 불순물인 경우 제2 도전형 불순물은 p형 불순물로 마련하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 제조방법. - 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120081218A KR20140015835A (ko) | 2012-07-25 | 2012-07-25 | 실리콘 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 실리콘 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140015835A true KR20140015835A (ko) | 2014-02-07 |
Family
ID=50265127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020120081218A KR20140015835A (ko) | 2012-07-25 | 2012-07-25 | 실리콘 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 실리콘 태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20140015835A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105154983A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 浙江启鑫新能源科技股份有限公司 | 单晶硅太阳能电池的制备方法 |
| CN108470695A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-08-31 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种制作黑硅太阳电池的方法 |
-
2012
- 2012-07-25 KR KR1020120081218A patent/KR20140015835A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105154983A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 浙江启鑫新能源科技股份有限公司 | 单晶硅太阳能电池的制备方法 |
| CN105154983B (zh) * | 2015-08-21 | 2017-09-12 | 浙江启鑫新能源科技股份有限公司 | 单晶硅太阳能电池的制备方法 |
| CN108470695A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-08-31 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种制作黑硅太阳电池的方法 |
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