KR20140072957A - 태양전지의 제조방법 - Google Patents

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이규민
경도현
조성훈
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 LCP 공정을 적용하는 태양전지 제조방법에 있어서, 후속의 공정에서 레이저 조사에 의한 기판 손상을 치유하도록 하여 태양전지의 광전변환 효율 및 기타 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 결정질 실리콘 기판 내부에 저농도 에미터를 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계와, LCP(laser chemical processing) 공정을 진행하여 고농도 에미터를 형성하는 단계 및 상기 기판 후면 상에 Al 페이스트를 도포한 후, 소성하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 LCP 공정은, 전면전극이 형성될 부위의 반사방지막에 레이저를 조사함과 함께 기판의 반대 도전형의 불순물 이온을 포함한 용액을 공급하여, 반사방지막을 제거함과 동시에 불순물 이온이 기판 내부로 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지의 제조방법{Method for fabricating solar cell}
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LCP 공정을 적용하는 태양전지 제조방법에 있어서, 후속의 공정에서 레이저 조사에 의한 기판 손상을 치유하도록 하여 태양전지의 광전변환 효율 및 기타 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 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, 태양전지의 실리콘 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 p형 기판의 상부에 n형 반도체층이 구비되며, n형 반도체층 상에는 반사방지막과 전면전극이 구비되는 구조를 갖는다. 또한, n형 반도체층과 전면전극 사이의 접촉 저항을 개선하기 위해 전면전극이 형성되는 부위에 국부적으로 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도로 도핑된 에미터를 형성하는 이른 바, 선택적 에미터(selective emitter) 구조도 제시된 바 있다.
최근에는, LCP(laser chemical processing) 공정을 이용하여 선택적 에미터를 형성하는 방법이 실제 공정에 적용되고 있다(한국등록특허 제1162121호). LCP 공정은 레이저를 조사함과 함께 불순물 이온을 주입하여 레이저가 조사되는 부위에 고농도 도핑층을 형성하는 기술이다.
그러나, LCP 공정은 레이저를 이용함에 따라, 레이저 조사에 의한 기판 손상이 필연적으로 발생된다. 따라서, LCP 공정을 이용하는 경우 레이저 조사에 의한 손상된 기판에 대한 치유를 고민해야 한다. 종래의 경우, 후면전극의 소성 공정 이후에 LCP 공정을 진행함으로 인해 손상된 기판이 치유되는 기회가 없다.
한국등록특허 제1162121호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, LCP 공정을 적용하는 태양전지 제조방법에 있어서, 후속의 공정에서 레이저 조사에 의한 기판 손상을 치유하도록 하여 태양전지의 광전변환 효율 및 기타 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 결정질 실리콘 기판 내부에 저농도 에미터를 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계와, LCP(laser chemical processing) 공정을 진행하여 고농도 에미터를 형성하는 단계 및 상기 기판 후면 상에 Al 페이스트를 도포한 후, 소성하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 LCP 공정은, 전면전극이 형성될 부위의 반사방지막에 레이저를 조사함과 함께 기판의 반대 도전형의 불순물 이온을 포함한 용액을 공급하여, 반사방지막을 제거함과 동시에 불순물 이온이 기판 내부로 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 후면전극의 형성 후, 전면전극을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 전면전극을 형성하는 단계는, 상기 LCP 공정에 의해 노출된 기판 표면 상에 도금 공정을 이용하여 제 1 도금층을 형성하는 과정과, 상기 제 1 도금층에 레이저를 조사하여 상기 제 1 도금층과 기판 사이에 금속 실리사이드층을 형성하는 과정과, 상기 제 1 도금층 상에 제 2 도금층을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
LCP 공정 이후에 후면전극 소성 공정을 적용함에 따라, LCP 공정에 의한 기판 손상을 소성 공정을 통해 치유할 수 있으며, 이를 통해 광전변환효율 및 기타 전기적 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
본 발명은 1) LCP를 이용한 고농도 에미터 형성, 2) 소성 공정을 통한 후면전극 형성공정을 진행함에 있어서, 후면전극 형성 전에 LCP 공정을 진행함으로서 LCP 공정에 의해 발생되는 기판 손상을 후속의 후면전극 형성공정에 의해 치유되도록 함을 특징으로 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 먼저 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(201)을 준비한다. 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형, 제 2 도전형은 n형인 것을 기준으로 한다.
기판(201)이 준비된 상태에서, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching) 공정 또는 습식식각 공정을 이용하여 기판(201) 표면에 대한 텍스쳐링 공정을 진행한다(S101). 상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판(201) 표면의 일부가 식각, 제거되어 요철이 형성된다.
텍스쳐링이 완료된 상태에서, 도 2b에 도시한 바와 같이 확산공정을 진행하여 기판(201) 둘레를 따라 일정 깊이의 저농도 에미터(202)를 형성한다(S102). 구체적으로, 챔버 내에 기판(201)을 구비시킨 상태에서, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 기판(201) 내부로 확산되도록 하여 저농도 에미터(202)를 형성한다. 그런 다음, 상기 기판(201) 전면 상에 반사방지막(203)을 적층한다(S102). 상기 반사방지막(203)은 실리콘 질화막(SiNx) 재질로 구성할 수 있으며, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 통해 형성할 수 있다.
반사방지막(203)이 적층된 상태에서, 도 2c에 도시한 바와 같이 LCP(laser chemical processing) 공정을 적용하여 전면전극이 형성될 부위의 반사방지막(203)을 제거함과 함께 전면전극이 형성될 부위의 기판(201) 내부에 고농도 에미터(204)를 형성한다(S103). 상기 LCP 공정은 레이저를 조사함과 함께 n형 불순물 이온을 포함한 용액을 공급함으로써 반사방지막(203)을 제거함과 동시에 n형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산되도록 하여 고농도 에미터(204)를 형성하는 공정이다. 상기 LCP 공정의 완료 후, LCP 공정에 따른 부산물을 제거하기 위해 기판(201)에 대한 세정 공정을 진행한다.
상기 저농도 에미터(202)와 고농도 에미터(204)로 이루어진 선택적 에미터가 형성된 상태에서, 도 2d에 도시한 바와 같이 기판(201) 후면 상에 Al 페이스트를 도포한 다음, 소성 공정을 진행하여 후면전극(205)을 형성한다(S104). 상기 소성 공정에 의해 후면전극(205)이 형성됨과 함께 기판(201) 후면의 내부에 BSF(back surface field)층(206)이 형성된다. 또한, 상기 소성 공정은 500℃ 이상에서 진행됨에 따라, 상기 LCP 공정 진행시 유발될 수 있는 기판(201) 표면 상의 결함이 상기 소성 공정의 진행으로 인해 치유된다.
상기 후면전극(205)이 형성된 상태에서, 도 2e에 도시한 바와 같이 도금 공정을 이용하여 전면전극을 형성한다(S105). 구체적으로, 노출된 기판(201) 상에 무전해 도금방법(electroless-plating) 또는 전해 도금방법(electro-plating)을 통해 제 1 도금층(207)을 형성한다. 상기 제 1 도금층(207)이 형성된 상태에서, 상기 제 1 도금층(207) 상부에 레이저를 조사하여 제 1 도금층(207)과 실리콘 기판(201)의 실리사이드(silicide) 반응을 유도한다. 이에 따라, 상기 제 1 도금층(207)과 실리콘 기판(201) 사이에 금속 실리사이드층(207a)(예를 들어, Ni-silicide)이 형성된다. 상기 금속 실리사이드층이 형성된 상태에서, 상기 제 1 도금층(207) 상에 제 2 도금층(208)을 형성하면 전면전극의 형성이 완료된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하였다. 전술한 바와 같이 본 발명은 후면전극의 소성 공정 전에 LCP 공정을 진행하여 고농도 에미터를 형성함에 특징이 있으며, 이와 같은 <LCP 공정-후면전극 형성>의 공정은 종래의 <후면전극 형성-LCP 공정>에 대비하여 광전변환효율, Voc, Jsc, FF(fill factor) 특성이 우수하며, 실험 결과는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다. 표 1을 참고하면, 광전변환효율 뿐만 아니라 Voc, Jsc, FF 등의 전기적 특성이 모두 종래의 공정보다 우수함을 알 수 있다.
본 발명과 종래 공정에 따른 태양전지 특성 비교
광전변환(%) Voc(mV) Jsc(mA/cm2) FF(%)
종래 공정
<후면전극-LCP공정>
18.56 625 38.55 77.0
본 발명
<LCP공정-후면전극>
19.25 632 38.59 78.9
201 : 기판 202 : 저농도 에미터
203 : 반사방지막 204 : 고농도 에미터
205 : 후면전극 206 : BSF층
207 : 제 1 도금층 207a : 금속 실리사이드층
208 : 제 2 도금층

Claims (2)

  1. 결정질 실리콘 기판 내부에 저농도 에미터를 형성하는 단계;
    상기 기판 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계;
    LCP(laser chemical processing) 공정을 진행하여 고농도 에미터를 형성하는 단계; 및
    상기 기판 후면 상에 Al 페이스트를 도포한 후, 소성하여 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 LCP 공정은, 전면전극이 형성될 부위의 반사방지막에 레이저를 조사함과 함께 기판의 반대 도전형의 불순물 이온을 포함한 용액을 공급하여, 반사방지막을 제거함과 동시에 불순물 이온이 기판 내부로 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극의 형성 후, 전면전극을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 전면전극을 형성하는 단계는,
    상기 LCP 공정에 의해 노출된 기판 표면 상에 도금 공정을 이용하여 제 1 도금층을 형성하는 과정과,
    상기 제 1 도금층에 레이저를 조사하여 상기 제 1 도금층과 기판 사이에 금속 실리사이드층을 형성하는 과정과,
    상기 제 1 도금층 상에 제 2 도금층을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140128296A (ko) * 2011-11-23 2014-11-05 엥떼르위니베르시테르 미크로엘렉트로니카 쌍트륌 베제드두블르베 금속 실리사이드 층을 형성하는 방법

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KR20140128296A (ko) * 2011-11-23 2014-11-05 엥떼르위니베르시테르 미크로엘렉트로니카 쌍트륌 베제드두블르베 금속 실리사이드 층을 형성하는 방법

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