KR20140136555A - PERL type bi-facial solar cell and method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양면수광형 PERL 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패시베이션층의 개구부위에 선택적으로 도전성 페이스트를 도포, 소성하여 국부적 후면전계층 및 국부적 후면전극을 형성함으로써 양면수광이 가능함과 함께 도전성 페이스트의 소모량을 최소화할 수 있는 양면수광형 PERL 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a double-sided light receiving type PERL solar cell, and more particularly, to a double-sided light receiving type PERL solar cell, in which a conductive paste is selectively applied and fired on an opening of a passivation layer to form a local rear whole layer and a local rear electrode, Type PERL solar cell and a method of manufacturing the same.
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 p-n 접합부에 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. A solar cell is a core element of solar power generation that converts sunlight directly into electricity. Basically, it is a diode made of p-n junction. When the solar light is converted into electricity by the solar cell, when sunlight is incident on the pn junction of the solar cell, an electron-hole pair is generated, and the electric field moves the electrons to the n layer and the holes to the p layer Photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when both ends of the solar cell are connected to each other, a current flows and the power can be produced.
태양전지의 광전변환 효율을 개선하기 위해 다양한 구조의 태양전지가 제시되고 있으며, 그 중 하나로 PERL(passivated emitter with rear locally diffused)형 태양전지를 들 수 있다. PERL형 태양전지는 기판(p-type) 후면측에 국부적 후면전계층(locally BSF)이 구비되고, 국부적 후면전계층을 포함한 기판 후면 상에 표면 부동화 및 반사방지 역할을 하는 패시베이션층(passivation layer)이 구비되며, 패시베이션층 상에 후면전극이 구비되는 구조를 갖는다. 한국공개특허 제2010-85736호에 PERL형 태양전지의 일 예가 개시되어 있다. In order to improve the photoelectric conversion efficiency of solar cells, solar cells of various structures have been proposed. One of them is passivated emitter with rear locally diffused (PERL) type solar cells. The PERL type solar cell has a locally BSF on the rear side of a substrate (p-type) and a passivation layer on the rear side of the substrate including a local rear front layer, And a back electrode is provided on the passivation layer. Korean Patent Publication No. 2010-85736 discloses an example of a PERL type solar cell.
이와 같은 PERL형 태양전지에 있어서, 패시베이션층의 일부는 개구되며 개구된 부위를 통해 국부적 후면전계층과 후면전극이 전기적으로 연결되는 구조(locally contact)를 이루는데, 패시베이션층의 역할을 극대화하기 위해서는 패시베이션층의 개구 부위가 최소화되어야 하며, 이와 함께 개구된 부위의 전기적 접촉 특성이 담보되어야 한다. In the PERL type solar cell, a part of the passivation layer is opened and locally contacted with the local rear whole layer and the rear electrode through the opened part. In order to maximize the role of the passivation layer The opening portion of the passivation layer should be minimized and the electrical contact characteristics of the open portion must be ensured.
종래의 경우, 후면전극과 국부적 후면전계층을 형성하기 위해 패시베이션층 전면 상에 Al 페이스트를 도포, 소성하는 방법을 택하고 있다. 이와 같이 패시베이션층 전면 상에 고가의 Al 페이스트를 도포함에 따라 제조비용이 상승되는 문제점이 있다. Conventionally, a method of applying and firing an Al paste on the entire surface of the passivation layer to form a backside electrode and a local rear whole layer is adopted. Thus, there is a problem that the manufacturing cost is increased by applying the expensive Al paste on the entire surface of the passivation layer.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 패시베이션층의 개구부위에 선택적으로 도전성 페이스트를 도포, 소성하여 국부적 후면전계층 및 국부적 후면전극을 형성함으로써 양면수광이 가능함과 함께 도전성 페이스트의 소모량을 최소화할 수 있는 양면수광형 PERL 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, in which a conductive paste is selectively applied and fired on an opening portion of a passivation layer to form a local rear- Side light receiving type PERL solar cell and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법은 p형 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 상부에 n형 에미터를 형성하는 단계와, 상기 기판 후면 상에 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면의 표면이 노출되도록 상기 패시베이션층을 국부적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 패시베이션층의 상기 콘택홀 상에 3가 금속을 포함하는 도전성 페이스트를 도포하는 단계 및 상기 도전성 페이스트를 소성하여 국부적 후면전극 형성함과 함께 상기 기판 후면 내부에 국부적 후면전계층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a double-side light receiving type PERL solar cell, comprising: preparing a p-type crystalline silicon substrate; forming an n-type emitter on the substrate; Forming a contact hole by locally etching the passivation layer such that a surface of the substrate rear surface is exposed; forming a conductive paste containing a trivalent metal on the contact hole of the passivation layer, And firing the conductive paste to form a local rear electrode, and forming a local rear whole layer inside the rear surface of the substrate.
상기 패시베이션층의 상기 콘택홀 상에 도전성 페이스트를 도포하는 단계에 있어서, 도포되는 도전성 페이스트의 폭은 상기 콘택홀의 폭 대비 2∼10배이다. 또한, 상기 콘택홀은 선(line) 형태 또는 점(point) 형태로 형성될 수 있다. 상기 콘택홀이 선 형태로 구성되는 경우 일정 폭과 길이를 갖는 콘택홀이 이격되어 반복 배치되는 형태를 이루며, 상기 콘택홀이 점 형태로 구성되는 경우 일정 지름을 갖는 콘택홀이 전후좌우로 일정 간격 이격되어 배치되는 형태를 이룬다. In the step of applying the conductive paste on the contact hole of the passivation layer, the width of the conductive paste to be applied is 2 to 10 times the width of the contact hole. In addition, the contact holes may be formed in a line shape or a point shape. When the contact holes are formed in a line shape, the contact holes having a predetermined width and length are spaced apart and repeatedly arranged. When the contact holes are formed in a point shape, the contact holes having a predetermined diameter are spaced at predetermined intervals So that they are spaced apart.
본 발명에 따른 양면수광형 PERL 태양전지는 p형 결정질 실리콘 기판과, 상기 기판 후면 상에 구비되며, 콘택홀을 구비하는 패시베이션층 및 상기 콘택홀을 매개로 전기적으로 연결되는 기판 후면 내부의 국부적 후면전계층과 패시베이션층 상의 국부적 후면전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
A double-sided light receiving type PERL solar cell according to the present invention comprises a p-type crystalline silicon substrate, a passivation layer provided on a rear surface of the substrate and including a contact hole, And a local back electrode on the entire layer and the passivation layer.
본 발명에 따른 양면수광형 PERL 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The double-sided light receiving type PERL solar cell and its manufacturing method according to the present invention have the following effects.
국부적 후면전계층과 연결되는 기판 후면의 후면전극을 패시베이션층 전체 면적의 일부에만 형성되도록 함으로써 양면수광형 태양전지의 효과를 얻을 수 있으며, 후면전극 형성에 소요되는 도전성 페이스트의 소모량을 최소화할 수 있게 되어 제조비용을 절감할 수 있다.
The effect of the double-sided light receiving type solar cell can be obtained by forming the rear electrode on the rear surface of the substrate connected to the local back surface front layer only in a part of the entire area of the passivation layer, and the consumption amount of the conductive paste required for forming the back electrode can be minimized So that the manufacturing cost can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도. 1 is a schematic view of a double-side light receiving type PERL solar cell according to an embodiment of the present invention.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a PERL solar cell.
FIGS. 3A to 3D are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a double-side light receiving type PERL solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 PERL(passivated emitter with rear locally diffused) 태양전지를 구현함에 있어서, 후면 패시베이션층의 개구부위에만 선택적으로 도전성 페이스트를 도포, 소성하여 국부적 후면전극 및 국부적 후면전계층(locally back surface field)을 형성하는 기술을 제시한다. 패시베이션층 상에 후면전극이 국부적으로 형성됨에 따라 패시베이션층의 일부가 노출되고, 이에 따라 양면수광형 태양전지의 구현이 가능하게 되며 도전성 페이스트의 소모량을 종래 기술에 대비하여 절감할 수 있게 된다. In the implementation of passive emitter with rear locally diffused (PERL) solar cell, a conductive paste is selectively applied and fired only over the opening of the rear passivation layer to form a local back electrode and a locally back surface field And the like. A portion of the passivation layer is exposed as the rear electrode is formed locally on the passivation layer, thereby enabling the implementation of a double-sided light receiving solar cell and reducing the consumption amount of the conductive paste in comparison with the prior art.
한편, 패시베이션층의 개구부위에만 도전성 페이스트가 도포됨으로 인해 국부적 후면전계층의 형성이 불완전해질 가능성이 있으나, 본 발명에서는 패시베이션층의 개구 폭 대비 도전성 페이스트의 도포 폭에 대한 최적 수치를 적용함으로써 국부적 후면전계층의 형성 신뢰성을 담보할 수 있다. 구체적으로, 도전성 페이스트의 도포 폭은 패시베이션층의 개구 폭 대비 2∼10배를 갖는다. 도전성 페이스트의 도포 폭이 패시베이션층의 개구 폭 대비 2배 이하인 경우, 도전성 페이스트 내의 금속(예를 들어, Al)의 실리콘 기판으로의 확산이 더디게 진행되어 실리콘 기판 내부에 공융층(eutectic layer)이 형성되지 않아 후면전계층이 구현되지 않는다. 또한, 도전성 페이스트의 도포 폭이 패시베이션층의 개구 폭 대비 10배 이상인 경우 패시베이션층 상에 도포되는 도전성 페이스트의 면적이 증가되어 양면수광형 태양전지의 효과를 기대하기 어렵다. On the other hand, there is a possibility that the formation of the local rear whole layer may be incomplete due to the application of the conductive paste only on the opening portion of the passivation layer. In the present invention, by applying the optimal numerical value to the width of the conductive paste to the opening width of the passivation layer, The formation reliability of the entire layer can be ensured. Specifically, the application width of the conductive paste is 2 to 10 times the opening width of the passivation layer. Diffusion of the metal (for example, Al) in the conductive paste into the silicon substrate progresses slowly and the eutectic layer is formed in the silicon substrate when the application width of the conductive paste is twice or less than the opening width of the passivation layer So the back-layer is not implemented. In addition, when the application width of the conductive paste is 10 times or more the opening width of the passivation layer, the area of the conductive paste applied on the passivation layer is increased, and the effect of the double-side light receiving solar cell is difficult to expect.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a double-side light receiving type PERL solar cell according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지는 제 1 도전형의 기판(301)을 구비한다. 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 이하에서는 제 1 도전형은 p형, 후술하는 제 2 도전형은 n형으로 정하기로 한다. Referring to FIG. 1, a double-side light receiving type PERL solar cell according to an embodiment of the present invention includes a
상기 기판(301) 상부에는 n형 에미터(302)가 구비되며, 상기 n형 에미터(302) 상에는 반사방지막(303) 및 전면전극이 구비된다. 또한, 상기 기판(301) 후면 상에는 패시베이션층(304)이 구비된다. 상기 패시베이션층(304)에는 콘택홀(305)이 구비되며, 상기 콘택홀(305)을 매개로 국부적 후면전계층과 국부적 후면전극이 서로 연결된다. 상기 국부적 후면전계층은 상기 콘택홀(305) 하부의 기판(301) 내부에 구비되며, 상기 국부적 후면전극은 콘택홀(305) 상부의 패시베이션층(304) 상에 구비된다. 상기 국부적 후면전계층은 제 2 도전형 즉, n형이다. 이와 함께 상기 패시베이션층(304) 상에는 후면 버스바가 구비되며, 상기 후면 버스바는 상기 국부적 후면전극과 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 국부적 후면전극의 폭은 상기 콘택홀(305)의 폭 대비 2∼10배로 설정되어야 하며, 그 이유는 후술하는 양면수광형 PERL 태양전지 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다.
An n-
본 발명의 일 실시예에 따른 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다. A method for manufacturing a double-side light receiving type PERL solar cell according to an embodiment of the present invention will be described below.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 먼저 p형 결정질 실리콘 기판(301)을 준비한다(S201). 그런 다음, 텍스쳐링 공정을 통해 기판(301) 표면을 요철 형상으로 가공하여 빛 반사를 최소화시킨다. 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301)의 전면 및 후면에 모두 적용할 수 있고, 기판(301)의 전면에만 적용할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3A, a p-type
이어, n형 에미터(302) 형성 공정을 진행한다(S202). 구체적으로, 챔버 내에 상기 기판(301)을 구비시킨 상태에서 n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급함과 함께 기판(301)을 확산 열처리한다. 상기 확산 열처리에 의해, 상기 기판(301) 둘레를 따라 기판(301) 내부에 인(P) 이온이 확산된 n형 에미터(302)가 일정 깊이로 형성된다. Next, a process of forming the n-
이와 같은 상태에서, n형 에미터(302)의 확산 부산물인 PSG막(phosphor-silicate glass)을 제거하고, 기판(301) 후면의 일정 두께를 식각하여 기판(301) 후면부에 형성된 n형 에미터(302)를 제거한다. In this state, the PSG film (phosphor-silicate glass), which is the diffusion by-product of the n-
그런 다음, 기판(301) 전면 상에 반사방지막(303)을 형성한다(S203). 상기 반사방지막(303)은 실리콘 질화막(SiNx) 재질로 형성할 수 있다. 이어, 도 3b를 참조하면, 상기 기판(301) 후면 상에 표면 부동화 및 반사방지 역할을 하는 패시베이션층(304)을 형성한다(S204). 상기 패시베이션층(304)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘질화산화막(SiOxNy)으로 구성하거나, Al2O3 재질로 구성할 수도 있다. Al2O3 재질의 패시베이션층(304)은 원자층 증착방법(ALD, atomic layer deposition)을 통해 적층하는 것이 바람직하다. Then, an
상기 기판(301) 후면에 패시베이션층(304)이 형성된 상태에서, 상기 패시베이션층(304)의 일부를 제거하여 콘택홀(305)을 형성한다(S205). 상기 콘택홀(305)에 의해 기판(301) 후면의 표면이 노출된다. 상기 콘택홀(305)은 레이저 식각 공정(laser ablation)을 통해 형성할 수 있으며, 선(line) 형태 또는 점(point) 형태로 콘택홀(305)을 형성할 수 있다. 콘택홀(305)이 선 형태로 구성되는 경우 일정 폭과 길이를 갖는 콘택홀(305)이 이격되어 반복 배치되는 형태를 이루며, 콘택홀(305)이 점 형태로 구성되는 경우 일정 지름을 갖는 콘택홀(305)이 전후좌우로 일정 간격 이격되어 배치되는 형태를 이룬다. A portion of the
이어, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 패시베이션층(304) 상에 후면 버스바가 형성될 영역 상에 후면 버스바 형성을 위한 Ag 페이스트(도시하지 않음)를 도포한다(S206). 그런 다음, 국부적 후면전계층 및 국부적 후면전극을 형성하기 위해 상기 콘택홀(305)이 충분히 채워지도록 상기 콘택홀(305) 상에 도전성 페이스트(306)를 도포한다(S207). 상기 도전성 페이스트(306)로는 3가 금속이 포함된 페이스트가 사용 가능하며 일 실시예로 Al 페이스트가 특정될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3C, an Ag paste (not shown) for forming a rear bus bar is applied on a region where the rear bus bar is to be formed on the passivation layer 304 (S206). The
상기 콘택홀(305) 상에 도전성 페이스트(306)를 도포할 때, 도포되는 도전성 페이스트(306)의 폭은 상기 콘택홀(305)의 폭 대비 2∼10배로 설정되어야 한다. 도포되는 도전성 페이스트(306)의 폭(W1)이 상기 콘택홀(305)의 폭(W2) 대비 2배 이하이면 도전성 페이스트(306) 내의 금속(예를 들어, Al)의 실리콘 기판(301)으로의 확산이 더디게 진행되어 실리콘 기판(301) 내부에 공융층(eutectic layer)이 형성되지 않아 후면전계층이 구현되지 않는다. 또한, 도전성 페이스트(306)의 도포 폭이 콘택홀(305)의 폭 대비 10배 이상인 경우 패시베이션층(304) 상에 도포되는 도전성 페이스트(306)의 면적이 증가되어 양면수광형 태양전지의 효과를 기대하기 어렵다. 이와 같은 상태에서, 상기 기판(301) 전면의 반사방지막(303) 상에 전면전극 형성을 위한 페이스트(307)를 도포한다. When the
그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)을 소성하면 상기 기판(301) 전면에는 전면전극(310)이 형성되고, 기판(301) 후면에는 후면 버스바(도시하지 않음)가 형성된다(S208). 이와 함께 기판(301) 후면에 있어서, 콘택홀(305)을 덮고 있는 도전성 페이스트(306)가 소성되어 국부적 후면전극(308)이 형성되며, 도전성 페이스트(306)의 금속(예를 들어, Al)이 기판(301) 내부로 확산되어 실리콘과 반응함으로써 공융층이 형성되고 궁극적으로 Al이 확산된 국부적 후면전계층(309)이 형성된다.
3D, when the
301 : p형 결정질 실리콘 기판 302 : n형 에미터
303 : 반사방지막 304 : 패시베이션층
305 : 콘택홀
306 : 국부적 후면전극 형성을 위한 페이스트
307 : 전면전극 형성을 위한 페이스트
308 : 국부적 후면전극 309 : 국부적 후면전계층
310 : 전면전극301: p-type crystalline silicon substrate 302: n-type emitter
303: antireflection film 304: passivation layer
305: Contact hole
306: Paste for local back electrode formation
307: Paste for forming the front electrode
308: Local backside electrode 309: Local backside front layer
310: front electrode
Claims (6)
상기 기판 상부에 n형 에미터를 형성하는 단계;
상기 기판 후면 상에 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 기판 후면의 표면이 노출되도록 상기 패시베이션층을 국부적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계;
상기 패시베이션층의 상기 콘택홀 상에 3가 금속을 포함하는 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 및
상기 도전성 페이스트를 소성하여 국부적 후면전극 형성함과 함께 상기 기판 후면 내부에 국부적 후면전계층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법.
preparing a p-type crystalline silicon substrate;
Forming an n-type emitter on the substrate;
Forming a passivation layer on the backside of the substrate;
Forming a contact hole by locally etching the passivation layer such that a surface of the substrate rear surface is exposed;
Applying a conductive paste containing a trivalent metal on the contact hole of the passivation layer; And
And firing the conductive paste to form a local backside electrode and forming a local backside layer inside the backside of the substrate.
도포되는 도전성 페이스트의 폭은 상기 콘택홀의 폭 대비 2∼10배인 것을 특징으로 하는 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein in the step of applying a conductive paste onto the contact hole of the passivation layer,
Wherein the width of the conductive paste to be applied is 2 to 10 times the width of the contact hole.
2. The method of claim 1, wherein the contact holes are formed in a line shape or a point shape.
상기 콘택홀이 점 형태로 구성되는 경우 일정 지름을 갖는 콘택홀이 전후좌우로 일정 간격 이격되어 배치되는 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 양면수광형 PERL 태양전지의 제조방법.
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein when the contact holes are formed in a line shape, the contact holes having a predetermined width and length are repeatedly arranged apart from each other,
Wherein when the contact holes are formed in a point shape, the contact holes having a predetermined diameter are arranged at predetermined intervals in the front, rear, left, and right directions.
상기 기판 후면 상에 구비되며, 콘택홀을 구비하는 패시베이션층; 및
상기 콘택홀을 매개로 전기적으로 연결되는 기판 후면 내부의 국부적 후면전계층과 패시베이션층 상의 국부적 후면전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면수광형 PERL 태양전지.
a p-type crystalline silicon substrate;
A passivation layer provided on the rear surface of the substrate, the passivation layer including a contact hole; And
And a local backside layer on the backside of the substrate and a local backside electrode on the passivation layer that are electrically connected through the contact hole.
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