KR20150089700A - 태양전지의 표면 처리 방법 - Google Patents

태양전지의 표면 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150089700A
KR20150089700A KR1020140010614A KR20140010614A KR20150089700A KR 20150089700 A KR20150089700 A KR 20150089700A KR 1020140010614 A KR1020140010614 A KR 1020140010614A KR 20140010614 A KR20140010614 A KR 20140010614A KR 20150089700 A KR20150089700 A KR 20150089700A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon substrate
silicon
textured
solar cell
silicon substrates
Prior art date
Application number
KR1020140010614A
Other languages
English (en)
Inventor
서화일
노시철
최정호
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority to KR1020140010614A priority Critical patent/KR20150089700A/ko
Publication of KR20150089700A publication Critical patent/KR20150089700A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02019—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 태양전지의 표면을 처리할 때 실리콘기판의 내부 광 반사율이 증가되고, 균일한 전계층의 형성으로 누설전류와 직렬저항이 감소되어 태양전지의 광전변환효율이 향상되며, 처리량이 증가되어 공정 단가가 절감되도록 한 기술에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 표면손상 제거공정에 의해 표면에 존재하는 결함이 제거된 2 장의 실리콘기판을 서로 접합하는 실리콘기판 접합공정; 상기와 같이 접합된 2 장의 실리콘기판의 표면을 텍스쳐링하는 텍스쳐링공정; 및 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리하는 실리콘기판 분리공정;을 포함한다.

Description

태양전지의 표면 처리 방법{SURFACE PROCESSING METHOD FOR SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지의 표면 처리 기술에 관한 것으로, 특히 태양전지의 표면 처리 공정에 의해 실리콘기판의 내부 광 반사율이 증가되고, 균일한 전계층의 형성으로 누설전류와 직렬저항이 감소되어 태양전지의 광전변환효율이 향상되며, 처리량이 증가되어 공정 단가가 절감되도록 한 태양전지의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
근래 들어, 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석 연료의 사용 증가로 인하여 화석 연료 자원이 점차 고갈되는 실정에 있으며, 환경오염으로 인한 지구 온난화 현상이 나타나고 있다. 이에 따라, 기존의 화석연료를 대체할 에너지 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 실정에 있다. 화석연료의 대체 에너지의 대표적인 예로써, 태양전지(solar Cell)를 들 수 있는데, 그 이유는 에너지 자원이 영구적이고 환경오염을 유발시키지 않기 때문이다.
도 1은 종래의 표면 처리 기술에 따른 태양전지의 층 구조로서 이에 도시한 바와 같이, 태양전지(100)는 실리콘기판(110), 이미터층(120), 전면 반사방지막(ARC, anti- reflection coating)(SiNx)(130), 상부전극(140), 하부전극(150)을 구비한다.
p형의 실리콘기판(이하,'실리콘기판'이라 칭함)(110)과 n형의 이미터층(이하,'이미터층'이라 칭함)(120)은 서로 다이오드와 같은 접합 구조로 태양전지를 구성하며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 음(-) 전하를 띤 전자(electron)와 양(+) 전하를 띤 정공(hole)이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.
이와 같은 현상을 광기전력효과(photovoltaic effect)라 하는데, 이 광기전력효과에 의해 전자는 n형 이미터층(120) 쪽으로 끌어 당겨져 상부전극(140)으로 이동되고, 정공은 p형 실리콘기판(110) 쪽으로 끌어 당겨져 하부전극(150)으로 이동하게 된다. 따라서, 상기 상부전극(140)과 하부전극(150)에 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 이들로부터 전력을 얻을 수 있게 된다.
태양전지 제조과정에서 고효율 태양전지 제조를 위한 효율 향상 방안으로 텍스쳐링(texturing) 형성공정이 수행된 후 후면을 평평하게 해주는 평탄화 공정이 수행된다. 이와 같은 평탄화 공정에 의해 소성(Firing) 공정 후 하부전극의 전계층(surface field layer)(160)이 균일하게 형성된다.
이에 따라, 상기 실리콘기판(110)과 하부전극(150)과의 옴 접촉(ohmic contact)에 따른 누설전류와 직렬저항이 줄어들고, 이에 의해 전계효과에 의한 패시베이션(passivation)으로 태양전지의 광전변환효율이 향상된다.
상기 평탄화 공정을 수행할 때, 표면손상 제거 공정 후 후면에 실리콘질화막( SiNx) 등을 장벽층(barrier layer)으로 활용하여 텍스쳐링(texturing)을 수행할 때 일측면에 불규칙한 요철 구조가 형성되는 것을 방지하는 기술이 이용되거나, 텍스쳐링(texturing)을 수행한 후 일측면을 화학적 기계적 연마(CMP, chemical mechanical polishing)로 불규칙한 요철 구조를 연마하여 평평하게 만드는 기술이 이용되었다.
종래의 태양전지의 표면 처리 기술에서와 같이 평탄화 공정에서 실리콘질화막(SiNx) 등을 장벽층으로 활용하기 위해서는 실리콘질화막(SiNx) 등을 증착하는 공정과 증착한 실리콘질화막(SiNx) 등을 제거하는 공정이 추가된다. 그런데, 실리콘질화막(SiNx) 증착할 때 고온의 공정으로 인하여 태양전지가 열적 스트레스(thermal stress)를 받게 되고, 실리콘질화막(SiNx)을 제거할 때 사용되는 화학 약품이나 가스로 인하여 태양전지가 화학적 손상(chemical damage)을 받게 되는 문제점이 있다. 또한, 실리콘질화막(SiNx)을 완벽하게 제거하지 못하여 실리콘기판과 하부전극과의 옴 접촉(ohmic contact)을 제어하는데 어려움이 있다. 이로 인하여 누설전류와 직렬저항을 작게 유지할 수 없게 되고, 이에 의해 광전변환효율이 높은 태양전지를 제조하는데 어려움이 있다.
그리고, 종래의 태양전지의 표면 처리 기술에서와 같이 평탄화 공정에서 화학적 기계적 연마 기술(CMP)을 이용하는 경우, 세정(cleaning) 공정과 화학적 기계적 연마로 인하여 실리콘기판 표면에서 손상된 부분이 발생되는데, 이 부분을 제대로 제거하지 못하여 태양전지의 광전변환효율이 저하되는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 태양전지의 표면 처리 기술에서와 같이 실리콘질화막(SiNx) 등을 장벽층으로 활용하거나 화학적 기계적 연마 기술을 이용하는 경우, 공히 그에 따른 공정이 추가되어 그만큼 태양전지의 제조비용이 상승되고, 생산속도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양전지의 표면 처리 공정에서 2 장의 실리콘기판을 서로 접합하고, 텍스쳐링(texturing)을 진행하여 서로 접합되어 있지 않은 일측면에 요철 구조를 형성하고, 서로 접합되어 있는 타측면에는 평평한 표면을 유지하도록 하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 표면 처리 방법은, 실리콘기판의 표면에 존재하는 결함을 제거하는 표면손상 제거공정; 상기 표면손상 제거공정에 의해 표면에 존재하는 결함이 제거된 2 장의 실리콘기판을 서로 접합하는 실리콘기판 접합공정; 상기와 같이 접합된 2 장의 실리콘기판의 표면을 텍스쳐링하는 텍스쳐링공정; 및 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리하는 실리콘기판 분리공정;을 포함한다.
본 발명은 태양전지의 표면 처리 공정을 수행할 때, 표면손상이 제거된 2 장의 실리콘기판을 서로 접합한 후 텍스쳐링(texturing)을 진행하여 접합된 실리콘기판의 일측면에만 불규칙한 요철 구조를 형성하고, 타측면에는 평평한 표면을 유지함으로써, 실리콘기판의 내부 광 반사율이 증가되고 이에 의해 광포획량이 증가되며, 소성 후 균일한 전계층이 형성되어 전계효과에 의한 패시베이션으로 태양전지의 광전변환효율이 향상된다.
이에 따라, 태양전지의 단락전류(Isc, short-circuit current)가 증가되어 태양전지의 광전변환효율이 향상된다. 또한, 통상의 태양전지 제조공정에 비하여 처리량(throughput)이 증가되어 그만큼 공정단가가 감소되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 표면 처리 기술에 따른 태양전지의 층 구조이다.
도 2는 본 발명에 의한 태양전지의 표면 처리 방법에 따른 주요 공정의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 태양전지의 표면 처리 방법에 따른 처리공정의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 태양전지의 표면 처리 방법에 따른 주요 공정의 개략도로서 이에 도시한 바와 같이, 태양전지(200)는 실리콘기판(210), 이미터층(220), 전면 반사방지막(230), 상부전극(240), 하부전극(250) 및 전계층(260)을 구비하며, 도 2의 (a)는 실리콘기판 접합공정 및 텍스쳐링공정, 도 2의 (b)는 실리콘기판 분리공정, 도 2의 (c)는 이미터층 형성공정, 도 2의 (d)는 전면 반사방지막 증착공정, 상부전극 및 하부전극 형성공정, 도 2의 (e)는 소성공정을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 태양전지의 표면 처리 방법에 따른 처리공정의 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 표면손상 제거공정(ST301), 실리콘기판 접합공정(ST302), 텍스쳐링공정(ST303), 실리콘기판 분리공정(ST304), 이미터층 형성공정(ST305), 부산물 제거공정(ST306), 전면 반사방지막 증착공정(ST307), 상부전극 및 하부전극 형성공정(ST308), 소성공정(ST309) 및 전극분리(edge isolation) 공정(ST310)을 포함한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 표면 처리방법에 대하여 설명한다.
먼저, 표면손상 제거공정(ST301)에서는 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 준비한 후, 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 표면에 존재하는 결함을 제거(SDR, saw damage removal)하는 공정을 수행한다.
상기 실리콘기판(210T),(210B)은 p형 및 n형 타입 모두 사용할 수 있지만, 소수캐리어에 해당하는 전자의 수명(lifetime)과 이동도(mobility)가 큰 것을 고려하여 p형 실리콘기판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 p형 실리콘 기판을 예로 하여 설명한다.
상기 실리콘기판(210T),(210B)의 표면손상 제거(SDR, saw damage removal) 시 습식 및 건식방법을 모두 사용할 수 있지만, 제조 원가와 생산성을 고려하여 NaOH, KOH 등의 용액으로 습식방법을 사용하는 것이 바람직하다.
실리콘기판 접합공정(ST302)에서는 상기 표면손상 제거공정(ST301)에 의해 표면에 존재하는 결함이 제거된 상기 실리콘기판(210T),(210B)을 도 2의 (a)와 같이 서로 접합하는 공정을 수행한다.
이와 같이 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 서로 접합하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)의 서로 대응되는 전체면, 가운데, 가장자리 및 가장자리의 일부분 중에서 어느 한 부분 이상을 접합하는 방법을 사용할 수 있지만, 파손과 생산성을 고려하여 가운데, 가장자리 및 가장자리의 일부분 중에서 어느 한 부분을 접합하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 접합하기 위한 접합물질은 특별히 한정되지 않으며, 물(H2O), 감광액(photoresist), 이소프로필알코올(IPA, isopropyl alcohol) 등의 용액, 풀(paste), 테이프 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 용액을 사용하여 접합하는 경우, 용액을 사용하여 상기 실리콘기판(210T),(210B)을 접합하거나, 그대로 접합한 후 용액에 담궈서 실리콘기판(210T),(210B)의 접합면 사이에 용액이 스며들어 접합되도록 할 수 있다.
텍스쳐링공정(ST303)에서는 태양전지(200)의 광흡수율을 높이기 위하여 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 표면을 텍스쳐링(texturing)하는 공정을 수행한다. 이에 의해, 상기와 같이 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)의 노출된 양측면에 불규칙한 요철 구조(또는 피라미드 구조)가 형성되는 반면, 서로 접합된 타측면에는 원래의 평평한 표면이 그대로 유지된다.
이에 따라, 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 평평한 표면에서 내부 광 반사율이 증가하여 외부로 투과되는 광이 줄어들어 태양전지(200)의 광전변환효율이 저하되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
그리고 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 평평한 표면에서 소성 후 균일한 하부전극의 전계층(260)이 형성되어 누설전류와 직렬저항이 감소되고 이로 인해 태양전지(200)의 광전변환효율이 향상된다. 또한, 통상의 태양전지 제조공정에 비하여 처리량(throughput)이 증가하므로 그만큼 공정단가가 감소된다.
본 발명에서의 텍스쳐링 방법은 특별히 한정되지 않고 알칼리성이나 산성을 띄는 용액을 이용하는 습식방법 및 플라즈마를 이용하는 건식방법 모두 사용할 수 있다. 하지만, 태양전지(200)의 제조 원가와 생산성을 고려하여 NaOH, KOH, IPA, HNO3, HF 등의 용액으로 습식방법을 사용하는 것이 바람직하다.
실리콘기판 분리공정(ST304)에서는 상기와 같이 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 서로 분리하는 공정을 수행한다.
여기서, 상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 분리하는 방법은 특별히 한정되는 것이 아니라, 상기 실리콘기판(210T),(210B)을 물리적으로 직접 분리하거나 진공(vacuum) 장치를 이용하여 분리하거나, 용액을 이용하여 분리하거나, 레이저(laser)를 이용하여 분리하거나 연마(grinding)를 통해 분리할 수 있다.
상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 물리적으로 직접 분리하거나 진공(vacuum) 장치를 사용하여 분리하는 경우, 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 일측을 고정시킨 후 타측을 분리하는 방법이나 양측을 동시에 분리하는 방법을 모두 사용할 수 있다. 이때, 고무, 흡착판, 진공 챔버(chamber) 등의 기구를 사용할 수 있으며, 열, 플라즈마 등의 에너지로 N2, CDA(Clean Dry Air) 등의 소스를 이용할 수 있다.
상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 용액을 사용하여 분리하는 경우, 초음파 등을 이용하여 아세톤(acetone), 메탄올(methanol), 황산(H2SO4), 불산(HF), 과산화수소(H2O2), 이소프로필알코올(IPA, isopropyl alcohol), 물(H2O) 등을 사용할 수 있으며, 상기 제2 공정(ST302)에서 사용된 물질의 특성에 따라 용액의 종류, 농도, 온도, 시간 등을 조절하여 실리콘기판 분리공정을 수행할 수 있다.
상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 레이저(laser)를 사용하여 분리하는 경우, 상기 실리콘기판(210)의 가장자리에서 홈(groove)을 내어 자르며, 레이저의 파장(wavelength), 펄스(pulse), 주파수(frequency) 및 파워(power) 등을 조절하여 실리콘기판 분리공정을 수행할 수 있다.
상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)을 연마(grinding)를 통해 분리하는 경우, 상기 실리콘기판(210T),(210B)의 가장자리나 측면을 연마할 수 있으며, 상기 제2 공정(ST302)의 접합방법에 따라 연마 속도, 시간 등을 조절하여 실리콘기판 분리공정을 수행할 수 있다.
도 2의 (b)는 상기 실리콘기판 분리공정(ST304)에 의하여, 상기 접합된 2 장의 실리콘기판(210T),(210B)으로부터 분리된 2 장 중에서 하나인 실리콘기판(210T)을 나타낸 것으로, 상기 실리콘기판(210T)을 참조하여 이후의 처리공정을 설명하면 다음과 같다.
이미터층 형성공정(ST305)에서는 도 2의 (c)에서와 같이 상기 실리콘기판(210T)의 상부에 상기 실리콘기판(210T)과 반대되는 타입의 도전형을 갖는 이미터층(220)을 증착하는 증착공정을 수행한다.
여기서, 이미터층(220)을 증착하기 위해 상기 실리콘기판(210T)에 인(P)을 열확산(thermal diffusion) 도핑(doping)할 수 있다. 이와 같은 열확산 도핑을 위해 POCl3, H3PO4, PH3 등의 인(P)이 함유되거나 BBr3, BF3, B2H6 등의 붕소(B)가 함유된 소스를 이용할 수 있다.
부산물 제거공정(ST306)에서는 상기 실리콘기판(210T)에 형성된 부산물인 PSG(phosphosilicate glass)나 BSG(borosilicate glass)를 제거하는 공정을 수행한다.
여기서, HF, DHF, BOE 등의 용액을 이용한 습식방식 및 CF4, SF6 등의 소스로 플라즈마를 이용한 건식방식 모두 사용할 수 있지만, 제조 원가와 생산성을 고려하여 습식방식을 사용하는 것이 바람직하다.
전면 반사방지막 증착공정(ST307)에서는 도 2의 (d)에서와 같이 상기 이미터층(220)의 상부에 전면 반사방지막(예: SiNx 막)(230)을 증착하는 공정을 수행한다.
여기서, 상기 전면 반사방지막 증착공정은 저압 화학기상 증착법(LPCVD, low pressure chemical vapor deposition) 또는 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) 등을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 제7 공정(ST307)에서 증착된 전면 반사방지막(230)은 반사방지막(ARC)의 역할과 표면 패시베이션(passivation)의 역할, 그리고 수분, 먼지 등의 외부환경으로 부터 소자를 보호하는 역할을 한다.
상기 반사방지막(ARC)은 실리콘기판을 통하여 입사된 빛이 이미터층(220)에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써 태양전지(200)의 광전변환효율을 저하시키는 현상을 방지하는 역할을 한다.
상기 반사방지막(ARC)의 물질로서, 태양전지(200)의 표면에서 전지 표면과 반응하지 않고, 태양전지(200) 표면을 보호할 수 있는 SiO2 등의 실리콘 산화물(SiOx), Si3N4 등의 실리콘 질화물(SiNx) 또는 TiO2 등이 사용될 수 있다.
상부전극 및 하부전극 형성공정(ST308)에서는 도 2의 (d)에서와 같이 상기 전면 반사방지막(230) 상부에 상부전극(240)을 형성하고, 상기 실리콘기판(210T)의 양측면 중에서 상기 이미터층(220), 전면 반사방지막(230) 및 상부전극(240)이 형성된 반대면에 하부전극(250)을 형성하는 공정을 수행한다.
여기서, 상기 상부전극 및 하부전극 형성공정(ST308)은 스크린 프린팅 기법을 사용하여 전극을 형성할 수 있다. 상기 스크린 프린팅 기법에서는 패턴이 설계된 메쉬(mesh) 위에 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 페이스트(paste) 소스를 놓고 실리콘기판에 인쇄한 후 페이스트를 건조시킨다. 상기 상부전극 및 하부전극 형성공정(ST308)에서의 상부전극(240)으로서 은(Ag) 페이스트(paste)를 사용하고, 하부전극(250)으로서 알루미늄(Al) 페이스트(paste)를 사용할 수 있다.
소성공정(ST309)에서는 도 2의 (e)에서와 같이 상기와 같이 형성된 상부전극(240)과 하부전극(250)을 고온에서 소성(firing)하여 상기 상부전극(240)이 이미터층(220)과 옴 접촉(ohmic contact)되고, 상기 하부전극(250)이 실리콘기판(210T)에 옴 접촉되도록 하는 공정을 수행한다.
이와 같은 소성공정(ST309)의 수행방법은 특별히 한정되는 것이 아니라 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 전통적인 열로(thermal furnace)나 RTP(rapid thermal process), 벨트형 인라인(belt type in-line) 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다. 여기서, 소성(firing)은 전면 반사방지막(SiNx)(230)의 특성과 전극 물질의 특성을 고려하여 온도, 시간 등을 조절하여 수행할 수 있다.
상기 소성공정(ST309)을 수행하는 시점에서 볼 때, 이전에 통상의 텍스쳐링(texturing) 방법이 사용되었다면, 실리콘기판(210T)의 후면에 불규칙한 요철 구조로 꼭대기(top), 경사면(slop), 골짜기(valley)에서 접합 깊이(junction depth), 즉 전계층이 불균일하게 존재한다. 더욱이 통상의 텍스쳐링 방법이 이용된 경우, 상기 실리콘기판(210T)의 후면의 불규칙한 요철 구조를 갖는 꼭대기(top) 부근에서는 더 깊은 접합이 형성되고, 골짜기(valley) 부근에서는 더 얇은 접합이 형성되는 문제가 있다. 이로 인해 통상의 태양전지는 누설전류(leakage current)나 직렬저항(series resistance)이 증가되어 태양전지의 광전변환효율을 감소시키는 원인이 되었다.
이에 비하여, 본 발명의 실시 예에 의한 텍스쳐링 방법이 이용된 경우, 상기 제2 공정(ST302)에 의해 상기 실리콘기판(210T) 일측면의 표면이 평평하므로 모든 곳에서 균일한 전계층(260)이 형성되어 누설전류와 직렬저항이 줄어들고, 전계효과에 의한 패시베이션으로 인하여 태양전지(200)의 광전변환효율이 향상된다.
전극분리(edge isolation) 공정(ST310)에서는 전면의 이미터층(220)과 실리콘기판(210T)의 전극을 분리하는 공정을 수행한다.
여기서, 실리콘기판(210T)이 나타나도록 레이저(laser)를 이용하여 홈(groove)을 내고, 상기 제7 공정(ST307)에 증착된 전면 반사방지막(230)의 특성에 따라 레이저의 파장(wavelength), 펄스(pulse), 주파수(frequency), 파워(power) 등을 조절한다.
이와 같은 전극분리 공정은 pn 접합에서 발생하는 누설전류로 인한 태양전지(200)의 광전변환효율 저하 현상을 방지하는 역할을 한다.
이후, 특성평가공정에서는 상기와 같은 일련의 공정(ST301-ST310)을 통해 제조가 완성된 태양전지(200)에 대하여 개방전압(Voc), 단락전류(Isc), 곡선인자(FF), 광전변환효율(efficiency) 등의 특성을 평가한다.
한편, 상기 실시예에서는 p형 실리콘기판으로 태양전지를 제조하는 공정에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, n형 실리콘기판으로 태양전지를 제조하는 공정에 상기와 같은 일련의 공정을 그대로 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지(200)의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 결정질 실리콘을 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
200 : 태양전지 210T,210B : 실리콘기판
220 : 이미터층 230 : 전면 반사방지막
240 : 상부전극 250 : 하부전극
260 : 전계층

Claims (21)

  1. 태양전지의 제조공정에서 태양전지의 후면을 처리하는 태양전지의 표면 처리 방법에 있어서,
    실리콘기판의 표면에 존재하는 결함을 제거하는 표면손상 제거공정;
    상기 표면손상 제거공정에 의해 표면에 존재하는 결함이 제거된 2 장의 실리콘기판을 서로 접합하는 실리콘기판 접합공정;
    상기 접합공정에 의해 접합된 2 장의 실리콘기판의 표면을 텍스쳐링하는 텍스쳐링공정; 및
    상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리하는 실리콘기판 분리공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 접합공정은 상기 2 장의 실리콘기판을 서로 접합할 때, 접착대상 면의 전체, 가운데 및 가장자리 중에서 어느 한 부분을 접합하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 접합공정은 상기 2 장의 실리콘기판을 서로 접합할 때, 접착대상 면의 가운데와 가장자리를 모두 접합하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 접합공정은 상기 2 장의 실리콘기판을 서로 접합할 때, 접착대상 면의 가운데와 가장자리 중 일부분의 가장자리를 접합하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 접합공정은 상기 2 장의 실리콘기판을 서로 접합할 때, 접합물질로서 물, 감광액, 이소프로필알코올(IPA), 풀 및 테이프 중에서 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 접합공정은 상기 2 장의 실리콘기판을 서로 접합할 때, 접합물질로서 물과 테이프를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 물리적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 진공(vacuum) 장치를 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 연마(grinding)를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 상기 실리콘기판의 일측을 고정시킨 후 타측을 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 상기 실리콘기판의 양측을 동시에 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 고무, 흡착판 및 진공 챔버 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 열을 가하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 플라즈마 에너지를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 초음파를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 아세톤, 메탄올, 황산, 불산, 과산화수소, 이소프로필알코올, 물, N2 및 CDA 중에서 어느 하나를 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 아세톤과 메탄올을 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 황산과 과산화수소를 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판 분리공정은 상기 텍스쳐링된 2 장의 실리콘기판을 서로 분리할 때 N2와 CDA(Clean Dry Air)를 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 표면 처리 방법.
KR1020140010614A 2014-01-28 2014-01-28 태양전지의 표면 처리 방법 KR20150089700A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010614A KR20150089700A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 태양전지의 표면 처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010614A KR20150089700A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 태양전지의 표면 처리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150089700A true KR20150089700A (ko) 2015-08-05

Family

ID=53886090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140010614A KR20150089700A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 태양전지의 표면 처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150089700A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107482081A (zh) * 2017-07-20 2017-12-15 东莞南玻光伏科技有限公司 太阳能电池片及其制备方法和太阳能电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107482081A (zh) * 2017-07-20 2017-12-15 东莞南玻光伏科技有限公司 太阳能电池片及其制备方法和太阳能电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101010286B1 (ko) 태양 전지의 제조 방법
CN113594304B (zh) 太阳能电池的制备方法及太阳能电池、光伏组件
JP2011512687A (ja) 非対称ウエーハのエッチング方法、非対称エッチングのウエーハを含む太陽電池、及び太陽電池の製造方法
JP2017504950A (ja) イオン注入を使用した太陽電池エミッタ領域製造
US20140283904A1 (en) Solar Cell of Anti Potential Induced Degradation and Manufacturing Method Thereof
KR102554563B1 (ko) 태양 전지 내의 상대적 도펀트 농도 레벨
JP2010520631A (ja) 太陽電池の製造方法及びそれによって得られた太陽電池
JP7109833B2 (ja) 半積層型フレキシブルシリコン系薄膜太陽電池、及びその製造方法
US20140048130A1 (en) Crystalline silicon solar cell water, and solar cell employing the same
KR101141578B1 (ko) 태양전지 제조방법.
KR20150089700A (ko) 태양전지의 표면 처리 방법
KR20120003732A (ko) 태양전지
KR101430054B1 (ko) 결정질 실리콘 태양전지의 제조 방법
KR101198438B1 (ko) 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
KR101506116B1 (ko) 패턴화된 태양전지용 유리기판을 제조하는 방법 및 패턴화된 태양전지용 유리기판을 이용한 태양전지 제조 방법
JP6072904B2 (ja) 光起電力素子及びその製造方法
US10483427B2 (en) Method of manufacturing solar cell
KR101134131B1 (ko) 실리콘 태양전지용 실리콘 기판 표면의 처리 방법
US20130125969A1 (en) Photovoltaic devices and methods of forming the same
JP6076814B2 (ja) 太陽電池の製造方法
KR101244791B1 (ko) 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐링 방법, 태양전지의 제조방법 및태양전지
KR20090054732A (ko) 태양전지의 제조방법
KR20130109308A (ko) 결정질 실리콘 태양전지의 제조 방법
US20180158968A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
KR20130013916A (ko) 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment