KR20150107070A - 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 태양전지의 실리콘 기판 위에 텍스처링과 도핑을 실시하여 에미터부를 형성하고, 상기 에미터부 전면에 반사방지막(ARC)을 형성하며, 상기 에미터부 상에 반사방지막(ARC)을 관통하는 헤비도핑(heavy doping) 영역을 레이저 조사에 의해 형성하여 선택 에미터 구조를 형성하는 방법에 있어서, 인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 때 상기 인쇄전극의 선폭보다 좁은 헤비도핑(heavy doping) 영역이 형성되도록 한 것이며, 전극을 형성하는 은(Ag) 페이스트가 에미터부와 접촉하는 면적을 최소화하여 실리콘질화(SiNx)막으로 된 반사방지막(ARC)의 손상 영역을 최소화함으로써, 추가적인 개방전압(Voc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 상세하게는 실리콘 기판 상에 형성된 에미터부와 반사방지막에 레이저 도핑에 의해 상기 반사방지막을 관통하는 헤비도핑 영역을 형성하되, 상기 헤비도핑 영역에 인쇄소성에 의해 형성되는 인쇄전극의 선폭보다 좁은 헤비도핑 영역을 갖도록 레이저 도핑하여 형성하는 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 관한 것이다.
종래 일반적인 태양전지는 도 5에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판에 함몰부를 형성하는 텍스처링(Texturing) 공정, 텍스처링된 실리콘 기판 상에 PoCl3에 의한 도핑으로 에미터(emitter)부를 형성하는 공정, 도핑에 의해 생성된 산화막(PSG:phosphor-silicate glass) 제거 및 후면 습식 분리(Wet isolation) 공정, 상기 에미터부 상에 실리콘질화(SiNx)막의 전면 반사방지막(ARC)을 형성하는 공정, 상기 반사방지막 상에 은(Ag) 금속 페이스트의 인쇄 및 건조, 상기 실리콘 기판의 후면에 Al(알류미늄) 금속 페이스트의 인쇄 및 건조, 상기 실리콘 기판을 열처리하여 금속전극을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이러한 일반적인 태양전지는 에미터 영역에서 전하의 재결합 속도가 매우 큰 문제가 있다. 에미터 영역에서의 전하의 재결합을 낮추기 위해서 수광부 아래에 위치하는 에미터 영역은 고면저항을 형성하고, 전극부 아래에 위치하는 에미터 영역은 저면저항을 형성하여, 전하의 재결합 속도는 낮추고, 금속이 실리콘 접촉할 때 발생하는 접촉저항을 낮추는 선택적 에미터 형성 기술이 적용되고 있다.
더욱이 종래 일반적인 선택적 에미터의 전극부 아래에 위치하는 저면저항 영역의 선폭은 약 100~200㎛의 넓은 선폭을 형성함으로써 에미터부의 전하의 재결합을 감소하는데 한계를 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 에미터부에 전극을 형성하기 위한 헤비도핑 영역을 레이저 조사에 의해서 선폭을 10㎛ 정도 상기 전극의 선폭보다 좁게 형성함으로써, 금속전극이 에미터부와 접촉하는 면적을 최소화하도록 한 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법을 제공함에 있다.
다른 목적은 상기 전극을 형성하는 페이스트로 반사방지막을 뚫지 못하는 고온의 페이스트를 사용함으로써 상기 반사방지막의 손상을 최소화하도록 한 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 상기한 선택 에미터 구조 형성방법에 의해 만들어진 태양전지를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법은, 태양전지의 실리콘 기판 위에 텍스처링과 도핑을 실시하여 에미터부를 형성하고, 상기 에미터부 전면에 반사방지막(ARC)을 형성하며, 상기 에미터부 상에 반사방지막(ARC)을 관통하는 헤비도핑(heavy doping) 영역을 레이저 조사에 의해 형성하여 선택 에미터 구조를 형성하는 방법에 있어서, 인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 때 상기 인쇄전극의 선폭보다 좁은 헤비도핑(heavy doping) 영역이 형성되도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
또 헤비도핑(heavy doping) 영역의 선폭은 5㎛에서 20㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기 인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 ?, 상기 인쇄전극의 선폭은 30㎛에서 100㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기 인쇄전극은 은(Ag) 페이스트를 인쇄소성에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기한 선택 에미터 구조 형성방법에 의해 만들어진 태양전지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 의하면, 전극을 형성하는 은(Ag) 페이스트가 에미터부와 접촉하는 면적을 최소화하여 실리콘질화(SiNx)막으로 된 반사방지막(ARC)의 손상 영역을 최소화함으로써, 추가적인 개방전압(Voc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
또 태양전지의 수광부, 전극 접촉부의 도핑 프로파일 변화에 제약을 받지 않게 되므로 최적화 구조에 따른 추가적인 효율 상승을 가져올 수 있는 효과가 있다.
또 종래 헤비도핑 영역보다 훨씬 좁은 선폭을 갖는 헤비도핑 영역에 의해 전하의 재결합 손실을 줄여 추가적인 개방전압(Voc) 및 단락전류밀도(Jsc)의 상승을 가져오는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법의 공정도
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법을 나타내는 상기 태양전지의 단면 모식도
도 3은 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법에 이용되는 레이저 도핑 패턴의 개략적인 평면도
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법으로 형성되는 전극을 보여주는 태양전지의 개략적인 평면도
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법을 나타내는 상기 태양전지의 단면 모식도
도 3은 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법에 이용되는 레이저 도핑 패턴의 개략적인 평면도
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법으로 형성되는 전극을 보여주는 태양전지의 개략적인 평면도
이하, 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법의 공정도를 도시한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법은 실리콘 기판에 함몰부를 형성하는 텍스처링(Texturing) 공정, 텍스처링된 실리콘 기판에 PoCl3에 의한 도핑으로 에미터(emitter)부를 형성하는 공정, 도핑에 의해 생성된 산화막(PSG:phosphor-silicate glass) 제거 및 후면 습식 분리(Wet isolation) 공정, 상기 에미터부에 실리콘질화(SiNx)막의 전면 반사방지막(ARC) 형성하는 공정, 인쇄 및 건조에 의해 상기 에미터부와 접촉하도록 반사방지막(ARC) 상에 형성하는 전면 전극(finger) 형성 공정, 인쇄 및 건조에 의해 실리콘 기판의 후면에 형성하는 후면 전극(busbar) 형성 공정 및 열처리 공정으로 이루어지되, 상기 전면 반사방지막(ARC) 형성 공정과 전면 전극 형성 공정 사이에 인산을 도포하는 인산코팅을 상기 반사방지막(ARC)에 실시하고, 전면 전극이 형성될 반사방지막의 부위에 레이저 도핑에 의해 상기 전면 전극보다 선폭이 좁은 헤비도핑(heavy doppping) 영역으로 선택 에미터(emitter)부를 형성한 후 세정하는 공정이 추가된다. 이때 상기 헤비도핑(heavy doppping) 영역의 선폭은 5㎛에서 20㎛ 이하로 형성한다.
여기서 상기 실리콘 기판은 P형 및 N형 기판이 모두 사용되며, 인(P)이 아닌 붕소(B)에 의해 도핑을 하는 경우 생성되는 산화막은 BSG(boro-silicate glass)이다.
한편 상기 인산코팅과 세정 공정은 레이저 조건에 따라 생략할 수도 있는데, 상기 레이저로 demage free한 레이저를 사용하는 경우 레이저 도핑의 1공정만 실시하지만, 그렇지 않은 경우 인산코팅/레이저 도핑/세정의 3공정으로 모두 실시하게 된다.
이러한 상기 공정도에 따른 본 발명의 선택 에미터 구조 형성방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법을 나타내는 상기 태양전지의 단면 모식도를 도시한 것이다.
먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, P형 기판(1)의 상층부에 N+ 도핑부(2)를 형성하고, 상기 N+ 도핑부(2) 상에 반사방지막(ARC)(7)을 형성한다.
다음에 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 반사방지막(ARC)(7)의 전극이 형성될 부위에 레이저 도핑에 의해 일정한 패턴으로 PoCl3의 불순물 이온을 P형 기판(1) 내부로 확산시키면, 상기 반사방지막을 관통하면서 N+ 도핑부(2)의 일부가 상기 P형 기판(1)에 침투하는 헤비도핑 영역의 선택 에미터부(3)가 10㎛ 정도의 선폭으로 형성된다.
다음에 도 2c에 도시한 바와 같이, 선택 에미터부(3)에 고온의 은(Ag) 페이스트로 인쇄소성에 의해 전면 전극(finger)(4)을 형성하고 건조함으로써 은(Ag) 전극의 상기 전면 전극(4)이 반사방지막(ARC)(7)은 뚫지 못하면서 상기 에미터부(3)와 접촉하도록 하되, 상기 은(Ag) 전극의 선폭은 선택 에미터부(3)의 선폭보다는 넓은 70㎛ 정도로 한다.
또한 전면 은(Ag) 전극의 형성 후 후면의 P+ 도핑부(5)에 알루미늄(Al)에 의해 후면 전극(busbar)을 형성한다.
상기한 태양전지의 실리콘 기판의 형태는 P-형/N+, P-형/P+, N-형/N+, N-형/P+ 기판 모두 중 어느 하나를 선택하여 사용해도 무방하며, 본 발명에서 레이저 도핑은 실리콘질화(SiNx)막의 전면 반사방지막(ARC)의 일부를 제거하는 레이저 제거 공정이 될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법에 이용되는 레이저 도핑 패턴의 개략적인 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법으로 형성되는 전극을 보여주는 태양전지의 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 은(Ag) 페이스트에 의해 전면 전극이 형성될 부위에 레이저 도핑으로 선택 에미터부(3)를 형성하게 되는 레이저 도핑 패턴을 보여주고 있으며, 단순화를 위해 1 버스바(busbar) 형태로 도시하였지만, 실제 패턴은 3 버스바(busbar)일 수 있으며 상기 버스바의 개수에 제한은 없다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 도핑에 의해 선택 에미터부(3)가 형성된 부위에 은(Ag) 페이스트로 스크린 인쇄소성하여 후면 전극(busbar)(6)에 연결되는 다수의 전면 전극(finger)(4)을 보여주고 있다. 이때 상기 인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 ?, 상기 인쇄전극의 선폭은 30㎛에서 100㎛ 이하로 형성하며, 상기 인쇄전극은 은(Ag) 페이스트를 인쇄소성에 의해 형성한다.
한편 상기 레이저 도핑 패턴과 스크린 인쇄 전극이 형성될 패턴의 위치에 미리 얼라인 마킹(align marking)을 하여 정확한 위치에서 레이저 도핑에 의해 선택 에미터부(3)와 전면 전극(4)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : P+형 기판
2 : N+ 도핑부
3 : 선택 에미터부 4 : 전면 전극(finger)
5 : P+ 도핑부 6 : 후면 전극(busbar)
7 : 반사방지막(ARC)
3 : 선택 에미터부 4 : 전면 전극(finger)
5 : P+ 도핑부 6 : 후면 전극(busbar)
7 : 반사방지막(ARC)
Claims (4)
- 태양전지의 실리콘 기판 위에 텍스처링과 도핑을 실시하여 에미터부를 형성하고, 상기 에미터부 전면에 반사방지막(ARC)을 형성하며, 상기 에미터부 상에 반사방지막(ARC)을 관통하는 헤비도핑(heavy doping) 영역을 레이저 조사에 의해 형성하여 선택 에미터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 때 상기 인쇄전극의 선폭보다 좁은 헤비도핑(heavy doping) 영역이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법. - 제1항에 있어서,
헤비도핑(heavy doping) 영역의 선폭은 5㎛에서 20㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 인쇄소성에 의해 인쇄전극을 상기 헤비도핑(heavy doping) 영역에 인쇄할 ?, 상기 인쇄전극의 선폭은 30㎛에서 100㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 인쇄전극은 은(Ag) 페이스트를 인쇄소성에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법.
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| KR1020140029425A KR20150107070A (ko) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | 태양전지의 선택 에미터 구조 형성방법 및 이에 의한 태양전지 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180001183A (ko) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 현대중공업그린에너지 주식회사 | 태양전지의 전면전극 구조 및 그 형성방법 |
| CN112071958A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-11 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种新型p型晶硅电池发射极接触钝化制备工艺 |
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2014
- 2014-03-13 KR KR1020140029425A patent/KR20150107070A/ko not_active Application Discontinuation
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