KR20160047759A - Method of fabrication and structure for multi-junction solar cell formed upon separable substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중접합 태양전지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분리 가능한 기판위에 에피택시 성장 시 분리된 다수의 다중접합 태양전지의 구조를 성장시키도록 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a structure of a multi-junction solar cell and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a structure of a multi-junction solar cell, The present invention relates to a structure of a multi-junction solar cell in which a solar cell layer of a solar cell is formed.
태양전지는 태양광선의 빛에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자이다. 태양전지의 원리는 반도체의 pn 접합부에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 접합부에 생성되고 이들 전자-전공 쌍은 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 p층으로, 정공은 n층으로 모이게 됨에 따라 pn 접합부에 전위차가 발생하게 되는 원리이다.Solar cells are a key element of solar power generation that converts solar energy directly into electrical energy. The principle of a solar cell is that when sunlight having an energy larger than the energy bandgap of a semiconductor is incident on a pn junction of a semiconductor, an electron-hole pair is generated in the junction, and the electrons- And holes are collected in the n-layer, a potential difference is generated in the pn junction.
이러한 태양전지는 현재 상용화된 제품 중 가장 좋은 효율을 갖는 제품이라도 20% 내외에 불과하여 태양광 발전의 전기 생산 단가는 매우 높다. 때문에 태양광 발전 시스템을 현실화시키기 위해서는 태양전지의 효율이 높아져야만 전체적인 태양광 발전의 전기에너지 생산원가를 낮출 수 있기 때문에 고효율 태양전지를 개발하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.These solar cells are only about 20% of the products that have the best efficiency among commercialized products, and the electricity production cost of solar power generation is very high. Therefore, in order to realize the solar power generation system, the efficiency of the solar cell must be increased to lower the production cost of the electric energy of the whole solar power generation. Therefore, researches for developing a high efficiency solar cell are actively conducted worldwide.
그런데 태양전지의 효율을 높일 수 있는 방법 중의 하나는 태양전지를 다중접합 구조로 제조하는 것으로, 태양광 스펙트럼을 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 다중접합 태양전지로는 인듐갈륨인/갈륨비소/게르마늄(InGaP/GaAs/Ge) 삼중접합 태양전지 등이 있다. 이러한 III-V 화합물반도체 다중접합 태양전지는 그 접합의 수를 늘릴수록 변환효율의 이론적인 한계치가 증가한다.One of the ways to increase the efficiency of solar cells is to fabricate solar cells with a multi-junction structure. As a multi-junction solar cell that makes more efficient use of solar spectrum, indium gallium phosphorus / gallium arsenide / germanium InGaP / GaAs / Ge) triple junction solar cell. Such a III-V compound semiconductor junction solar cell increases the theoretical limit of conversion efficiency as the number of junctions increases.
또한, 삼중접합 태양전지 구조 중에서 하층의 게르마늄(Ge) 태양전지는 일반적으로 p타입 게르마늄(Ge) 기판에 비소(As)나 인(P) 원자를 확산시켜서 pn 접합을 형성하는 에피택시 방법으로 제작된다.The germanium (Ge) solar cell in the lower layer of the triple junction solar cell structure is generally manufactured by an epitaxial method of forming pn junction by diffusing arsenic (As) or phosphorus (P) atoms on a p-type germanium do.
그런데, 이러한 태양전지의 95% 이상을 차지하고 있는 실리콘 소재가 공급 물량의 부족으로 인하여 태양전지의 생산 가격 목표인 와트당 1달러(US)로 제조하기에도 어려운 문제점이 있으며, 태양전지의 제조과정에 있어서도 제조과정중의 물리적 충격에 대한 구조적 안정성과 내구성 확보를 위해 실리콘 기판의 두께 중 95%를 더 두껍게 하고 있기 때문에 태양전지의 생산단가는 실리콘의 사용량에 의해 크게 영향을 받고 있는 문제점이 있다. However, silicon materials, which account for more than 95% of these solar cells, are difficult to manufacture at US $ 1 per watt, which is the production cost target of solar cells due to a shortage of supply. The manufacturing cost of the solar cell is greatly influenced by the amount of silicon used because the thickness of the silicon substrate is increased by 95% to ensure structural stability and durability against the physical impact during the manufacturing process.
관련 선행기술로는 한국공개특허 2010-0090181호(공개일: 2010. 08. 13)가 있다.
A related prior art is Korean Patent Publication No. 2010-0090181 (published on Aug. 13, 2010).
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 재사용할 수 있으며 분리 가능한 기판 위에 다수의 III-V 다중접합 태양전지를 형성하여 태양전지의 제작과정과 사용기간 동안 물리적 충격 등을 이겨낼 수 있는 구조적 안정성과 내구성을 갖도록 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 구조 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.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 solar cell, in which a plurality of III-V multiple junction solar cells are formed on a reusable and detachable substrate, The present invention provides a structure of a multi-junction solar cell in which a plurality of solar cell layers are formed on a detachable substrate having structural stability and durability, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명은 1회의 에피택시 성장으로 다층의 태양전지 구조를 여러개 적층함으로써 지연시간 없이 태양전지를 제조할 수 있어 태양전지의 제조비용을 절감하도록 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 구조 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention can form a solar cell with a delay time by stacking several layers of solar cell structures by one epitaxial growth, thereby forming a plurality of solar cell layers on a detachable substrate And a method of manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법은, (a) 분리할 수 있는 반도체 기판을 설치하는 단계와, (b) 상기 기판에 희생층을 형성하는 단계와, (c) 상기 희생층위에 복수의 III-V 다중접합 태양전지층을 포함하는 태양전지의 부분을 형성하는 단계, (d) 상기 III-V 다중접합 태양전지층의 외부에 해당하는 상기 태양전지의 부분위에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 안정화 셀층은 상기 III-V 다중접합 태양전지층들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p도핑과 n도핑된 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단계와, (e) 상기 희생층의 상부가 노출되도록 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층의 안쪽에 빈 공간인 갭을 형성하되, 상기 갭은 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층을 상하로 관통함과 동시에 패턴의 형상에 따라 횡방향으로 뻗으며 하나 이상이 형성됨으로써, 복수의 패턴화 셀 세그먼트 각각이 서로 완전히 분리되도록 상기 태양전지의 부분과 안정화 셀층을 함께 패턴화하는 단계 및 (f) 상기 기판으로부터 상기 태양전지의 부분이 분리되도록 상기 희생층을 제거하기 위해 식각하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a multi-junction solar cell including a plurality of solar cell layers on a removable substrate, the method comprising the steps of: (a) Forming a sacrificial layer on the sacrificial layer; (c) forming a portion of the solar cell including a plurality of III-V multi-junction solar cell layers on the sacrificial layer; (d) Forming a stabilizing cell layer made of a semiconductor compound on a portion of the solar cell corresponding to the outside of the III-V multiple junction solar cell layers, wherein the stabilizing cell layer has a predetermined thickness Doped layer of germanium (Ge), and (e) forming a photoresist layer over the photovoltaic layer and the stabilization layer to expose an upper portion of the sacrificial layer. Forming a gap as an empty space inside the cell layer, wherein the gap penetrates the solar cell layer and the stabilization cell layer vertically and at least one is formed extending in the transverse direction according to the shape of the pattern, Patterning the stabilizing cell layer together with a portion of the solar cell so that each of the cell segments is completely isolated from each other; and (f) etching to remove the sacrificial layer so that a portion of the solar cell is separated from the substrate .
구체적으로, 상기 안정화 셀층은 소정의 두께가 바람직하게는 5㎛보다 큰 것일 수 있다. Specifically, the stabilizing cell layer may have a predetermined thickness, preferably larger than 5 mu m.
구체적으로, 상기 희생층과 상기 태양전지의 부분과 상기 안정화 셀층은 각각 에피택시 성장 기술에 의하여 형성될 수 있다. Specifically, the sacrificial layer, the portion of the solar cell, and the stabilizing cell layer may be formed by an epitaxial growth technique, respectively.
구체적으로, 상기 (e)단계는 상기 희생층의 상기 노출된 상부 부분에 상기 갭을 통하여 식각 물질을 확산시키는 방법을 더 포함할 수 있다. In particular, the step (e) may further include diffusing the etching material through the gap to the exposed upper portion of the sacrificial layer.
구체적으로, 상기 (e)단계는 도전이 이루어지는 금속전극층이 각각 상기 패턴화된 셀 세그먼트의 상기 안정화 셀층 위에 배치되고, 최소한 상기 갭과 통할 수 있도록 패턴화된 복수의 홀을 가지고 있는 캐리어가 패턴화된 상기 셀 세그먼트의 상기 금속전극층 위에 집합적으로 함께 형성될 수 있다. More specifically, the step (e) may include a step of forming a metal electrode layer on which the conductive metal electrode layer is disposed on the stabilized cell layer of the patterned cell segment, and a carrier having a plurality of holes patterned so as to communicate with at least the gap, May be collectively formed on the metal electrode layer of the cell segment.
구체적으로 도전이 이루어지는 상기 금속전극층은 각각 상기 패턴화된 세그멘트의 상기 태양전지의 부분의 노출면에 형성될 수 있다. Specifically, the metal electrode layer on which the conductive pattern is formed may be formed on the exposed surface of the portion of the solar cell of the patterned segment.
구체적으로, 상기 희생층은 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나의 소재를 포함할 수 있다. Specifically, the sacrificial layer may include any one material selected from the group consisting of aluminum arsenic (AlAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs).
구체적으로, 상기 기판은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다. Specifically, the substrate may include at least one material selected from the group consisting of gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), and indium phosphide (InP).
또한, (a) 분리할 수 있는 반도체 기판을 설치하는 단계와, (b) 상기 기판에 복수의 희생층과 복수의 III-V 다중접합 태양전지층을 포함하는 태양전지 구성체를 상기 복수의 희생층 위에 각각 형성하는 단계와, (c) 상기 III-V 다중접합 태양전지층의 외부에 해당하는 상기 태양전지 구성체의 최상부에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 안정화 셀층은 상기 III-V 다중접합 태양전지층들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p-도핑과 n-도핑된 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단계와, (d) 상기 희생층의 상부가 노출되도록 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층의 안쪽에 빈 공간인 갭을 형성하되, 상기 갭은 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층을 상하로 관통함과 동시에 패턴의 형상에 따라 횡방향으로 뻗으며 하나 이상이 형성됨으로써, 복수의 패턴화 셀 세그먼트 각각이 서로 완전히 분리되도록 상기 태양전지의 일부분과 안정화 셀층을 함께 패턴화하는 단계와, (e) 최상부에 위치한 상기 태양전지의 일부분이 분리되도록 최상부에 위치한 상기 희생층을 제거하기 위해 식각하는 단계와, (f) 상기 태양전지의 일부분의 차상부에 상기 안정화 셀층을 형성하기 위하여 상기 (c)단계를 다시 한 번 수행하는 단계와, (g) 분리된 최상부의 태양전지의 일부분에 금속성 제2전극을 형성하고 비반사성 코팅을 하는 단계 및 (e) 상기 기판으로부터 복수의 층으로 이루어진 상기 태양전지의 일부분들이 모두 분리될 때까지 처음의 (a)단계부터 상기의 단계들을 반복하는 단계를 포함할 수 있다. (B) forming a plurality of sacrificial layers and a plurality of III-V multi-junction solar cell layers on the substrate to form a plurality of sacrificial layers, And (c) forming a stabilizing cell layer made of a semiconductor compound on the top of the solar cell construct corresponding to the outside of the III-V multi-junction solar cell layer, Doped and n-doped layers of germanium (Ge) material, formed to have a predetermined thickness greater than any one of the individual ones of the -V multi-junction solar cell layers; and (d) forming a gap, which is an empty space, inside the solar cell layer and the stabilizing cell layer so that the top of the sacrificial layer is exposed, the gap penetrating the solar cell layer and the stabilizing cell layer up and down Patterning a portion of the solar cell and a stabilizing cell layer together so that each of the plurality of patterned cell segments is completely separated from each other by extending in the transverse direction according to the shape of the pattern, Etching the sacrificial layer to remove the sacrificial layer located at the uppermost position so that a part of the solar cell located in the solar cell is separated; and (f) performing the step (c) to form the stabilizing cell layer on a portion of the solar cell (G) forming a metallic second electrode on a portion of the separated top solar cell and providing a non-reflective coating; and (e) depositing a portion of the solar cell Repeating the above steps from the first step (a) until all of them are separated.
구체적으로, 상기 안정화 셀층은 소정의 두께가 바람직하게는 5㎛보다 큰 것일 수 있다. Specifically, the stabilizing cell layer may have a predetermined thickness, preferably larger than 5 mu m.
구체적으로, 상기 희생층과 상기 태양전지의 일부분과 상기 안정화 셀층은 각각 에피택시 성장 기술에 의하여 형성될 수 있다. Specifically, the sacrificial layer, a portion of the solar cell, and the stabilizing cell layer may be formed by an epitaxial growth technique, respectively.
구체적으로, 상기 (d)단계는 상기 희생층의 상기 노출된 상부 부분에 상기 갭을 통하여 식각 물질을 확산시키는 방법을 더 포함할 수 있다. In particular, the step (d) may further include diffusing the etching material through the gap to the exposed upper portion of the sacrificial layer.
구체적으로, 상기 (d)단계는 도전이 이루어지는 금속전극층이 각각 상기 패턴화된 셀 세그먼트의 상기 안정화 셀층 위에 배치되고, 최소한 상기 갭과 통할 수 있도록 패턴화된 복수의 홀을 가지고 있는 캐리어가 패턴화된 상기 셀 세그먼트의 상기 금속전극층 위에 집합적으로 함께 형성될 수 있다. Specifically, in the step (d), a metal electrode layer to be electrically conductive is disposed on the stabilizing cell layer of the patterned cell segment, and a carrier having a plurality of holes patterned so as to communicate with at least the gap is patterned May be collectively formed on the metal electrode layer of the cell segment.
구체적으로, 도전이 이루어지는 상기 금속전극층은 각각 상기 패턴화된 세그멘트의 상기 태양전지 일부분의 노출면에 형성될 수 있다. Specifically, the metal electrode layer on which the conductive material is formed may be formed on the exposed surface of the solar cell portion of the patterned segment, respectively.
구체적으로, 상기 희생층은 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나의 소재를 포함할 수 있다. Specifically, the sacrificial layer may include any one material selected from the group consisting of aluminum arsenic (AlAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs).
구체적으로, 상기 기판은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.
Specifically, the substrate may include at least one material selected from the group consisting of gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), and indium phosphide (InP).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 분리 가능한 기판 위에 다수의 다중접합 태양전지를 제조함으로써 제작과정과 사용기간 동안 태양전지가 구조적 안정성과 내구성을 가지며 에너지 변환 효율이 향상되고 태양 스펙트럼의 더 낮은 주파수 범위까지 포함할 수 있는 주파수 감도를 갖는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a plurality of multi-junction solar cells are manufactured on a detachable substrate, so that the solar cell has structural stability and durability during the manufacturing process and the use period, and the energy conversion efficiency is improved and the lower frequency range of the solar spectrum There is an effect of having a frequency sensitivity that can be included.
또한, 에피택시 성장 시 한 개의 다중접합 태양전지 층의 구조가 아닌 두 개 이상의 다수의 다중접합 태양전지 층의 구조로 성장시키기 때문에 태양전지 제조과정에서의 생산효율을 높일 수 있고 기판재활용 측면에서도 기판 장당 제조할 수 있는 태양전지의 수량의 증가로 제조비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
In addition, since epitaxial growth grows into a structure of two or more multi-junction solar cell layers, rather than a structure of one multi-junction solar cell layer, production efficiency in the solar cell manufacturing process can be increased, The manufacturing cost can be reduced by increasing the number of solar cells that can be manufactured per sheet.
도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 태양전지 층을 형성하였을 때의 그 구조를 나타낸 개략도이다.
도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 다음 제조단계에서의 태양전지 소자의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2의 (a)는 패턴화된 태양전지 셀 세그먼트의 평면도와 그 배치를 나타낸 개략도이다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 다음 제조단계에서의 캐리어의 평면도의 그 배치를 나타낸 개략도이다.
도 2의 (c)는 도 2의 (b)의 다음 제조단계에서 분리된 태양전지 셀 세그먼트를 나타낸 개략도이다.
도 2의 (d)는 도 2의 (c)의 다음 제조단계에서 태양전지 셀 세그먼트의 실사용례를 나타낸 개략도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 태양전지 층을 형성하였을 때의 그 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 다음 제조단계에서의 태양전지 소자의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4의 (a)는 패턴화된 태양전지 셀 세그먼트의 평면도와 그 배치를 나타낸 개략도이다.
도 4의 (b)는 도 3의 (a)의 다음 제조단계에서의 캐리어의 평면도의 그 배치를 나타낸 개략도이다.
도 4의 (c)는 도 3의 (b)의 다음 제조단계에서 최상부층 태양전지 셀 세그먼트의 분리를 나타낸 개략도이다.
도 4의 (d)는 도 3의 (c)의 다음 제조단계에서 최상부층 태양전지 셀 세그먼트의 분리 후의 Ge 에피택시 성장을 나타낸 개략도이다.
도 4의 (e)는 도 2의 (d)의 다음 제조단계에서 분리된 태양전지 셀 세그먼트를 나타낸 개략도이다.
도 4의 (f) 및 (g)는 도 2의 (e)의 다음 제조단계에서 태양전지 셀 세그먼트의 실사용례를 나타낸 개략도이다.FIG. 1 (a) is a schematic view showing the structure of one solar cell layer according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 1 (b) is a schematic view showing the structure of the solar cell element in the next manufacturing step of Fig. 1 (a).
2 (a) is a schematic view showing a plan view and an arrangement of a patterned solar cell segment.
Fig. 2 (b) is a schematic view showing the arrangement of the carrier in the plan view of the carrier in the next manufacturing step of Fig. 2 (a).
FIG. 2 (c) is a schematic view showing a segment of the solar cell cell separated in the next manufacturing step of FIG. 2 (b).
FIG. 2 (d) is a schematic view showing an actual use example of the solar cell segment in the next manufacturing step of FIG. 2 (c).
3 (a) is a schematic view showing the structure of a plurality of solar cell layers according to another embodiment of the present invention.
Fig. 3 (b) is a schematic view showing the structure of the solar cell element in the next manufacturing step of Fig. 3 (a).
4 (a) is a schematic plan view of the patterned solar cell segment and its arrangement.
Fig. 4 (b) is a schematic view showing the arrangement of the carrier in a plan view in the next manufacturing step of Fig. 3 (a).
Fig. 4 (c) is a schematic view showing the separation of the topmost layer solar cell segment in the next fabrication step of Fig. 3 (b).
4 (d) is a schematic view showing Ge epitaxial growth after separation of the topmost layer solar cell segment in the next fabrication step of FIG. 3 (c).
Fig. 4 (e) is a schematic view showing a segment of the solar cell cell separated in the next manufacturing step of Fig. 2 (d).
4 (f) and 4 (g) are schematic views showing examples of actual use of the solar cell segment in the next manufacturing step of FIG. 2 (e).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
일반적으로는 쉽게 이용 가능한 태양전지의 유형 중에서 III-V 다중접합 태양전지가 가장 높은 변환효율을 갖고 있다. 그러나 다른 유형의 태양전지와 비교하면 III-V 다중접합 태양전지의 제조비용은 상대적으로 높은 경향이 있다. 왜냐하면, 일반적으로 III-V 다중접합 태양전지 필름은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)과 같은 반도체 화합물로 이루어진 고가의 기판위에서 성장되기 때문이다. 때문에 제조비용을 절감하기 위해서는 이러한 고가의 기판이 재사용될 필요가 있는데, 이는 고가의 기판들이 고품질의 에피택셜 층들을 얻을 때에만 필요하기 때문이다. 즉, 이러한 고가의 기판들은 태양전지 장치에서 기능상의 구성요소를 형성하지 않으며, 성장이 끝난 후의 단계에서 필요한 태양전지 박막 필름의 캐리어로의 역할도 더 이상 요구되지 않는다.Among the types of easily available solar cells, III-V multi-junction solar cells generally have the highest conversion efficiency. However, the fabrication cost of III-V multi-junction solar cells tends to be relatively high compared to other types of solar cells. This is because the III-V multi-junction solar cell film is generally grown on an expensive substrate made of a semiconductor compound such as gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), and indium phosphide (InP). To save manufacturing costs, these expensive substrates need to be reused because expensive substrates are only needed to obtain high-quality epitaxial layers. That is, these expensive substrates do not form a functional component in the solar cell device, and the role of the thin film solar cell film necessary for the stage after the growth is completed is no longer required.
태양전지의 기능 역할을 하는 장치 층들의 에피택셜 성장이 끝나고 나면, 기판은 선택적인 식각 과정을 거쳐서 재사용을 위하여 분리될 수 있다. 이러한 분리 목적의 식각 과정을 위해서는, 태양전지 박막 필름 층과 갈륨비소(GaAs) 기판 사이에 희생층을 성장시키고, 태양전지 박막 필름이나 기판의 물질을 식각하지 않으면서 이러한 희생층만이 식각을 통해 선택적으로 제거된다. 이러한 식각과정은 일반적으로 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술로 불리운다. III-V 태양전지 필름을 위한 희생층으로는 단결정의 알루미늄비소(AlAs)층 또는 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)층이 있으며, 이들은 갈륨비소(GaAs) 기판위에 놓여진다. 태양전지층의 형성 및 금속전극층의 형성과 같은 추가적인 제조과정 이후에는, 성장이 끝난 와이퍼가 불화수소(HF) 용액에 담겨지게 된다. 그리고, 불화수소(HF) 용액은 알루미늄비소(AlAs) 희생층을 선택적으로 식각한다. 알루미늄비소(AlAs) 희생층이 선택적 식각에 의하여 완전히 제거 되고 나면, 기판과 III-V 태양전지 필름은 분리된다. 분리된 태양전지 필름은 이후의 과정을 위해 적절한 캐리어 화합물 재질에 접합될 수 있다. 이들 캐리어 화합물은 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속 또는 반도체와 같은 재질들로 이루어 질 수 있다. After the epitaxial growth of the device layers serving as a function of the solar cell is completed, the substrate can be separated for reuse via a selective etching process. For this purpose, a sacrificial layer is grown between the solar cell thin film layer and the gallium arsenide (GaAs) substrate and only the sacrificial layer is selectively etched away without etching the solar cell thin film or substrate material . This etch process is commonly referred to as an epitaxial-lift-off ELO technique. The sacrificial layer for the III-V solar cell film is a single-crystal AlAs layer or an AlGaAs layer, which is placed on a gallium arsenide (GaAs) substrate. After an additional manufacturing process such as formation of a solar cell layer and formation of a metal electrode layer, the grown wiper is contained in a hydrogen fluoride (HF) solution. The hydrogen fluoride (HF) solution selectively etches the aluminum arsenide (AlAs) sacrificial layer. After the aluminum arsenic (AlAs) sacrificial layer is completely removed by selective etching, the substrate and the III-V solar cell film are separated. The separated solar cell film may be bonded to a suitable carrier compound material for subsequent processing. These carrier compounds may be made of materials such as plastic, glass, ceramic, metal or semiconductor.
일반적으로 III-V 태양전지 필름의 두께는 수 ㎛이다. 때문에 이러한 얇은 태양전지 필름을 기판으로부터 저절로 분리되도록 하는 것은 매우 어렵다. 또한 이러한 얇은 필름은 쉽게 손상되기도 한다. 그러므로 박막 필름은 불화수소(HF) 용액에 담궈 식각하기 전, 그리고 기판으로부터 분리되기 전에 적절한 캐리어 위에 접합되어야 한다. 캐리어의 재질과 결합제의 재질이 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO)의 과정 동안 박막과 함께 불소용액의 영향을 받기 때문에, 캐리어의 재질과 결합제의 재질은 불화수소(HF) 용액에 의한 식각에 견딜 수 있는 것이 선택된다.Generally, the thickness of the III-V solar cell film is several 탆. Therefore, it is very difficult to separate such a thin solar cell film from the substrate by itself. These thin films are also easily damaged. Therefore, the thin film must be bonded onto a suitable carrier before being immersed in a hydrogen fluoride (HF) solution, etched, and separated from the substrate. Since the material of the carrier and the material of the binder are influenced by the fluorine solution together with the thin film during the course of the epitaxial lift-off ELO, the material of the carrier and the material of the binder are changed by the hydrogen fluoride (HF) solution The one that can withstand the etching is selected.
에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술과 관련하여서는 다음과 같은 문제들이 있다. There are the following problems related to the epitaxial-lift-off ELO technique.
즉, 최근까지의 다중접합 III-V 태양전지의 구조는 단지 수 ㎛의 III-V 화합물로 이루어지가 때문에, 심지어 캐리어에 접합되어 있을 때에도 수많은 응용장치들에 적용되기에는 너무나 얇으며 종종 쉽게 깨져서 충격에 매우 취약하다는 것이 밝혀졌다. 즉, III-V 화합물로 이루어진 박막 필름의 열팽창계수가 일반적으로 전형적인 캐리어 화합물의 열팽창계수와는 일치하지 않는다. 그리고 제조과정 및 박막 필름의 다양한 환경에서 사용 중에, 열사이클은 변함없이 존재하게 된다. 이때 만약 태양전지 박막 필름의 열팽창계수가 캐리어 화합물의 열팽창계수와 다르다면, 박막 필름에 스트레스가 발생되어, 박막 필름이 이와 같은 스트레스를 견디지 못하게 되면, 박막 필름에 균열이 발생할 때까지 결함 상태가 된다. That is, since the structure of a multi-junction III-V solar cell up to now is made up of only a few microns of III-V compound, it is too thin to be applied to many applications even when bonded to a carrier, Which is very vulnerable. That is, the thermal expansion coefficient of a thin film made of a III-V compound generally does not coincide with the thermal expansion coefficient of a typical carrier compound. And during use in a variety of environments, both in the manufacturing process and in the thin film film, the thermal cycle remains unchanged. If the thermal expansion coefficient of the solar cell thin film is different from the thermal expansion coefficient of the carrier compound, stress is generated in the thin film, and if the thin film can not withstand such stress, the thin film becomes defective until cracking occurs .
이때, 캐리어 화합물과 더불어 캐리어와 박막을 접합하는데 쓰이는 접합 물질이 박막 필름 상에 발생하는 스트레스를 줄여주는 역할을 할 수도 있다. 일반적으로, 접합 물질은 접합과정 중에 액체나 젤의 형태로 제공되고, 접합이 끝난 후에는 경화된다. 접합 물질이 경화되고 나면 부피에 있어서는 축소가 일어난다. 이러한 부피의 감소는 III-V 화합물 박막 필름 상에 압축 스트레스를 발생시키는데, 그러한 스트레스는 곧바로 결함을 발생시켜 결과적으로는 필름의 모서리 둘레로 균열을 발생시킨다. 박막 필름 상에 발생되는 스트레스는 결합 물질의 부피와 결합 물질 층과 박막 필름이 접촉하는 영역에 의하여 좌우된다. At this time, the bonding material used for bonding the carrier and the thin film together with the carrier compound may reduce the stress generated on the thin film. Generally, the bonding material is provided in the form of a liquid or gel during the bonding process and hardened after the bonding process. Once the bonding material has hardened, shrinkage occurs in volume. This reduction in volume creates compressive stress on the thin film of III-V compound, which immediately leads to defects, resulting in cracks around the edge of the film. The stress generated on the thin film depends on the volume of the bonding material and the area where the thin film is in contact with the bonding material layer.
수 ㎛의 III-V 화합물 태양전지 박막 필름은 위와 같은 캐리어와 접합 물질로부터 발생되는 스트레스에 매우 취약하다. 이것은 원하는 수준의 신뢰성을 얻기가 매우 힘들다는 것을 말한다. 이와 같은 어려움에도 불구하고 신뢰성을 향상시키기 위한 다양한 접근 방법이 존재하여 왔다. 일예로, 박막 필름의 두께를 증가 시키는 것을 고려해 볼 수 있다. 그러나 이렇게 되면 III-V 화합물 박막필름을 성장 시키는데 드는 비용이 매우 높아지게 된다. 또한 신뢰성에 대한 위험도를 제거할 만큼의 충분한 두께의 박막 필름을 성장시키기 위해 필요한 비용은 아마도 고가의 기판 비용을 가뿐히 초과하게 되어, 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술에 의한 비용절감이 무엇이든 의미가 없어지게 된다. The thin film of III-V compound solar cell of several ㎛ is very vulnerable to the stress generated from the above carrier and bonding material. This means that it is very difficult to achieve the desired level of reliability. Despite these difficulties, various approaches have been developed to improve reliability. For example, increasing the thickness of the thin film may be considered. However, this would increase the cost of growing the III-V compound film. In addition, the cost required to grow a thin film of sufficient thickness to eliminate the risk to reliability is likely to exceed the cost of expensive substrates, resulting in cost savings due to epitaxial-lift-off ELO Anything becomes meaningless.
에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술에 있어서의 또 다른 문제는 에너지 변환 효율의 증가에 대한 문제이다. 에너지 변환에 있어서\의 고효율을 얻기 위해서는 태양전지 박막 필름의 III-V 화합물의 감도가 태양광의 모든 스펙트럼 영역에서 반응하도록 하는 것이 바람직하며, 이와 같이 태양광 스펙트럼의 낮은 주파수 영역에서 반응하는 III-V 화합물 또한 존재하고 있다. 그러나 충분히 낮은 태양광 스펙트럼 주파수 커버영역을 제공할 수 있는 위와 같은 화합물들은 갈륨비소(GaAs) 기판의 격자 상수보다도 더 큰 격자 상수를 갖는 경향이 있다. 갈륨비소(GaAs) 기판 상에 이러한 격자 상수가 다른 화합물을 성장시키기 위해서는 두꺼운 버퍼층이 요구된다. 그러나 그렇게 함에도 불구하고 높은 신뢰성을 얻기란 매우 어려울 수 있다. 또한 버퍼층의 두께가 증가할수록 모든 태양전지의 제조비용이 증가되어, 대부분의 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 응용제품들에 대한 적용을 어렵게 한다. 실제로 태양전지 구조 속으로 삽입될 수 있는 상이한 격자-상수층들의 개수가 제한되기 때문에 이러한 접근방법에 의한 에너지 변환 효율의 이득 또한 제한된다. Another problem in the epitaxial-lift-off ELO technique is the problem of increased energy conversion efficiency. In order to obtain a high efficiency in energy conversion, it is desirable that the sensitivity of the III-V compound of the solar cell thin film film reacts in all spectral regions of the sunlight. Thus, the III-V reacting in the low frequency region of the solar spectrum The compound is also present. However, such compounds that can provide a sufficiently low solar spectrum frequency coverage area tend to have lattice constants that are larger than the lattice constants of gallium arsenide (GaAs) substrates. A thick buffer layer is required to grow compounds with different lattice constants on a gallium arsenide (GaAs) substrate. However, despite this, it can be very difficult to obtain high reliability. Also, as the thickness of the buffer layer increases, the manufacturing cost of all solar cells increases, making it difficult to apply to most epitaxial-lift-off ELO applications. The gain of energy conversion efficiency by this approach is also limited because the number of different lattice-constant layers that can be actually inserted into the solar cell structure is limited.
위와 같은 문제점에도 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO)는 III-V 화합물 태양전지의 제조비용을 줄이는데 있어서 매우 효과적인 기술이다. 그러나 상술한 바와 같이, 신뢰성의 문제가 여전히 존재하고, 에너지 변환 효율에 있어서 향상의 여지도 제한되어 있다. 또한 신뢰성의 문제를 해결하기 위한 III-V 화합물 필름 두께를 증가하게 되면 제조비용은 상승되어, 결론적으로 제조비용을 감소시키기 위한 방법으로 사용된 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술은 의미가 없어지게 된다. Even with such problems, epitaxial-lift-off ELO is a very effective technique for reducing the manufacturing cost of III-V compound solar cells. However, as described above, the problem of reliability still exists, and the room for improvement in energy conversion efficiency is also limited. Increasing the film thickness of the III-V compound to solve the problem of reliability also increases the manufacturing cost, and consequently the epitaxial-lift-off ELO technique used as a method to reduce the manufacturing cost It becomes meaningless.
에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO)에 관하여 본 발명의 특정 부분을 따르면 이러한 신뢰성 문제와 에너지 변환 문제를 함께 다루고 있음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술의 적용방법 및 그 구조에 대한 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 태양전지 제조과정에 있어서 태양전지 구성체(10)의 구성은 갈륨비소(GaAs) 기판(2), 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs) 및 기타 적절한 반도체 화합물 중의 어느 하나로 이루어지는 희생층(4), III-V 화합물 다중접합 태양전지층(6) 및 게루마늄(Ge) 안정화 셀층(8)을 포함한다.It can be seen that this reliability problem and energy conversion problem are addressed together according to certain aspects of the present invention with respect to epitaxial-lift-off ELO. An example of a method of application of the epitaxial-lift-off ELO technique and its structure is shown in Fig. Referring to FIG. 1, the solar cell construct 10 in the solar cell manufacturing process includes a gallium arsenide (GaAs)
바람직하게는, 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 두께는 5㎛ 보다 두꺼워야 한다. 이러한 두께의 게루마늄(Ge) 안정화 셀층(8)은 두 가지 목적에 이바지한다. 하나는, 상대적으로 두꺼운 게루마늄(Ge) 안정화 셀층(8)으로 인하여 안정성이 제공되어, 결과적으로 태양전지층(6)이 캐리어와 접합물질로 인하여 받는 스트레스에 덜 취약하도록 만들게 된다. 또 다른 하나는, 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 물질은 태양광 스펙트럼에 반응하는 주파수 영역을 더 낮은 주파수 영역에 까지 확장될 수 있도록 만든다. 또한 이러한 주파수 영역의 확장은 III-V 다중접합 태양전지층(6)에 의하여 구현되는 에너지 변환효율을 증가시키게 된다. Preferably, the thickness of the germanium (Ge) stabilizing
에피택셜된 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 안정화는 태양전지층(6)에 대한 적절한 조치를 통하여 달성될 수 있다. 예를 들면, III-V 화합물 에피택셜 층이 성장한 후에 분자선 결정성장법(MBE), 유기금속 기상성장법(MOCVD), 화학선 결정성장법(CBE) 또는 이와 비슷한 종류의 방법에 의해 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)을 에피택셜 성장시키면, 에피택셜된 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)을 안정적이고도 지속적으로 성장시킬 수 있다. 에피택셜된 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 안정화를 위한 또 다른 대체 가능한 방법으로는, III-V 화합물 에피택셜 층이 성장 후에, 또 다른 성장 챔버 안에서 성장시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 대체 가능한 성장 챔버가 쓰일 수 있는 방법으로는 화학기상증착(CVD), 고진공 화학기상증착(CVD), 또는 III-V 화합물 성장비용보다 적은 성장비용이 드는 게르마늄(Ge) 성장비용을 도출할 수 있는 유사방법들이 있다. 화학기상증착(CVD)에 의하면, 갈륨(Ga)과 비소(As)의 확산 시 외부방출을 무시할 만큼의 고품질로 에피택셜된 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)이 성장될 수 있다. 분자선 결정성장법(MBE), 유기금속 기상성장법(MOCVD), 화학선 결정성장법(CBE) 또는 이와 같은 종류의 방법과 같은 업계에 알려져 있는 적절한 방법으로 에픽택셜 성장 기술에 의하여 III-V 화합물 층이 최초로 성장되고 난 후에, 다시 저비용 성장 챔버에서 에픽택셜 방법으로 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)이 성장할 수 있다. Stabilization of the epitaxial germanium (Ge) stabilizing
이와 같이 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 에피택셜 성장 후에는, 캐리어(12)가 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)에 적절하게 접합된다. After the epitaxial growth of the germanium (Ge) stabilizing
두꺼운 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)이 상술한 방법에 의해 성장된 후에 갈륨비소(GaAs) 기판을 재사용되는 과정은 다음과 같다. 먼저 박막필름의 제조과정으로부터 생겨난 접합 웨이퍼를 불화수소(HF) 용액에 담그도록 한다. 그렇게 되면 웨이퍼의 노출된 측면에서 식각이 시작되어 점차적으로 웨이퍼의 중심부분으로 식각 발생 부분이 이동된다. 이러한 과정은 매우 천천히 일어나는데, 왜냐하면 식각과정은 희생층의 노출된 측면에서만 발생하기 때문이다. 이러한 식각과정의 느린 진행속도는 식각되는 측면의 표면 영역이 커지도록 더 두꺼운 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)을 사용함으로써 가속화 될 수도 있다. 그러나 이러한 방법은 제품의 단위 영역당 제조비용의 상한선을 확실히 끌어올리게 한다. 식각과정의 진행속도를 가속할 할 수 있는 또 다른 방법으로는, 유연한 캐리어의 사용이다. 유연한 캐리어는 구부러질 수도 있기 때문에 확산 매커니즘을 보조할 수 있다. 그러나 이러한 접근방법은 캐리어 화합물이 유연한 물질일 때에만 적용가능하며, 고도의 신뢰성이 요구될 때나 대량 제조에 있어서는 적합하지 않다.The process of reusing the gallium arsenide (GaAs) substrate after the thick aluminum arsenide (AlAs)
본 발명의 일실시예에 따르면, 다른 층들에 의하여 덮인 채로 남아서 식각물질이 도달할 수 없는 희생층(4)의 상부 표면 부분을 식각물질에 노출시킴으로써 식각과정을 보조하게 할 수 있다. 즉, 도 2(a)와 도 2(b)의 실시예에서 도시된 바와 같이, 태양전지(100)의 구성에 있어서는, 하나 또는 그 이상의 갭(3)들이 패턴화된 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d) 사이에 형성되어 있다. 이러한 갭(3)들은 부가적인 경로를 제공하는데, 이러한 경로를 통해 불화수소(HF) 식각 용액이 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)에 확산되도록 할 수 있다. 바람직하게는, 주어진 캐리어(12) 내부에 형성되고 갭(3)과 일치된 홀(12a,12b,12c,12d)들 속으로 불소(HS) 식각 용액이 확산되고, 다음에는 패턴화된 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d) 사이의 갭(3)을 관통하여 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)의 상부 표면에 닿도록 한다. 이러한 식각 과정이 끝나고 나서 식각 과정의 부산물이 발생하면 부산물들은 갭(3)과 홀(12a,12b,12c,12d)을 관통하며 역으로 확산된다. According to one embodiment of the present invention, the etch process can be assisted by exposing the top surface portion of the
이와 같은 과정을 종래의 기술과 비교하면, 더 많은 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)의 상부 표면이 초기에 불화수소(HF) 식각 용액에 노출되도록 할 수 있다. 즉, 식각 용액과 식각 과정의 부산물이 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)으로부터 쉽게 확산되어 들어가거나 나올 수 있도록 하여, 이러한 방법을 통해 식각 과정의 효율을 현저하게 높일 수 있다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 각각의 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)와 금속 전극층을 패턴화된 배열로 배치하거나, 먼저 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)와 금속 전극층을 배치하고 나서 업계에 알려진 적절한 임의의 공작 방법을 사용하여 갭(3)에 의한 패턴화를 형성할 수 있다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이 이러한 패턴은 사각형(10a,10b,10c,10d)이거나 육각형(10′a,10′b,10′c,10′d)의 형상이 될 수 있다. 이러한 셀의 크기는 다양하게 변화할 수 있으며, 일례로서 약 10㎛에서 수 ㎝까지 일 수 있다. 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d) 사이의 갭(3)은 셀 사이즈의 20% 보다 작은 것이 바람직하다.Comparing this process with the prior art, the upper surface of the more AlAs
패턴화된 웨이퍼는 바람직하게는 건식 식각이나 습식 식각 기술에 의하여 식각된다. 갭(3)이 형성될 곳에 위치한 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)의 화합물과 III-V 다중접합 태양전지층(6)은 개별적 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)를 분리시킬 수 있도록 완전히 식각되어 버리고, 따라서 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)의 상단부를 식각 물질에 노출시킨다. 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)과 III-V 다중접합 태양전지층(6)에서 갭(3)이 위치할 곳에 위치한 이러한 부분들이 갭(3)의 윤곽이 분명히 나타나도록 식각되어 버리고 나면, 금속전극층(9a, 9b)은 각각의 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)의 위에 놓아질 수 있다. 기타 임의의 적절한 소재(미도시) 또한 이들 물질들에 대한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. The patterned wafer is preferably etched by dry etching or wet etching techniques. The compound of the germanium (Ge) stabilizing
이와 같이 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)과 III-V 다중접합 태양전지층(6)이 식각 된 후에 금속전극층(9a, 9b)이 배치되면 이러한 구성의 태양전지 박막층에 캐리어(12)가 접합된다. When the
그림 2(b)에 도시되는 바와 같이, 캐리어(12)에는 불화수소(HF) 식각 용액이 캐리어(12)의 배면으로부터 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)를 향하여 캐리어(12)를 관통하여 도달할 수 있도록 패턴홈(12a,12b,12c,12d)이 형성되어 있다. 패턴홈(12a,12b,12c,12d)의 사이즈는 갭(3)의 사이즈와 비슷하도록 형성된다. 또한 필요하다면, 캐리어(12)는 금속으로 코팅될 수 있고, 이러한 금속의 일측면은 태양전지 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)의 금속 전극이 되는 금속전극층(9a, 9b)에 바람직하게는 금속 납땜 등과 같은 방법에 의하여 접합된다. 만약 금속 캐리어가 사용된다면 메탈 코팅은 필요하지 않다. 또한 패턴화된 각각의 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d) 위에 형성되어 있는 금속 전극이 서로 연결되면, 캐리어 위의 메탈 코팅 또한 필요하지 않다. 그와 같은 경우에는 태양전지 박막필름과 캐리어는 납땜 금속과는 다른 소재를 사용하여 접합될 수 있다.As shown in FIG. 2 (b), a hydrogen fluoride (HF) etch solution is passed through the
이와 같은 캐리어까지 접합되고 나면, 최종적인 접합 웨이퍼는 적절하게는 불화수소(HF) 식각 용액에 담겨지고, 불화수소(HF) 식각 용액은 휘저어진다. 불화수소(HF)는 다중으로 노출된 면들로부터 빠르게 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)을 에칭하기 위해 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)의 노출된 측면과 접촉할 뿐만 아니라, 캐리어(12)의 패턴홈(12a,12b,12c,12d) 속으로 확산한다. 그리고 식각의 부산물은 역의 방식으로 확산한다. 알루미늄비소(AlAs) 희생층(4)이 완전히 제거되고 나면, 갈륨비소(GaAs) 기판(2)은 III-V 다중접합 태양전지층(6) 및 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(8)과는 분리된다.Once such a carrier is bonded, the final bonded wafer is suitably immersed in a hydrogen fluoride (HF) etch solution and the hydrogen fluoride (HF) etch solution is agitated. Hydrogen fluoride (HF) not only contacts the exposed side of the aluminum arsenic (AlAs)
이와 같은 과정을 따르게 되면, 제2전극(14a, 14b)의 패턴은 업체에 알려져 있는 적절한 기술에 의한 포토레지스트를 사용함으로써 그 윤곽이 드러나게 할 수 있다. 금속 패턴은 그림 2(c)에 도시된 바와 같이 리프트 오프(lift-off)에 의해 형성된다. 제2 전극이 형성되고 나면, 6각형 또는 기타 다른 방법으로 형성된 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)의 식각된 측벽에 대한 패시베이션이 적절하게 수행되고, 최종적인 장치의 표면에는 비반사성(AR) 코팅 공정이 함께 수행된다. 바람직하게는 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화아연(ZnO) 층이 측벽에 대한 패시베이션과 비반사성(AR) 코팅을 위하여 사용될 수 있다. 기울여 로딩하는 방식의 이온-빔 보조 전자선 증착 방법의 사용과 동시에 패시베이션 및 비반사성(AR) 코팅을 완료할 수 있다. 최종적으로는, 전기적인 접촉을 위한 전극 부분위에 형성된 비반사성(AR) 코팅필름은 포토레지스트 및 식각 방법을 사용한 마스크 패턴에 의하여 제거된다.According to this procedure, the patterns of the
제조공정이 완료되고 나면, 패턴화된 개별적 셀 세그먼트(10a,10b,10c,10d)는 잘라져(주사위 모양의 정육면체) 서로로부터 떨어져 나갈 수 있게 되고, 도 2(d)에서 예로서 도시된 바와 같이 실제 사용을 위해서 초점 렌즈와 함께 조립된다. 만약 복수의 셀 전극들이 서로 연결된다면, 많은 패턴화된 셀은 단일의 태양 전지로서 집합적으로 사용될 수 있다.
Once the fabrication process is complete, the patterned
이상은 다중접합 태양전지 구조의 에피택시 성장 시 다중접합 태양전지 구조가 하나의 층으로만 형성될 때의 그 구조 및 제조방법에 대하여 설명하였다. 아래에서는 도 3과 도 4를 참조하여 다중접합 태양전지 구조가 하나의 공통된 기판에서 하나의 층이 아닌 두 개 이상의 복수의 층으로 형성될 때의 그 구조 및 제조방법에 대하여 설명한다. The above describes the structure and manufacturing method of the multi-junction solar cell structure when the multi-junction solar cell structure is formed only by one layer in the epitaxial growth of the multi-junction solar cell structure. 3 and 4, a description will be given of a structure and a manufacturing method of a multi-junction solar cell structure in which two or more plural layers are formed instead of one layer in one common substrate.
본 발명에 따른 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO) 기술을 적용하여 다중접합 태양전지의 구조에 있어서, 다중접합 태양전지 구조가 복수의 층을 형성한 일례가 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 태양전지 구성체(200)는 갈륨비소(GaAs) 기판(20), 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs) 및 기타 적합한 반도체 화합물 중의 어느 하나로 이루어지는 희생층(40), III-V 화합물 다중접합 태양전지층(60) 및 안정화 셀층(80)을 포함하되, 희생층(40)과 태양전지층(60)으로 이루어지는 소정 개수의 층을 더 포함한다. FIG. 3 shows an example in which a multi-junction solar cell structure includes a plurality of layers in a structure of a multi-junction solar cell by applying an epitaxial-lift-off ELO technique according to the present invention. 3, the
이때, 복수의 III-V 다중접합 태양전지층(60)들 사이의 구분은 복수의 알루미늄비소(AlAs) 희생층(40)을 도입함으로써 서로 구분될 수 있도록 하였다. At this time, the division between the plurality of III-V multiple junction solar cell layers 60 can be distinguished from each other by introducing a plurality of aluminum arsenic (AlAs) sacrificial layers 40.
한편, 다중접합 태양전지 구조가 하나의 공통된 기판에서 하나의 층이 아닌 두 개 이상의 복수의 층으로 형성될 때의 제조방법은, (a) 분리할 수 있는 반도체 기판(20)을 설치하는 단계와, (b) 기판(20) 위에 복수의 희생층(40)과 복수의 III-V 다중접합 태양전지층(60)을 포함하는 태양전지 구성체(200)를 복수의 희생층(40) 위에 각각 형성하는 단계와, (c) III-V 다중접합 태양전지층(60)의 외부에 해당하는 태양전지 구성체(200) 부분의 최상부에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층(80)을 형성하는 단계에 있어서, 안정화 셀층(80)은 III-V 다중접합 태양전지층(60)들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p-도핑과 n-도핑된 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단계와, (d) 희생층(40)의 상부가 노출되도록 태양전지층(60)과 안정화 셀층(80)의 안쪽에 빈 공간인 갭(30)을 형성하되, 이러한 갭(30)은 태양전지층(60)과 안정화 셀층(80)을 상하로 관통함과 동시에 패턴의 형상에 따라 횡방향으로 뻗으며 하나 이상이 형성됨으로써, 복수의 패턴화 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d) 각각이 서로 완전히 분리되도록 태양전지(300)의 일부분과 안정화 셀층(80)을 함께 패턴화하는 단계;와, (e) 최상부에 위치한 태양전지(300)의 일부분이 분리되도록 최상부에 위치한 희생층(40)을 제거하기 위해 식각하는 단계와, (f) 태양전지(300)의 일부분의 차상부에 안정화 셀층(80)을 형성하기 위하여 (c)단계를 다시 한 번 수행하는 단계와, (g) 분리된 최상부의 태양전지(300)의 일부분에 금속성 제2전극(140a,140b)을 형성하고 패시베이션 처리와 비반사성 코팅을 하는 단계 및 (e) 기판(20)으로부터 복수의 층으로 이루어진 태양전지(300)의 일부분들이 모두 분리될 때까지 처음의 (a)단계부터 이후의 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.On the other hand, a manufacturing method when the multi-junction solar cell structure is formed of two or more plural layers instead of one layer in one common substrate includes the steps of: (a) installing a
먼저, III-V 다중접합 태양전지층(60)이 하나의 층일 때에, 기판(20), 갭(30), 희생층(40), 태양전지층(60), 안정화 셀층(80), 금속전극층(90), 캐리어(120), 패턴홀((120a,120b,120c,120d), 제2전극(140a,140b) 및 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d)들이 태양전지(300) 제조과정에 있어서 이들 각각을 구성하는 화합물의 종류와 성장방법에 관하여는 앞에서의 실시예와 같으므로 이하에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.First, when the III-V multiple junction
도 3(a)를 참조하면, (a)단계에서 분리할 수 있는 기판(20)을 설치하고, (b)단계에서 기판(20) 위에 희생층(40)과 복수의 III-V 다중접합 태양전지층(60)을 포함하는 태양전지 구성체(200)를 복수의 희생층(40) 위에 각각 형성한다.Referring to FIG. 3 (a), a
여기서 희생층(40)은 에피택시 성장되고 다시 희생층(40) 위에 III-V 다중접합 태양전지층(60)이 에피택시 성장된다. 이처럼 하나의 희생층(40)과 태양전지층(60)이 형성되고 나면 또 다시 태양전지층(60) 위에 희생층(40)과 태양전지층(60)이 연속하여 반복 형성되도록 함으로써 소정의 개수가 될 때까지 복수의 태양전지층(60)을 에피택시 성장시킨다. 도 3(a)에서는 각각 3개의 희생층(40)과 태양전지층(60)이 형성된 일실시예가 도시되어 있다. Where the
도 3(b)를 참조하면, 소정 개수의 희생층(40)과 태양전지층(60)의 에피택시 성장이 모두 끝나고 나면, 최상부에 형성된 에피택셜 다중접합 태양전지층(60) 위에 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(80)이 에피택시 성장된다. 즉, (c)단계에서 III-V 다중접합 태양전지층(60)의 외부에 해당하는 태양전지 구성체(200) 부분의 최상부에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층(80)을 형성하는 단계이다. 여기서 안정화 셀층(80)은 III-V 다중접합 태양전지층(60)들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p-도핑과 n-도핑된 층으로 구성된다. 3 (b), after the epitaxial growth of the predetermined number of
도 4(a)를 참조하면, 게르마늄(Ge) 셀층(80) 위에 전극을 형성하기 위한 금속층(90a, 90b)이 배치되고, 태양전지(300)에서 최상부에 위치한 III-V 다중접합 태양전지층(60) 에피택시를 식각하게 된다. Referring to FIG. 4A,
즉, (d)단계에 해당하는데, 하나의 층에서 복수의 태양전지(200a, 200b)가 형성되어 분리되도록 갭(30)을 통해 최상부 III-V 다중접합 태양전지층(60) 에피택시에 대한 패턴화를 형성한다. 이러한 패턴화는 사각형의 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d)이거나 육각형의 셀 세그먼트(200′a,200′b,200′c,200′d)가 될 수 있으며, 이러한 패턴화 되는 셀의 크기는 다양하게 변화할 수 있다. 그리고, 패턴화 되는 웨이퍼는 건식 식각이나 습식 식각 기술에 의하여 식각된다. 이들 각각의 셀 세그먼트((200a,200b,200c,200d)가 복수의 태양전지를 형성함은 앞의 실시예의 설명과 같다.That is, this corresponds to the step (d), in which a plurality of
도 4(b)를 참조하면, 식각을 통해 갭(30)이 형성됨으로써 태양전지층(60)과 게르마늄(Ge) 안정화 셀층(80)이 갭(30)을 기준으로 각각의 셀 세그먼트((200a,200b,200c,200d)로 서로 분리되고, 각각의 셀 세그먼트((200a,200b,200c,200d)의 상부에 위치한 금속층(90a, 90b)의 위에는 캐리어(120)가 접합된다. Referring to FIG. 4B, the
그리고, 캐리어(120)가 접합되고 나면 갭(30)에 불소(HS) 식각 용액을 주입하여 최상부 알루미늄비소(AlAs) 희생층(40)을 제거한다(에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO)).After the
도 4(c)를 참조하면, 에피택셜 리프트 오프(epitaxial-lift-off ELO)기술에 의하여 희생층(40)이 제거되고 나면 최상부 III-V 다중접합 태양전지(200a, 200b)는 분리된다. 즉, 최상부에 위치한 태양전지(300)의 일부분이 분리되도록 최상부에 위치한 희생층(40)을 제거하기 위해 식각하는 (e)단계에 해당한다.Referring to FIG. 4C, after the
도 4(d)를 참조하면, 최상부 태양전지층(60)과 희생층(40)이 분리되고 나면 차상부 III-V 다중접합 태양전지층(60)이 드러나게 되고, 이렇게 드러난 차상부 III-V 다중접합 태양전지층(60)에 다시 한 번 게르마늄(Ge) 셀층(80)을 에피택시 성장시킨다. 즉, 태양전지(300) 일부분의 차상부에 안정화 셀층(80)을 형성하기 위하여 (c)단계를 다시 한 번 수행하는 (f)단계에 해당한다.4 (d), when the uppermost
도 4(e)를 참조하면, 위에서 분리된 최상부 III-V 다중접합 태양전지(200a, 200b)에 금속재질의 제2전극(140a,140b)을 형성하고 표면이나 접합부에 적당한 처리를 하여 유해한 환경을 차단하여 디바이스 특성의 안정화를 꾀하는 패시베이션(Passivation) 처리 및 비반사성(AR) 코팅을 한다. 즉, (g)단계에 해당한다.Referring to FIG. 4E,
도 4(f) 및 도 4(g)를 참조하면, 이상과 같은 제조 공정이 완료되고 나면, 각각의 패턴화된 셀 세그먼트((200a,200b,200c,200d)는 실제 태양전지로 사용될 수 있다. Referring to FIGS. 4F and 4G, after the above-described manufacturing process is completed, each of the
한편, 위의 제조공정을 통하여 최상부에 위치한 하나의 층에서 복수의 태양전지가 제조되고 난 후에도 여전히 그 아래에는 복수의 III-V 다중접합 태양전지층(60)이 남아있게 되므로, 다시 처음의 제조공정으로 되돌아가 이후의 공정을 반복한다. 즉, 에피택시 성장에 의하여 게르마늄(Ge) 셀층(80)이 형성된 차상부 III-V 다중접합 태양전지층(60)에 대하여 처음 단계부터 앞의 과정을 반복하여 태양전지를 제조한다. 즉, 기판(20)으로부터 복수의 층으로 이루어진 태양전지(300)의 일부분들이 모두 분리될 때까지 처음의 (a)단계부터 이후의 단계들을 반복하는 (e)단계에 해당한다.On the other hand, a plurality of III-V multi-junction solar cell layers 60 remain after the plurality of solar cells are fabricated in one layer located at the uppermost position through the above manufacturing process, Return to the process and repeat the subsequent process. That is, the solar cell is fabricated by repeating the above steps from the first stage to the upper III-V multi-junction
또한, 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이 희생층(40)과 태양전지(300)의 일부분인 III-V 다중접합 태양전지층(60)과 안정화 셀층(80)은 각각 에피택시 성장 기술에 의하여 형성된다. 그리고 희생층(40)은 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나의 소재가 될 수 있다. As described in the previous embodiment, the
그리고, (c)단계에서 안정화 셀층은 게르마늄(Ge) 셀층(80)일 수 있으며 그 소정의 두께는 5㎛보다 큰 것이 바람직하다. In the step (c), the stabilization cell layer may be a germanium (Ge)
또한, (d)단계에서는 희생층(40)의 노출된 상부 부분(40′)에 상기 갭(30)을 통하여 식각 물질을 확산시키는 방법을 더 포함한다. In addition, (d) further includes a method of diffusing the etching material through the
그리고, (d)단계에서 도전이 이루어지는 금속전극층(90a,90b)이 패턴화된 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d)의 안정화 셀층(80) 위에 배치되고, 최소한 갭(30)과 통할 수 있도록 패턴화된 복수의 패턴홀(120a,120b,120c,120d)을 가지고 있는 캐리어(120)가 패턴화된 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d)의 금속전극층(90a,90b) 위에 집합적으로 함께 형성된다. 그리고 금속전극층(90a,90b)은 각각 패턴화된 셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d)로서 태양전지(300) 일부분의 노출면에 형성된다.In the step (d), the
또한, 기판(20)은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 소재를 포함한다.
In addition, the
상기와 같은 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 구조 및 그 제조방법은 위에서 설명된 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.
The structure of the multi-junction solar cell in which a plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate and the method of manufacturing the same are not limited to the above-described embodiments, It is to be understood that various modifications and variations are possible insofar as all or any of the embodiments are selectively combined from such description. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all of its equivalents or equivalent equivalents fall within the spirit of the present invention.
기판(20)
갭(30)
희생층(40)
태양전지층(60)
안정화 셀층(80)
금속전극층(90a, 90b)
캐리어(120)
패턴홈(120a,120b,120c,120d)
제2전극(140a, 140b)
태양전지구성체(200)
셀 세그먼트(200a,200b,200c,200d) 태양전지(300)The
The
Stabilizing Cell Layer (80) The metal electrode layers (90a, 90b)
The
The
The
Claims (16)
(b) 상기 기판에 희생층을 형성하는 단계;
(c) 상기 희생층위에 복수의 III-V 다중접합 태양전지층을 포함하는 태양전지 부분을 형성하는 단계;
(d) 상기 III-V 다중접합 태양전지층의 외부에 해당하는 상기 태양전지 부분위에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층을 형성하는 단계에 있어서,
상기 안정화 셀층은 상기 III-V 다중접합 태양전지층들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p-도핑과 n-도핑된 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단계;
(e) 상기 희생층의 상부가 노출되도록 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층의 안쪽에 빈 공간인 갭을 형성하되, 상기 갭은 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층을 상하로 관통함과 동시에 패턴의 형상에 따라 횡방향으로 뻗으며 하나 이상이 형성됨으로써, 복수의 패턴화 셀 세그먼트 각각이 서로 완전히 분리되도록 상기 태양전지 일부분과 안정화 셀층을 함께 패턴화하는 단계; 및
(f) 상기 기판으로부터 상기 태양전지 일부분이 분리되도록 상기 희생층을 제거하기 위해 식각하는 단계;를 포함하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
(a) providing a removable semiconductor substrate;
(b) forming a sacrificial layer on the substrate;
(c) forming a solar cell portion including a plurality of III-V multi-junction solar cell layers on the sacrificial layer;
(d) forming a stabilizing cell layer made of a semiconductor compound on the solar cell portion corresponding to the outside of the III-V multi-junction solar cell layer,
The stabilizing cell layer is formed to have a predetermined thickness larger than any one of the individual III-V multiple junction solar cell layers, and is formed of a p-doped and an n-doped layer of germanium (Ge) ; ≪ / RTI >
(e) forming a gap, which is an empty space, inside the solar cell layer and the stabilizing cell layer such that an upper portion of the sacrificial layer is exposed, the gap penetrating the solar cell layer and the stabilizing cell layer vertically, Patterning the portion of the solar cell and the stabilization cell layer together so that each of the plurality of patterned cell segments is completely separated from each other by at least one extending in the transverse direction according to the shape; And
(f) etching the sacrificial layer to remove a portion of the solar cell from the substrate; and forming a plurality of solar cell layers on the removable substrate.
상기 안정화 셀층은 소정의 두께가 5㎛보다 큰 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing cell layer has a predetermined thickness greater than 5 占 퐉. A method of manufacturing a multi-junction solar cell, wherein a plurality of solar cell layers are formed on a detachable substrate.
상기 희생층과 상기 태양전지 부분과 상기 안정화 셀층은 각각 에피택시 성장 기술에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sacrificial layer, the solar cell portion, and the stabilization cell layer are formed by an epitaxial growth technique, respectively, wherein a plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate.
상기 (e)단계는 상기 희생층의 상기 노출된 상부 부분에 상기 갭을 통하여 식각 물질을 확산시키는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (e) further comprises diffusing the etchant through the gap to the exposed upper portion of the sacrificial layer. ≪ RTI ID = 0.0 >≪ / RTI >
상기 (e)단계는 도전이 이루어지는 금속전극층이 각각 상기 패턴화된 셀 세그먼트의 상기 안정화 셀층 위에 배치되고, 최소한 상기 갭과 통할 수 있도록 패턴화된 복수의 홀을 가지고 있는 캐리어가 패턴화된 상기 셀 세그먼트의 상기 금속전극층 위에 집합적으로 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (e) includes the steps of: forming a metal electrode layer on the patterned cell segment, the metal electrode layer being disposed on the stabilized cell layer of the patterned cell segment, the carrier having a plurality of holes patterned to communicate with at least the gap, Wherein the plurality of solar cell layers are formed on the separable substrate, wherein the plurality of solar cell layers are formed collectively on the metal electrode layer of the segment.
도전이 이루어지는 상기 금속전극층은 각각 상기 패턴화된 세그멘트의 상기 태양전지 부분의 노출면에 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate, wherein the plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate.
상기 희생층은 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나의 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the sacrificial layer comprises any one material selected from the group consisting of aluminum arsenide (AlAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs). Gt;
상기 기판은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the substrate comprises at least one material selected from the group consisting of gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), and indium phosphide (InP). A method of manufacturing a solar cell.
(b) 상기 기판에 복수의 희생층과 복수의 III-V 다중접합 태양전지층을 포함하는 태양전지 구성체를 상기 복수의 희생층 위에 각각 형성하는 단계;
(c) 상기 III-V 다중접합 태양전지층의 외부에 해당하는 상기 태양전지 구성체의 최상부에 반도체 화합물로 된 안정화 셀층을 형성하는 단계에 있어서,
상기 안정화 셀층은 상기 III-V 다중접합 태양전지층들 중 개별적인 어느 하나의 두께보다도 더 큰 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 게르마늄(Ge) 소재의 p-도핑과 n-도핑된 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단계;
(d) 상기 희생층의 상부가 노출되도록 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층의 안쪽에 빈 공간인 갭을 형성하되, 상기 갭은 상기 태양전지층과 상기 안정화 셀층을 상하로 관통함과 동시에 패턴의 형상에 따라 횡방향으로 뻗으며 하나 이상이 형성됨으로써, 복수의 패턴화 셀 세그먼트 각각이 서로 완전히 분리되도록 상기 태양전지 일부분과 안정화 셀층을 함께 패턴화하는 단계;
(e) 최상부에 위치한 상기 태양전지 일부분이 분리되도록 최상부에 위치한 상기 희생층을 제거하기 위해 식각하는 단계;
(f) 상기 태양전지 일부분의 차상부에 상기 안정화 셀층을 형성하기 위하여 상기 (c)단계를 다시 한 번 수행하는 단계;
(g) 분리된 최상부의 태양전지 부분에 금속성 제2전극을 형성하고 비반사성 코팅을 하는 단계; 및
(e) 상기 기판으로부터 복수의 층으로 이루어진 상기 태양전지 일부분들이 모두 분리될 때까지 처음의 (a)단계부터 상기의 단계들을 반복하는 단계;를 포함하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
(a) providing a removable semiconductor substrate;
(b) forming a plurality of sacrificial layers and a plurality of III-V multi-junction solar cell layers on the plurality of sacrificial layers, respectively;
(c) forming a stabilizing cell layer made of a semiconductor compound on the top of the solar cell construct corresponding to the outside of the III-V multi-junction solar cell layer,
The stabilizing cell layer is formed to have a predetermined thickness larger than any one of the individual III-V multi-junction solar cell layers, and is formed of a p-doped and an n-doped layer of germanium (Ge) ; ≪ / RTI >
(d) forming a gap, which is an empty space, inside the solar cell layer and the stabilizing cell layer such that an upper portion of the sacrificial layer is exposed, the gap penetrating the solar cell layer and the stabilizing cell layer vertically, Patterning the portion of the solar cell and the stabilization cell layer together so that each of the plurality of patterned cell segments is completely separated from each other by at least one extending in the transverse direction according to the shape;
(e) etching to remove the sacrificial layer located at the top so that a portion of the solar cell located at the top is separated;
(f) performing the step (c) again to form the stabilizing cell layer on a portion of the solar cell;
(g) forming a metallic second electrode on the separated top solar cell portion and providing a non-reflective coating; And
(e) repeating the steps from the first step (a) until all of the solar cell parts of the plurality of layers are separated from the substrate, wherein a plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate Wherein the method comprises the steps of:
상기 안정화 셀층은 소정의 두께는 5㎛보다 큰 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the stabilizing cell layer has a predetermined thickness greater than 5 [mu] m, wherein the plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate.
상기 희생층과 상기 태양전지 일부분과 상기 안정화 셀층은 각각 에피택시 성장 기술에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the sacrificial layer, the solar cell portion, and the stabilization cell layer are formed by an epitaxial growth technique, respectively, wherein a plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate.
상기 (d)단계는 상기 희생층의 상기 노출된 상부 부분에 상기 갭을 통하여 식각 물질을 확산시키는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step (d) further comprises diffusing an etchant through the gap to the exposed upper portion of the sacrificial layer. ≪ RTI ID = 0.0 >≪ / RTI >
상기 (d)단계는 도전이 이루어지는 금속전극층이 각각 상기 패턴화된 셀 세그먼트의 상기 안정화 셀층 위에 배치되고, 최소한 상기 갭과 통할 수 있도록 패턴화된 복수의 홀을 가지고 있는 캐리어가 패턴화된 상기 셀 세그먼트의 상기 금속전극층 위에 집합적으로 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step (d) comprises the steps of: forming a metal electrode layer on which a conductive metal electrode layer is formed, the metal electrode layer being disposed on the stabilizing cell layer of the patterned cell segment and having a plurality of holes patterned so as to communicate with at least the gap, Wherein the plurality of solar cell layers are formed on the separable substrate, wherein the plurality of solar cell layers are formed collectively on the metal electrode layer of the segment.
도전이 이루어지는 상기 금속전극층은 각각 상기 패턴화된 세그멘트의 상기 태양전지 일부분의 노출면에 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the plurality of solar cell layers are formed on a detachable substrate, wherein the plurality of solar cell layers are formed on the detachable substrate.
상기 희생층은 알루미늄비소(AlAs)와 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나의 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the sacrificial layer comprises any one material selected from the group consisting of aluminum arsenide (AlAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs). Gt;
상기 기판은 갈륨비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 및 인듐인(InP)으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 가능한 기판위에 복수의 태양전지층이 형성되는 다중접합 태양전지의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the substrate comprises at least one material selected from the group consisting of gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), and indium phosphide (InP). A method of manufacturing a solar cell.
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WO2019083094A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-02 | 한국전력공사 | Substrate recycling method using selective area growth |
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