KR20160086155A - 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지 - Google Patents

플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벌크형 결정질 태양 전지와 박막 태양 전지 사이에 화학 증착법을 이용하여 나노 결정질 구조를 갖는 터널 접합층을 형성함으로써, 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지 에 관한 것이다.
일례로, 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지를 형성하는 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계; 상기 벌크형 결정질 태양 전지의 상부에 실리콘 박막으로 이루어진 터널 접합층을 형성하는 터널 접합층 형성 단계; 및 상기 터널 접합층의 상부에 상부 전지인 박막 태양 전지를 형성하는 박막 태양 전지 형성 단계를 포함하고, 상기 터널 접합층은 터널링 효과에 의해 상기 결정질 태양 전지와 상기 박막 태양 전지를 전기적으로 연결하고, 상기 터널 접합층은 플라즈마 화학 증착법을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 개시한다.

Description

플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지{Method for fabricating tandem solar cell with thin film silicon and bulk crystalline silicon using silicon thin film tunnel junction layer by PECVD and solar cell thereof}
본 발명은 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 태양전지의 종류는 소재의 형태에 따라 기판형과 박막형으로 나뉜다. 기판형 실리콘 태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다시 단결정(single-crystalline) 실리콘 태양전지와 다결정 (polycrystalline) 실리콘 태양전지로 구분된다. 박막형 실리콘 태양전지도 역시 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si:H) 태양전지와 미세결정 실리콘(micro-crystalline silicon, c-Si:H) 태양전지로 구분된다. 결정질 실리콘 기판을 얻기 위해서는 실리콘 웨이퍼를 사용하므로 생산 원가가 높고 공정상 복잡한 단계를 거쳐야 하므로 생산성이 떨어지나 광 변환효율이 높다는 장점이 있다. 반면 비정질 실리콘 태양전지는 재료 원가가 저렴하고 연속 대량생산 공정에 적합하나 광 변환효율이 낮다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 상호보완하여 태양 전지의 효율을 높이기 위해서 많은 기업과 연구소 및 대학에서 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 태양전지의 제조 방법은 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지를 형성하는 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계; 상기 벌크형 결정질 태양 전지의 상부에 실리콘 박막으로 이루어진 터널 접합층을 형성하는 터널 접합층 형성 단계; 및 상기 터널 접합층의 상부에 상부 전지인 박막 태양 전지를 형성하는 박막 태양 전지 형성 단계를 포함하고, 상기 터널 접합층은 터널링 효과에 의해 상기 결정질 태양 전지와 상기 박막 태양 전지를 전기적으로 연결하고, 상기 터널 접합층은 플라즈마 화학 증착법을 통해 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 터널 접합층 형성 단계에서는 상기 벌크형 결정질 태양 전지의 상부에 n형 실리콘 박막으로 이루어진 n형 터널 접합층을 형성하고, 상기 n형 터널 접합층의 상부에 p형 실리콘 박막으로 이루어진 p형 터널 접합층을 형성할 수 있다.
상기 n형 터널 접합층은 SiH4와 H2 및 PH3 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성되며, 상기 SiH4와 H2 및 PH3 가스의 비율은 1:200:0.08일 수 있다.
상기 p형 터널 접합층은 SiH4와 H2 및 B2H6 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성되며, 상기 SiH4와 H2 및 B2H6 가스의 비율은 1:240:0.06일 수 있다.
상기 n형 터널 접합층의 두께 및 상기 p형 터널 접합층의 두께는 각각 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
상기 터널 접합층 형성 단계의 온도는 160 ℃ 내지 195 ℃일 수 있다.
상기 터널 접합층은 나노 결정질 구조를 가질 수 있다.
상기 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계는 제 1 도전형의 반도체 기판을 준비하는 반도체 기판 준비 단계; 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 에미터층을 형성하는 에미터층 형성 단계; 상기 반도체 기판에 형성된 PSG를 제거하는 PSG 제거 단계; 및 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 에미터층을 제거하는 하부 에미터층 제거 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 태양 전지 형성 단계는 상기 터널 접합층의 상부에 P형 실리콘층, I형 실리콘층 및 N형 실리콘층이 차례로 적층된 PIN반도체층을 형성하는 PIN 반도체층 형성 단계; 상기 PIN 반도체층의 상부에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계; 및 상기 투명전극층의 상부에 전면 전극을 형성하고, 상기 반도체 기판의 후면에 후면 전극을 형성하는 전극 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 위에 기재된 방법으로 제조된 태양 전지를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 벌크형 결정질 태양 전지와 박막 태양 전지 사이에 화학 증착법을 이용하여 n형 터널 접합층과 p형 터널 접합층을 증착하여 나노 결정질 구조를 갖는 터널 접합층을 형성함으로써, 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 화학증착법을 통해 형성한 실리콘 박막 터널 접합층을 이용한 박막 실리콘과 벌크형 결정질 실리콘의 적층형 태양전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 n형 터널 접합층의 라만 분석법에 의한 결정화도를 도시한 그래프이다.
도 3b는 p형 터널 접합층의 라만 분석법에 의한 결정화도를 도시한 그래프이다.
도 4는 터널 접합층의 전압-전류 밀도 특성을 도시한 그래프이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계(S10), 터널 접합층 형성 단계(S20) 및 상부 전지인 박막 태양 전지 형성 단계(S30)를 포함한다.
구체적으로, 하부 전지로 사용되는 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계(S10)는 반도체 기판 준비 단계(S11), 에미터층 형성 단계(S12), PSG 제거 단계(S13) 및 하부 에미터 제거 단계(S14)를 포함한다. 또한, 상부 전지로 사용되는 박막 태양 전지 형성 단계(S30)는 PIN 반도체층 형성 단계(S31), 투명전극층 형성 단계(S32) 및 전극 형성 단계(S33)를 포함한다. 여기서, 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지는 벌크형 결정질 실리콘으로, 상부 전지인 박막 태양 전지는 박막 실리콘으로 불리기도 한다. 이하에서는 도 2a 내지 도 2j를 참조하여, 도 1 의 각 단계들을 설명하기로 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판 준비 단계(S11)에서는 대략 평평한 전면(111)(상면)과, 전면(111)의 반대면으로서 대략 평평한 후면(112)(하면)을 가지며, 제 1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판(110)을 준비한다. 일례로, 반도체 기판(110)은 P형 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 즉, 상기 반도체 기판(110)은 실리콘 반도체 기판에 주기율표에서 13족 원소인 붕소(B) 또는 갈륨(Ga)과 같은 불순물이 도핑된 P형 실리콘 반도체 기판일 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판 준비 단계(S11)에서는 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(110)의 표면에 요철 구조(113)를 만드는 텍스쳐링 공정이 수행될 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링 공정을 통해 반도체 기판의 표면을 요철 구조로 형성하게 되면, 입사되는 태양광이 외부로 반사되는 비율은 감소하고 태양광의 산란에 의해 내부로 흡수되는 비율은 증가하여, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다. 상기 텍스쳐링 공정은 NaOH, KOH, IPA, HNO3, HF 등의 용액을 이용하는 습식방법을 사용하여 이루어질 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 에미터층 형성 단계(S12)에서는 상기 반도체 기판(110)의 전면(111)과 후면(112)에 제 2 도전형의 에미터층(120)을 형성한다. 상기 에미터층 형성 단계(S12)에서는 제 2 도전형의 에미터층(120)을 형성하기 위해 상기 반도체 기판(110)에 인(P)을 열확산(thermal diffusion) 도핑(doping)한다. 일례로, 상기 에미터층 형성 단계(S12)에서는 상기 반도체 기판(110)에 POCL3, H3PO4 등을 열확산 도핑할 수 있다. 상기 에미터층(120)은 상기 반도체 기판(110)의 전면(111)에 형성된 상부 에미터층(121) 및 상기 반도체 기판(110)의 후면(112)에 형성된 하부 에미터층(122)을 포함한다.
한편, 인(P)이 함유된 화합물을 이용하여 도핑 공정이 진행될 경우, 상기 에미터층(120)의 형성과 함께 상기 반도체 기판(110)의 표면에는 PSG(Phosphorous Silicate Glass)(123)가 형성될 수 있다. 상기 PSG(123)는 다음 공정에서 제거되어야 한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 PSG 제거 단계(S13)에서는 상기 반도체 기판(110)의 표면에 형성된 PSG(123)를 제거한다. 상기 PSG(123)는 5~10% 정도로 희석된 불산(HF) 용액에 15초 내외로 넣어서 처리함으로써 제거할 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 하부 에미터층 제거 단계(S14)에서는 하부 에미터층(122)을 식각하여 제거한다. 상기 하부 에미터층 제거 단계(S14)에서는 상기 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 하부 에미터층(122)을 식각하여 제거함으로써, 태양 전지 동작 중의 누설 전류를 방지할 수 있다. 상기 하부 에미터층 제거 단계(S14) 후에는 SC1(NH4O+H2O2+H2O)을 이용한 클리닝 공정이 수행될 수 있다.
상기와 같은 공정을 통해 제 1 도전형의 반도체 기판(110)과, 상기 반도체 기판(110)의 전면(111)에 형성된 제 2 도전형의 에미터층(121)을 포함하는 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)가 완성된다.
다음으로, 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)의 상부에 터널 접합층(130)을 형성한다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 터널 접합층 형성 단계(S20)에서는 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)의 상부에 터널 접합층(130)을 형성한다. 구체적으로, 상기 터널 접합층 형성 단계(S20)에서는 플라즈마 화학증착법(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 통해서 상부 에미터층(121)의 상부에 실리콘 박막을 증착하여 터널 접합층(130)을 형성한다. 상기 터널 접합층(130)은 터널링 효과(tunneling effect)에 의해 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)와 후술되는 상부 전지인 박막 태양 전지(20)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 상기 터널 접합층(130)은 대략 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 10 nm일 수 있다. 상기 터널 접합층(130)의 두께가 2 nm 보다 작을 경우 상기 에미터층(121)의 상부에 터널 접합층(130)을 증착하기가 어렵다. 또한, 상기 터널 접합층(130)의 두께가 20 nm 보다 클 경우 터널링 효과를 기대할 수 없어 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)와 상부 전지인 박막 태양 전지(20) 사이에 효과적인 오믹 컨택(Ohmic contact)을 형성 할 수 없다.
상기 터널 접합층(130)은 n형 터널 접합층(131)과 p형 터널 접합층(132)을 포함한다. 상기 상부 에미터층(121)의 상부에 n형 터널 접합층(131)이 형성되고, n형 터널 접합층(131) 위에 p형 터널 접합층(132)이 형성된다.
먼저, n형 터널 접합층(131)은 SiH4와 H2 및 PH3 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성된다. 상기 n형 터널 접합층(131)을 형성하기 위한 조건을 살펴보면, SiH4와 H2 및 PH3 가스의 비율은 1:200:0.08로 이루어지고, 온도는 약 195℃이며, 파워는 13W이고, 공정압력은 2.5 Torr로 조성하여 n형의 실리콘 박막으로 이루어진 n형 터널 접합층(131)을 형성한다. 상기 n형 터널 접합층(131)의 두께는 대략 1 nm 내지 10 nm, 바람직하게는 5 nm일 수 있다.
다음으로, p형 터널 접합층(132)은 SiH4와 H2 및 B2H6 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성된다. 상기 p형 터널 접합층(132)을 형성하기 위한 조건을 살펴보면, SiH4와 H2 및 B2H6 가스의 비율은 1:240:0.06으로 이루어지고, 온도는 약 160℃이며, 파워는 13W이고, 공정압력은 3 Torr로 조성하여 p형의 실리콘 박막으로 이루어진 p형 터널 접합층(132)을 형성한다. 상기 p형 터널 접합층(132)의 두께는 대략 1 nm 내지 10 nm, 바람직하게는 5 nm일 수 있다.
즉, 상기 터널 접합층 형성 단계(S20)를 수행하기 위한 온도는 대략 160℃ 내지 195℃일 수 있다. 여기서, 온도가 160℃ 보다 작거나 195℃ 보다 크면 상기와 같은 특징을 갖는 터널 접합층(130)을 형성하기에 적합하지 않다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 PIN 반도체층 형성 단계(S31)에서는 상기 터널 접합층(130)의 상부에 PIN 반도체층(140)을 형성한다. 구체적으로, 상기 PIN 반도체층 형성 단계(S31)에서는 상기 터널 접합층(130)의 상부에 P형 실리콘층(141), I형 실리콘층(142) 및 N형 실리콘층(143)이 차례로 적층되어 형성된다. 상기 PIN 반도체층(140)은 플라즈마 화상증착법에 의해 형성될 수 있다. 상기 PIN 반도체층(140)에서는 I형 실리콘층(142)이 P형 실리콘층(141)과 N형 실리콘층(143)에 의해 공핍(deletion)되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 실리콘층(141) 및 N형 실리콘층(143)에서 수집된다.
도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 투명전극층 형성 단계(S32)에서는 상기 PIN 반도체층(140)의 상부에 투명전극층(150)을 형성한다. 구체적으로, 상기 투명전극층 형성 단계(S32)에서는 상기 N형 실리콘층(143)의 상부에 투명전극층(150)을 형성할 수 있다. 상기 투명전극층(150)은 태양광이 입사되어 투과되는 전극이다. 따라서, 상기 투명전극층(150)은 광투과도의 저하를 방지하고 비저항이 낮으며 표면 거칠기가 양호한 물질이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들어, 상기 투명전극층(150)은 ITO(Indium tin oxide), FTO(Fluorine tin oxide), IZO(Indium zinc oxide), ZnO(Zinc oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투명전극층(150)은 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 형성할 수 있다.
도 2i 및 도 2j에 도시된 바와 같이, 상기 전극 형성 단계(S33)에서는 상기 투명전극층(150)의 상부에 전면 전극(160)을 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 하부(후면)에 후면 전극(170)을 형성한다. 상기 전면 전극(160)은 은(Ag) 및/또는 알루미늄(Al)으로 형성되며, 상기 후면 전극(170)은 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다. 상기 전극 형성 단계(S33)에서는 스퍼터링 방식 또는 스크린 프린팅(Screen printing) 방식을 이용하여 전면 전극(160) 및 후면 전극(170)을 형성할 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)가 완성된다. 이러한 태양 전지(100)는 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지(10)와 상기 벌크형 결정질 태양 전지(10)의 상부에 적층되며 상부 전지인 박막 태양 전지(20) 및 벌크형 결정질 태양 전지(10)와 박막 태양 전지(20) 사이에 개재된 터널 접합층(130)을 포함한다.
도 3a는 n형 터널 접합층의 라만 분석법에 의한 결정화도를 도시한 그래프이다. 도 3b는 p형 터널 접합층의 라만 분석법에 의한 결정화도를 도시한 그래프이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, n형 터널 접합층(131)의 결정성과 결정화 분율(crystalline volume fraction)을 얻기 위하여 라만(Raman) 분석을 실시하였으며, 상기 n형 터널 접합층(131)은 520㎝-1에서 피크값을 가지는 것으로 관찰되었다. 일반적으로, 라만 분석에서 비정질 실리콘은 480㎝-1에서 피크값을 나타내고 결정질 실리콘은 520㎝-1에서 피크값을 나타낸다. 또한, 결정질 상이 증가할수록 520㎝-1에서 피크값이 크게 나타난다. 즉, 본 발명의 n형 터널 접합층(131)은 520㎝-1 에서 피크값이 나타나고 있으므로 결정질 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같은, 라만 분석을 이용하여 박막의 결정화분율을 계산할 수 있다. 결정화분율은 라만 분석에서 비정질 특성을 가지는 480㎝-1과 결정질 특성을 가지는 510㎝-1, 520㎝-1의 누적강도(Integrated intensity)를 구한 후, 아래의 식으로 구할 수 있다.
Figure pat00001
즉, 결정화분율이 증가할수록 결정질에 가까운 구조적 특성을 가지는 것으로 해석할 수 있다. 상기 n형 터널 접합층(131)의 결정화분율(Xc)은 대략 88.13% 인 것으로 계산되었다. 따라서, 상기 n형 터널 접합층(131)은 나노 결정질(nanocrystalline) 구조를 갖는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 도 3b에 도시된 바와 같이, p형 터널 접합층(132)의 결정성과 결정화 분율(crystalline volume fraction)을 얻기 위하여 라만(Raman) 분석을 실시하였으며, 상기 p형 터널 접합층(132)은 520㎝-1에서 피크값을 가지는 것으로 관찰되었다. 더불어, p형 터널 접합층(132)의 결정화분율(Xc)은 대략 86.21% 인 것으로 계산되었다. 따라서, 상기 p형 터널 접합층(132)은 나노 결정질(nanocrystalline) 구조를 갖는 것을 알 수 있다.
도 4는 터널 접합층의 전압-전류 밀도 특성을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명과 같이 터널 접합층(130)을 n형 터널 접합층(131)과 p형 터널 접합층(132)으로 형성한 경우 태양 전지(100)의 효율이 10.33% 인 것을 알 수 있다. 이러한 터널 접합층(130)은 터널 접합층을 p형 터널 접합층으로만 형성했을 경우(Eff=9.48%)나 터널 접합층이 없는 경우(Eff=9.82%) 보다 효율이 더 높은 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)는 벌크형 결정질 태양 전지(10)와 박막 태양 전지(20) 사이에 화학 증착법을 이용하여 n형 터널 접합층(131)과 p형 터널 접합층(132)을 증착하여 나노 결정질 구조를 갖는 터널 접합층(130)을 형성함으로써, 태양 전지(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 벌크형 결정질 태양 전지 20: 박막 태양 전지
100: 태양 전지 110: 반도체 기판
120: 에미터층 121: 상부 에미터층
122: 하부 에미터층 130: 터널 접합층
131: n형 터널 접합층 132: p형 터널 접합층
140: PIN 반도체층 141: P형 실리콘층
142: I형 실리콘층 143: N형 실리콘층
150: 투명전극층 160: 전면 전극
170: 후면 전극

Claims (10)

  1. 하부 전지인 벌크형 결정질 태양 전지를 형성하는 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계;
    상기 벌크형 결정질 태양 전지의 상부에 실리콘 박막으로 이루어진 터널 접합층을 형성하는 터널 접합층 형성 단계; 및
    상기 터널 접합층의 상부에 상부 전지인 박막 태양 전지를 형성하는 박막 태양 전지 형성 단계를 포함하고,
    상기 터널 접합층은 터널링 효과에 의해 상기 결정질 태양 전지와 상기 박막 태양 전지를 전기적으로 연결하고, 상기 터널 접합층은 플라즈마 화학 증착법을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널 접합층 형성 단계에서는 상기 벌크형 결정질 태양 전지의 상부에 n형 실리콘 박막으로 이루어진 n형 터널 접합층을 형성하고, 상기 n형 터널 접합층의 상부에 p형 실리콘 박막으로 이루어진 p형 터널 접합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 n형 터널 접합층은 SiH4와 H2 및 PH3 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성되며,
    상기 SiH4와 H2 및 PH3 가스의 비율은 1:200:0.08인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 터널 접합층은 SiH4와 H2 및 B2H6 가스를 사용한 플라즈마 화학증착법에 의해 형성되며,
    상기 SiH4와 H2 및 B2H6 가스의 비율은 1:240:0.06인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 n형 터널 접합층의 두께 및 상기 p형 터널 접합층의 두께는 각각 1㎚ 내지 10㎚인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널 접합층 형성 단계의 온도는 160 ℃ 내지 195 ℃인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널 접합층은 나노 결정질 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 벌크형 결정질 태양 전지 형성 단계는
    제 1 도전형의 반도체 기판을 준비하는 반도체 기판 준비 단계;
    상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 에미터층을 형성하는 에미터층 형성 단계;
    상기 반도체 기판에 형성된 PSG를 제거하는 PSG 제거 단계; 및
    상기 반도체 기판의 후면에 형성된 에미터층을 제거하는 하부 에미터층 제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 태양 전지 형성 단계는
    상기 터널 접합층의 상부에 P형 실리콘층, I형 실리콘층 및 N형 실리콘층이 차례로 적층된 PIN반도체층을 형성하는 PIN 반도체층 형성 단계;
    상기 PIN 반도체층의 상부에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계; 및
    상기 투명전극층의 상부에 전면 전극을 형성하고, 상기 반도체 기판의 후면에 후면 전극을 형성하는 전극 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
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