KR20170023139A - 고 에너지 갭(eg) 재료를 갖는 태양 전지의 수광 표면의 패시베이션 - Google Patents
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Abstract
고 에너지 갭(Eg) 재료를 갖는 태양 전지의 수광 표면을 패시베이팅하는 방법 및 결과적인 태양 전지가 기술된다. 일 예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 3족 질화물 재료 층은 패시베이팅 유전체 층 위에 배치된다. 다른 예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 큰 직접 밴드 갭 재료 층이 패시베이팅 유전체 층 위에 배치되는데, 이때 큰 직접 밴드 갭 재료 층은 적어도 대략 3.3의 에너지 갭(Eg)을 갖는다. 반사 방지 코팅(ARC) 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층 상에 배치되며, ARC 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
Description
본 개시내용의 실시예들은 재생가능 에너지 분야에 관한 것이며, 특히, 고 에너지 갭(Eg) 재료를 갖는 태양 전지(solar cell)의 수광 표면(light-receiving surface)을 패시베이팅(passivating)하는 방법 및 결과적인 태양 전지에 관한 것이다.
통상 태양 전지로서 알려진 광기전 전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는, 반도체 웨이퍼 또는 기판(substrate) 상에, 기판의 표면 부근에 p-n 접합을 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 기판의 표면에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 방사선은 기판의 대부분에 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p-도핑된(doped) 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동함으로써, 도핑된 영역들 사이의 전압차를 발생시킨다. 도핑된 영역은 태양 전지 상의 전도성 영역에 연결되어, 전지로부터 전지에 결합된 외부 회로로 전류를 지향시킨다.
효율은 그것이 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되기 때문에 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지를 제조함에 있어서의 효율이 그러한 태양 전지의 비용 효율성에 직접 관련된다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 기술, 또는 태양 전지의 제조에 있어서의 효율을 증가시키기 위한 기술이 일반적으로 바람직하다. 본 개시내용의 일부 실시예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규한 공정을 제공함으로써 증가된 태양 전지 제조 효율을 허용한다. 본 개시내용의 일부 실시예는 일반적인 열화 모드를 제거함으로써 개선된 안정성뿐만 아니라 신규한 태양 전지 구조를 제공함으로써 증가된 태양 전지 효율을 허용한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 예시하는 도면.
도 1a는 태양 전지의 출발 기판(starting substrate)을 예시하는 도면.
도 1b는 기판의 수광 표면 상에 패시베이팅 유전체 층의 형성 이후의 도 1a의 구조물을 예시하는 도면.
도 1c는 패시베이팅 유전체 층 상에 선택적 계면 층의 형성 이후의 도 1b의 구조물을 예시하는 도면.
도 1d는 계면 층 상에 3족 질화물 재료 층의 형성 이후의 도 1c의 구조물을 예시하는 도면.
도 1e는 3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(anti-reflective coating; ARC) 층의 형성 이후의 도 1d의 구조물을 예시하는 도면.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1e에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 위에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시하는 도면.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 내에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고 에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시하는 도면.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 수광 표면 상에 고 Eg 중간 층을 갖는 태양 전지의 자외선(UV) 안정성을 보여주는 플롯.
도 1a는 태양 전지의 출발 기판(starting substrate)을 예시하는 도면.
도 1b는 기판의 수광 표면 상에 패시베이팅 유전체 층의 형성 이후의 도 1a의 구조물을 예시하는 도면.
도 1c는 패시베이팅 유전체 층 상에 선택적 계면 층의 형성 이후의 도 1b의 구조물을 예시하는 도면.
도 1d는 계면 층 상에 3족 질화물 재료 층의 형성 이후의 도 1c의 구조물을 예시하는 도면.
도 1e는 3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(anti-reflective coating; ARC) 층의 형성 이후의 도 1d의 구조물을 예시하는 도면.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1e에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 위에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시하는 도면.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 내에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고 에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시하는 도면.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 수광 표면 상에 고 Eg 중간 층을 갖는 태양 전지의 자외선(UV) 안정성을 보여주는 플롯.
하기의 상세한 설명은 사실상 예시적일 뿐이며, 본 발명 요지 또는 본 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서의 역할을 하는" 것을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 발명의 내용 또는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 제시되는 임의의 명시된 또는 암시된 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서는 "하나의 실시예" 또는 "실시예"의 언급을 포함한다. 어구 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징, 구조물, 또는 특성이 본 개시내용과 일관되는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락은 본 개시내용(첨부된 청구범위를 포함함)에서 발견되는 용어에 대한 정의 및/또는 문맥을 제공한다.
"포함하는". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가의 구조 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성되는". 다양한 유닛 또는 구성요소가 작업 또는 작업들을 수행"하도록 구성되는" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 문맥에서, "~하도록 구성되는"은 유닛/구성요소가 동작 동안 그러한 작업 또는 작업들을 수행하는 구조를 포함하는 것을 나타냄으로써 구조를 함축하는 데 사용된다. 따라서, 유닛/구성요소는 특정된 유닛/구성요소가 현재 동작 중이 아닐 때에도(예컨대, 온(on)/활성(active) 상태가 아님) 작업을 수행하도록 구성되는 것으로 언급될 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행"하도록 구성된다"고 기재하는 것은 해당 유닛/구성요소에 대해 35 U.S.C. §112, 제6절을 적용하지 않도록 명백히 의도된다.
"제1", "제2" 등. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이들 용어는 이들 용어가 선행하는 명사에 대한 라벨로서 사용되며, 임의의 유형의 순서화(예컨대, 공간적, 시간적, 논리적 등)를 암시하지 않는다. 예를 들어, "제1" 태양 전지에 대한 언급은 반드시 이러한 태양 전지가 순서에 있어서 첫 번째 태양 전지임을 암시하지는 않으며; 대신에 용어 "제1"은 이러한 태양 전지를 다른 태양 전지(예컨대, "제2" 태양 전지)와 구별하는 데 사용된다.
"결합된" - 하기의 설명은 함께 "결합되는" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들을 언급한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명확히 달리 명시되지 않는 한, "결합된"은 하나의 요소/노드/특징부가 반드시 기계적으로 결합되는 것만은 아니게 다른 요소/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합됨(또는 그와 직접적으로 또는 간접적으로 연통됨)을 의미한다.
"억제하다" - 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 억제하다는 효과를 감소 또는 최소화시키는 것을 기술하는 데 사용된다. 구성요소 또는 특징부가 동작, 움직임 또는 조건을 억제하는 것으로 기술될 때, 이는 결과 또는 성과 또는 미래의 상태를 완전하게 방지할 수 있다. 또한, "억제하다"는, 그렇지 않을 경우 발생할 수도 있는 성과, 성능 및/또는 효과의 감소 또는 완화를 또한 지칭할 수 있다. 따라서, 구성요소, 요소 또는 특징부가 결과 또는 상태를 억제하는 것으로 지칭될 때, 이는 결과 또는 상태를 완전하게 방지 또는 제거할 필요는 없다.
또한, 소정 용어가 또한 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수 있으며, 이에 따라 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, "상부", "하부", "위", 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. "전방", "뒤", "후방", "측방", "외측", 및 "내측"과 같은 용어는 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 관련 도면을 참조함으로써 명확해지는 일관된 그러나 임의적인 좌표계 내에서의, 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 그러한 용어는 상기에 구체적으로 언급된 단어, 그것의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
고 에너지 갭(Eg) 재료를 갖는 태양 전지의 수광 표면을 패시베이팅하는 방법 및 결과적인 태양 전지가 본 명세서에서 기술된다. 하기의 설명에서, 본 개시내용의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 공정 흐름 작업과 같은 많은 특정 상세 사항이 기재된다. 본 개시내용의 실시예가 이들 특정 상세 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 리소그래피(lithography) 및 패턴화(patterning) 기술과 같은 주지된 제조 기술은 본 개시내용의 실시예를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예가 예시적인 표현이고, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에는 태양 전지가 개시되어 있다. 일 실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 3족 질화물 재료 층은 패시베이팅 유전체 층 위에 배치된다.
다른 실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 큰 직접 밴드 갭 재료 층이 패시베이팅 유전체 층 위에 배치되는데, 이때 큰 직접 밴드 갭 재료 층은 적어도 대략 3.3의 에너지 갭(Eg)을 갖는다. 큰 직접 밴드 갭 재료 층 상에 배치된 반사 방지 코팅(ARC) 층 - ARC 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함함 -.
다른 실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 결정질 규소 기판을 포함한다. 3족 질화물 재료 층은 결정질 규소 기판의 수광 표면 위에 배치된다. 반사 방지 코팅(ARC) 층이 3족 질화물 재료 층 상에 배치된다. ARC 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
본 명세서에 또한, 태양 전지의 제조 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 기판의 수광 표면 상에 패시베이팅 유전체 층을 형성하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 패시베이팅 유전체 층 위에 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(ARC) 층을 형성하는 단계를 수반한다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 태양 전지에 대한 개선된 전면 표면 필드(FSF) 성능을 달성하기 위한 접근법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 개선된 FSF 성능은 개선된 효율 및/또는 신뢰성을 제공하기 위해 고 에너지 갭(Eg) 재료 중간층을 사용하여 달성된다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예는 고 Eg 재료를 사용하는 태양 전지에 대한 개선된 광유도 열화(light induced degradation; LID) 방법에 관한 것이다. 고 Eg 3족 질화물 층은 전면 표면 열화를 안정화시키기 위해 구현될 수 있다. 특정 실시예에서, AlGaN, AlN 또는 GaN와 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 재료를 삽입하는 것은 결과적인 태양 전지의 안정성을 제공할 수 있다. 이러한 고 Eg 재료 층은 패시베이션 층 및 광유도 열화 및 UV 열화를 완화하거나 제거하기 위한 접근법 모두로서 구현될 수 있다.
맥락을 제공하기 위해, 광유도 열화는 기판 및 후속 층들의 계면의 패시베이션 레벨을 감소시키는 고 에너지 광자로 인해 태양 전지에 대한 일반적인 문제이다. 패시베이팅 반사 방지 코팅(일반적으로 SiN)이 뒤따르는 산화는 전면 표면 필름 세트를 침착하는 일반적인 방법이다. 보다 자주, 확산 공정은 열 산화 및 SiN 층으로 후속 캡핑하는 것이 뒤따르는 패시베이션을 강화하는 데 사용된다. 불행하게도, 그러한 아키텍처는 전지의 효율 및 전력 출력을 계속해서 저하시키는 빛에 노출될 때의 계면 열화, 예컨대 LID에 영향을 받을 수 있다. 초기 열화는 며칠 내에 커질 수 있고(예를 들어, 최대 10%의 손실), 이는 모듈 전력 출력을 현저하게 제한한다. 이러한 열화를 줄이기 위한 접근법은 열화의 양을 제한하기 위한 UV 차단제의 배치를 수반한다. 그러나, 이 접근법은 광생성(photo-generation)의 양을 줄일 수 있고, 이는 전지 또는 모듈의 전력 출력을 제한한다. 또한, 전면 표면 패시베이션의 품질이 증가함에 따라, 계면은 실제로 그러한 열화에 대한 증가된 감도를 나타낼 수 있고, 이는 고출력 모듈에 대해 더 중요한 향상된 안정성을 가져온다.
또한, 태양광 산업의 추세는 표면 패시베이션과 관련된 요구 사항을 증가시킬 수 있는 웨이퍼 두께를 감소시키는 것이다. 전지 설계 공정 동안 고려되어야 하는 규소 태양 전지에 대한 하나의 이러한 요구 사항은 웨이퍼의 표면 패시베이션이다. 재료가 패시베이션 층으로 기능하게 하기 위하여, 재료는 생성된 캐리어가 접합부에 도달하여 태양 전지의 광전류에 기여할 수 있도록 표면 재결합을 최소화해야 한다. 이산화규소는 태양 전지 코팅에 사용된 최초의 재료였으며 다른 응용 분야에서 규소의 우수한 품질의 패시베이션으로 알려져 있다. 그러나, 이산화규소는 태양광(PV) 응용 분야에서 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 이산화규소는 태양 전지의 전면 표면으로부터의 반사를 최소화하기에는 너무 낮을 수 있는 저 굴절률(1.46)을 갖는다. 또한, 고온 처리는 벌크 수명 감소 및 처리 비용 증가의 단점을 초래한다. 전술한 바와 같이, 대안적인 재료는 패시베이팅 반사 방지 코팅으로서 우수한 특성을 갖고, 이산화규소보다 우수한 광학 파라미터를 갖는 것으로 밝혀진 SiN이다.
상기 문제들 중 하나 이상을 해결하기 위하여, 본 명세서에 기술된 실시예에 따라, 개선된 UV 안정성은 태양 전지의 수광 표면 상의 산화물과 캡핑 반사 방지 코팅 사이에 고 Eg 재료를 삽입함으로써 달성된다. 그러한 일 실시예에서, AlN, AlGaN 또는 GaN와 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 고 Eg 재료가 고강도 자외선 조건 하에서도 이러한 전지들의 안정성을 향상시키는 데 사용된다. 또한, 고 Eg 재료는 또한 태양 전지를 위한 패시베이터(passivator)이므로, 다양한 두께가 전면 표면 아키텍처를 조정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 고 Eg 재료 층을 태양 전지에 포함시키는 것의 추가 이점은, 큰 직접 밴드 갭이 이러한 재료 층을 UV, 가시광, 및 IR 광 근처에서 거의 투명하도록 만들고 원하는 경우 특정 파장 범위를 차단하도록 조정될 수 있다는 점이다. 높은 투명성은 태양 전지에서 일반적으로 사용되는 여기 주파수의 영(0) 또는 무시가능한 흡광도(absorbance)를 갖는 중단없는 광생성을 가능하게 한다.
실시예에서, 태양 전지의 수광 표면 상의 재료들의 스택으로 고 Eg 재료 층을 구현하는 이점은, 다음을 포함할 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다: (a) 태양 전지의 n형 Si 표면의 우수한 패시베이션, (b) 더 높은 Jsc를 가능하게 하는 태양 전지의 전면 표면에 대한 매우 우수한 광학 특성, (c) UV 안정성의 형태로 개선된 장기 신뢰성, (d) 그러한 구조들은 상이한 규소 배향 및 표면에 적용가능할 수 있음, (e) 진성 고 밴드 갭 층(intrinsic high band gap layer)의 사용은 저농도 n-도핑된 Si 표면에 대해 우수한 패시베이션 레벨을 제공할 수 있음, (f) n-도핑된 고 밴드 갭 층의 사용은 밴드 벤딩 효과를 제공할 수 있음, 및/또는 (g) 고온 공정을 필요로 하는 태양 전지 제조 공정들에 대한 열적 안정성.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른, 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계들의 단면도를 예시한다. 도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1e에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 1a는 태양 전지의 출발 기판을 예시한다. 도 1a를 참조하면, 기판(100)은 수광 표면(102) 및 배면 표면(104)을 갖는다. 실시예에서, 기판(100)은 벌크 단결정 N형 또는 P형 도핑된 규소 기판과 같은 단결정 규소 기판이다. 그러나, 기판(100)이 전체 태양 전지 기판 상에 배치된, 다중-결정(multi-crystalline) 규소 층과 같은 층일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 실시예에서, 수광 표면(102)은 텍스처화된 표면 형태(texturized topography)(106)를 갖는다. 그러한 일 실시예에서, 수산화물계 습식 에칭제는 기판(100)의 전면 표면을 텍스처화하는 데 채용된다. 텍스처화된 표면은, 입사광을 산란시켜 태양 전지의 수광 표면들로부터 반사되는 광의 양을 감소시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙한 형상의 표면을 갖는 것일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1b는 기판의 수광 표면 상에 선택적 패시베이팅 유전체 층의 형성 이후의 도 1a의 구조물을 예시한다. 도 1b 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(202)을 참조하면, 패시베이팅 유전체 층(108)이 기판(100)의 수광 표면(102) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 수광 표면(102)은 텍스처화된 표면 형태(106)를 가지며, 패시베이팅 유전체 층(108)은 도 1b에 도시된 바와 같이 텍스처화된 표면 형태(106)와 정합(conformal)된다. 실시예에서, 패시베이팅 유전체 층은 생략된다.
실시예에서, 패시베이팅 유전체 층(108)은 이산화규소(SiO2)의 층이다. 그러한 일 실시예에서, 이산화규소(SiO2)의 층은 대략 10 내지 300 옹스트롬 범위의, 일부 실시예에서 15 옹스트롬 미만의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 패시베이팅 유전체 층(108)은 친수성이다. 실시예에서, 패시베이팅 유전체 층(108)은 규소 기판의 수광 표면의 일부분의 화학적 산화, 이산화규소(SiO2)의 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 규소 기판의 수광 표면의 일부분의 열 산화, 또는 O2 또는 O3 환경에서의 자외선(UV) 방사선에 대한 규소 기판의 수광 표면의 노출과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 기술에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 패시베이팅 재료는 이산화규소 이외의 재료들일 수 있다. 구조물은 H2O 또는 O3를 산소 공급원으로 ALD 또는 PEALD를 사용하여 침착된 AlOx 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, SiON과 같은 재료 층은 패시베이팅 재료로서 사용된다.
도 1c는 패시베이팅 유전체 층 상에 선택적 계면 층의 형성 이후의 도 1b의 구조물을 예시한다. 도 1c 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(204)을 참조하면, 계면 층(110)이 패시베이팅 유전체 층(108) 상에 선택적으로 형성된다. 일 실시예에서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 계면 층(110)은 텍스처화된 표면 형태(106)와 정합된다.
실시예에서, 계면 층(110)은 전술한 패시베이팅 유전체 층과 상이하고 후술하는 3족 질화물 층과 상이한 재료 층이다. 그러한 일 실시예에서, 계면 층(110)은 규소-풍부 비정질 규소 층, 예를 들어 그 안에 매우 적은 수소를 갖는 비정질 규소 층이다. 그러한 특정 실시예에서, 규소-풍부 비정질 규소 층은 대략 30 내지 100 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소, 진성 또는 인 도핑된 비정질 규소, 및 다결정 규소와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 산소가 없는 규소계 층이고, 규소계 층은 대략 10 내지 200 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다.
실시예에서, 계면 층은 저 알루미늄(Al) 및/또는 저 열 수지(low thermal budget)의 3족 N막이 고 Eg 재료 층으로서 사용되는 경우에 생략된다. 실시예에서, 계면 층은 이산화규소 패시베이팅 유전체 층과 Al-함유 고 Eg 재료 층 사이에서 Al-O 결합 형성을 방지하는 데 사용된다.
도 1d는 계면 층 상에 3족 질화물 재료 층의 형성 이후의 도 1c의 구조물을 예시한다. 도 1d 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(206)을 참조하면, 3족 질화물 재료 층(112)은 계면 층(110)(존재한다면, 도시된 바와 같음) 상에 또는 패시베이팅 유전체 층(108)(계면 층(110)이 존재하지 않는 경우) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 3족 질화물 재료 층(112)은 텍스처화된 표면 형태(106)와 정합된다.
실시예에서, 후속적인 후-침착 어닐링(post deposition anneal)은 대략 섭씨 350 내지 700도 범위에서 수행된다. 후-침착 어닐링은 3족 질화물 재료 층(112)의 패시베이션 레벨을 향상시킬 수 있다. 실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 진성 층이거나 또는 N형 층으로서 도핑된다.
실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 질화 알루미늄(AlN) 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 층, 또는 질화 갈륨(GaN) 층과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 재료 층이다. 실시예에서, 층(112)은 적어도 대략 3.3의 에너지 갭(Eg)을 갖는 큰 직접 밴드 갭 재료 층이다.
실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 질화 알루미늄(AlN) 다결정 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 다결정 층, 또는 질화 갈륨(GaN) 다결정 층과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 다결정 층으로서 형성된다. 그러한 일 실시예에서, 다결정 층은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE)에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 다결정 층은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해, 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD)에 의해, 분자선 에피택시(MBE)에 의해, 또는 물리 기상 증착(PVD)에 의해 형성된다.
실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 질화 알루미늄(AlN) 비정질 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 비정질 층, 또는 질화 갈륨(GaN) 비정질 층과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 비정질 층으로서 형성된다. 그러한 일 실시예에서, 비정질 층은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 또는 물리 기상 증착(PVD)과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 기술에 의해 형성된다.
도 1e는 3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(ARC) 층의 형성 이후의 도 1d의 구조물을 예시한다. 도 1e 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(208)을 참조하면, 반사 방지 코팅(ARC) 층(114)이 3족 질화물 재료 층(112) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 도 1e에 도시된 바와 같이, ARC 층(114)은 텍스처화된 표면 형태(106)와 정합된다.
실시예에서, ARC 층(114)은 3족 질화물 재료 층(112)과 상이한 재료 층이다. 실시예에서, ARC 층(114)의 침착 후에 대략 섭씨 600도 미만의 후-침착 어닐링이 수행된다. 실시예에서, ARC 층(114)은 적어도 일부의 수소(H)를 포함하고, ARC 층(114)의 침착 동안 또는 침착 후에 H를 표면에 전달함으로써 N-도핑된 Si 표면을 패시베이팅할 수 있다.
제1 실시예에서, ARC 층(114)은 산화 알루미늄(AlOx, x는 1.5 이하임) 층 또는 산질화규소(SiOyNz, y > 0, z > 0) 층과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 재료 층이다. 그러한 일 실시예에서, ARC 층(114) 및 3족 질화물 층(112)은 궁극적으로 제조된 태양 전지를 위한 이중(dual) 층 반사 방지 코팅을 함께 형성한다. 실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 대략 50 내지 600 옹스트롬 범위의 두께를 가지며, 대략 2.4의 굴절률을 갖는다. 그 실시예에서, ARC 층(114)은 대략 300 내지 1000 옹스트롬 범위의 두께를 가지며, 대략 1.8의 굴절률을 갖는다. 그러한 일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112) 및 ARC 층(114)은 궁극적으로 제조된 태양 전지에 전류 증강 및 안정성을 함께 제공한다.
제2 실시예에서, ARC 층(114)은 수소화된 질화규소(SiN:H)의 층이다. 실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112)은 대략 30 내지 100 옹스트롬 범위의 두께를 가지며, 대략 2.0 내지 2.4 범위의 굴절률을 갖는다. 그 실시예에서, SiN:H의 층(ARC 층(114))은 대략 700 옹스트롬의 두께를 갖고 대략 1.9 초과의 굴절률을 갖는다. 그러한 일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층(112) 및 ARC 층(114)은 궁극적으로 제조된 태양 전지에 안정성을 함께 제공한다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 위에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고 에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시한다.
도 3을 참조하면, 태양 전지는 수광 표면(102)을 갖는 규소 기판(100)을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층(108)은 규소 기판(100)의 수광 표면 상에 배치된다. 계면 층(110)은 패시베이팅 유전체 층(108) 상에 선택적으로 배치된다. 3족 질화물 재료 층(112)은 계면 층(110)(존재한다면) 또는 패시베이팅 유전체 층(108) 상에 배치된다. 반사 방지 코팅(ARC) 층(114)이 3족 질화물 재료 층(112) 상에 배치된다. 이와 같이, 도 3의 태양 전지의 수광 표면 상의 층들의 스택은 도 1a 내지 도 1e와 관련하여 기술된 것과 동일하거나 유사하다.
도 3을 다시 참조하면, 기판(100)의 배면 표면 상에, 교번하는 P형(120) 및 N형(122) 이미터 영역들이 형성된다. 그러한 일 실시예에서, 트렌치들(121)은 교번하는 P형(120) 및 N형(122) 이미터 영역들 사이에 배치된다. 더 상세하게는, 실시예에서, 제1 다결정 규소 이미터 영역들(122)은 얇은 유전체 층(124)의 제1 부분 상에 형성되고 N형 불순물로 도핑된다. 제2 다결정 규소 이미터 영역들(120)은 얇은 유전체 층(124)의 제2 부분 상에 형성되고 P형 불순물로 도핑된다. 실시예에서, 터널링 유전체(124)는 대략 2 나노미터 이하의 두께를 갖는 산화규소 층이다.
다시 도 3을 참조하면, 전도성 접점 구조물들(128/130)은 먼저 절연 층(126)을 침착하고 개구들을 구비하도록 절연 층(126)을 패턴화한 다음에 개구들 내에 하나 이상의 전도성 층을 형성함으로써 제조된다. 실시예에서, 전도성 접점 구조물들(128/130)은 금속을 포함하고, 침착, 리소그래피 및 에칭 접근법 또는 대안적으로 인쇄 또는 도금 공정, 또는 대안적으로 포일 접착 공정에 의해 형성된다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 기판의 배면 표면 내에 형성된 이미터 영역들을 갖고 기판의 수광 표면 상의 고 에너지 갭(Eg) 재료를 포함하는 층들의 예시적인 스택을 갖는, 배면-접점 태양 전지의 단면도를 예시한다.
도 4를 참조하면, 태양 전지는 수광 표면(102)을 갖는 규소 기판(100)을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층(108)은 규소 기판(100)의 수광 표면 상에 배치된다. 계면 층(110)은 패시베이팅 유전체 층(108) 상에 선택적으로 배치된다. 3족 질화물 재료 층(112)은 계면 층(110)(존재한다면) 또는 패시베이팅 유전체 층(108) 상에 배치된다. 반사 방지 코팅(ARC) 층(114)이 3족 질화물 재료 층(112) 상에 배치된다. 이와 같이, 도 4의 태양 전지의 수광 표면 상의 층들의 스택은 도 1a 내지 도 1e와 관련하여 기술된 것과 동일하거나 유사하다.
도 4를 다시 참조하면, 기판(100)의 배면 표면 내에, 교번하는 P형(150) 및 N형(152) 이미터 영역들이 형성된다. 더 상세하게는, 실시예에서, 제1 이미터 영역들(152)은 기판(100)의 제1 부분 내에 형성되고 N형 불순물로 도핑된다. 제2 이미터 영역들(150)은 기판(100)의 제2 부분 내에 형성되고 P형 불순물로 도핑된다.
다시 도 4를 참조하면, 전도성 접점 구조물들(158/160)은 먼저 절연 층(156)을 침착하고 개구들을 구비하도록 절연 층(156)을 패턴화한 다음에 개구들 내에 하나 이상의 전도성 층을 형성함으로써 제조된다. 실시예에서, 전도성 접점 구조물들(158/160)은 금속을 포함하고, 침착, 리소그래피 및 에칭 접근법 또는 대안적으로 인쇄 또는 도금 공정, 또는 대안적으로 포일 접착 공정에 의해 형성된다.
광유도 열화(light induced degradation; LID) 및/또는 자외선(UV) 열화는 태양 전지 성능의 장기간 안정성에 대한 오래된 쟁점을 제기한다는 것을 이해해야 한다. 고효율 태양 전지는 특히 전면 표면 패시베이션의 증가된 감도에 기인한 그러한 열화 모드에 영향을 받는다. 감소된 패시베이션 또는 태양 스펙트럼 흡수(예를 들어, Jsc 손실)의 형태로 성능을 손상시키지 않으면서 이러한 태양 전지의 안정성을 개선하려는 노력이 있어 왔다. 성능 안정성은 성능 보증 및 제품 품질 차별화에 중요할 수 있다. 더 상세하게는, 전면 표면 패시베이션은 고효율 태양 전지의 성능에 중요할 수 있다. 전형적으로, 전면 표면 패시베이션은 확산 공정을 사용하여 수행되고 고온 산화로 이어지며, 마지막으로 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 사용하여 반사 방지 코팅(ARC)으로 캡핑된다. 질화규소(SiN 또는 SiN:H)는 그것의 광학 특성으로 인해 그리고 또한 그것의 우수한 패시베이션 품질을 위해 일반적으로 ARC로서 사용된다. 결정질 규소/열 산화물(c-Si/TOX) 계면에 H+를 제공하기 위해 질화규소 층이 사용될 수 있다. 불행하게도, 계면은 기존 Si-H 결합을 끊는 계면을 가로지르는 열 전자 주입(hot electron injection)을 통해 UV 광에 장기간 노출됨으로써 열화될 수 있다. 열 전자는 후속 층들에 트랩핑될 수 있고 계면을 가로질러 앞뒤로 바운드(bounce)하도록 다시 여기될(re-excited) 수 있는데, 이는 계면 마모로 알려진 공정이다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 그러한 LID 및/또는 UV 열화 문제를 해결한다. 예로서, 도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 수광 표면 상에 고 Eg 중간 층을 갖는 태양 전지의 자외선(UV) 안정성을 보여주는 플롯(500)이다. 플롯(500)을 참조하면, 태양 전지의 수광 표면 상에 3가지 상이한 재료 층 스택에 대해 14일의 고강도 자외선 시험이 수행되었다: (a) SiN/aSi:n, (b) SiN/AlGaN/aSi:n, 및 (c) SiN/AlGaN/Si-풍부. 변화는 Jo이고, 이는 본질적으로 고 Eg 중간 층(AlGaN)의 삽입을 이용하여 제거된다. 또한, 모든 구조물에 대한 초기 Jo는 < 10fA/㎠이며, 이는 모든 예시적인 전지들에 대한 우수한 초기 패시베이션을 나타낸다. 이와 같이, 고 Eg 재료 층의 사용은 시험된 파라미터 하에서 본질적으로 영(0)의 열화로 리스(lease)되었다. 이는 태양광 산업에 대한 전례없는 발견이다.
종합적으로, 소정 재료가 구체적으로 전술되었지만, 일부 재료는 본 개시내용의 실시예의 사상 및 범주 내에 있는 다른 그러한 실시예에서 다른 재료로 용이하게 대체될 수 있다. 예를 들어, 실시예에서, 3-5족 재료 기판과 같은 상이한 재료의 기판이 규소 기판 대신에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 다결정 또는 다중-결정 규소 기판이 사용된다. 다른 실시예에서, P형 기판이 사용될 수 있다. 또한, N+ 및 P+ 유형 도핑이 구체적으로 태양 전지의 배면 표면 상의 이미터 영역에 대해 기술되는 경우에, 고려되는 다른 실시예들이 반대 전도성 유형, 예컨대 각각 P+ 및 N+ 유형 도핑을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 다른 실시예들은 양면 설계를 갖는 전지에 관한 것이다. 부가적으로, 대부분 배면 접점 태양 전지 배열이 언급되지만, 본 명세서에 기술된 접근법이 전면 접점 태양 전지에도 또한 적용될 수 있음이 인식될 것이다.
따라서, 고 에너지 갭(Eg) 재료를 갖는 태양 전지의 수광 표면을 패시베이팅하는 방법 및 결과적인 태양 전지가 본 명세서에서 개시되었다.
특정 실시예들이 상기에 기술되었지만, 이들 실시예는 단일 실시예만이 특정 특징에 대해 기술된 경우에도 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 제공된 특징의 예는, 달리 언급되지 않는 한, 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 상기 설명은, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 그러한 대안예, 수정예 및 등가물을 포함하고자 의도된다.
본 개시내용의 범주는, 본 명세서에서 다루어진 문제들 중 임의의 것 또는 전부를 완화시키든지 또는 그렇지 않든지 간에, (명시적으로 또는 묵시적으로) 본 명세서에 개시된 임의의 특징 또는 특징들의 조합, 또는 이들의 임의의 일반화를 포함한다. 따라서, 특징부들의 임의의 그러한 조합에 대해, 본 출원(또는 이에 대한 우선권을 주장하는 출원)의 진행 동안에 신규 청구항이 만들어질 수 있다. 특히, 첨부된 청구범위를 참조하여, 종속항으로부터의 특징부가 독립항의 특징부와 조합될 수 있고, 각자의 독립항으로부터의 특징부들은 첨부된 청구범위 내에서 열거된 특정 조합들 내에서만이 아니라 임의의 적당한 방식으로 조합될 수 있다.
실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 3족 질화물 재료 층은 패시베이팅 유전체 층 위에 배치된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 패시베이팅 유전체 층과 3족 질화물 재료 층 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하고, 계면 층은 패시베이팅 유전체 층과 상이하고 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소 층이며, 대략 30 내지 50 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소, 진성 또는 인 도핑된 비정질 규소, 및 다결정 규소로 이루어진 군으로부터 선택된 산소가 없는 규소계 층이고, 규소계 층은 대략 10 내지 200 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 패시베이팅 유전체 층 상에 배치된다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 질화 알루미늄(AlN) 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 층, 및 질화 갈륨(GaN) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 3족 질화물 재료 층 상에 배치된 반사 방지 코팅(ARC) 층을 추가로 포함하며, ARC 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
일 실시예에서, ARC 층은 산화 알루미늄(AlOx, x는 1.5 이하임) 층 및 산질화규소(SiOyNz, y > 0, z > 0) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 층이며, ARC 층 및 3족 질화물 재료 층은 함께 태양 전지를 위한 이중 층 반사 방지 코팅을 형성한다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 대략 50 내지 900 옹스트롬 범위의 두께를 갖고 대략 2.0 내지 2.4의 굴절률을 가지며, ARC 층은 대략 300 내지 1500 옹스트롬의 범위의 두께를 갖고 대략 1.8의 굴절률을 갖는다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층 및 ARC 층은 함께 태양 전지에 전류 증강 및 안정성을 제공한다.
일 실시예에서, ARC 층은 수소화된 질화규소(SiN:H)의 층이다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 대략 30 내지 100 옹스트롬 범위의 두께를 갖고 대략 2.0 내지 2.4의 굴절률을 가지며, SiN:H의 층은 대략 700 옹스트롬의 두께를 갖고 대략 1.9 초과의 굴절률을 갖는다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층 및 ARC 층은 함께 태양 전지에 안정성을 제공하면서, 고 대역 Eg 재료는 광생성 스펙트럼의 흡수가 없는 패시베이션을 제공한다.
일 실시예에서, 기판은 결정질 규소 기판이며, 패시베이팅 유전체 층은 대략 10 내지 300 옹스트롬 범위의 두께를 갖는 이산화규소(SiO2)의 층이다.
일 실시예에서, 수광 표면은 텍스처화된 표면 형태를 갖고, 패시베이팅 유전체 층 및 3족 질화물 재료 층 모두는 수광 표면의 텍스처화된 표면 형태와 정합된다.
일 실시예에서, 기판은 수광 표면 반대편의 배면 표면을 추가로 포함하며, 태양 전지는, 기판의 배면 표면의 또는 그 위의 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들, 및 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 전기적으로 연결되는 전도성 접점 구조물을 추가로 포함한다.
실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 기판을 포함한다. 패시베이팅 유전체 층은 기판의 수광 표면 상에 배치된다. 큰 직접 밴드 갭 재료 층이 패시베이팅 유전체 층 위에 배치되는데, 이때 큰 직접 밴드 갭 재료 층은 적어도 대략 3.3의 에너지 갭(Eg)을 갖는다. 반사 방지 코팅(ARC) 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층 상에 배치되며, ARC 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지는 패시베이팅 유전체 층과 큰 직접 밴드 갭 재료 층 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하고, 계면 층은 패시베이팅 유전체 층과 상이하고 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 기판의 수광 표면 상에 패시베이팅 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 패시베이팅 유전체 층 위에 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(ARC) 층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 패시베이팅 유전체 층 상에 계면 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는 계면 층 상에 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 다결정 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-x, 여기서 0 < x < 1) 다결정 층, 및 질화 갈륨(GaN) 다결정 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 다결정 층을 형성하는 단계를 포함하거나, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 비정질 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 비정질 층, 및 질화 갈륨(GaN) 비정질 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 비정질 층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 다결정 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 다결정 층, 및 질화 갈륨(GaN) 다결정 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 다결정 층을 형성하는 단계를 포함하거나, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 비정질 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 비정질 층, 및 질화 갈륨(GaN) 비정질 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 비정질 층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에서, 태양 전지는 수광 표면을 갖는 결정질 규소 기판을 포함한다. 3족 질화물 재료 층은 결정질 규소 기판의 수광 표면 위에 배치된다. 반사 방지 코팅(ARC) 층은 3족 질화물 재료 층 상에 배치되며, ARC 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 결정질 규소 기판의 수광 표면 상에 배치된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 3족 질화물 재료 층과 결정질 규소 기판의 수광 표면 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하며, 계면 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소 층이며, 대략 30 내지 50 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소, 진성 또는 인 도핑된 비정질 규소, 및 다결정 규소로 이루어진 군으로부터 선택된 산소가 없는 규소계 층이고, 규소계 층은 대략 10 내지 200 옹스트롬 범위의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 3족 질화물 재료 층은 질화 알루미늄(AlN) 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1 - xN, 여기서 0 < x < 1) 층, 및 질화 갈륨(GaN) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일 실시예에서, ARC 층은 질화규소의 층을 포함한다.
Claims (30)
- 태양 전지로서,
수광 표면(light-receiving surface)을 갖는 기판(substrate);
기판의 수광 표면 상에 배치된 패시베이팅 유전체 층(passivating dielectric layer); 및
패시베이팅 유전체 층 위에 배치된 3족 질화물 재료 층을 포함하는, 태양 전지. - 제1항에 있어서,
패시베이팅 유전체 층과 3족 질화물 재료 층 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하며, 계면 층은 패시베이팅 유전체 층과 상이하고 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 제2항에 있어서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소 층이며, 대략 30 내지 50 옹스트롬 범위의 두께를 갖는, 태양 전지.
- 제2항에 있어서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소, 진성 또는 인 도핑된 비정질 규소, 및 다결정 규소로 이루어진 군으로부터 선택된 산소가 없는 규소계 층이고, 규소계 층은 대략 10 내지 200 옹스트롬 범위의 두께를 갖는, 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 패시베이팅 유전체 층 상에 배치되는, 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 질화 알루미늄(AlN) 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 층, 및 질화 갈륨(GaN) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된, 태양 전지.
- 제1항에 있어서,
3족 질화물 재료 층 상에 배치된 반사 방지 코팅(ARC) 층을 추가로 포함하며, ARC 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 제7항에 있어서, ARC 층은 산화 알루미늄(AlOx, x는 1.5 이하임) 층 및 산질화규소(SiOyNz, y > 0, z > 0) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 층이며, ARC 층 및 3족 질화물 재료 층은 함께 태양 전지를 위한 이중(dual) 층 반사 방지 코팅을 형성하는, 태양 전지.
- 제8항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 대략 50 내지 900 옹스트롬 범위의 두께를 갖고 대략 2.0 내지 2.4의 굴절률을 가지며, ARC 층은 대략 300 내지 1500 옹스트롬의 범위의 두께를 갖고 대략 1.8의 굴절률을 갖는, 태양 전지.
- 제9항에 있어서, 3족 질화물 재료 층 및 ARC 층은 함께 태양 전지에 전류 증강 및 안정성을 제공하는, 태양 전지.
- 제7항에 있어서, ARC 층은 수소화된 질화규소(SiN:H)의 층인, 태양 전지.
- 제11항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 대략 30 내지 100 옹스트롬 범위의 두께를 갖고 대략 2.0 내지 2.4의 굴절률을 가지며, SiN:H의 층은 대략 700 옹스트롬의 두께를 갖고 대략 1.9 초과의 굴절률을 갖는, 태양 전지.
- 제12항에 있어서, 3족 질화물 재료 층 및 ARC 층은 함께 태양 전지에 안정성을 제공하면서, 고 밴드 Eg 재료는 광생성 스펙트럼의 흡수가 없는 패시베이션을 제공하는, 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 기판은 결정질 규소 기판이며, 패시베이팅 유전체 층은 대략 10 내지 300 옹스트롬 범위의 두께를 갖는 이산화규소(SiO2)의 층인, 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 수광 표면은 텍스처화된 표면 형태(texturized topography)를 갖고, 패시베이팅 유전체 층 및 3족 질화물 재료 층 모두는 수광 표면의 텍스처화된 표면 형태와 정합(conformal)되는, 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 기판은 수광 표면 반대편의 배면 표면을 추가로 포함하며, 태양 전지는,
기판의 배면 표면의 또는 그 위의 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들; 및
복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 전기적으로 연결되는 전도성 접점 구조물을 추가로 포함하는, 태양 전지. - 태양 전지로서,
수광 표면을 갖는 기판;
기판의 수광 표면 상에 배치된 패시베이팅 유전체 층;
패시베이팅 유전체 층 위에 배치된 큰 직접 밴드 갭 재료 층 - 큰 직접 밴드 갭 재료 층은 적어도 대략 3.3의 에너지 갭(Eg)을 가짐 -; 및
큰 직접 밴드 갭 재료 층 상에 배치된 반사 방지 코팅(ARC) 층을 포함하며, ARC 층은 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 제17항에 있어서,
패시베이팅 유전체 층과 큰 직접 밴드 갭 재료 층 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하며, 계면 층은 패시베이팅 유전체 층과 상이하고 큰 직접 밴드 갭 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 태양 전지의 제조 방법으로서,
기판의 수광 표면 상에 패시베이팅 유전체 층을 형성하는 단계;
패시베이팅 유전체 층 위에 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계; 및
3족 질화물 재료 층 상에 반사 방지 코팅(ARC) 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제19항에 있어서,
패시베이팅 유전체 층 상에 계면 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는 계면 층 상에 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제19항에 있어서, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 다결정 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 다결정 층, 및 질화 갈륨(GaN) 다결정 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 다결정 층을 형성하는 단계를 포함하거나, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 비정질 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 비정질 층, 및 질화 갈륨(GaN) 비정질 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 비정질 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제19항에 있어서, 3족 질화물 재료 층을 형성하는 단계는, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 다결정 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 다결정 층, 및 질화 갈륨(GaN) 다결정 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 다결정 층을 형성하는 단계를 포함하거나, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD), 분자선 에피택시(MBE), 및 물리 기상 증착(PVD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 기술에 의해, 질화 알루미늄(AlN) 비정질 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 비정질 층, 및 질화 갈륨(GaN) 비정질 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 비정질 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제19항의 방법에 따라 제조되는 태양 전지.
- 태양 전지로서,
수광 표면을 갖는 결정질 규소 기판;
결정질 규소 기판의 수광 표면 위에 배치된 3족 질화물 재료 층; 및
3족 질화물 재료 층 상에 배치된 반사 방지 코팅(ARC) 층을 포함하며, ARC 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 제24항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 결정질 규소 기판의 수광 표면 상에 배치되는, 태양 전지.
- 제24항에 있어서,
3족 질화물 재료 층과 결정질 규소 기판의 수광 표면 사이에 직접 배치된 계면 층을 추가로 포함하며, 계면 층은 3족 질화물 재료 층과 상이한 재료를 포함하는, 태양 전지. - 제26항에 있어서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소 층이며, 대략 30 내지 50 옹스트롬 범위의 두께를 갖는, 태양 전지.
- 제26항에 있어서, 계면 층은 규소-풍부 비정질 규소, 진성 또는 인 도핑된 비정질 규소, 및 다결정 규소로 이루어진 군으로부터 선택된 산소가 없는 규소계 층이고, 규소계 층은 대략 10 내지 200 옹스트롬 범위의 두께를 갖는, 태양 전지.
- 제24항에 있어서, 3족 질화물 재료 층은 질화 알루미늄(AlN) 층, 질화 알루미늄 갈륨(AlxGa1-xN, 여기서 0 < x < 1) 층, 및 질화 갈륨(GaN) 층으로 이루어진 군으로부터 선택된, 태양 전지.
- 제24항에 있어서, ARC 층은 질화규소의 층을 포함하는, 태양 전지.
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