KR20180045587A - Solar cell and meaufacturing method of solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 접합 태양전지에서 재결합을 저감할 수 있는 구조의 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell having a structure capable of reducing recombination in a single junction solar cell and a method of manufacturing the same.
태양전지는 빛 에너지를 광전기 에너지 변환을 통해 전기 에너지로 변환시켜 주는 소자이다.Solar cells are devices that convert light energy into electrical energy through photoelectric energy conversion.
p-n 접합으로 구성된 단일 접합 태양전지의 효율은 이상적인 조건에서 30% 내외이며, 광학적 손실과 전기적 손실을 수반한다. p-n 접합으로 구성된 단일 접합 태양전지의 주된 전기적 손실 중 하나는 재결합이며, 특히 실리콘 기판과 도핑층, 전극간 계면에서의 손실이 크다.The efficiency of a single junction solar cell composed of p-n junctions is around 30% under ideal conditions and involves optical and electrical losses. One of the main electrical losses of a single junction solar cell composed of a p-n junction is recombination, and particularly the loss at the interface between the silicon substrate, the doping layer, and the electrode is large.
도 1에는 p-n 접합 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램이 도시되어 있다.1, an energy band diagram of a p-n junction solar cell is shown.
도 1에 도시된 바와 같이, p-n 접합 태양전지는 n+ 에미터층(emitter), p형 실리콘 기판, p+ 전계층(BSF) 구조로 되며, p-n 접합부에서 전자와 정공이 서로 상쇄되어 다수의 캐리어가 부족한 공핍층이 형성되고 공핍층의 양단에는 전위차(확산 전위)가 발생하고 이 전위차와 조화를 이루기 위해 내부에서 캐리어 재결합이 일어난다.As shown in FIG. 1, the pn junction solar cell has an n + emitter layer, a p-type silicon substrate, and a p + whole layer (BSF) structure. In the pn junction, electrons and holes are offset from each other, A depletion layer is formed, and a potential difference (diffusion potential) is generated at both ends of the depletion layer. In order to harmonize with this potential difference, carrier recombination occurs inside.
광흡수에 의해 발생된 캐리어는 전지 양단의 표면으로 분리 이동해 전압을 형성하기 때문에 높은 전압을 발생시키기 위해서는 분리된 캐리어가 재결합되지 않고 축적이 되어야 한다. 여기서, 캐리어는 전자와 정공을 의미한다.Carriers generated by light absorption are separated and moved to the surface of both ends of the cell to form a voltage. Therefore, in order to generate a high voltage, separated carriers must be accumulated without being recombined. Here, the carrier means electrons and holes.
이를 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 후면 전계층(20)을 SiO2(21)와 n+ 도핑된 폴리실리콘(23) 박막의 전하 선택형 전계층으로 형성하여 캐리어 재결합을 방지하였으나, 여전히 전면의 에미터층(30)을 도핑법으로 형성함에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 전면 캐리어 재결합 문제가 발생하고 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 2, the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단일 접합 태양전지에서 반도체 기판의 전면과 후면의 캐리어 재결합을 현저히 저감할 수 있는 구조의 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a solar cell having a structure capable of remarkably reducing carrier recombination on the front and back surfaces of a semiconductor substrate in a single junction solar cell and a manufacturing method thereof .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 반도체로 이루어진 기판과 상기 기판의 전면에 형성된 전하 선택형 에미터층과 상기 기판의 후면에 형성된 전하 선택형 전계층을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a charge selective emitter layer formed on a front surface of the substrate; and a charge selectable front layer formed on a rear surface of the substrate.
상기 기판은 n형 실리콘 기판이다.The substrate is an n-type silicon substrate.
상기 전하 선택형 에미터층은 SiO2와 p+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조이고, 상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조이다.The charge selection type emitter layer is a stacked structure of SiO 2 and p + -doped polysilicon thin film, and the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and n + doped polysilicon thin film.
상기 전하 선택형 에미터층은 이종접합 에미터이고, 상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조이다.The charge selective emitter layer is a heterojunction emitter, and the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and n + doped polysilicon thin films.
상기 이종접합 에미터는 P 타입이고 넓은 밴드 갭을 가지는 물질이다.The heterojunction emitter is a P-type material having a wide bandgap.
상기 전하 선택형 에미터층은 실리콘에 비해 높은 일함수를 가지는 전이금속 산화물이고, 상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조이다.The charge selection type emitter layer is a transition metal oxide having a higher work function than silicon, and the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and n + doped polysilicon thin films.
상기 전이금속 산화물은 V2OX, MOOX를 포함한다.The transition metal oxides include V 2 O X, M O O X.
상기 전이금속 산화물의 상부에 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극이 적층된다.A transparent electrode for compensating electrical conductivity is deposited on the transition metal oxide.
상기 투명전극은 ITO 또는 ZnO이다.The transparent electrode is ITO or ZnO.
반도체로 이루어진 기판을 준비하는 단계와 상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계와 상기 기판의 후면에 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계를 포함한다.Comprising the steps of: preparing a substrate made of a semiconductor; forming a charge selective emitter layer on the front surface of the substrate; and forming a charge selective front layer on the rear surface of the substrate.
상기 기판은 n형 실리콘 기판이다.The substrate is an n-type silicon substrate.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 SiO2 박막을 성장시키는 단계와 상기 SiO2 박막의 상부에 p+ 도핑한 폴리실리콘 박막을 적층시키는 단계를 포함한다.Forming a charge optional emitter layer on the front surface of the substrate, the heat-treated, a wet process, sputtering, CVD method, the method of any one of SiO 2 on the entire surface of the substrate And the step of growing a thin SiO 2 And laminating a p + doped polysilicon thin film on top of the thin film.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는, 수소화된 비정질 실리콘, 도핑한 미세결정질 실리콘 화합물, 도핑한 미세결정질 실리콘-탄소 합금 중 선택된 1종 이상을 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 성장시키는 단계를 포함한다.The step of forming the charge selective emitter layer on the entire surface of the substrate may be performed by any one of sputtering and CVD methods selected from among hydrogenated amorphous silicon, doped microcrystalline silicon compound, and doped microcrystalline silicon- On the entire surface of the substrate.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는, V2OX, MOOX 중 선택된 1종의 전이금속 산화물을 증발법, 스퍼터 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 적층시키는 단계를 포함한다.Forming a charge optional emitter layer on the front surface of the substrate, the transition metal oxide of one kind selected from V 2 O X, M O O X by the evaporation method, the method of any one of sputter depositing on the entire surface of the substrate .
상기 전이금속 산화물의 상부에 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극을 적층하는 단계를 더 포함한다.And laminating a transparent electrode for compensating electrical conductivity on the transition metal oxide.
상기 투명전극은 ITO 또는 ZnO이다.The transparent electrode is ITO or ZnO.
상기 기판의 후면에 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 후면에 SiO2 박막을 성장시키는 단계; 및 상기 SiO2 박막의 하부에 n+ 도핑한 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘 박막을 적층시키는 단계를 포함한다.Forming a charge optional layer around the back of the substrate, the heat-treated, a wet process, sputtering, CVD method, the method of any one of SiO 2 on the rear surface of the substrate Growing a thin film; And the SiO 2 And depositing n + doped amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film on the bottom of the thin film.
상기 n+ 도핑한 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘 박막을 적층시키는 단계 후, 상기 기판의 온도 600℃ 이상에서 열처리하여 상기 n+ 도핑한 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘 박막의 재결정화를 유도하는 단계를 더 포함한다.Doping the n + doped amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film, and then heat treating the substrate at a temperature of 600 ° C or higher to induce recrystallization of the n + doped amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film.
상기 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계와 상기 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계 후, 표면 재결합 저감을 위해 수소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함한다.The step of forming the charge selective emitter layer and the step of forming the charge selection type whole layer further include the step of hydrogen plasma treatment for surface recombination reduction.
본 발명은 n형 결정질 실리콘 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하고 후면에도 전하 선택형 전계층을 형성하여 캐리어 재결합을 방지할 수 있도록 하므로 태양전지의 손실을 줄이고 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing loss of a solar cell and improving efficiency by forming a charge selective emitter layer on the entire surface of an n-type crystalline silicon substrate and forming a charge selectable front layer on the rear surface of the n-type crystalline silicon substrate .
도 1은 p-n 접합 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램.
도 2는 종래의 태양전지 구조를 보인 단면.
도 3은 도 2의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 구조를 보인 도면.
도 5는 도 4의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지 구조를 보인 도면.
도 7은 도 6의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 태양전지 구조를 보인 도면.
도 9는 도 8의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램.1 is an energy band diagram of a pn junction solar cell.
2 is a cross-sectional view showing a conventional solar cell structure.
Figure 3 is an energy band diagram of the solar cell structure of Figure 2;
4 illustrates a solar cell structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an energy band diagram of the solar cell structure of Figure 4;
6 is a view showing a structure of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is an energy band diagram of the solar cell structure of Figure 6;
8 is a view showing a structure of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is an energy band diagram of the solar cell structure of Figure 8;
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 태양전지는, 반도체로 이루어진 기판과 기판의 전면에 형성된 전하 선택형 에미터층과 기판의 후면에 형성된 전하 선택형 전계층을 포함한다.The solar cell of the present invention includes a substrate made of a semiconductor, a charge selective emitter layer formed on the front surface of the substrate, and a charge selectable front layer formed on the rear surface of the substrate.
기판은 n형 결정질 실리콘 기판이다. 기판의 전면 에미터층(emitter)과 후면 전계층(BSF)은 모두 전하선택형 접합구조를 채용하여 전면과 후면에서 캐리어의 재결합을 방지한다.The substrate is an n-type crystalline silicon substrate. Both the front emitter layer and the backside layer (BSF) of the substrate employ charge-selective bonding to prevent carrier recombination on the front and back sides.
n형 결정질 실리콘 기판에 전면 에미터층과 후면 전계층을 형성하는 방법은 3가지 실시예로 설명한다. A method of forming a front emitter layer and a back front layer on an n-type crystalline silicon substrate is described in three embodiments.
[일 실시예][Example]
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 구조가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램이 도시되어 있다. FIG. 4 illustrates a solar cell structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 illustrates an energy band diagram of the solar cell structure of FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지는 n형 결정질 실리콘 기판(110), 기판(110)의 후면에 형성한 전하 선택형 전계층(120), 기판(110)의 전면에 형성한 전하 선택형 에미터층(130)의 구조로 된다. 4, the solar cell includes an n-type
전하 선택형 전계층(120)은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막(121,123)의 적층 구조이다. The charge selection type
전하 선택형 에미터층(130)은 SiO2와 p+ 도핑된 폴리실리콘 박막(131,133)의 적층 구조이다. The charge selection
일 실시예의 태양전지 제조방법은 n형 결정질 실리콘 기판(110)을 준비하는 단계와, 기판(110)의 후면에 전하 선택형 전계층(120)을 형성하는 단계와, 기판(110)의 전면에 전하 선택형 에미터층(130)을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes preparing an n-type
기판(110)의 후면에 전하 선택형 전계층(120)을 형성하는 단계와, 기판(110)의 전면에 전하 선택형 에미터층(130)을 형성하는 단계는 동시에 수행될 수도 있고 순차적으로 수행될 수 있다.The step of forming the charge
전하 선택형 전계층(120)을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 기판(110)의 후면에 SiO2 박막(121)을 성장시키고, 도면상 SiO2 박막(121)의 하부에 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(121)을 적층시켜 형성한다. Forming a charge before
전하 선택형 에미터층(130)을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 기판(110)의 전면에 SiO2 박막(131)을 성장시키고, 도면상 SiO2 박막(131)의 상부에 p+ 도핑한 폴리실리콘 박막(133)을 적층시켜 형성한다. Forming a charge
p+와 n+로 도핑한 폴리실리콘 박막(123,133)은 기판(110) 온도 600℃ 이하에서 기판(110)의 전면 및 후면에 형성한 SiO2 박막(121,131)에 비결정질 실리콘을 적층한 후 재결정하거나 미세결정질 실리콘을 직접 적층하는 방법으로 제작할 수 있다. polysilicon thin film (123 133) doped with p + and n + SiO 2 is formed on the front and back of the
후면 비결정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘을 적층한 후에는 기판(110)의 온도 600℃ 이상에서 열처리하여 도핑한 폴리실리콘 박막(123,133)으로 재결정화를 유도할 수 있다. 재결정화를 통해 비정질 실리콘이 폴리실리콘으로 재결정화하여 후면전계 박막으로 기능할 수 있다.After the rear amorphous silicon or microcrystalline silicon is deposited, the
일 실시예의 태양전지는 제조 후 수소 플라즈마 처리할 수 있다. 수소 플라즈마 처리는 실리콘 표면의 불포화 결합(Dangling bond)과 결합하는 화학적 부동태화 효과를 유발하여 표면 재결합을 저감한다.The solar cell of one embodiment can be hydrogen plasma treated after manufacture. The hydrogen plasma treatment induces a chemical passivating effect that combines with the dangling bond of the silicon surface to reduce surface recombination.
일 실시예의 태양전지는 도 5에 도시된 바와 같이, p-n 접합부에서 SiO2 박막이 절연막 역할을 하여 캐리어 재결합을 방지한다. As shown in Fig. 5, the solar cell of one embodiment has SiO 2 The thin film serves as an insulating film to prevent carrier recombination.
Ec(conduction band)에서 전자가 기판에서 에미터층으로 이동하고 Ev(valence band)에서 정공이 에미터층에서 기판으로 이동하는 것을 SiO2 박막이 방지하여 분리된 캐리어가 재결합되지 않는다.To move electrons from the substrate at Ec (conduction band) into the emitter layer and the holes in the (valence band) Ev moving the substrate in the emitter layer SiO 2 The thin film is prevented and the separated carriers are not recombined.
[다른 실시예][Other Embodiments]
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지 구조가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램이 도시되어 있다.FIG. 6 shows a solar cell structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows an energy band diagram of the solar cell structure of FIG.
도 6에 도시된 바와 같이, 태양전지는 n형 결정질 실리콘 기판(210), 기판(210)의 후면에 형성한 전하 선택형 전계층(220), 기판(210)의 전면에 형성한 전하 선택형 에미터층(230)의 구조로 된다. 6, the solar cell includes an n-type
전하 선택형 전계층(220)은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막(221,223)의 적층 구조이다. The charge select type
전하 선택형 에미터층(230)은 이종접합 에미터이다. The charge
이종접합 에미터는 P 타입이고 기판(210)에 비해 넓은 밴드 갭(Eg)을 가지는 물질이다. 밴드 갭은 Ec와 Ev 사이의 갭을 의미한다. 넓은 밴드 갭은 Ec에서 Ev로의 전자의 이동을 어렵게 하여 캐리어 재결합을 방지한다.The heterojunction emitter is a P-type material having a band gap (Eg) larger than that of the
다른 실시예의 태양전지 제조방법은, n형 결정질 실리콘 기판(210)을 준비하는 단계와, 기판(210)의 후면에 전하 선택형 전계층(220)을 형성하는 단계와, 기판(210)의 전면에 전하 선택형 에미터층(230)을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a solar cell according to another embodiment includes the steps of preparing an n-type
기판(210)의 후면에 전하 선택형 전계층(220)을 형성하는 단계와, 기판(210)의 전면에 전하 선택형 에미터층(230)을 형성하는 단계는 동시에 수행될 수도 있고 순차적으로 수행될 수 있다.The step of forming the charge selective
전하 선택형 전계층(220)을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 기판(210)의 후면에 SiO2 박막(221)을 성장시키고, 도면상 SiO2 박막(221)의 하부에 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(221)을 적층시켜 형성한다. Forming a charge before
n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(221)은 기판(210) 온도 600℃ 이하에서 기판(210)의 전면 및 후면에 형성한 SiO2 박막(221)에 비결정질 실리콘을 증착한 후 재결정하거나 미세결정질 실리콘을 직접 적층하는 방법으로 제작할 수 있다.n + doped polysilicon
후면 비결정질 실리콘 또는 미세결정질을 적층한 후에는 기판(210)의 온도 600℃ 이상에서 열처리하여 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(221)으로 재결정화를 유도할 수 있다. 재결정화를 통해 비정질 실리콘이 폴리실리콘으로 재결정화하여 후면전계 박막으로 기능할 수 있다. After the rear amorphous silicon or microcrystalline is deposited, the
전하 선택형 에미터층(230)을 형성하는 단계는, 수소화된 비정질 실리콘, 도핑한 미세결정질 실리콘 화합물, 도핑한 미세결정질 실리콘-탄소 합금 중 선택된 1종 이상을 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 기판(210)의 전면에 성장시켜 형성한다.The step of forming the charge selection
전하 선택형 에미터층(230)은 전술한 다수 재료를 적층구조로 제작할 수 있다.The charge selection
다른 실시예의 태양전지는 도 7에 도시된 바와 같이, p-n 접합부에서 넓은 밴드 갭(Eg)이 계면에서의 캐리어 재결합을 방지한다. In the solar cell of another embodiment, as shown in Fig. 7, a wide band gap Eg at the p-n junction prevents carrier recombination at the interface.
[또 다른 실시예][Another Embodiment]
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 태양전지 구조가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 태양전지 구조의 에너지 밴드 다이어그램이 도시되어 있다.FIG. 8 shows a solar cell structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows an energy band diagram of the solar cell structure of FIG.
도 8에 도시된 바와 같이, 태양전지는 n형 결정질 실리콘 기판(310), 기판(310)의 후면에 형성한 전하 선택형 전계층(320), 기판(310)의 전면에 형성한 전하 선택형 에미터층(330)의 구조로 된다. 8, the solar cell includes an n-type
전하 선택형 전계층(320)은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막(321,323)의 적층 구조이다. The charge selection type
전하 선택형 에미터층은 높은 일함수를 가지는 전이금속 산화물이다. 전이금속 산화물은 V2OX, MOOX를 포함한다. 기판의 일함수가 에미터층에 비해 충분히 높으면 정공은 에미터층의 계면에서 재결합하지만, 에미터층에서 또 다른 정공이 생성되어 전하가 보존된다. The charge selective emitter layer is a transition metal oxide with a high work function. Transition metal oxides include V 2 O X, M O O X. When the work function of the substrate is sufficiently higher than that of the emitter layer, the holes are recombined at the interface of the emitter layer, but another hole is generated in the emitter layer to preserve the charge.
전이금속 산화물의 상부에 전이금속 산화물의 낮은 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극이 적층될 수 있다. 투명전극은 ITO 또는 ZnO일 수 있다.Transparent electrodes can be deposited on top of the transition metal oxide to compensate for the low electrical conductivity of the transition metal oxide. The transparent electrode may be ITO or ZnO.
또 다른 실시예의 태양전지 제조방법은, n형 결정질 실리콘 기판(310)을 준비하는 단계와, 기판(310)의 후면에 전하 선택형 전계층(320)을 형성하는 단계와, 기판(310)의 전면에 전하 선택형 에미터층(330)을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a solar cell according to another embodiment includes the steps of preparing an n-type
기판(310)의 후면에 전하 선택형 전계층(320)을 형성하는 단계와, 기판(310)의 전면에 전하 선택형 에미터층(330)을 형성하는 단계는 동시에 수행될 수도 있고 순차적으로 수행될 수 있다.The step of forming the charge selective
전하 선택형 전계층(320)을 형성하는 단계는, 열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 기판(310)의 후면에 SiO2 박막(321)을 성장시키고, 도면상 SiO2 박막(321)의 하부에 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(321)을 적층시켜 형성한다. Forming a charge before
n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(321)은 기판(310) 온도 600℃ 이하에서 기판(310)의 전면 및 후면에 형성한 SiO2 박막(321)에 비결정질 실리콘을 적층한 후 재결정하거나 미세결정질 실리콘을 직접 적층하는 방법으로 제작할 수 있다.n + doped polysilicon
후면 비결정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘을 적층한 후에는 기판(310)의 온도 600℃ 이상에서 열처리하여 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막(321)으로 재결정화를 유도할 수 있다. 재결정화를 통해 비정질 실리콘이 폴리실리콘으로 재결정화하여 후면전계 박막으로 기능할 수 있다.After the rear amorphous silicon or microcrystalline silicon is laminated, the
전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는, V2OX, MOOX 중 선택된 1종의 전이금속 산화물을 증발법, 스퍼터 중 어느 하나의 방법으로 기판의 전면에 적층시켜 형성한다.The step of forming the charge selection type emitter layer is formed by depositing one kind of transition metal oxide selected from V 2 O x and M O O x on the entire surface of the substrate by any one of evaporation method and sputtering method.
다음으로, 전이금속 산화물의 상부에 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극을 적층할 수 있다. 투명전극은 ITO 또는 ZnO일 수 있다.Next, a transparent electrode for compensating electrical conductivity can be laminated on the transition metal oxide. The transparent electrode may be ITO or ZnO.
또 다른 실시예의 태양전지는 도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼와 전이금속 산화물 에미터층의 계면에서 전자-정공이 재결합하고, 에미터층 내부에서 또 다른 정공이 생성되어 전하가 보존된다.The solar cell of another embodiment recombines electrons and holes at the interface of the wafer and the transition metal oxide emitter layer, as shown in Fig. 9, and another hole is generated inside the emitter layer to preserve the charge.
상술한 바와 같이 본 발명은 n형 결정질 실리콘 기판(110,210,310)의 전면에 전하 선택형 에미터층(130,230,330)을 형성하고 후면에도 전하 선택형 전계층(120,220,320)을 형성한다. As described above, the charge selective emitter layers 130, 230, and 330 are formed on the entire surface of the n-type
전하 선택형 에미터층(130,230,330)은 SiO2와 p+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조로 형성한다. SiO2 가 절연막으로 기능하여 캐리어 재결합을 방지한다.The charge selection type emitter layers 130, 230 and 330 are formed of a laminated structure of SiO 2 and p + doped polysilicon thin film. SiO 2 Function as an insulating film to prevent carrier recombination.
또는 전하 선택형 에미터층은 이종접합 에미터로 형성한다. 이는 넓은 밴드 갭의 p+ 반도체가 포함된 적층 구조를 형성하여 캐리어의 재결합을 방지한다.Alternatively, the charge selective emitter layer is formed by a heterojunction emitter. This forms a laminated structure including a p + semiconductor having a wide band gap to prevent carrier recombination.
또는 전하 선택형 에미터층은 전이금속 산화물로 형성한다. 기판의 일함수가 에미터층에 비해 충분히 높으면 정공은 에미터층의 계면에서 재결합하지만, 에미터층에서 또 다른 정공이 생성되어 전하가 보존된다.Alternatively, the charge selective emitter layer is formed of a transition metal oxide. When the work function of the substrate is sufficiently higher than that of the emitter layer, the holes are recombined at the interface of the emitter layer, but another hole is generated in the emitter layer to preserve the charge.
전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조로 형성한다. 또한, SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조의 형성 후, 수소 플라즈마 처리를 통해 계면의 댕글링 본드에 수소를 결합하여 캐리어 재결합이 저감되도록 한다.The whole layer of the charge selection type is formed by a lamination structure of SiO 2 and n + doped polysilicon thin film. Further, after the formation of the laminated structure of the SiO 2 and the n + doped polysilicon thin film, the hydrogen recombination is reduced by hydrogen bonding to the dangling bonds at the interface through the hydrogen plasma treatment.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Best Mode for Carrying Out the Invention The present invention has been described with reference to the drawings and the specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning of the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
110,210,310: 기판
120,220,320: 전하 선택형 전계층
130,230,330: 전하 선택형 에미터층110, 210, 310:
130, 230, 330: Charge Selective Emitter Layer
Claims (19)
상기 기판의 전면에 형성된 전하 선택형 에미터층; 및
상기 기판의 후면에 형성된 전하 선택형 전계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.A substrate made of a semiconductor;
A charge selective emitter layer formed on the front surface of the substrate; And
And a charge selectable front layer formed on a rear surface of the substrate.
상기 기판은 n형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is an n-type silicon substrate.
상기 전하 선택형 에미터층은 SiO2와 p+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조이고,
상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지. The method of claim 2,
The charge selection type emitter layer is a stacked structure of SiO 2 and a p + -doped polysilicon thin film,
Wherein the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and an n + doped polysilicon thin film.
상기 전하 선택형 에미터층은 이종접합 에미터이고,
상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 2,
Wherein the charge selective emitter layer is a heterojunction emitter,
Wherein the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and an n + doped polysilicon thin film.
상기 이종접합 에미터는 P 타입이고 상기 기판에 비해 넓은 밴드 갭(Eg)을 가지는 물질인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 4,
Wherein the heterojunction emitter is a P-type material and has a band gap (Eg) larger than that of the substrate.
상기 전하 선택형 에미터층은 실리콘에 비해 높은 일함수를 가지는 전이금속 산화물이고,
상기 전하 선택형 전계층은 SiO2와 n+ 도핑된 폴리실리콘 박막의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 2,
Wherein the charge selective emitter layer is a transition metal oxide having a higher work function than silicon,
Wherein the charge selection type whole layer is a stacked structure of SiO 2 and an n + doped polysilicon thin film.
상기 전이금속 산화물은 V2OX, MOOX를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 6,
Wherein the transition metal oxide comprises V 2 O X , M O O X.
상기 전이금속 산화물의 상부에 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극이 적층되는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 7,
And a transparent electrode for compensating electrical conductivity is stacked on top of the transition metal oxide.
상기 투명전극은 ITO 또는 ZnO인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 8,
Wherein the transparent electrode is ITO or ZnO.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 후면에 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. Preparing a substrate made of a semiconductor;
Forming a charge selective emitter layer on a front surface of the substrate; And
And forming a charge selective front layer on the rear surface of the substrate.
상기 기판은 n형 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 10,
Wherein the substrate is an n-type silicon substrate.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는,
열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 SiO2 박막을 성장시키는 단계; 및
상기 SiO2 박막의 상부에 p+ 도핑한 폴리실리콘 박막을 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 11,
Forming a charge selective emitter layer on the front surface of the substrate,
Growing a SiO 2 thin film on the entire surface of the substrate by any one of heat treatment, wet process, sputter, and CVD; And
The SiO 2 And laminating a p + doped polysilicon thin film on top of the thin film.
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는,
수소화된 비정질 실리콘, 도핑한 미세결정질 실리콘 화합물, 도핑한 미세결정질 실리콘-탄소 합금 중 선택된 1종 이상을 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 11,
Forming a charge selective emitter layer on the front surface of the substrate,
And growing at least one selected from hydrogenated amorphous silicon, doped microcrystalline silicon compound and doped microcrystalline silicon-carbon alloy on the entire surface of the substrate by any one of a sputtering method and a CVD method Gt;
상기 기판의 전면에 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계는,
V2OX, MOOX 중 선택된 1종의 전이금속 산화물을 증발법, 스퍼터 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 전면에 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. The method of claim 11,
Forming a charge selective emitter layer on the front surface of the substrate,
A transition metal oxide of one kind selected from V 2 O X, M O O X by the evaporation method, the method of any one of a sputtering method for producing a solar cell comprising the step of laminating the entire surface of the substrate.
상기 전이금속 산화물의 상부에 전기전도도를 보완하기 위한 투명전극을 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. 15. The method of claim 14,
And laminating a transparent electrode for compensating electrical conductivity on the transition metal oxide.
상기 투명전극은 ITO 또는 ZnO인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.15. The method of claim 14,
Wherein the transparent electrode is made of ITO or ZnO.
상기 기판의 후면에 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계는,
열처리, 습식공정, 스퍼터, CVD법 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판의 후면에 SiO2 박막을 성장시키는 단계; 및
상기 SiO2 박막의 하부에 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막을 적층시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 11,
Forming a charge selective front layer on a backside of the substrate,
Growing a SiO 2 thin film on the rear surface of the substrate by any one of a heat treatment, a wet process, a sputtering process, and a CVD process; And
The SiO 2 And laminating an n + doped polysilicon thin film on the bottom of the thin film.
상기 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막을 적층시키는 단계는,
상기 SiO2 박막의 하부에 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘 박막을 적층시키는 단계 후,
상기 기판의 온도 600℃ 이상에서 열처리하여 상기 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘 박막을 n+ 도핑한 폴리실리콘 박막으로 재결정화를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.18. The method of claim 17,
The step of laminating the n + doped polysilicon thin film comprises:
The SiO 2 After the step of laminating amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film on the bottom of the thin film,
And annealing the amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film to an n + doped polysilicon thin film by performing heat treatment at a temperature of 600 ° C or higher of the substrate.
상기 전하 선택형 에미터층을 형성하는 단계와 상기 전하 선택형 전계층을 형성하는 단계 후, 표면 재결합 저감을 위해 수소 플라즈마 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 11,
Further comprising the step of: performing hydrogen plasma treatment to reduce the surface recombination after the step of forming the charge selective emitter layer and the step of forming the charge selection type whole layer.
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