KR20180067620A - 태양전지 셀과 그 제조 방법 및 이로 구성된 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 셀과 그 제조 방법 및 이로 구성된 태양전지 모듈 Download PDF

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KR20180067620A
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Abstract

본 발명은 태양전지 셀을 공개하는데, 겹쳐 설치된 윈도우층(4)과, 베이스층(5)과, 이미터층(6)과, 패시베이션층(8)을 포함하고, 태양전지 셀상에 간격을 두고 설치된 N형 접점 어레이(12)와 P형 접점 어레이(13)가 설치되고 N형 접점이 이미터층과 패시베이션층을 관통하고 P형 접점이 패시베이션층을 관통하며 N형 접점의 개구단의 횡단면의 면적이 그 밑부분의 횡단면의 면적보다 크다. 본 발명의 태양전지 셀을 직렬연결한 태양전지 모듈에 의하면, 태양전지 셀의 N형 접점의 모양을 변화시켜 측립면의 패시베이션층을 형성하기 어려운 문제를 해결하고 공정의 난도를 낮추고 패시베이션 재료의 사용을 줄일 수 있다.

Description

태양전지 셀과 그 제조 방법 및 이로 구성된 태양전지 모듈
관련출원
본 출원은 2015년 10월 19일에 중국특허국에 제출된 출원번호가 201510679909.9이고 발명명칭이 “태양전지 셀과 그 제조 방법 및 이로 구성된 태양전지 모듈”인 중국특허출원의 우선권을 주장하고 그 모든 내용을 인용하여 본 출원에 결합시킨다.
기술분야
본 발명은 태양전지 분야에 관한 것으로, 특히 태양전지 셀 및 이가 직렬연결된 태양전지 모듈에 관한 것이고, 본 발명은 진일보로 태양전지 셀의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 에네르기는 무진장한 에네르기 출처이다. 예측에 따르면 1년에 지구에 투사되는 태양 에네르기의 에너지는 137만억톤 표준석탄의 열량에 대응되도 현재 세계적으로 1년내에 각종 에네르기 소스를 이용하여 발생하는 에너지의 약 2만배를 초과한다. 우리 나라의 약 2/3 지역에서 태양 에네르기 자원을 양호하게 이용할 수 있고 태양 에네르기를 이용한 발전은 지역의 제한을 받지 않고 태양광 발전 시스템의 모듈화를 실현하여 전력을 소비하는 지역 부근에 장착할 수 있고 전력망으로부터 멀어 떨어진 지역에서 송전과 배전 원가를 낮추고 전력공급 장비의 믿음성을 향상시킬 수 있다. 현재 박막 태양전지는 광 흡수층의 원료 사용량이 적고 내부 재료가 수미크론만 있으면 태양광을 전기 에네르기로 변환시킬 수 있다.
반도체 이형접합 태양전지는 에너지대 구조가 서로다른 두가지 반도체 재료로 구성되고 접촉면에서 에너지대가 완곡 또는 돌변하여 내장 전계를 형성하고 광기전 효과에 의하여 반도체에서 발생되는 전하 캐리어의 분리를 위하여 조건을 제공한다. 반도체 재료의 종류가 많음으로 이형접합 태양전지를 구성하는 재료도 여러가지 선택할 수 있다. 현재, 반도체 이형접합 태양전지는 주로 비결정질 실리콘/ 단결정 실리콘 이형접합 전지, InGaP/GaAs 이형접합 전지, CdS/CdTe 이형접합 전지, 유기체 이형접합, AlGaAs/GaAs 이형접합 전지 등을 포함한다. HF산으로 실현한 에피택셜 박리(ELO) 기술을 GaAs 에피택셜층과 베이스의 분리에 적용하고 N형 도핑 베이스층과 p+형 도핑 이미터층이 접촉하여 p-n층이 산생된다. 광이 p-n층 부근에서 흡수되어 한쌍의 전자 구멍을 산생할 때, 이형접합의 내장 전계에서 구멍을 p+형 도핑측으로 이동시켜 전자를 n형 도핑측으로 이동시킨다. 광 발생 캐리어의 변위를 통하여 p+형 도핑측과 n형 도핑측 사이에 전위 차이가 발생하고 광기전 효과를 형성한다. 갈륨비소GaAs 박막 태양전지는 현재의 박막 전지에서 광전 변환 효율이 가장 높은 전지이고 가볍고 유연 가능성 등 특징을 구비함으로 응용 전망이 아주 넓고 효율적인 특징을 구비함으로 같은 조건에서 작은 수광 면적으로 높은 출력 파워를 가지고 소비형 전지 제품에 적용될 수 있다.
현재 주로 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 GaAs 기판상에 전지층을 성장시켜 광기전 소자를 형성하고, 그 다음, 에피택셜 박리(ELO) 기술로 전지층을 박리시키고 다수의 광기전 소자의 N형 전극의 접점을 서로 연결하고 P+형 전극의 접점을 서로 연결하여 높은 전류를 출력하는 광전 변환모듈을 형성하고 또는 N형 접점과 P형 접점을 서로 연결하여 높은 출력 전압을 가지는 광전 변환모듈을 형성한다. 하지만, 배면 접촉식 GaAs 전지의 제조 과정에 건식 또는 습식 식각 방법을 이용하여 원통형 홈을 이방성으로 식각하여 접점을 제조하여야 한다. 원통형 홈의 측립면이 전지에 수직되고 그 다음에 패시베이션층을 제조하는 과정에 불활성물질이 원통형 홈의 측립면에 침적되어 부착되는데 불리하고 구멍이 발생하기 쉽고 측립면에 부착된 패시베이션층의 두께가 얇고 균일하지 않는 등 문제가 존재하고 전극 감전 제조 과정에 정극과 부극이 단락되는 문제가 발생하게 된다. 이와 동시에 적절한 원통형 측립면의 패시베이션층의 두께에 도달하려면 더욱 긴 시간동안 전지 표면에 패시베이션 처리를 수행하여야 하고 공정 시간 및 원료의 사용량을 증가시키게 된다. 그리고 GaAs 재료층을 과도로 노출시킴으로 암전류가 증가하고 베이스 전극과 P형 AlGaAs의 접촉을 방지하기 위하여 큰 베이스 전극의 홈이 필요하며 이로하여 암전류가 더욱 증가된다. 따라서 작은 베이스 전극 홈이 필요한데 전극 홈이 작으면 홈 측벽의 패시베이션층의 제조 난도 및 베이스 전극의 제조 난도를 초래하게 된다.
따라서 본 발명이 해결하려는 기술과제는 기존의 태양전지의 N형 접점이 원통형임으로 측립면에 패시베이션층이 형성되기 어려운 문제를 해결하는데 있고 이를 위하여 태양전지 셀의 N형 접점의 모양을 변화시켜 측립면에 패시베이션층이 형성되기 어려운 문제를 해결하고 공정 난도를 낮추고 패시베이션 재료의 사용을 줄일 수 있는 태양전지 셀 및 이러한 태양전지 셀이 직렬연결된 태양전지 모듈을 제공한다.
겹쳐 설치된 윈도우층과, 베이스층과, 이미터층과, 패시베이션층을 포함하고, 간격을 두고 설치된 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이가 설치되고 상기 N형 접점이 상기 이미터층과 패시베이션층을 관통하고 상기 P형 접점이 상기 패시베이션층을 관통하며,
상기 이미터층과 패시베이션층 사이에 설치되는 계면층을 더 포함하고, 상기 N형 접점이 상기 이미터층, 계면층, 패시베이션층을 관통하여 상기 베이스층을 노출시키고 상기 P형 접점이 상기 패시베이션층을 관통하여 상기 계면층을 노출시키는 태양전지 셀을 제공한다.
상기 N형 접점의 개구단의 횡단면의 면적이 그 밑부분의 횡단면의 면적보다 크다.
상기 N형 접점이 역원추형인 것이 바람직하다.
상기 N형 접점의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α이 5°≤α≤85°이다.
상기 N형 접점의 측벽의 외측에 상기 패시베이션층이 연장하여 형성된 측벽 패시베이션층이 설치된다.
인접한 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이에 의하여 접점 어레이그룹을 구성하고, 상기 접점 어레이그룹의 수량은 짝수이고 상기 태양전지 셀의 중심선의 일측에 설치되는 접점 어레이그룹의 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이가 각각 타측에 설치되는 접점 어레이그룹의 P형 접점 어레이 및 N형 접점 어레이와 경상 배열된다.
인접한 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이에 의하여 접점 어레이그룹을 구성하고, 상기 접점 어레이그룹의 수량이 홀수이고 중앙 접점 어레이그룹의 중심선의 일측에 설치되는 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이가 각각 타측에 설치되는 접점 어레이그룹의 P형 접점 어레이 및 N형 접점 어레이와 경상 배열된다.
상기 N형 접점 어레이와 상기 P형 접점 어레이가 동일 간격으로 설치된다.
상기 태양전지 셀이 갈륨비소 박막 태양전지이다.
상기 태양전지 셀이, 상기 윈도우층의 상기 베이스층으로부터 멀어지는 일측측에 설치되는 반사 방지 코딩층을 더 포함한다.
적어도 두개 상기한 태양전지 셀을 포함하고, 인접한 상기 태양전지 셀의 대응되는 위치의 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이가 전기적으로 연결되어 직렬연결을 형성하는 직렬연결된 태양전지 모듈을 제공한다.
인접한 상기 태양전지 셀의 대응되는 위치의 N형 접점 어레이와 P형 접점 어레이가 전극 연결선을 통하여 전기적으로 연결되어 직렬연결을 형성한다.
각 상기 태양전지 셀과 이에 인접한 태양전지 셀이 반대방향으로 평행되게 설치된다.
여기서, 반대방향으로 평행되게 설치되는 것이란 상기 태양전지 셀의 인접한 태양전지 셀이 상기 태양전지 셀을 180° 회전시켜 얻은 것을 말하고 이 두 소자는 양단이 정렬될 수 있고 양단이 정렬되지 않을 수도 있다.
상기 태양전지 셀의 N형 접점 어레이와 인접한 태양전지 셀의 P형 접점 어레이가 전극 연결선을 통하여 전기적으로 연결되고 P형 접점 어레이와 인접한 태양전지 셀의 N형 접점 어레이가 전극 연결선을 통하여 전기적으로 연결된다.
S1, 베이스상에 차례로 완충층, 방출층, 윈도우층, 베이스층, 이미터층, 계면층을 형성하는 단계와,
S2, 식각하여 상기 계면층과 이미터층을 관통하고 다수의 어레이 모양으로 분포된 역원추형 홈을 형성하는 단계와, 상기 역원추형 홈의 밑부분이 베이스층이고 상기 역원추형 홈의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α은 5°≤α≤85°이고,
S3, 단계S2에 근거하여 패시베이션층을 제조하고 마스킹 공정을 통하여 역원추형 홈의 내부에 남겨둔 N형 접점의 위치를 커버함으로서 계면층의 상부에 패시베이션층을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층을 형성하며 상기 측벽 패시베이션층과 상기 베이스층 사이에 역원추형의 베이스 전극 홈을 형성하는 단계와,
S4, 식각하여 상기 패시베이션층을 관통하고 다수의 어레이 모양으로 분포되며 밑부분기 계면층인 이미터 전극 홈을 형성하는 단계와,
S5, 상기 역원추형의 베이스 전극 홈의 내부에 N형 접점을 제조하고 상기 이미터 전극 홈의 내부에 P형 접점을 제조하는 단계와,
S6, 베이스, 완충층, 지속적인 방출층을 박리하여 제거하여 상기 태양전지 셀을 얻는 단계를 포함하는 태양전지 셀의 제조 방법을 제공한다.
상기 단계S2에 있어서, 건식 식각 또는 습식 등방성 식각(dry etching or a wet isotropic etching) 방법으로 역원추형 홈을 식각하고,
상기 단계S4에 있어서, 건식 식각 또는 습식 식각 방법으로 이미터 전극 홈을 식각하며,
상기 단계S6에 있어서, 베이스, 완충층, 지속적인 방출층을 박리하여 제거한 후, 윈도우층의 상기 베이스층으로부터 멀어지는 일측에 반사 방지 코딩층을 제조하는 것이 바람직하다.
대체 방안으로, 상기 단계S3에 있어서, 계면층의 상부에 패시베이션층을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층을 형성하며, 그 다음, 식각 공정을 통하여 식각하여 역원추형 홈의 밑부분의 패시베이션층을 제거하여 베이스층을 노출시켜 베이스 전극의 제조에 이용하며 상기 측벽 패시베이션층과 상기 베이스층 사이에 역원추형의 베이스 전극 홈을 형성한다.
본 발명에 의하면, 기존 기술에 비하여 하기와 같은 유익한 효과를 실현할 수 있다:
본 발명은 새로운 태양전지 셀을 제공하는 것을 목적으로 하고 태양전지 셀에 간격을 두고 설치된 P형 접점 어레이와 N형 접점 어레이를 설치하고 상기 N형 접점은 역원추형이고 상기 N형 접점의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α은 5°≤α≤85°이다. 역원추형 홈의 측면이 그 베이스층과 일정한 경사각도를 가짐으로 측벽 패시베이션층의 제조 난도를 현저하게 저하시키고 이와 동시에, 이렇게 제조된 역원추형의 베이스 전극에 의하면 베이스 전극 홈을 제조함으로서 표면의 결함이 증가되는 것을 감소하고 전지의 암전류를 낮추고 전지의 효율을 향상시킨다.
진일보로, 본 발명에 기재된 태양전지 셀은 같은 구조를 가지고 연결시킬 때 태양전지 셀의 전극 접점(P형 접점)을 이에 인접한 태양전지 셀의 이형 접점(N형 접점)에 연결하고 N형 접점을 이에 인접한 태양전지 셀의 이형 접점(P형 접점)에 연결함으로서 다수의 GaAs 광기전 소자의 직렬연결을 형성하고 이러한 제조 방법에 의하면 전극의 접점의 배치가 두가지인 GaAs 광기전 소자 유닛을 제조할 필요가 없고 구조가 간단하고 실현하기 쉬운 장점을 구비한다.
본 발명의 내용을 더욱 쉽게 명확하게 이해하도록 아래 본 발명의 구체적인 실시예에 도면을 결합하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 태양전지 셀의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 I부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 3은 도 1의 II부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 4는 태양전지 셀의 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 태양전지 셀의 기타 실시형태의 구조를 나타낸 도이다.
도 6은 태양전지 모듈의 배치 방식의 구조를 나타낸 도이다.
도 7은 도 6의 A-A 단면도이다.
도 8은 도 7의 I부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 9는 도 7의 II부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 10은 태양전지 셀을 제조하는 과정을 나타낸 도이다.
여기서, 1 : 베이스, 2 : 완충층, 3 : 지속적인 방출층, 4 : 윈도우층, 5 : 베이스층, 6 : 이미터층, 7 : 계면층, 8 : 패시베이션층, 10 : 측벽 패시베이션층, 12 : N형 접점, 13 : P형 접점, 14 : 전극 연결선, 15 : 반사 방지 코딩층이다.
본 발명의 목적, 기술방안과 장점을 더욱 명확히 하기 위하여 아래 도면을 결합하여 본 발명의 실시형태를 진일보로 상세하게 설명한다.
도 1~3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양전지는 윈도우층(4)과, 베이스층(5)과, 이미터층(6)과, 패시베이션층(8)을 포함하고, 상기 태양전지 셀에 간격을 두고 설치된 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 설치되고 상기 N형 접점(12)은 상기 이미터층(6)과 패시베이션층(8)을 관통하고 상기 P형 접점(13)은 상기 패시베이션층(8)을 관통한다.
기타 실시형태로는, 상기 태양전지 셀은 상기 이미터층(6)과 패시베이션층(8) 사이에 설치되는 계면층(7)을 더 포함하고, 상기 N형 접점(12)이 상기 이미터층(6), 계면층(7), 패시베이션층(8)을 관통하여 상기 베이스층(5)을 노출시키고 상기 P형 접점(13)이 상기 패시베이션층(8)을 관통하여 상기 계면층(7)을 노출시킨다.
상기 N형 접점(12)의 개구단의 횡단면의 면적은 그 밑부분의 횡단면의 면적보다 크고 역원추형으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 N형 접점(12)의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α은 5°≤α≤85°이다. 상기 N형 접점(12)의 측벽의 외측에 상기 패시베이션층(8)이 연장되어 형성된 측벽 패시베이션층(10)이 설치된다.
진일보로, 도 4에 도시한 바와 같이, 인접한 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이에 의하여 접점 어레이그룹을 구성하고(도에서 점선으로 표시한 부분), 상기 접점 어레이그룹의 수량은 짝수일 수 있고 홀수일 수도 있다. 도 4에 접점 어레이그룹이 짝수인 경우를 나타내였는데 상기 태양전지 셀의 중심선의 일측에 설치되는 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이는 각각 타측에 설치되는 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 N형 접점(12) 어레이와 경상 배열된다. 구체적으로, 도 4중의 태양전지 셀의 중심선은 제2 접점 어레이그룹과 제3 접점 어레이그룹 사이의 점선을 말하고 상기 제1 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 제4 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이가 경상 배열되고 상기 제1 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 제4 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이가 경상 배열된다. 상기 제2 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 제3 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이가 경상 배열되고 상기 제2 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 제3 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이가 경상 배열된다.
도 5에 접점 어레이그룹이 홀수인 경우를 나타내였는데, 중앙 접점 어레이그룹의 중심선의 일측에 설치되는 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이는 각각 타측의 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 N형 접점(12) 어레이와 경상 배열된다. 구체적으로, 상기 제1 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 제5 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이가 경상 배열되고 상기 제1 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 제5 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이가 경상 배열된다. 상기 제2 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 제4 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이가 경상 배열되고 상기 제2 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 제4 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이가 경상 배열되며 상기 제3 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 경상 배열된다.
상기 N형 접점(12) 어레이와 상기 P형 접점(13) 어레이가 서로다른 간격으로 설치될 수 있고 동일 간격으로 설치될 수도 있으며 동일 간격으로 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지 셀은 갈륨비소 박막 태양전지이다.
본 발명의 직렬연결된 태양전지 모듈은 적어도 두개 도 4에 도시한 태양전지 셀을 포함하고 인접한 상기 태양전지 셀의 대응되는 위치의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 전기적으로 연결되어 직렬연결을 형성하고 도 6은 4개 도 4에 도시된 태양전지 셀의 직렬연결을 나타낸 도이다.
바람직한 실시형태로, 상기 태양전지 셀의 대응되는 위치의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결되어 직렬연결을 형성한다.
구체적으로, 상기 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 P형 접점(13) 어레이가 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결되고 P형 접점(13) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이가 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 직렬연결된 태양전지 모듈은 4개 구조가 완전히 동일한 태양전지 셀을 포함하고, 위로부터 아래로 태양전지 셀의 번호는 차례로 제1 태양전지 셀, 제2 태양전지 셀, 제3 태양전지 셀, 제4 태양전지 셀이고, 여기서 필요에 따라 더욱 많은 태양전지 셀을 포함할 수도 있다. 태양전지 셀을 직렬연결시킬 때 구조가 더욱 정렬되고 가장 적은 전극 연결선(14)을 사용하도록 상기 태양전지 모듈의 짝수행을 구성하는 태양전지 셀의 배치 방식은 동일하고 상기 태양전지 모듈의 홀수행을 구성하는 태양전지 셀의 배치 방식은 동일하며 상기 짝수행의 태양전지 셀은 상기 홀수행의 태양전지 셀에 비하여 그 배치 위치를 180° 회전시켰다.
도 6~도 9에 도시한 바와 같이, 각 상기 태양전지 셀은 인접한 태양전지 셀과 반대방향으로 평행되게 설치되고 상기 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 P형 접점(13) 어레이는 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결되고 P형 접점(13) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이는 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제1 태양전지 셀과 제3 태양전지 셀의 배치 방식이 동일하고 상기 제2 태양전지 셀과 제4 태양전지 셀의 배치 방식이 동일하며 상기 제1 태양전지 셀을 배치한 후, 상기 제2 태양전지 셀을 180° 회전시켜 상기 제1 태양전지 셀과 평행되게 설채하여 양단을 정렬시키고 이때, 상기 제1 태양전지 셀과 상기 제2 태양전지 셀이 반대방향으로 평행되게 설치된다. 이때, 상기 제1 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이와 제2 태양전지 셀의 P형 접점(13) 어레이가 같은 직선에 위치하고 상기 제1 태양전지 셀의 P형 접점(13) 어레이와 제2 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이가 같은 직선에 위치하며 각각 양측을 전극 연결선(14)으로 연결하여 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 직렬연결을 완성한다. 이와 유사하게 제3 태양전지 셀과 제4 태양전지 셀을 연결하고 모든 태양전지 셀의 직렬연결을 완성한다.
특별한 설명이 없는 상황하에서 본 발명의 상기 N형 접점(12) 어레이는 N형의 몇 접점(12)으로 구성되는 열(또는 행)을 말하고 상기 P형 접점(13) 어레이는 P형의 몇 접점(13)으로 구성되는 열(또는 행)을 말한다.
상기 태양전지 셀의 제조 방법은 S1~S6을 포함한다.
S1에 있어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 베이스(1)에 차례로 완충층(2), AlAs 지속적인 방출층(3), 윈도우층(4), 베이스층(5), 이미터층(6), 계면층(7)을 형성한다. 완충층(2)의 침적 : 유기 금속 화학 증착법 기술(MOCVD)로 GaAs 베이스(1)에 GaAs 완충층(2)을 침적하고, 여기서, 완충층(2)의 구조는 한층 또는 여러층의 구조일 수 있고, 완충층의 작용은 GaAs 베이스(1)과 최종 광전 변환 유닛 반도체 사이에 중앙 매체층을 제공하여 각종 에피택셜층을 형성할 때, 격자가 일치하지 않음으로 인한 결합 중심 및 격자 응력의 영향을 저하시켜 각종 서로다른 격자 구조의 에피택셜층을 에피택셜 성장시키는데 있고, 예를 들어 약 150nm~250nm의 두께의 GaAs 완충층(2)은 GaAs의 각종 도핑 구조에 기반한 광 전지에 적용된다.
AlAs 지속적인 방출층(3)의 침적 : GaAs 완충층(2)위에 AlAs 지속적인 방출층(3)을 침적하고 지속적인 방출층(3)은 AlAs 에피택셜 재료를 포함하고 그 두께는 약 5nm~15nm이지만 이에 한정되는 것은 아니고 이러한 얇은 지속적인 방출층(3)의 주요 작용은 희생층 기능을 실현하는데 있고 HF산 습식 식각 기술로 그 다음에 지속적인 방출층위에 침적되는 에피택셜층을 완충층(2) 및 GaAs 베이스(1)와 분리시킨다.
윈도우층(4)의 침적 공정 : 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 AlAs 지속적인 방출층(3)위에 10nm~40nm 두께의 AlGaAs 반도체층을 침적하고, 여기서, Al : Ga의 비례는 0.2 : 0.8과 0.3 : 0.7 사이이고 이 투명한 윈도우층에 의하여 광이 흡수되지 않고 직접 통과한다.
베이스층(5)의 침적 공정 : 윈도우층(4)위에 n형 III-V족 화합물 재료인 갈륨비소(GaAs)를 침적하고 베이스층(5)GaAs층은 단결정 구조일 수 있을 뿐만 아니라 n형 도핑 방식일 수도 있으며, 여기서, n형 도핑 베이스층(5)의 도핑 농도는 약 1×1016cm-3~1×1019cm-3 범위일 수 있고, 예를 들어 5×1017cm-3이고 베이스층의 두께는 400nm~4000nm 범위내에 있다.
이미터층(6)의 제조 공정 : 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 베이스층(5)의 상부에 이미터층(6)을 제조하고, 여기서, 이미터층(6)은 베이스층(5)과 이형접합 구조를 형성할 수 있는 임의의 적절한 III-V족 화합물 반도체를 포함하고, 예를 들어 베이스층이 GaAs 재료이면 이미터층(6)은 AlGaAs층으로 구성되고 P형 고농도 도핑이고 도핑 농도는 약 1×1017cm-3~1×1020cm-3 범위이고, 예를 들어 5×1018cm-3이고 이미터층의 두께는 150nm~450nm 사이이며 예를 들어 300nm이며 이로하여 베이스층(5)과 이미터층(6)에 의하여 광전기 흡수층을 형성한다.
계면층(7)의 제조 공정 : 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 이미터층(6)의 상부에 계면층(7)을 제조하고, 여기서, 계면층(7)과 이미터층은 모두 AlGaAs층이고 계면층(7)은 P+형 고농도 도핑이며 도핑 농도는 약 5×1017cm-3~5×1020cm-3 범위이고, 예를 들어1×1019cm-3이고 P+형 고농도 도핑하는 목적은 온 접촉의 형성에 유리하기 때문이고 계면층(7)의 두께는 100nm~400nm 사이이고, 예를 들어 두께가 200nm이다.
S2에 있어서, 역원추형 홈을 제조한다. 건식 식각 또는 습식 등방성 식각 방법으로 계면층(7)과 이미터층(6)을 관통하고 어레이 분포된 다수의 역원추형 홈을 식각하고 상기 역원추형 홈의 밑부분은 베이스층(5)이고 상기 역원추형 홈의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α은 5°≤α≤85°이다.
S3에 있어서, 패시베이션층(8)을 제조한다. 임의의 적절한 패시베이션 공정을 통하여 예를 들어 화학 기상 증착(CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법을 통하여 마스킹 공정으로 역원추형 홈의 내부에 남겨둔 N형 접점(12)의 위치를 커버하고 계면층(7)의 상부에 패시베이션층(8)을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층(10)을 형성하며 패시베이션층(8)과 측벽 패시베이션층(10)은 임의의 비도전성 재료를 포함할 수 있고 질화규소(SiNx), 실리콘 화합물(SiOx), 산화티타늄 화합물(TiOx), 산화탈륨 화합물(TaOx), 황화아연(ZnS)중의 한가지 또는 여러가지가 겹쳐진 구조이다. 상기 측벽 패시베이션층(10)과 상기 베이스층(5) 사이에 역원추형의 베이스 전극 홈이 형성된다.
그리고 계면층(7)의 상부에 패시베이션층(8)을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층(10)을 형성하며, 그 다음, 식각 공정을 통하여 식각하여 역원추형 홈의 밑부분의 패시베이션층을 제거하여 베이스층(5)을 노출시킴으로서 상기 역원추형의 베이스 전극 홈을 형성할 수 있다.
S4에 있어서, 건식 식각 또는 습식 식각 방법으로 패시베이션층(8)을 통하여 어레이 분포된 다수의 이미터 전극 홈을 식각하고 이미터 전극 홈의 밑부분이 계면층(7)이다. 이미터 전극 홈의 내부에 P형 접점(13) 영역을 남겨두고 이미터 전극 홈과 역원추형의 베이스 전극 홈이 X방향에 따라 같은 열 수량을 구비하고 이미터 전극 홈과 역원추형의 베이스 전극 홈이 서로 교대로 배열된다.
S5에 있어서, 전극 접점을 제조한다. 상기 역원추형의 베이스 전극 홈의 내부에서 N형 접점(12)을 제조한다. 상기 이미터 전극 홈의 내부에서 P형 접점(13)을 제조한다. N형 접점(12) 및 P형 접점(13)은 금속 또는 금속 합금의 적절한 도전 재료로 구성되고 제조 과정에 광전기 소자의 반도체층까지 관통하여서는 안 된다. 그리고 N형 접점의 재료를 상대적으로 낮은 금속 화학 공정 온도(예를 들어 150°C와 200°C 사이)에서 응용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 파라듐이 GaAs과 반응하지 않음으로 N형 접점(12) 및 P형 접점(13)을 파라듐/게르마늄(Pd/Ge)의 합금으로 구성할 수 있다. 이로하여 GaAs 광기전 소자 유닛을 형성할 수 있다. N형 접점(12) 및 P형 접점(13)의 제조 방법으로 포토레지스트의 진공 증발, 포토애칭기술, 스크린 프린팅, 스퍼터링법을 포함하지만 이에 한정되지 않고 이로하여 N형 접점(12) 및 P형 접점(13)의 위치에만 침적된다. 이러한 방법은 모두 한가지 시스템에 관련되고 접점 부분을 보호할 필요는 없다.
S6에 있어서, GaAs 광기전 소자 유닛을 박리한다. HF산 습식 식각 기술로 그다음에 지속적인 방출층위에 침적되는 각 층의 에피택셜층을 완충층(2) 및 GaAs 베이스(1)와 분리시켜 GaAs 광기전 소자 유닛을 형성하고 반사 방지 코딩층(15)은 반사 방지 AR 도포층으로 윈도우층(4)위에 배치되고 AR 도포층은 광의 통과를 허락하면서 그 표면에서의 반사를 차단하는 임의의 재료를 포함하고, 불화 마그네슘(MgF2), 실리카(SiO2), 황화아연(ZnS), 이산화티탄(TiO2), 질화규소(SiN)중의 한가지 또는 임의의 조합을 포함한다. AR 도포층은 임의의 적절한 방법(예를 들어, 스퍼터링법)으로 윈도우층(4)위에 도포될 수 있다. 이와 동시에 반사 방지 코딩층을 도포하기 전에, 윈도우층(4)에 습식 식각 또는 건식 식각을 통하여 조대화 처리 또는 텍스처 처리를 수행할 수 있다. 윈도우층(4)에 조대화 처리 또는 텍스처 처리를 수행함으로서 AR 도포층과 윈도우층(4)(이러한 층은 서로다른 굴절율을 구비한다) 사이의 계면에서 서로다른 각도를 제공할 수 있고 스넬 법칙에 따라 일부 광자의 입사각이 크고 더욱 많은 입사 광자가 AR 도포층과 윈도우층(4)의 계면에서 반사되지 않고 윈도우층(4)까지 입사될 수 있으며 광자의 투광율을 향상시킨다.
이상의 실시에는 명확히 설명하기 위한 것으로 실시형태를 한정하는 것이 아니다. 당업자는 상기 설명에 기반하여 기타 형태의 변화 또는 변형을 수행할 수 있다. 여기서 모든 실시형태를 설명할 수 없고 모든 실시형태를 설명할 필요도 없다. 이로부터 얻을 수 있는 자명한 변화 또는 변형은 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

Claims (18)

  1. 겹쳐 설치된 윈도우층(4)과, 베이스층(5)과, 이미터층(6)과, 패시베이션층(8)을 포함하는 태양전지 셀에 있어서,
    간격을 두고 설치된 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 설치되고 상기 N형 접점(12)이 상기 이미터층(6)과 패시베이션층(8)을 관통하고 상기 P형 접점(13)이 상기 패시베이션층(8)을 관통하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미터층(6)과 패시베이션층(8) 사이에 설치되는 계면층(7)을 더 포함하고, 상기 N형 접점(12)이 상기 이미터층(6), 계면층(7), 패시베이션층(8)을 관통하여 상기 베이스층(5)을 노출시키고 상기 P형 접점(13)이 상기 패시베이션층(8)을 관통하여 상기 계면층(7)을 노출시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 N형 접점(12)의 개구단의 횡단면의 면적이 그 밑부분의 횡단면의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 N형 접점(12)이 역원추형인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 N형 접점(12)의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α이 5°≤α≤85°인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 N형 접점(12)의 측벽의 외측에 상기 패시베이션층(8)이 연장하여 형성된 측벽 패시베이션층(10)이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  7. 청구항 6에 있어서,
    인접한 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이에 의하여 접점 어레이그룹을 구성하고, 상기 접점 어레이그룹의 수량은 짝수이고 상기 태양전지 셀의 중심선의 일측에 설치되는 접점 어레이그룹의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이는 각각 타측에 설치되는 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 N형 접점(12) 어레이와 경상 배열되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  8. 청구항 6에 있어서,
    인접한 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이에 의하여 접점 어레이그룹을 구성하고, 상기 접점 어레이그룹의 수량은 홀수이고 중앙 접점 어레이그룹의 중심선의 일측에 설치되는 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이는 각각 타측에 설치되는 접점 어레이그룹의 P형 접점(13) 어레이와 N형 접점(12) 어레이와 경상 배열되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 N형 접점(12) 어레이와 상기 P형 접점(13) 어레이가 동일 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  10. 청구항 9에 있어서,
    갈륨비소 박막 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  11. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 윈도우층(4)의 상기 베이스층(5)으로부터 멀어지는 일측에 설치되는 반사 방지 코딩층(15)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀.
  12. 적어도 두개 청구항 1 또는 2중의 임의의 한 항에 기재된 태양전지 셀을 포함하고, 인접한 상기 태양전지 셀의 대응되는 위치의 N형 접점(12) 어레이와 P형 접점(13) 어레이가 전기적으로 연결되어 직렬연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 직렬연결된 태양전지 모듈.
  13. 청구항 11에 있어서,
    각 상기 태양전지 셀과 인접한 태양전지 셀이 반대방향으로 평행되게 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 P형 접점(13) 어레이가 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결되고 P형 접점(13) 어레이와 인접한 태양전지 셀의 N형 접점(12) 어레이가 전극 연결선(14)을 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  15. S1, 베이스(1)위에 차례로 완충층(2), 지속적인 방출층(3), 윈도우층(4), 베이스층(5), 이미터층(6), 계면층(7)을 제조하는 단계와,
    S2, 상기 계면층(7)과 이미터층(6)을 관통하고 어레이 모양으로 분포되며 밑부분이 베이스층(5)인 다수의 역원추형 홈을 식각하여 형성하는 단계와,
    S3, 단계S2에 기반하여 패시베이션층(8)을 제조하고 마스킹 공정으로 역원추형 홈의 내부에 남겨된 N형 접점(12)의 위치를 커버하여 계면층(7)의 상부에 패시베이션층(8)을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층(10)을 형성하는 단계와,
    S4, 상기 패시베이션층(8)을 관통하고 어레이 모양으로 분포되며 밑부분이 계면층(7)인 다수의 이미터 전극 홈을 식각하여 형성하는 단계와,
    S5, 상기 역원추형의 베이스 전극 홈의 내부에서 N형 접점(12)을 제조하고 상기 이미터 전극 홈의 내부에서 P형 접점(13)을 제조하는 단계와,
    S6, 베이스(1), 완충층(2), 지속적인 방출층(3)을 박리하여 제거하여 상기 태양전지 셀을 얻는 단계를 포함하고,
    상기 역원추형 홈의 측벽과 수평면의 협각중의 예각α은 5°≤α≤85°이고,
    상기 측벽 패시베이션층(10)과 상기 베이스층(5) 사이에 역원추형의 베이스 전극 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 단계S2에 있어서, 건식 식각 또는 습식 등방성 식각 방법으로 역원추형 홈을 식각하고,
    상기 단계S4에 있어서, 건식 식각 또는 습식 식각 방법으로 이미터 전극 홈을 식각하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 단계S3에 있어서, 계면층(7)의 상부에 패시베이션층(8)을 형성하고 역원추형 홈의 측벽에 측벽 패시베이션층(10)을 형성하며, 그 다음, 식각 공정을 통하여 역원추형 홈의 밑부분의 패시베이션층을 식각하여 제거하여 베이스층(5)을 노출시켜 베이스 전극의 제조에 이용하고 상기 측벽 패시베이션층(10)과 상기 베이스층(5) 사이에 역원추형의 베이스 전극 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
  18. 청구항 15 내지 17중의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 단계S6이
    베이스(1), 완충층(2), 지속적인 방출층(3)을 박리하여 제거한 후, 윈도우층(4)의 상기 베이스층(5)으로부터 멀어지는 일측에 반사 방지 코딩층(15)을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀의 제조 방법.
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