KR20180129668A - 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법 및 헤테로 접합 태양광 전지 - Google Patents

헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법 및 헤테로 접합 태양광 전지 Download PDF

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미아오 양
차오 위
진옌 장
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Abstract

헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법 및 헤테로 접합 태양광 전지가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 양측에 각각 고유층을 디포지트하는 단계; 상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층을 디포지트하고, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층이며, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 도핑 농도가 증가하도록 형성하는 단계; 상기 n형 도핑층 및 상기 p형 도핑층에 각각 순서대로 투명 도전층과 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서 전지의 전환효율 및 생산효율을 높일 수 있다.

Description

헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법 및 헤테로 접합 태양광 전지{Manufacturing Method of Heterojunction Solar Cell and Heterojunction Solar Cell}
본 발명은 신재생에너지에 관한 것으로, 구체적으로 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법 및 헤테로 접합 태양광 전지에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호 201710379489.1, 출원일 2017년 5월 25일인 중국특허출원을 우선권으로 기초하여 제출되고, 해당 중국특허출원의 모든 내용은 본 출원의 참고로서 포함된다.
기술의 빠른 발전에 따라, 결정질 실리콘 태양광 전지의 전환효율이 매년 높아지고 있다. 현재, 우리나라는 분포식 태양광발전 보급에 힘쓰고 있는데, 옥상 자원의 한계로, 전환효율이 높은 태양광 전지 세트가 요구되고 있다. 바로 고효율의 단결정 헤테로 접합 전지가 효율이 높고, 전력소모가 낮으며, 생산과정이 간단하고, 온도계수가 작은 등의 많은 장점이 있어, 앞으로 몇 년 내에 크게 발전할 것이고, 그 효율의 상승은 더욱 중요해질 것이다.
일반적으로 HIT 헤테로 접합 전지의 PN 접합 구조는 a-Si:H(p)(p형 도핑층)/a-Si(고유 i)/c-Si(단결정 실리콘)/a-Si(고유 i)/a-Si:H(n)(n형 도핑층)로, 도핑층의 도핑 농도를 증가시킴으로써 PN 접합의 내부 전기장을 강화시킬 수는 있으나, 도피층에 대한 도핑 농도 증가와 동시에 고유층의 불순물을 확산시키고, 고유층의 안정화 효율을 낮춰, 전지의 전환효율도 낮아지게 된다.
높은 도핑 농도를 보장하면서도, 불순물 확산으로 인한 고유층의 전지 전환효율을 낮추는 것을 방지할 수 있는 태양광 전지의 제조방법 및 태양광 전지는 본 기술영역의 당업자가 해결해야 하는 기술문제이다.
본 발명은 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법을 제공하여, 종래기술에서 도핑 농도가 높은 상황에서 고유층의 안정화 효율이 나빠, 전지 전환효율이 낮아지는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법은,
기판을 제공하는 단계;
상기 기판의 양측에 각각 고유층을 디포지트(deposit)하는 단계;
상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층을 디포지트하고, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층이며, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 도핑 농도가 증가하도록 형성하는 단계;
상기 n형 도핑층 및 상기 p형 도핑층에 각각 순서대로 투명 도전층과 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 두께가 감소되도록 형성된다.
바람직하게는, 상기 기판의 상기 고유층에 디포지트되는 n형 도핑층은,
상기 고유층에, 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=4~10/2/1~2이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 5nm 이상 10nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제1 n형 도핑층;
상기 제1 n형 도핑층에, 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/2~3이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 3nm 이상 5nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제2 n형 도핑층;
상기 제2 n형 도핑층에, 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/3~4이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 1nm 이상 3nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제3 n형 도핑층을 포함한다.
바람직하게는, 상기 각각의 n형 도핑층의 디포지트는 진공 처리 후 수행된다.
바람직하게는, 상기 기판의 상기 고유층에 p형 도핑층을 디포지트하는 조건은,
기체유량-체적비가 H2/SiH4/B2H6=4~10/2/1~4이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 디포지트 두께가 4nm 이상 10nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 고유층은 초단파-플라즈마 강화 화학기상 증착 방식으로 디포지트된다.
바람직하게는, 상기 고유층의 디포지트 조건은,
기체유량-체적비가 H2/SiH4=0~10/1이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 200W 이상 2000W 이하이고, 디포지트 두께가 5nm 이상 15nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 기판은,
상기 기판의 표면에 대해 텍스처링(texturing) 및/또는 클리닝(cleaning)의 전처리가 수행된다.
본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지는, 기판, 고유층, n형 도핑층, p형 도핑층 및 전극층을 포함하고, 상기 고유층은 상기 기판의 양측에 형성되고, 상기 n형 도핑층과 p형 도핑층은 각각 상기 기판 양측의 고유층에 형성되며, 상기 전극층은 각각 상기 기판 양측의 상기 n형 도핑층과 p형 도핑층에 형성되고;
상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층으로 설치되고, 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층의 도핑 농도가 증가한다.
바람직하게는, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층의 두께는 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 감소한다.
바람직하게는, 상기 기판의 상기 고유층에 형성되는 상기 n형 도핑층은,
상기 고유층의 일측에 가깝게 형성되는 제1 n형 도핑층;
상기 제1 n형 도핑층에 형성되는 제2 n형 도핑층;
상기 제2 n형 도핑층에 형성되는 제3 n형 도핑층을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 n형 도핑층의 두께는 5nm 이상 10nm 이하이고, 상기 제2 n형 도핑층의 두께는 3nm 이상 5nm 이하이고, 상기 제3 n형 도핑층의 두께는 1nm 이상 3nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 기판의 상기 고유층에 형성되는 상기 p형 도핑층은,
상기 p형 도핑층의 두께가 4nm 이상 10nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 고유층의 두께는 5nm 이상 15nm 이하이다.
본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법은, 상기 기판 양측의 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층을 디포지트하고, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층이 적어도 2개의 층으로 형성되며, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 도핑 농도가 증가하여, 한편으로는 헤테로 접합 태양광의 고농도 도핑을 실현하고, 상기 제1 고유층이 불순물 침투의 영향을 받지 않을 수 있게 되고, 하나의 전기장 방향을 pn 접합과 일치하는 n/n+/n++ 전기장으로 형성함으로써, pn 접합의 내부 전기장을 증가시켜, 전지의 전환효율을 상승시키고자 하는 목적을 달성한다; 다른 한편으로는 과도한 경계 상태 밀도로 전지 효율이 낮아지는 문제를 피하고, p형 및 n형 도핑층이 서로 접촉되지 않게 하기 위해, 본 발명은 상기 기판의 종방향으로 도핑의 디포지트를 진행함으로써 추가적인 마스킹(masking) 과정이나 도핑 후 추가되는 도핑층을 부분적으로 제거하는 과정이 요구되지 않는다. 즉, 상기 기판의 일측에 대해 도핑의 디포지트를 진행하는 때에, 상기 기판의 다른 일측에 대해 마스킹이나 차단을 수행하거나, 도핑 완료 후 도핑을 제거하는 등의 공정이 필요하지 않고, 단지 일측에 디포지트 완비 후 다시 다른 일측을 디포지트하면 되어, 생산효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
이하에서는 구체적으로 본 발명을 설명하여 본 발명을 충분히 이해하는데 용이하게 하고자 한다. 다만 본 발명은 이하에서 기술하는 것과 다른 방식으로도 실현할 수 있는 것으로, 본 기술영역의 당업자가 본 발명이 내포하는 바를 위배하지 않는 상황에서 유사하게 확장될 수 있고, 따라서 본 발명은 이하에서 공개되는 구체적 실시예에 제한되지 않는다.
도 1을 참고하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S101: 기판을 제공하는 단계;
단계 S101에서의 기판은 하나의 n형 단결정 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 헤테로 접합 태양광 전지의 성능을 향상시키기 위해, 상기 기판에 존재할 수 있는 금속 불순물 및/또는 오일 스테인(oil stains)이 전지의 성능에 영향을 미칠수 있으므로, 상기 기판 표면에 텍스처링 및/또는 클리닝의 전처리를 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 기판 표면에 클리닝 및 텍스처링 처리를 각각 수행한 후 다시 다음 단계를 수행할 수 있다. 그 중, 클리닝 공정은 상기 기판 표면의 오일 스테인, 금속 불순물 등을 제거할 수 있는데, 일반적 상황에서, 상기 실리콘 웨이퍼 표면에는 유지(grease), 로진(rosin), 왁스(wax), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 등의 유기물의 불순물; 또는 금속, 금속이온 및 일부 무기화합물; 또는 먼지 및 기타 입자(실리콘, 탄화규소) 등의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 클리닝 방식은 물리적 클리닝과 화학적 클리닝을 포함할 수 있다. 상기 물리적 클리닝은 다음을 포함한다;
1. 브러싱(brushing) 또는 스크러빙(scrubbing): 미립자 오염과 대부분 실리콘 웨이퍼에 붙어 있는 필름을 제거할 수 있다.
2. 고압 클리닝: 액체를 실리콘 웨이퍼 표면에 분사하는데, 노즐의 압력이 수백 대기압에 이른다. 고압 클리닝은 분사 작용에 의해, 실리콘 웨이퍼는 쉽게 긁히거나 손상되지 않는다. 다만 고압 분사는 정전기 현상을 발생시킬 수 있는데, 분사 거리, 각도의 조절 또는 정전기 방지제의 추가로 이를 예방할 수 있다.
3. 초음파 클리닝: 초음파는 용액에 전달될 수 있고, 캐비테이션(cavitaion) 작용에 의해 실리콘 웨이퍼의 오염을 제거한다. 다만, 그래픽 실리콘 웨이퍼에서 1㎛보다 작은 미립자를 제거하기가 어려운 편이고, 주파수가 울트라 주파수 밴드에 도달했을 때, 클리닝 효과가 훨씬 좋다.
상기 화학적 클리닝은 원자, 이온의 보이지 않는 오염을 제거하는 것으로, 방법이 많은 편인데, 용매추출, 산 세척(황산, 질산, 왕수(nitrohydrochloric acid), 각종 혼합산 등) 및 플라즈마 방식 등이 있다.
일반적으로 사용되는 화학 세척제는 고순도 물, 유기용제, 과산화수소, 농축산, 강염기 및 고순도 중성세제 등이며, 이중 과산화수소 세척방식은 효과가 크고 환경오염이 적은 편이다. 일반적으로 실리콘 웨이퍼를 먼저 성분비 H2SO4:H2O2=5:1 또는 4:1의 산성액에 세척한다. 세척액의 강산화성은 유기물을 분해하여 제거할 수 있고, 고순도 물에 헹군 후, 다시 성분비 H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1 또는 5:1:1 또는 7:2:1의 염기성 세척액을 사용하는데, H2O2의 산화 작용과 NH4OH의 결합 작용으로, 많은 금속 이온이 안정적인 가용성 결합물을 형성하고 물에 용해되고; 다음으로 성분비 H2O:H2O2:HCL=7:2:1 또는 5:2:1의 산성 세척액을 사용하는데, H2O2의 산화 작용과 연산의 용해, 및 염소 이온의 결합성으로, 많은 금속이 물에 용해되는 착이온을 생성하여, 클리닝의 목적을 달성할 수 있다.
알 수 있는 것은, 상기 클리닝 처리의 구체적 실시과정은 기판 표면의 상황에 따라 정해질 수 있는데, 예를 들어, 클리닝 방식, 세척제의 사용유형, 세척 시간, 텍스처링에 사용된 혼합액, 텍스처링 시간 등 모두 실제 기판의 조건에 근거하여 결정될 수 있다.
클리닝 후의 실리콘 와이퍼는 건조하여, 실리콘 와이퍼가 다시 오염되고 실리콘 와이퍼 표면에 세척으로 인한 마크(mark)가 남는 것을 방지한다. 일반적으로 회전방식으로 실리콘 웨이퍼를 건조시키거나, 뜨거운 공기 또는 뜨거운 질소가스를 이용거나, 실리콘 웨이퍼 표면에 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 등과 같은 휘발성 액체를 발라 액체의 빠른 증발로 실리콘 와이퍼 표면에 대해 건조처리할 수 있고, 또는 직접 바람을 쐬어 건조시킬 수도 있다.
상기 텍스처링은 기판 표면을 거칠게 하여 피라미드 형태의 요철들을 형성하는 것으로, 기판의 태양광 흡수를 증가시킬 수 있다.
상기 텍스처링 처리는 실리콘이 저농도 알칼리 용액에서 이방성 에칭(etching)되는 것을 이용하여, 실리콘 웨이퍼 표면에 피라미드 구조를 형성한다. 일반적 상황에서, 텍스처링 공정은 75~90℃의 NaOH, Na2SiO3 등의 혼합용액에서 25~35분 정도 반응시킨다.
알 수 있는 것은, 예를 들어, 텍스처링에 사용되는 혼합액, 텍스처링 시간 등등, 상기 텍스처링 처리에 대한 구체적인 사항은 상기 기판 표면의 상황에 따라 결정될 수 있다.
단계 S102: 상기 기판의 양측에 각각 고유층을 디포지트하는 단계;
단계 S102의 구체적 실시 과정은, 상기 기판에 초단파-플라즈마 강화 화학기상 증착(VHF-PECVD) 방식에 따라 고유층을 디포지트하는 것으로, 40MHz의 초단파-플라즈마 강화 화학기상 증착 방식이 채택될 수 있다.
디포지트에 대한 구체적인 조건은 다음과 같다.
기체유량-체적비의 범위를 H2/SiH4=0~10/1으로 채택하는데, 본 실시예에서, 바람직한 기체유량-체적비는 H2/SiH4=4/1이고; 기압 범위는 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 기압은 0.5mbar이고; 주파수 출력이 200W 이상 2000W 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 주파수 출력은 400W이고, 디포지트 두께가 5nm 이상 15nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 두께는 10nm이다.
설명이 필요한 것은, 상기 기체유량-체적비가 H2/SiH4=0~10/1인 것은, 반응 챔버에서 수소와 실란(silane)의 유량-체적비 범위를 가리키는 것으로, 수소(H2)의 유량-체적 범위는 0 이상 10 이하이고, 실란(SiH4)의 유량-체적은 1이라는 것이다.
상기 고유층의 디포지트에 대해 더 명확하게 설명하면, 본 실시예에서, 상기 기판의 양측에 각각 제1 고유층과 제2 고유층이 디포지트되는데, 다시 말해, 상기 제1 고유층과 상기 제2 고유층은 종방향으로 상기 기판의 양측에 위치하게 된다.
단계 S103: 상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층을 디포지트하고, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층이며, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 도핑 농도가 증가하도록 형성된다.
본 실시예에서, 기판 양측을 제1 측면 및 제2 측면으로, 기판의 제1 측면에 제1 고유층이 디포지트되고, 기판의 제2 측면에 제2 고유층이 디포지트되는 것으로 정의한다. 상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층이 디포지트되는데, 다시 말해, 종방향으로, 상기 제1 고유층에 상기 n형 도핑층이, 상기 제2 고유층에 상기 p형 도핑층이 디포지트된다.
상기 단계 103의 구체적 실시 과정은, 상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 적어도 2개 층의 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층이 디포지트되는 것으로, 다시 말해, 종방향으로 상기 제1 고유층에 상기 n형 도핑층이 디포지트되고, 상기 제2 고유츠에 상기 p형 도핑층이 디포지트되며, 그리고, n형 도핑층은 적어도 2개의 층으로 형성되고, 및/또는, p형 도핑층은 적어도 2개의 층으로 형성된다.
본 실시예에서, 상기 제1 고유층에 3개 층의 n형 도핑층이 디포지트되고, 상기 제2 고유층에 1개 층의 p형 도핑층이 디포지트되는데, 구체적으로 다음과 같다.
상기 제1 고유층에 디포지트되는 제1 n형 도핑층은, 다음의 방식으로 디포지트된다.
기체유량-체적비를 H2/SiH4/PH3=4~10/2/1~2으로 채택하는데, 본 실시예에서, 바람직한 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=6/2/1이고; 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 기압은 0.8mbar이고; 주파수 출력은 500W 이상 2000W 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 주파수 출력은 1000W이고; 디포지트 두께가 5nm 이상 10nm 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 6nm이다.
설명이 필요한 것은, 상기 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/1~2인 것은, 수소(H2)의 유량-체적 범위가 4 이상 10 이하이고, 실란(SiH4)의 유량-체적은 2이며, 상기 포스핀(PH3)의 유량-체적 범위는 1 이상 2 이하인 것을 나타낸다.
상기 제1 n형 도핑층에 디포지트되는 제2 n형 도핑층은, 다음의 방식으로 디포지트된다.
기체유량-체적비를 H2/SiH4/PH3=4~10/2/2~3으로 채택하는데, 본 실시예에서, 바람직한 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=5/2/2이고; 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 기압은 0.8mbar이고; 주파수 출력은 800W 이상 1200W 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 주파수 출력은 1000W이고; 디포지트 두께가 3nm 이상 5nm 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 4nm이다.
설명이 필요한 것은, 상기 상기 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/2~3인 것은, 수소(H2)의 유량-체적 범위가 4 이상 10 이하이고, 상기 실란(SiH4)의 유량-체적은 2이며, 상기 포스핀(PH3)의 유량-체적 범위는 2 이상 3 이하인 것을 나타낸다.
상기 제2 n형 도핑층에 디포지트되는 제3 n형 도핑층은, 다음의 방식으로 디포지트된다.
기체유량-체적비를 H2/SiH4/PH3=4~10/2/3~4로 채택하는데, 본 실시예에서, 바람직한 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=4/2/3이고; 기압이 0.6mbar 이상 1.0mbar 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 기압은 0.8mbar이고; 주파수 출력은 800W 이상 1200W 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 주파수 출력은 1000W이고; 디포지트 두께가 1nm 이상 3nm 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 2nm이다.
설명이 필요한 것은, 상기 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/3~4인 것은, 수소(H2)의 유량-체적 범위가 4 이상 10 이하이고, 상기 실란(SiH4)의 유량-체적은 2이며, 상기 포스핀(PH3)의 유량-체적 범위는 3 이상 4 이하인 것을 나타낸다.
알 수 있는 것은, 상기 제1 n형 도핑층, 제2 n형 도핑층, 제3 n형 도핑층의 디포지트는 반응 챔버로 유입되는 기체유량-체적의 크기를 제어함으로써, 각 n형 도핑층을 서로 다른 농도로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 n형 도핑층을 디포지트하는 때에, 반응 챔버로 유입되는 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=6/2/1이고; 상기 제2 n형 도핑층을 디포지트하는 때에, 반응 챔버로 유입되는 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=5/2/2이고; 상기 제3 n형 도핑층을 디포지트하는 때에, 반응 챔버로 유입되는 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=4/2/3일 수 있고; 다시 말해, 주로 상기 실란의 유입량이 일정한 상황에서, 상기 반응 챔버의 수소(H2)와 포스핀(PH3)의 유량-체적을 조절하여 n형 도핑층의 도핑 농도를 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 n형 도핑층, 제2 n형 도핑층, 제3 n형 도핑층을 디포지트하는 과정에서, 상기 유입되는 기체유량-체적비의 값은 점차적으로 증가하는데, 즉, 상기 제1 n형 도핑층의 도핑 농도는 상기 제2 n형 도핑층의 도핑 농도보다 낮고, 상기 제2 n형 도핑층의 도핑 농도는 상기 제3 n형 도핑층의 도핑 농도보다 낮아, 계조적으로 도핑된다.
본 실시예에서 상기 기체유량-체적비의 조절을 통해 각각의 n형 도핑층의 도핑 농도를 제어하는데, 알 수 있는 것은, 각각의 n형 도핑층에 대한 도핑 농도의 제어가 반응 챔버로 유입되는 기체질량백분율 농도의 조절을 통해서도, 각각의 n형 도핑층의 도핑 농도를 제어할 수 있다는 것이다. 즉, 종방향으로 각 n형 도핑층을 디포지트하는 때에, 상기 기체질량백분율 농도가 점진적으로 증가될 수 있다.
본 실시예에서, 헤테로 접합 태양광 전지의 전체 구조가 도핑층을 증가시킨 후, 그 공간점유율을 감소시킬 수 있기 위해, 각각의 n형 도핑층의 디포지트 두께는 상기 기판에서 종방향으로 멀어질수록 감소된다. 즉, 상기 제1 n형 도핑층의 두께는 상기 제2 n형 도핑층의 두께보다 두껍고, 상기 제2 n형 도핑층의 두께는 상기 제3 n형 도핑층의 두께보다 두껍다. 예를 들어, 실시예에서, 상기 제1 n형 도핑층의 두께는 6nm이고, 상기 제2 n형 도핑층의 두께는 4nm이며, 상기 제3 n형 도핑층의 두께는 2nm일 수 있다.
설명이 필요한 것은, 본 실시예의 제1 n형 도핑층, 제2 n형 도핑층, 제3 n형 도핑층을 디포지트하는 과정에서, 상기 반응 챔버로 반응 기체가 유입되기 전에, 상기 반응 챔버에 대해 진공 처리를 수행할 수 있고, 따라서 반응 챔버에 잔류 기체가 남아있지 않아, 후속의 디포지트 반응 과정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 n형 도핑층, 제2 n형 도핑층, 제3 n형 도핑층의 디포지트가 완료된 후, 상기 기판을 뒤집어 상기 제2 고유층에 대해 p형 도핑층을 디포지트를 수행한다.
상기 제2 고유층에 디포지트되는 상기 p형 도핑층의 디포지트 조건은 다음과 같다.
기체유량-체적비를 H2/SiH4/B2H6=6/2/1로 채택하고; 기압 범위가 0.6mbar 이상 1.0mbar 이하인데, 본 실시예에서, 바람직한 것은 0.8mbar이고; 주파수 출력은 800W 이상 1200W 이하이고, 본 실시예에서, 바람직한 것은 1000W이고; 디포지트 두께는 4nm 이상 10nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 것은 8nm이다.
본 실시예에서 단측에 형성되는 다층의 n형 도핑층은, 다음의 장점이 있다.
1. 제1 고유층에 종방향으로 순차적으로 다층의 n형 도핑층을 디포지트하고 도핑 농도를 점차적으로 증가시켜 헤테로 접합 태양광의 고농도 도핑을 실현하여, 상기 제1 고유층이 불순물 침투의 영향을 받지 않을 수 있게 되고, 하나의 전기장 방향을 pn 접합과 일치하는 n/n+/n++ 전기장으로 형성함으로써, pn 접합의 내부 전기장을 증가시켜, 전지의 전환효율을 상승시키고자 하는 목적을 달성한다.
2. 과도한 경계 상태 밀도로 전지 효율이 낮아지는 문제를 피하고, p형 및 n형 도핑층이 서로 접촉되지 않게 하기 위해, 본 발명은 상기 기판의 종방향으로 도핑의 디포지트를 진행함으로써 추가적인 마스킹(masking) 과정이나 도핑 후 추가되는 도핑층을 부분적으로 제거하는 과정이 요구되지 않는다. 즉, 상기 기판의 일측에 대해 도핑의 디포지트를 진행하는 때에, 상기 기판의 다른 일측에 대해 마스킹이나 차단을 수행하거나, 도핑 완료 후 도핑을 제거하는 등의 공정이 필요하지 않고, 단지 일측에 디포지트 완비 후 다시 다른 일측을 디포지트하면 되어, 생산효율을 높일 수 있다.
설명이 필요한 것은, 본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법은 서로 다른 요구에 따라 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 제1 고유층에 각각 차례로 다층의 n형 도핑층을 디포지트하고, 상기 제2 고유층에 1개 층의 p형 도핑층을 디포지트할 수 있고; 도 3에 도시되는 바와 같이, 제2 고유층에 각각 차례로 다층의 p 도핑층을 디포지트하고, 상기 제1 고유층에 1개 층의 n형 도핑층을 디포지트할 수도 있으며; 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 제1 고유층에 각각 차례로 다층의 n형 도핑층을 디포지트하고, 상기 제2 고유층에 차례로 다층의 p형 도핑층을 디포지트할 수도 있다.
상기 제1 고유층 및 상기 제2 고유층의 디포지트 조건은 서로 동일하고, 구조도 서로 동일하며, 제1 및 제2의 표현은 단지 구분하여 설명의 편의를 도모하기 위한 것이고, 양자의 디포지트 순서의 선후를 한정하는 것은 아니다.
디포지트 과정은 일측의 디포지트를 먼저 진행한 후 다시 다른 측의 디포지트를 진행할 수 있는데, 구체적으로 디포지트되는 층의 개수는 실제 요구에 따라 정해지며, 다층의 도핑층의 디포지트 방식(다층의 n형 도핑층 및/또는 다층의 p형 도핑층) 또한 구체적인 요구에 따라 설정될 수 있다.
이상의 실시에에서의 예시는 단지 본 발명의 헤테로 접합 태양광 전지의 제조과정을 설명하기 위함이고, 구체적 디포지트 과정에서의 각 파라미터, 방식 등이 제한되는 것은 아니다.
단계 104: 상기 n형 도핑층 및 상기 p형 도핑층에 각각 순서대로 투명 도전층과 전극층이 형성된다.
다시 말해, 상기 n형 도핑층에 차례대로 투명 도전층과 전극층이 형성되고, 상기 p형 도핑층에 차례대로 투명 도전층과 전극층이 형성된다.
상기 단계 104의 구체적 실시 과정은, 물리기상증착법(PVD：Physical Vapor Deposition)을 통해 상기 n형 도핑층 및 상기 p형 도핑층에 각각 차례대로 투명 도전층이 형성되는 것일 수 있다.
상기 물리기상증착법은, 진공증발 코팅, 스퍼터 코팅(sputter coating) 및 이온 코팅 방식을 포함한다. 상기 진공증발 코팅 방식은 원물질에 열을 가해 증발시키는 것이고; 상기 스퍼터 코팅 방식은 일정 에너지를 갖는 입자가 원물질 표적을 충격하여, 표적으로부터 원물질이 튀어 나오게 하는 방식이며; 상기 이온 코팅은 레이저를 표적에 조사하여, 반응열을 이용하여 표적물질을 증발시켜 플라즈마화 하는 방식이다.
본 실시예에서, 스퍼터 코팅을 채택하여 투명 도전층(TCO: Transparent Conductive Oxide)을 스퍼터링하는데, 스퍼터 코팅을 채택하여 디포지트하는 것의 장점은, 스퍼터 코딩의 경우 표적이 제한되지 않고, 순도가 높으며, 치밀성 및 결합성이 좋다.
본 실시예에서, 상기 제3 n형 도핑층에 상기 투명 도전층을 디포지트하고, 상기 p형 도핑층에 상기 투명 도전층을 디포지트한다.
투명 도전층을 디포지트한 후 상기 투명 도전층에 전극층을 형성하는데, 상기 전극층은 실크스크린 프린팅 기술로 구현될 수 있다.
헤테로 접합 전지에 있어서, 계면 재결합을 줄이는 것은, 광 캐리어의 수집 및 운송에 유리하고, 전지의 전환효율을 향상시킬 수 있다. 고농도의 n형 도핑은, 비록 pn 접합의 내부 전기장을 증가시킬 수 있으나, 고농도 도핑은 과다한 불순물이 고유층에 진입시켜, 고유층의 안정화 효과를 낮추는데, 본 실시에에서, 고유층에 접하는 면(또는 고유층에 근접한 일측)은 저농도 도핑을 채용하고, n형 도핑층의 불순물이 고유층에 투입되는 것을 막아, 고유층의 안정화 효과를 보장하고, 전지의 표면 재결합을 낮춘다. 위와 동시에, 저농도 도핑층에 다시 계조적으로 농도를 증가시켰는데, 다시 말해, 고유층에 가까운 쪽에서 먼 쪽으로의 종방향으로 도핑 농도가 점차적으로 증가하여, pn 접합의 내부 전기장을 효율적으로 증가시킨다. 다른 방면은 투명 도전층(TCO)과 접촉하는 n형 필름층이 고농도 도핑되어 n형 도핑층과 투명 도전층의 접촉 전지저항을 줄이는데 유리하고, 캐리어의 운송 능력을 향상시켜, 전지의 전환효율을 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명이 제공하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법의 실시예를 상세히 기술하였고, 이하에서는 상술한 방법에 대한 기재와 결합하여 본 발명이 제공하는 헤테로 결합 태양광 전지의 구체적 구조를 소개하고자 한다. 구체적으로 다음과 같다.
도 2를 참고하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지의 구조를 나타내는 도면으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 전지는 다음을 포함한다.
기판(201), 고유층(202), n형 도핑층(203), p형 도핑층(204), 투명 도전층(205) 및 전극층(206).
상기 고유층(202)은 상기 기판(201)의 양측에 형성되고, 상기 n형 도핑층(203)과 p형 도핑층(204)은 각각 상기 기판(201) 양측의 고유층(202)에 형성되며, 상기 전극층(206)은 각각 상기 기판(201) 양측의 상기 n형 도핑층(203)과 p형 도핑층(204)에 형성되고;
상기 n형 도핑층(203) 및/또는 p형 도핑층(204)은 적어도 2개의 층으로 설치되고, 상기 기판(201)으로부터 종방향으로 멀어질수록, 상기 n형 도핑층(203) 및/또는 p형 도핑층(204)의 각 층의 도핑 농도가 증가한다.
본 실시에에서, 고유층(202)에 형성되는 다층의 n형 도핑층(203)으로 설명을 진행하면, 다음과 같다.
상기 고유층(202)의 일측에 가깝게 형성되는 제1 n형 도핑층(2031);
상기 제1 n형 도핑층(2031)에 형성되는 제2 n형 도핑층(2032);
상기 제2 n형 도핑층(2032)에 형성되는 제3 n형 도핑층(2033).
본 발명의 실시예에 따른 전지의 구조를 좀더 명확하게 이해하기 위해, 상기 고유층(202)에 대해 명칭 상의 한정을 수행한다. 즉, 상기 기판(201)의 종방향 상의 양측을 각각 제1 고유층(2021) 및 제2 고유층(2022)으로 명명한다.
상기 제1 고유층(2021)에 제1 n형 도핑층(2031)이 형성되고, 상기 제1 n형 도핑층(2031)에 제2 n형 도핑층(2032)이 형성되며, 상기 제2 n형 도핑층(2032)에 제3 n형 도핑층(2033)이 형성된다.
상기 제1 n형 도핑층(2031)의 두께는 5nm 이상 10nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 6nm이다.
상기 제2 n형 도핑층(2032)의 두께는 3nm 이상 5nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 4nm이다.
상기 제3 n형 도핑층(2033)의 두께는 1nm 이상 3nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 2nm이다.
상기 제2 고유층(2022)에 p형 도핑층(204)이 형성되고, 상기 p형 도핑층(204)의 두께는 10nm 이상 6nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 8nm이다.
상기 제1 고유층(2021) 및 제2 고유층(2022)의 두께는 5nm 이상 15nm 이하로, 본 실시예에서, 바람직한 디포지트 두께는 10nm이다.
본 발명은 비록 상기와 같이 바람직한 실시예로 공개하였으나, 이는 결코 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 본 기술영역의 어떠한 당업자도 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서, 변경 또는 개량할 수 있는 것으로, 따라서 본 발명의 권리범위는 본 발명 청구범위가 설정하는 범위에 근거해야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법에 있어서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 양측에 각각 고유층을 디포지트(deposit)하는 단계;
    상기 기판 양측의 상기 고유층에 각각 n형 도핑층과 p형 도핑층을 디포지트하고, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층이며, 상기 n형 도핑층 및/또는 상기 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 도핑 농도가 증가하도록 형성하는 단계;
    상기 n형 도핑층 및 상기 p형 도핑층에 각각 순서대로 투명 도전층과 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층은 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 상기 고유층에 디포지트되는 n형 도핑층은,
    상기 고유층에, 기체유량-체적비는 H2/SiH4/PH3=4~10/2/1~2이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 5nm 이상 10nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제1 n형 도핑층;
    상기 제1 n형 도핑층에, 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/2~3이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 3nm 이상 5nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제2 n형 도핑층;
    상기 제2 n형 도핑층에, 기체유량-체적비가 H2/SiH4/PH3=4~10/2/3~4이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 두께가 1nm 이상 3nm 이하의 조건으로 디포지트되는 제3 n형 도핑층을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 각각의 n형 도핑층의 디포지트는 진공 처리 후 수행되는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 상기 고유층에 p형 도핑층을 디포지트하는 조건은,
    기체유량-체적비가 H2/SiH4/B2H6=4~10/2/1~4이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 500W 이상 2000W 이하이고, 디포지트 두께가 4nm 이상 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고유층은 초단파-플라즈마 강화 화학기상 증착 방식으로 디포지트된 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고유층의 디포지트 조건은,
    기체유량-체적비가 H2/SiH4=0~10/1이고, 기압이 0.3mbar 이상 2.0mbar 이하이며, 주파수 출력이 200W 이상 2000W 이하이고, 디포지트 두께가 5nm 이상 15nm 이하인 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 기판의 표면에 대해 텍스처링(texturing) 및/또는 클리닝(cleaning)의 전처리가 수행되는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지의 제조방법.
  9. 헤테로 접합 태양광 전지에 있어서,
    기판, 고유층, n형 도핑층, p형 도핑층 및 전극층을 포함하고, 상기 고유층은 상기 기판의 양측에 형성되고, 상기 n형 도핑층과 p형 도핑층은 각각 상기 기판 양측의 고유층에 형성되며, 상기 전극층은 각각 상기 기판 양측의 상기 n형 도핑층과 p형 도핑층에 형성되고;
    상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층은 적어도 2개의 층으로 설치되고, 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록, 상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층의 도핑 농도가 증가하는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 n형 도핑층 및/또는 p형 도핑층의 각 층의 두께는 상기 기판으로부터 종방향으로 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판의 상기 고유층에 형성되는 상기 n형 도핑층은,
    상기 고유층의 일측에 가깝게 형성되는 제1 n형 도핑층;
    상기 제1 n형 도핑층에 형성되는 제2 n형 도핑층;
    상기 제2 n형 도핑층에 형성되는 제3 n형 도핑층을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 n형 도핑층의 두께는 5nm 이상 10nm 이하이고, 상기 제2 n형 도핑층의 두께는 3nm 이상 5nm 이하이고, 상기 제3 n형 도핑층의 두께는 1nm 이상 3nm 이하인 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판의 상기 고유층에 형성되는 상기 p형 도핑층은,
    상기 p형 도핑층의 두께가 4nm 이상 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 고유층의 두께는 5nm 이상 15nm 이하인 것을 특징으로 하는 헤테로 접합 태양광 전지.
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