KR20190073594A - 하이브리드 폴리실리콘 이종접합 배면 접점 전지 - Google Patents

하이브리드 폴리실리콘 이종접합 배면 접점 전지 Download PDF

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KR20190073594A
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Abstract

고효율의 태양 전지를 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 규소 기판의 배면 상에 얇은 유전체 층 및 도핑된 폴리실리콘 층을 제공하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 고품질의 산화물 층 및 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층 둘 모두가 규소 기판의 배면 및 정면 상에 형성될 수 있다. 이어서, 접촉 개구들을 통해 도핑된 폴리실리콘 층 상에 금속 핑거들을 도금하는 금속화 공정이 수행될 수 있다. 도금된 금속 핑거들은 제1 금속 격자선을 형성할 수 있다. 제2 금속 격자선은 규소 기판의 배면 상의 이미터 영역에 금속을 직접 도금함으로써 형성되어, 제2 금속 격자선을 위한 접촉 개구들에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 여러 이점들 중에서, 이 제조 방법은 고효율 태양 전지의 제조를 위한 감소된 열 공정, 감소된 에칭 단계, 증가된 효율, 및 단순화된 절차를 제공한다.

Description

하이브리드 폴리실리콘 이종접합 배면 접점 전지{HYBRID POLYSILICON HETEROJUNCTION BACK CONTACT CELL}
본 명세서에 기술된 발명 요지의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell) 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로, 발명 요지의 실시예는 얇은 규소 태양 전지 및 제조 기술에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위한 주지된 장치이다. 태양 전지는 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역들을 포함한다. 태양 전지에 부딪치는 태양 복사선은 확산 영역들로 이동하는 전자들 및 정공들을 생성함으로써, 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 배면 접점(backside contact) 태양 전지에서, 확산 영역들 및 이들에 결합된 금속 접촉 핑거(finger)들 둘 모두는 태양 전지의 배면 상에 있다. 접촉 핑거들은 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되게 하고 태양 전지에 의해 급전되게 한다.
효율은, 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되기 때문에, 태양 전지의 중요한 특성이다. 따라서, 태양 전지의 제조 공정을 개선하고, 제조 비용을 절감하며, 효율을 높이기 위한 기술들이 일반적으로 바람직하다. 그러한 기술들은 열 공정들을 통해 규소 기판 상에 폴리실리콘 및 이종접합 층을 형성하는 것을 포함하는데, 여기서 본 발명은 태양 전지 효율의 증가를 고려한다. 이들 또는 다른 유사한 실시예가 본 발명의 배경 기술을 형성한다.
유사한 도면 부호가 도면들 전체에 걸쳐 유사한 요소를 가리키는 첨부 도면과 관련하여 고려될 때, 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 발명 요지의 보다 완전한 이해가 얻어질 수 있다.
<도 1 내지 도 12>
도 1 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
<도 13 내지 도 18>
도 13 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
하기 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 발명 요지 또는 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하고자 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단어 "예시적인"은 예, 사례 또는 일례로서 제공하는"을 의미한다. 본 명세서에 예시적으로 것으로 기술된 임의의 구현예는 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 요약 또는 하기 상세한 설명에서 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 제한되고자 하는 의도는 없다.
태양 전지를 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 배면 상의 얇은 유전체 층, 및 얇은 유전체 층 위의 침착된 규소 층을 갖는 규소 기판을 제공하는 단계; 침착된 규소 층 위에 도핑 재료의 층을 형성하는 단계; 도핑 재료의 층 위에 산화물 층을 형성하는 단계; 상호교차형 패턴(interdigitated pattern)으로 산화물 층, 도핑 재료의 층, 및 침착된 규소 층을 부분적으로 제거하는 단계; 도핑 재료의 층으로부터의 도펀트를 침착된 규소 층으로 구동시키기 위해 온도를 상승시킴과 동시에 산화물 층을 성장시키는 단계; 침착된 규소 층을 도핑 재료의 층으로부터의 도펀트로 도핑시켜, 결정화되어진 도핑된 폴리실리콘 층을 형성하는 단계; 태양 전지의 배면 상에 와이드 밴드갭(wide band gap)의 도핑된 반도체 및 반사 방지 코팅을 침착시키는 단계; 및 태양 전지의 정면 상에 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 및 반사 방지 코팅을 침착시키는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하는 다른 방법이 개시된다. 이 방법은 배면 상의 얇은 유전체 층, 및 얇은 유전체 층 위의 침착된 규소 층을 갖는 규소 기판을 제공하는 단계; 침착된 규소 층 위에 도핑 재료의 층을 형성하는 단계; 도핑 재료의 층 위에 산화물 층을 형성하는 단계; 상호교차형 패턴으로 산화물 층, 도핑 재료의 층, 및 침착된 규소 층을 부분적으로 제거하는 단계; 노출된 규소 기판을 에칭하여, 텍스처화된(texturized) 규소 영역을 형성하는 단계; 도핑 재료의 층으로부터의 도펀트를 침착된 규소 층으로 구동시키기 위해 온도를 상승시킴과 동시에 산화물 층을 성장시키는 단계; 침착된 규소 층을 도핑 재료의 층으로부터의 도펀트로 도핑시켜, 도핑된 폴리실리콘 층을 형성하는 단계; 태양 전지의 배면 상에 반사 방지 코팅 및 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소의 제1 후층(thick layer)을 덮는 단계; 태양 전지의 정면 상에 반사 방지 코팅 및 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소의 제2 박층(thin layer)을 덮는 단계를 포함하며, 박층은 후층의 두께의 10% 내지 30% 미만이다.
태양 전지를 제조하는 또 다른 방법이 개시된다. 이 방법은 배면 상의 얇은 유전체 층, 및 얇은 유전체 층 위의 도핑된 규소 층을 갖는 규소 기판을 제공하는 단계; 도핑된 규소 층 위에 산화물 층을 형성하는 단계; 상호교차형 패턴으로 산화물 층 및 도핑된 규소 층을 부분적으로 제거하는 단계; 함산소(oxygenated) 환경에서 규소 기판을 가열함으로써 태양 전지의 배면 위에 산화규소 층을 성장시키는 단계 - 규소 층은 결정화되어 도핑된 폴리실리콘 층을 형성함 -; 태양 전지의 배면 상에 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체를 침착시키는 단계; 및 태양 전지의 정면 상에 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 및 반사 방지 코팅을 침착시키는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하는 또 다른 방법이 개시된다. 이 방법은 배면 상의 얇은 유전체 층, 및 얇은 유전체 층 위의 도핑된 규소 층을 갖는 규소 기판을 제공하는 단계; 도핑된 규소 층 위에 산화물 층을 형성하는 단계; 상호교차형 패턴으로 산화물 층 및 도핑된 규소 층을 부분적으로 제거하는 단계; 노출된 규소 기판을 에칭하여 텍스처화된 규소 영역을 형성하는 단계; 함산소 환경에서 규소 기판을 가열함으로써 태양 전지의 배면 위에 산화규소 층을 성장시키는 단계 - 규소 층은 결정화되어 도핑된 폴리실리콘 층을 형성함 -; 태양 전지의 배면 상에 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소 및 반사 방지 코팅을 침착시키는 단계, 및 태양 전지의 정면 상에 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소 및 반사 방지 코팅을 침착시키는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하는 방법에 대한 또 다른 실시예가 개시된다. 이 방법은 배면 상의 얇은 유전체 층, 및 얇은 유전체 층 위의 도핑된 규소 층을 갖는 규소 기판을 제공하는 단계; 도핑된 규소 층 위에 산화물 층을 형성하는 단계; 상호교차형 패턴으로 산화물 층 및 도핑된 규소 층을 부분적으로 제거하는 단계; 노출된 규소 기판을 에칭하여, 텍스처화된 규소 영역을 형성하는 단계; 함산소 환경에서 규소 기판을 가열함으로써 태양 전지의 배면 위에 산화규소 층을 성장시키는 단계 - 규소 층은 결정화되어 도핑된 폴리실리콘 층을 형성함 -; 태양 전지의 정면 및 배면 위에 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소 및 반사 방지 코팅을 동시에 침착시키는 단계; 태양 전지의 정면 및 배면 위에 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 및 산화물 층을 부분적으로 제거하여 일련의 접촉 개구들을 형성하는 단계; 및 도핑된 폴리실리콘에 전기적으로 결합되는 제1 금속 격자 및 태양 전지의 배면 상의 이미터 영역에 전기적으로 결합되는 제2 금속 격자를 동시에 형성하는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하기 위한 개선된 기술은 규소 기판의 배면 상에 얇은 유전체 층 및 침착된 규소 층을 제공하는 것이다. 도핑된 폴리실리콘의 영역은 침착된 규소 층들 내로의 도펀트 구동에 의해 또는 도핑된 폴리실리콘 영역의 현장 형성(in-situ formation)에 의해 형성될 수 있다. 이어서, 산화물 층 및 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체의 층이 태양 전지의 정면 및 배면 상에 형성될 수 있다. 하나의 변형예는 산화물의 형성 및 와이드 밴드갭 도핑된 반도체 형성에 앞서 전방 및 후방 표면들을 텍스처화하는 단계를 수반한다. 이어서, 도핑된 폴리실리콘 영역을 노출시키기 위해, 접촉 구멍들이 상부 층들을 통해 형성될 수 있다. 이어서, 도핑된 폴리실리콘 층 상으로의 접촉부들을 형성하기 위해 금속화 공정이 수행될 수 있다. 또한, 태양 전지의 배면 상의 도핑된 폴리실리콘의 영역들 사이에 위치되는 와이드 밴드갭의 반도체 층에 의해 형성된 규소 기판 상의 이미터 영역들에 금속을 직접 연결함으로써 제2 그룹의 접촉부들이 형성될 수 있다.
제조 공정들과 관련하여 수행되는 다양한 작업들이 도 1 내지 도 18에 도시되어 있다. 또한, 다양한 작업들 중 몇몇은 예시된 순서로 수행될 필요는 없으며, 본 명세서에 상세히 기술되지 않은 추가적인 기능을 갖는 더욱 포괄적인 절차, 공정 또는 제조 내에 통합될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 규소 기판(102), 얇은 유전체 층(106) 및 침착된 규소 층(104)을 포함하는 태양 전지(100)를 제조하기 위한 일 실시예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 규소 기판(102)은 얇은 유전체 층(106)의 형성에 앞서, 세척, 폴리싱, 평탄화 및/또는 박화되거나 달리 처리될 수 있다. 얇은 유전체 층(106) 및 침착된 규소 층(104)이 열 공정을 통해 성장될 수 있다. 제1 산화물 층(110)이 뒤를 잇는 도핑 재료의 층(108)은, 통상의 침착 공정을 통해, 침착된 규소 층(104) 위에 침착될 수 있다. 도핑 재료의 층(108)은 도핑 재료 또는 도펀트(109)를 포함할 수 있지만, 인과 같은 n형(negative-type) 도핑 재료의 층 또는 붕소와 같은 p형(positive-type) 도핑 재료의 층으로 한정되지 않는다. 얇은 유전체 층(106) 및 침착된 규소 층(104)이 각각 열 공정에 의해 성장되는 것으로 또는 통상의 침착 공정을 통해 침착되는 것으로 기술되어 있지만, 본 명세서에 기술되거나 인용된 임의의 다른 형성, 침착, 또는 성장 공정 단계의 경우에서와 같이, 각각의 층 또는 물질은 임의의 적절한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 형성이 기술되는 경우에, 화학 증착(CVD) 공정, 저압 CVD(LPCVD), 대기압 CVD(APCVD), 플라즈마-강화 CVD(PECVD), 열 성장, 스퍼터링뿐만 아니라 임의의 다른 원하는 기술이 사용될 수 있다. 이에 따라 그리고 유사하게, 도핑 재료(108)가 잉크젯 인쇄 또는 스크린 인쇄와 같은 침착 기술, 스퍼터, 또는 인쇄 공정에 의해 기판 상에 형성될 수 있다.
도 4는 노출된 폴리실리콘 영역(124)을 형성하기 위해 재료 제거 공정을 수행한 후의 도 1 내지 도 3으로부터의 동일한 태양 전지(100)를 도시한다. 재료 제거 공정의 일부 예에는 마스크 및 에칭 공정, 레이저 융제(laser ablation) 공정, 및 다른 유사한 기술이 포함된다. 노출된 폴리실리콘 영역(124) 및 도핑 재료의 층(108)은 상호교차형 패턴을 비롯한 임의의 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 마스킹 공정이 사용되는 경우, 이는 미리 정해진 상호교차형 패턴으로 마스크 잉크를 적용하기 위해 스크린 프린터 또는 잉크젯 프린터를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 통상의 화학적 습식 에칭 기술이 사용되어 마스크 잉크를 제거하여서 노출된 폴리실리콘 영역(124)들 및 도핑 재료의 층(108)의 상호교차형 패턴을 초래할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 제1 산화물 층(110)의 일부 또는 전체가 제거될 수 있다. 이는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 침착된 규소 층(104) 및 유전체 층(106)의 영역들이 제거되는 동일한 에칭 또는 융제 공정에서 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 태양 전지(100)는, 태양 방사선 수집의 증가를 위해, 노출된 폴리실리콘 영역(124)들을 에칭하여 태양 전지의 배면 상의 제1 텍스처화된 규소 영역(130) 및 태양 전지의 정면 상의 제2 텍스처화된 규소 영역(132)을 초래하는 제2 에칭 공정을 겪을 수 있다. 텍스처화된 표면은 유입 광을 산란시키기 위한 규칙적이거나 불규칙적인 형상화된 표면을 구비하여 태양 전지의 표면으로부터 다시 반사된 광량을 감소시키는 것일 수 있다.
도 6을 참조하면, 태양 전지(100)는 도핑 재료의 층(108)으로부터의 도핑 재료(109)를 침착된 규소 층(104)으로 구동하도록 가열(140)될 수 있다. 또한, 동일한 가열(140)은 도핑 재료의 층(108) 및 제1 텍스처화된 규소 영역(130) 위에 산화규소 또는 제2 산화물 층(112)을 형성할 수 있다. 이러한 공정 동안, 제3 산화물 층이 제2 텍스처화된 규소 영역(132) 위에 성장(114)될 수 있다. 산화물 층(112, 114)들 둘 모두는 고품질의 산화물을 포함할 수 있다. 고품질의 산화물은 개선된 패시베이션을 제공할 수 있는 섭씨 900도 초과의 온도에서의 열 산화에 의해 전형적으로 성장되는 저 인터페이스 상태 밀도(low interface state density) 산화물이다.
따라서, 도 7을 참조하면, 침착된 규소 층(104)은 도펀트 재료의 층(108)으로부터의 도핑 재료(109)로 도핑되어 도핑된 폴리실리콘 층(150)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 도핑된 폴리실리콘 층을 형성하는 것은 도핑 재료의 층(108)으로부터의 도펀트(109)를 침착된 규소 층(104)으로 구동시키기 위해 온도를 상승시키는 동시에 산화물 층을 성장시킴으로써 수행될 수 있으며, 여기서 침착된 규소 층(104)을 도핑 재료의 층(108)으로부터의 도펀트(109)로 도핑시키는 것은 결정화되어진 도핑된 폴리실리콘 층 또는 도핑된 폴리실리콘 층(150)을 형성한다. 몇몇 실시예들 중 하나에서, 도핑된 폴리실리콘 층(150)은 p형 도핑 재료가 사용된다면 양으로 도핑된(positively doped) 폴리실리콘의 층을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 규소 기판(102)은 벌크 N-형 규소 기판을 포함한다. 일부 실시예들에서, 도핑된 폴리실리콘 층(150)은 n형 도핑 재료가 사용된다면 음으로 도핑된(negatively doped) 폴리실리콘의 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 규소 기판(102)은 벌크 P-형 규소 기판을 포함하여야 한다.
도 8을 참조하면, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(160)이 태양 전지(100)의 배면 상에 침착될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(160)은 적어도 10 ohm-cm의 비저항을 가지고서 부분적으로 전도성이다. 동일한 실시예에서, 이제 제1 텍스처화된 규소 영역(130)에 의해 그리고 제2 산화물 층(112)에 의해 덮이는 태양 전지의 배면의 영역들에서 이종접합으로서 작용하는 1.05 전자-볼트(eV) 초과의 밴드갭을 가질 수 있다. 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체의 예들에는 탄화규소 및 알루미늄 갈륨 질화물이 포함된다. 전술된 특성 및 특징을 나타내는 임의의 다른 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 재료가 또한 사용될 수 있다. 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(160)은 두꺼운 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 비정질 규소 층으로 구성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(162)는 태양 전지(100)의 정면 상의 제2 텍스처화된 규소 영역(132) 위에 침착될 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지(100)의 배면 및 정면 상의 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(160, 162)들 둘 모두는 와이드 밴드갭의 n형 도핑된 반도체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(162)는 두꺼운 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층에 비해 상대적으로 얇을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 얇은 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층은 두꺼운 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층의 두께의 10 내지 30%로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각 태양 전지의 배면 및 정면 상의 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(160, 162)들 둘 모두는 와이드 밴드갭의 n형 도핑된 반도체 또는 와이드 밴드갭의 p형 도핑된 반도체를 포함할 수 있다. 후속적으로, 반사 방지 코팅(ARC)(170)이 동일한 공정에서 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(162) 위에 침착될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 방지 코팅(170)은 동일한 공정에서 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(160) 위에 침착될 수 있다. 일부 실시예에서, ARC(170)는 질화규소로 구성될 수 있다.
도 10은 일련의 접촉 개구(180)들을 형성하기 위한, 태양 전지(100)의 배면 상에서의 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(160), 제2 산화물 층(112) 및 도핑 재료의 층(108)의 부분적인 제거를 도시한다. 일 실시예에서, 제거 기술은 융제 공정을 사용하여 달성될 수 있다. 하나의 그러한 융제 공정은 레이저 융제 공정이다. 다른 실시예에서, 제거 기술은 에칭 공정이 뒤를 잇는 마스크의 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄와 같은 임의의 통상의 에칭 공정들일 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 금속 격자 또는 격자선(190)이 태양 전지(100)의 배면 상에 형성될 수 있다. 제1 금속 격자선(190)은 접촉 개구(180)들 내에서 도핑된 폴리실리콘(150)에 전기적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 격자선(190)은 태양 전지에 의해 급전되도록 외부 전기 회로의 양극 전기 단자를 접속시키기 위해, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(160), 제2 산화물 층(112), 및 도핑 재료의 층(108)까지 접촉 개구(180)들을 통해 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제2 금속 격자 또는 격자선(192)이 태양 전지(100)의 배면 상에 형성될 수 있으며, 제2 금속 격자선(192)은 제2 텍스처화된 규소 영역(132)에 전기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 제2 금속 격자선(192)은 태양 전지에 의해 급전되도록 외부 전기 회로의 음극 전기 단자에 접속시키기 위해, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(160), 제2 산화물 층(112), 및 태양 전지의 배면의 영역들에서 이종접합으로서 작용하는 제1 텍스처화된 규소 영역(130)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 11 및 도 12에서 참조되는 금속 격자선들의 형성은 전기도금 공정, 스크린 인쇄 공정, 잉크젯 공정, 알루미늄 금속 나노입자들로부터 형성된 금속 상의 도금, 또는 임의의 다른 금속화 또는 금속 형성 공정 단계를 통해 수행될 수 있다.
도 13 내지 도 18은 태양 전지(200)를 제조하는 다른 실시예를 도시한다. 이하에서 달리 명시되지 않는다면, 도 13 내지 도 18에서 구성요소들을 지칭하는 데 사용되는 숫자 지시자들은 지수가 100만큼 증가한 것을 제외하고는, 전술된 도 1 내지 도 12의 구성요소들 또는 특징부들을 지칭하는 데 사용된 것과 유사하다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 태양 전지(200)를 제조하기 위한 다른 실시예는 규소 기판(202) 위에 제1 산화물 층(210), 얇은 유전체 층(206), 도핑된 폴리실리콘 층(250)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 규소 기판(202)은 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 얇은 유전체 층(206)의 형성에 앞서, 세척, 폴리싱, 평탄화, 및/또는 박화되거나 달리 처리될 수 있다. 제1 산화물 층(210), 유전체 층(206) 및 도핑된 폴리실리콘 층(250)은 열 공정을 통해 성장될 수 있다. 일 실시예에서, 함산소 환경에서 규소 기판(202)을 가열함으로써 태양 전지의 배면 위에 산화규소 층 또는 산화물 층(210)을 성장시키는데, 여기서 도핑된 규소 층이 결정화되어 도핑된 폴리실리콘 층(250)을 형성한다. 다른 실시예에서, 유전체 층(206) 위에 도핑된 폴리실리콘 층(250)을 성장시키는 단계는 붕소 도펀트와 같은 도핑 재료(209)로 구성될 수 있는 양으로 도핑된 폴리실리콘을 성장시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 음으로 도핑된 폴리실리콘이 사용될 수 있다. 얇은 유전체 층(206) 및 도핑된 폴리실리콘 층(250)이 각각 열 공정에 의해 성장되는 것으로 또는 통상의 침착 공정을 통해 침착되는 것으로 기술되어 있지만, 본 명세서에 기술되거나 인용된 임의의 다른 형성, 침착 또는 성장 공정 단계의 경우에서와 같이, 각각의 층 또는 물질은 앞서 논의된 바와 같이 임의의 적절한 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
태양 전지(200)는 통상의 마스킹 및 에칭 공정들을 사용하여 상호교차형 패턴으로 규소 기판(220)의 노출된 영역을 드러내기 위해, 제1 산화물 층(210), 도핑된 폴리실리콘 층(250) 및 유전체 층(206)을 부분적으로 제거함으로써 추가로 처리될 수 있다. 통상의 마스킹 및 에칭 공정들을 사용하는 경우에, 융제 공정이 사용될 수 있다. 융제 공정이 사용되는 경우에, 제1 산화물 층(210)은 도 14에 예시된 바와 같이, 도핑된 폴리실리콘 층(250) 위에 부분적으로 온전하게 남아 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 에칭 공정과 결합된 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄 기술이 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 산화물 층(210)은 도핑된 폴리실리콘 층(250)으로부터 에칭 제거될 수 있다.
도 15를 참조하면, 노출된 규소 기판(220) 및 태양 전지(200)의 정면 상의 노출된 영역이 동시에 에칭되어, 태양 방사선 수집을 증가시키기 위한 제1 텍스처화된 규소 표면(230) 및 제2 텍스처화된 규소 표면(232)을 형성할 수 있다.
도 16을 참조하면, 태양 전지(200)는 태양 전지(200)의 배면 상에 제2 산화물 층(212) 및 정면 상에 제3 산화물 층(214)을 형성하는 동안에, 섭씨 900도 초과의 온도로 가열(240)될 수 있다. 다른 실시예에서, 산화물 층(212, 214)들 둘 모두는 앞서 논의된 바와 같은 고품질의 산화물로 구성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260)은 태양 전지의 배면 및 정면 상에 동시에 침착될 수 있다. 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260)은 10 ohm-cm 초과의 비저항을 가지고서 부분적으로 전도성일 수 있다. 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260)은 또한 1.05 eV 초과의 밴드갭을 가질 수 있다. 부가적으로, 제1 와이드 밴드갭의 반도체 층은 태양 전지의 배면의 영역들에서 이종접합으로서 작용하여 제1 텍스처화된 규소 영역(230) 및 제2 산화물 층(212)을 덮을 수 있다.
제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260)은 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(262)보다 10% 내지 30% 더 두꺼울 수 있다. 다른 실시예들에서, 두께는 본 명세서에 기술된 기술들로부터 벗어남이 없이, 10% 미만 또는 30% 초과로 변동할 수 있다. 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260, 262)들 둘 모두는 양으로 도핑된 반도체일 수 있지만, 상이한 기판 및 폴리실리콘 도핑된 극들을 갖는 다른 실시예들에서는, 음으로 도핑된 와이드 밴드갭의 반도체 층이 사용될 수 있다. 후속적으로, 반사 방지 코팅(ARC)(270)이 제2 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체(262) 위에 침착될 수 있다. 일 실시예에서, 반사 방지 코팅(270)은 질화규소로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, ARC는 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260) 위에 또한 침착될 수 있다.
도 18을 참조하면, 제1 와이드 밴드갭의 도핑된 반도체 층(260) 및 제2 산화물 층(212)은, 도 10 내지 도 12를 참조하여 전술된 바와 같은 것과 유사한 형성 기술을 사용하여 이와 유사한 일련의 접촉 개구들을 형성하기 위해, 도핑된 폴리실리콘 층(250) 위에서 부분적으로 제거될 수 있다. 후속적으로, 제1 금속 격자선(290)이 태양 전지(200)의 배면 상에 형성될 수 있으며, 제1 금속 격자선(290)은 접촉 개구들 내에서 도핑된 폴리실리콘(250)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제2 금속 격자선(292)이 태양 전지(200)의 배면 상에 형성될 수 있으며, 제2 금속 격자선(292)은 제1 텍스처화된 규소 영역 또는 N-형 이미터 영역(230)에 전기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 금속 격자선들 둘 모두는 동시에 형성될 수 있다. 이어서, 태양 전지(200)를 포함하는 에너지 시스템의 다른 구성요소들에 의해 제1 및 제2 금속 격자선(290, 292)들에 추가 접촉이 이루어질 수 있다.
전술한 상세한 설명에서 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제시되었지만, 매우 많은 수의 변형예가 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예 또는 실시예들이 청구된 발명 요지의 범주, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로도 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 기술된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 지침을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원 시점에 공지된 등가물 및 예측가능한 등가물을 포함하는 특허청구범위에 의해 한정되는 범주를 벗어나지 않고서 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 행해질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (21)

  1. 규소 기판;
    상기 규소 기판의 표면 상에 배치되고 제1 전도 형(conductivity type)의 와이드 밴드갭 도핑된 반도체의 층을 포함하는 제1 이미터 영역으로서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 비정질 규소를 포함하는, 제1 이미터 영역;
    상기 규소 기판의 표면 상에 배치되고 얇은 유전체 층 상에 배치되는 제2 전도 형의 결정질 도핑된 규소 층을 포함하는 제2 이미터 영역으로서, 상기 결정질 도핑된 규소 층은 다결정질(polycrystailline) 규소를 포함하는, 제2 이미터 영역; 및
    상기 제1 및 제2 이미터 영역 상에 각각 배치되고 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 접점을 포함하는, 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체의 층은 제2 이미터 영역의 일부분 위에 추가로 연장되는, 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결정질 도핑된 규소 층과 상기 제2 이미터 영역의 일부분 위에 연장되는 와이드 밴드갭 도핑된 반도체의 일부분 사이에 배치되는 재료 층을 더 포함하고, 상기 재료 층은 제2 전도 형의 도펀트를 포함하는, 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 전도 형의 도펀트는 인(phosphorous) 도펀트인, 태양 전지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 전도 형의 도펀트는 붕소 도펀트인, 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 제2 얇은 유전체 층 상에 배치되는, 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 규소 기판은 N-형 벌크 규소인, 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 이미터 영역의 와이드 밴드갭 도핑된 반도체 상에 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 태양 전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 방지 코팅은 질화규소를 포함하는, 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 규소 기판의 표면에 대향하고 상기 규소 기판의 제2 표면에 근접하게 배치되는 와이드 밴드갭 도핑된 반도체의 제2 층을 더 포함하는, 태양 전지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체의 제2 층 상에 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 태양 전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 1.05 전자-볼트 초과의 밴드갭을 갖는, 태양 전지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 10 ohm-cm 초과의 비저항(resistivity)을 갖는, 태양 전지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 규소 기판의 표면은 텍스처화된 트렌치를 포함하고, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 상기 텍스처화된 트렌치 내에 형성되는, 태양 전지.
  15. 결정질 규소 기판;
    상기 규소 기판의 표면 상에 배치되고 와이드 밴드갭 N-형(negative-type) 도핑된 반도체의 층을 포함하는 제1 이미터 영역으로서, 상기 와이드 밴드갭 N-형 도핑된 반도체는 1.05 전자-볼트 초과의 밴드갭을 갖고, 10 ohm-cm 초과의 비저항(resistivity)을 갖고, 상기 와이드 밴드갭 음으로 도핑된(negative-doped) 반도체는 비정질 규소를 포함하는, 제1 이미터 영역;
    상기 결정질 규소 기판의 표면 상에 배치되고 얇은 유전체 층 상에 배치되는 결정질 P-형(positive-type) 도핑된 규소 층을 포함하는 제2 이미터 영역으로서, 상기 와이드 밴드갭 N-형 도핑된 반도체의 층은 상기 제2 이미터 영역의 일부분 위에 추가로 연장되고, 상기 결정질 P-형 도핑된 규소 층은 다결정질(polycrystailline) 규소를 포함하는, 제2 이미터 영역; 및
    상기 제1 및 제2 이미터 영역 상에 각각 배치되고 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 접점을 포함하는, 태양 전지.
  16. 제15항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 N-형 도핑된 반도체는 제2 얇은 유전체 층 상에 배치되는, 태양 전지.
  17. 제15항에 있어서, 상기 결정질 규소 기판의 표면은 텍스처화된 트렌치를 포함하고, 상기 와이드 밴드갭 N-형 도핑된 반도체는 상기 텍스처화된 트렌치 내에 형성되는, 태양 전지.
  18. 결정질 규소 기판;
    상기 규소 기판의 표면 상에 배치되고 와이드 밴드갭 P-형(positive-type) 도핑된 반도체의 층을 포함하는 제1 이미터 영역으로서, 상기 와이드 밴드갭 P-형 도핑된 반도체는 1.05 전자-볼트 초과의 밴드갭을 갖고, 10 ohm-cm 초과의 비저항(resistivity)을 갖고, 상기 와이드 밴드갭 양으로 도핑된(positive-doped) 반도체는 비정질 규소를 포함하는, 제1 이미터 영역;
    상기 결정질 규소 기판의 표면 상에 배치되고 얇은 유전체 층 상에 배치되는 결정질 N-형(negative-type) 도핑된 규소 층을 포함하는 제2 이미터 영역으로서, 상기 와이드 밴드갭 P-형 도핑된 반도체의 층은 상기 제2 이미터 영역의 일부분 위에 추가로 연장되고, 상기 결정질 N-형 도핑된 규소 층은 다결정질(polycrystailline) 규소를 포함하는, 제2 이미터 영역; 및
    상기 제1 및 제2 이미터 영역 상에 각각 배치되고 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 접점을 포함하는, 태양 전지.
  19. 제18항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 P-형 도핑된 반도체는 제2 얇은 유전체 층 상에 배치되는, 태양 전지.
  20. 제18항에 있어서, 상기 결정질 규소 기판의 표면은 텍스처화된 트렌치를 포함하고, 상기 와이드 밴드갭 P-형 도핑된 반도체는 상기 텍스처화된 트렌치 내에 형성되는, 태양 전지.
  21. 제1항에 있어서, 상기 와이드 밴드갭 도핑된 반도체는 비정질 규소를 포함하는, 태양 전지.
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