KR20230164747A - 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법을 제공하였고, 상기 태양 전지는 P형 실리콘 기판을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층과 후면 코팅층이 설치되고; 상기 전면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 에미터, 전면 실리콘 옥사이드층 및 전면 실리콘 나이트라이드층을 포함하며; 상기 후면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 포함한다.
Description
본 출원은 태양 전지 분야에 속하며, 후면이 패시베이션된 전지에 관한 것이며, 예를 들어 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
에미터(emitter) 및 후면 패시베이션(passivation) 전지 기술은 지난 세기 80년대에 기원한 것이고, 통상적인 전지의 후면에 패시베이션 층을 적층하는 것을 통해 변환효율(conversion efficiency)을 향상시킬 수 있다. 막코팅 공정은 태양 전지 생산 라인 공정에서 매우 중요한 부분이다. 셀(cells)은 생산 과정에서, 전면에 한 층의 반사 방지막(anti-reflecting film)을 코팅하여야 하는바, 이는 빛의 반사를 감소시키고, 빛의 흡수를 향상시킨다. 후면에는 한 층의 패시베이션막을 코팅하는데, 일반적으로 패시베이션막은 실리콘 표면의 댕글링 본드를 패시베이션시키는 것을 통해 표면의 재결합 속도(recombination velocity)를 감소시켜 패시베이션 작용을 한다. 또한 이의 고굴절률은 후면의 반사율을 향상시킬 수 있고, 추가로 전지 효율을 향상시키기 때문에, 패시베이션막의 좋고 나쁨은 태양 전지의 성능에 직접적인 영향을 미친다고 말할 수 있다.
현재, 전지 후면 패시베이션은 통상적으로 산화알루미늄에 실리콘 나이트라이드를 추가하는 적층 기술을 사용하고, 산화알루미늄 박막은 P형 및 N형 실리콘 표면에서 모두 비교적 우수한 화학적 패시베이션 및 필드 패시베이션(field passivation) 효과를 구비한다. 이의 박막에서 수소 함량은 약 2~4at%이고, 어닐링 공정을 거친 후 계면으로 확산된 H가 댕글링 본드에 대한 포화 작용은 표면상태 밀도(Surface state density)를 감소시키고 화학적 패시베이션을 향상시키는데 유리하다. 또한, 박막 중의 고정 음전하(fixed negative charges)도 우수한 필드 패시베이션 효과를 제공할 수 있으며, 일반적으로 이의 고정 음전하는 Al, O 및 H의 배위구조와 관련된다고 간주되고 있다. 산화알루미늄의 유전율(permittivity)은 7~9이고, 가시광선을 거의 흡수하지 않아, 고효율 태양 전지의 이상적인 재료로 사용할 수 있지만, 이의 굴절률은 비교적 낮으며 1.65에 불과하다.
CN106711239A는 PERC 태양 전지의 제조방법을 개시하였고, 이는 아래로부터 위로 순차적으로 설치한 후면 실버 전극(back silver electrodes), 알루미늄 후면 전계(All-aluminum back-field), 후면 실리콘 나이트라이드막, 산화알루미늄막, P형 실리콘, N형 에미터, 전면 실리콘 나이트라이드막 및 양극 실버 전극(positive silver electrode)을 포함하고; 후면 실리콘 나이트라이드막에는 후면 실리콘 나이트라이드막과 산화알루미늄막을 관통하는 슬롯(slot)이 설치되어 있고, P형 실리콘은 상기 슬롯에 노출되며, 알루미늄 후면 전계의 슬롯 내에 위치하고 일부분은 P형 실리콘과 연결되고, N형 에미터와 전면 실리콘 나이트라이드막 사이에는 산화실시콘막이 추가로 설치되어 있다.
CN109065639A는 N형 결정질 실리콘 태양 전지 및 그의 제조방법, 태양광모듈(photovoltaic modules)을 개시하였고, 이는 순차적으로 설치한 전면 전극, 전면 패시베이션층, 에미터, N형 결정체 P형 실리콘 기판, 후면 패시베이션층 및 후면 전극을 포함하고; 전면 패시베이션층은 에미터와 직접 접촉하는 산화갈륨층을 포함한다. 산화갈륨층의 두께는 1nm~120nm이다. 전면 패시베이션층은 상기 산화갈륨층 상에 설치한 캡핑층(capping layer)을 더 포함하고, 상기 캡핑층은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride)층, 실리콘 옥사이드층 및 실리콘 카바이드층 중의 적어도 1종을 포함하며, 두께는 10nm~120nm이다.
CN112002771A는 후면 필드에 갈륨이 도핑된 갈륨도핑 P형 PERC 전지 및 그의 제조방법을 개시하였고, 이는 갈륨도핑-P형 실리콘 웨이퍼 기판(silicon wafer substrate), 기판의 후면에 설치된 산화갈륨층, 산화갈륨층 상에 설치된 실리콘 나이트라이드층을 포함하고; 산화갈륨층, 실리콘 나이트라이드층 및 기판 사이에는 국부 패시베이션 필드, 즉 갈륨이 도핑된 후면 필드가 설치되어 있고, 실리콘 나이트라이드층 상에 설치된 후면 전극은 갈륨이 도핑된 후면 필드를 통해 실리콘 웨이퍼와 오믹 접촉(ohmic contact)을 형성한다. 전지는 기판의 전면에 설치된 에미터층 및 금속 영역에 설치된 선택성 에미터층, 에미터층 상에 설치된 실리콘 옥사이드층, 상기 실리콘 옥사이드층 상에 설치된 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 나이트라이드층 상에 설치된 양극 전극; 을 더 포함하고, 상기 양극 전극은 선택성 에미터를 통해 실리콘 웨이퍼와 오믹 접촉을 형성한다.
상기에서 보도된 특허에서 개시된 태양 전지는 모두 일정한 패시베이션 성능을 구비하고, 이를 바탕으로, 어떻게 전지 표면의 화학적 패시베이션 효과를 더 개선하고, 또한 어떻게 태양 전지의 종합성능을 향상시킬 것인 가는 시급히 해결해야 할 과제로 되었다.
본 출원의 목적은 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법을 제공하여, 패시베이션 효과를 향상시키고, 태양 전지의 종합성능을 향상시키는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 출원은 아래의 기술방안을 사용한다:
제1 측면에서, 본 출원은 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하고, 상기 태양 전지는 P형 실리콘 기판을 포함하며; 상기 P형 실리콘 기판의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층과 후면 코팅층이 설치되고; 상기 전면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 에미터, 전면 실리콘 옥사이드층 및 전면 실리콘 나이트라이드층을 포함하며; 상기 후면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 포함한다.
본 출원에서 제공하는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지는 산화갈륨의 고정 음전하의 필드 패시베이션 효과를 이용하고, 추가로 실리콘 옥사이드의 화학적 패시베이션을 이용함으로써, 소수 캐리어(minority carrier)의 재결합을 더 감소시킬 수 있으며; 산화갈륨 패시베이션층과 P형 실리콘 기판 사이에 두께의 제어가 가능한 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 증착(deposition)시킴으로써, 표면상태 밀도를 효과적으로 감소시킬수 있고, 이의 화학적 패시베이션 효과를 추가로 향상시킬 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 출원에서 제공하는 P형 실리콘 기판은 실리콘 결정체 내에 소량의 불순물인 붕소(Boron) 원소 또는 갈륨(gallium) 원소를 도핑하여 제조한다. 예시적으로, 소량의 불순물인 갈륨 원소를 도핑할 경우, 실리콘 결정체 중의 실리콘 원자는 불순물 원자에 의해 대체되고, 갈륨 원자 외층의 3개의 외층 전자와 주변의 실리콘 원자가 공유 결합(covalent bond)을 형성할 때, 하나의 "정공"이 생성된다. 해당 정공은 갈륨원자가 음전하를 띠는 이온이 되도록 전자를 끌어당겨 "충진"할 수 있다. P형 실리콘 기판은 비교적 높은 농도의 "정공"을 함유하여, 전기를 전도할 수 있는 물질로 된다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 전지는 상기 전면 실리콘 나이트라이드층, 전면 실리콘 옥사이드층 및 에미터를 순차적으로 관통하며 P형 실리콘 기판 내부에 삽입되는 전면 전극을 포함하고, 상기 전면 전극과 P형 실리콘 기판은 오믹 접촉을 형성한다.
설명해야 할 것은, 본 출원의 전면 전극은 에미터를 통해 P형 실리콘 기판과 오믹 접촉을 형성하는바, 즉 P형 실리콘 기판 표면의 선택성 영역에 고농도의 도핑을 수행하여 고-저 접합(high-low junction)의 구조를 형성함으로써, 전면 재결합을 감소시키는 동시에 직렬 저항(series resistance)을 대폭적으로 감소시키고, 전자 정공의 수송 성능을 향상시키며, 태양 전지의 효율을 향상시킨다.
선택적으로, 상기 전지는 상기 후면 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 순차적으로 관통하며 P형 실리콘 기판 내부에 삽입되는 후면 전극을 더 포함하고, 상기 후면 전극과 P형 실리콘 기판은 오믹 접촉을 형성한다.
설명해야 할 것은, 본 출원에서 태양 전지의 후면 코팅층에서 산화갈륨 패시베이션층, 실리콘 나이트라이드 패시베이션층과 P형 실리콘 기판 사이에는 국부 패시베이션 필드, 즉 갈륨이 도핑된 후면 필드가 설치되어 있고, 후면 전극은 갈륨이 도핑된 후면 필드를 통해 P형 실리콘 기판과 오믹 접촉을 형성한다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 후면 패시베이션층은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 또는 실리콘 카바이드 중의 임의의 1종 또는 적어도 2종의 조합을 포함한다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 두께는 1~15nm이고, 예를 들어 1nm, 1.5nm, 2nm, 2.5nm, 3nm, 3.5nm, 4nm, 4.5nm, 5nm, 5.5nm, 6nm, 6.5nm, 7nm, 7.5nm, 8nm, 8.5nm, 9nm, 9.5nm, 10nm, 10.5nm, 11nm, 11.5nm, 12nm, 12.5nm, 13nm, 13.5nm, 14nm, 14.5nm 및 15nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 산화갈륨 패시베이션층의 두께는 10~100nm이고, 예를 들어 10nm, 15nm, 20nm, 25nm, 30nm, 35nm, 40nm, 45nm, 50nm, 55nm, 60nm, 65nm, 70nm, 75nm, 80nm, 85nm, 90nm, 95nm 및 100nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
상기 산화갈륨 패시베이션층의 두께는 추가로 20~40nm로 선택할 수 있고, 예를 들어 20nm, 21nm, 22nm, 23nm, 24nm, 25nm, 26nm, 28nm, 29nm, 30nm, 31nm, 32nm, 33nm, 34nm, 35nm, 36nm, 37nm, 38nm, 39nm 및 40nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 후면 패시베이션층의 두께는 10~200nm이고, 예를 들어 10nm, 15nm, 20nm, 25nm, 30nm, 40nm, 45nm, 50nm, 55nm, 60nm, 70nm, 80nm, 85nm, 90nm, 100nm, 110nm, 120nm, 130nm, 140nm, 150nm, 160nm, 170nm, 180nm, 190nm 및 200nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
상기 후면 패시베이션층의 두께는 추가로 60~80nm로 선택할 수 있고, 예를 들어 60nm, 61nm, 62nm, 63nm, 64nm, 65nm, 66nm, 67nm, 68nm, 69nm, 70nm, 71nm, 72nm, 73nm, 74nm, 75nm, 76nm, 77nm, 78nm, 79nm 및 80nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 전면 실리콘 옥사이드층의 두께는 1~5nm이고, 예를 들어 1nm, 1.5nm, 2nm, 2.5nm, 3nm, 3.5nm, 4nm, 4.5nm 및 5nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 전면 실리콘 나이트라이드층의 두께는 10~200nm이고, 예를 들어 10nm, 15nm, 20nm, 25nm, 30nm, 40nm, 45nm, 50nm, 55nm, 60nm, 70nm, 80nm, 85nm, 90nm, 100nm, 110nm, 120nm, 130nm, 140nm, 150nm, 160nm, 170nm, 180nm, 190nm 및 200nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
상기 전면 실리콘 나이트라이드층의 두께는 추가로 60~80nm로 선택할 수 있고, 예를 들어 60nm, 61nm, 62nm, 63nm, 64nm, 65nm, 66nm, 67nm, 68nm, 69nm, 70nm, 71nm, 72nm, 73nm, 74nm, 75nm, 76nm, 77nm, 78nm, 79nm 및 80nm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
제2 측면에서, 본 출원은 제1 측면에 기재된 태양 전지의 제조방법을 제공하며, 상기 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판의 표면에 에미터를 형성한 후 열산화(thermally oxidized)를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층을 형성한 다음, 전면 실리콘 옥사이드층의 반대측인 P형 실리콘 기판의 타측 표면에 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 순차적으로 증착하고, 그 다음, 형성된 전면 실리콘 옥사이드층 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착한다.
본 출원에서 제공하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지의 제조방법은, 산화갈륨의 고정 음전하의 필드 패시베이션 효과를 이용하고, 추가로 실리콘 옥사이드의 화학적 패시베이션을 이용하여 소수 캐리어의 재결합을 더 감소시킬 수 있으며; 산화갈륨은 후면 패시베이션 재료로 사용되는 동시에, 레이저 도핑 기술에 의해 P형 실리콘 기판의 표면에서 국부적인 고농도 도핑(heavy doping)이 형성되는데, 이는 화학적 패시베이션과 고-저 접합 필드 패시베이션의 두 가지 역할을 한다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 제조방법은 구체적으로 다음 단계를 포함한다:
(I) 텍스쳐링(texturing) 처리를 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성한 후, 이의 표면에서 인 확산(phosphorus diffusion)을 수행한 다음, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판의 표면에 에미터를 형성시키고, P형 실리콘 기판의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭(etching)하여 제거한 후, 에미터의 표면에서 열산화를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층을 형성하고;
(II) 전면 실리콘 옥사이드층의 반대측인 P형 실리콘 기판의 타측 표면에 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 순차적으로 증착하여 후면 코팅층을 얻으며;
(III) 형성된 전면 실리콘 옥사이드층의 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착하여 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(IV) 레이저 도핑을 사용하여 후면 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄(screen printing) 및 소결처리를 수행하여 전면 전극과 후면 전극을 형성한다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 단계(I)에서, 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 혼합 용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성한다.
선택적으로, 상기 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 체적 비율은 (8~12):(240~360):(2~3)이고, 예를 들어 8:240:2, 8:300:2, 8:360:2, 8:300:3, 8:360:3, 10:240:2, 10:300:2, 10:300:2, 10:360:3, 12:240:2, 12:300:2, 12:360:2, 12:240:3, 12:300:3 및 12:360:3일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 텍스쳐링 공정의 온도는 70℃~90℃이고, 예를 들어 70℃, 71℃, 72℃, 73℃, 74℃, 75℃, 76℃, 77℃, 78℃, 79℃, 80℃, 81℃, 82℃, 83℃, 84℃, 85℃, 86℃, 87℃, 88℃, 89℃ 및 90℃일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 알칼리 용액은 KOH 및/또는 NaOH이다.
선택적으로, 상기 첨가제는 에탄올 및/또는 이소프로판올이다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 단계(I)에서, 산 용액을 사용하고 습식 에칭(wet etching)에 의해, P형 실리콘 기판 표면의 인-실리콘층을 제거한다.
선택적으로, 상기 산 용액은 HF의 수용액이다.
선택적으로, 상기 산 용액에서 물과 HF의 체적 비율은 (35~45):3이고, 예를 들어 35:3, 36:3, 37:3, 38:3, 39:3, 40:3, 41:3, 42:3, 43:3, 44:3 및 45:3일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 상기 단계(II)에서, 플라즈마 강화 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition)을 사용하여 P형 실리콘 기판 표면에 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 증착한다.
선택적으로, 상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 증착 시간은 30~150초이고, 예를 들어 30초, 32초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 101초, 102초, 103초, 104초, 105초, 108초, 110초, 112초, 114초, 115초, 118초, 120초, 122초, 123초, 124초, 125초, 130초, 135초, 140초, 145초, 148초 및 150초일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 증착 과정에서 SiH4 및 N2O를 반응 가스로 사용한다.
선택적으로, 상기 SiH4의 체적 유량(volume flowrate)은 550~700sccm이고, 예를 들어 550sccm, 555sccm, 560sccm, 570sccm, 580sccm, 590sccm, 600sccm, 610sccm, 620sccm, 630sccm, 640sccm, 650sccm, 660sccm, 670sccm, 680sccm, 690sccm 및 700sccm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
선택적으로, 상기 N2O의 체적 유량은 3,000~3,250sccm이고, 예를 들어 3,000sccm, 3,050sccm, 3,100sccm, 3,110sccm, 3,120sccm, 3,150sccm, 3,180sccm, 3,200sccm, 3,210sccm, 3,230sccm, 3,240sccm, 3,245sccm 및 3,250sccm일 수 있지만, 열거된 수치에 한정되지 않으며, 해당 수치의 범위 내에서 열거되지 않은 기타 수치도 동일하게 적용된다.
설명해야 할 것은, 본 출원에서 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 증착은 SiH4 및 N2O를 반응 가스로 사용하고, 반응 과정에서, SiH4와 N2O는 고주파 전계(high frequency electric field)의 작용 하에 플라즈마(plasma)를 생성하며, 그 중에는 대량의 실리콘 라디칼(silicon radicals), 산소 라디칼(oxygen free radicals) 및 수소 라디칼(hydrogen radicals)이 함유되어 있으며, 그 다음에 산소 라디칼과 실리콘 라디칼은 다시 결합하여 실리콘 옥사이드를 형성한다. 생성된 실리콘 산화물 박막(silicon-based oxide films) 재료에는 일정한 양의 수소가 함유되어 있어, 재료 구조 중의 댕글링 본드를 채울 수 있으며, 결함 에너지 준위(defect energy level)를 크게 감소시킬 수 있다.
선택적으로, 상기 후면 패시베이션층은 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 증착을 수행한다.
선택적으로, 상기 산화갈륨 패시베이션층의 제조방법은 원자층 증착법(atomic layer deposition), 플라즈마 강화 화학기상증착법, 상압 화학기상증착법(atmospheric pressure chemical vapor deposition) 또는 저압 화학기상증착법(low-pressure chemical vapor deposition)을 포함한다.
본 출원의 선택적인 기술방안으로서, 단계 (III)에서 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 상기 전면 실리콘 옥사이드층의 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착한다.
종래의 기술과 비교하면, 본 출원의 유익 효과는 다음과 같다:
본 출원에서 제공하는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법은 산화갈륨의 고정 음전하의 필드 패시베이션 효과를 이용하고, 추가로 실리콘 옥사이드의 화학적 패시베이션을 이용함으로써, 소수 캐리어의 재결합을 더 감소시킬 수 있으며; 산화갈륨 패시베이션층과 P형 실리콘 기판 사이에 두께의 제어가 가능한 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 표면상태 밀도를 효과적으로 감소시킬수 있으며, 또한 이의 화학적 패시베이션 효과를 추가로 향상시킬 수 있고; 산화갈륨은 후면 패시베이션 재료로 사용되는 동시에, 레이저 도핑 기술에 의해 P형 실리콘 기판의 표면에서 국부적인 고농도 도핑이 형성되는데, 이는 화학적 패시베이션과 고-저 접합 필드 패시베이션의 두 가지 역할을 한다.
도 1은 본 출원의 구체적인 실시방식에서 제공하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지의 구조 개략도이다.
여기서, 1-전면 전극; 2-전면 실리콘 나이트라이드층; 3-전면 실리콘 옥사이드층; 4-에미터; 5-P형 실리콘 기판; 6-실리콘 옥사이드 패시베이션층; 7-산화갈륨 패시베이션층; 8-후면 패시베이션층; 9-후면 전극.
여기서, 1-전면 전극; 2-전면 실리콘 나이트라이드층; 3-전면 실리콘 옥사이드층; 4-에미터; 5-P형 실리콘 기판; 6-실리콘 옥사이드 패시베이션층; 7-산화갈륨 패시베이션층; 8-후면 패시베이션층; 9-후면 전극.
이해해야 할것은, 본 출원의 설명에서, "중심", "세로", "가로", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "위", "밑", "내", "외" 등 용어로 표시하는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계에 기반한 것으로, 오직 본 출원을 편리하게 설명하고 설명을 단순화하기 위한 것이되, 표시하는 장치 또는 소자가 반드시 특정 방위를 구비해야 하고, 특정 방위로 구성 및 작동되어야 하는 것을 나타내거나 암시하는 것이 아니므로, 본 출원에 대한 한정으로 이해해서는 안된다. 본 출원의 설명에서 달리 명시하지 않는 한, "여러 개"는 두 개 또는 두 개 이상을 의미한다.
아래, 첨부 도면을 결합하고, 구체적인 실시방식을 통해 본 출원의 기술방안을 추가로 설명한다.
구체적인 실시방식에서, 본 출원은 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, P형 실리콘 기판(5)의서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전면 코팅층은 P형 실리콘 기판(5)의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 에미터(4), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 포함하며, 여기서 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 두께는 1~5nm이고, 전면 실리콘 나이트라이드층(2)의 두께는 10~200nm이다.
후면 코팅층은 P형 실리콘 기판(5)의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6), 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 후면 패시베이션층(8)을 포함한다. 여기서 산화갈륨 패시베이션층(7)의 두께는 10~100nm이고, 20~40nm를 선택할 수 있으며, 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 두께는 1~15nm이다. 후면 패시베이션층(8)은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 및 실리콘 카바이드 중의 임의의 1종 또는 적어도 2종의 조합을 포함하고, 이의 두께는 10~200nm이고, 60~80nm를 선택할 수 있다.
태양 전지는 상기 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하며 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되는 전면 전극(1)을 포함하고, 전면 전극(1)과 P형 실리콘 기판(5)은 오믹 접촉을 형성한다. 태양 전지는 후면 패시베이션층(8), 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하며 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되는 후면 전극(9)을 더 포함하고, 후면 전극(9)과 P형 실리콘 기판(5)은 오믹 접촉을 형성한다.
다른 구체적인 실시방식에서, 본 출원은 구체적인 실시방식에 따른 태양 전지의 제조방법을 제공하였으며, 해당 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성한 후 열산화를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성한 다음, 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6), 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 후면 패시베이션층(8)을 순차적으로 증착하고, 형성된 전면 실리콘 옥사이드층(3) 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착한다. 이의 구체적인 단계는 다음과 같다:
(1) KOH 및/또는 NaOH 등 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 혼합 용액을 사용하여 온도가 70~90℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 첨가제는 에탄올 및/또는 이소프로판올이며, 또한 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 체적 비율은 (8~12):(240~360):(2~3)이고;
텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성시켜며, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하되, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 (35~45):3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여, 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 증착 시간은 30~150초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 550~700sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,000~3,250sccm이다. 그 다음, 원자층 증착법, 플라즈마 강화 화학기상증착법, 상압 화학기상증착법 또는 저압 화학기상증착법 중의 임의의 1종의 방법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 한 층의 후면 패시베이션층(8)을 증착하고;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 한 층의 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착하여 전면 코팅층의 제조를 완성하며;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 후면 패시베이션층(8)의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성한다.
실시예 1
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) KOH, 물 및 에탄올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 80℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 여기서 KOH, 물 및 에탄올의 체적 비율은 10:330:2.2이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 44:3이고, 그 다음, 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 5nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 10nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 증착 시간은 100초이며, 증착 과정에서 SiH4 및 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 700sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,250sccm이다. 그 다음, 원자층 증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 30nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 80nm인 한 층의 실리콘 나이트라이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 후면 코팅층의 제조를 완성하고;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 80nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 실리콘 나이트라이드 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성하고;
여기서, 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 실리콘 나이트라이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
실시예 2
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) NaOH, 물 및 이소프로판올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 70℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 또한 NaOH, 물 및 이소프로판올의 체적 비율은 10:240:2이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 35:3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 1nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 1nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 여기서 증착 시간은 30초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 550sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,000sccm이다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 10nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 10nm인 한 층의 실리콘 나이트라이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 후면 코팅층의 제조를 완성하고;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 10nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 실리콘 나이트라이드 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성하고;
여기서, 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 실리콘 나이트라이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
실시예 3
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) KOH, 물 및 에탄올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 75℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 또한 KOH, 물 및 에탄올의 체적 비율은 8:300:3이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 37:3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 2nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 5nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 증착 시간은 70초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 600sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,050sccm이다. 그 다음 상압 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 20nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 60nm인 한 층의 실리콘 카바이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 후면 코팅층의 제조를 완성하고;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 60nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 실리콘 카바이드 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성하고;
여기서, 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 실리콘 카바이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
실시예 4
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) NaOH, 물 및 이소프로판올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 80℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 또한 NaOH, 물 및 이소프로판올의 체적 비율은 10:360:3이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 40:3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 3nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 8nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 여기서 증착 시간은 80초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 650sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,200sccm이다. 그 다음 저압 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 40nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 70nm인 한 층의 실리콘 옥시나이트라이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 후면 코팅층의 제조를 완성하며;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 70nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 실리콘 옥시나이트라이드 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성하며;
여기서, 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 실리콘 옥시나이트라이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
실시예 5
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) NaOH와 KOH의 혼합액, 물 및 이소프로판올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 80℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 또한 NaOH와 KOH의 혼합액, 물 및 이소프로판올의 체적 비율은 12:360:3이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인-확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 42:3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 4nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 반대측인 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 12nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 여기서 증착 시간은 120초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 680sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,200sccm이다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 80nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 150nm인 한 층의 후면 패시베이션층(8)을 증착하며, 후면 패시베이션층(8)은 실리콘 나이트라이드 패시베이션층이며;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 150nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하고;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 후면 패시베이션층(8)의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성한다.
여기서 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 후면 패시베이션층(8), 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
실시예 6
본 실시예는 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지를 제공하며, 이는 P형 실리콘 기판(5)을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판(5)의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층 및 후면 코팅층이 설치된다. 이의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:
(1) NaOH, 물 및 이소프로판올의 혼합 용액을 사용하여 온도가 90℃인 조건에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고, 또한 NaOH, 물 및 이소프로판올의 체적 비율은 12:330:2.2이고; 텍스쳐링된 표면 상에서 인 확산을 수행하고, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 표면에 에미터(4)를 형성하고, HF의 수용액을 사용하여 P형 실리콘 기판(5)의 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거하며, 여기서 물과 HF의 체적 비율은 45:3이고, 그 다음 에미터(4)의 표면에서 열산화를 수행하여 두께가 5nm인 전면 실리콘 옥사이드층(3)을 형성하고;
(2) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)과 상대하는 P형 실리콘 기판(5)의 타측 표면에 두께가 15nm인 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 증착하고, 여기서 증착 시간은 150초이며, 증착 과정에서 SiH4 또는 N2O를 반응 가스로 사용하고, SiH4의 체적 유량은 680sccm이며, N2O의 체적 유량은 3,200sccm이다. 그 다음 저압 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)의 표면에 두께가 100nm인 한 층의 산화갈륨 패시베이션층(7)을 증착한다. 그 다음 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 산화갈륨 패시베이션층(7)의 표면에 두께가 200nm인 한 층의 실리콘 카바이드 패시베이션층을 증착시킴으로써, 후면 코팅층의 제조를 완성하고;
(3) 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 전면 실리콘 옥사이드층(3)의 표면에 두께가 200nm인 전면 실리콘 나이트라이드층(2)을 증착함으로써, 전면 코팅층의 제조를 완성하며;
(4) 레이저 도핑을 사용하여 실리콘 카바이드 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판(5)의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후, 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극(1)과 후면 전극(9)을 형성하고;
여기서, 전면 전극(1)은 전면 실리콘 나이트라이드층(2), 전면 실리콘 옥사이드층(3) 및 에미터(4)를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다. 후면 전극(9)은 실리콘 카바이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층(7) 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판(5) 내부에 삽입되고, P형 실리콘 기판(5)과 오믹 접촉을 형성한다.
비교예 1
본 비교예는 태양 전지를 제공하며, 실시예 1과의 구별점은, P형 실리콘 기판(5)과 산화갈륨 패시베이션층(7) 사이에 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 설치하지 않는 것이고, 기타 특징은 실시예 1과 완전히 동일하다.
비교예 2
본 비교예는 태양 전지를 제공하며, 실시예 1과의 구별점은, 산화갈륨 패시베이션층(7)을 산화알루미늄 패시베이션층으로 교체하는 것이고, 기타 특징은 실시예 1과 완전히 동일하다.
실시예 1~6, 비교예 1 및 비교예 2에서 제공하는 태양광 기능 전지의 개방 회로 전압(Open circuit voltage)(Uoc), 단락 전류(Isc), 충전율(Fill Factor, FF) 및 광전 변환율(Eta)을 각각 측정하였고, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같다:
| 번호 | Uoc(V) | Isc(A) | FF(%) | Eta(%) |
| 실시예 1 | 0.697 | 11.198 | 81.14 | 23.10 |
| 실시예 2 | 0.694 | 11.188 | 81.14 | 22.98 |
| 실시예 3 | 0.694 | 11.190 | 81.19 | 23.00 |
| 실시예 4 | 0.695 | 11.192 | 81.24 | 23.05 |
| 실시예 5 | 0.696 | 11.195 | 81.13 | 23.06 |
| 실시예 6 | 0.696 | 11.198 | 81.18 | 23.08 |
| 비교예 1 | 0.692 | 11.189 | 81.29 | 22.96 |
| 비교예 2 | 0.690 | 11.191 | 81.30 | 22.90 |
표 1로부터 볼 수 있다시피, 실시예 1~6에서 태양 전지의 광전 변환율(Eta)이 비교예 1보다 높다는 것을 알 수 있으며, 이는 주로 P형 실리콘 기판(5)과 산화갈륨 패시베이션층(7) 사이에 설치된 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)이 표면상태 밀도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이의 화학적 패시베이션 효과를 추가로 향상시킬 수 있기 때문이다. 실시예 1~6에서 태양 전지의 개방 회로 전압(Uoc)은 비교예 2보다 높은바, 이는 산화 알루미늄에 비해, 산화갈륨이 보다 높은 밴드갭(band gap)을 구비하고, 보다 높은 개방 회로 전압에 도달할 수 있기 때문이다.
본 출원에서 제공하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지 및 그의 제조방법은, 산화갈륨의 고정 음전하의 필드 패시베이션 효과를 이용하고, 추가로 실리콘 옥사이드의 화학적 패시베이션을 이용함으로써, 소수 캐리어의 재결합을 더 감소시킬 수 있으며; 산화갈륨 패시베이션층(7)과 P형 실리콘 기판(5)의 사이에 두께의 제어가 가능한 실리콘 옥사이드 패시베이션층(6)을 한 층 증착시킴으로써, 표면상태 밀도를 효과적으로 감소시킬수 있으며, 또한 이의 화학적 패시베이션 효과를 추가로 향상시킬 수 있다.
본 출원인은, 상기 기재내용은 단지 본 출원의 구체적인 실시방식일 뿐, 본 출원의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 성명한다.
Claims (11)
- 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지에 있어서,
상기 태양 전지는 P형 실리콘 기판을 포함하고, 상기 P형 실리콘 기판의 서로 반대측인 양측 표면에는 각각 전면 코팅층과 후면 코팅층이 설치되고; 상기 전면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 에미터, 전면 실리콘 옥사이드층 및 전면 실리콘 나이트라이드층을 포함하며; 상기 후면 코팅층은 P형 실리콘 기판의 표면으로부터 외측으로 순차적으로 적층된 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 전지는, 상기 전면 실리콘 나이트라이드층, 전면 실리콘 옥사이드층 및 에미터를 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판 내부에 삽입되는 전면 전극을 포함하고, 상기 전면 전극과 P형 실리콘 기판은 오믹 접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 전지는, 상기 후면 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 순차적으로 관통하여 P형 실리콘 기판 내부에 삽입되는 후면 전극을 더 포함하고, 상기 후면 전극과 P형 실리콘 기판은 오믹 접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후면 패시베이션층은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 또는 실리콘 카바이드 중의 임의의 1종 또는 적어도 2종의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 두께는 1~15nm이고;
선택적으로, 상기 산화갈륨 패시베이션층의 두께는 10~100nm이고, 추가로 20~40nm를 선택할 수 있으며;
선택적으로, 상기 후면 패시베이션층의 두께는 10~200nm이고, 추가로 60~80nm를 선택할 수 있으며;
선택적으로, 상기 전면 실리콘 옥사이드층의 두께는 1~5nm이고;
선택적으로, 상기 전면 실리콘 나이트라이드층의 두께는 10~200nm이고, 추가로 60~80nm를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는, 산화갈륨-후면 패시베이션된 태양 전지. - 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판의 표면에 에미터를 형성한 후 열산화를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층을 형성한 다음, 전면 실리콘 옥사이드층의 반대측인 P형 실리콘 기판의 타측 표면에 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 순차적으로 증착하고, 그 다음, 형성된 전면 실리콘 옥사이드층 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 태양 전지의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
(I) 텍스쳐링 처리를 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성한 후, 이의 표면에서 인 확산을 수행한 다음, 레이저 도핑을 사용하여 P형 실리콘 기판의 표면에 에미터를 형성시키고, P형 실리콘 기판 나머지 표면 상의 인-실리콘층을 에칭하여 제거한 후, 에미터의 표면에서 열산화를 수행하여 전면 실리콘 옥사이드층을 형성하는 단계;
(II) 전면 실리콘 옥사이드층의 반대측인 P형 실리콘 기판의 타측 표면에 실리콘 옥사이드 패시베이션층, 산화갈륨 패시베이션층 및 후면 패시베이션층을 순차적으로 증착하여 후면 코팅층을 얻는 단계;
(III) 형성된 전면 실리콘 옥사이드층의 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착하여 전면 코팅층의 제조를 완성하는 단계;
(IV) 레이저 도핑을 사용하여 후면 패시베이션층의 표면으로부터 P형 실리콘 기판의 내부로, 갈륨이 도핑된 후면 필드를 형성한 후 스크린 인쇄 및 소결처리를 수행하여 전면 전극과 후면 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
단계(I)에서 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 혼합 용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 텍스쳐링된 표면을 형성하고;
선택적으로, 상기 알칼리 용액, 물 및 첨가제의 체적 비율은 (8~12):(240~360):(2~3)이며;
선택적으로, 상기 텍스쳐링 공정의 온도는 70℃~90℃이고;
선택적으로, 상기 알칼리 용액은 KOH 및/또는 NaOH이며;
선택적으로, 상기 첨가제는 에탄올 및/또는 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조방법. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
단계(I)에서 산 용액을 사용하여 습식 에칭에 의해 P형 실리콘 기판 표면의 인-실리콘층을 제거하고;
선택적으로, 상기 산 용액은 HF의 수용액이며;
선택적으로, 상기 산 용액에서 물과 HF의 체적 비율은 (35~45):3인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조방법. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(II)에서 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 P형 실리콘 기판의 표면에 한 층의 실리콘 옥사이드 패시베이션층을 증착하고;
선택적으로, 상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 증착 시간은 30~150초이며;
선택적으로, 상기 실리콘 옥사이드 패시베이션층의 증착 과정에서 SiH4 및 N2O를 반응 가스로 사용하고;
선택적으로, 상기 SiH4의 체적 유량은 550~700sccm이며;
선택적으로, 상기 N2O의 체적 유량은 3,000~3,250sccm이고;
선택적으로, 상기 후면 패시베이션층은 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 증착을 수행하며;
선택적으로, 상기 산화갈륨 패시베이션층의 제조방법은 원자층 증착법, 플라즈마 강화 화학기상증착법, 상압 화학기상증착법 또는 저압 화학기상증착법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조방법. - 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (III)에서, 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 상기 전면 실리콘 옥사이드층의 표면에 전면 실리콘 나이트라이드층을 증착하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조방법.
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