KR940007590B1 - 실리콘 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 일반적인 태양전지의 제조공정을 나타낸 도면.
제 2 도는 종래 BSF형 구조의 에너지 밴드 구조도.
제 3 도는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기적 특성을 비교한 도면.
제 4 도는 본 발명의 태양전지 제조순서도.
본 발명은 실리콘 태양전지 제조방법에 관한것으로, 이는 특히 알루미늄 페이스트를 이중으로 인쇄하여 P+층(BSF층)을 형성함으로써 태양전지 후면의 알루미늄 볼(Al Ball) 문제를 해결하고 개방전압을 향상시켜 태양전지의 광전 변환효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 지구상에 무한히 존재하는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지는 1958년 인공위성용 전원으로서 연구개발이 대체 에너지원으로 주목 받기 시작하여 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 태양전지의 종류에는 재료에 따라 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지, 화합물 반도체 태양전지 등으로 분류되는데 이중에서 단결정실리콘이 높은 효율로 인하여 대체 에너지원으로서 각광받고 있으며 특히 제조방법으로는 생산단가를 낮추려는 연구결과 후막인쇄에 의한 전극 형성법이 대량생산 시스템에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.
종래의 후막 인쇄법에 의한 단결정 실리콘 태양전지의 제조공정은 제 1 도와 같이 P형 실리콘 웨이퍼 기판에 이온주입이나 확산방법에 의해 n+층을 형성하여 pn접합을 이루고 반대면에 알루미늄을 인쇄, 소성하여 p+형(BSF층)을 형성시킨 다음은(Ag)을 전후면에 인쇄, 소성하여 전극을 형성하는 것이다.
제 2 도는 상기와 같은 공정에 의해 제조된 태양전지의 에너지 밴드 구조를 나타낸 것으로 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 갖는 광이 태양전지에 조사되면 가 전자대(Ev)에서 전도대(Ec)로 전자가 여기되어 전자와 정공쌍이 생성된다.
이중 소수 캐리어들이 확산에 의해 반도체 내부를 이동하여 pn 접합면에 흡입되는데 이 확산중에 일어나는 재 결합이외에 반도체층과 금속전극의 접촉면에서의 재결합도 태양전지의 효율을 감소시킨다.
이러한 재결합을 억제시키기 위하여 광생성된 소수 캐리어가 금속과의 접촉면을 흘러가지 못하도록 장벽(내부전계), 즉 BSF층을 형성시킨다.
결국, p+층(BSF층)이란 p층을 이루는 불순물이 보다 많은 층이며 그 페르미 준위(EF)가 p층보다 가전자대(EV)에 가깝기 때문에 p층과 p+층의 경계에는 전위차가 생겨 p층에서 광에 의해 생성된 전자가 금속과의 경계방향으로 흐리지 못하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술에 있어서 BSF층을 형성시키기 위하여는 저가이면서 p형 실리콘과 좋은 오믹 접촉을 형성하는 알루미늄이 사용되는데 이 알루미늄은 계면에서의 높은 표면 장력으로 인하여 ø0.2-ø1.0[㎜]정도의 알루미늄 볼을 형성시켜 기판에 확고히 흡착되며 후면을 울퉁불퉁하게 만든다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 알루미늄 페이스트에 수 wt%의 Pb나 Mg와 같은 글라스 프릿(Glass frit)을 첨가하면 계면에서의 표면 장력을 줄일 수는 있으나 태양전지의 전기적 특성은 저하된다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 결점을 해결하기 위한 것으로 이하에서 이를 본 발명의 제조순서도인 제 4 도를 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 기판으로는 쵸크랄 스키(CZ)법으로 성장된 비저항이 4-6[ι-㎝], 방향이 [100], 두께가 390±10[㎛]인 p형 실리콘 웨이퍼를 사용한다.
이 웨이퍼를 확산로 속에 넣고 인을 흘려주면서 920℃에서 1시간 동안 확산시켜 n+층, 즉 pn접합을 형성한다.
다음에 웨이퍼의 전후면에 있는 산화막과 유기물을 제거하기 위해 HF : H2O=1 : 40에서 약 15초간 세척하고 탈이온수로 약 10분간 세척한 후 N2블로잉(Blowing)으로 건조시키고 태양전지의 광반사를 억제시키기 위하여 100[%] 산화방지막으로 TiO2용액을 스프레이 방법으로 n+층 표면에 650Å정도 코팅한다.
이하에서 후 공정의 실시예는 다음과 같다.
[비교예 1 ]
(제 4 도의 A Step)
산화방지막 코팅된 웨이퍼위에 알루미늄 페이스트의 두께가 약 10[㎛] 정도되게 스크린 인쇄한 후 상온에서 10분동안 레벨링시키고 120℃의 오븐속에서 10분간 건조한 후 IR벨트로(Belt furnace)를 사용하여 770℃에서 2.5분간 열처리를 하여 BSF층을 형성한다.
다음에 후면에 은 페이스트(Ag paste)를 10㎛ 정도 스크린 인쇄하고 상기와 같은 레벨링 및 건조 후 전면에 역시 은 페이스트를 스크린 인쇄하여 마찬가지로 레벨링 및 건조시킨다.
이와 같이 전후면에 은을 인쇄한 웨이퍼를 IR벨트로를 사용하여 740℃에서 1분간 전후면을 동시에 열처리하여 태양전지를 제조한다.
이 결과 앞에서 기술했던 표면 장력으로 인한 알루미늄 볼이 후면에 생성되었으며 그 전기적 특성은 단락전류 30.4(㎃/㎠), 개방전압 558(㎷), FF 0.65, 변환효율은 11.03[%]이다.
[실시예 1]
(제 4 도의 B Step)
본 발명의 BSF층 제조공정은 하기와 같다.
리퀴드-베이프(liquid vapor) 계면에서의 표면장력을 줄이기 위하여 AR 코팅된 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 약 10[㎛] 정도 스크린 인쇄하여 〈비교예 1〉과 같은 조건으로 레벨링 및 건조시킨 후 상기 건조된 알루미늄 인쇄막위에 다시한번 두께 10[㎛]이 되도록 알루미늄 페이스트를 스크린 인쇄하고 레벨링, 건조하였다.
그리고 이후의 공정은 〈비교예 1〉과 같은 연속된 일련의 공정으로 하였다.
그 결과 후면에 알루미늄 볼이 전혀 생성되지 않을 뿐 아니라 단락 전류 33.5(㎃/㎠), 개방전압 594(㎷), FF 0.63으로 12.57[%]의 광전 변화효율은 나타내었다.
[비교예 2]
(제 4 도의 C step)
또 다른 방법으로 알루미늄 두께를 변화시켜 알루미늄 페이스트를 두께 20[㎛]이 되게 한번만 스크린 인쇄하고 〈비교예 4〉과 똑같은 공정으로 BSF 형성 및 전후면 전극을 형성하여 태양전지를 제조한 결과 단락 전류 31.2[㎃/㎠], 개방전압 585[㎷], FF 0.64로 결국 11.68[%]의 변환효율을 얻었으며 후면에는 알루미늄 볼이 존재하였다.
결국 본 발명은 제 4 도의 B Setp에 나타난 바와 같이, 상기 표면 장력에 의한 Al ball 생성을 막고자 표면장력을 무시할 수 있는 10㎛ 두께로 2번에 걸쳐 나누어 인쇄한 본 발명의 〈실시예 1〉이 후면에서의 알루미늄 볼도 전혀 생성되지 않았으며 개방전압도 종래의 태양전지 보다 월등히 높았다.
그리고 〈비교예 2〉와 같이 Al을 한 번에 걸쳐 20㎛이 되게 두껍게 인쇄하면 개방전압은 다소 높지만 알루미늄 볼 문제는 해결하지 못했다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 알루미늄 페이스트를 2중으로 인쇄하여 p+층(BSF층)을 형성시키므로써 태양전지 후면에 존재하는 알루미늄 볼 문제를 해결함은 물론 전기적 특성을 향상시켜 높은 효율을 갖는 태양전지를 제조할 수 있는 유익한 특징이 있다.
Claims (2)
- p형 실리콘 기판위에 n+층을 형성하는 단계와, 상기 n+층 위에 산화방지막을 형성하는 단계와, 알루미늄 페이스트로 인쇄하고 레벨링 및 건조하는 단계와, 상기 단계를 거친 1차 알루미늄 인쇄막 위에 다시 알루미늄 페이스트로 2차 인쇄하고 레벨링 및 건조한 후 열처리하여 BSF층(p+층)을 형성하는 단계와, 상기 기판의 전면과 후면에 전극을 형성하고 레벨링 및 건조한 후, 전ㆍ후면을 동시에 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 1차 및 2차 알루미늄 페이스트 인쇄를 각각 10㎛이 되게 함을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조방법.
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