KR950004594B1 - 비정질실리콘 태양전지의 열처리방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래 열처리 방식에 의한 비정질 실리콘 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램.
제2도는 본 발명에 의한 비정질 실리콘 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램.
본 발명은 비정실 실리콘(amorphous silicon)을 이용한 모든 광전 변환 소자에 이용할 수 있는 열처리 방법에 관한 것으로, 특히 낮은 온도에서도 짧은 시간내에 막질을 안정화 시키고 소자의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 비정실 실리콘 태양전지의 열처리 방법에 관한 것이다.
근래 무공해 에너지원인 태양전지는 모든 전기를 사용하는 산업에 응용되고 있는데, 플라즈마 CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition방법, 스퍼터링(Sputtering)방법, 열증착 방법등으로 비정질 실리콘 태양전지를 제조할 경우 실리콘과 수소의 결합 (Si-H)상태가 안정되어 있지 않으므로 열처리를 통해 막질의 결합 상태를 안정하게 하여 변환효율을 향상시켜야 한다.
또한 태양전지를 야외에서 장시간(1-2년) 사용하면 효율저하현상(Degradation)이 나타나므로 열처리를 하여 효율을 회복시켜야 한다. 그런데 제조된 비정질 실리콘 태양전지는 접합시 P측과 N측의 전위차로 인해 생기는 자체적인 봉입전압(built-in voltage)을 가지고 있으므로 제조후 초기 열처리시 상기 봉입전압이 열에너지의 효율적 이용을 방해하여 막질 안정에 큰 효과가 없는 문제점이 있었고, 이로 인해 높은 열처리 온도(100∼200℃)와 긴 열처리시간(60∼120분)을 필요로 하므로 비정질 실리콘 내의 수소가 빠져나오는 탈수소화(Dehydrogenation) 현상에 의해 효율 향상이 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 일본 공개특허 공보 소 60-124882는 비정질 반도체층 형성후 수증기 존재하에서 열처리하는 방법을 제언하고 있다. 그러나 이러한 방법으로는 탈수소화 현상의 문제는 해결되나 불순물이 침투함으로써 태양전지의 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 비정질 실리콘 태양전지의 양 전극에 봉입전압을 상쇄시켜 주기 위한 역바이어스 전압을 걸어준 상태에서 열처리를 행함으로써 다소 낮은 온도에서 짧은 시간내에 막질의 결합 상태를 안정하게 할 수 있도록 하였고, 아울러 탈수소화 현상에 의한 효율 저하도 방지할 수 있도록 창안한 것으로, 이하 본 발명의 열처리 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래 열처리 방식에 의한 비정질 실리콘 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램이고, 제2도는 본 발명에 의한 비정질 실리콘 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 것이다. 제1도에서와 같이 접합시 생기는 전위 장벽에 의해 접합부에서 에너지 밴드가 구부러져서 생기는 봉입전압(Vin)은 막질의 찌그러진 결합상태를 그대로 유지하려는 방향으로 작용하기 때문에 열 에너지가 실리콘과 수소의 결합 상태의 안정을 위해 요율적으로 이용되지 못하여 열처리 온도가 높아야 하고 열처리 시간이 길어지면 막질 개선을 통한 변환효율에 회복이 저하되었다.
이를 개선하기 위하여 본 발명은 비정질 실리콘 태양전지의 P층과 N층에 제2도에서와 같이 역바이어스 전압(Vr)을 걸어 주어 열처리시 태양전지 자체의 봉입전압(Vin)을 상쇄시켜 줌으로써 전술된 것과 같은 봉입전압에 의한 문제점을 해결하여 막질 안정 및 회복이 쉽게 되도록 하였다.
[표 1]
표 1은 종래의 방식과 본 발명의 방식에서의 열처리 조건을 비교한 것으로 본 발명에 의하면 60∼150℃의 낮은 열처리 온도와 30∼60분의 짧은 열처리 시간으로도 충분한 열처리 효과를 얻을 수 있으며, 역바이어스 전압은 0.5∼5.0V로 태양전지의 디자인에 따라 최적값을 선택할 수 있다.
한편 장시간 사용한 태양전지의 효율 회복시에도 전술된 것과 같이 역바이어스를 걸어준 상태에서 열처리를 하게 되면 변환효율이 90%이상 회복된다.
[비교실시예]
표 2는 열처리 이전의 비정질 실리콘 태양전지의 변환효율을 1.00로 했을때 종래 열처리 방식의 열처리 조건별 변환효율을 나타낸 것이다.
[표 2]
표 3은 열처리 이전의 비정질 실리콘 태양전지의 변환효율을 1.00로 하고 열처리시 역바이어스 전압을 1.0V 걸었을때 본 발명의 열처리 방식에 따른 열처리 조건별 변환효율을 나타낸 것이다.
[표 3]
상기 표 2 및 표 3에서 보면 종래의 방식에서 최대의 변환효율은 150℃에서 100분간 열처리할 경우 열처리 이전의 변환효율에서 10% 향상된 반면 본 발명의 방식에서는 100℃에서 50분간 열처리할 경우 변환효율이 25% 향상되었다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 태양전지의 변환효율이 현저히 향상될 뿐만 아니라 열처리 온도 및 시간이 줄어들므로 막질 개선을 위한 처리가 간단해지는 효과가 있고, 탈수소화 현상으로 인한 효율저하도 극소화할 수 있는 효과가 있는 것이다.
Claims (2)
- 비정질 실리콘을 이용한 광전 변환 소자의 막질 개선을 위한 열처리 방법에 있어서, 상기 태양전지 자체의 전기장을 상쇄시키기 위하여 소정의 역바이어스 전압을 상기 태양전지의 양쪽 전극에 인가하는 단계; 상기 태양전지의 주변을 진공 상태로 하거나, N2, H2중의 어느 한 개스로 채운 상태로 만드는 단계; 그리고 상기 태양전지를 소정의 온도에서 소정의 시간동안 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 태양 전지의 열처리 방법.
- 제1항에 있어서, 역바이어스 전압을 길어주는 단계는 0.5∼5.0V의 역바이어스 전압을 걸어주며, 상기 열처리 단계는 상기 태양전지를 60℃∼150℃의 온도에서 30∼60분간 열처리하도록 하는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 태양전지의 열처리 방법.
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