WO2017082699A1 - 태양전지 제조 방법 - Google Patents

태양전지 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017082699A1
WO2017082699A1 PCT/KR2016/013047 KR2016013047W WO2017082699A1 WO 2017082699 A1 WO2017082699 A1 WO 2017082699A1 KR 2016013047 W KR2016013047 W KR 2016013047W WO 2017082699 A1 WO2017082699 A1 WO 2017082699A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
cell layer
layer
stamp
photoresist
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/013047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이종호
김주호
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to US15/775,923 priority Critical patent/US20180331247A1/en
Publication of WO2017082699A1 publication Critical patent/WO2017082699A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
    • H01L31/1896—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates for thin-film semiconductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a vertical compound semiconductor solar cell through a transfer method for separating a compound semiconductor from a substrate.
  • Solar cell semiconductor device is a technology that is spotlighted as an alternative energy source as fossil fuel such as petroleum is depleted.
  • the solar cell is a device that drives only by irradiating light, and it is expected to be a representative example of green energy because it does not need additional energy to drive and there is no environmental pollutant that is not generated during driving. .
  • it is in the spotlight as a source of energy supplying energy to areas where power plants are difficult to enter.
  • the photoresist is then patterned into the shape of an anchor holding the devices using a photolithography process to remove the sacrificial layer and separate it from the substrate.
  • the process of covering the microdevices with the photoresist is performed to prevent the etchant from damaging the device.
  • the devices are then attached and detached with an elastomeric stamp having a sticky property such as polydimethylsiloxane (PDMS) and ecoflex.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the transfer printing process is completed using an adhesive on a flexible substrate having flexible properties.
  • the adhesive used to transfer onto the flexible substrate is an insulator, electricity does not pass between the upper and lower portions, and thus there is a problem that an electrode cannot be made on the bottom surface of the micro device.
  • Vertical solar cells are more advantageous than horizontal solar cells in terms of short circuit current, open circuit voltage, and active area size.
  • a vertical structure may not be used when manufacturing a thin film solar cell using a transfer printing process.
  • the present embodiment is to provide a method for manufacturing a solar cell that can stably transfer a micro device without using an adhesive between the micro device and the flexible substrate during the transfer process of separating the compound semiconductor from the substrate.
  • a method of manufacturing a solar cell includes: forming a sacrificial layer pattern on a substrate and a solar cell layer provided on the sacrificial layer pattern; Patterning the photoresist covering the solar cell layer by a photolithography process; Attaching to the solar cell layer using an adhesive stamp, and removing the solar cell layer from the substrate such that photoresist remains between the solar cell layer and the stamp and on the side of the solar cell layer; Preparing a flexible substrate on which a metal layer is deposited; Bonding the stamp to which the solar cell layer is attached and the flexible substrate; Melting a photoresist formed between the solar cell layer and the stamp and a photoresist formed on a side surface of the solar cell layer; And removing the stamp from the substrate.
  • the forming of the solar cell layer having a predetermined pattern on the substrate may include preparing a substrate including a sacrificial layer and patterning a solar cell layer and an upper electrode on an upper surface thereof, and comparing the sacrificial layer with the solar cell layer. Patterning to have a large area.
  • an undercut process of selectively removing only the sacrificial layer may be performed.
  • the top and side surfaces of the solar cell layer is attached to the stamp in a state surrounded by a photoresist, characterized in that separated from the substrate.
  • the solar cell layer may be patterned into a plurality of quadrangular shapes, and a bar-shaped upper electrode may be patterned on an upper surface of the solar cell layer.
  • the solar cell layer is disposed between the stamp and the flexible substrate, and the air remaining between the substrate and the stamp is removed.
  • the melting of the photoresist surrounding the solar cell layer may include applying a pressure of 80 kPa and heat of 170 degrees to the photoresist so that the photoresist covers the top and side surfaces of the solar cell layer.
  • a low temperature bonding process may be performed to bond the metal layer provided on the flexible substrate to the bottom surface of the solar cell.
  • the stamp is an elastomeric stamp (elastomeric stamp) with an adhesive force, the spin coating of the elastomer solution to one selected from a polyimide (PI) film, polyethylene, polyethylene terephthalate (PET), polyester, and then cured the elastomer And a film stamp again adhered to the stamp (elastomeric stamp).
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • polyester polyester
  • the solar cell layer after transferring the solar cell layer to the flexible substrate, it may include the step of forming an electrical connection structure between the solar cell layer.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention has an advantageous advantage in manufacturing a solar cell having a vertical structure since the device can be transferred to a flexible substrate without using an adhesive in a transfer process of removing a semiconductor device from a compound semiconductor substrate.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention applies a process of removing and transferring an epitaxially grown compound semiconductor solar cell from a relatively high cost compound semiconductor substrate, thereby reusing the substrate, and separating thin film devices. Can be used to fabricate flexible electronics.
  • FIG. 1 to 6 are views illustrating a process of preparing a micro device sample for transferring in a solar cell manufacturing method according to an embodiment
  • FIG. 7 to 9 are views illustrating a process of transferring a device onto a flexible substrate in a solar cell manufacturing method according to an embodiment
  • 10 to 13 are views illustrating a process of forming an electrical connection structure between transferred devices in a solar cell manufacturing method according to an embodiment
  • the process of preparing a micro device sample for transfer includes first preparing a substrate including a sacrificial layer and patterning a solar cell layer and an upper electrode on an upper surface thereof, and patterning the sacrificial layer to have a larger area than the solar cell layer. Step, applying a photoresist on the substrate and performing an undercut process for the sacrificial layer, attaching a film stamp to the photoresist, peeling off the solar cell layer and forming a mask under the solar cell layer Forming a lower electrode.
  • a solar cell device layer 13 including a sacrificial layer 12 may be grown on an compound semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate 11) through an epitaxial process.
  • the compound semiconductor substrate may be a GaAs wafer, and the solar cell device may also be formed of GaAs.
  • an n-contact layer may be formed on the top surface of the solar cell device layer 13.
  • Ti and Au are coated on the upper surface of the n-contact layer by E-beam evaporation, and the photoresist is patterned using a photolithography process.
  • n-contact layer is selectively wet etched with a solution of citric acid and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • the photoresist is washed with acetone and isopropyl alcohol (IPA) and then patterned to form the active region of the solar cell device layer 13 by a photolithography process.
  • the photoresist may be formed in a plurality of square patterns, and when the wet etching is performed on the photoresist with an etching solution in which H 3 PO 4 , H 2 O 2 , and H 2 O are mixed, the photoresist may be formed on the sacrificial layer 12.
  • a plurality of solar cell layers 13a may be formed.
  • a square larger than the solar cell layer 13a which is an active region of the solar cell device layer 13 is again subjected to a photolithography process.
  • the photoresist is formed into a shape.
  • the wet etching is performed using hydrochloric acid (HCl) on the photoresist, the sacrificial layer is formed of a square sacrificial layer pattern 12a larger than the solar cell layer 13a.
  • the sacrificial layer pattern 12a may be partially exposed while covering all of the solar cell layers 13a as an undercut process for selectively etching only the sacrificial layer pattern 12a.
  • the photoresist 15 is spin coated.
  • a plurality of holes may be formed around a region corresponding to an upper edge of the sacrificial layer.
  • the undercut process when the undercut process is performed for about 4 hours with a solution mixed with hydrochloric acid (HCl) and water, the solution may be introduced into a plurality of holes and only the sacrificial layer pattern 12a may be selectively etched.
  • the photoresist may serve to hold the solar cell layer 13a so as not to sink due to the removal of the sacrificial layer pattern 12a.
  • the film stamp 16 is attached to the upper portion of the photoresist 15 to separate only the solar cell layer 13a after the undercut process is completed.
  • the stamp is formed by spin coating an elastomer solution onto one of an adhesive elastomeric stamp (polyimide) film, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), and polyester, and then forming another elastomeric stamp (elastomeric). It can be produced in the form of a film of a triple structure attached back to the stamp.
  • the elastomeric stamp may be a PDMS stamp.
  • the film stamp 16 is spin-coated adhesive PDMS (polydimethylsiloxane) or elastomer (elastomeric) to one selected from a PI (polyimide) film, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester Can be re-attached to PDMS (polydimethylsiloxane) or elastomer (elastomeric) to one selected from a PI (polyimide) film, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester Can be re-attached to
  • the film stamp 16 is attached to a polyimide (PI) film having a low thermal strain, it is possible to prevent deformation of an elastomeric stamp such as polydimethylsiloxane (PDMS), thereby preventing deformation by heat or pressure.
  • PI polyimide
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the film stamp 16 is placed on the photoresist 15 on the solar cell layer 13a on which the undercut is completed, and then waits until the film stamp 16 is completely attached to the PDMS formed on the photoresist 15 and the film stamp 16. . After attaching completely, the film stamp 16 is peeled upward to separate the solar cell layers 13a. In the separation process, an upper photoresist 15a is disposed on the solar cell layer 13a and a side photoresist 15b surrounding side surfaces of the solar cell layer 13a and the upper photoresist 15a. ) Is left.
  • a lower electrode performing a function of a back reflector using E-beam evaporation. (bottom electrode) is selectively deposited.
  • the bottom surface of the solar cell layer 13a may be a p-contact layer.
  • Transferring the device onto the flexible substrate may include preparing a flexible substrate on which a metal layer is deposited, bonding a film stamp with a solar cell layer to the substrate, and melting the photoresist surrounding the solar cell layer. And removing the film stamp from the substrate.
  • a flexible substrate 19 having a flexible property is provided, and a metal layer 23 serving as an electrode may be deposited on the flexible substrate 19.
  • the film stamp 16 manufactured in FIG. 6 When the film stamp 16 manufactured in FIG. 6 is brought into contact with the upper surface of the metal layer 23, the lower electrode 18 deposited on the bottom surface of the solar cell layer 13a due to the adhesive force of the PDMS stamp formed in the film stamp 16.
  • the metal layer 23 is in contact with each other, and in this state, the PDMS stamp and the metal layer 23 disposed at the periphery of the solar cell layer 13a are stably attached. It is desirable to remove as much air as possible using a vacuum to enhance adhesion.
  • the solar cell layer 13a when the square region including the solar cell layer 13a is viewed from below, the solar cell layer 13a has a quadrangular shape, and the lower electrode 18 is deposited at the center thereof, and the side photoresist ( It can be seen that 15b) is disposed, and a PDMS stamp is disposed around.
  • the upper photoresist 15a covering the top and side surfaces of the solar cell layer 13a by applying a pressure of about 80 kPa and heat of 170 degrees is applied. And melting the side photoresist 15b and performing cold-welding at the same time.
  • the portion indicated by the arrow in FIG. 8 shows the state after the upper photoresist 15a and the side photoresist 15b are melted.
  • the bonding between the lower electrode 18 provided on the solar cell layer 13a and the metal layer 23 of the flexible substrate occurs.
  • the adhesion between the two metals is too small to complete the transfer only by the low temperature bonding.
  • the solar cell layer 13a is shaken or detached when the stamp is removed.
  • the embodiment uses the upper photoresist 15a and the side photoresist 15b left in the undercut process as a complementary member for adhesion. That is, an additional adhesive layer is not disposed between the solar cell layer 13a and the flexible substrate 19, but the photoresist is used as a means for covering the solar cell layer 13a.
  • the upper photoresist 15a and the side photoresist 15b are melted by heat, they are aggregated into one photoresist 15c connected to each other, and the photoresist is adhered to the flexible substrate 19 and the solar cell layer 13a is simultaneously bonded. Since it covers, it can be said that the solar cell layer 13a complements the transfer process to the substrate.
  • the solar cell layer 13a disposed on the film stamp 16 is transferred to the substrate 19 and then the film stamp 16.
  • the solar cell layer 13a having a plurality of quadrangular shapes is disposed on the substrate, and the photoresist 15c is formed to cover the photoresist 15c.
  • the photoresist 15c is washed with acetone and IPA, the process of transferring the solar cell layer 13a to the flexible substrate may be completed.
  • the photoresist 15c fixes the solar cell layer 13a
  • transfer can be stably performed only by melting the photoresist and peeling off the film stamp without performing low temperature bonding in advance.
  • the process of forming an electrical connection structure between the transferred devices may include forming an electrode pattern by patterning a metal layer on the flexible substrate, applying a photoresist to cover the solar cell layer disposed on the flexible substrate, and the aspect Forming a hole to expose a portion of an upper electrode and a lower electrode pattern provided above the battery layer, and forming a metal wire to electrically connect the electrode pattern and the upper electrode of a neighboring solar cell layer to each other; Can be.
  • each step will be described in detail with reference to the drawings.
  • the electrode pattern 18 may be formed.
  • an epoxy-based photoresist 20 such as SU-8 is spin coated onto the flexible substrate 19.
  • spin coating may be performed to expose a portion of the upper electrode 14 and the electrode pattern 18.
  • the fixing force of the solar cell layer 13a may be strengthened by performing a photolithography process having a stage of soft bake, exposure, and post exposure bake (PEB) at a temperature of 85 degrees.
  • PEB post exposure bake
  • a metal lift off process is performed.
  • the metal wires 21 are deposited on the photoresist 20 covering the solar cell layer 13a, and the metal wires 21 are exposed electrode patterns between neighboring solar cell layers 13a. 18 may be deposited to connect the exposed top electrode 14.
  • the photoresist 20 is preferably a negative photoresist because a pattern generated when a negative photoresist is used rather than a positive photoresist is suitable for a lift off process.
  • the metal wire 21 for lift off is formed by spin coating at 3000 rpm, heating at 110 ° C., exposure, and 110 ° C. heating.
  • the metal wire is deposited by using a sputter system to deposit the metal, and after the deposition is completed in the acetone to proceed to lift off can be lifted off the unnecessary metal.
  • a process of coating a protective film may be performed to protect the metal wire 21 of the solar cell layer 13a.
  • the protective film may be an epoxy-based photoresist such as SU-8.
  • the solar cell of the embodiment has a short circuit current density of 19.4 mA / cm 2 and a photoelectric efficiency of 15.2%.
  • the conventional lateral solar cell has a short circuit current density of 17.9 mA / cm 2 and a photoelectric efficiency. Was measured at 14%.
  • the short-circuit current density and the photoelectric efficiency are increased by the light reflected by the back reflector provided in the vertical structure even though the thickness of the solar cell of the embodiment is reduced.
  • the solar cell manufacturing method according to the embodiment has a vertical structure in which short-circuit current density and photoelectric efficiency are increased because the transfer method without using an adhesive is applied in the transfer process of removing the semiconductor device from the compound semiconductor substrate. Solar cells can be manufactured.
  • the thin film type devices separated by the solar cell manufacturing method according to the embodiment may be transferred to the flexible substrate to manufacture flexible electronic devices having excellent characteristics.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention has an advantageous advantage in manufacturing a solar cell having a vertical structure, and applies a process of removing and transferring a compound semiconductor solar cell epitaxially grown from a relatively high cost compound semiconductor substrate. As a result, the substrate can be recycled, and the separated thin film devices can be used for the manufacture of flexible electronic devices, thereby making them industrially applicable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은, 기판 상부에 희생층 패턴과 상기 희생층 패턴 상에 마련되는 태양전지층을 형성하는 단계, 상기 태양전지층을 덮는 포토레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계, 접착력이 있는 스탬프를 사용하여 상기 태양전지층과 부착시키고, 상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이와 상기 태양전지층의 측면에 포토레지스트가 남겨지도록 상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계, 금속층이 증착된 유연 기판을 준비하는 단계, 상기 태양전지층이 부착된 상기 스탬프와 유연 기판을 접합하는 단계, 상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이에 형성된 포토레지스트와 상기 태양전지층의 측면에 형성된 포토레지스트를 녹이는 단계 및 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 떼어내는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

Description

태양전지 제조 방법
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화합물 반도체를 기판으로부터 분리하는 전사 방법을 통해 수직형의 화합물 반도체 태양 전지를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
태양전지 반도체 소자는 석유와 같은 화석연료가 고갈되어 감에 따라서 대체에너지원으로 각광받고 있는 기술이다. 태양전지는 빛을 조사해 주기만 하면 구동하는 소자로서, 구동하기 위한 추가적인 에너지를 필요로 하지 않으며, 구동 중에 불필요하게 발생하는 환경오염 물질이 없다는 장점이 있기 때문에 그린에너지의 대표적인 사례가 될 것으로 기대되고 있다. 또한 환경, 지리적인 제한이 상대적으로 적기 때문에 발전소가 들어서기 어려운 지역에 에너지를 공급하는 에너지 공급원으로서의 역할로 각광을 받고 있다.
태양전지 반도체 소자를 제조하는 공정 중에서 화합물 반도체를 기판으로부터 분리하는 기술이 이슈가 되고 있으며, 최근에는 전사(transfer printing) 공정 기술이 활발히 연구 진행되고 있다.
일반적인 전사(transfer printing) 공정을 이용한 태양전지의 제조시 기판에 태양 전지나 LED, photodetector와 같은 전자 디바이스들을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키고, 식각 공정, 증착 공정과 같은 반도체 공정을 이용해서 마이크로 사이즈의 디바이스들이 제작된다.
그리고 희생층을 제거해 기판으로부터 분리하기 위해서 포토리소그래피 공정을 이용해 포토레지스트(photoresist)들을 디바이스들을 붙잡는 지지대(anchor)의 형상으로 패터닝한다. 또한, 필요에 따라서는 etchant가 디바이스를 손상시키는 것을 방지하기 위해 포토레지스트로 마이크로 디바이스들을 전부 덮는 공정을 진행한다.
그리고, PDMS(Polydimethylsiloxane), ecoflex와 같이 끈적이는 성질이 있는 탄성 중합체의 스탬프(elastomeric stamp)로 디바이스들을 붙인 후 떼어낸다. 플렉서블한 성질을 가지는 유연성 기판위로 접착제(adhesive)를 사용해 전사(transfer printing) 공정을 완료하게 된다.
그러나, 상기 유연성 기판위로 전사하기 위해 사용되는 접착제(adhesive)는 절연체이기 때문에 상하부간에 전기가 통하지 않게 되고, 이로 인해 마이크로 디바이스의 바닥면에 전극을 만들 수 없는 문제가 있다.
수직형(vertical) 구조의 태양전지는 수평형(lateral) 구조의 태양전지에 비해서 단락 전류(Shot circuit current), 개방 전압(Open circuit voltage), 활성 영역(active area)의 크기 면에서 더 유리한 효과를 나타내는데, 상술한 전사 공정에서의 접착제로 인한 문제로 전사(transfer printing) 공정을 이용한 박막 태양전지의 제조시 수직형(vertical) 구조를 이용하지 못하고 있다.
또한, 윗면을 향하는 하부 전극(bottom electrode)를 형성시키는 과정에서, 상기 하부 전극이 얇게 형성되면 하부 접촉층(bottom contact layer)에서 etch stop을 하기 어렵고 전사(transfer printing)시에 하부 전극이 깨질 수 있기 때문에 하부 접촉층(bottom contact layer)이 두꺼워 지는 문제가 발생한다. 상기 하부 접촉층(bottom contact layer)이 두껍게 형성되면 제조 단가가 증가하고, 두께에 비례해 응력(strain)이 증가하기 때문에 제조된 태양전지 소자의 유연성도 떨어지게 된다.
본 실시예는 화합물 반도체를 기판으로부터 분리하는 전사 공정 시에, 마이크로 디바이스와 유연성 기판 사이에 접착제를 사용하지 않고 마이크로 디바이스를 안정적으로 전사할 수 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 기판 상부에 희생층 패턴과 상기 희생층 패턴 상에 마련되는 태양전지층을 형성하는 단계; 상기 태양전지층을 덮는 포토레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계; 접착력이 있는 스탬프를 사용하여 상기 태양전지층과 부착시키고, 상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이와 상기 태양전지층의 측면에 포토레지스트가 남겨지도록 상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계; 금속층이 증착된 유연 기판을 준비하는 단계; 상기 태양전지층이 부착된 상기 스탬프와 유연 기판을 접합하는 단계; 상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이에 형성된 포토레지스트와 상기 태양전지층의 측면에 형성된 포토레지스트를 녹이는 단계; 및 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 떼어내는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기판 상부에 일정한 패턴을 갖는 태양전지층을 형성하는 단계는, 희생층을 포함하는 기판을 준비하고 상면에 태양전지층 및 상부 전극을 패터닝하는 단계, 상기 희생층을 상기 태양전지층보다 큰 면적을 갖도록 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 태양전지층을 덮는 포토레지스트를 포토리소그래피로 패터닝하는 단계 이후에는, 상기 희생층만을 선택적으로 제거하는 언더컷 공정을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계 이후에, 상기 태양전지층 하부에 마스크를 형성하여 상기 태양전지층의 바닥면에 하부 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계에서, 상기 태양전지층의 상면과 측면은 포토레지스트에 둘러싸인 상태로 상기 스탬프에 부착되어 기판과 분리되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 태양전지층은 다수개의 사각형 형상으로 패터닝되며, 상기 태양전지층의 상면에는 바 형상의 상부 전극이 패터닝될 수 있다.
그리고, 태양전지층이 부착된 스탬프와 유연 기판을 접합하는 단계는, 상기 태양전지층을 상기 스탬프와 유연 기판 사이에 배치하고 상기 기판과 스탬프 사이에 잔존하는 공기를 제거하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 태양전지층을 감싸고 있는 포토레지스트를 녹이는 단계는, 상기 포토레지스트에 80kPa의 압력과 170도의 열을 가하여 상기 포토레지스트가 상기 태양전지층의 상면과 측면을 덮도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 태양전지층을 감싸고 있는 포토레지스트를 녹이는 단계에서, 상기 유연 기판 상면에 마련된 금속층과 상기 태양전지의 바닥면이 접착하도록 저온접합 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스탬프는 접착력을 가진 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)에 PI(polyimide) 필름, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester 중에 선택되는 하나에 탄성 중합체 용액을 스핀 코팅한 후, 경화시켜 이를 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)에 다시 접착한 필름 스탬프인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유연 기판으로 태양전지층을 전사한 후에, 상기 태양전지층 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 화합물 반도체 기판으로부터 반도체 디바이스를 떼어내는 전사 공정에서 접착제를 사용하지 않고 플렉서블 기판에 디바이스를 전사시킬 수 있어 수직형 구조의 태양전지를 제조하는데 유리한 장점을 가진다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 비교적 단가가 높은 화합물 반도체 기판으로부터 에피택셜 성장된 화합물 반도체 태양전지를 떼어낸 후 전사시키는 공정을 적용하기 때문에 기판을 재활용할 수 있고, 분리된 박막 형태의 디바이스들을 플렉서블 전자기기의 제작에 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 전사시키기 위한 마이크로 디바이스 샘플을 준비하는 과정을 나타낸 도면
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 플렉서블 기판 상에 디바이스를 전사시키는 과정을 나타낸 도면
도 10 내지 도 13은 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 전사된 디바이스 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정을 나타낸 도면
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 전사시키기 위한 마이크로 디바이스 샘플을 준비하는 과정을 나타낸 도면이다. 전사시키기 위한 마이크로 디바이스 샘플을 준비하는 과정은 우선, 희생층을 포함하는 기판을 준비하고 상면에 태양전지층 및 상부 전극을 패터닝하는 단계, 상기 희생층을 상기 태양전지층보다 큰 면적을 갖도록 패터닝하는 단계, 상기 기판 상부에 포토레지스트를 도포하고 상기 희생층에 대한 언더컷 공정을 실시하는 단계, 상기 포토레지스트에 필름 스탬프를 부착시키고 태양전지층을 떼어내는 단계 및 상기 태양전지층 하부에 마스크를 형성하여 하부 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서는 상술한 각 단계를 도면과 함께 참조하여 설명한다.
우선 도 1을 참조하면, 화합물 반도체 기판(이하 기판이라 함, 11) 상에 희생층(12)을 포함한 태양 전지 디바이스층(13)이 에피택셜 공정을 거쳐 성장될 수 있다. 상기 화합물 반도체 기판은 GaAs 웨이퍼일 수 있고, 상기 태양 전지 디바이스 또한 GaAs로 형성될 수 있다.
그리고, 도시되지는 않았으나 상기 태양 전지 디바이스층(13)의 상면에는 n-contact 층이 형성될 수 있다. 상기 n-contact 층의 상면에 금속 증착(E-beam evaporation)을 통해 Ti 및 Au를 도포하고, 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트를 패터닝한다.
Au 식각제(TFA)와 HF를 사용하여 습식 에칭을 실시하면 상기 포토레지스트가 존재하지 않는 부분의 Ti 및 Au은 제거되어 바 형상의 상부 전극(14)이 형성될 수 있다. 이어서, 구연산(critic acid)과 과산화수소(H2O2)를 혼합한 용액으로 상기 n-contact 층을 선택적으로 습식 에칭한다.
도 2를 참조하면, 아세톤(acetone)과 IPA(isopropyl alcohol)로 남은 포토레지스트를 세척한 후에 다시 포토리소그래피 공정으로 태양 전지 디바이스층(13)의 활성 영역을 형성하기 위해 포토레지스트를 패터닝한다. 상기 포토레지스트는 다수개의 정사각형 패턴으로 형성될 수 있으며, H3PO4, H2O2, H2O를 혼합한 에칭 용액으로 상기 포토레지스트에 대한 습식 에칭을 진행하면 희생층(12) 상에 다수개의 태양전지층(13a)이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 태양전지층(13a)을 패터닝하기 위한 포토레지스트를 세척한 후, 다시 포토리소그래피 공정으로 태양 전지 디바이스층(13)의 활성 영역인 상기 태양전지층(13a)보다 큰 정사각형 형상으로 포토레지스트를 형성한다. 상기 포토레지스트에 염산(HCl)을 이용해서 습식 식각을 진행하면, 상기 희생층은 상기 태양전지층(13a)보다 큰 정사각형 형상의 희생층 패턴(12a)으로 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 희생층 패턴(12a)만을 선택적으로 식각하는 언더컷(undercut) 공정을 수행하기 위한 단계로서 태양전지층(13a)을 모두 덮으면서 상기 희생층 패턴(12a)은 일부 노출되도록 포토레지스트(15)를 스핀 코팅한다. 상기 희생층 패턴(12a)을 노출시키기 위해서 상기 희생층의 가장자리 상부에 해당하는 영역의 둘레에 다수개의 홀을 형성할 수 있다.
이어서, 염산(HCl)과 물을 섞은 용액으로 약 4시간 동안 언더컷(undercut) 공정을 진행하면, 상기 용액이 다수개의 홀로 유입되어 희생층 패턴(12a)만이 선택적으로 식각될 수 있다. 이 과정에서, 포토레지스트는 태양전지층(13a)이 희생층 패턴(12a)의 제거로 인해 가라앉지 않도록 붙잡아주는 역할을 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 언더컷(undercut) 공정이 완료된 후 태양전지층(13a)만을 분리해내기 위하여 필름 스탬프(16)를 상기 포토레지스트(15) 상부에 부착시킨다.
상기 스탬프는 접착력을 가진 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)에 PI(polyimide) 필름, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester 중에 선택되는 하나에 탄성 중합체 용액을 스핀 코팅한 후에 이를 또다른 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)에 다시 접착한 3중 구조의 필름 형태로 제작될 수 있다. 탄성 중합체 스탬프는 PDMS 스탬프가 사용될 수 있다.
상기 필름 스탬프(16)는 PI(polyimide) 필름, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester 중에 선택되는 하나에, 접착력이 있는 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 탄성 중합체(elastomeric)를 스핀 코팅하고, 이를 탄성 중합체 스탬프에 다시 붙여 제작될 수 있다.
상기 필름 스탬프(16)는 열 변형률이 작은 PI(polyimide) 필름이 부착되기 때문에, PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 elastomeric 스탬프가 변형되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 열이나 압력에 의해 변형되는 것 또한 방지할 수 있다
상기 필름 스탬프(16)를 언더컷(undercut)이 완료된 태양전지층(13a) 상부의 포토레지스트(15)에 얹은 후, 포토레지스트(15)와 필름 스탬프(16)에 구성된 PDMS와 완전히 붙을 때까지 기다린다. 완전히 붙은 후에는 상기 필름 스탬프(16)를 상방향으로 벗겨내면서 태양전지층(13a)들을 분리해 낸다. 상기와 같은 분리 과정에서 상기 태양전지층(13a)의 상측에는 상부 포토레지스트(15a)가 배치되며, 상기 태양전지층(13a)과 상부 포토레지스트(15a)의 측면을 둘러싸는 측부 포토레지스트(15b)가 남겨지게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 태양전지층(13a)의 바닥면을 일부 노출시키는 쉐도우 마스크을 증착한 후에, 금속 증착(E-beam evaporation)을 사용하여 후면 반사판(back reflector)의 기능을 수행하는 하부 전극(bottom electrode)을 선택적으로 증착시킨다. 상기 태양전지층(13a)의 바닥면은 p-contact층일 수 있다. 상술한 바와 같은 과정을 거치면 태양전지층(13a)의 바닥면에 하부 전극의 증착이 완료되고, 필름 스탬프를 PDMS 스탬프에서 떼어내면, 이후 플렉서블 기판 위로 전사를 하기 위한 태양전지층(13a)의 준비가 완료될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 플렉서블 기판 상에 디바이스를 전사시키는 과정을 나타낸 도면이다. 플렉서블 기판 상에 디바이스를 전사시키는 과정은 우선, 금속층이 증착된 유연 기판을 준비하는 단계, 태양전지층이 부착된 필름 스탬프와 기판을 접합하는 단계, 상기 태양전지층을 감싸고 있는 포토레지스트를 녹이는 단계 및 상기 기판으로부터 상기 필름 스탬프를 떼어내는 단계를 포함할 수 있다. 이어서는 각 단계를 도면과 함께 상세히 설명한다.
도 7을 참조하면, 우선 플렉서블한 성질을 갖는 유연 기판(19)을 마련되며, 상기 유연 기판(19) 상에는 전극의 역할을 하는 금속층(23)이 증착될 수 있다.
상기 금속층(23) 상면에 도 6에서 제조된 필름 스탬프(16)를 접촉시키면, 필름 스탬프(16) 내에 구성된 PDMS 스탬프의 접착력으로 인해서 태양전지층(13a) 바닥면에 증착된 하부 전극(18)과 금속층(23)이 접촉하게 되고, 이 상태에서 태양전지층(13a) 주변부에 배치된 PDMS 스탬프와 금속층(23)이 안정적으로 붙게 된다. 접착력을 강화하기 위해 진공기를 사용하여 내부의 공기를 최대한 제거하는 것이 바람직하다.
도 7에서 태양전지층(13a)을 포함하는 네모 영역을 하부에서 바라보면, 태양전지층(13a)은 사각형 형상으로 중심부에는 하부 전극(18)이 증착되어 있고, 그 둘레를 따라 측부 포토레지스트(15b)가 배치되며, 주변에 PDMS 스탬프가 배치되어 있음을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 기판(19)과 PDMS 스탬프 사이에 잔존하는 공기를 제거한 후 약 80kPa의 압력과 170도의 열을 가하여 태양전지층(13a)의 상면과 측면을 덮고 있는 상부 포토레지스트(15a) 및 측부 포토레지스트(15b)를 녹임과 동시에 저온접합(cold-welding)을 진행한다.
도 8에서 화살표로 표시된 부분은 상부 포토레지스트(15a) 및 측부 포토레지스트(15b)가 녹은 후의 상태를 나타낸 것이다. 상기 저온접합을 실시하면, 태양전지층(13a)에 마련된 하부 전극(18)과 유연 기판의 금속층(23)간의 접합이 일어나게 되는데, 저온 접합만으로 전사를 완료하기에는 상기 두 금속끼리의 접착력이 너무 작아 스탬프를 제거할 시에 태양전지층(13a)가 흔들리거나 탈착될 가능성이 있다.
실시예는 언더컷 과정에서 남게된 상부 포토레지스트(15a) 및 측부 포토레지스트(15b)를 접착을 위한 보완부재로 사용한다. 즉, 태양전지층(13a)과 유연 기판(19) 사이에 추가적인 접착층이 배치되는 것이 아니라 상기 포토레지스트가 태양전지층(13a)을 덮는 수단으로서 사용된다. 열에 의해 상부 포토레지스트(15a) 및 측부 포토레지스트(15b)가 녹으면 서로 연결된 하나의 포토레지스트(15c)로 뭉치게 되고 유연 기판(19)에 포토레지스트가 접착됨과 동시에 태양전지층(13a)을 덮어버리게 되므로 이는 태양전지층(13a)이 기판에 전사되는 과정을 보완한다고 할 수 있다.
이어서 도 9에 도시된 바와 같이 필름 스탬프(16)를 상방향으로 벗겨내는 과정을 거치면 필름 스탬프(16)에 배치되어 있던 태양전지층(13a)이 기판(19)으로 전사된 후에 필름 스탬프(16)는 제거된다. 도 9를 위에서 바라보면, 기판 상에 복수개의 사각형 형상으로 이루어진 태양전지층(13a)이 배치되며, 이를 포토레지스트(15c)가 덮도록 형성된다. 상기 포토레지스트(15c)를 아세톤과 IPA를 사용하여 세척하면 태양전지층(13a)을 유연 기판에 전사하는 공정이 마무리될 수 있다.
본 발명은 상기 포토레지스트(15c)가 태양전지층(13a)을 고정하고 있기 때문에 저온접합을 미리 수행하지 않고도, 포토레지스트를 녹이고 필름 스탬프를 벗겨내는 과정만을 통해서 안정적으로 전사가 가능하다.
그러나, 실시예에서 포토레지스트(15c)를 제거한 후에는 태양전지층(13a)과 유연 기판 사이에 반데르발스 힘만이 이를 지지하고 있기 때문에 추후 공정 등에서 떨어질 가능성이 있으므로, 저온접합을 실시하는 것이 바람직하다.
도 10 내지 도 13는 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 있어서 전사된 디바이스 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정을 나타낸 도면이다. 전사된 디바이스 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정은 우선, 유연 기판 상의 금속층을 패터닝하여 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 유연 기판 상부에 배치된 태양전지층을 덮도록 포토레지스트를 도포하는 단계, 상기 태양전지층 상부에 마련된 상부 전극 및 하부에 마련된 전극 패턴의 일부가 노출되도록 홀을 형성하는 단계, 이웃하는 태양전지층의 전극 패턴과 상부 전극이 서로 전기적으로 연결되도록 금속 배선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서는 각 단계를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 10을 참조하면, 유연 기판(19) 상의 금속층(23)에 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트를 패터닝하고, 금속층을 구성하는 Au와 Ti를 Au 식각제와 HF를 사용하여 습식 에칭을 수행하면 전극 패턴(18)이 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, SU-8과 같은 에폭시 기반의 포토레지스트(20)를 상기 유연 기판(19) 상에 스핀 코팅한다. 이 때, 상부 전극(14)과 전극 패턴(18)의 일부가 노출되도록 스핀 코팅이 이루어질 수 있다. 이어서, 85도의 온도에서 소프트 베이크(soft bake), 노광(exposure), PEB(post exposure bake)의 단계를 갖는 포토리소그래피 공정을 수행함으로써 태양전지층(13a)의 고정력을 강화시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 각각의 태양전지층(13a)들을 직렬로 전기적 연결시키기 위해, metal lift off 공정을 수행한다. metal lift off 공정에서는 태양전지층(13a)을 덮고 있는 포토레지스트(20) 상에 금속 배선(21)을 증착하며, 상기 금속 배선(21)은 이웃하는 태양전지층(13a)간의 노출된 전극 패턴(18)과 노출된 상부 전극(14)을 연결시키도록 증착될 수 있다.
상기 포토레지스트(20)는 양성(Positive) 포토레지스트보다 음성(negative) 포토레지스트를 사용했을 때 생성되는 패턴이 lift off 공정에 적합하기 때문에 음성(negative) 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 3000rpm에서의 스핀코팅과 110 ℃ 에서의 가열, 노광(exposue), 110 ℃ 가열을 거쳐서 lift off를 위한 금속 배선(21)을 형성한다. 상기 금속 배선은 sputter system을 사용해서 금속을 증착시키며, 증착이 완료된 후 아세톤에 넣어 lift off를 진행하면 필요 없는 부분의 금속을 lift off시킬 수 있다.
도 13을 참조하면, 태양전지층(13a)의 금속 배선(21)을 보호하기 위해 보호 피막을 코팅하는 공정이 수행될 수 있다. 상기 보호 피막은 SU-8과 같은 에폭시 기반의 포토레지스트가 사용될 수 있다. 상술한 과정을 거치면, 수직형의 구조를 가지는 태양 전지 소자가 최종적으로 제작될 수 있다.
실시예와 같은 방법으로 제조된 수직형 구조의 태양 전지와 종래 수평형 구조의 태양 전지의 전기적 특성을 비교하였다.
실시예의 태양 전지는 단락 전류 밀도(short circuit current density)가 19.4 mA/㎠, 광전 효율은 15.2%로 측정되었으며, 종래의 수평형(lateral) 태양전지는 단락 전류 밀도는 17.9 mA/㎠, 광전 효율은 14%로 측정되었다.
이는 실시예의 태양 전지의 두께가 얇아졌음에도 수직형 구조에 구비되는 반사판(back reflector)에 의해 반사된 빛에 의해서 단락 전류 밀도 및 광전 효율을 증가시킨 것으로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 화합물 반도체 기판으로부터 반도체 디바이스를 떼어내는 전사 공정에서 접착제를 사용하지 않는 전사 방법을 적용하기 때문에 단락 전류 밀도 및 광전 효율이 증가된 수직형 구조의 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법으로 분리된 박막 형태의 디바이스들을 플렉서블 기판에 전사하여 우수한 특성의 플렉서블 전자기기를 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 수직형 구조의 태양전지를 제조하는데 유리한 장점을 가지며, 비교적 단가가 높은 화합물 반도체 기판으로부터 에피택셜 성장된 화합물 반도체 태양전지를 떼어낸 후 전사시키는 공정을 적용하기 때문에 기판을 재활용할 수 있고, 분리된 박막 형태의 디바이스들을 플렉서블 전자기기의 제작에 사용할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (12)

  1. 기판 상부에 희생층 패턴과 상기 희생층 패턴 상에 마련되는 태양전지층을 형성하는 단계;
    상기 태양전지층을 덮는 포토레지스트를 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 단계;
    접착력이 있는 스탬프를 사용하여 상기 태양전지층과 부착시키고, 상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이와 상기 태양전지층의 측면에 포토레지스트가 남겨지도록 상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계;
    금속층이 증착된 유연 기판을 준비하는 단계;
    상기 태양전지층이 부착된 상기 스탬프와 유연 기판을 접합하는 단계;
    상기 태양전지층과 상기 스탬프 사이에 형성된 포토레지스트와 상기 태양전지층의 측면에 형성된 포토레지스트를 녹이는 단계; 및
    상기 기판으로부터 상기 스탬프를 떼어내는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상부에 일정한 패턴을 갖는 태양전지층을 형성하는 단계는,
    희생층을 포함하는 기판을 준비하고 상면에 태양전지층 및 상부 전극을 패터닝하는 단계, 상기 희생층을 상기 태양전지층보다 큰 면적을 갖도록 패터닝하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지층을 덮는 포토레지스트를 포토리소그래피로 패터닝하는 단계 이후에는,
    상기 희생층만을 선택적으로 제거하는 언더컷 공정을 실시하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계 이후에,
    상기 태양전지층 하부에 마스크를 형성하여 상기 태양전지층의 바닥면에 하부 전극을 형성하는 단계를 수행하는 태양전지의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판으로부터 태양전지층을 떼어내는 단계에서, 상기 태양전지층의 상면과 측면은 포토레지스트에 둘러싸인 상태로 상기 스탬프에 부착되어 기판과 분리되는 태양전지의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 태양전지층은 다수개의 사각형 형상으로 패터닝되며, 상기 태양전지층의 상면에는 바 형상의 상부 전극이 패터닝되는 태양전지의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    태양전지층이 부착된 스탬프와 유연 기판을 접합하는 단계는, 상기 태양전지층을 상기 스탬프와 유연 기판 사이에 배치하고 상기 기판과 스탬프 사이에 잔존하는 공기를 제거하는 태양전지의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지층을 감싸고 있는 포토레지스트를 녹이는 단계는, 상기 포토레지스트에 80kPa의 압력과 170도의 열을 가하여 상기 포토레지스트가 상기 태양전지층의 상면과 측면을 덮도록 하는 태양전지의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지층을 감싸고 있는 포토레지스트를 녹이는 단계에서,
    상기 유연 기판 상면에 마련된 금속층과 상기 태양전지의 바닥면이 접착하도록 저온접합 공정을 실시하는 태양전지의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 스탬프는 접착력을 가진 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)에 PI(polyimide) 필름, polyethylene, PET (polyethylene terephthalate), polyester 중에 선택되는 하나에 탄성 중합체 용액을 스핀 코팅하고, 이를 또다른 탄성 중합체 스탬프(elastomeric stamp)와 다시 접착한 3중 구조의 필름 스탬프인 태양전지의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 유연 기판으로 태양전지층을 전사한 후에,
    상기 태양전지층 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정을 수행하는 태양전지의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 태양전지층 간의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정은,
    상기 유연 기판 상의 금속층을 패터닝하여 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 유연 기판 상부에 배치된 태양전지층을 덮도록 포토레지스트를 도포하는 단계, 상기 태양전지층 상부에 마련된 상부 전극 및 하부에 마련된 전극 패턴의 일부가 노출되도록 홀을 형성하는 단계, 이웃하는 태양전지층의 전극 패턴과 상부 전극이 서로 전기적으로 연결되도록 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
PCT/KR2016/013047 2015-11-13 2016-11-11 태양전지 제조 방법 WO2017082699A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/775,923 US20180331247A1 (en) 2015-11-13 2016-11-11 Solar cell peparation method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0159802 2015-11-13
KR1020150159802A KR101674629B1 (ko) 2015-11-13 2015-11-13 태양전지 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017082699A1 true WO2017082699A1 (ko) 2017-05-18

Family

ID=57529062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/013047 WO2017082699A1 (ko) 2015-11-13 2016-11-11 태양전지 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20180331247A1 (ko)
KR (1) KR101674629B1 (ko)
WO (1) WO2017082699A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224002A (zh) * 2019-06-18 2019-09-10 京东方科技集团股份有限公司 一种microLED面板制备方法及制备设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201801457D0 (en) * 2018-01-30 2018-03-14 Pragmatic Printing Ltd Integrated circuit manufacturing process and apparatus
CN112967984B (zh) * 2020-09-24 2022-03-25 重庆康佳光电技术研究院有限公司 微芯片的巨量转移方法及显示背板
CN115149217B (zh) * 2021-03-30 2023-11-14 京东方科技集团股份有限公司 柔性电极、显示装置及可穿戴设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245207A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Seiko Epson Corp 転写方法、転写物の製造方法、回路基板の製造方法、電気光学装置及び電子機器
KR20100054030A (ko) * 2008-11-13 2010-05-24 삼성전기주식회사 박막소자 제조방법
KR20100067443A (ko) * 2008-12-11 2010-06-21 삼성전기주식회사 박막소자 제조방법
KR20110072033A (ko) * 2009-12-22 2011-06-29 한국과학기술원 플렉서블 소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 소자, 플렉서블 압전소자 및 커패시터 소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전소자 및 커패시터 소자

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245207A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Seiko Epson Corp 転写方法、転写物の製造方法、回路基板の製造方法、電気光学装置及び電子機器
KR20100054030A (ko) * 2008-11-13 2010-05-24 삼성전기주식회사 박막소자 제조방법
KR20100067443A (ko) * 2008-12-11 2010-06-21 삼성전기주식회사 박막소자 제조방법
KR20110072033A (ko) * 2009-12-22 2011-06-29 한국과학기술원 플렉서블 소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 소자, 플렉서블 압전소자 및 커패시터 소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전소자 및 커패시터 소자

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG, YUMI ET AL.: "Arrays of Silicon Micro/Nanostructures Formed in Suspended Configurations for Deterministic Assembly Using Flat and Roller-Type Stamps", SMALL, vol. 7, no. 4, 18 February 2011 (2011-02-18), pages 484 - 491, XP055381039 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224002A (zh) * 2019-06-18 2019-09-10 京东方科技集团股份有限公司 一种microLED面板制备方法及制备设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR101674629B1 (ko) 2016-11-09
US20180331247A1 (en) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017082699A1 (ko) 태양전지 제조 방법
CN106373895B (zh) 过渡载板装置、显示面板及制造方法、微型发光件检测法
US9054254B2 (en) Solar cell and method of manufacturing solar cell
KR101630138B1 (ko) 마이크로 소자들을 안정화하기 위한 구조체
KR101519038B1 (ko) 프린팅­기반 어셈블리에 의해 제조되는 광학 시스템
CN108987412A (zh) 显示设备及其形成方法
CN111933771B (zh) 微发光二极管及其显示装置
TWI598287B (zh) 電子－可程式化磁性轉移模組和電子元件的轉移方法
US11107947B2 (en) Micro light emitting diode
CN105977232A (zh) 在基板中安装器件的方法、安装有器件的基板结构和电子装置
CN103107157B (zh) 晶片封装体及其形成方法
CN110660712B (zh) 一种led转移方法及装置和芯片磁性端的形成方法
EP2238610A2 (en) Method of etching asymmetric wafer, solar cell including the asymmetrically etched wafer, and method of manufacturing the same
US20210126140A1 (en) Surface mount solar cell having low stress passivation layers
WO2012043929A1 (en) Method for fabricating high efficiency flexible compound semiconductor thin film solar cell with chalcopyrite system
CN112968082B (zh) 一种发光器件结构制作方法、显示背板及显示装置
JP2018152486A (ja) 太陽電池アレイの製造方法および太陽電池アレイ
WO2011115457A2 (ko) Ｌｅｄ 모듈 및 그 제조 방법
CN115425122A (zh) Led芯片巨量转移方法及显示面板
US8124865B2 (en) Method of fabrication of plastic film supported single crystal silicon photovoltaic cell structure
WO2012081759A1 (ko) 채널 구조의 유기박막 태양전지 제조방법
TWI496308B (zh) Thin film solar cell and manufacturing method thereof
CN112133719A (zh) 一种微型发光二极管的制造方法
WO2019190102A1 (ko) 마이크로 엘이디 검증용 기판과, 이의 제작 방법 및 이를 이용한 마이크로 엘이디 검증 방법
WO2021241998A1 (ko) 반도체 발광소자를 제조하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16864625

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15775923

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 22/08/2018)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16864625

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1