KR100514580B1 - 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
결정 입자 경계면을 식각하고 식각된 입자 경계면에 직접 전극을 형성하여 생산단가를 낮추면서도 변환 효율이 높은 태양전지를 제조할 수 있도록 하기 위한 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법이 제시된다. 본 발명은, 다결정기판내의 결정 입자 경계면의 상부 및 하부를 소정 성분의 화합물 용액에 의해서 일정깊이 이상 식각하는 단계; 내부 전계 형성용 에미터 층을 형성한 후, 후면 전계 형성을 위한 하부 전극을 형성하고, 후면 전계 형성층을 형성시키는 단계; 및 식각된 상기 결정 입자 경계면을 포함한 모든 상부에 투명 전극을 직접 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 태양전지는 태양광에 의해 생성된 전자와 정공이 항상 결정 입자 경계면에서 직접 수집되어 생산단가가 낮고 변환 효율이 높다.
Description
본 발명은 다결정 태양전지의 제조방법에 관한 것으로 특히, 결정 입자 경계면을 식각하고 식각된 입자 경계면에 직접 전극을 형성하여 생산단가를 낮추면서도 변환 효율이 높은 태양전지를 제조할 수 있도록 하기 위한 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 미래 에너지원의 개발필요성이 심각하게 대두됨에 따라 그 대체에너지로서 무한정, 무공해의 태양에너지를 이용하는 기술에 관한 연구가 세계적으로 진행되고 있다. 이러한 태양의 광에너지를 흡수하여 전력을 발생하는 광전효과를 이용하여 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 태양전지는 화석 연료, 원자력, 수력등을 이용한 기존의 발전이 야기하는 공해,에너지원의 제한등이 없으며, 정원의 미등, 교통 경고 표시기, 농수산물 양육 재배용 투약기, 환경정화용 유산소 공급기, 밧데리 충전기, 야외 전원, 어장 공기 공급용 펌프구동등 비교적 작은 제품에서 태양광 발전기,태양광 자동차, 담수 정화 시스템, 군용비상 전원등의 비교적 큰 제품까지 다양하게 응용할 수 있다. 또한, 기존의 전럭을 끌어오기 힘들었던 도서 및 산간지역에 실용가능한 경제성을 가지며, 기존의 디젤방식에 비하여 수명이 길고 기계적 가동부분이 없기 때문에 소음이 없고, 연료수송, 유지보수에 문제점을 해결할 수 있어서 그 보급이 확대되고 있다.
이러한, 태양전지는 단결정 실리콘을 소재로한 것, 화합물 반도체를 소재로한 것 그리고 다결정 실리콘을 소재로한 것이 널리 알려져 있다. 단결정 실리콘의 태양전지는 현재 최고 24%의 변환효율을 보이고 있지만 전지 제작 면적이 제한되며, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)가 원형으로 성장되기 때문에 태양전지 제작시 Kerf 손실이 있으며 생산단가가 다결정보다 비싸다. 다결정 태양전지는 단결정보다 전기적 특성은 나쁘지만 가격이 싸고 대면적으로 성장이 가능하므로 저가의 태양전지를 제작할 수 있다.
이와 같은 다결정 태양전지 연구는 크게 세 가지 분야로 나누어진다. 첫째로는 저가의 기판(예를 들면 유리)위에 다결정 실리콘 박막 태양전지를 제조하는 것이고, 둘째는 박막으로 성장된 아몰퍼스 실리콘(a-Si)을 다결정화 하여 태양전지를 제조하는 것이며, 셋째는 다결정 웨이퍼를 이용하여 p-n접합 태양전지를 제조하는 것이다. 다결정 태양전지는 단결정 태양전지의 고가격과 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 태양전지의 낮은 변환효율을 대체할 수 있다.
도 1은 종래의 다결정 실리콘 태양전지를 도시하였다. 도 1에서 보는 바와 같이 광흡수에 의해서 생성된 전자 또는 정공쌍(10)은 내부 p-n접합 전계에 의하여 분리되고 공핍층(30)을 지나 외부 전극(20a,20b)로 수집된다. 이때 기존의 태양전지는 생성된 반송자가 여러개의 결정 입자 경계면(40a, 40b)을 통과하여 상부전극(20a)에 수집되어 부하에 전력을 공급하게 된다.
그러나, 이러한 다결정 실리콘 태양전지는 광여기에 의해 생성된 반송자가 결정 입자 경계면(40a, 40b)을 통과하여 상부전극(20a)에 수집되어 부하에 전력을 공급하였다. 다결정 입자 경계면은 전위장벽을 형성하여 반송자의 흐름에 장벽을 주거나 경계면 내에 존재하는 트랩 때문에 빛에 의해 생성된 반송자는 결정 입자 경계면에서 재 결합 하게 된다. 이런 재결합은 다결정 태양전지의 소수 반송자 수명시간을 단축하고 변환효율을 떨어 뜨리게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위하여 기존 다결정 실리콘을 사용한 태양전지의 상부 전극의 형태는 다양한 모양의 그리드(grid)를 형성하거나 기판 상부에 일정한 간격의 홈을 파서 그 안에 전극을 형성하는 방법이 있었으나, 전위 장벽이나 재결합 센터로 작용하는 결정입계의 영향을 줄이지 못해 태양전지의 효율 향상을 저해하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 결정입자 경계면을 깊게 식각하고 식각된 결정입자 경계면을 따라 투명 전극을 형성하여 태양광에 의해 생성된 전자와 정공이 항상 결정 입자 경계면에서 직접 수집되도록 함으로서 생산단가를 낮고 변환 효율이 높은 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
다결정기판내의 결정 입자 경계면의 상부 및 하부를 소정 성분의 화합물 용액에 의해서 10㎛ 이상 ~ 30㎛ 이하의 깊이로 식각하는 단계;
내부 전계 형성용 에미터 층을 형성한 후, 후면 전계 형성을 위한 하부 전극을 형성하고, 후면 전계 형성층을 형성시키는 단계; 및
식각된 상기 결정 입자 경계면을 포함한 모든 상부에 투명 전극을 직접 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 태양전지는 태양광에 의해 생성된 전자와 정공이 항상 결정 입자 경계면에서 직접 수집되어 생산단가를 낮고 변환 효율이 높다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 구성을 보여주기 위한 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 태양전지는 도 2에서 보는 바와 같이, 베이스 물질인 다결정기판(100)내의 결정 입자 경계면(102)을 불화수소(HF)와 산화 크롬(CrO3)를 적당량 혼합한 용액에 의해서 약 10㎛ 이상 ~ 30㎛ 이하의 깊이로 깊게 식각한다. 다음 내부 전계 형성용 에미터 층(103)을 형성한 후, 후면 전계 형성을 위한 하부 전극(106)을 형성한다. 다음 열처리를 이용하여 후면 전계 형성층(105)을 형성시킨다. 후에 식각된 결정 입자 경계면을 포함한 모든 상부에 투명 전극(104)을 직접 형성한다. 따라서, 광에 의해 생성된 전자 또는 정공(101)이 결정 경계면을 통과하지 않고 항상 경계면에서 직접 수집된다. 본 태양전지를 대면적화 할 경우에는 직력 저항 성분을 줄이기 위해 그리드 전극(107)이 필요하다. 경계면을 통한 식각 용액은 결정입자 경계면을 빨리 깊게 식각 하며 또한 표면에 피라미드 구조물을 형성하여 빛 수집 효과를 나타낸다.
다결정 입자 경계면은 전위장벽을 성성하여 반송자의 흐름에 장벽을 주거나 경계면 내에 존재하는 트랩 때문에 빛에 의해 생성된 반송자가 결정입자 경계면에서 재결합하게 되고, 전위 장벽 또는 재결합 중심으로 작용하는 결정입자 경계면을 통과하여 상부전극에 수집되어 부하에 전력을 공급하였다. 이런 재결합은 다결정 태양전지의 소수 반송자 수명시간을 단축하고 변환효율을 떨어뜨리는 약영향을 준다.
본 발명에 따른 태양전지는 10㎛ 이상 깊게 식각된 입자 경계면에 직접 전극이 형성되기 때문에 경계면에서의 약영향을 제거할 수 있다. 광에 의해 생성된 전자와 정공은 결정 경계면을 통과하지 않고 항상 경계면에서 직접 수집된다. 경계면의 상부에서 높은 도너 불순물 주입을 하여 여분의 전자들이 존재하고 공핍층을 지나온 전자들은 전자 트랩이 부재하므로 소수 반송자 수명시간이 길어지는 효과를 보인다. 경계면을 따라 행해진 식각은 또한 다결정 실리콘 표면에 light trapping 효과를 나타내어 실제 광 통과 길이를 증가시킬 수 있는 표면 texturing효과를 병행한다. 상 하부의 투명 전도막 전극 증착은 sputtering법,evaporation법,CVD법 등 다양한 방법으로 증착가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 결정 입계 우선 식각을 이용한 태양전지는 깊게 식각된 입자 경계면에 직접 전극이 형성되기 때문에 경계면에서의 약영향을 제거함으로서 광에 의해 생성된 전자와 정공은 결정 경계면을 통과하지 않고 항상 경계면에서 직접 수집되어 태양전지의 소수 반송자 수명시간을 증가시키고 변환효율을 증대시키는 효과가 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.
도 1은 종래의 다결정 실리콘 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 구성을 보여주기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 다결정기판 베이스 102 : 결정입자 경계면
103 : 내부 전계 형성층 104 : 상부 투명 전도막
105 : 후면 전계 형성용 에미터층 106 : 하부전극
107 : 상부 그리드 전극
Claims (2)
- 다결정기판(100)내의 결정 입자 경계면(102)의 상부 및 하부를 소정 성분의 화합물 용액에 의해서 10㎛ 이상 ~ 30㎛ 이하의 깊이로 식각하는 단계;상기 단계후에 내부 전계 형성용 에미터 층(103)을 형성한 후, 후면 전계 형성을 위한 하부 전극(106)을 형성하고, 후면 전계 형성층(105)을 형성시키는 단계; 및상기 단계후에 식각된 상기 결정 입자 경계면(102)을 포함한 모든 상부에 투명 전극(104)을 직접 형성하는 단계를 포함하는 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 화합물은 HF와 CrO3를 혼합한 물질인 것을 특징으로 하는 결정 입계 우선 식각을 이용한 다결정 태양전지의 제조방법.
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