KR101038487B1 - 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법 - Google Patents
금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법에 관한 것으로서, (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판을 준비하는 단계; (b) 나노 사이즈의 금속 입자가 함유된 나노 잉크를 상기 기판 표면에 균일하게 도포하는 단계; (c) 상기 나노 잉크가 도포된 실리콘 기판을 건조시켜 상기 금속 입자를 기판 표면에 부착시키는 단계; 및 (d) 상기 금속 입자가 부착된 실리콘 기판을 습식 식각하여 실리콘 기판 표면에 나노 사이즈의 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양전지 기판의 전면에 간단한 공정으로 나노 사이즈의 요철을 형성하여 기판 전면을 텍스처링할 수 있다. 이를 통해, 태양전지에 입사되는 태양광의 반사도를 5% 이하로 감소시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
태양전지, 텍스처링, 나노 잉크, 금속 입자
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 전면에 나노 사이즈의 금속 입자를 함유한 잉크를 도포한 후 습식 식각을 수행하여 태양전지의 전면을 나노 사이즈로 텍스처링할 수 있는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있으며, 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 함)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛 이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이와 같이 태양전지의 출력특성을 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.
태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지 기판 및 전극에서의 저항을 낮추고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 함과 동시에 태양전지의 실리콘 기판에 입사되는 태양광에 대한 반사도를 감소시켜야 하는바, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상술한 태양전지의 변환효율을 향상시키기 위한 방법 중 태양전지 기판에 입사되는 태양광에 대한 반사도를 감소시키는 방법으로 태양전지 기판의 표면을 텍스처링(texturing)하는 여러 방법이 공지되어 있다. 공지된 텍스처링 방법으로는 플라즈마 식각 방법(plasma etching), 기계적 스크라이빙 방법(mechanical scribing), 사진 식각 방법(photolithography), 화학적인 식각 방법(chemical etching) 등이 있다.
플라즈마 식각 방법은 실리콘 기판 표면에 포토레지스트로 마스크 패턴을 형성한 후 플라즈마를 이용하여 기판 표면을 미세하게 식각함으로써 실리콘 기판 표면을 텍스처링하는 방법이다. 이 방법은 작업시간이 오래 걸리며 고가의 진공장비가 필요하기 때문에 상업적 이용 가능성이 적다.
기계적 스크라이빙 방법은 실리콘 기판 표면에 다이아몬드를 이용하여 기계적인 스크래치를 형성하여 실리콘 기판을 텍스처링하는 방법이다. 이 방법은 작업시간이 오래 걸리기 때문에 상업적 이용이 어렵고 박막에 적용하기 어려운 한계가 있다.
사진 식각 방법은 산화막이 있는 실리콘 기판에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하고 습식 식각을 통해 실리콘 기판을 텍스처링하는 방법이다. 이 방법은 다결정 실리콘 태양전지를 제조하는 공정에 적용할 경우 생산 단가가 많이 증가한다는 단점이 있다.
화학적인 식각 방법은 실리콘의 결정 방향에 따라 식각 속도가 다른 식각 용액에 실리콘 기판을 침지시켜 수 ㎛의 굴곡을 기판 표면에 형성하여 실리콘 기판을 텍스처링하는 방법이다. 이 방법은 짧은 시간에 저렴한 가격으로 다량의 실리콘 기판을 텍스처링할 수 있는 장점이 있지만, 다결정 실리콘의 텍스처링에 적용할 경우 반사도를 5% 이하로 급격하게 낮추는데 한계가 있다.
한편, 미국 특허 US6,329,296은 반응성 이온 식각법을 이용하여 실리콘 기판을 텍스처링하는 방법을 개시하고 있다. 상기 US6,329,296 특허는 반응성 이온 식 각 공정의 진행 시 챔버 내에 금속 소스를 제공함으로써 금속 소스로부터 유래된 금속 입자의 증착과 실리콘 기판의 식각이 동시에 진행되도록 한다. 그러면, 금속 입자가 증착되어 있는 부분과 금속 입자가 증착되어 있지 않은 부분의 식각 속도차가 발생되어 실리콘 기판 표면이 텍스처링된다.
하지만, US6,329,296 특허에 개시된 방법은 고가의 반응성 이온 식각 장비를 사용해야 하므로 태양전지 제조 비용을 증가시키는 단점이 있다. 그리고 실리콘 기판이 반응성 이온에 의해 식각되는 과정에서 고 에너지로 가속된 반응성 이온이 실리콘 기판 내부로 침투하여 실리콘 기판 내의 불순물 농도를 변화시킴으로써 태양전지의 성능을 열화시키는 문제를 야기한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 공정으로 태양전지 기판 표면에 나노 사이즈의 요철을 형성하여 태양전지의 반사도를 저감시킬 수 있는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법은, (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판을 준비하는 단계;
(b) 나노 사이즈의 금속 입자가 함유된 나노 잉크를 상기 기판 표면에 균일하게 도포하는 단계;
(c) 상기 나노 잉크가 도포된 실리콘 기판을 건조시켜 상기 금속 입자를 기판 표면에 부착시키는 단계; 및
(d) 상기 금속 입자가 부착된 실리콘 기판을 습식 식각하여 실리콘 기판 표면에 나노 사이즈의 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅 및 스핀 코팅을 이용하여 나노 잉크를 도포하는 단계이다.
본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계는, HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 습식 에천트 를 이용하여 습식 식각하는 단계이다.
바람직하게, 상기 (d) 단계에서, 상기 습식 에천트의 조성비를 조절하여 나노 사이즈로 형성된 요철의 깊이를 조정할 수 있다.
바람직하게, 상기 나노 잉크는 나노 사이즈의 금속 입자, H2O 및 계면 활성제인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 입자는 직경이 100 내지 300 ㎚이고, 금속 입자는 Au, Ag, Cu, Al, Pt 및 Pd 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
바람직하게, 상기 (d) 단계 이후, 상기 습식 식각 후 잔류하는 금속 입자를 제거하는 단계;를 더 진행할 수 있다.
바람직하게, 상기 금속 입자 제거 단계는, 상기 잔류하는 금속 입자가 Au인 경우, I(iodine) 및 KI(potassium iodine)가 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Ag인 경우, Nitrate 계열(NO3 2 -)의 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Cu인 경우, Bromide 계열, Chloride 계열, Nitrate 계열 및 sulfate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Al인 경우, H2SO4 및 HNO3가 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Pt 또는 Pd인 경우, Chloride 계열 및 Nitrate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을 사용하여 진행한다.
본 발명에 따르면, 태양전지 기판의 전면에 간단한 공정으로 나노 사이즈의 요철을 형성하여 기판 전면을 텍스처링할 수 있다. 이를 통해, 태양전지에 입사되는 태양광의 반사도를 5% 이하로 감소시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
본 발명에 따른 태양전지의 습식 텍스처링 방법은, 먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판(201)의 상부에 제1도전형과 반대 도전형인 제2도전형의 불순물을 상기 실리콘 기판(201)에 주입하여 에미터층(202)을 형성한다. 이 과정을 통해 실리콘 기판(201)에는 p-n 접합이 형성된다. 여기서, 상기 실리콘 기판(201)은 p형 및 n형이 모두 사용될 수 있으며, 그 중 p형 실리콘 기판은 소수 캐리어의 수명 및 모빌리티(mobility)가 커서(p형의 경우 전자가 소수 캐리어임) 가장 바람직하게 사용될 수 있다. p형 실리콘 기판에 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 도핑함으로써 n형의 에미터층(202)을 형성하고 이를 통해 p-n 접합을 형성할 수 있다. 한편, 본 발명은 에미터층(202)의 형성 방법에 의해 한정되지 않으므로, 본 발명이 속한 기술 분야에서 공지된 다양한 에미터층(202) 형성 방법이 적용될 수 있을 것임은 자명하다.
상술한 공정을 거쳐 에미터층(202)이 형성되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 에미터층(202) 상부에 나노 사이즈의 금속 입자(204)가 함유된 나노 잉크(203)를 균일하게 도포한다. 여기서, 상기 나노 잉크(203)는 나노 사이즈의 금속 입자(204), H2O 및 계면 활성제인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP)을 포함한다. 하지만, 본 발명이 나노 잉크(203)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
나노 잉크(203)의 도포 공정은, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등의 방법으로 도포한다. 도포된 나노 잉크(203)는 일정 시간 동안 건조 과정을 거친다. 건조 과정 동안 나노 잉크(203)에 함유된 금속 입자(204)는 중력 방향으로 침전하게 되고, 금속 입자(204)를 제외한 H2O 및 계면 활성제인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP)은 기화되어 상기 에미터층(202) 상부에는 금속 입자(204)만이 잔류하여 부착된다. 상기 금속 입자(204)는 Au, Ag, Cu, Al, Pt 및 Pd 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 금속 입자(204)의 직경은 100 내지 300 ㎚ 이다.
에미터층(202) 상부에 금속 입자(204)의 부착이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 입자(204)가 부착되어 있는 상태로 에미터층(202) 상부를 습식 식각한다. 식각 공정이 진행되면서, 에미터층(202) 상부에서 금속 입자(204)가 부착된 부분에 나노 사이즈의 요철(205)이 불규칙하게 형성되어 에미터층(202) 표면이 텍스처링된다. 금속 입자(204)가 부착된 부분에 요철(205)이 형성되는 이유는, 에미터층(202) 상부에 금속 입자(204)가 부착되어 있으면 금속 입자(204)의 촉매 작용에 의해 금속 입자(204)가 부착되지 않은 부분 보다 식각 속도가 빠르게 진행되기 때문이다.
하기 반응식 1은 에미터층(202) 표면에 부착된 금속 입자(204)의 촉매 작용에 의한 반응 메커니즘을 보여준다.
양극 반응(실리콘 표면)
전체 반응
상기 반응식 1에 나타난 바와 같이 에미터층(202) 표면에 금속 입자(204)가 증착되게 되면 H2O2에서 해리되는 수소이온(H+)의 생성속도는 빨라지게 되고, 수소 기체(H2)의 생성속도는 감소하게 된다. 높은 농도의 수소이온(H+)은 양극 반응이 일어나는 에미터층(202) 표면에서 SiF4의 생성을 가속화시켜 금속 입자(204)가 부착된 에미터층(202) 표면의 식각 속도를 가속화시키는 작용을 한다.
에미터층(202) 표면의 텍스처링을 위한 습식 식각 공정에서는 HF, H2O2 및 H2O가 1:5:10의 부피비로 혼합된 습식 에천트를 사용할 수 있다. 상기 습식 에천트의 조성비는 에칭율(etching rate)의 변화를 위해 조절될 수 있다. 에칭율이 달라지면 요철(205)의 깊이가 변화되며, 그 결과 태양전지의 반사도(reflectance)를 변화시킬 수 있게 된다.
금속 입자(204)가 함유된 나노 잉크(203)를 이용한 에미터층(202) 상부의 텍스처링이 완료되면, 습식 식각 후 잔류하는 금속 입자(204)를 제거하여 에미터층(202) 상부의 텍스처링을 완료한다. 상기 잔류하는 금속 입자(204)를 제거하는 공정에서 사용되는 수용액은 금속 입자(204)의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 상기 잔류하는 금속 입자가 Au인 경우, I(iodine) 및 KI(potassium iodine)가 혼합 된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Ag인 경우, Nitrate 계열(NO3 2 -)의 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Cu인 경우, Bromide 계열, Chloride 계열, Nitrate 계열 및 sulfate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Al인 경우, H2SO4 및 HNO3가 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Pt 또는 Pd인 경우, Chloride 계열 및 Nitrate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을 사용한다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 태양전지의 습식 텍스처링 방법에서는 에미터층(202)을 형성한 이후에 나노 잉크(203)를 도포하였다. 하지만, 에미터층(202)을 형성하기 이전에 나노 잉크(203) 도포, 나노 잉크 도포층의 건조, 습식 식각 및 금속 입자(204) 제거로 이어지는 일련의 공정을 수행하여 실리콘 기판(201) 전면을 텍스처링한 이후에 에미터층(202) 형성 공정을 진행하여도 무방할 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
<도면의 주요 참조 번호>
201 : 실리콘 기판 202 : 에미터층
203 : 나노 잉크 204 : 금속 입자
205 : 요철
Claims (9)
- (a) 제1도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 기판을 준비하는 단계;(b) 나노 사이즈의 금속 입자가 함유된 나노 잉크를 상기 기판 표면에 균일하게 도포하는 단계;(c) 상기 나노 잉크가 도포된 실리콘 기판을 건조시켜 상기 금속 입자를 기판 표면에 부착시키는 단계; 및(d) 상기 금속 입자가 부착된 실리콘 기판을 습식 식각하여 실리콘 기판 표면에 나노 사이즈의 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,스크린 인쇄, 스프레이 코팅 및 스핀 코팅을 이용하여 나노 잉크를 도포하는 단계임을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 습식 에천트를 이용하여 습식 식각하는 단계임을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,상기 습식 에천트의 조성비를 조절하여 나노 사이즈로 형성된 요철의 깊이를 조정하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제1항에 있어서,상기 나노 잉크는 나노 사이즈의 금속 입자, H2O 및 계면 활성제인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 입자는 직경이 100 내지 300 ㎚인 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 입자는 Au, Ag, Cu, Al, Pt 및 Pd 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 (d) 단계 이후,상기 습식 식각 후 잔류하는 금속 입자를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 금속 입자 제거 단계는,상기 잔류하는 금속 입자가 Au인 경우, I(iodine) 및 KI(potassium iodine)가 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Ag인 경우, Nitrate 계열(NO3 2 -)의 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Cu인 경우, Bromide 계열, Chloride 계열, Nitrate 계열 및 sulfate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Al인 경우, H2SO4 및 HNO3가 혼합된 수용액을, 상기 잔류하는 금속 입자가 Pt 또는 Pd인 경우, Chloride 계열 및 Nitrate 계열의 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합된 수용액을 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매를 이용한 태양전지의 습식 텍스처링 방법.
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| WO2011156977A1 (zh) * | 2010-06-19 | 2011-12-22 | 常州天合光能有限公司 | 多晶硅太阳能电池陷光绒面的制备方法 |
| DE102011050136A1 (de) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Schott Solar Ag | Verfahren zum nasschemischen Ätzen einer Siliziumschicht |
| WO2012043421A1 (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Solar cell module |
| TWI505348B (zh) * | 2010-10-08 | 2015-10-21 | Wakom Semiconductor Corp | And a method of forming a microporous structure or a groove structure on the surface of the silicon substrate |
| CN102130205A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-07-20 | 上海太阳能电池研究与发展中心 | 一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法 |
| US8426270B2 (en) * | 2011-07-22 | 2013-04-23 | Intermolecular, Inc. | Memory device with a textured lowered electrode |
| CN102255002A (zh) * | 2011-08-09 | 2011-11-23 | 陈必雄 | 用于太阳能电池晶硅材料的制绒方法 |
| KR101334590B1 (ko) * | 2011-11-23 | 2013-11-29 | 한국세라믹기술원 | 태양전지용 기판의 제조방법 |
| CN102610692A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-25 | 润峰电力有限公司 | 一种晶体硅纳米-微米复合绒面的制备方法 |
| TWI506122B (zh) | 2012-09-20 | 2015-11-01 | 財團法人工業技術研究院 | 一種半導體晶片之蝕刻組成物及蝕刻方法 |
| CN104103700B (zh) * | 2014-07-23 | 2016-08-10 | 陕西师范大学 | 一种硅系太阳能电池及其制备方法与制备装置 |
| KR101537365B1 (ko) * | 2014-09-05 | 2015-07-22 | 충남대학교산학협력단 | 태양전지 및 태양전지 제조 방법 |
| TWI521548B (zh) * | 2014-12-08 | 2016-02-11 | 碩禾電子材料股份有限公司 | 一種含無鉛玻璃熔塊之導電漿（四） |
| CN106067488B (zh) * | 2016-08-16 | 2017-11-03 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池的绒面结构的制备方法 |
| CN109427930B (zh) * | 2017-09-04 | 2022-02-25 | 苏州易益新能源科技有限公司 | 一种在晶体硅片表面选择性制备绒面的方法 |
| CN108735859A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 淮阴师范学院 | 光伏器件表面纳米化干法制绒制备方法 |
| KR102389882B1 (ko) * | 2018-10-31 | 2022-04-21 | 한양대학교 산학협력단 | 기공 형성 깊이가 제어된 다공성 중합체 필름의 제조방법 및 이로부터 제조된 다공성 중합체 필름 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7135414B2 (en) | 2002-06-06 | 2006-11-14 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | Method for producing multicrystalline silicon substrate for solar cells |
| JP2006332427A (ja) | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法およびそれに用いるエッチング装置 |
| JP2007194485A (ja) | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Osaka Univ | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
| JP2007250583A (ja) | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4229233A (en) * | 1979-02-05 | 1980-10-21 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating non-reflective semiconductor surfaces by anisotropic reactive ion etching |
| KR100416739B1 (ko) | 1997-01-31 | 2004-05-17 | 삼성전자주식회사 | 실리콘 태양전지의 제조방법 |
| JP2000077692A (ja) | 1998-09-03 | 2000-03-14 | Canon Inc | 光起電力素子及びその製造方法 |
| EP1378947A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-07 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Semiconductor etching paste and the use thereof for localised etching of semiconductor substrates |
| US20090107546A1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-04-30 | Palo Alto Research Center Incorporated | Co-extruded compositions for high aspect ratio structures |
-
2008
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-
2009
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7135414B2 (en) | 2002-06-06 | 2006-11-14 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | Method for producing multicrystalline silicon substrate for solar cells |
| JP2006332427A (ja) | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法およびそれに用いるエッチング装置 |
| JP2007194485A (ja) | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Osaka Univ | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
| JP2007250583A (ja) | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法 |
Also Published As
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