KR101060807B1 - Solar cell and solar cell fabricating method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판 표면에 단순한 적층 구조를 갖는 금속 전극이 형성된 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell and a method of manufacturing the metal electrode having a simple laminated structure on the substrate surface.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.The solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, solar light is incident on the pn junction of the solar cell to generate electron-hole pairs, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Thus, photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.On the other hand, solar cells are classified into various types according to the shape of the light absorption layer or the impurity ions, which are pn junction layers. Examples of the light absorption layer include silicon (Si). The silicon substrate type used as the light absorption layer is divided into a thin film type which forms a light absorption layer by depositing silicon in a thin film form.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.Looking at the general structure of the silicon substrate type of silicon-based solar cell as an example.
p형 반도체층과 n형 반도체층이 순차적으로 적층되며, n형 반도체층의 상부에 전면전극이 구비되고 p형 반도체층의 하부에 후면전극이 구비된 구조를 갖는다. The p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are sequentially stacked, the front electrode is provided on the upper portion of the n-type semiconductor layer and the rear electrode is provided on the lower portion of the p-type semiconductor layer.
이러한 실리콘계 태양전지의 제조 방법을 살펴보면, p형의 실리콘 기판을 준비하고, 준비된 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링, n+ 불순물 이온 주입 및 확산, 전면전극 및 후면전극 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다.Looking at the manufacturing method of such a silicon-based solar cell, a p-type silicon substrate is prepared, and is manufactured through a process such as surface texturing of the prepared silicon substrate, implantation and diffusion of n + impurity ions, formation of the front electrode and the back electrode.
한편, 최근에는 이러한 양면전극형 태양전지에 비해 전면의 수광면적을 넓혀 광전 변환 효율을 증대시키기 위해 후면에 양극과 음극을 모두 형성한 후면전극형 태양전지가 개발되고 있다.On the other hand, in recent years, in order to increase the photoelectric conversion efficiency by increasing the light receiving area of the front side compared to the double-sided electrode type solar cell, a rear electrode type solar cell having both a positive electrode and a negative electrode formed on the rear has been developed.
후면전극형 태양전지 제조 방법을 살펴보면, 먼저 실리콘 기판 후면에 p+ 영역 및 n+ 영역을 이격 형성한 다음, 금속 공정을 수행하여 금속 전극을 각 불순물 영역에 접촉되도록 실리콘 기판 표면에 적층하여 태양전지 후면에 양극 및 음극을 모두 구성한다. 여기서, 실리콘 기판 후면에 p+ 영역 및 n+ 영역을 형성하는 방법으로 레이저를 이용하여 홀을 뚫은 후, 전면의 전극을 후면으로 끌어내 형성하는 공정이나, p+ 불순물 이온 및 n+ 불순물 이온의 주입·확산 공정 등을 사용한다.Referring to the method of manufacturing a back electrode solar cell, first, a p + region and an n + region are formed on the back of the silicon substrate, and then a metal process is performed to deposit a metal electrode on the surface of the silicon substrate so as to contact each impurity region. Configure both positive and negative electrodes. Here, a method of forming a p + region and an n + region on the back surface of a silicon substrate is performed by using a laser to drill holes, and then drawing the electrode on the front side to the back side, or implanting and diffusing p + impurity ions and n + impurity ions. Etc.
한편, 금속 공정에서는 일반적으로 실리콘 기판 표면에 스퍼터링(Sputtering) 방식을 사용하여 알루미늄(Al)층, 티타늄텅스텐(TiW)층, 제1구리(Cu)층을 차례로 적층하여 박막층을 형성한 후, 형성된 박막층 위에 제2구리(Cu)층, 주석(Sn)층을 적층하여 후막층을 형성하게 된다. Meanwhile, in the metal process, an aluminum (Al) layer, a titanium tungsten (TiW) layer, and a first copper (Cu) layer are sequentially stacked on the silicon substrate surface by sputtering to form a thin film layer. A second copper (Cu) layer and a tin (Sn) layer are stacked on the thin film layer to form a thick film layer.
이에, 일반적인 후면전극형 태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10) 위에 알루미늄(Al)으로 구성된 제1금속층(112), 티타늄텅스텐(TiW)으로 구성된 제2금속층(114), 구리(Cu)로 구성된 제3금속층(116)이 차례로 적층되어 구성된 박막층(110)을 구비하고, 박막층(110) 상부에 구리(Cu)층(122)과 주석(Sn)층(124)이 차례로 적층되어 구성된 후막층(120)을 구비한 구조를 갖는다.Thus, referring to the structure of a general back-electrode solar cell, as shown in FIG. 1, the
즉, 종래에는 후면전극형 태양전지의 전극, 특히 박막층(110)을 형성하는 경우, 여러 금속층(112, 114, 116)을 실리콘 기판(10) 위에 적층하기 위하여 여러 번의 스퍼터링 공정을 수행하는 등, 복잡한 금속 공정을 거쳐야만 하기 때문에, 제품의 생산성이 떨어지며, 여러 금속 재료를 사용함에 따라 제조 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
That is, conventionally, when forming the electrode of the back-electrode type solar cell, in particular, the
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판 표면에 단순한 적층 구조를 갖는 금속 전극이 형성된 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and provides a solar cell and a method of manufacturing the same, in which a metal electrode having a simple laminated structure is formed on a substrate surface.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 상하층부에 배리어층이 형성되고 중층부에 금속층이 형성된 박막층과; 상기 박막층의 상부에 구리층 및 주석층이 차례로 적층되어 구성된 후막층을 구비한 금속 전극을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.A solar cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a thin film layer formed with a barrier layer in the upper and lower layers and a metal layer in the middle layer; It is preferable that a metal electrode provided with the thick film layer comprised by laminating | stacking a copper layer and a tin layer in order on the said thin film layer is preferable.
여기서, 상기 배리어층은, 망간, 몰리브덴, 마그네슘, 티타늄 및 아연 중 어느 하나의 도펀트를 포함한 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
Here, it is preferable that the said barrier layer consists of an oxide film containing the dopant of any one of manganese, molybdenum, magnesium, titanium, and zinc.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 기판의 표면에 금속 얼로이 박막을 증착시키는 단계와; 상기 금속 얼로이 박막에 포함된 도펀트를 상기 금속 얼로이 박막의 상하부 표면으로 확산시키는 단계와; 상기 확산에 따라 상기 기판의 표면에 상하층부가 배리어층으로 이루어지고 중층부가 금속층으로 이루어진 박막층이 형성되는 단계와; 상기 박막층 상부에 구리층 및 주석층을 차례로 적층하여 상기 박막층 상부에 구리층 및 주석층을 구비한 후막층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the step of depositing a metal alloy thin film on the surface of the substrate; Diffusing a dopant included in the metal alloy thin film to upper and lower surfaces of the metal alloy thin film; Forming a thin film layer having an upper and lower layers as a barrier layer and a middle layer as a metal layer on a surface of the substrate according to the diffusion; And laminating a copper layer and a tin layer on top of the thin film layer, and laminating a thick film layer having a copper layer and a tin layer on the thin film layer.
여기서, 상기 금속 얼로이 박막은, 98 퍼센트의 금속과 2 퍼센트의 도펀트를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the metal alloy thin film preferably comprises 98 percent metal and 2 percent dopant.
이때, 상기 도펀트는, 망간, 몰리브덴, 마그네슘, 티타늄 및 아연 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the dopant is preferably made of any one of manganese, molybdenum, magnesium, titanium and zinc.
아울러, 상기 금속은, 구리로 이루어지는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that the said metal consists of copper.
본 발명에 따른 태양전지 및 그 제조 방법에 의하면, 기판 표면에 단순한 적층 구조를 갖는 금속 전극을 형성함으로써, 태양전지 제조 비용을 절감시킴과 아울러, 제품 생산성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the solar cell and the manufacturing method thereof according to the present invention, by forming a metal electrode having a simple laminated structure on the substrate surface, it is possible to reduce the solar cell manufacturing cost, and also to improve product productivity.
도 1은 종래의 태양전지의 구성을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구성을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional solar cell.
Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart showing a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view for explaining a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to a solar cell and a manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 실리콘 기판(10)의 표면에 일정 간격으로 형성된 금속 전극(100)을 구비하여 구성된다. 여기서, 금속 전극(100)은 상하층부에 배리어층(Barrier)(111, 113)이 형성되고 중층부에 금속층(115)이 형성된 박막층(110)과, 박막층(110)의 상부에 구리층(122) 및 주석층(124)이 차례로 적층되어 구성된 후막층(120)을 구비하여 이루어진다. Referring to FIG. 2, the solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
여기서, 배리어층(111, 113)은 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti) 및 아연(Zn) 중 어느 하나의 도펀트를 포함한 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the
한편, 구리층(122)은 20 마이크로미터(㎛)의 두께로 적층되며, 주석층(124)은 15 마이크로미터(㎛)의 두께로 적층되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the
전술한 바와 같은 구성에 있어서, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.In the above-described configuration, a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 as follows.
먼저, 양극 및 음극 형성을 위한 제1도전형 불순물 영역 및 제2도전형 불순물 영역이 표면에 이격 형성된 실리콘 기판(10)을 준비한다(S200).First, a
상기한 단계 S200에서 제1도전형 불순물 영역은 p+ 영역 또는 n+ 영역으로 이루어질 수 있으며, 제2도전형 불순물 영역은 제1도전형 불순물 영역이 p+ 영역이면 n+ 영역으로 이루어지되, 제1도전형 불순물 영역이 n+ 영역이면 p+ 영역으로 이루어지게 된다.In step S200, the first conductivity type impurity region may be formed of a p + region or an n + region, and the second conductivity type impurity region may be an n + region if the first conductivity type impurity region is a p + region. If the region is an n + region, it is composed of a p + region.
상기한 단계 S200 다음에는, 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 각 불순물 영역마다 PVD 방식(Physical Vapor Deposition)을 사용하여 금속 얼로이 박막을 증착시킨다(210).After step S200, a metal alloy thin film is deposited on each impurity region formed on the surface of the
상기한 단계 S210에서 금속 얼로이 박막은 예컨대, 98 퍼센트(%)의 금속과 2 퍼센트(%)의 도펀트(Dopant)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 금속은 저항이 낮은 구리 등으로 이루어지며, 도펀트는 망간, 몰리브덴, 마그네슘, 티타늄 및 아연 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.In step S210, the metal alloy thin film may include, for example, 98 percent (%) of metal and 2 percent (%) of dopant. Here, the metal is made of copper, which has low resistance, and the dopant is preferably made of one of manganese, molybdenum, magnesium, titanium, and zinc.
상기한 단계 S210 이후, 열처리 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 각 불순물 영역마다 증착되어 있는 금속 얼로이 박막에 포함된 도펀트를 금속 얼로이 박막의 상하부 표면으로 확산시킨다(S220).After the above step S210, the heat treatment process is performed to diffuse the dopant included in the metal alloy thin film deposited for each impurity region formed on the surface of the
상기한 단계 S220을 통해 금속 얼로이 박막의 상하부 표면으로 확산된 도펀트는 금속 얼로이 박막의 상하부 표면에 존재하는 소정의 산소(O)와 반응하게 되고, 이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이, 상하층부에는 도펀트 및 산소의 반응에 의해 생성된 물질로 구성된 배리어층(111, 113)이 형성되고, 금속 얼로이 박막의 중층부에는 낮은 저항을 가진 순수 구리로만 구성된 금속층(115)이 형성되어, 상하층부가 배리어층(111, 113)으로 이루어지고 중층부가 금속층(115)으로 이루어진 박막층(110)이 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 각 불순물 영역마다 형성된다(S230).The dopant diffused to the upper and lower surfaces of the metal alloy thin film through the step S220 is reacted with a predetermined oxygen (O) present on the upper and lower surfaces of the metal alloy thin film, so as shown in FIG. In the lower layer,
상기한 단계 S230을 통해 형성된 배리어층(111, 113)은 패시베이션층(Passivation Layer)으로서, 인접층과의 유착(Adhesion) 특성을 개선하고, 박막층(110)의 중층부를 구성하는 금속, 예컨대 구리가 인접층으로 확산되는 것을 방지한다.The
상기한 단계 S230 이후, 플래팅(Plating) 방식을 사용하여 박막층(110) 상부에 구리층(122) 및 주석층(124)을 차례로 적층함으로써, 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 각 불순물 영역마다 적층되어 있는 박막층(110) 상부에 구리층(122) 및 주석층(124)을 구비한 후막층(120)을 적층한다(S240).
After the above-described step S230, the
본 발명에 따른 태양전지 및 그 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
The solar cell and the method of manufacturing the same according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.
10: 실리콘 기판 100: 금속 전극
110: 박막층 111, 113: 배리어층
112: 제1금속층 114: 제2금속층
115: 금속층 116: 제3금속층
120: 후막층 122: 구리층
124: 주석층10: silicon substrate 100: metal electrode
110:
112: first metal layer 114: second metal layer
115: metal layer 116: third metal layer
120: thick film layer 122: copper layer
124: tin layer
Claims (6)
상기 박막층의 상부에 구리층 및 주석층이 차례로 적층되어 구성된 후막층을 구비한 금속 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
A thin film layer having a barrier layer formed on the upper and lower layers and a metal layer formed on the middle layer;
And a metal electrode having a thick film layer formed by sequentially laminating a copper layer and a tin layer on top of the thin film layer.
상기 배리어층은,
망간, 몰리브덴, 마그네슘, 티타늄 및 아연 중 어느 하나의 도펀트를 포함한 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method of claim 1,
The barrier layer,
A solar cell comprising an oxide film containing a dopant of any one of manganese, molybdenum, magnesium, titanium, and zinc.
상기 금속 얼로이 박막에 포함된 도펀트를 상기 금속 얼로이 박막의 상하부 표면으로 확산시키는 단계와;
상기 확산에 따라 상기 기판의 표면에 상하층부가 배리어층으로 이루어지고 중층부가 금속층으로 이루어진 박막층이 형성되는 단계와;
상기 박막층 상부에 구리층 및 주석층을 차례로 적층하여 상기 박막층 상부에 구리층 및 주석층을 구비한 후막층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
Depositing a metal alloy thin film on the surface of the substrate;
Diffusing a dopant included in the metal alloy thin film to upper and lower surfaces of the metal alloy thin film;
Forming a thin film layer having an upper and lower layers as a barrier layer and a middle layer as a metal layer on a surface of the substrate according to the diffusion;
Stacking a copper layer and a tin layer on top of the thin film layer, and stacking a thick film layer having a copper layer and a tin layer on the thin film layer.
상기 금속 얼로이 박막은,
98 퍼센트의 금속과 2 퍼센트의 도펀트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 3,
The metal alloy thin film,
A solar cell manufacturing method comprising 98 percent metal and 2 percent dopant.
상기 도펀트는,
망간, 몰리브덴, 마그네슘, 티타늄 및 아연 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The dopant is,
A method of manufacturing a solar cell, comprising any one of manganese, molybdenum, magnesium, titanium, and zinc.
상기 금속은,
구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양저지 제조 방법.The method according to claim 4 or 5,
The metal,
A solar jersey manufacturing method comprising copper.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008243753A (en) | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Tdk Corp | Photoelectric conversion electrode, manufacturing method of the same, and dye-sensitized solar cell |
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2010
- 2010-08-20 KR KR1020100081065A patent/KR101060807B1/en not_active IP Right Cessation
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