KR101188985B1 - Front and Back contact electric field solar cell and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전후면전계 태양전지는 제1 도전형의 실리콘 기판과, 상기 기판 상층부에 구비된 제2 도전형의 에미터와, 상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 제1 부유접합층과, 상기 에미터와 제1 부유접합층 상층부에 구비되는 제1 반사방지막과, 상기 에미터와 접촉되는 전면전극과, 상기 기판 하층부에 구비된 제1 도전형의 후면전계층과, 상기 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제2 도전형의 제2 부유접합층과, 상기 후면전계층과 제2 부유접합층 상층부에 구비되는 제2 반사방지막, 및 상기 후면전계층과 접촉되는 후면전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 배치되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.The front and back surface field solar cell according to the present invention includes a silicon substrate of a first conductivity type, a second conductivity type emitter provided in an upper portion of the substrate, and a first conductivity type provided in a part of a region where the emitter is formed. A first floating junction layer, a first antireflection film provided on the emitter and the first floating junction layer, a front electrode in contact with the emitter, and a first conductivity type rear field layer provided on the lower layer of the substrate And a second conductive floating layer of a second conductivity type provided in a portion of the region in which the rear surface electric field layer is formed, a second anti-reflection film provided on an upper layer of the rear electric field layer and the second floating bonding layer, and the rear electric field layer. And a back electrode contacted with each other, wherein the first floating junction layer is spaced apart from the front electrode, and the second floating junction layer is spaced apart from the rear electrode.
Description
본 발명은 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에미터 및 후면전계층 내에 부유접합층을 형성함으로써, 광생성된 운송자들의 재결합 손실을 감소시키고 수집효율을 증가시킬 수 있는 양면수광형 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention relates to a front-side front-side solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, by forming a floating junction layer in the emitter and the back-field layer, it is possible to reduce the recombination loss of the photo-generated transporter and increase the collection efficiency An object of the present invention is to provide a double-sided light-receiving front-side and back-side solar cell and a method of manufacturing the same.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 실리콘 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. A 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. In the process of converting sunlight into electricity by solar cell, when solar light is incident on the silicon substrate of solar cell, electron-hole pair is generated, and electrons move to n layer and hole moves to p layer by 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.
기존 태양전지의 수광면은 n++형 에미터가 형성되어 p형 실리콘 기판과 p-n접합을 이루고 있다. 실리콘 기판 내부에서 광생성된 운송자들은 p-n 접합에 의해 분리되어 소수 운송자인 전자는 n++형 에미터가 있는 전면으로 이동하고, 다수 운송자인 정공은 p+ 후면전계가 있는 후면으로 이동한다. n++형 에미터는 인(phosphorus)이 표면에서 깊이 방향으로 확산되어 형성된 것이기 때문에 표면 쪽의 인의 농도가 높고 에너지 밴드 구조상 전도대(conduction band)가 표면 쪽으로 갈수록 낮아지므로 소수 운송자 전자가 표면으로 이동하게 된다. The n + type emitter is formed on the light-receiving surface of the conventional solar cell and forms a p-n junction with the p-type silicon substrate. The photogenerated carriers inside the silicon substrate are separated by p-n junctions, so that the minority carriers move to the front with n ++ type emitters, and the majority carriers move to the back with p + backfield. Since the n ++ type emitter is formed by the diffusion of phosphorus from the surface in the depth direction, the concentration of phosphorus on the surface is high and the conduction band of the energy band is lowered toward the surface, so that few carrier electrons move to the surface.
표면은 결정 결함 및 불순물 등이 다수 존재하는 결함 밀도가 높은 영역이기 때문에 재결합 발생 확률이 매우 높아진다. 소수 운송자의 표면 재결합 속도는 PECVD SiNx와 같은 유전층 박막의 표면 패시베이션 특성에 의해 좌우된다. 통상 후면에 유전층 박막을 형성하는 경우나 p+ 후면전계가 결합된 구조에서도 다수 운송자인 정공이 후면 표면으로 이동하기 때문에 유전층 박막 증착을 통한 패시베이션 특성에 크게 의존하여 후면의 재결합 속도를 낮출 필요가 있다. Since the surface is a region with a high density of defects in which a large number of crystal defects and impurities exist, the probability of recombination is very high. The surface recombination rate of minority carriers is governed by the surface passivation properties of the dielectric layer thin film, such as PECVD SiNx. In general, even when a dielectric layer thin film is formed on the rear surface or a structure in which a p + backside electric field is combined, holes of many carriers move to the rear surface.
도핑층 내의 도핑 농도가 표면 쪽으로 갈수록 높아지므로 에너지 밴드 구조상 n+형 에미터로 이동하는 소수 운송자 전자나 p+형 후면전계로 이동하는 다수 운송자 정공은 각각의 표면으로 이동하게 된다. 그리고, 광생성 운송자들이 전극에 수집되기까지 결함 밀도가 높은 표면을 따라 이동해야 하므로 재결합에 의해 소멸될 확률이 높아지게 된다. 표면으로 이동하는 광생성 운송자들의 표면 재결합을 억제하기 위해서 유전층 박막을 표면에 증착하여 결함 밀도를 낮추거나 유전층 박막 내의 고정전하(fixed charge)에 의한 전계 효과(field effect)로서 재결합 속도를 낮추는 것에 의존하게 된다. As the doping concentration in the doping layer increases toward the surface, the minority carrier electrons moving to the n + type emitter or the multiple carrier holes moving to the p + type backfield move to the respective surfaces due to the energy band structure. And since the photogenerated carriers must move along the surface with a high density of defects until they are collected at the electrode, the probability of extinction by recombination increases. In order to suppress surface recombination of photogenerated transporters to the surface, the dielectric layer thin film is deposited on the surface to reduce defect density or to reduce the recombination rate as a field effect due to fixed charge in the dielectric layer film. Done.
도 1은 종래의 태양전지의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 종래의 태양전지의 구조는 수광면에 p-n 접합이 형성되어 있다. 통상, 표면 쪽으로 갈수록 도핑 농도가 크고, 표면 쪽이 낮은 에너지 준위를 가지기 때문에 에너지 밴드갭 구조상 전자가 표면으로 이동할 수 밖에 없고, 결함 밀도가 매우 높은 표면과 마주쳐야 하며, 전면 패시베이션 특성에 크게 좌우될 수 밖에 없다. 한편, 후면으로 이동한 정공은 실리콘/금속 계면의 결함이 많은 곳을 지나게 된다. 1 is a cross-sectional view of a conventional solar cell. Referring to FIG. 1, in the conventional solar cell structure, a p-n junction is formed on a light receiving surface. In general, due to the higher doping concentration toward the surface and the lower energy level on the surface side, the electron band must move to the surface due to the energy bandgap structure, and must face a surface with a high density of defects, and can be greatly influenced by the front passivation characteristics. There is nothing else. On the other hand, the holes moved to the rear side pass through the defect where silicon / metal interface is many.
p형 실리콘 기판(101)의 후면부에 p형 불순물 이온이 주입된 영역인 p+ 영역(후면전계 영역)(104)과 기판의 전면부에 n형 불순물 이온이 열확산에 의해 주입된 영역인 n++ 영역(에미터 영역)(102)이 구비된다. 그리고, 상기 실리콘 기판(101)의 후면부의 p+ 영역(104) 상에 금속전극(106)이 전면적으로 형성된 구조를 이룬다. 이때, 다수 운송자(majority carrier)인 전자는 확산에 의해 에미터 영역(102)으로 이동하고, 소수 운송자(minority carrier)인 정공은 p+ 영역을 따라 후면전계 영역(104)으로 이동한다. p + region (rear field region) 104, which is a region where p-type impurity ions are implanted into the back surface of the p-
그러나, 이러한 구조는 전후면전계 및 에미터의 도핑층에서의 부분별 도핑 농도의 차이가 없으며, 고온 전기로에서 열확산이 진행되므로 고온 공정 및 장시간이 소요되는 바, 상기 후면전계 및 에미터에서 다수 운송자인 전자의 수집을 더욱 용이하게 하고, 소수 운송자인 정공의 원활한 이동을 유도하며 상기 전자와 정공 간의 재결합을 더욱 감소시킬 필요가 있다. However, this structure has no difference in the doping concentration of each part in the doping layer of the front and back field and the emitter, and the heat diffusion in the high-temperature electric furnace takes a high temperature process and a long time, many carriers in the back field and the emitter There is a need to facilitate the collection of phosphorus electrons, to induce smooth movement of holes, which are minority carriers, and to further reduce recombination between the electrons and holes.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 기판의 상층부에 에미터와 기판의 하층부에 후면전계층을 형성함에 있어, 각 에미터 영역 및 후면전계 영역 내에 도핑 농도가 다른 부유접합층을 형성하기 위한 양면 수광형 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and in forming a back field layer at an upper layer of an emitter and a lower layer of a substrate, a floating junction layer having different doping concentrations in each emitter region and a back field region. An object of the present invention is to provide a double-sided light-receiving front-side and back-side solar cell and a method for manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전후면전계 태양전지는 제1 도전형의 실리콘 기판과, 상기 기판 상층부에 구비된 제2 도전형의 에미터와, 상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 제1 부유접합층과, 상기 에미터와 제1 부유접합층 상층부에 구비되는 제1 반사방지막과, 상기 에미터와 접촉되는 전면전극과, 상기 기판 하층부에 구비된 제1 도전형의 후면전계층과, 상기 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제2 도전형의 제2 부유접합층과, 상기 후면전계층과 제2 부유접합층 상층부에 구비되는 제2 반사방지막, 및 상기 후면전계층과 접촉되는 후면전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 배치되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In accordance with an embodiment of the present invention, a front and back surface field solar cell according to an exemplary embodiment includes a first conductive silicon substrate, a second conductive emitter provided at an upper portion of the substrate, and the emitter. A first conductive bonding layer of a first conductivity type provided in a part of the region, a first antireflection film provided in the upper layer of the emitter and the first floating bonding layer, a front electrode in contact with the emitter, and the substrate lower layer portion A first conductive type backside field layer provided in the second conductive layer, a second floating type bonding layer of a second conductivity type provided in a part of the region in which the backside field layer is formed, and an upper portion of the backside field layer and the second floating bonding layer. And a second anti-reflection film, and a rear electrode contacting the back surface layer, wherein the first floating junction layer is spaced apart from the front electrode, and the second floating junction layer is spaced apart from the rear electrode. Deployed The features.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 Al2O3 유전층 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.The silicon substrate may be p-type, and the first and second anti-reflection films may be an Al 2 O 3 dielectric layer thin film.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 AlN 유전층 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.The silicon substrate may be p-type, and the first and second anti-reflection films may be AlN dielectric layer thin films.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전후면전계 태양전지는 제1 도전형의 실리콘 기판과, 상기 기판 상층부에 구비된 제2 도전형의 에미터와, 상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 제1 부유접합층과, 상기 에미터와 제1 부유접합층 상층부에 구비되는 제1 반사방지막과, 상기 에미터와 접촉되는 전면전극과, 상기 기판 하층부에 구비된 제1 도전형의 저농도 후면전계층과, 상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제2 도전형의 제2 부유접합층과, 상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 국부적 고농도 후면전계층과, 상기 저농도 후면전계층, 국부적 고농도 후면전계층 및 제2 부유접합층 상층부에 구비되는 제2 반사방지막, 및 상기 국부적 고농도 후면전계층과 접촉되는 후면전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 배치되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a front-side surface field solar cell includes a first conductive silicon substrate, a second conductive emitter provided at an upper portion of the substrate, and a portion provided in a portion of the region where the emitter is formed. A first conductive bonding layer of a first conductivity type, a first antireflection film provided on the emitter and the upper layer of the first floating bonding layer, a front electrode in contact with the emitter, and a first conductivity type provided on the substrate lower layer A second conductive junction layer of a second conductivity type provided in a portion of the low concentration backside field layer, a portion of the low concentration backside field layer formed of the first conductivity type, and a portion of the region in which the low concentration A local high concentration backside layer, a second anti-reflection film provided on the low concentration backside layer, a local high concentration backside layer and a second floating junction layer, and a back electrode in contact with the local high concentration backside layer To be made, the first rich bonding layer is disposed are spaced apart from the front electrode, the second rich bonding layer is characterized in that spaced apart and the back electrode.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 Al2O3 유전층 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.The silicon substrate may be p-type, and the first and second anti-reflection films may be an Al 2 O 3 dielectric layer thin film.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 AlN 유전층 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.The silicon substrate may be p-type, and the first and second anti-reflection films may be AlN dielectric layer thin films.
본 발명의 일 실시예에 따른 전후면전계 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 실리콘 기판의 상층부에 제2 도전형의 에미터가 구비되고, 상기 기판의 하층부에 제1 도전형의 후면전계층이 구비되는 전후면전계 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 제1 도전형의 제1 부유접합층을 형성하는 단계와, 상기 에미터와 제1 부유접합층 상에 제1 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 에미터와 접촉하도록 전면전극을 형성하는 단계와, 상기 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 제2 도전형의 제2 부유접합층을 형성하는 단계와, 상기 후면전계층과 제2 부유접합층 상에 제2 반사방지막을 형성하는 단계, 및 상기 후면전계층과 접촉하도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 형성되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a front-back surface field solar cell is provided with an emitter of a second conductivity type at an upper layer of a silicon substrate of a first conductivity type, and has a rear conductivity of the first conductivity type at a lower layer of the substrate. In the method of manufacturing a front-side and back-side field solar cell having a layer, forming a first floating junction layer of a first conductivity type in a portion of the region where the emitter is formed, and on the emitter and the first floating junction layer Forming a first anti-reflection film on the substrate, forming a front electrode in contact with the emitter, and forming a second floating junction layer of a second conductivity type in a portion of the region in which the back field layer is formed; And forming a second anti-reflection film on the backside field layer and the second floating junction layer, and forming a backside electrode to contact the backside field layer. Front electrode The case is formed, the second rich bonding layer may be formed is spaced apart from the rear electrode.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전후면전계 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 실리콘 기판의 상층부에 제2 도전형의 에미터가 구비되고, 상기 기판의 하층부에 제1 도전형의 후면전계층이 구비되는 전후면전계 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 제1 도전형의 제1 부유접합층을 형성하는 단계와, 상기 에미터와 제1 부유접합층 상에 제1 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 에미터와 접촉하도록 전면전극을 형성하는 단계와, 상기 기판의 하층부에 제1 도전형의 저농도 후면전계층을 형성하는 단계와, 상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 제2 도전형의 제2 부유접합층을 형성하는 단계와, 상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 제1 도전형의 국부적 고농도 후면전계층을 형성하는 단계와, 상기 저농도 후면전계층, 국부적 고농도 후면전계층 및 제2 부유접합층 상에 제2 반사방지막을 형성하는 단계, 및 상기 국부적 고농도 후면전계층과 접촉하도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 형성되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method of manufacturing a front-back surface field solar cell is provided with an emitter of a second conductivity type at an upper layer of a silicon substrate of a first conductivity type, and has a rear conductivity of the first conductivity type at a lower layer of the substrate. In the method of manufacturing a front-side and back-side field solar cell having a layer, forming a first floating junction layer of a first conductivity type in a portion of the region where the emitter is formed, and on the emitter and the first floating junction layer Forming a first anti-reflection film on the substrate, forming a front electrode in contact with the emitter, forming a low concentration backside field layer of a first conductivity type on the lower layer of the substrate, and forming the low concentration backside field layer Forming a second floating junction layer of a second conductivity type in a portion of the formed region, and forming a local high concentration rear field layer of a first conductivity type in a portion of the region where the low concentration backside field layer is formed;And forming a second anti-reflection film on the concentration backside layer, the local high concentration backside layer and the second floating junction layer, and forming a back electrode to contact the local high concentration backside layer. The first floating junction layer is formed to be spaced apart from the front electrode, and the second floating junction layer is formed to be spaced apart from the rear electrode.
본 발명에 따른 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The front and back surface field solar cells according to the present invention and a method of manufacturing the same have the following effects.
전면(수광면)의 경우, 도핑된 n+형 에미터 위에 p+형 부유접합층(floating junction layer)을 형성하여 전면전계(front surface field)로서 소수 운송자인 전자가 결함 밀도가 높은 표면으로 이동하는 것을 억제하여 결함 밀도가 낮은 실리콘 기판 내부에 전계를 형성하여 소수 운송자 전자의 재결합 손실없이 전극까지 이동할 수 있도록 하여 수입 효율을 높일 수 있다. In the case of the front surface (light-receiving surface), a p + type floating junction layer is formed on the doped n + type emitter to prevent electrons, which are minority carriers, from the front surface field moving to the surface with high density of defects. It is possible to increase the import efficiency by forming an electric field inside a silicon substrate having a low density of defects and moving to the electrode without recombination loss of a few carrier electrons.
또한, p+ 후면전계 내에 n+형의 부유접합층을 삽입하여 다수 운송자인 정공이 결함 밀도가 높은 표면으로 이동하는 것을 억제함으로써 재결합 손실을 최소화하여 후면 전극으로의 수집 효율을 높일 수 있다. In addition, by inserting the n + type floating junction layer in the p + back field to suppress the movement of the hole of a large number of carriers to the surface with a high density of defects, it is possible to minimize the recombination loss to increase the collection efficiency to the back electrode.
즉, 에미터 및 후면전계 내에 부유접합으로 도핑층을 삽입하여 광생성된 운송자가 표면으로 이동하는 것을 억제할 수 있으므로 표면 재결합 속도의 감소를 기대할 수 있다. That is, since the doped layer is inserted into the emitter and the backside field by floating bonding, the photo-generated transporter can be prevented from moving to the surface, and thus, the surface recombination rate can be reduced.
한편, 양면 수광형 태양전지 구조의 적용에 따른 효과는 다음과 같다.On the other hand, the effects of the application of the double-sided light receiving solar cell structure is as follows.
빛을 양면에서 받을 수 있으므로 태양광을 흡수할 수 있는 양이 커지고 태양빛을 전면에서 받을 수 있고 지표면에서 반사된 빛을 받을 수도 있다. 따라서, 광생성 운송자의 양이 증가하여 단락전류가 증가하고 효율이 상승된다. Since light can be received from both sides, the amount of sunlight can be absorbed, the sun can be received from the front, and the light reflected from the surface can be received. Thus, the amount of photogenerated transporter is increased to increase short circuit current and to increase efficiency.
또한, 양면이 동일한 구조이므로 고온 공정 후 휨(bowing) 현상이 적어지므로 제조 공정 중의 파손을 줄일 수 있다. In addition, since both sides have the same structure, bowing after the high temperature process is reduced, so that breakage during the manufacturing process can be reduced.
후면 전체에 전극을 도포하지 않으므로 전극 사용량이 줄어들어 원가절감이 가능하다.Since the electrode is not coated on the entire back side, the electrode usage is reduced and cost can be reduced.
유전층 박막을 동시에 양면 증착하는 공정을 적용할 경우 공정수를 줄일 수 있어서 원가절감할 수 있다. 또한, 미관상 좋아진다.When the process of simultaneously depositing both sides of the dielectric layer thin film is applied, the number of processes can be reduced, thereby reducing the cost. It also improves aesthetics.
도 1은 종래의 전후면전계 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유접합층이 전후면 구조에 적용된 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유접합층이 전면 및 후면 구조에 적용되고 선택적 후면전계층(고농도 후면전계층)을 구비하는 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.1 is a schematic view showing the structure of a conventional front and back solar field solar cell.
Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of a double-sided light receiving type front and rear front-side solar cell is applied to the front and back structure is a floating bonding layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the structure of a double-sided light receiving front and back front field solar cell having a floating junction layer is applied to the front and back structure according to another embodiment of the present invention and has an optional back field layer (high concentration back field layer). .
4 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light-receiving front-rear surface field solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light receiving type front and rear surface field solar cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전후면전계 태양전지의 구조 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 제1 도전형은 p형으로, 제2 도전형은 n형으로 하는 실시예 즉, p형 실리콘 기판을 베이스(base)로 적용하여 제조되는 태양전지에 관하여 설명하고, p형 실리콘 기판 대신 n형 실리콘 기판을 사용하는 경우 도핑층의 구조는 반대로 형성될 수 있다. 또한, 태양전지의 구조를 단순화하여 나타내기 위해 기판 표면의 텍스처 구조는 생략되었다. Hereinafter, a structure and a manufacturing method of a front and back surface field solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a description will be given of an embodiment in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, that is, a solar cell manufactured by applying a p-type silicon substrate as a base, and instead of the p-type silicon substrate. When using an n-type silicon substrate, the structure of the doped layer may be formed in reverse. In addition, the texture structure of the substrate surface is omitted to simplify the structure of the solar cell.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유접합층이 전후면 구조에 적용된 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 2를 살펴보면, p형 실리콘 기판(201) 상층부에 에미터(n++)(202)가 구비되고, 상기 에미터(n++)(202)가 형성된 영역의 일부에는 제1 부유접합층(p+)(203)이 형성되어 있다. 상기 제1 부유접합층(p+)(203)은 상기 에미터(n++)(202) 내의 상층부에 서로 교번하여 배치될 수 있다. 상기 에미터(n++)(202)와 제1 부유접합층(p+)(203)의 상층부에는 제1 반사방지막(204)이 구비된다. 상기 제1 반사방지막(204)을 관통하여 상기 에미터(n++)(202)와 접촉되도록 전면전극(205)이 형성된다. 그리고, 상기 제1 부유접합층(p+)(203)은 상기 전면전극(205)과 이격되어 형성된다. 한편, 상기 기판(201) 하층부에 후면전계층(p++)(206)이 구비된다. 상기 후면전계층(p++)(206)이 형성된 영역의 일부에는 제2 부유접합층(n+)(207)이 형성되어 있다. 상기 제2 부유접합층(n+)(207)은 상기 후면전계층(p++)(206)의 상층부에 서로 교번하여 배치될 수 있다. 상기 후면전계층(p++)(206)과 제2 부유접합층(n+)(207)의 상층부에는 제2 반사방지막(208)이 구비된다. 상기 제2 반사방지막(208)을 관통하여 상기 후면전계층(p++)(206)과 접촉되도록 후면전극(209)이 형성된다. 그리고, 상기 제2 부유접합층(n+)(207)은 상기 후면전극(209)과 이격되어 형성된다. Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of a double-sided light receiving type front and rear front-side solar cell is applied to the front and back structure is a floating bonding layer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, an emitter (n ++) 202 is provided on an upper layer of the p-
이와 같이, 전면 수광부에 n++형으로 도핑된 에미터(n++)(202) 내에 p+형으로 도핑된 부유접합층(p+)(203)을 형성하고, 후면 수광부에 p++형으로 도핑된 후면전계층(p++)(206)을 형성함으로써, 광생성되어 전면으로 이동한 소수 운송자인 전자가 결함 밀도가 높은 실리콘 표면으로 이동하지 않고 결함 밀도가 상대적으로 낮은 내부의 n++ 도핑된 에미터층(n++)(202)을 따라 전면전극으로 이동하고, 후면으로 이동한 정공이 p++ 도핑된 후면전계층(p++)(206)를 따라 후면전극(209)으로 이동하므로 재결합 손실을 줄일 수 있다. 부유접합(floating junction)을 이루는 도핑층들(203, 207))은 전극들(205, 209)과 접촉하지 않아야 한다. As such, a p + type doped floating junction layer (p +) 203 is formed in the emitter (n ++) 202 doped with n ++ type in the front light receiving part, and the back field layer doped in p ++ type with the rear light receiving part ( By forming p ++) 206, the electrons, the minority carriers that are photogenerated and moved to the front, do not move to the silicon surface with high defect density and the n ++ doped emitter layer (n ++) 202 having a relatively low defect density. Thus, the holes moved to the front electrode and the rear hole move to the
한편, 상기 실리콘 기판(201)이 p형인 경우, 상기 제1 및 제2 반사방지막(204, 208)은 Al2O3 유전층 박막일 수 있고, AlN 유전층 박막일 수도 있다. 종래의 p형 실리콘 기판을 사용하는 경우, n형 에미터의 표면이 수광부가 되는 데에 반해, 본 발명의 경우 p형 실리콘 기판(201)과 동일한 타입의 p+형 부유접합 도핑층(p+)(203) 표면이 수광부가 되기 때문에 이에 적합한 유전층이 사용되어야 한다. p+ 도핑층의 패시베이션을 위한 유전층으로는 고정 음전하(fixed negative charge)를 갖는 유전층이 바람직하며 이에는 Al2O3, AlN 등이 있다. Meanwhile, when the
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유접합층이 전면 및 후면 구조에 적용되고 선택적 후면전계층(고농도 후면전계층(p++))을 구비하는 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 3을 살펴보면, 상기 도 2의 전후면전계 태양전지와 전면 구조는 동일하고, 후면의 후면전계층 구조가 저농도 및 고농도 후면전계층으로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 즉, p형 실리콘 기판(301) 상층부에 에미터(n++)(302)가 구비되고, 상기 에미터(n++)(302)가 형성된 영역의 일부에는 제1 부유접합층(p+)(303)이 형성되어 있다. 상기 제1 부유접합층(p+)(303)은 상기 에미터(n++)(302) 내의 상층부에 서로 교번하여 배치될 수 있다. 상기 에미터(n++)(302)와 제1 부유접합층(p+)(303)의 상층부에는 제1 반사방지막(304)이 구비된다. 상기 제1 반사방지막(304)을 관통하여 상기 에미터(n++)(302)와 접촉되도록 전면전극(305)이 형성된다. 그리고, 상기 제1 부유접합층(p+)(303)은 상기 전면전극(305)과 이격되어 형성된다. 한편, 상기 기판(301) 하층부에 저농도 후면전계층(p+)(306)이 구비된다. 상기 저농도 후면전계층(p+)(306)이 형성된 영역의 일부에는 제2 부유접합층(n+)(307)이 형성되어 있다. 상기 제2 부유접합층(n+)(307)은 상기 저농도 후면전계층(p+)(306)의 상층부에 서로 교번하여 배치될 수 있다. 상기 저농도 후면전계층(p+)(306)이 형성된 영역의 일부에는 국부적 고농도 후면전계층(p++)(310)이 구비된다. 그리고, 상기 저농도 후면전계층(p+)(306), 국부적 고농도 후면전계층(p++)(310) 및 제2 부유접합층(n+)(307) 상층부에는 제2 반사방지막(308)이 구비된다. 상기 제2 반사방지막(308)을 관통하여 상기 국부적 고농도 후면전계층(p++)(310)과 접촉되도록 후면전극(309)이 형성된다. 그리고, 상기 제2 부유접합층(n+)(307)은 상기 후면전극(309)과 이격되어 형성된다. 본 실시예에서도 도 2의 실시예에서와 마찬가지로, 상기 실리콘 기판이 p형인 경우, 상기 제1 및 제2 반사방지막(304, 308)은 Al2O3 유전층 박막 또는 AlN 유전층 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.Figure 3 is a structure of a double-sided light receiving front and back front field solar cell having a floating junction layer is applied to the front and back structure according to another embodiment of the present invention and has an optional back field layer (high concentration back field layer (p ++)) It is a schematic diagram showing. Referring to FIG. 3, the front and back surface field solar cells of FIG. 2 have the same front structure, and the back surface layer structure of the rear surface is different from the low concentration and high concentration back surface layer. That is, the emitter (n ++) 302 is provided on the upper layer of the p-
상기 p형 실리콘 기판(301) 내부로 국부적 고농도 후면전계층(p++)(310)의 관입된 형상으로 인해 정공의 이동 경로가 짧아져 정공이 더 빨리 상기 국부적 고농도 후면전계층(p++)(310)으로 흡수될 수 있으므로 재결합 손실을 더 줄일 수 있다. Due to the intrusive shape of the local high concentration backside field layer (p ++) 310 into the p-
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전후면전계 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 도 4를 참조하면, p형 실리콘 기판의 상층부에 에미터(n++)가 구비되고, 상기 기판의 하층부에 후면전계층(p++)이 구비되는 전후면전계 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 에미터(n++)가 형성된 영역의 일부에 제1 부유접합층(p+)을 형성하는 단계(S401)와, 상기 에미터(n++)와 제1 부유접합층(p+) 상에 반사방지막을 형성하는 단계(S402)와, 상기 에미터(n++)와 접촉하도록 전면전극을 형성하는 단계(S403)와, 상기 후면전계층(p++)이 형성된 영역의 일부에 제2 부유접합층(n+)을 형성하는 단계(S404)와, 상기 후면전계층(p++)과 제2 부유접합층(n+) 상에 제2 반사방지막을 형성하는 단계(S405)와, 상기 후면전계층(p++)과 접촉하도록 후면전극을 형성하는 단계(S406)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층(p+)은 상기 전면전극과 이격되어 형성되고, 상기 제2 부유접합층(n+)은 상기 후면전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.4 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a front and back surface field solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the emitter (n ++) is provided at an upper layer of a p-type silicon substrate, and a back field layer (p ++) is provided at a lower layer of the substrate. forming a first floating junction layer p + in a portion of the region where (n ++) is formed (S401), and forming an anti-reflection film on the emitter n ++ and the first floating junction layer p + ( (S402), forming a front electrode to contact the emitter (n ++) (S403), and forming a second floating junction layer (n +) in a portion of the region in which the back field layer (p ++) is formed ( S404, forming a second anti-reflection film on the back surface layer p ++ and the second floating junction layer n + (S405), and forming a back electrode to contact the back surface layer pp ++. Including the step (S406), the first floating junction layer (p +) is formed spaced apart from the front electrode, the second floating junction layer (n +) Characterized in that the forming the rear electrode and is spaced apart.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 수광형 전후면전계 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 도 5를 참조하면, p형 실리콘 기판의 상층부에 에미터(n++)가 구비되고, 상기 기판의 하층부에 후면전계층(p++)이 구비되는 전후면전계 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 에미터(n++)가 형성된 영역의 일부에 제1 부유접합층(p+)을 형성하는 단계(S501)와, 상기 에미터(n++)와 제1 부유접합층(p+) 상에 제1 반사방지막을 형성하는 단계(S502)와, 상기 에미터(n++)와 접촉하도록 전면전극을 형성하는 단계(S503)와, 상기 기판의 하층부에 저농도 후면전계층(p+)을 형성하는 단계(S504)와, 상기 저농도 후면전계층(p+)이 형성된 영역의 일부에 제2 부유접합층(n+)을 형성하는 단계(S505)와, 상기 저농도 후면전계층(p+)이 형성된 영역의 일부에 국부적 고농도 후면전계층(p++)을 형성하는 단계(S506)와, 상기 저농도 후면전계층(p+), 국부적 고농도 후면전계층(p++) 및 제2 부유접합층(n+) 상에 제2 반사방지막을 형성하는 단계(S507), 및 상기 국부적 고농도 후면전계층(p++)과 접촉하도록 후면전극을 형성하는 단계(S507)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 부유접합층(p+)은 상기 전면전극과 이격되어 형성되고, 상기 제2 부유접합층(n+)은 상기 후면전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.FIG. 5 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a double-sided light receiving type front and rear surface field solar cell according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, an emitter (n ++) is provided at an upper layer of a p-type silicon substrate, and a back surface field layer (p ++) is provided at a lower layer of the substrate. forming a first floating junction layer p + on a portion of the region where (n ++) is formed (S501), and forming a first anti-reflection film on the emitter n ++ and the first floating junction layer p +. Step S502, forming a front electrode to contact the emitter n ++, forming a low concentration backside field layer p + at a lower layer of the substrate at step S504, and the low concentration backside Forming a second floating junction layer (n +) in a portion of the region in which the electric field layer (p +) is formed (S505), and in a portion of the region in which the low concentration backside field layer (p +) is formed, a local high concentration backside layer (p ++) Forming a step (S506), the low concentration backplane layer (p +), a local high concentration backplane layer (p ++) and a second floating junction layer (n) Forming a second anti-reflection film on +) and forming a back electrode in contact with the local high concentration back-field layer (p ++) (S507), wherein the first floating junction layer is formed. (p +) is formed spaced apart from the front electrode, and the second floating bonding layer (n +) is characterized in that it is formed spaced apart from the back electrode.
상기 고농도 후면전계층(310)을 제조하기 위하여, 레이저의 열적 반응을 사용하여 도핑 소스를 표면 도포하거나 액상 공급하여 이와 함께 상기 실리콘 기판의 표면을 국부적으로 가열하여 열확산시킴으로써 도핑 농도를 조절하는 방법이 있다. 이 방법은 실리콘 기판 표면에 도핑 소스를 포함하는 액체 또는 페이스트를 도포한 후 레이저를 사용하여 실리콘 기판 표면을 국부적으로 가열시켜 레이저의 열적 반응에 의해 도핑 원자가 실리콘 기판으로 확산되며, 국부적인 고농도 도핑층을 형성할 수 있다. 또한, 일부 특수한 용도로 제작된 레이저 장비의 경우 도핑 소스가 포함된 액체와 함께 레이저를 실리콘 기판표면에 조사하여 국부적인 고농도 도핑층을 형성할 수 있다. In order to manufacture the high concentration back-
상기 고농도 선택적 후면전계층을 제조하기 위하여, 상압 화학 기상 증착법(APCVD)을 사용하여 실리콘 기판 표면에 PSG(phospho-silicate glass) 또는 BSG(boro-silicate glass) 층을 도포한 후, 레지스트 또는 사진 식각 등의 방법을 사용하여 도포된 PSG 또는 BSG 층을 부분적으로 식각하여 제거함으로써 도핑 소스를 포함하는 층을 패터닝한 후 전기로에서 열처리하여 도핑 원자가 실리콘 기판으로 확산되도록 하여 국부 고농도 도핑층을 형성할 수 있다. In order to fabricate the high concentration selective back-field layer, a layer of phosphor-silicate glass (PSG) or boro-silicate glass (PSG) is applied to the surface of the silicon substrate using atmospheric chemical vapor deposition (APCVD), and then resist or photo etching is performed. By partially etching and removing the applied PSG or BSG layer using a method such as the above, the layer containing the doping source can be patterned and then heat-treated in an electric furnace so that the doping atoms can diffuse into the silicon substrate to form a locally high concentration doping layer. .
상기와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 전후면전계 태양전지 구조는 수광면에서, 고저 접합(high-low)이 있어서 소수 운송자인 전자가 표면으로 이동하는 것이 결함 밀도가 적은 결정 내부에서 방지되어, 전면전극 아래의 도핑층으로 이동하게 된다. 또한, 후면에서는 정공이 후면전계층 내에 존재하는 n+ 부유접합층에 의해 후면으로 이동하는 것이 제한되고, p++ 도핑층으로 이동하고 금속과 접촉한 면으로 재결합에 의한 소멸을 최소화하고 이동하기에 용이하게 된다. 따라서, 광생성 전하들의 전면 재결합 속도가 줄어들고 수집에 유리한 경로를 제공함으로써 태양전지 효율이 향상된다.The front and back surface field solar cell structure of the present invention manufactured by the above method has a high-low junction at the light-receiving surface, so that electrons, which are minority carriers, are prevented from moving inside the crystal with low defect density. It moves to the doping layer under the front electrode. In addition, in the rear surface, holes are restricted from moving to the rear surface by the n + floating junction layer existing in the rear electric field layer, and the surface is moved to the p ++ doping layer and minimizes the disappearance due to recombination to the surface in contact with the metal and is easy to move. do. Thus, solar cell efficiency is improved by reducing the rate of front recombination of photogenerated charges and providing an advantageous path for collection.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.
201, 301 : p형 실리콘 기판
202, 302 : 에미터(n++) 203, 303 : 제1 부유접합층(p+)
204, 304 : 제1 반사방지막 205, 305 : 전면전극
206, 306 : 후면전계층 207, 307 : 제2 부유접합층(n+)
208, 308 : 제2 반사방지막 209, 309 : 후면전극
310 : 국부적 고농도 후면전계층(p++)201, 301: p-type silicon substrate
202, 302: emitter (n ++) 203, 303: first floating bonding layer (p +)
204, 304: first
206, 306:
208, 308: second
310: local high concentration rear field layer (p ++)
Claims (8)
상기 기판 상층부에 구비된 제2 도전형의 에미터;
상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 제1 부유접합층;
상기 에미터와 제1 부유접합층 상층부에 구비되는 제1 반사방지막;
상기 에미터와 접촉되는 전면전극;
상기 기판 하층부에 구비된 제1 도전형의 저농도 후면전계층;
상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제2 도전형의 제2 부유접합층;
상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 구비되는 제1 도전형의 국부적 고농도 후면전계층;
상기 저농도 후면전계층, 국부적 고농도 후면전계층 및 제2 부유접합층 상층부에 구비되는 제2 반사방지막; 및
상기 국부적 고농도 후면전계층과 접촉되는 후면전극을 포함하여 이루어지며,
상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 배치되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전후면전계 태양전지.A silicon substrate of a first conductivity type;
An emitter of a second conductivity type provided in an upper portion of the substrate;
A first floating bonding layer of a first conductivity type provided in a part of the region where the emitter is formed;
A first anti-reflection film provided on the emitter and the first floating bonding layer;
A front electrode in contact with the emitter;
A low concentration back surface field layer of a first conductivity type provided in the lower layer of the substrate;
A second floating junction layer of a second conductivity type provided in a portion of the region where the low concentration backside field layer is formed;
A localized high concentration back surface layer of a first conductivity type provided in a portion of the region where the low concentration back surface field layer is formed;
A second anti-reflection film provided on the low concentration back surface layer, the local high concentration back surface layer, and the second floating junction layer; And
It comprises a back electrode in contact with the local high concentration back field layer,
And the first floating junction layer is spaced apart from the front electrode, and the second floating junction layer is spaced apart from the rear electrode.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 Al2O3 유전층 박막인 것을 특징으로 하는 전후면전계 태양전지.The method of claim 4, wherein
The silicon substrate is a p-type, and the first and second anti-reflection film is a front and back surface field solar cell, characterized in that the Al 2 O 3 dielectric layer thin film.
상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 제1 및 제2 반사방지막은 AlN 유전층 박막인 것을 특징으로 하는 전후면전계 태양전지.The method of claim 4, wherein
And the silicon substrate is p-type, and the first and second anti-reflection films are AlN dielectric layer thin films.
상기 에미터가 형성된 영역의 일부에 제1 도전형의 제1 부유접합층을 형성하는 단계;
상기 에미터와 제1 부유접합층 상에 제1 반사방지막을 형성하는 단계;
상기 에미터와 접촉하도록 전면전극을 형성하는 단계;
상기 기판의 하층부에 제1 도전형의 저농도 후면전계층을 형성하는 단계;
상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 제2 도전형의 제2 부유접합층을 형성하는 단계;
상기 저농도 후면전계층이 형성된 영역의 일부에 제1 도전형의 국부적 고농도 후면전계층을 형성하는 단계;
상기 저농도 후면전계층, 국부적 고농도 후면전계층 및 제2 부유접합층 상에 제2 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 국부적 고농도 후면전계층과 접촉하도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 제1 부유접합층은 상기 전면전극과 이격되어 형성되고, 상기 제2 부유접합층은 상기 후면전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전후면전계 태양전지의 제조방법.In the manufacturing method of the front and back surface field solar cell, wherein the second conductive type emitter is provided on the upper layer of the first conductive silicon substrate, and the rear field layer of the first conductive type is provided on the lower layer of the substrate.
Forming a first floating junction layer of a first conductivity type in a portion of the region where the emitter is formed;
Forming a first anti-reflection film on the emitter and the first floating junction layer;
Forming a front electrode in contact with the emitter;
Forming a low concentration back surface field layer of a first conductivity type on a lower layer of the substrate;
Forming a second floating junction layer of a second conductivity type in a portion of the region where the low concentration backside field layer is formed;
Forming a localized high concentration backside field layer of a first conductivity type in a portion of the region where the low concentration backside field layer is formed;
Forming a second anti-reflection film on the low concentration back surface layer, the local high concentration back surface layer, and the second floating junction layer; And
And forming a back electrode in contact with the local high concentration back field layer,
And the first floating junction layer is spaced apart from the front electrode, and the second floating junction layer is formed spaced apart from the rear electrode.
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