KR101195040B1 - A solar cell and a method for making the solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것으로써, 전극 형성을 위한 소성공정(firing) 처리 후 패시베이션효과가 감소되는 것을 막기 위해, 원자층증착법(ALD)를 이용하여 TiO2 패시베이션층을 형성하는 태양전지의 제조방법이 제공된다. 이를 통해 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄임으로써 에너지변환 효율이 높은 태양전지를 제조할 수 있다. The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell, in order to prevent the passivation effect is reduced after firing for forming the electrode, TiO 2 passivation layer using an atomic layer deposition (ALD) method Provided is a method of manufacturing a solar cell. Through this, solar cells having high energy conversion efficiency can be manufactured by reducing surface loss due to recombination of electron-hole pairs.
Description
본 발명은 기본적 전기소자에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 태양전지 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a basic electrical device, and more particularly to a solar cell and a solar cell manufacturing method.
최근 사회적으로 대두되고 있는 대기오염 문제와 반복되는 유가상승으로 에너지의 대부분을 수입에 의존하고 있는 우리나라의 입장에서는 차세대 에너지 자원 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 특히 태양광은 현재 우리나라가 발전설비용량 등에 있어서 선진국에 비해 뒤처져 있지만 반도체, 디스플레이 산업을 바탕으로 하는 인력 및 기술면에서 확대 발전 가능성이 충분하다고 할 수 있다. 이처럼 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 우리나라 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. 향후 대규모의 태양전지 시스템이 건설될 것으로 기대되지만 아직 해결되지 못한 큰 문제는 발전비용이다. 현재 태양전지 발전가격은 ＄0.43~0.54/kWh 로 일반가정용 전기료의 두배에 달한다. 현재 태양광 발전에 적용되는 전지는 60%가 단결정 Si 태양전지이고 30% 정도가 다결정 Si 태양전지이다. 즉 Si 웨이퍼(wafer)를 사용하는 태양전지가 90%를 차지하고 있는 것이다. 결과적으로 태양광 발전의 비용문제를 단기간에 해결하기 위한 방법은 결정질 Si 태양전지 제조 비용을 저가화하거나 1cell 발전효율을 개선하여 가격경쟁력을 가지는데 있다. Recently, the importance of developing next-generation energy resources is increasing from the standpoint of Korea, which relies heavily on imports due to the air pollution problem and recurrent oil prices. In particular, although solar power is currently lagging behind developed countries in terms of power generation capacity, it is possible to expand the development potential in terms of manpower and technology based on the semiconductor and display industries. As such, solar cells are expected to be an energy source that can solve future energy problems in Korea because they have less pollution, have infinite resources, and have a semi-permanent lifespan. It is expected that large-scale solar cell systems will be constructed in the future, but the big problem that has not been solved yet is the cost of power generation. At present, the price of solar cell power generation is ＄ 0.43 ~ 0.54 / kWh, which is double the price of general household electricity. Currently, 60% of the cells applied to photovoltaic power generation are monocrystalline Si solar cells and about 30% are polycrystalline Si solar cells. That is, solar cells using Si wafers account for 90%. As a result, the method to solve the cost problem of photovoltaic power generation in a short period of time is to lower the cost of manufacturing crystalline Si solar cells or to improve price competitiveness by improving 1 cell power generation efficiency.
또한 에너지 변환효율이 우수한 태양전지를 제조하기 위해서는 광에 의해서 생성된 광전자가 표면이나 계면에서 발생되는 손실을 최소화하여야 한다. CMOS와 같은 LSI 전자소자에서는 채널에 접합되어 있는 게이트 유전체와 반도체간의 계면에서 포획되어 있는 전하가 주로 전기적 손실을 야기하게 된다. 특히 태양전지를 응용하는 경우 단결정 실리콘 웨이퍼에서 발생하는 전기적인 손실은 주로 표면에서 발생하게 된다. 최근 태양전지 제조비용을 줄이기 위하여 사용하는 매우 얇은 단결정 실리콘 웨이퍼의 경우 bulk에서 발생하는 전기적 손실보다 표면에서 급격하게 증가하게 된다. 이러한 전기적 손실은 주로 재결합 손실로써 태양에너지에서 생성된 전자-정공쌍(electron-hole pair)이 반도체의 계면이나 표면에서 재결합되는 과정을 말한다. 재결합손실은 계면이나 표면의 결함밀도에 비례하며 소위 결합되지 않은 원자결합(dangling bond)으로부터 기인한다. 이러한 결함을 제거하기 위하여 첫번째로 수소원자, 이종의 절연물질 또는 반도체 물질을 이용하여 보호하게 되는데 이를 계면 패시베이션(passivation)이라 한다. 대표적인 예가 thermal SiO2 를 형성시킨 후 수소분위기나 forming 가스 분위기에서 어닐링(annealing) 하는 것이다. 두번째로, 반도체의 내부에 인위적인 전계를 형성시켜 패시베이션 하는 방법이 있으며, 이를 전계효과 패시베이션이라 한다. 이러한 전계는 계면이나 패시베이션 내부에 고정전하(fixed charge)를 생성시켜 재결합되는 속도를 낮추는 효과가 있다. In addition, in order to manufacture a solar cell with excellent energy conversion efficiency, it is necessary to minimize the loss of photoelectrons generated at the surface or interface. In LSI electronic devices such as CMOS, the charge trapped at the interface between the gate dielectric and the semiconductor bonded to the channel mainly causes electrical losses. In particular, in the case of solar cell applications, the electrical losses occurring in single crystal silicon wafers are mainly generated on the surface. Recently, a very thin single crystal silicon wafer used to reduce the solar cell manufacturing cost is rapidly increased on the surface than the electrical loss generated in the bulk. This electrical loss is mainly a recombination loss, a process in which electron-hole pairs generated from solar energy are recombined at an interface or surface of a semiconductor. Recombination loss is proportional to the density of defects at the interface or surface and results from the so-called dangling bonds. In order to remove such defects, first, a hydrogen atom, a heterogeneous insulating material, or a semiconductor material is used to protect the surface. This is called interface passivation. A typical example is the formation of thermal SiO 2 followed by annealing in a hydrogen atmosphere or forming gas atmosphere. Secondly, there is a method of forming an artificial electric field inside the semiconductor to passivate, which is called a field effect passivation. Such an electric field has an effect of lowering the rate of recombination by generating fixed charges inside the interface or passivation.
이러한 전계효과 패시베이션 방법에서, Al2O3를 사용하여 패시베이션층을 형성하는 경우, 전극 형성 공정시 고온의 급속 열처리 공정(firing)에 의해, 생성된 고정전하가 제거되어 패시베이션 효과가 줄어드는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하여 에너지 변환효율이 우수한 태양전지를 제조하는데 그 목적이 있다. In the field effect passivation method, when the passivation layer is formed using Al 2 O 3 , there is a problem that the generated static charge is removed by rapid firing at a high temperature during electrode formation, thereby reducing the passivation effect. . Therefore, the present invention has been made to solve the above problems and to manufacture a solar cell having excellent energy conversion efficiency.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 태양전지 제조방법은 제1도전형 기판에 제2도전형의 접합층을 형성하는 단계; 상기 제2도전형의 접합층 위에 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄이기 위한 전면 TiO2층을 형성하는 단계; 및 상기 제2도전형의 접합층 위에 위치하는 전면전극 및 상기 기판의 후면에서 상기 기판과 접촉하는 후면전극을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어진다. 상기 전면 TiO2층은 원자층 증착법(ALD)에 의해 형성되며, 상기 원자층 증착법(ALD)은 전구체로 테트라키스 디메틸아미도 티타늄(Tetrakis Dimethyl Amido Titanium, TDMAT)를 사용하는 것을 특징으로 한다. A solar cell manufacturing method according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a bonding layer of the second conductive type on the first conductive substrate; Forming a front TiO 2 layer on the second conductive junction layer to reduce surface loss due to recombination of electron-hole pairs; And forming a front electrode positioned on the bonding layer of the second conductive type and a rear electrode contacting the substrate at a rear surface of the substrate. . The front TiO 2 layer is formed by atomic layer deposition (ALD), and the atomic layer deposition (ALD) is characterized by using Tetrakis Dimethyl Amido Titanium (TDMAT) as a precursor.
또한, 상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계는 소성공정(firing)을 포함하며, 상기 소성공정(firing) 시에 상기 전면 TiO2 층의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 증가시키는 것을 특징으로 하며, 상기 소성공정(firing)은 벨트로(belt furnace)를 사용하여 800oC 내지 1000oC에서 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the forming of the front electrode and the back electrode includes firing, and the carrier lifetime of the fixed charge of the front TiO 2 layer during firing. It is characterized in that for increasing, the firing process (firing) is characterized in that it is made at 800 o C to 1000 o C using a belt furnace (belt furnace).
본 발명에 따른 태양전지는 제1도전형 기판; 상기 제1도전형 기판 위에 위치하고, 상기 제1도전형 기판과 반대의 제2도전형의 접합층; 및 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄이기 위한 전면 TiO2층; 을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1도전형 기판은 n형 또는 p형 도전형 기판이고, 상기 제2도전형의 접합층은 상기 제1도전형 기판과 다른 도전형을 가진다. 또한, 상기 제1도전형 기판이 n형인 경우, 상기 제1도전형 기판의 전면에 TiO2층을 포함하고, 상기 제1도전형 기판이 p형인 경우, 상기 제1도전형 기판의 후면에 TiO2층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The solar cell according to the present invention comprises a first conductive substrate; A second conductive bonding layer on the first conductive substrate and opposite to the first conductive substrate; And a front TiO 2 layer to reduce surface loss due to recombination of electron-hole pairs; The first conductive substrate may be an n-type or p-type conductive substrate, and the second conductive bonding layer may have a different conductivity type from that of the first conductive substrate. In addition, when the first conductive substrate is n-type, the TiO 2 layer is included on the front surface of the first conductive substrate, and when the first conductive substrate is p-type, TiO is formed on the rear surface of the first conductive substrate. It is characterized by including two layers.
본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조방법은 고온의 소성공정(firing) 과정 후 TiO2 층의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 증가시켜 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄일 수 있으며, 따라서 기존의 태양전지 제조공정을 이용할 수 있고, 에너지 변환효율을 증가시킬 수 있다. Solar cell and solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention increases the carrier lifetime of the fixed charge (TiO 2 ) of the TiO 2 layer after the firing process of a high temperature of the electron-hole pair The surface loss due to recombination can be reduced, so that the existing solar cell manufacturing process can be used, and the energy conversion efficiency can be increased.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 TiO2층 형성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지를 425℃에서 어닐링(thermal annealing) 처리를 한 경우 경우의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지를 1000℃에서 소성공정(firing) 처리한 경우의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전면에만 TiO2층을 형성한 태양전지에 어닐링(thermal annealing) 처리를 하지 않은 경우의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전면에만 TiO2층을 형성한 태양전지에 1000℃에서 소성공정(firing) 처리를 한 경우의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 나타낸 그래프이다. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process of forming a TiO 2 layer using atomic layer deposition (ALD) according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a carrier lifetime of a fixed charge when the solar cell according to an embodiment of the present invention is subjected to annealing (thermal annealing) at 425 ° C.
FIG. 5 is a graph showing a carrier lifetime of fixed charges when a solar cell is fired at 1000 ° C. according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing carrier lifetime of fixed charges when annealing is not performed on a solar cell in which a TiO 2 layer is formed only on the front surface according to an embodiment of the present invention. .
FIG. 7 illustrates a carrier lifetime of fixed charges when firing is performed at 1000 ° C. on a solar cell having a TiO 2 layer formed only on its front surface according to an embodiment of the present invention. It is a graph.
실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화되어질 수 있고, 여기에서 설명되는 양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양태들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다.The embodiments may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the aspects set forth herein. Rather, the above aspects make the embodiments more thorough and complete, and fully convey the scope of the embodiments to those skilled in the art.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 층, 막, 영역, 판 등의부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적으로" 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다. In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. And when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is "on top" of another part, this includes not only when the other part is "right over" but also when there is another part in the middle. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. In addition, when a part is formed "overall" on another part, not only is formed in the whole surface of another part, but also includes what is not formed in the edge part.
본 발명은 전면전극 및 후면전극을 형성하는 고온의 소성공정(firing) 과정 후 TiO2 층의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(carrier lifetime)을 증가시켜 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄일 수 있는 태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에서는 태양전지의 제조 재료로 실리콘 기판을 예로 설명한다. The present invention increases the carrier lifetime of the fixed charge of the TiO 2 layer after the high temperature firing process for forming the front electrode and the back electrode, thereby reducing the surface loss due to the recombination of the electron-hole pair. It relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell that can be reduced. In an embodiment of the present invention, a silicon substrate is described as an example of a solar cell manufacturing material.
이하에서는 우선, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 구성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이후, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지는 제1도전형 기판(11), 제1도전형 기판 위에 위치하고 제2도전형의 접합층(12), 제2도전형의 접합층 위에 위치하는 전면 TiO2층(13), 전면 TiO2층 위에 위치하는 반사방지막(14), 전면전극(15), 후면전극(16), 후면 전계형성층(17)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention is disposed on the first
이러한 태양전지의 일반적인 동작은 다음과 같다. 제1도전형 기판과 제2도전형의 접합층이 접한 p-n접합부에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 일반적으로 반도체에 밴드 갭 에너지 이하의 빛이 들어가면 반도체 내의 전자와 약하게 상호작용하고, 밴드 갭 이상의 빛이 들어가면 공유결합 내의 전자를 여기시켜 캐리어로써 전자 정공쌍을 생성한다. 빛에 의하여 형성된 캐리어들은 재결합과정을 통하여 정상상태로 돌아온다. 빛에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 제1도전형 기판과 제2도전형의 접합층으로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아지고, 이를 전력으로 이용할 수 있게 된다.The general operation of such a solar cell is as follows. When light enters the p-n junction where the first conductive substrate and the second conductive junction layer are in contact with each other, electrons and holes are generated inside the semiconductor by light energy. In general, when light below the band gap energy enters the semiconductor, the light interacts weakly with electrons in the semiconductor, and when light above the band gap enters the electrons in the covalent bond, it generates electron hole pairs as carriers. Carriers formed by light return to their normal state through the recombination process. The electrons and holes generated by the light energy are moved to the bonding layers of the first conductive substrate and the second conductive type by the internal electric fields, respectively, and are collected at both electrode portions, and thus can be used as electric power.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지는 제1도전형 기판 표면에 텍스처링 구조를 형성하는 단계(S210), 제1도전형 기판 위에 제2도전형의 접합층을 형성하는 단계(S220), 전면 TiO2층 형성단계(S230), 반사방지막 형성단계(S240), 전면전극 및 후면전극 형성단계(S250)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, in the solar cell according to the present invention, forming a texturing structure on the surface of the first conductive substrate (S210) and forming a bonding layer of the second conductive type on the first conductive substrate (S220). ), A front TiO 2 layer forming step (S230), an anti-reflection film forming step (S240), and a front electrode and a back electrode forming step (S250).
먼저, 제1도전형 기판 표면에 텍스처링 구조를 형성하는 단계(S210)에 대하여 상세히 설명한다. First, the step (S210) of forming a texturing structure on the surface of the first conductive substrate will be described in detail.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 제1도전형 기판(11)은 n형 또는 p형 도전형을 가질 수 있다. 상기 제1도전형 기판(11)이 p형의 도전형을 가지는 경우, 상기 제1도전형 기판(11)은 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1도전형 기판(11)이 n형 도전형을 가지는 경우, 상기 제1도전형 기판(11)은 인, 비소, 안티몬 등과 같은 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1도전형 기판(11)이 n형의 도전형을 가지는 경우에 대하여 상세히 설명한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the first
상기 제1도전형 기판(11)에 대해 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 방법 또는 습식 식각(Wet Etching) 방법을 이용하여 텍스처링(texturing) 구조를 형성한다.(S210) 텍스처링 구조는 입사되는 태양광을 난반사시켜 태양광의 흡수율을 최대한으로 하는 효과가 있다. 이러한 텍스처링 구조를 형성하는 단계는 생략될 수 있다.A texturing structure is formed on the first
다음으로 상기 제1도전형 기판(11) 위에 제2도전형의 접합층(12)를 형성하는 단계(S220)에 대하여 상세히 설명한다. Next, the step (S220) of forming the second
상기 제1도전형 기판(11) 위에 상기 제1도전형 기판(11)과 반대의 도전형을 가지는 불순물을 도핑하여 접합층(12)을 형성한다. 상기 제2도전형의 접합층(12)은 특히, 본 실시예에서 p형 도전형을 가질 수 있다. 상기 접합층(12)은 빛이 입사되는 면, 즉 상기 제1도전형 기판(11)의 전면에 위치한다. 상기 접합층(12)이 정상적으로 형성되면, 상기 접합층(12) 형성시 발생하는 부산물을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 상기 부산물은 p형 기판에 n형 불순물을 확산시키는 경우 생성되는 PSG(Phosphor-Silicate Glass) 또는 n형 기판에 p형 불순물을 확산시키는 경우 생성되는 BSG(Boro-Silicate Glass) 등을 말한다. 상기 PSG 또는 BSG는 전지의 전류를 차폐시키는 역할을 하기 때문에 전지효율을 높이기 위해서 제거해 주어야 한다. The
이렇게 형성된 상기 접합층(12)은 상기 제1도전형 기판(11)과 p-n 접합을 이룬다. 이러한 p-n 접합으로 인해 발생하는 내부 전위차로 인해 상기 제1도전형 기판(11)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. The
따라서, 상기 제1도전형 기판(11)이 n형이고 상기 접합층(12)이 p형인 경우, 분리된 정공은 상기 접합층(12) 쪽으로 이동하고, 분리된 전자는 상기 제1도전형 기판(11) 쪽으로 이동한다. Therefore, when the first
한편, 상기 제1도전형 기판(11)이 p형이고 상기 접합층(12)이 n형인 경우, 분리된 정공은 상기 제1도전형 기판(11) 쪽으로 이동하고, 분리된 전자는 상기 접합층(12) 쪽으로 이동한다. On the other hand, when the first
다음으로 전면 TiO2 층(13)을 형성하는 단계(S230)에 대하여 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. Next, the step S230 of forming the front TiO 2 layer 13 will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 전면 TiO2층(13) 형성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a process of forming the front surface TiO 2 layer 13 using atomic layer deposition (ALD) according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2층은 기판에 테트라 디메틸아미도 티타늄(Tetra Dimethyl Amido Titanium, TDMAT)를 공급하는 단계(S310), 제1퍼징단계(S320), H2O 분위기에서 산소(O2) 공급단계(S330), 제2퍼징단계(S340)를 포함하는 원자층 증착법(Atomic Layer Depositon)을 통해 형성된다. As shown in FIG. 3, the TiO 2 layer according to the embodiment of the present invention supplies a tetra dimethyl amido titanium (TDMAT) to a substrate (S310) and a first purging step (S320). In the H 2 O atmosphere, oxygen (O 2 ) is formed through an atomic layer deposition method (Atomic Layer Depositon) including a supply step (S330), the second purging step (S340).
상기 기판에 테트라 디메틸아미도 티타늄(Tetra Dimethyl Amido Titanium, TDMAT)를 공급하는 단계(S310)는 반응기 내에서 제1도전형 기판(11)에 전구체로서 테트라 디메틸아미도 티타늄(Tetra Dimethyl Amido Titanium, TDMAT)를 약 1.5초간 투입하면 테트라 디메틸아미도 티타늄(Tetra Dimethyl Amido Titanium, TDMAT)가 반응하여 상기 제1도전형 기판(11)상에 증착된다. 다음으로 제1퍼징단계(S320)는 불활성기체인 아르곤(Ar)을 5초간 반응기 내부로 투입하여 상기 제1도전형 기판(11) 상에 있는 불순물(증착되지 않은 TDMAT)을 제거한다. H2O 분위기에서 산소(O2)를 공급하는 단계(S330)는 상기 제1도전형 기판(11)에 존재하는 유기화합물을 제거하기 위한 공정으로 약 2초간 산소(O2)를 공급하여 순수한 TiO2 만 남길 수 있도록 하는 공정이다. 제2퍼징단계(S340)는 상기 제1퍼징단계(S320)와 마찬가지로 불활성기체인 아르곤(Ar) 가스를 5초간 반응기에 투입하여 기판상의 불순물(전구체의 리간드와 H2O의 리간드가 반응한 물질)을 제거하게 된다. 이 때 반응기 내부의 온도는 250℃ 일 수 있다. 상기의 원자층 증착법(ALD)의 각 단계를 통해 21nm 의 두께를 가지는 전면 TiO2층(13)을 형성할 수 있다. The step of supplying tetra dimethyl amido titanium (TDMAT) to the substrate (S310) is a tetra dimethyl amido titanium (TDMAT) as a precursor to the first
계속해서 도1 및 도2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Subsequently, a solar cell manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
상기 전면 TiO2층(13) 위에 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막(14)을 형성하는 단계(S240)에 대하여 상세히 설명한다. It will be described in detail step (S240) to form an
상기 반사방지막(14)은 SiO2, SiNx, Al2O3, SiOxNy 등과 같이 1.5 내지 2.5 사이의 굴절률을 가지는 유전체 물질로 형성한다. 이는 화학증착(CVD), 스퍼터링(sputtering), 열산화(thermal oxidation), 스프레이 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. The
이하에서 전면전극 및 후면전극 형성단계(S250)에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the front electrode and the back electrode forming step (S250) will be described in detail.
전면전극 및 후면전극을 형성하기 위하여, 상기 접합층(12)의 상부와 상기 제1도전형 기판(11)의 후면에 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 함유한 도전성 페이스트를 스크린프린팅(screenprinting) 기법을 사용하여 도포한다. 여기서, 바람직하게는 상기 전면전극(15)에는 은(Ag)을, 상기 후면전극(16)에는 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 후면전극(16)은 알루미늄(Al) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), d은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다. 상기 형성된 반사방지막(14)의 일부분을 제거하여 전면전극용 홈을 적어도 하나 이상 형성하는 패터닝(patterning) 공정을 수행한다. 여기서, 상기 패터닝 공정은, 제2도전형의 상기 접합층(12)은 식각되지 않고 상기 반사방지막(14)만이 식각되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 패터닝공정은 광식각(photo-lithography)방법, 식각 페이스트(etching paste)를 이용한 잉크젯(inkjet) 또는 스크린프린팅(screen printing)방법, 레이저를 이용한 패터닝 방법들에 의해 실시될 수 있다. Screen printing of a conductive paste containing aluminum (Al) or silver (Ag) on the top of the
상기 패턴을 형성한 후, 상기 제1도전형 기판(11)을 벨트로(belt furnace) 내부로 위치시켜 1000℃의 소성공정(firing)을 수행한다. 상기 소성공정(firing)은800℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있다. 고온의 소성공정(firing)을 통해 상기 제2도전형의 접합층(12)과 전기적으로 접속하는 전면전극(15), 상기 제1도전형 기판(11)과 전기적으로 접속하는 후면전극(16)이 형성된다. 또한, 후면전극(16) 중 제1도전형 기판(11)의 후면과 접촉된 부분이 상기 제1도전형 기판(11) 보다 높은 농도를 가지는 후면 전계형성층(17)으로 형성된다. After the pattern is formed, the first
상기 후면 전계형성층(17)이 형성되면 상기 제1도전형 기판(11)의 후면에 후면전계(Back Surface Field)가 형성된다. 이러한 후면전계는 제1도전형 기판(11)이 n형의 도전형을 가지는 경우, 상기 제1도전형 기판(11)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 정공이 후면전극(16)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(15) 쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 상기 제1도전형 기판(11)이 p형의 도전형을 가지는 경우, 상기 제1도전형 기판(11)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극(16)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(15) 쪽으로 이동하도록 하여 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. When the back surface
이 경우, 기존의 Al2O3층을 이용한 태양전지의 경우 전계 효과 패시베이션(passivation)에 의해 생성된 고정전하(fixed charge)가 제거되어 패시베이션 효과가 줄어드는 문제점이 있었다. 이에 본 발명에서는 패시베이션층(passivation layer)을 형성하는 물질로서 기존의 Al2O3가 아닌 TiO2를 사용하여, 캐리어의 수명시간을 증가시켜 패시베이션 효과를 향상시킨다.In this case, the conventional solar cell using the Al 2 O 3 layer has a problem that the passivation effect is reduced by removing the fixed charge generated by the field effect passivation (passivation). Therefore, in the present invention, using TiO 2 instead of Al 2 O 3 as a material for forming a passivation layer, the life time of the carrier is increased to improve the passivation effect.
이상에서 언급한 태양전지의 제조과정에, 상기 제1도전형 기판(11)의 후면에 TiO2층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 기판(11)의 후면에 TiO2층을 형성하는 단계는 상기 전면전극(11) 및 후면전극(16) 형성단계 전에 수행될 수 있다. In the aforementioned manufacturing process of the solar cell, the method may further include forming a TiO 2 layer on the rear surface of the first
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 TiO2층을 이용한 태양전지의 소수캐리어 밀도(minority carrier density)에 대한 고정전하(fixed charge)의 수명시간(lifetime)을 나타낸 그래프이다.4 to 7 are graphs showing lifetimes of fixed charges versus minority carrier density of solar cells using the TiO 2 layer according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판의 전면 및 후면에 패시베이션층을 형성한 태양전지를 425℃에서 어닐링(thermal annealing) 처리를 한 경우, Al2O3를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우의 캐리어의 수명시간이 약 2.05 x 10-5 (sec)로 가장 길게 나타났다. 하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 전면전극 및 후면전극을 형성하기 위한 1000℃ 고온의 소성공정(firing) 처리 후에 수명시간을 측정한 결과, Al2O3를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우 수명시간이 약 4.6 x 10-6 (sec)로 급격하게 줄어들었고, 반면에 TiO2를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우 수명시간이 오히려 약 2.8 x 10-6 (sec)에서 약 9.5 x 10-6 (sec)로 증가하였다. 이는 태양전지 제조과정에 반드시 필요한 소성공정(firing) 처리 시 캐리어의 수명시간을 증가시킴으로써, 전자-정공쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄여 태양전지의 에너지 변환 효율을 높일 수 있다는 것을 의미한다. As shown in FIG. 4, when the solar cell having the passivation layer formed on the front and rear surfaces of the substrate is subjected to a thermal annealing treatment at 425 ° C., a carrier when the passivation layer is formed using Al 2 O 3 . The longest life time was about 2.05 x 10 -5 (sec). However, as shown in FIG. 5, when the life time was measured after firing at 1000 ° C. high temperature to form the front electrode and the rear electrode, when the passivation layer was formed using Al 2 O 3 . The life time has been drastically reduced to about 4.6 x 10 -6 (sec), whereas when the passivation layer is formed using TiO 2 , the life time is rather about 9.5 x 10 - at about 2.8 x 10 -6 (sec). Increased to 6 (sec). This means that by increasing the life time of the carrier during the firing process necessary for the solar cell manufacturing process, it is possible to reduce the surface loss caused by the recombination of the electron-hole pair to increase the energy conversion efficiency of the solar cell.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판의 전면에만 패시베이션층을 형성한 태양전지를 어닐링(thermal annealing) 처리하지 않고 캐리어의 수명시간을 측정한 결과, Si를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우의 캐리어의 수명시간이 약 6.9 x 10-6 (sec)로 가장 길게 측정되었다. 하지만, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판의 전면에만 패시베이션층을 형성한 태양전지를 1000℃ 고온의 소성공정(firing) 처리한 경우, Si 및 Al2O3를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우는 캐리어의 수명시간이 모두 감소하였지만, TiO2를 사용하여 패시베이션층을 형성한 경우에는 오히려 약 2.1 x 10-6 (sec)에서 약 1.07 x 10-5 (sec)로 캐리어의 수명시간이 증가하였다. As shown in FIG. 6, the lifetime of the carrier was measured without annealing the solar cell having the passivation layer formed only on the front surface of the substrate, and as a result, when the passivation layer was formed using Si, The longest life was measured to be about 6.9 x 10 -6 (sec). However, as illustrated in FIG. 7, when the solar cell having the passivation layer formed only on the front surface of the substrate is subjected to firing at a high temperature of 1000 ° C., the passivation layer is formed using Si and Al 2 O 3 . Although the lifetimes of the carriers were all reduced, the lifetime of the carriers increased from about 2.1 x 10 -6 (sec) to about 1.07 x 10 -5 (sec) when the passivation layer was formed using TiO 2 . .
일반적으로 태양전지에는 하나의 패시베이션층이 형성된다. 제1도전형 기판이 p형 도전형을 가지는 경우에는 후면에, 제1도전형 기판이 n형 도전형을 가지는 경우에는 전면에 패시베이션층을 형성한다. 본 발명에서는 패시베이션에 따른 캐리어의 수명시간을 확인하기 위해 제1도전형 기판의 전면 및 후면 모두에 패시베이션층을 형성한 경우에 대해서도 측정하였음을 밝혀둔다. In general, one passivation layer is formed in a solar cell. The passivation layer is formed on the rear surface when the first conductive substrate has a p-type conductivity type, and on the front surface when the first conductive substrate has an n-type conductivity type. In the present invention, to determine the life time of the carrier according to the passivation, it was found that the measurement was also made when the passivation layer was formed on both the front and rear surfaces of the first conductive substrate.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
11 : 제1도전형 기판 15 : 전면전극
12 : 제2도전형의 접합층 16 : 후면전극
13 : 전면 TiO2 층 17 : 후면 전계형성층
14 : 반사방지막11: first conductive substrate 15: front electrode
12: bonding layer of the second conductive type 16: back electrode
13: front TiO 2 layer 17: rear field forming layer
14: antireflection film
Claims (7)
상기 제2도전형의 접합층 위에 전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄이기 위한 TiO2층을 형성하는 단계; 및
상기 제2도전형의 접합층 위에 위치하는 전면전극 및 상기 제1도전형 기판의 후면에서 상기 제1도전형 기판과 접촉하는 후면전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 태양전지 제조방법.Forming a bonding layer of a second conductive type on the first conductive type substrate;
Forming a TiO 2 layer on the second conductive bonding layer to reduce surface loss due to recombination of electron-hole pairs; And
Forming a front electrode positioned on the junction layer of the second conductive type and a rear electrode contacting the first conductive type substrate on a rear surface of the first conductive type substrate; ≪ / RTI >
상기 TiO2층은 원자층 증착법(ALD)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
The TiO 2 layer is a solar cell manufacturing method, characterized in that formed by atomic layer deposition (ALD).
상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계는 소성공정(firing)을 포함하며, 상기 소성공정(firing) 시에 상기 TiO2층의 고정전하(fixed charge)의 수명시간(lifetime)을 증가시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
Forming the front electrode and the back electrode includes firing, and increases the lifetime of the fixed charge of the TiO 2 layer during firing. Solar cell manufacturing method.
상기 소성공정(firing)은 벨트로(belt furnace)를 사용하여 800oC 내지 1000oC에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 3, wherein
The firing process (firing) using a belt furnace (belt furnace) using a solar cell manufacturing method, characterized in that made at 800 o C to 1000 o C.
상기 제1도전형 기판 위에 위치하고, 상기 제1도전형 기판과 반대의 제2도전형의 접합층; 및
전자-정공 쌍의 재결합에 의한 표면손실을 줄이기 위한 TiO2층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.A first conductive substrate;
A second conductive bonding layer on the first conductive substrate and opposite to the first conductive substrate; And
A TiO 2 layer to reduce surface loss due to recombination of electron-hole pairs; Solar cell comprising a.
상기 제1도전형 기판은 n형 또는 p형 도전형 기판이고, 상기 제2도전형의 접합층은 상기 제1도전형 기판과 다른 도전형을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 5, wherein
The first conductive type substrate is an n-type or p-type conductive substrate, and the second conductive type bonding layer has a different conductivity type from the first conductive type substrate.
상기 제1도전형 기판이 n형인 경우, 상기 제1도전형 기판의 전면에 TiO2층을 포함하고, 상기 제1도전형 기판이 p형인 경우, 상기 제1도전형 기판의 후면에 TiO2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지. The method of claim 5, wherein
In the case where the first conductive substrate is n-type, the TiO 2 layer is included on the front surface of the first conductive substrate, and when the first conductive substrate is p-type, the TiO 2 layer is formed on the rear surface of the first conductive substrate. Solar cell comprising a.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US11062818B2 (en) | 2014-01-03 | 2021-07-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Stacking structure having material layer on graphene layer and method of forming material layer on graphene layer |
| KR20230091646A (en) | 2021-12-16 | 2023-06-23 | 한국에너지기술연구원 | Measuring method for recombination loss of silicon solar cell and designing method for silicon solar cell using the same |
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- 2011-03-24 KR KR1020110026350A patent/KR101195040B1/en not_active IP Right Cessation
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