KR101406955B1 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 함몰형으로 형성된 전면 전극에 의해 수광량이 증가되고, 전면에 선택적으로 고농도 도핑이 수행된 전면 전계층과 후면에 형성된 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층에 의해, 전기 전도성과 개방 전압을 증가되어 광전 변환 효율이 향상된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. More specifically, due to the intrinsic amorphous silicon layer and the conductive amorphous silicon layer formed on the entire front and rear surfaces, in which the amount of received light is increased by the front electrode formed in a depressed shape and the high concentration doping is selectively performed on the entire surface, And more particularly, to a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency by increasing an open-circuit voltage and a method of manufacturing the same.
태양전지는 태양광을 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 그 응용 범위가 매우 넓다. 이러한 태양전지는 광전 변환 효율이 우수한 경우에도 20% 내외에 그치며 그 외 대부분의 빛은 그대로 투과되거나 반사되어 소실된다. 이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서 태양전지에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하면서, 태양전지 표면에서 태양광의 반사를 최소화하는 것은 매우 중요하다.Solar cell is a core element of solar power generation that converts sunlight into electricity, and its application range is very wide. Even when the photoelectric conversion efficiency is excellent, such a solar cell is limited to about 20%, and most of the remaining light is transmitted or reflected and is lost. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is very important to minimize the reflection of sunlight on the surface of the solar cell while maximizing the number of photons reaching the solar cell.
광전자의 수를 최대화하는 방안 중 하나로서, 태양광의 수광 범위, 다시 말하여 넓은 파장대의 태양광을 흡수하여 광전 변환을 수행하는 방안이 주목을 받고 있다. 태양광 중에서 장파장 대역의 빛의 광전 변화에 기여하는 태양전지의 국부 후면 전계층(local back surface field layer)을 형성하는 것이 한 예이다.As one of the methods for maximizing the number of photoelectrons, a method of performing photoelectric conversion by absorbing sunlight of a wide range of sunlight, that is to say, a sunlight range, has attracted attention. An example is the formation of a local back surface field layer of a solar cell that contributes to photoelectric conversion of light in the long wavelength band of sunlight.
종래의 태양전지는, 결정질의 p형 기판의 후면에 Al 등을 프린팅 후 소성 과정을 거쳐 Al 불순물이 확산된 결정질의 p+ 층을 형성함에 따라 후면 전계층을 구비하였다. 종래의 후면 전계층은 후면을 부동태화(passivation)하는 효과는 있었으나, 에너지 밴드갭이 적은 결정질 실리콘을 기반으로 하기 때문에 개방 전압을 제어하는 효과는 미비하여 광전 변환 효율의 향상에 큰 영향을 주지는 못하는 문제점이 있었다.In a conventional solar cell, a back surface layer is formed by printing Al or the like on the rear surface of a crystalline p-type substrate and forming a crystalline p + layer in which Al impurity is diffused through a sintering process. The conventional backside front layer has the effect of passivating the backside, but since it is based on crystalline silicon having a small energy band gap, the effect of controlling the open-circuit voltage is insufficient, There was a problem.
한편, 광전 변환 효율을 향상시키기 위한 반도체 기판 및 전극에서의 저항을 낮추는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 전극 형성 기술에 있어서는 종횡비(aspect ratio), 전극 밀도, 전극 면 저항 등을 제어하는 것이 중요한 과제로 부각되고 있다.On the other hand, studies for lowering the resistance of a semiconductor substrate and an electrode for improving photoelectric conversion efficiency have been actively carried out. Particularly, in the electrode forming technique, it is important to control the aspect ratio, the electrode density, It is becoming a challenge.
종래의 태양전지는, n형 또는 p형의 실리콘 기판 상의 전면에 고농도 도핑을 수행하여 n+ 또는 p+ 실리콘층을 형성하였다. 실리콘 기판 상의 전면에 고농도 도핑을 수행하였으므로, 면저항이 높아지게 되어 광전 변환 효율에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.In a conventional solar cell, high concentration doping is performed on the entire surface of an n-type or p-type silicon substrate to form an n + or p + silicon layer. Since high concentration doping is performed on the entire surface of the silicon substrate, there is a problem that the sheet resistance is increased and the photoelectric conversion efficiency is adversely affected.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지의 후면에 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층을 형성하여 개방 전압을 증가시킴과 동시에 태양전지의 후면을 부동태화 할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a solar cell having an intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer, And to provide a solar cell capable of passivating and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명은 실리콘 기판에 선택적으로 고농도 도핑을 수행하고 전면 전극과의 면 저항을 제어하여 광전 변환 효율을 향상시킨 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a solar cell in which high concentration doping is selectively performed on a silicon substrate and the surface resistance with the front electrode is controlled to improve the photoelectric conversion efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명의 상기의 목적은, 전면에 패턴이 형성된 실리콘 기판; 상기 패턴을 제외한 실리콘 기판의 전면 상에 형성된 실리콘 산화물(SiOx)을 포함하는 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 반사방지층; 상기 패턴에 n형 또는 p형 불순물이 확산되어 형성된 전면 전계층; 실리콘 기판의 후면 상에 순차적으로 형성된 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층; 상기 패턴 내에 형성된 전면 전극; 및 상기 도전형 비정질 실리콘층의 후면 상에 형성된 후면 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해 달성된다.The above object of the present invention can be achieved by a semiconductor device comprising: a silicon substrate having a pattern formed on its front surface; An insulating layer including silicon oxide (SiO x ) formed on a front surface of the silicon substrate excluding the pattern; An anti-reflection layer comprising silicon nitride (SiN x ) formed on the insulating layer; A front whole layer formed by diffusing n-type or p-type impurities into the pattern; An intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer sequentially formed on the back surface of the silicon substrate; A front electrode formed in the pattern; And a rear electrode formed on the rear surface of the conductive amorphous silicon layer.
실리콘 기판 상에 n형 또는 p형 불순물이 주입되어 형성된 보조 전면 전계층을 더 포함할 수 있다.And an auxiliary front layer formed by implanting n-type or p-type impurities on the silicon substrate.
상기 도전형 비정질 실리콘층과 상기 후면 전극 사이에 TCO(transparent conductive oxide)를 포함하는 투명전도층을 더 포함할 수 있다.And a transparent conductive layer including a transparent conductive oxide (TCO) between the conductive amorphous silicon layer and the rear electrode.
상기 n형 불순물은 N, P, As, Sb, Bi, P2O5, POCl3, As(C2H5)3, As(CH3)3, Bi(C6H5)3, Bi(CH3)3 또는 Bi(tmhd)3 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 p형 불순물은 B, Al, Ga, In, Tl 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The n-type impurity is N, P, As, Sb, Bi, P 2 O 5, POCl 3, As (C 2 H 5) 3, As (CH 3) 3, Bi (C 6 H 5) 3, Bi ( CH 3 ) 3 or Bi (tmhd) 3 , and the p-type impurity may include at least one of B, Al, Ga, In and Tl.
상기 전면 전극은, Sn, Ni, Cu, Ag, Au, Ti, Cr, Pd, Pb, Al 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 복수의 층으로 형성될 수 있다.The front electrode may be formed of a plurality of layers including at least one of Sn, Ni, Cu, Ag, Au, Ti, Cr, Pd, Pb and Al.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, (a) 실리콘 기판의 전면에 제1 레이저를 조사하여 패턴을 형성하는 단계; (b) 실리콘 기판의 전면 표면 또는 후면 표면 중 적어도 한 표면에 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 패턴에 n형 또는 p형 불순물을 주입하여 전면 전계층을 형성하는 단계; (d) 실리콘 기판의 전면 상에 실리콘 산화물(SiOx)을 포함하는 절연층을 형성하는 단계 (e) 상기 절연층 상에 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 반사방지층을 형성하는 단계; (f) 제2 레이저를 조사하여 상기 패턴에 형성된 상기 절연층 및 상기 반사방지층을 제거하는 단계; (g) 실리콘 기판의 후면 상에 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계; 및 (h) 상기 패턴 상에 전면 전극을 형성하고, 상기 도전형 비정질 실리콘층의 후면 상에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법에 의해 달성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) forming a pattern by irradiating a first laser onto a front surface of a silicon substrate; (b) forming a texturing structure on at least one surface of a front surface or a back surface of the silicon substrate; (c) implanting n-type or p-type impurity into the pattern to form a front whole layer; (d) forming an insulating layer including silicon oxide (SiO x ) on the entire surface of the silicon substrate; (e) forming an antireflective layer including silicon nitride (SiN x ) on the insulating layer; (f) irradiating a second laser to remove the insulating layer and the anti-reflection layer formed on the pattern; (g) sequentially forming an intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer on the back surface of the silicon substrate; And (h) forming a front electrode on the pattern, and forming a rear electrode on the rear surface of the conductive amorphous silicon layer.
본 발명에 따르면, 태양전지의 후면에 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층을 형성하여 개방 전압을 증가시킴과 동시에 태양전지의 후면을 부동태화 할 수 있다.According to the present invention, an intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer are formed on the back surface of a solar cell to increase the open voltage and to passivate the back surface of the solar cell.
또한, 본 발명에 따르면, 실리콘 기판에 고농도 도핑을 수행하고 전면 전극과의 면 저항을 제어하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.Also, according to the present invention, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency by performing high-concentration doping on the silicon substrate and controlling the surface resistance with the front electrode.
또한, 본 발명에 따르면, 함몰형으로 형성된 전면 전극에 의해 수광량이 증가하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the amount of received light can be increased by the front electrode formed in a depressed shape, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지를 나타내는 도면이다.1 to 8 are views sequentially illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views, and length and area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
이하의 상세한 설명에서는 설명의 편의를 위해 태양전지 중 일부만을 단면으로 도시하여 설명하도록 한다.In the following detailed description, only a part of the solar cell is shown in cross section for convenience of explanation.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.1 to 8 are views sequentially illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 8에 도시된 태양전지의 구조에 대하여 간략히 설명하고, 제조 방법을 설명한다.First, the structure of the solar cell shown in Fig. 8 will be briefly described and a manufacturing method will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 실리콘 기판(100), 전면 전계층(front surface field layer; 130), 절연층(200), 반사방지층(300), 진성 비정질 실리콘층(intrinsic amorphous silicon layer; 400), 도전형 비정질 실리콘층(500), 전면 전극(700) 및 후면 전극(800)을 포함하여 구성될 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a
실리콘 기판(100)은 n형 실리콘 기판(100) 또는 p형 실리콘 기판(100) 일 수 있다. 이하에서는 n형의 실리콘 기판(100), 더 자세히는 n형의 초크랄스키 실리콘(Czochralski silicon, Cz Si) 기판(100)을 상정하여 설명한다. n형 실리콘 기판(100)의 표면에 텍스쳐링(texturing) 구조(110)가 형성될 수 있다.The
실리콘 기판(100)의 패턴(P1)[도 7의 (a) 참조]에는 실리콘 기판(100)의 도전형과 같은 도전형의 불순물이 고농도로 확산된 전면 전계층(130)이 형성될 수 있다. 즉, n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 고농도의 15족 원소를 n형 불순물로 주입하여 n+ 전면 전계층(120)을 형성하고, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 고농도의 13족 원소를 p형 불순물로 주입하여 p+ 전면 전계층을 형성할 수 있다.The entire
패턴(P1)을 제외한 실리콘 기판(100)의 전면 상에는 실리콘 산화물(SiOx)을 포함하는 전면 절연층(200) 및 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 반사방지층(300)이 순차적으로 형성될 수 있다.A front
실리콘 기판(100)의 후면에는 진성 비정질 실리콘층(400) 및 도전형 비정질 실리콘층(500)이 순차적으로 형성될 수 있다. 도전형 비정질 실리콘층(500)은 실리콘 기판(100)과 도전형과 반대의 도전형의 불순물이 도핑될 수 있다. 즉, n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 p형의 비정질 실리콘층(500)을 형성할 수 있고, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 n형의 비정질 실리콘층(500)을 형성할 수 있다.The intrinsic
패턴(P1) 내에는 전면 전극(700)이 형성되고, 도전형 비정질 실리콘층(500)의 후면 상에는 후면 전극(800)이 형성될 수 있다.A
본 발명의 태양전지는, 후면에 진성 비정질 실리콘층(400) 및 도전형 비정질 실리콘층(500)을 형성함에 따라, 개방 전압(open circuit voltage)을 증가시킴과 동시에 태양전지의 후면을 부동태화 할 수 있는 것을 특징으로 한다. 결정질 실리콘은 에너지 밴드갭이 1.1eV 정도이나, 비정질 실리콘은 에너지 밴드갭이 1.7eV 정도로 결정질 실리콘보다 크므로, 태양전지의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 그리고, 실리콘 기판(100)에 비해 고농도로 도핑된 도전형 비정질 실리콘층(500)이 후면에 배치됨에 따라 소수 캐리어(minority carrier)가 태양전지의 후면으로 이동하여 재결합이 되는 것을 방해하며, 태양전지의 후면을 부동태화(passivation)하는 효과가 발생할 수 있다.In the solar cell of the present invention, since the intrinsic
또한, 본 발명의 태양전지는, 실리콘 기판(100) 상에 선택적으로 전면 전계층(130)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 실리콘 기판(100)의 패턴(P1) 내에 선택적으로 고농도의 전면 전계층(130)을 형성함으로써, 전면 전극(700)과의 면 저항을 제어하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the solar cell of the present invention is characterized in that the
또한, 본 발명의 태양전지는, 패턴(P1) 내에 함몰형으로 전면 전극(700)을 형성함에 따라 섀도잉 로스(shadowing loss)를 줄여 수광량을 향상시키고 광전 변환 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the solar cell of the present invention is characterized by reducing the shadowing loss by forming the
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 태양전지의 제조 과정을 살펴본다.Hereinafter, a manufacturing process of the solar cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
도 1을 참조하면, n형 실리콘 기판(100) 또는 p형 실리콘 기판(100)을 준비한다. n형 실리콘 기판(100)은 실리콘 기판에 인(phosphorus), 안티몬(antimony)과 같은 15족 원소를 불순물로 첨가하여 제조할 수 있고, p형 실리콘 기판(100)은 실리콘 기판에 붕소(boron), 알루미늄(aluminium)과 같은 13족 원소를 불순물로 첨가하여 제조할 수 있다. 이하에서는 n형 실리콘 기판(100)을 상정하여 설명한다.Referring to FIG. 1, an n-
다음으로, 도 2를 참조하면, n형 실리콘 기판(100)의 전면에 제1 레이저(L1)를 조사하여 패턴(P1)을 형성할 수 있다. 제1 패턴(P1)의 폭은 적어도 20㎛, 깊이는 10~40㎛인 것이 바람직하다. 제1 레이저(L1)가 실리콘 기판(100)의 특정 깊이만큼을 제거할 수 있도록, 제1 레이저(L1)는 펄스 레이저(pulsed laser)를 사용하는 것이 바람직하고, 펄스폭이 1~500ns인 적외선 펄스 레이저를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Next, referring to FIG. 2, a pattern P1 can be formed by irradiating the entire surface of the n-
다음으로, 도 3을 참조하면, 이어서 n형 실리콘 기판(100)의 표면에 텍스쳐링(texturing) 구조(110)를 형성할 수 있다. 도 3에서는 n형 실리콘 기판(100)의 전면 표면에만 텍스쳐링 구조(110)를 형성하는 것으로 도시되어 있으나, 후면 표면에도 텍스쳐링 구조(110)를 형성할 수 있다. 전면 표면에만 텍스쳐링 구조(110)를 형성할 때, 공정 비용, 공정의 효율성 등을 고려하여 실리콘 기판(100)의 한 면에만 텍스쳐링 구조(110)를 형성하기 어려운 경우, p형 실리콘 기판(100)의 후면까지 텍스쳐링 구조(110)를 형성한 후에, 후면의 평탄화 작업을 추가로 수행할 수도 있다.Next, referring to FIG. 3, a
본 발명에서 텍스쳐링이란, 태양전지의 n형 실리콘 기판(100) 표면에 입사되는 빛이 반사되어 광학적으로 손실됨으로써 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것이다. 즉, n형 실리콘 기판(100)의 표면을 거칠게 만드는 것으로서, n형 실리콘 기판(100) 표면에 피라미드(pyramid) 패턴(110) 또는 요철(凹凸) 패턴(110)을 형성하는 것을 말한다. 예를 들어, 텍스쳐링으로 n형 실리콘 기판(100)의 표면이 거칠어지면 표면에서 한번 반사된 빛이 태양전지 방향으로 재반사될 수 있으므로 빛이 손실되는 것을 감소시킬 수 있고, 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 텍스쳐링 방법으로는 화학적 에칭, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE), 샌드 블래스팅 등 공지의 텍스쳐링 방법을 사용할 수 있다. 일 예로, 텍스쳐링 구조(110)는 2~10㎛의 크기를 가지는 피라미드 패턴일 수 있고, n형 실리콘 기판(100)의 표면뿐만 아니라, 패턴(P1)의 내부에도 텍스쳐링 구조(110)가 형성될 수 있다.Texturing in the present invention is intended to prevent a phenomenon in which the incident light is reflected on the surface of the n-
한편, 도 3의 (b)를 참조하면, 실리콘 기판(100)의 패턴(P1)에 전면 전계층(130)을 형성하는 다음 공정에 들어가기 전에, 보조 전면 전계층(120)을 더 형성할 수도 있다. 보조 전면 전계층(120)은 실리콘 기판(100)의 내부에서 포톤(photon)에 의해 생긴 전자-정공 쌍 중에서 소수 캐리어(minority carrier)[n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 정공, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 전자]가 태양전지의 전면으로 이동하여 표면 또는 전면 전극(700)과의 경계에서 재결합이 되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.3 (b), before the next
보조 전면 전계층(120)은 실리콘 기판(100)의 도전형과 같은 도전형의 고농도 불순물을 이온 주입(ion implantation)을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 고농도의 15족 원소를 n형 불순물로 주입하여 n+형 보조 전면 전계층(120)을 형성하고, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 13족 원소를 p형 불순물로 주입하여 p+형 보조 전면 전계층(120)을 형성할 수 있다. n형 불순물은 N, P, As, Sb, Bi, P2O5, POCl3, As(C2H5)3, As(CH3)3, Bi(C6H5)3, Bi(CH3)3 또는 Bi(tmhd)3 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, p형 불순물은 B, Al, Ga, In, Tl 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The auxiliary front
불순물을 주입한 후에 750~950℃의 퍼니스에서 어닐링을 거쳐 면저항 40~120ohm/sq의 n+형 보조 전면 전계층(120) 또는 p+형 보조 전면 전계층(120)을 형성할 수 있다. 이온 주입 방법 외에도 퍼니스를 이용하여 POCl3(n형 불순물), BBr3(p형 불순물) 가스로 보조 전면 전계층(120)을 형성하는 등, 공지된 불순물 주입 방법을 제한없이 사용할 수 있다.After impurities are implanted, the n + type
다음으로, 도 4를 참조하면, 패턴(P1)에 n형 또는 p형 불순물을 주입하여 전면 전계층(130)을 형성할 수 있다. 전면 전계층(130)은 실리콘 기판(100) 내부에서 포톤(photon)에 의해 생긴 전자-정공 쌍 중에서 소수 캐리어(minority carrier)[n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 정공, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 전자]가 태양전지의 전면으로 이동하여 표면 또는 전면 전극(700)과의 경계에서 재결합이 되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.Next, referring to FIG. 4, the
전면 전계층(130)은 실리콘 기판(100)의 도전형과 같은 도전형의 고농도 불순물을 이온 주입하여 형성할 수 있다. 즉, n형 실리콘 기판(100)의 경우에는 15족 원소를 n형 불순물로 주입하여 n+형 전면 전계층(130)을 형성하고, p형 실리콘 기판(100)의 경우에는 13족 원소를 p형 불순물로 주입하여 p+형 전면 전계층(130)을 형성할 수 있다. 만약, 도 3의 (b)에서 설명한 보조 전면 전계층(120)을 형성한 경우라면, 전면 전계층(130)은 보조 전면 전계층(120)보다 고농도로 불순물을 주입할 수 있다. 즉, 보조 전면 전계층(120)이 n+형이면 전면 전계층(130)은 n++형으로, 보조 전면 전계층(120)이 p+형이면 전면 전계층(130)은 p++형으로 형성할 수 있다. 전면 전계층(130)은 불순물을 이온 주입(ion implantation)하여 형성할 수 있다. n형 불순물은 N, P, As, Sb, Bi, P2O5, POCl3, As(C2H5)3, As(CH3)3, Bi(C6H5)3, Bi(CH3)3 또는 Bi(tmhd)3 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, p형 불순물은 B, Al, Ga, In, Tl 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The front
불순물을 주입한 후에 750~950℃의 퍼니스에서 어닐링을 거쳐 면저항 40~120ohm/sq의 전면 전계층(130)을 형성할 수 있다. 이온 주입 방법 외에도 퍼니스를 이용하여 POCl3(n형 불순물), BBr3(p형 불순물) 가스로 전면 전계층(130)을 형성하는 등, 공지된 불순물 주입 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 퍼니스를 이용하여 전면 전계층(130)을 형성할 때에는, 실리콘 기판(100)의 전면 상에 100~2000nm 두께의 실리콘 산화막(미도시)을 형성한 후에, 도 2의 패턴(P1) 형성, 도 3의 전면 전계층(130) 형성 공정을 진행하는 것이 바람직하다. 이때 실리콘 산화막은 마스크로 작용하여 패턴(P1) 내부에만 불순물이 주입되도록 할 수 있다.After the impurities are implanted, the entire
그리고, 다음 공정에 들어가기 전에, 실리콘 기판(100) 상에 자연적으로 형성되어 있는 PSG, BSG 등의 절연막(미도시)을 HF가 포함된 수조 내에 디핑하여 제거하는 공정을 추가로 수행할 수도 있다.Before the next step, a step of dipping and removing an insulating film (not shown) such as PSG or BSG, which is formed naturally on the
다음으로, 도 5를 참조하면, n형 실리콘 기판(100)의 전면 상에 절연층(200) 및 반사방지층(300)을 순차적으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 5, an insulating
절연층(200)은 실리콘 산화물(SiOx)을 포함할 수 있다. 절연층(200)은 HNO3, KCN, 오존 등의 산화용액을 이용하여, 공지의 박막 형성 방법을 통해 실리콘 기판(100)의 전면 상에 5~25nm의 두께로 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 절연층(200)을 형성하는 공정은 생략할 수 있다.The insulating
반사방지층(300)은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 반사방지층(300)은 태양전지 표면을 보호하여 태양전지를 안정화하는 패시베이션 역할과 태양전지에 입사되는 광이 반사되지 않고 태양전지 내로 입사할 수 있도록 돕는 역할을 한다. 반사방지층(300)은 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등의 박막 증착 방법을 이용하여 절연층(200) 상에 70~90nm의 두께로 형성할 수 있다.The
다음으로, 도 6을 참조하면, 패턴(P1) 내에 형성된 절연층(200) 및 반사방지층(300)을 제2 레이저(L2)를 조사하여 제거할 수 있다. 제2 레이저(L2)가 절연층(200) 및 반사방지층(300)만을 선택적으로 제거할 수 있도록, 제2 레이저(L2)는 펄스 레이저(pulsed laser)를 사용하는 것이 바람직하고, 펄스폭이 0.1~100ps인 그린 펄스 레이저를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 수 피코초(pico second) 이상의 펄스폭을 가지는 피코초 레이저는 비열적 반응인 광화학 반응이 주가 되므로 고정밀 가공이 가능한 특성이 있다.Next, referring to FIG. 6, the insulating
다음으로, 도 7의 (a)를 참조하면, 실리콘 기판(100)의 후면 상에 진성 비정질 실리콘층(400) 및 도전형 비정질 실리콘층(500)을 순차적으로 형성할 수 있다. 여기서 도전형 비정질 실리콘층(500)은 n형 또는 p형으로 도전된 비정질 실리콘층(500)을 의미하며, 실리콘 기판(100)의 도전형과 반대의 도전형의 불순물이, 실리콘 기판(100)의 도핑 농도와 동일한 농도로 도핑되어 있는 것이 바람직하고, 실리콘 기판(100)의 도핑 농도보다 고농도로 도핑되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 즉, n형 실리콘 기판(100)을 사용할 경우 p형 또는 p+형의 비정질 실리콘층(500)을, p형 실리콘 기판(100)을 사용할 경우 n형 또는 n+형의 비정질 실리콘층(500)을 적층할 수 있다. 결정질 실리콘층보다 에너지 밴드갭이 큰 비정질 실리콘층을 형성함에 따라 개방전압(open circuit voltage)를 증가시켜 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있으며, 실리콘 기판(100), 진성 비정질 실리콘층(400) 및 도전형 비정질 실리콘층(500)을 접합함에 따라 패시베이션(passivation) 효과를 향상시킬 수 있다.Next, referring to FIG. 7A, an intrinsic
진성 비정질 실리콘층(400)은 SiH4와 H2 가스를 1:1~1:20의 비율로 사용한 PECVD 공정으로 증착할 수 있으며, 2~20nm의 두께로 증착할 수 있다.The intrinsic
도전형 비정질 실리콘층(500)은 SiH4와 H2 가스를 1:1~1:20의 비율로 사용하고 불순물을 0.1~5% 포함되도록 하여 PECVD 공정으로 증착할 수 있으며, 5~30nm의 두께로 증착할 수 있다.The conductive
한편, 도 7의 (b)를 참조하면, 후면 전극(800)을 형성하기 전에 도전형 비정질 실리콘층(500)과 후면 전극(800) 사이에 TCO(transparent conductive oxide)를 포함하는 투명전도층(600)을 형성할 수도 있다. TCO는 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 SnO2(SnO2:F) 중 어느 하나일 수 있다.Referring to FIG. 7B, a transparent conductive layer (not shown) including a transparent conductive oxide (TCO) is formed between the conductive
다음으로, 도 8을 참조하면, 전면 전극(700)과 후면 전극(800)을 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 8, a
전면 전극(700)은 패턴(P1) 내부, 즉 전면 전계층(130) 상에 형성할 수 있다. 전면 전극(700)의 형성은 스퍼터링(Sputtering), e-beam 증착(e-beam evaporation), 잉크젯(ink jet), 프린팅(printing), 플레이팅(plating), 도금 등 공지의 여러 전극 형성 방법을 사용할 수 있고, 일 예로 스크린 프린팅법(screen printing)을 이용하여 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 납(Pb), 알루미늄(Al) 등의 금속 및 이들의 합금을 포함하는 금속 페이스트를 도포한 후, 금속 페이스트를 소결하여 전면 전극(700)을 형성할 수 있다.The
한편, 전면 전극(700)은 복수의 층(미도시)으로 형성할 수도 있다. 일 예로, 전기전도도가 높은 구리(Cu)만으로 전면 전극(700)을 형성하는 경우에는 구리가 실리콘 기판(100)에 확산되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 구리 전극층과 실리콘 기판(100) 사이에 니켈(Ni) 전극층을 형성하여 구리가 실리콘 기판(100)에 확산하는 것을 방지하도록 할 수 있다. 또한, 니켈 전극층은 어닐링을 통해 실리콘 기판(100)의 경계면에서 금속간 화합물(intermetallic compound)를 형성하여 접촉 저항을 감소시키는 역할도 할 수 있다.Meanwhile, the
후면 전극(800)은 도전형 비정질 실리콘층(500) 상에 형성할 수 있고, 전면 전극(700)과 동일하게 공지의 여러 전극 형성 방법을 사용할 수 있다.The
이처럼, 본 발명은 태양전지의 후면에 진성 비정질 실리콘층(400) 및 도전형 비정질 실리콘층(500)을 형성하여 개방 전압을 증가시켜 광전 변환 효율을 향상시킴과 동시에 태양전지의 후면을 부동태화 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 실리콘 기판(100)의 일부에 선택적으로 고농도의 전면 전계층(130)을 형성할 수 있어 전면 전극(700)과의 면 저항을 제어하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 전면 전극(700)을 함몰형으로 형성하여 수광량을 증가시킴에 따라 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, the intrinsic
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지를 나타내는 도면이다.9 is a view showing a solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 3의 (b)에서 설명한 것처럼, 본 발명의 태양전지는 전면 상에 보조 전면 전계층(120)을 형성한 실리콘 기판(100)을 사용할 수 있다. 이 경우에는 보조 전면 전계층(120)이 저농도 도핑되고, 전면 전계층(130)이 고농도 도핑될 수 있다. 즉, 보조 전면 전계층(120)이 n+형이면 전면 전계층(130)은 n++형으로, 보조 전면 전계층(120)이 p+형이면 전면 전계층(130)은 p++형으로 형성하여, 실리콘 기판(100)의 소수 캐리어가 태양전지의 전면으로 이동하여 재결합이 되는 것을 더욱 효과적으로 막을 수 있고, 이에 따라 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.As described in FIG. 3B, the solar cell of the present invention can use the
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Variations and changes are possible. Such variations and modifications are to be considered as falling within the scope of the invention and the appended claims.
100: 실리콘 기판
110: 텍스쳐링 구조
120: 보조 전면 전계층
130: 전면 전계층
200: 전면 절연층
300: 반사방지층
400: 진성 비정질 실리콘층
500: 도전형 비정질 실리콘층
600: 투명전도층
700: 전면 전극
800: 후면 전극
L1: 제1 레이저
L2: 제2 레이저
P1: 패턴100: silicon substrate
110: Texturing structure
120: auxiliary front layer
130: Front whole layer
200: front insulation layer
300: antireflection layer
400: intrinsic amorphous silicon layer
500: conductive amorphous silicon layer
600: transparent conductive layer
700: front electrode
800: Rear electrode
L1: first laser
L2: second laser
P1: pattern
Claims (7)
상기 패턴을 제외한 실리콘 기판의 전면 상에 형성된 실리콘 산화물(SiOx)을 포함하는 절연층;
상기 절연층 상에 형성된 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 반사방지층;
상기 패턴에 n형 또는 p형 불순물이 확산되어 형성된 전면 전계층;
실리콘 기판의 후면 상에 순차적으로 형성된 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층;
상기 패턴 내에 형성된 전면 전극; 및
상기 도전형 비정질 실리콘층의 후면 상에 형성된 후면 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.A silicon substrate having a pattern formed on its front surface;
An insulating layer including silicon oxide (SiO x ) formed on a front surface of the silicon substrate excluding the pattern;
An anti-reflection layer comprising silicon nitride (SiN x ) formed on the insulating layer;
A front whole layer formed by diffusing n-type or p-type impurities into the pattern;
An intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer sequentially formed on the back surface of the silicon substrate;
A front electrode formed in the pattern; And
A back electrode formed on the back surface of the conductive amorphous silicon layer,
And a second electrode.
실리콘 기판 상에 n형 또는 p형 불순물이 주입되어 형성된 보조 전면 전계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
Further comprising an auxiliary front layer formed by implanting n-type or p-type impurities on the silicon substrate.
상기 도전형 비정질 실리콘층과 상기 후면 전극 사이에 TCO(transparent conductive oxide)를 포함하는 투명전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
And a transparent conductive layer including a transparent conductive oxide (TCO) between the conductive amorphous silicon layer and the rear electrode.
상기 n형 불순물은 N, P, As, Sb, Bi, P2O5, POCl3, As(C2H5)3, As(CH3)3, Bi(C6H5)3, Bi(CH3)3 또는 Bi(tmhd)3 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 p형 불순물은 B, Al, Ga, In, Tl 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
The n-type impurity is N, P, As, Sb, Bi, P 2 O 5, POCl 3, As (C 2 H 5) 3, As (CH 3) 3, Bi (C 6 H 5) 3, Bi ( CH 3 ) 3 or Bi (tmhd) 3 ,
Wherein the p-type impurity includes at least one of B, Al, Ga, In, and Tl.
상기 전면 전극은, Sn, Ni, Cu, Ag, Au, Ti, Cr, Pd, Pb, Al 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 복수의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the front electrode is formed of a plurality of layers including at least one of Sn, Ni, Cu, Ag, Au, Ti, Cr, Pd, Pb and Al.
(b) 실리콘 기판의 전면 표면 또는 후면 표면 중 적어도 한 표면에 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계;
(c) 상기 패턴에 n형 또는 p형 불순물을 주입하여 전면 전계층을 형성하는 단계;
(d) 실리콘 기판의 전면 상에 실리콘 산화물(SiOx)을 포함하는 절연층을 형성하는 단계
(e) 상기 절연층 상에 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하는 반사방지층을 형성하는 단계;
(f) 제2 레이저를 조사하여 상기 패턴에 형성된 상기 절연층 및 상기 반사방지층을 제거하는 단계;
(g) 실리콘 기판의 후면 상에 진성 비정질 실리콘층 및 도전형 비정질 실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
(h) 상기 패턴 상에 전면 전극을 형성하고, 상기 도전형 비정질 실리콘층의 후면 상에 후면 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.(a) forming a pattern by irradiating a first laser onto a front surface of a silicon substrate;
(b) forming a texturing structure on at least one surface of a front surface or a back surface of the silicon substrate;
(c) implanting n-type or p-type impurity into the pattern to form a front whole layer;
(d) forming an insulating layer containing silicon oxide (SiO x ) on the entire surface of the silicon substrate
(e) forming an antireflective layer comprising silicon nitride (SiN x ) on the insulating layer;
(f) irradiating a second laser to remove the insulating layer and the anti-reflection layer formed on the pattern;
(g) sequentially forming an intrinsic amorphous silicon layer and a conductive amorphous silicon layer on the back surface of the silicon substrate; And
(h) forming a front electrode on the pattern, and forming a back electrode on the rear surface of the conductive amorphous silicon layer
≪ / RTI >
상기 제1 레이저는 펄스폭이 1 ns 내지 500 ns인 적외선 펄스 레이저(pulsed infrared laser)이고, 상기 제2 레이저는 펄스폭이 0.1 ps 내지 100 ps인 그린 펄스 레이저(pulsed green laser)인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the first laser is an infrared pulsed laser having a pulse width of 1 ns to 500 ns and the second laser is a pulsed green laser having a pulse width of 0.1 ps to 100 ps Gt;
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