KR101472018B1 - Back contact solar cell and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 다른 불순물의 확산 영역이 겹치는 겹침(butting) 영역이 제거된 후면전극 태양전지와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명의 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성되고 그루부(groove)에 의해 상호 이격된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역과, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결되고 양극과 음극으로 구성되는 후면 전극을 포함한다. 또한 본 발명의 후면전극 태양전지의 제조방법에 따르면 상기 그루부는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 불순물 겹침 영역을 화학적 에칭 또는 레이저 스크라이빙법 등을 통해 형성할 수 있다.The back electrode solar cell of the present invention is formed on the back surface of a silicon wafer substrate. More specifically, the back electrode solar cell of the present invention is formed on the back surface of a silicon wafer substrate A first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region which are mutually spaced apart by a groove and a back electrode connected to the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region and composed of an anode and a cathode. According to the manufacturing method of the rear electrode solar cell of the present invention, the grooves are formed in the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region formed on the rear surface of the silicon wafer substrate by chemical etching or laser scribing can do.
실리콘 웨이퍼 기판, 후면전극 태양전지, 불순물, 겹침 Silicon wafer substrate, back electrode solar cell, impurity, overlapping
Description
본 발명은 후면전극 태양전지와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 후면전극 태양전지의 에미터(Emitter)와 전계(BSF, Back Surface Field)구조 사이의 겹침(butting) 방지를 위한 에칭 페이스트 공정과 레이저 스크라이빙 공정 등의 기술을 이용한 후면전극 태양전지의 제조방법과 이를 통해 제조된 태양전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rear electrode solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a back electrode solar cell including an etching paste for preventing butting between an emitter of a back electrode solar cell and a back surface field (BSF) The present invention relates to a manufacturing method of a rear electrode solar cell using a technique such as a laser scribing process and a manufacturing method thereof.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using photovoltaic effect. The solar cell is divided into a silicon solar cell, a thin film solar cell, a dye-sensitized solar cell, and an organic polymer solar cell . These solar cells are independently used as main power sources for electronic clocks, radios, unmanned lighthouses, satellites, rockets, etc., and are also used as auxiliary power sources in connection with commercial AC power systems. Recently, The interest in solar cells is increasing.
특히 후면전극 태양전지는 기존의 태양전지와는 달리 음극 및 양극 전극과 배선을 모두 후면에 배치함으로써 수광율을 높임과 동시에 직렬저항을 줄일 수 있고, 모듈제작이 용이하므로 고효율 태양전지 제조에 매우 유망한 기술로 주목 받고 있다.In particular, unlike the conventional solar cell, the rear electrode solar cell can reduce the series resistance while increasing the light receiving rate by arranging the cathode and the anode electrode and the wiring on the rear surface, and it is very promising for manufacturing a high efficiency solar cell Technology.
본 발명은 고효율 태양전지로서의 후면전극 태양전지에 있어서 광전 변환 효율에 영향을 미치는 에미터 영역과 BSF 영역 간에 겹침 영역이 최소화되거나 제거되어 효율이 높은 후면전극 태양전지를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a back electrode solar cell having a high efficiency by minimizing or eliminating an overlapping region between an emitter region and a BSF region that affects photoelectric conversion efficiency in a back electrode solar cell as a high efficiency solar cell.
또한 본 발명은 기존의 태양전지 제조 공정을 활용하면서 비교적 간단하게 에미터 영역과 BSF 영역 간에 겹침을 방지하는 기술을 통해 생산 비용의 면에서 저비용인 고효율의 후면전극 태양전지를 제공한다.Also, the present invention provides a rear electrode solar cell with high efficiency and low cost in terms of production cost through a technique of preventing overlapping between the emitter region and the BSF region while relatively utilizing a conventional solar cell manufacturing process.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .
고효율의 태양전지인 본 발명의 후면전극 태양전지에 있어서의 광전 변환 효율성은 에미터(emitter) 형성과 BSF(Back Surface Field) 형성 기술이 가장 큰 영향을 미친다.The photoelectric conversion efficiency of the rear electrode solar cell of the present invention, which is a high efficiency solar cell, has the greatest influence on emitter formation and BSF (Back Surface Field) formation technology.
후면전극 태양전지는 대면적 (149 cm2)에서 22% 이상의 Cell 효율 및 20%에 근접한 모듈 효율을 보이고 있다.Back-electrode solar cells show cell efficiencies of 22% or more and module efficiencies close to 20% at a large area (149 cm 2 ).
이러한 효율을 얻기 위해서는, 보론(B, Boron)과 같은 3족 원소들로 이루어진 p형 반도체 불순물 도핑을 통한 에미터 형성과, 포스포러스(P, Phosphorous)와 같은 5족 원소들로 이루어진 n형 반도체 불순물 도핑에 의한 BSF 형성 기술은 후면전극 태양전지의 효율성을 좌우하는 중요한 인자로서, 22% 이상의 초고효율 태양전지 제조를 위해서는 정확한 도핑 농도 및 프로파일, 접합 깊이 조절 등이 요구된다.In order to achieve such an efficiency, emitter formation through p-type semiconductor impurity doping consisting of Group 3 elements such as boron (B), and n-type semiconductor consisting of Group 5 elements such as phosphorus (P, phosphorus) The BSF formation technique by impurity doping is an important factor that determines the efficiency of the back electrode solar cell. In order to manufacture the ultra-high efficiency solar cell of 22% or more, accurate doping concentration, profile, and junction depth are required.
이와 함께 에미터와 BSF 형성의 최적화 조건 중 하나는 에미터의 p형 반도체 불순물 도핑 영역과 BSF의 n형 반도체 불순물 도핑 영역이 겹치지(butting) 않아야 한다. 상기 에미터의 p형 반도체 불순물 도핑 영역과 BSF의 n형 반도체 불순물 도핑 영역의 겹침 영역에서는 홀과 전자의 재결합이 급격히 증가하기 때문에 이러한 겹침 영역이 넓거나 많을수록 후면전극 태양전지의 효율은 크게 감소하게 된다. 따라서 일반적으로 에미터 영역과 BSF 영역 사이에 도핑이 되지 않는 진성(intrinsic) 반도체 완충 영역(buffer)을 두기도 하는데 이러한 완충 영역 형성은 매우 미세한 조절이 필요하여 기술적으로 용이하지 않은 실정이다.In addition, one of the optimization conditions of the emitter and BSF formation is that the p-type semiconductor impurity doping region of the emitter and the n-type semiconductor impurity doping region of the BSF should not be butting. In the overlapped region of the p-type semiconductor impurity doping region of the emitter and the n-type semiconductor impurity doping region of the BSF, the recombination of holes and electrons increases sharply. Therefore, the efficiency of the rear electrode solar cell is greatly reduced do. Therefore, an intrinsic semiconductor buffer region, which is generally not doped between the emitter region and the BSF region, may be formed. However, such a buffer region formation is not technically feasible because very fine control is required.
따라서, 상기 문제점을 해결하고자 본 발명의 후면전극 태양전지는 에칭 페이스트 또는 에칭액을 통한 에칭 공정과 레이저 스크라이빙 공정을 병행하거나 순차적으로 사용하여 제작됨으로써 p-n 도핑의 겹침이 쉽게 방지되거나 혹은 p-n 도핑의 겹침 영역이 제거된 후면전극 태양전지을 제공할 수 있다.Therefore, in order to solve the above problems, the back electrode solar cell of the present invention is fabricated by using the etching process through the etching paste or the etching liquid and the laser scribing process in parallel or sequentially, so that overlapping of the pn doping is easily prevented, It is possible to provide a back electrode solar cell from which the overlap region is removed.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성되고 그루부(groove)에 의해 상호 이격된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역, 및 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결되고 양극과 음극으로 구성되는 후면 전극을 포함할 수 있다.A rear electrode solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region formed on the rear surface of a silicon wafer substrate and spaced apart from each other by a groove, And a back electrode connected to the second impurity diffusion region and composed of an anode and a cathode.
본 발명에서 상기 그루부의 깊이는 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 깊이보다 같거나 깊을 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 형상과 깊이, 폭을 가지는 그루부로서 서로 다른 불순물 확산 영역의 경계에서 확산 영역들을 분리 혹은 이격시킨다.In the present invention, the depth of the groove may be equal to or deeper than the depth of the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region, but not necessarily limited thereto, and may be, for example, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >
상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역의 깊이는 수 마이크로미터(㎛) 단위로 형성될 수 있으므로 그루부의 깊이 역시 수 ㎛ 단위로 형성되는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서 그루부의 깊이는 1 마이크로미터(㎛) 내지 10 마이크로미터(㎛)일 수 있다. The depths of the first and second impurity diffusion regions may be several micrometers (μm), and the depth of the grooves is preferably several micrometers. In particular, in the present invention, the depth of the grooves may be from 1 micrometer (m) to 10 m (m).
또한 상기 그루브의 폭은 상기 제1불순물 확산 영역 또는 제2불순물 확산 영역의 폭보다 좁을 수 있다.Further, the width of the groove may be narrower than the width of the first impurity diffusion region or the second impurity diffusion region.
본 발명에서 상기 그루부는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 복수 개의 제1 불순물 확산 영역과 복수 개의 제2 불순물 확산 영역이 인접한 사이마다 형성될 수 있다.In the present invention, the grooves may be formed between a plurality of first impurity diffusion regions and a plurality of second impurity diffusion regions formed on the rear surface of the silicon wafer substrate.
본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지는 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 형성된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역과, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결된 양극과 음극의 후면전극을 포함하는 것으로서, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역 사이에 형성되는 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역이 제거된 것을 특징으로 한다.The rear electrode solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region formed on the rear surface of a silicon wafer substrate, and an anode connected to the first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region, Wherein the overlap region of the first impurity and the second impurity formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region is removed.
상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역은 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법, 레이저 스크라이빙법 중 어느 하나의 방법 으로 제거될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 에칭 공정이 사용될 수 있다.The overlapping region of the first impurity and the second impurity may be removed by any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, a mechanical etching method, and a laser scribing method, And an etching process known to those skilled in the art can be used.
본 발명에서 상기 실리콘 웨이퍼 기판은 반도체 불순물이 도핑된 것으로서 특히 n형 불순물이 도핑된 실리콘 웨이퍼 기판을 사용할 수 있다.In the present invention, the silicon wafer substrate is doped with semiconductor impurities, and in particular, a silicon wafer substrate doped with an n-type impurity may be used.
본 발명에서 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역은, 3족 원소로 이루어지는 p형 반도체 불순물과 5족 원소로 이루어지는 n형 반도체 불순물 중에서 각각 선택된 서로 다른 타입의 불순물로 이루어진 영역일 수 있다.In the present invention, the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region may be regions made of different types of impurities selected from the p-type semiconductor impurities composed of Group 3 elements and the n-type semiconductor impurities composed of Group 5 elements .
즉, 제1 불순물 확산 영역이 p형 불순물 확산 영역이라면 제2 불순물 확산 영역은 n형 불순물 확산 영역으로 형성된다.That is, if the first impurity diffusion region is a p-type impurity diffusion region, then the second impurity diffusion region is formed as an n-type impurity diffusion region.
바람직하게는 p형 반도체 불순물로서 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 있으며, n형 반도체 불순물로서는 인(P), 비소(As) 등이 있다.Preferably, p-type semiconductor impurities are boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) or the like and n-type semiconductor impurities include phosphorus (P) and arsenic (As).
본 발명의 후면전극 태양전지를 제조하기 위한 방법은, 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 구비된 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역 사이에 형성된 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계와, 상기 제1 불순물 확산 영역 및 제2 불순물 확산 영역에 연결된 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a back electrode solar cell of the present invention includes the steps of removing an overlapping region of a first impurity and a second impurity formed between a first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region provided on a rear surface of a silicon wafer substrate And forming a back electrode connected to the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region.
상기 후면전극 태양전지의 제조방법에서 제1 불순물 확산 영역과 제2 불순물 확산 영역의 형성과 후면 전극의 형성 방법은 제한되지 않으며 해당 분야의 당업자에게 공지된 기술이면 족할 것이다.The formation of the first and second impurity diffusion regions and the formation of the rear electrode in the method of manufacturing the rear electrode solar cell are not limited and may be well known to those skilled in the art.
특히 본 발명에서 상기 각 확산영역에 형성되는 후면전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화아연/은(ZnO/Ag), 산화아연/알루니늄(ZnO/Al) 등의 물질을 불순물 확 산 영역에 오버랩핑하여 프린팅함으로써 형성할 수 있다.Particularly, in the present invention, the rear electrode formed in each of the diffusion regions is formed of a material such as silver (Ag), aluminum (Al), zinc oxide / silver (ZnO / Ag), zinc oxide / aluminum nitride Overlapping in the diffusion region and printing.
본 발명은 후면전극 태양전지로서 실리콘 웨이퍼 기판 후면의 동일면에서 각각 양극과 음극의 전극 단자를 뽑아내어 공정을 단순화하고 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. The present invention is advantageous in that the process can be simplified and efficiency can be maximized by extracting anode and cathode electrode terminals from the same surface of the rear surface of a silicon wafer substrate as a rear electrode solar cell.
본 발명에서 상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법, 및 레이저 스크라이빙법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 사용하거나, 혹은 상기 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 및 전기화학 에칭법 중에서 선택된 어느 하나의 방법과 레이저 스크라이빙법을 함께 사용하는 방법으로 수행될 수 있다.In the present invention, the step of removing the overlapping region of the first impurity and the second impurity may be performed by any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, a mechanical etching method and a laser scribing method Or a method using both the wet chemical etching method, the dry chemical etching method and the electrochemical etching method together with the laser scribing method.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법에서 상기 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역을 제거하는 단계는, 에칭 페이스트 또는 에칭액을 스크린프린팅법, 인쇄법, 잉크젯법 중 어느 하나의 방법으로 제1 불순물과 제2 불순물의 겹침 영역 위에 도포하여 에칭하되, 레이저 스크라이빙법과 병행하여 혹은 순차로 에칭하여 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a rear electrode solar cell according to an embodiment of the present invention, the step of removing the overlap region of the first impurity and the second impurity may be performed by any one of a screen printing method, a printing method, and an inkjet method In one method, it can be performed by applying and etching on the overlapping region of the first impurity and the second impurity, by etching in parallel or sequentially with the laser scribing method.
상기 에칭 페이스트 또는 에칭액으로 에칭하면서 레이저 스크라이빙 공정을 병행하거나 별도의 후속 공정으로 처리하면 열처리 과정 없이 실시간의 에칭 공정이 가능하게 되며 상호 공정의 단점을 보완할 수 있는 장점이 있다. If the laser scribing process is performed concurrently or separately in a subsequent process while etching is performed with the etching paste or the etching liquid, a real-time etching process can be performed without a heat process, and the disadvantage of the process can be compensated for.
에칭 페이스트나 에칭액의 스크린 프린팅 후 레이저를 통한 선택적 부분 가열이 가능하여 에칭 영역의 폭과 깊이 등을 조절할 수 있으므로 에칭 디멘젼(dimension)을 스크린 프린팅 분해능보다 높은 수준으로 제어할 수 있다.It is possible to selectively perform partial heating through a laser after screen printing of an etching paste or an etchant, so that the width and depth of the etching region can be controlled, so that the etching dimension can be controlled to a level higher than the screen printing resolution.
또한 레이저와 에칭 페이스트 또는 에칭액을 함께 사용함으로써 레이저 스크라이빙법만을 사용할 때보다 기판에 발생할 수 있는 전위, 적층결함, 크랙 등의 결함을 크게 줄일 수 있다.In addition, by using a laser and an etching paste or an etchant together, defects such as dislocation, stacking defects, cracks, and the like, which may occur in the substrate, can be significantly reduced compared with the case of using only the laser scribing method.
본 발명에서 상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH), 수산화칼륨, 에틸렌디아민, 카테콜, 염화불화물, 모노메틸에테르, 불화수소의 에틸렌글리콜로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. In the present invention, the etching paste or the etching solution is preferably selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO3), acetic acid (CH3COOH), potassium hydroxide, ethylenediamine, catechol, fluoride chloride, monomethyl ether, May be composed of one or more compounds selected.
또한 상기 에칭 페이스트 또는 에칭액은, 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 산과, 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl formamide), 포름아마이드(Formamide), 디에틸 설폭사이드(Diethyl sulfoxide), 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(Hexamethyl phosphoric triamide), 디메틸 아세타마이드(Dimethyl acetamide), 물(water), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 물질과의 혼합물을 사용할 수도 있다. The etching paste or the etching solution may contain one or more acids selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3) and acetic acid (CH 3 COOH), acetonitrile, dimethyl formamide, formamide Formamide, diethyl sulfoxide, hexamethyl phosphoric triamide, dimethylacetamide, water, methyl alcohol, ethyl alcohol, ), And isopropyl alcohol may be used as the organic solvent.
본 발명에 따르면 에미터와 BSF 사이의 겹침 영역을 방지하거나 최소화 또는 제거함으로써 전하 캐리어의 재결합을 방지하여 고효율 후면전극 태양전지를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prevent the recombination of charge carriers by preventing, minimizing or eliminating the overlap region between the emitter and the BSF, thereby manufacturing a high efficiency rear electrode solar cell.
본 발명에 따르면 기존의 후면전극 태양전지의 제조공정에 에미터와 BSF 사 이의 겹침 영역을 제거하는 공정을 추가함으로써 제조가 간단하고 기존 양산라인을 적용할 수 있어 생산 단가가 저비용으로 개선되는 효과가 있다.According to the present invention, the manufacturing process is simplified by adding a process of removing the overlap region between the emitter and the BSF in the manufacturing process of the conventional back electrode solar cell, and the existing mass production line can be applied and the production cost is improved at a low cost have.
또한 본 발명은 에칭 페이스트 또는 에칭액과 레이저 스크라이빙의 일괄공정을 적용함으로써 프린팅과 동시에 에칭-열처리가 가능하므로 태양전지의 제조공정의 편의성 및 공정 시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 후면전극 태양전지의 에칭 영역에 대한 디멘젼(dimension)의 섬세한 제어가 용이하고, 기존 공정시 손상될 수 있는 태양전지 소자의 품질 특성이 개선될 수 있다. In addition, since the present invention can perform etching-heat treatment simultaneously with printing by applying a batch process of an etching paste or an etching liquid and laser scribing, the convenience of the manufacturing process of the solar cell and the process time can be greatly shortened, Delicate control of the dimension to the region is easy and the quality characteristics of the solar cell element which can be damaged in the existing process can be improved.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 이상적인 구조의 후면전극 태양전지의 구조에 대한 도 1과, 종래 기술에 따른 일반적인 후면전극 태양전지의 구조에 대한 도 2를 통해 기존 후면전극 태양전지의 문제점을 제시하도록 한다.Prior to this, problems of conventional rear electrode solar cells will be described with reference to FIG. 1 of the structure of a rear electrode solar cell having an ideal structure and FIG. 2 of a conventional rear electrode solar cell structure according to the prior art.
즉 도 1은 이상적인 후면전극 태양전지의 구조를 나타낸 것으로서, 에미터와 BSF 영역의 겹침이 없는 이상적인 후면전극 태양전지의 구조를 나타낸다.That is, FIG. 1 shows the structure of an ideal rear electrode solar cell, and shows the structure of an ideal rear electrode solar cell without overlapping of the emitter BSF region.
도 1을 참조하면 실리콘 웨이퍼 기판(100) 위에 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130)이 형성되어 있고 각 반도체 불순물 영역 위에 후면 전극(150)이 구비되어 있다.Referring to FIG. 1, a p-type
상기 각 반도체 불순물 영역은 서로 영역이 겹치지 않도록 분리되어 형성되므로 겹침에 의한 전자와 정공의 재결합의 가능성이 줄어들어 태양전지의 효율성이 극대화될 수 있다. Since the semiconductor impurity regions are separately formed so as not to overlap with each other, the possibility of recombination of electrons and holes due to overlapping is reduced, thereby maximizing the efficiency of the solar cell.
그러나 일반적으로 정밀함이 요구되는 후면전극 태양전지를 제조함에 있어 도 1에 제시된 바와 같이 이상적인 구조를 구현하기는 매우 어렵다. 따라서 일반적인 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지의 단면 구조는 도 2에 제시된 바와 같다.However, it is very difficult to realize an ideal structure as shown in FIG. 1 in manufacturing a back electrode solar cell, which is generally required to be precise. Therefore, the cross-sectional structure of the conventional back electrode solar cell according to the conventional art is as shown in FIG.
즉, 실리콘 웨이퍼 기판(100) 위에 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130)이 형성되어 있고 각 반도체 불순물 영역 위에 후면 전극(150)이 구비되어 있는 후면전극 태양전지는, 일반적으로 상기 p형 반도체 불순물 영역(110)과 n형 반도체 불순물 영역(130) 사이에 경계 구분이 명확하지 않으며 각 불순물이 상호 중첩 도핑되는 겹침(butting) 영역(170)을 갖게 된다.That is, the rear electrode solar cell, in which the p-type
보다 구체적으로 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지는 n형 실리콘 웨이퍼 기판에 Boron 도핑에 의한 에미터 영역과 Phosphor 도핑에 의한 BSF 형성 시, 태양전지 공정에서 주로 사용되는 확산 도핑 공정을 사용하기 때문에 도핑 영역의 정확한 제어가 어렵다. 그로 인해 p형 반도체 불순물 도핑과 n형 반도체 불순물 도핑이 겹치는 겹침 영역(170)이 발생한다. 이 때 겹침 영역에서는 도핑 불순물 농도가 매우 높으므로 전자와 홀의 재결합이 급격히 증가하여 고효율 태양전지 제작을 어렵게 한다.More specifically, since the back electrode solar cell according to the related art uses a diffusion doping process mainly used in a solar cell process when forming a BSF by doping an emitter region and a phosphor on an n-type silicon wafer substrate by boron doping, Is difficult to control accurately. As a result, an
이러한 도핑 영역의 겹침 방지를 위해서 Emitter와 BSF 영역 사이에 완충 영역, 즉 도핑 하지 않은 진성(intrinsic) 반도체 영역의 도입을 고려할 수 있는데 이 폭을 가능한 얇게 조절하는 것이 중요하다. 그러나 스크린 프린팅 공정의 공간 분해능 한계와 고온 확산 공정의 정확한 제어가 어렵게 때문에 완충 영역의 폭을 미세하게 조절하는 데는 현실적 한계가 있다. In order to prevent the overlapping of the doped region, it is possible to consider the introduction of a buffer region between the emitter and the BSF region, that is, an intrinsic semiconductor region which is not doped. It is important to control the width as thin as possible. However, since the spatial resolution limit of the screen printing process and the accurate control of the high-temperature diffusion process are difficult, there is a practical limitation in finely adjusting the width of the buffer region.
만일 Emitter와 BSF 영역 사이에 각 반도체 불순물이 혼입되어 형성된 겹침 영역만을 디테일하게 제거해 낸다면 홀과 전자의 재결합으로 인한 손실이 발생되는 영역을 제거하는 것이므로 태양전지 효율의 향상에 기여할 수 있게된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은 이러한 Emitter와 BSF 영역 사이의 불순물 겹침 영역을 에칭을 통해서 제거해줌으로써 고효율의 후면전극 태양전지를 기대할 수 있다.If only the overlap region formed by the incorporation of each semiconductor impurity between the emitter and the BSF region is removed in detail, it is possible to contribute to the improvement of the solar cell efficiency because the region where the loss due to the recombination of holes and electrons is removed. A method of manufacturing a rear electrode solar cell according to an embodiment of the present invention can expect a highly efficient rear electrode solar cell by removing an impurity overlapping region between the emitter and the BSF region through etching.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 단면도로서 나타낸 것이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a rear electrode solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 3은 p형 반도체 불순물 확산 영역(210)과 n형 반도체 불순물 확산영역(230)이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판(200)을 제시한다. 3 shows a
상기 실리콘 웨이퍼 기판은 바람직하게는 n형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼 기판일 수 있다.The silicon wafer substrate may preferably be an n-type doped silicon wafer substrate.
일반적인 불순물 확산 공정을 통해 상기 p형 반도체 불순물 확산 영역(210)과 n형 반도체 불순물 확산영역(230)을 형성하게 되는데 그럴 경우 이들 영역의 사이 혹은 경계에는 p형과 n형 불순물이 혼입되어 도핑된 겹침 영역(270)이 존재한다.The p-type semiconductor
본 발명의 일 실시예에 따르면 이들 겹침 영역(270) 위에 이를 제거하기 위한 에칭 페이스트(290)를 스크린 프린팅 공정을 통해 도포하여 에칭한다. According to an embodiment of the present invention, an
구체적으로 에칭 페이스트를 p형 반도체 불순물이 도핑된 Emitter 영역(210) 과 n형 반도체 불순물이 도핑된 BSF 영역(230) 사이에 스크린 프린팅 등의 방법을 통해 프린팅한다. Specifically, the etching paste is printed between the
이 때 에칭 페이스트의 점도를 조절하거나 에칭 잉크 등을 사용할 경우 잉크젯 공정을 사용해 보다 미세하게 조절된 패턴의 에칭이 가능하다.At this time, if the viscosity of the etching paste is adjusted or an etching ink or the like is used, a finer pattern can be etched by using an inkjet process.
본 발명의 일 실시예로서 상기 에칭 페이스트 외에 레이저 스크라이빙 등의 공정을 함께 사용해 에칭할 수 있다. As an embodiment of the present invention, besides the etching paste, a process such as laser scribing can be used together for etching.
에칭 페이스트와 레이저를 함께 사용할 경우 별도의 열처리 공정이 없는 일괄처리 공정이 가능하며 스크린 프린팅 공정의 분해능 한계를 레이저의 선택적 부분 열처리를 통해 극복할 수 있다. The combined use of etching paste and laser enables a batch process without a separate heat treatment process and the resolution limit of the screen printing process can be overcome by selective heat treatment of the laser.
또한 에칭 페이스트와 레이저에 의한 일괄 에칭 처리 공정의 또 다른 장점은 레이저만을 사용하여 스크라이빙할 경우에 발생할 수 있는 열적, 기계적 결함, 즉, 전위, 적층 결함, 크랙 등을 크게 줄일 수 있다는 것이다. Further, another advantage of the etching process using the etching paste and the laser is that thermal and mechanical defects, that is, dislocations, stacking faults, cracks, and the like, which can occur when scribing using only a laser can be greatly reduced.
레이저 스크라이빙 공정을 수행할 때 사용되는 레이저의 세기 및 조사량을 조절함으로써 에칭 패턴의 폭과 깊이 등의 디멘죤(dimension) 조절이 용이하다. By controlling the intensity and amount of laser used in the laser scribing process, it is easy to adjust the dimension such as the width and depth of the etching pattern.
불순물 확산 영역의 겹침 영역을 제거할 때 에칭 영역은 상기 겹침 영역을 가능한 모두 제거하는 것이 바람직하며 그 패턴의 형태와 폭, 깊이 등은 제한되지 않는다. 다만 에칭된 그루부의 폭과 깊이는 겹침 영역(270)의 폭이나 깊이보다 같거나 더 커서 완전하게 겹침 영역이 제거될 수 있으면 족할 것이다.When removing the overlapping region of the impurity diffusion region, it is preferable to remove the overlapping region as much as possible, and the shape, width, depth, etc. of the pattern are not limited. However, the width and depth of the etched grooves may be equal to or greater than the width or depth of the
에칭의 방법은 습식화학에칭법, 건식화학에칭법, 전기화학에칭법, 기계적에칭법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.As the etching method, any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, and a mechanical etching method may be used.
습식화학에칭법 및 전기화학에칭법을 사용할 경우, 에칭물질(echant)는 불산(HF), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH) 등의 산일 수 있으며, 이들 산의 1종 이상과 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl formamide), 포름아마이드(Formamide), 디에틸 설폭사이드(Diethyl sulfoxide), 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(Hexamethyl phosphoric triamide), 디메틸 아세타마이드(Dimethyl acetamide), 물(water), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)에서 선택되는 1종 이상의 물질이 혼합된 액이 사용될 수도 있다.When the wet chemical etching method and the electrochemical etching method are used, the etching material (echant) may be an acid such as hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3), acetic acid (CH 3 COOH), etc., and one or more of these acids and acetonitrile ), Dimethyl formamide, formamide, diethyl sulfoxide, hexamethyl phosphoric triamide, dimethylacetamide, water, and the like. , Methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or the like may be used.
도 4는 상기 에칭과정을 모두 수행한 후 잔류물을 깨끗이 제거한 상태의 후면전극 태양전지를 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates a back electrode solar cell in which residues are cleanly removed after performing all the etching processes.
이를 참조하면 p형 반도체 불순물 영역(210)과 n형 반도체 불순물 영역(230)은 도 1의 이상적인 태양전지 구조와 흡사하게 서로 불순물이 겹쳐지는 영역이 없이 그루부를 사이에 두고 이격되어 형성하게 된다.Referring to FIG. 1, the p-type
도 5는 겹침 영역을 에칭을 통해 제거한 후 p형 반도체 불순물 영역(210)과 n형 반도체 불순물 영역(230)의 상부면에 후면전극(250)을 적층한 태양전지의 단면도를 도시한 것이다. 5 illustrates a cross-sectional view of a solar cell in which a p-type
상기 후면전극(250)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화아연/은(ZnO/Ag), 산화아연/알루미늄(ZnO/Al) 등의 물질을 불순물 확산 영역에 오버랩핑하여 프린팅함으로써 형성할 수 있으나 반드시 이에 제한되지 않으며 공지된 다양한 방법으로 형성될 수 있다.The
본 발명에서 제시하는 후면전극 태양전지의 제조방법은 에칭을 통해 Butting 영역을 완전히 제거함으로써, 고효율 후면전극 태양전지 제조가 가능하다. Butting 영역 제거를 위한 에칭 공정이 추가된 것 외에는 기존의 후면전극 태양전지 제조공정과 일치하므로 공정 호환성에 문제가 없으므로 생산 경제 측면에서 유리하다.In the method of manufacturing the rear electrode solar cell according to the present invention, it is possible to completely remove the butting region through etching to manufacture a high efficiency rear electrode solar cell. In addition to the etching process for removing the butting region, the process is compatible with the conventional back electrode solar cell manufacturing process, so there is no problem in process compatibility, which is advantageous in terms of production economy.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다. Although the present invention has been described in connection with the specific embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited thereto. 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 invention as defined by the appended claims. In addition, the materials of each component described herein can be readily selected and substituted for various materials known to those skilled in the art. Those skilled in the art will also appreciate that some of the components described herein can be omitted without degrading performance or adding components to improve performance. In addition, those skilled in the art may change the order of the method steps described herein depending on the process environment or equipment. Therefore, the scope of the present invention should be determined by the appended claims and equivalents thereof, not by the embodiments described.
도 1은 불순물의 겹침 영역이 없는 이상적인 구조의 후면전극 태양전지 구조를 나타낸 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a rear electrode solar cell having an ideal structure without an overlapping region of impurities. FIG.
도 2는 종래 기술에 따른 후면전극 태양전지로서 불순물의 겹침 영역을 가지는 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar cell.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물의 겹침 영역이 없는 후면전극 태양전지의 제조방법을 순차로 나타낸 단면도.FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell having no overlap region of impurities according to an embodiment of the present invention. FIG.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS OF THE DRAWINGS FIG.
100, 200: 실리콘 웨이퍼 기판100, 200: Silicon wafer substrate
110, 210: p형 반도체 불순물 확산영역110, 210: p-type semiconductor impurity diffusion region
130, 230: n형 반도체 불순물 확산영역130, and 230: an n-type semiconductor impurity diffusion region
150, 250: 후면전극150, 250: rear electrode
170, 270: p형 반도체 불순물과 n형 반도체 불순물의 겹침영역170, and 270: an overlap region of the p-type semiconductor impurity and the n-type semiconductor impurity
290: 에칭 페이스트290: Etching paste
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080100320A KR101472018B1 (en) | 2008-10-13 | 2008-10-13 | Back contact solar cell and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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