KR101484620B1 - Silicon solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 태양전지와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 태양광을 흡수하나 발전에 기여하지 못하는 실리콘 웨이퍼 기판 상의 p-n 접합의 상부층의 두께를 최소화함과 동시에 높은 광기전력을 가지도록 하는 실리콘 태양전지 및 그 제조방법이 제공된다. 보다 구체적으로 본 발명은 제 1 전도형 실리콘 기판, 상기 제 1 전도형 실리콘 기판의 상부에 형성되는 제 2 전도형 실리콘 접합층; 및 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층 상에 형성되는 제 2 전도형 실리콘 박막층을 포함하는 실리콘 태양전지와 이를 제조하는 방법이 제공된다. The present invention relates to a silicon solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a silicon solar cell which absorbs sunlight but does not contribute to power generation and has a high photovoltaic power while minimizing the thickness of an upper layer of a pn junction on a silicon wafer substrate A manufacturing method thereof is provided. More particularly, the present invention relates to a semiconductor device comprising a first conductive silicon substrate, a second conductive silicon junction layer formed on the first conductive silicon substrate, And a second conductive silicon thin film layer formed on the second conductive silicon junction layer, and a method of manufacturing the same.
p-n 접합, 열 확산, 광기전력, 두께, 박막, 밴드갭 에너지 p-n junction, thermal diffusion, photovoltaic power, thickness, thin film, band gap energy
Description
본 발명은 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 태양광을 흡수하나 발전에 기여하지 못하는 실리콘 웨이퍼 기판 상의 p-n 접합의 상부층 두께가 최소화됨과 동시에 높은 기전력을 보이는 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a silicon solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a silicon solar cell capable of minimizing the thickness of the upper layer of a pn junction on a silicon wafer substrate that absorbs sunlight but does not contribute to power generation, And a manufacturing method thereof.
최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신·재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 지고 있다. In recent years, interest in new and renewable energy has been rising due to rising oil prices, global environmental problems, depletion of fossil energy, waste treatment of nuclear power generation, and location of new power plants. Research and development of batteries is actively under way.
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 주전력 원으로 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.
이러한 태양전지의 여러가지 종류들 중, 실리콘 태양전지는 크게 결정질(crystalline) 태양전지와 비정질(amorphous) 태양전지로 나눌 수 있는데, 결정질 태양전지는 실리콘 기판을 출발 원료로 한다. 실리콘 기판은 고순도로 정제된 실리콘을 고온으로 가열하여 결정으로 성장된 잉곳을 만들고 이를 절단 및 연마함으로써 얻어질 수 있다. Among various types of solar cells, silicon solar cells can be largely divided into crystalline solar cells and amorphous solar cells. Crystalline solar cells use a silicon substrate as a starting material. The silicon substrate can be obtained by heating the silicon purified at a high purity to a high temperature to make an ingot grown as a crystal and cutting and polishing it.
도 1은 이러한 실리콘 태양전지의 통상적인 구조를 나타낸다.1 shows a typical structure of such a silicon solar cell.
도 1을 참조하면, 실리콘 태양전지(100)는 n형 실리콘 확산층(120)을 포함하는 p형 실리콘 기판(110), 반사방지막(150), 전면 전극(170), 후면 전극(180) 및 후면 전계형성층(185)을 포함한다. 1, a silicon
실리콘 태양전지(100)의 제조 방법을 간략히 설명하면, 먼저, p형 실리콘 기판(110)의 상면과 하면 중 적어도 일면에 반사율을 최소화하기 위한 표면 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성시키고 열 확산 방법을 이용하여 p-n 접합을 형성시킨다. p-n 접합은 p형 실리콘 기판(110)에 POCl3 등의 물질을 열 확산시킴으로써 얻어질 수 있다. A method of manufacturing the silicon
그 후, 수광면에 반사 방지막(150)을 형성하고, 전면 전극(170) 및 후면 전극(180)을 형성시킨 후, 열처리하여 후면 전계형성층(185)을 형성시킨다. Thereafter, the
이러한 실리콘 태양전지(100)의 제조 방법 중 가장 중요한 처리는 p형 실리콘 기판(110)에 n형 물질을 주입시켜 p-n 접합을 형성하는 것이다. 태양전지는 태양광의 조사에 따라 생성되는 캐리어를 수집하는 것만으로 전력을 생산할 수 없다. 이는 전력 생산을 위해서는 전류와 함께 전압이 발생되어야 하기 때문인데, 태양전지는 광기전력 효과로 알려진 과정에서 전압을 발생시킨다.The most important process of manufacturing the silicon
광기전력 효과란, p-n 접합에 광을 조사하면 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 가진 광자가 유입될 때 전자와 정공이 쌍으로 생성되어 접합 양단에 전위차를 발생시키는 현상이다.The photovoltaic effect is a phenomenon that, when a p-n junction is irradiated with light, a pair of electrons and holes are generated when a photon having an energy greater than the band gap energy is introduced to generate a potential difference across the junction.
이러한 광기전력 효과의 척도가 되는 밴드갭 에너지에 대한 그래프는 도 2와 같으며, 도 2는 종래 실리콘 태양전지에서의 밴드갭 에너지를 나타낸다. A graph of band gap energy as a measure of such photovoltaic effect is shown in FIG. 2, and FIG. 2 shows band gap energy in a conventional silicon solar cell.
p-n 접합을 형성하기 위한 열 확산법은 널리 알려진 방법이지만, 열 확산 방법으로 제조된 n형 층에서 흡수된 빛은 발전에 기여하지 못하게 되어 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.The heat diffusion method for forming the p-n junction is a well-known method, but the light absorbed in the n-type layer produced by the heat diffusion method does not contribute to the power generation, which causes the efficiency of the solar cell to be decreased.
따라서, 가급적 n형 층의 두께를 줄여 n형 층에서의 태양광의 흡수량을 줄이면서도 충분한 전위차를 형성하기 위한 태양전지의 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop a solar cell to reduce the thickness of the n-type layer as much as possible and to form a sufficient potential difference while reducing the absorption amount of sunlight in the n-type layer.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광을 흡수하나 발전에 기여하지 못하는 실리콘 웨이퍼 기판 상의 p-n 접합의 상부층을 기존의 태양전지 제조 공정에 이용되는 열 확산법을 이용하여 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a pn junction on a silicon wafer substrate which absorbs sunlight but does not contribute to power generation, The present invention provides a method for providing a plurality of data streams.
또한 실리콘 웨이퍼 기판 상의 p-n 접합의 상부층의 두께는 줄이면서도 충분한 전위차를 형성하는 실리콘 태양전지를 제공하고자 한다.It is also intended to provide a silicon solar cell which forms a sufficient potential difference while reducing the thickness of the upper layer of the p-n junction on the silicon wafer substrate.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 전도형 실리콘 기판, 상기 제 1 전도형 실리콘 기판의 상부에 형성되는 제 2 전도형 실리콘 접합층, 및 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층 상에 형성되는 적어도 한 개 층 이상의 제 2 전도형 실리콘 박막층을 포함하는 실리콘 태양전지가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a first conductive silicon substrate, a second conductive silicon junction layer formed on an upper portion of the first conductive silicon substrate, There is provided a silicon solar cell including at least one second conductive silicon thin film layer formed on a junction layer.
본 발명에서 상기 제 1 전도형 실리콘 기판, 제 2 전도형 실리콘 접합층, 및 제 2 전도형 실리콘 박막층의 용어는 이에 제한되는 것이 아니며 이 분야의 당업자의 일반적인 이해에 비추어 변용이 가능한 용어를 포함하여 지칭한다.In the present invention, the terms of the first conductive silicon substrate, the second conductive silicon junction layer, and the second conductive silicon thin film layer are not limited thereto and include terms that can be used in the light of the general understanding of those skilled in the art Quot;
즉, 상기 제 1 전도형 실리콘 기판은 p형 실리콘 웨이퍼 기판이거나 n형 실리콘 웨이퍼 기판일 수 있다. 또한 제 2 전도형 실리콘 접합층은 상기 제 1 전도형 실리콘 기판 위에 p-n 접합을 이루는 p형 반도체층 또는 n형 반도체층을 지칭할 수 있다. 상기 제 2 전도형 실리콘 박막층은 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층 상부에 증착되는 반도체 박막층으로서 제 2 전도형 실리콘 접합층의 반도체 타입과 동일한 p형 반도체층 또는 n형 반도체층을 지칭할 수 있다.That is, the first conductivity type silicon substrate may be a p-type silicon wafer substrate or an n-type silicon wafer substrate. Further, the second conductivity type silicon junction layer may refer to a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor layer which forms a p-n junction on the first conductivity type silicon substrate. The second conductive silicon thin film layer may be a semiconductor thin film layer deposited on the second conductive silicon junction layer and may be a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor layer the same as the semiconductor type of the second conductivity type silicon junction layer.
본 발명에서 상기 제 1 전도형 실리콘 기판과 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층에 의해 형성되는 접합(junction)의 면저항은 특별히 제한되지 않으며 10 내지 1500 Ω/sq 일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 1500 Ω/sq 일 수 있다.In the present invention, the sheet resistance of the junction formed by the first conductivity type silicon substrate and the second conductivity type silicon junction layer is not particularly limited and may be 10 to 1500 Ω / sq, preferably 100 to 1500 Ω / sq.
본 발명에서 상기 제 2 전도형 실리콘 박막층은, 제 2 전도형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H), 제 2 전도형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H), 및 상기 제 2 전도형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 부분적으로 포함하는 제 2 전도형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다.In the present invention, the second conductive silicon thin film layer may be formed of a second conductive type hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), a second conductive type hydrogenated microcrystalline silicon (μc-S: H) And a second conducting hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) partially containing microcrystalline silicon (μc-S: H).
본 발명에서 상기 제 2 전도형 실리콘 박막층의 두께는 특별히 제한되지 않으나 바람직하게는 2nm 내지 200nm일 수 있다. In the present invention, the thickness of the second conductive silicon thin film layer is not particularly limited, but may be preferably 2 nm to 200 nm.
본 발명에서 상기 제 1 전도형 및 제 2 전도형의 유형은 p형 및 n형 중 어느 하나의 유형이고 상기 제 1 전도형 및 제 2 전도형의 유형은 동일하지 않다.In the present invention, the types of the first and second conduction types are either p-type or n-type, and the types of the first conduction type and the second conduction type are not the same.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지는 p형 실리콘 웨이퍼 기판 위에 이와 이형(異形)인 n형 반도체층이 접합되어 p-n 접합을 형성하고, 상기 n형 반도체층 위에 n형의 반도체 박막층이 적어도 한 개 층 이상 포함될 수 있다.Therefore, in the silicon solar cell according to the embodiment of the present invention, the p-type semiconductor layer is formed by bonding an n-type semiconductor layer having a different shape on the p-type silicon wafer substrate, At least one layer may be included.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지는 n형 실리콘 웨이퍼 기판 위에 이와 이형(異形)인 p형 반도체층이 접합되어 p-n 접합을 형성하고, 상기 p 형 반도체층 위에 p형의 반도체 박막층이 적어도 한 개 층 이상 포함될 수 있다.In the silicon solar cell according to an embodiment of the present invention, a p-type semiconductor layer having a different shape is bonded to an n-type silicon wafer substrate to form a pn junction, and a p-type semiconductor thin film layer At least one layer may be included.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 태양전지의 제조방법은 제 1 전도형 실리콘 기판에 제 2 전도형 불순물을 주입하여 제 2 전도형 실리콘 접합층을 형성하는 단계, 및 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층 상에 적어도 한 개 층 이상의 제 2 전도형 실리콘 박막층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a silicon solar cell, comprising: forming a second conductive silicon junction layer by implanting a second conductive impurity into a first conductive silicon substrate; And forming at least one or more second conductive silicon thin film layers on the bonding layer.
본 발명에서 상기 제 2 전도형 실리콘 접합층은 제 2 전도형 불순물을 주입하여 열확산하여 형성할 수 있다.In the present invention, the second conduction type silicon junction layer may be formed by implanting a second conduction type impurity and thermally diffusing the second conduction type impurity.
마찬가지로 본 발명에서 상기 제 1 전도형 및 제 2 전도형의 유형은 p형 및 n형 중 어느 하나의 유형이고 상기 제 1 전도형 및 제 2 전도형의 유형은 동일하지 않을 것이므로 제 2 전도형 불순물은 제 2 전도형 실리콘 접합층의 유형에 따라 p형 반도체 불순물이거나 n형 반도체 불순물일 수 있다.Likewise, in the present invention, the types of the first conduction type and the second conduction type are either p-type or n-type, and the types of the first conduction type and the second conduction type are not the same, May be a p-type semiconductor impurity or an n-type semiconductor impurity, depending on the type of the second conductivity type silicon junction layer.
상기 제 2 전도형 불순물의 주입은 상기 형성되는 제 2 전도형 실리콘 접합층의 면저항이 10 내지 1500 Ω/sq 일 때, 바람직하게는 100 내지 1500 Ω/sq 일 때 중지하는 것을 특징으로 한다.The implantation of the second conductivity type impurity is stopped when the sheet resistance of the formed second conductivity type silicon junction layer is 10 to 1500 Ω / sq, preferably 100 to 1500 Ω / sq.
상기 제 2 전도형 실리콘 박막층은 화학기상증착법(CVD) 또는 물리기상증착법(PVD) 등에 속하는 박막 증착법 중 어느 하나의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 바람직하게는 스퍼터링법 (Sputtering), 전자빔증착법 (E-beam evaporation), 열증착법 (Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법 (L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition), 유기금속화학기상증착법 (MOCVD, Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), 에이치브이피이법 (HVPE, Hydride Vapor Phase Epitaxy), 진공증착법 및 원자층 증착법으로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 발명의 분야의 당업자가 공지의 기술로서 이해가능한 방법에 의해 증착될 수 있다.The second conductive silicon thin film layer may be formed using any one of a thin film deposition method belonging to a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method. Preferably, the layer is formed by sputtering, E-beam evaporation, thermal evaporation, laser molecular beam epitaxy (L-MBE), pulsed laser deposition (PLD) , A metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, a vacuum deposition method, and an atomic layer deposition method. However, But the present invention is not limited thereto and can be deposited by a method which can be understood by those skilled in the art.
상기 제 2 전도형 실리콘 박막층은 2nm 내지 200nm의 두께로 형성할 수 있다.The second conductive silicon thin film layer may have a thickness of 2 nm to 200 nm.
본 발명의 실리콘 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 제 2 전도형 실리콘 박막층은, 제 2 전도형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H), 제 2 전도형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H), 및 상기 제 2 전도형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 부분적으로 포함하는 제 2 전도형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.(A-Si: H), a second conductive hydrogenated microcrystalline silicon (μc-S: H), and a second conductivity type hydrogenated amorphous silicon , And a second conducting hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) partially including the second conducting hydrogenated microcrystalline silicon (μc-S: H).
본 발명에 따르면, 기존의 태양전지 제조 공정에 이용되던 열 확산법을 이용하여 다층의 실리콘 웨이퍼 기판 상의 p-n 접합의 상부층을 형성함으로써 그 두께를 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 수광되는 태양광 중 광전변환에 기여하는 광량이 증가하게 되어 효율이 향상된 태양전지를 얻을 수 있다.According to the present invention, an upper layer of a pn junction on a multi-layer silicon wafer substrate is formed by using a heat diffusion method used in a conventional solar cell manufacturing process, thereby reducing the thickness thereof. Accordingly, The amount of light contributing to the conversion is increased, and thus a solar cell having improved efficiency can be obtained.
또한, 본 발명에 따르면, 기존의 태양전지 제조공정을 활용하여 제조할 수 있어 경제적이며, 그 공정 또한 단순하여 높은 광기전력을 얻는 고효율의 태양전지를 저생산비용으로 얻을 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to manufacture a solar cell with high efficiency, which can be manufactured using an existing solar cell manufacturing process, is economical, and its process is also simple and high photovoltaic power can be obtained at low production cost.
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.
태양전지의 구성Configuration of solar cell
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 실리콘 태양전지의 구성을 나타내는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실리콘 태양전지(300)는 순차적으로 형성되어 있는 제 2 전도형 실리콘 접합층(320)을 포함하는 제 1 전도형 실리콘 기판(310), 제 2 전도형 실리콘 박막층(330)을 적어도 포함한다. 또한, 종래 실리콘 태양전지의 구조에서 볼 수 있는 반사방지막(350), 전면 전극(370), 후면 전극(380) 및 후면 전계형성층(385)을 포함할 수 있다.3, the silicon
제 1 전도형 및 제 2 전도형은 각각 p형(p-type)과 n형(n-type)일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 제 1 전도형 및 제 2 전도형이 각각 p형 및 n형인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. The first conduction type and the second conduction type may be p-type and n-type, respectively, and vice versa. Here, for convenience of explanation, the case where the first conduction type and the second conduction type are respectively p-type and n-type will be described as an example.
본 발명의 실리콘 태양전지(300)는 p형 실리콘 기판(310)에 n형 물질을 열 확산 시키는 방법에 의해 형성되는 n형 실리콘 접합층(320)을 포함하는 p형 실리콘 기판(310)을 포함한다. p형 실리콘 기판(310)과 n형 실리콘 접합층(320)에 의한 p-n 접합의 생성원리는 종래 실리콘 태양전지와 기본적으로 동일하나, n형 실리콘 접합층(320)의 두께를 매우 얇게 한다는 데에 본 발명의 특징이 있다. The silicon
열 확산법에 의해 p-n 접합 형성시에는 면저항 값, 균일도, 표면 농도, 접합 깊이 등을 고려하여 확산의 정도를 정하게 된다. 일반적으로 종래 실리콘 태양전지의 제조에서는 열 확산법 등을 이용하여 p형 실리콘 기판에 n형 물질을 주입시킬 때, 약 40~60 Ω/sq의 면저항을 보이면 열 확산을 그만두고 다음 공정으로 진행하였다. 상기와 같은 방법에 의해 p-n접합을 형성하는 경우, 확산의 정도와 면저항은 반비례 관계를 보이게 된다. 즉, 확산을 진행하면 할수록 면저항의 값은 낮아지게 되는데, 본 발명의 실리콘 태양전지(300) 제조시에는 p형 실리콘 기판(310)에 n형 물질 주입시 약 100~1500 Ω/sq의 면저항을 보이면 확산을 중지하였다. 이에 따라 매우 얇은 접합 두께, 즉, 매우 얇은 n형 실리콘 접합층(320)이 형성되게 된다.In forming the p-n junction by the heat diffusion method, the degree of diffusion is determined in consideration of the sheet resistance value, the uniformity, the surface concentration, and the junction depth. Generally, in the production of conventional silicon solar cells, when the n-type material is injected into the p-type silicon substrate by the heat diffusion method or the like, if the sheet resistance of about 40 ~ 60 Ω / sq is shown, the heat diffusion is stopped and the process proceeds to the next step. When the p-n junction is formed by the above-described method, the degree of diffusion and the sheet resistance are inversely proportional to each other. In manufacturing the silicon
얇은 접합 두께를 가진다는 것은 p형 실리콘 기판(310)에 주입된 n형 물질들이 결함이 적고 균일한 p-n 접합을 형성하는 기능만 한다는 것을 의미한다. n형 실리콘 접합층(320)에 흡수되는 태양광은 광전변환에 기여하지 못하게 되는데, 본 발명의 태양전지(300)의 n형 실리콘 접합층(320)은 매우 얇게 형성되기 때문에 태양전지(300)로 입사되는 태양광 중 n형 실리콘 접합층(320)에 흡수되는 양이 최소화될 수 있고, 이에 따라 태양전지(300) 내부로 입사되는 태양광량이 최대화되어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.Having a thin junction thickness means that the n-type material implanted into the p-
n형 실리콘 접합층(320) 상에 증착되어 있는 n형 실리콘 박막층(330)은 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막, n형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H) 박막, 또는 부분적으로 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 포함하는 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막일 수 있다. 한편, 제 1 전도형이 n형이고, 제 2 전도 형이 p형으로 구현되는 경우에는, p형 실리콘 박막층(330)은 p형 수소화 비정질 실리콘(p-Si:H) 박막, p형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H) 박막, 또는 부분적으로 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 포함하는 p형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막일 수 있다.The n-type silicon
n형 실리콘 박막층(330)은 공지의 박막 증착법인 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 또는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등에 의해 형성될 수 있고, 그 두께는 약 2nm 내지 200nm 로 하는 것이 바람직하다.The n-type silicon
n형 실리콘 접합층(320)을 포함하는 p형 실리콘 기판(310)이 약 1.1 eV의 밴드갭 에너지를 갖는 데에 반해, n형 실리콘 박막층(330)은 약 1.1~1.7 eV의 높은 밴드갭 에너지를 갖는다. 따라서, n형 층에서 흡수되는 태양광의 양을 줄일 수 있고, 단파장의 태양광들이 광전변환이 일어나는 장소까지 투과할 수 있다. 이에 따라, 태양광에 의해 분리되는 전자와 정공이 효과적으로 분리되게 되어, 태양전지의 기전력이 높아지게 된다. The n-type silicon
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 태양전지(300)의 밴드갭 에너지를 도시하는 그래프이다. 도 4에 도시되는 바와 같이, n형 실리콘 박막층(330)은 n+ 층으로 작용하며, 높은 밴드갭 에너지를 가지므로, 태양전지의 광기전력을 높이는 역할을 한다.4 is a graph showing the band gap energy of the silicon
한편, n형 실리콘 박막층(330)은 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막, n형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H) 박막, 또는 부분적으로 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 포함하는 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막 등으로 이루어지기 때문에 패시베이션(passivation) 층으로 기능할 수도 있다. 즉, 상기 물질들로 이루어지는 박막층(330)이 표면 결함 등을 최소화하고 보호막으로서의 기능도 함께할 수 있다. The n-type silicon
한편, 도 3에서는 n형 실리콘 박막층(330)이 하나의 층으로 이루어지는 경우만을 도시하였으나, 이는 다층으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 각 층은 상기 예시된 물질 중 동일한 물질 또는 서로 다른 물질들로 이루어지는 박막층들일 수 있다.3, the n-type silicon
반사방지막(350)은 수광면의 반사를 최소화하여 태양전지(300)로 흡수되는 태양광량을 증가시키기 위한 구성요소이며, 후면 전계형성층(385)은 후면 전극(380)을 p형 실리콘 기판(310)의 후면에 인쇄한 후 열처리함으로써 형성되는 부분으로서, p형 실리콘 기판(310) 후면에서 불순물로 작용하여 기판(310) 후면을 p+ 형 또는 p++ 형으로 변환시켜 전자의 기판(310) 후면 재결합을 최소화시키는 역할을 한다. The
이하, 이러한 구조를 갖는 실리콘 태양전지(300)의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the silicon
태양전지의 제조 방법Manufacturing method of solar cell
태양전지의 제조 방법에 대한 설명 또한, 그 편의를 위해 제 1 전도형 및 제 2 전도형이 각각 p형과 n형인 경우를 예로 들어 설명한다. Explanation of Manufacturing Method of Solar Cell For convenience, the case where the first conduction type and the second conduction type are p-type and n-type, respectively will be described as an example.
먼저, p형 실리콘 기판(310)의 상면과 하면 중 적어도 일면에 텍스쳐 링(texturing) 구조를 형성시킨다. 이는 에칭법 등 종래의 텍스쳐링 구조 형성법에 의해 수행될 수 있다. 텍스쳐링 구조는 입사되는 태양광을 난반사시켜 태양광의 흡수율을 최대한으로 하는 효과를 낸다. 이러한 텍스쳐링 구조 형성 단계는 생략될 수도 있다. First, a texturing structure is formed on at least one of the upper surface and the lower surface of the p-
다음으로, p형 실리콘 기판(310)에 n형 물질을 주입한다. 이 때, n형 물질로서는 POCl3 등을 사용할 수 있고, 열 확산법 등을 이용하여 주입을 수행할 수 있다.Next, an n-type material is implanted into the p-
열 확산법을 이용하여 n형 물질 주입시, 측정되는 면저항이 약 100~1500 Ω/sq 이 되면 열 확산을 중지한다. 이렇게 함으로써 매우 얇은 접합 두께, 즉, 매우 얇은 n형 실리콘 접합층(320)이 형성되게 되고, 이는 전술한 바와 같이 n형 실리콘 접합층(320)에서의 태양광 흡수를 최소화시켜 태양전지의 광전 효율을 향상시킨다.When the n-type material is implanted using the thermal diffusion method, the thermal diffusion is stopped when the measured sheet resistance is about 100 to 1500 Ω / sq. In this way, a very thin junction thickness, that is, a very thin n-type
약 100~1500 Ω/sq의 면저항을 가지는 p-n 접합이 형성되었다면, n형 실리콘 접합층(320) 상에 n형 실리콘 박막층(330)을 증착시킨다. 전술한 바와 같이 n형 실리콘 박막층(330)은 물리 기상 증착법(PVD) 또는 화학 기상 증착법(CVD) 등의 증착법에 의해 형성될 수 있고, 증착의 두께는 약 2nm 내지 200nm 로 하는 것이 바람직하다.If a p-n junction having a sheet resistance of about 100 to 1500? / Sq is formed, an n-type silicon
n형 실리콘 박막층(330)의 조성 물질은 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H), n형 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H), 또는 부분적으로 수소화 미세결정질 실리콘(μc-S:H)을 포함하는 n형 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) 등일 수 있다. 한편, n형 실리콘 박막층(330)은 다층구조로 형성될 수도 있으며, 이 경우 각 층의 조성 물질은 상기 열거된 물질들 중 적어도 하나일 수 있다.The composition material of the n-type silicon
전술한 바와 같이, n형 실리콘 박막층(330)의 높은 밴드갭 에너지는 태양전지의 광기전력을 높이는 효과를 내며, n형 실리콘 박막층(330) 또는 다층구조로 형성되는 n형 실리콘 박막층(330)의 최상층은 패시베이션 층으로서의 기능도 할 수 있다. As described above, the high band gap energy of the n-type silicon
그 후의 공정, 즉, 반사방지막(350), 전면 전극(370), 및 후면 전극(380)을 형성시키는 방법은 종래 실리콘 태양전지의 제조방법과 동일하므로 간략하게 설명하기로 한다.The subsequent processes, that is, the method of forming the
n형 실리콘 박막층(330) 형성 후에는 그 위에 반사방지막(350)을 형성시킨다. 반사방지막(205)은 화학기상 증착법(PECVD) 등의 증착법을 이용하여 증착될 수 있으며, 질화 실리콘(SiNx) 등의 물질을 이용할 수 있다. After forming the n-type silicon
그 후, 전면 전극(370)과 후면 전극(380)을 형성시키고, 열처리하여 후면 전계형성층(385)을 형성시킨다. 전면 전극(370)은 은(Ag) 등의 물질을 사용하여 형성시킬 수 있으며, 형성 방법으로는 스크린 인쇄법(Screen printing) 등을 이용할 수 있고, 후의 열처리 공정을 거치면, 전면 전극(370)이 반사방지막(350)을 뚫고 들어가 n형 실리콘 박막층(330)과 전기적인 접촉을 이루게 된다.Thereafter, the
후면 전극(380) 또한 알루미늄(Al) 등의 물질을 사용하여 형성시킬 수 있으며, 스크린 인쇄법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 전면 전극(370)과 후면 전극(380)을 인쇄한 후, 고온에서 열처리하면, 후면 전극(380) 중 p형 실리콘 기 판(310)의 하면과 접촉된 부분이 후면 전계형성층(385)으로서 형성되게 된다. 이러한 후면 전계형성층(385)이 태양광에 의해 생성된 전자의 후면 재결합을 줄여주어 태양전지의 효율을 높여주게 된다.The
이러한 방법에 의해 실리콘 태양전지를 제조함으로써, 기존의 태양전지 제조 공정을 이용하여 다층의 n형 층을 형성하였음에도 불구하고, 종래 태양전지에 비해 두께 감소의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 빛을 흡수하나 발전에 기여를 못하는 n형 층의 두께를 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 수광되는 태양광 중 광전변환에 기여하는 광량이 증가하게 되어 태양전지 효율이 향상되게 된다.By manufacturing the silicon solar cell by such a method, the thickness reduction effect can be obtained compared to the conventional solar cell, even though the n-type multi-layer is formed by using the existing solar cell manufacturing process. That is, the effect of reducing the thickness of the n-type layer that absorbs light but does not contribute to the power generation can be obtained. Accordingly, the amount of light contributing to the photoelectric conversion in the solar light is increased, thereby improving the efficiency of the solar cell.
또한, n형 층의 두께 감소 효과를 불러오는 n형 실리콘 박막층의 밴드갭 에너지가 상대적으로 크기 때문에, 태양전지의 광기전력이 높아지게 된다. In addition, since the band gap energy of the n-type silicon thin film layer which brings about the effect of reducing the thickness of the n-type layer is relatively large, the photovoltaic power of the solar cell is increased.
한편, n형 실리콘 박막층이 n형 층의 두께 감소 효과를 내는 것과 더불어 패시베이션 층으로서 기능하기 때문에, 태양전지의 결함이 최소화되고, 전자-정공의 재결합을 어느 정도 감소시켜줌으로써 태양전지의 효율이 더욱 향상되게 된다. On the other hand, since the n-type silicon thin film layer has the effect of reducing the thickness of the n-type layer and functions as a passivation layer, defects of the solar cell are minimized and the efficiency of the solar cell is further improved by reducing the recombination of the electron- .
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시형태 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명 이 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시형태에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가 적으로 변형된 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention something to do.
도 1은 종래 실리콘 태양전지의 구성을 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon solar cell.
도 2는 종래 실리콘 태양전지의 밴드갭 에너지를 나타내는 그래프이다. 2 is a graph showing band gap energy of a conventional silicon solar cell.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 실리콘 태양전지의 구성을 나타내는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 실리콘 태양전지의 밴드갭 에너지를 나타내는 그래프이다. 4 is a graph showing the band gap energy of a silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
300: 실리콘 태양전지 310: 제 1 전도형 기판300: Silicon solar cell 310: First conducting substrate
320: 제 2 전도형 실리콘 접합층 330: 제 2 전도형 실리콘 박막층320: second conduction type silicon junction layer 330: second conduction type silicon thin film layer
350: 반사방지막 370: 전면 전극350: antireflection film 370: front electrode
380: 후면 전극 385: 후면 전계형성층380: rear electrode 385: rear field-
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
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| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |