KR19980015421A - 함몰전극형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 세정된 반도체 기판의 전면과 후면에 산화막을 형성하는 단계; (b) 반도체 기판 후면에 표면코팅막을 형성하는 단계; (c) 반도체 기판 전면의 산화막만을 선택적으로 제거하는 단계; (d) 반도체 기판 후면의 표면코팅막을 제거하는 단계; (e) 반도체 기판 전면에 n형 불순물을 확산시켜 n+ 반도체층을 형성하는 단계; (f) 반도체 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계; (g) 반도체 기판 전면에 홈을 형성한 다음, 이 홈내로 n형 불순물을 깊게 확산시켜 n++ 반도체층을 형성하는 단계; (h) 상기 홈내에 전도성 금속을 도금하여 전면전극을 형성하는 단계; (i) 반도체 기판 전면에 표면코팅막을 형성하는 단계; (j) 반도체 기판 후면의 산화막을 제거하는 단계; (k) 반도체 기판 후면에 보론을 함유하고 있는 실리콘 글래스를 스핀코팅하고, 베이킹한 다음, 어닐링으로 p+ 반도체층을 형성하고, 이 때 형성된 산화막을 제거하는 단계; (l) 스크린 프린팅 방법을 이용하여 반도체 기판 후면에 전도성 금속으로 후면 전극을 형성하는 단계; (m) 반도체 기판 전면의 표면코팅막을 제거하는 단계; (n) 반도체 기판 전면에 반사방지막을 형성하는 단계; (o) 에지를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 반도체 기판 후면에서의 캐리어들의 재결합을 감소시킴으로써 변환효율이 향상된 태양전지를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하기로는 반도체 기판 후면에서의 캐리어들의 재결합을 감소시킴으로써 전지의 변환효율을 향상시킨 함몰전극형 태양전지를 저렴한 비용으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 광 기전력 효과를 이용한 것으로서, p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만든다. p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분(pn 접합부)에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 마이너스의 전하(전자)와 플러스의 전하(정공)가 발생한다.
빛에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 n형 반도체측과 p형 반도체측으로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아진다. 이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부에서 전력으로 이용할 수 있게 된다.
태양전지는 전극의 형태에 따라 스크린 프린팅형 태양전지(Screen Printing Solar Cell: SPSC)와 함몰전극형 태양전지(Buried Contact Solar Cell: BCSC)로 구분할 수 있다.
SPSC는 일반적으로 제조하기가 용이하지만 에너지 변환효율이 낮은 편이다. 이는 금속 전극에서의 반사, 후면 전류 흐름에서 기인된 저항 및 일반적으로 깊게 도핑되어 있는 이미터 영역에서의 캐리어들의 높은 재결합률 때문이다. 또한 상기와 같은 이유로 SPSC에서는 단락회로전류밀도와 블루우 리스폰스(blue response) 특성이 불량하다.
한편, BCSC에서는 금속 전극을 반도체 기판 전면내에 형성시키는데, 이 전지의 에너지 변환효율과 개방회로전압은 SPSC보다 높은 편이다. 이렇게 BCSC가 SPSC보다 에너지 변환효율과 개방회로전압이 높은 것은 반도체 기판 전면내로 깊게 도핑되어 있는 금속 전극이 전지의 활성영역과 떨어져 있어서 개방회로전압 및 전지 변환효율을 감소시키는 원인으로 작용하는 캐리어들의 재결합이 보다 감소되기 때문이다.
도 1은 통상적인 BCSC의 단면구조를 나타낸 도면으로서, 이를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저 p형 반도체 기판 (11)에 텍스처링을 실시하여 기판 전면과 후면에 피라미드 구조를 형성한다. 상기 반도체 기판 전면상에 n+ 반도체층 (12)을 형성한 다음, 산화공정을 실시하여 반도체 기판 (11) 전면에 산화막 (13)을 형성하고 그 기판 후면에도 산화막(미도시)을 형성한다. 상기 반도체 기판 (11) 전면내로 홈을 깊게 스크라이빙한 다음, 이 홈내에 전도성 금속을 도금하여 전면전극 (16)를 형성한다. 이 때 전면전극 (16)이 형성되어 있는 홈의 하부에는 n++ 반도체층 (15)을 형성시킨다.
반도체 기판 (11) 후면에는 알루미늄을 증착, 소결하여 p+ 반도체층 (17)을 형성하고, 그 상부에 전도성 금속을 도금하여 후면전극 (18)을 형성한다.
마지막으로, 상기 반도체 기판 전면에 반사방지막 (14)을 형성함으로써 함몰전극형 태양전지가 완성된다.
상기의 제조방법에서 알 수 있는 바와 같이, BCSC에서는 확산 불순물로서 알루미늄을 증착, 소결하여 후면전계를 형성한다. 이렇게 알루미늄을 이용하여 후면전계를 형성하는 경우, 고가의 진공증발기가 반드시 필요하다. 이로 인하여 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 후면전계 형성시 고가의 증착설비를 사용하지 않고서도 반도체 기판 후면에서의 캐리어들의 재결합을 효과적으로 감소시킴으로써 변환효율이 매우 향상된 함몰전극형 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 함몰전극형 태양전지의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2a-e는 본 발명에 따른 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 21. p형 반도체 기판
12, 22. n+ 반도체층
13, 23, 24. 산화막(SiO2)
14, 30. 반사방지막(TiO2)
15, 25. n++ 반도체층
16, 26. 전면전극
17, 27. p+ 반도체층
18, 28. 후면전극
29. 표면코팅막
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 (a) 세정된 반도체 기판의 전면과 후면에 산화막을 형성하는 단계; (b) 반도체 기판 후면에 표면코팅막을 형성하는 단계; (c) 반도체 기판 전면의 산화막만을 선택적으로 제거하는 단계; (d) 반도체 기판 후면의 표면코팅막을 제거하는 단계; (e) 반도체 기판 전면에 n형 불순물을 확산시켜 n+ 반도체층을 형성하는 단계; (f) 반도체 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계; (g) 반도체 기판 전면에 홈을 형성한 다음, 이 홈내로 n형 불순물을 깊게 확산시켜 n++ 반도체층을 형성하는 단계; (h) 상기 홈내에 전도성 금속을 도금하여 전면전극을 형성하는 단계; (i) 반도체 기판 전면에 표면코팅막을 형성하는 단계; (j) 반도체 기판 후면의 산화막을 제거하는 단계; (k) 반도체 기판 후면에 보론을 함유하고 있는 실리콘 글래스를 스핀코팅하고, 베이킹한 다음, 어닐링으로 p+ 반도체층을 형성하고, 이 때 형성된 산화막을 제거하는 단계; (l) 스크린 프린팅 방법을 이용하여 반도체 기판 후면에 전도성 금속으로 후면 전극을 형성하는 단계;(m) 반도체 기판 전면의 표면코팅막을 제거하는 단계; (n) 반도체 기판 전면에 반사방지막을 형성하는 단계; (o) 에지를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 표면코팅막의 재료로는 통상적인 반도체 소자 제조시 사용되는 표면코팅막 형성용 물질이라면 모두 사용할 수 있다. 그 중에서도 특히 노볼락(novolak) 및 폴리하이드록시스티렌과 같이 물에는 잘 녹지 않으면서 아세톤이나 톨루엔 등의 유기용제에 잘 녹는 물질이나 내에칭성 피막을 형성하는 감광성 수지인 포토레지스트로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 표면코팅막은 산화막 제거시 통상적으로 사용되는 식각액인 불산에 용해되지 않으므로 이 표면코팅막을 마스크로 사용하여 반도체 기판 후면의 산화막만을 선택적으로 제거할 수 있다.
이하, 도 2a-e를 참조하여 본 발명에 따른 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
반도체 기판 (21)을 세정한 다음, 이 반도체 기판 (21)의 전면과 후면상에 산화막 (23) 및 (24)를 각각 형성한다. 이어서 산화막 (24)가 형성되어 있는 반도체 기판 후면상에 표면코팅막 (29)을 형성한다(도 2a). 이렇게 표면코팅막 (29)을 형성함으로써 반도체 기판 (21) 전면에 형성된 산화막 (23)만을 선택적으로 제거할 수 있다.
반도체 기판 (21) 전면에 형성된 산화막 (23)을 제거하고 나서, 반도체 기판 후면의 표면코팅막 (29)을 제거한다. 이 표면코팅막 (29)은 불산과 같은 식각액에 대한 내성이 우수하며 일반적인 유기용매에 잘 용해되므로 제거하기가 매우 용이하다.
반도체 기판 (21) 전면에 n형 불순물인 인을 확산시켜 n+ 반도체층 (22)을 형성한 다음, 그 상부에 산화막 (23)을 다시 형성한다(도 2b).
레이저를 이용하여 반도체 기판 (21) 전면에 홈을 스크라이빙하고 형성된 이 홈내로 n형 불순물을 깊게 확산시켜 n++반도체층 (25)을 형성한다. 이 홈위에 전도성 금속을 도금하여 전면전극 (26)을 형성한다. 여기에서 도금방법으로는 선택적 도금이 가능한 무전해도금방법을 사용하는 것이 바람직하다.
전면전극 (26)이 형성된 상기 반도체 기판 (21) 전면에 표면코팅막 (29)을 형성한다. 그리고 나서 반도체 기판 후면의 산화막 (24)을 제거한다(도 2c). 그 후, 반도체 기판 (21) 후면에 보론을 함유하고 있는 실리콘 글래스를 스핀코팅하고, 120 내지 170℃에서 15∼20분동안 베이킹한다. 여기에서 보론과 실리콘 글래스의 중량비는 10:90 내지 20 :80이 바람직하며, 15:85가 가장 바람직하다. 이어서 급속 열적 어닐링기(Rapid Thermal Annealer: RTA)를 이용한 어닐링으로 p+ 반도체층 (27)을 형성한다. 그리고 이러한 후면전계 형성시 생성된 산화막(미도시)을 제거해낸다.
산화막이 제거된 반도체 기판 (21) 후면에 스크린 인쇄방법을 사용하여 전극을 인쇄한 다음, 소결하여 후면전극 (28)을 형성한다(도 2d). 이어서 반도체 기판 전면의 표면코팅막 (29)을 제거한 다음, 반도체 기판 (21) 전면에 반사방지물질을 분무하여 반사방지막 (30)을 형성한다(도 2e).
마지막으로 전지 제조공정중 외부의 불순물로 인하여 pn접합이 손상되거나 전지가 단락되는 것을 방지하기 위하여 에지(edge)를 분리해냄으로써 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 함몰전극형 태양전지가 완성된다.
본 발명에 의하면, 종래의 함몰전극형 태양전지의 제조방법과는 달리 후면전계 형성시 고가의 증착설비를 사용하지 않고 단지 스핀코터와 RTA를 사용한다. 따라서 종래보다 제조비용이 절감된다.
Claims (6)
- (a) 세정된 반도체 기판의 전면과 후면에 산화막을 형성하는 단계;(b) 반도체 기판 후면에 표면코팅막을 형성하는 단계;(c) 반도체 기판 전면의 산화막만을 선택적으로 제거하는 단계;(d) 반도체 기판 후면의 표면코팅막을 제거하는 단계;(e) 반도체 기판 전면에 n형 불순물을 확산시켜 n+ 반도체층을 형성하는 단계;(f) 반도체 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계;(g) 반도체 기판 전면에 홈을 형성한 다음, 이 홈내로 n형 불순물을 깊게 확산시켜 n++ 반도체층을 형성하는 단계;(h) 상기 홈내에 전도성 금속을 도금하여 전면전극을 형성하는 단계;(i) 반도체 기판 전면에 표면코팅막을 형성하는 단계;(j) 반도체 기판 후면의 산화막을 제거하는 단계;(k) 반도체 기판 후면에 보론을 함유하고 있는 실리콘 글래스를 스핀코팅하고, 베이킹한 다음, 어닐링으로 p+ 반도체층을 형성하고, 이 때 형성된 산화막을 제거하는 단계;(l) 스크린 프린팅 방법을 이용하여 반도체 기판 후면에 전도성 금속으로 후면 전극을 형성하는 단계;(m) 반도체 기판 전면의 표면코팅막을 제거하는 단계;(n) 반도체 기판 전면에 반사방지막을 형성하는 단계;(o) 에지를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 표면코팅막이 노볼락(novolak), 폴리하이드록시스티렌 및 포토레지스트로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (k)단계에서 보론과 실리콘 글래스의 중량비가 10:90 내지 20:80인 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (k)단계에서 베이킹이 120∼170℃에서 15 내지 20동안 실시되는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화막 식각시 불산을 이용하는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반사방지막이 산화티탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법.
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| KR (1) | KR100374810B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140120994A (ko) * | 2013-04-03 | 2014-10-15 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
-
1996
- 1996-08-21 KR KR1019960034724A patent/KR100374810B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140120994A (ko) * | 2013-04-03 | 2014-10-15 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100374810B1 (ko) | 2003-03-15 |
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