KR20090093192A - Solar Cell And Method For Manufacturing The Same - Google Patents
Solar Cell And Method For Manufacturing The SameInfo
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Abstract
Description
본 발명은 박막형 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양전지를 구성하는 복수개의 단위셀간에 용이하게 직렬 연결될 수 있게 하는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film silicon solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, which can be easily connected in series between a plurality of unit cells constituting the solar cell.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 그 응용 범위가 매우 넓다. Solar cells are a key component of solar power, which converts sunlight directly into electricity, and its application ranges from space to home.
태양전지는 기본적으로 pn 접합으로 구성된 다이오드로서 그 동작원리는 다음과 같다. 태양전지의 pn 접합에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로 정공은 p층으로 이동함에 따라 pn간에 광기전력이 발생하게 되는데, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산하게 된다.A solar cell is basically a diode composed of a pn junction and its operation principle is as follows. When solar light having energy greater than the energy band gap of a semiconductor is incident on a pn junction of a solar cell, electron-hole pairs are generated, and electrons are n-layers and holes are p-layers by an electric field formed at the pn junction. As it moves, photovoltaic power is generated between pn. At this time, if a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to produce power.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양하게 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘계 태양전지가 대표적이다. 실리콘계 태양전지는 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지와 박막형[비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지로 구분된다. 이외에도 태양전지의 종류에는 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등을 들 수 있다.Solar cells are variously classified according to materials used as light absorbing layers, and silicon-based solar cells using silicon as light absorbing layers are typical. Silicon-based solar cells are classified into substrate type (single crystal, poly crystal) solar cells and thin film type (amorphous, poly crystal) solar cells. Other types of solar cells include CdTe and CIS (CuInSe 2 ) compound thin film solar cells, III-V solar cells, dye-sensitized solar cells, organic solar cells, and the like.
단결정 실리콘 기판형 태양전지는 다른 종류의 태양전지에 비해서 변환 효율이 월등히 높다는 장점이 있지만 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용함에 따라 제조 단가가 높다는 치명적인 단점이 있다. 다결정 실리콘 기판형 태양전지 역시 단결정 실리콘 기판형 태양전지보다는 제조 단가가 저렴할 수 있지만, 벌크 상태의 원재료로부터 태양전지를 만드는 점은 단결정 실리콘 기판형 태양전지와 다를 바 없기 때문에, 원재료비가 비싸고 공정 자체가 복잡하여 제조 단가 절감에 한계가 있을 수 밖에 없다. The single crystal silicon substrate type solar cell has an advantage of significantly higher conversion efficiency than other types of solar cells, but has a fatal disadvantage of high manufacturing cost by using a single crystal silicon wafer. The polycrystalline silicon substrate type solar cell may also be cheaper to manufacture than the monocrystalline silicon type substrate solar cell. However, since the solar cell is made from bulk raw materials, the cost of raw materials is high and the process itself is expensive. Due to the complexity, there is a limit in manufacturing cost reduction.
이와 같은 기판형 태양전지의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 유리와 같은 기판 위에 광흡수층인 실리콘을 박막 형태로 증착하여 사용함으로써 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 박막형 실리콘 태양전지가 주목을 받고 있다. 박막형 실리콘 태양전지는 기판형 실리콘 태양전지의 약 1/100에 해당되는 두께만으로도 태양전지의 제조가 가능하다.In order to solve the problems of the substrate-type solar cell, a thin-film silicon solar cell that can significantly lower the manufacturing cost by using a thin film of silicon as the light absorption layer on a substrate such as glass is attracting attention. Thin-film silicon solar cells can be manufactured with a solar cell having a thickness of about 1/100 of the substrate-type silicon solar cell.
박막형 실리콘 태양전지 중 가장 처음 개발되고 현재 주택용 등에 보급되기 시작한 것이 비정질 실리콘 박막형 태양전지이다. 비정질 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)법에 의해 형성할 수 있어서 대량 생산에 적합하고 제조 단가가 저렴한 대신에 비정질 실리콘 내에 다량으로 존재하는 실리콘 원자의 댕글링 본드(dangling bond) 때문에 변환 효율이 기판형 실리콘 태양전지에 비해 너무 낮다는 문제점이 있다. 또한, 비정질 실리콘 태양전지는 수명이 비교적 짧고 사용함에 따라 효율이 감소하는 열화 현상이 나타나는 문제점이 있다.Amorphous silicon thin film solar cells are the first among thin film silicon solar cells that have been developed and are now being used for home use. Amorphous silicon solar cells can form amorphous silicon by chemical vapor deposition, which is suitable for mass production and inexpensive to manufacture, dangling bonds of silicon atoms present in large quantities in amorphous silicon. The conversion efficiency is too low compared to the substrate type silicon solar cell. In addition, the amorphous silicon solar cell has a problem in that a deterioration phenomenon of decreasing efficiency with use of a relatively short lifespan appears.
상기와 같은 문제를 가지고 있는 비정질 실리콘 박막형 태양전지의 단점을 보완하기 위하여 개발된 것이 결정질(crystalline) 실리콘 박막형 태양전지이다. 결정질 실리콘 박막형 태양전지는 광흡수층으로 결정질 실리콘을 사용하기 때문에 광흡수층으로 비정질 실리콘을 사용하는 비정질 실리콘 박막형 태양전지보다 태양전지의 특성이 우수하다. The crystalline silicon thin film solar cell was developed to supplement the disadvantage of the amorphous silicon thin film solar cell having the above problems. Since the crystalline silicon thin film solar cell uses crystalline silicon as the light absorbing layer, the characteristics of the solar cell are superior to those of the amorphous silicon thin film solar cell using amorphous silicon as the light absorbing layer.
그러나, 결정질 실리콘 박막형 태양전지는 모듈화하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 결정질 실리콘 박막형 태양전지의 최종 완성 제품은 글래스 기판 상에 n형 실리콘층, i형 실리콘층, p형 실리콘층이 순차적으로 적층되어 있는 복수개의 단위셀로 이루어지고, 단위셀간에 n형(p형) 실리콘층과 p형(n형) 실리콘층이 전기적으로 서로 직렬 연결되어 있는 구조를 취해야 한다. 따라서, 단위셀간에 최하부층인 n형 실리콘층과 최상부층인 p형 실리콘층을 연결하기 위해서는 반도체 집적회로 제조시 사용하는 컨택홀 형성을 통한 배선 연결 방법을 적용해야 하는바, 전력 생산에 기여하는 셀의 유효 면적을 줄여서 태양전지의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 상기 직렬 연결을 위하여 컨택홀을 형성하고 컨택홀을 전도성 물질로 채우는 일련의 과정이 복잡하고 그 결과 태양전지의 제조 단가를 높이는 문제점이 있었다.However, there is a problem that the crystalline silicon thin film solar cell is not easy to modularize. The final finished product of the crystalline silicon thin film solar cell is composed of a plurality of unit cells in which an n-type silicon layer, an i-type silicon layer, and a p-type silicon layer are sequentially stacked on a glass substrate, and n-type (p-type) is formed between unit cells. ) A structure in which the silicon layer and the p-type (n-type) silicon layer are electrically connected in series with each other should be taken. Therefore, in order to connect the n-type silicon layer, which is the lowest layer, and the p-type silicon layer, which is the uppermost layer, between the unit cells, a wiring connection method must be applied through the formation of contact holes used in the manufacture of semiconductor integrated circuits. There is a problem in reducing the efficiency of the solar cell by reducing the effective area of the cell. In addition, a series of processes for forming a contact hole and filling the contact hole with a conductive material for the series connection is complicated, and as a result, a manufacturing cost of the solar cell has been increased.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단위셀간의 직렬 연결을 용이하게 하는 결정질 실리콘 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a crystalline silicon thin film solar cell and a method of manufacturing the same, which are devised to solve the above-mentioned conventional problems, which facilitate series connection between unit cells.
또한, 본 발명은 전력 생산에 기여하는 셀의 유효 면적을 늘려서 광전 효율을 높일 수 있는 결정질 실리콘 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a crystalline silicon thin-film solar cell and a method of manufacturing the same that can increase the photoelectric efficiency by increasing the effective area of the cell contributing to power production.
또한, 본 발명은 제조 과정이 간단하고 제조 단가가 저렴한 결정질 실리콘 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a crystalline silicon thin-film solar cell and a method of manufacturing the same, the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is low.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 (a) 기판 상에 제1 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 비정질 실리콘층에 제1 도펀트로 도핑된 제2 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 비정질 실리콘층에 제2 도펀트로 도핑된 제3 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (d) 상기 제1 내지 제3 비정질 실리콘층을 결정화시켜 제1 내지 제3 결정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제1 비정질 실리콘층을 식각하여 복수개의 단위셀을 형성하는 단계; (f) 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solar cell manufacturing method according to the present invention comprises the steps of (a) forming a first amorphous silicon layer on the substrate; (b) forming a second amorphous silicon layer doped with a first dopant in the first amorphous silicon layer; (c) forming a third amorphous silicon layer doped with a second dopant in the first amorphous silicon layer; (d) crystallizing the first to third amorphous silicon layers to form first to third crystalline silicon layers; And (e) etching the first amorphous silicon layer to form a plurality of unit cells; (f) forming a metal layer.
상기 비정질 실리콘층은 화학 기상 증착법으로 형성할 수 있다.The amorphous silicon layer may be formed by chemical vapor deposition.
상기 제1 도펀트는 n형 도펀트이고 상기 제2 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다.The first dopant may be an n-type dopant and the second dopant may be a p-type dopant.
상기 비정질 실리콘층은 레이저 식각법으로 식각할 수 있다. The amorphous silicon layer may be etched by laser etching.
상기 비정질 실리콘층은 고상 결정화법 또는 금속유도 결정화법으로 결정화시킬 수 있다.The amorphous silicon layer may be crystallized by a solid phase crystallization method or a metal induced crystallization method.
상기 (f) 단계를 통하여 상기 (e) 단계에서 형성된 복수개의 단위셀 중 임의의 단위셀의 제2 결정질 실리콘층과 그 인접셀의 제3 결정질 실리콘층이 연결되고, 상기 임의의 단위셀의 제3 결정질 실리콘층과 그 인접셀의 제2 결정질 실리콘층이 연결될 수 있다.The second crystalline silicon layer of any unit cell of the plurality of unit cells formed in the step (e) and the third crystalline silicon layer of the adjacent cell are connected through the step (f), and The tricrystalline silicon layer and the second crystalline silicon layer of the adjacent cell may be connected.
상기 기판의 표면을 텍스쳐링 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include texturing the surface of the substrate.
상기 기판 상에 반사 방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an anti-reflection layer on the substrate.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지는 기판 상에 제1 실리콘층, 제2 실리콘층 및 제3 실리콘층이 적층되어 있는 복수개의 단위셀로 이루어지되, 상기 제2 실리콘층은 상기 제1 실리콘층에 제1 도펀트를 도핑하여 형성되고, 상기 제3 실리콘층은 상기 제1 실리콘층에 제2 도펀트를 도핑하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the solar cell according to the present invention comprises a plurality of unit cells in which a first silicon layer, a second silicon layer and a third silicon layer are laminated on a substrate, wherein the second silicon The layer may be formed by doping a first dopant to the first silicon layer, and the third silicon layer may be formed by doping a second dopant to the first silicon layer.
상기 기판은 유리 및 플라스틱을 포함할 수 있다.The substrate may comprise glass and plastic.
상기 제1 내지 제3 실리콘층은 결정질 실리콘층일 수 있다.The first to third silicon layers may be crystalline silicon layers.
상기 제1 도펀트는 n형 도펀트이고 상기 제2 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다.The first dopant may be an n-type dopant and the second dopant may be a p-type dopant.
상기 복수개의 단위셀 중 임의의 단위셀의 제2 결정질 실리콘층과 그 인접셀의 제3 결정질 실리콘층이 연결되고, 상기 임의의 단위셀의 제3 결정질 실리콘층과 그 인접셀의 제2 결정질 실리콘층이 연결될 수 있다.A second crystalline silicon layer of an arbitrary unit cell of the plurality of unit cells and a third crystalline silicon layer of an adjacent cell are connected, and the third crystalline silicon layer of the arbitrary unit cell and the second crystalline silicon of the adjacent cell The layers can be connected.
본 발명에 따르면, i형 실리콘층 내에 n형 실리콘층과 p형 실리콘층이 병렬로 배치되는 구성을 취함으로써 단위셀간의 직렬 연결을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the n-type silicon layer and the p-type silicon layer are arranged in parallel in the i-type silicon layer, thereby making it possible to facilitate the series connection between the unit cells.
또한, 본 발명에 따르면, 직렬 연결을 위한 컨택홀 형성이 필요 없는 관계로 전력 생산에 기여하는 셀의 유효 면적이 늘어나서 광전 효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the contact hole for the series connection is not necessary, the effective area of the cell contributing to power generation is increased, thereby improving photoelectric efficiency.
또한, 본 발명에 따르면, 태양전지 제조시 직렬 연결을 위한 컨택홀 형성 단계가 생략되는 관계로 제조 과정이 간단해지고 제조 단가가 저렴해지는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, since the contact hole forming step for series connection is omitted during the solar cell manufacturing, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is reduced.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 구성을 나타내는 도면.1A to 1I are views showing the configuration of a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 방법에 따라 제조된 태양전지의 구성을 나타내는 평면도.2 is a plan view showing the configuration of a solar cell manufactured according to the method of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 기판100: substrate
110: 반사 방지층110: antireflection layer
120: i형 비정질 실리콘층120: i-type amorphous silicon layer
125: i형 결정질 실리콘층125: i-type crystalline silicon layer
130: n형 비정질 실리콘층130: n-type amorphous silicon layer
135: n형 결정질 실리콘층135: n-type crystalline silicon layer
140: p형 비정질 실리콘층140: p-type amorphous silicon layer
145: p형 결정질 실리콘층145: p-type crystalline silicon layer
150: 금속층150: metal layer
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 구현 될 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 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다. DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, 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 shapes, structures, and characteristics described herein may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the several aspects.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 구성을 나타내는 도면이다.1A to 1I are views illustrating a configuration of a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1a를 참조하면, 태양전지의 제조 과정의 첫 단계로써 기판(100)을 준비한다. 태양전지에 있어서 기판(100)은 태양광의 흡수를 위하여 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하며 예를 들어, 유리 및 투명 플라스틱을 포함할 수 있다. First, referring to FIG. 1A, a substrate 100 is prepared as a first step of a manufacturing process of a solar cell. In the solar cell, the substrate 100 is preferably made of a transparent material for absorbing sunlight, and may include, for example, glass and transparent plastic.
이때, 기판(100)의 표면은 요철(roughness; 미도시)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 처리하는 것이 바람직하다. 이는 태양전지의 기판 표면에서 반사되는 빛을 줄이고 빛이 태양전지 내부로 입사할 때 빛을 산란시킴으로써 빛이 태양전지 내부를 통과하는 유효 길이가 증가됨에 따라 빛 흡수율이 향상되어 출력 전류를 증가시키기 위함이다. In this case, it is preferable that the surface of the substrate 100 is textured to form a roughness (not shown). This is to reduce the light reflected from the substrate surface of the solar cell and to scatter the light as it enters the solar cell, thereby increasing the effective absorption of light through the solar cell and increasing the output current, thereby increasing the output current. to be.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 기판(100)상에 반사 방지층(110)을 형성한다. 반사 방지층(110)은 기판(100)을 통하여 입사된 빛이 실리콘층에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써 태양전지의 효율을 저하시키는 현상을 방지하는 역할을 한다. 반사 방지층(110)은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 반사 방지층(110)의 형성 방법으로는 저압 화학기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 및 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 등을 포함할 수 있다.Next, referring to FIG. 1B, an antireflection layer 110 is formed on the substrate 100. The anti-reflection layer 110 serves to prevent a phenomenon in which light incident through the substrate 100 is not absorbed by the silicon layer and is directly reflected to the outside, thereby reducing the efficiency of the solar cell. The antireflection layer 110 may include silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx). The anti-reflection layer 110 may be formed of low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), or the like.
다음으로, 도 1c를 참조하면, 반사 방지층(110) 상에 i형(intrinsic) 비정질 실리콘 층(120)을 형성한다. I형 비정질 실리콘층(120)의 형성 방법으로는 LPCVD법, PECVD법, 열선 화학기상 증착(Hot Wire Chemical Vapor Deposition; HWCVD)법 등과 같은 화학 기상 증착법 등을 포함할 수 있다. i형 비정질 실리콘(120) 층의 두께는 박막형 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 두께를 적용할 수 있다. Next, referring to FIG. 1C, an intrinsic amorphous silicon layer 120 is formed on the antireflection layer 110. The formation method of the I-type amorphous silicon layer 120 may include a chemical vapor deposition method such as an LPCVD method, a PECVD method, a hot wire chemical vapor deposition (HWCVD) method, or the like. The thickness of the i-type amorphous silicon 120 layer may be a thickness generally adopted in a thin-film silicon solar cell.
다음으로, 도 1d를 참조하면, i형 비정질 실리콘 층(120)에 n형 도펀트(dopant)를 도핑하여 n형 비정질 실리콘층(130)을 형성한다. 이때, 전체 i형 비정질 실리콘층(120) 면적의 대략 절반 부분에 해당하는 면적에 n형 비정질 실리콘층(130)을 형성한다. 이를 위하여 도핑 전에 n형 비정질 실리콘층(130)이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크층(미도시)을 형성하여 둔다. 소자 제조시 마스크층을 이용하여 소정 부분만을 도핑하는 기술은 반도체 집적회로 분야에서 잘 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Next, referring to FIG. 1D, an n-type dopant is doped into the i-type amorphous silicon layer 120 to form an n-type amorphous silicon layer 130. In this case, the n-type amorphous silicon layer 130 is formed in an area corresponding to approximately half of the area of the entire i-type amorphous silicon layer 120. To this end, a mask layer (not shown) exposing only a portion where the n-type amorphous silicon layer 130 is to be formed is formed before doping. Since a technique of doping only a predetermined portion using a mask layer when manufacturing a device is well known in the semiconductor integrated circuit art, a detailed description thereof will be omitted.
n형 도펀트로는 인(P)을 사용하는 것이 바람직하다. 도핑 농도는 박막형 실리콘 태양전지에서 통상적으로 채택하고 있는 도핑 농도를 적용할 수 있다. 도핑 방법으로는 이온 주입법(ion implant) 또는 확산법(diffusion) 등을 사용할 수 있다. It is preferable to use phosphorus (P) as an n-type dopant. The doping concentration can be applied to the doping concentration commonly employed in thin film silicon solar cells. As the doping method, an ion implantation method or a diffusion method may be used.
다음으로, 도 1e를 참조하면, i형 비정질 실리콘 층(120)에 p형 도펀트(dopant)를 도핑하여 p형 비정질 실리콘층(140)을 형성한다. 이때, 도 1d의 경우와 마찬가지로, 전체 i형 비정질 실리콘층(120) 면적의 대략 절반 부분에 해당하는 면적에 p형 비정질 실리콘층(140)을 형성한다. p형 비정질 실리콘층(140)은 미리 형성되어 있는 n형 비정질 실리콘층(130)과 격리되도록 형성된다. 도핑 전에 p형 비정질 실리콘층(140)이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크층(미도시)을 형성하여 두는 것도 도 1d의 경우와 동일하다. Next, referring to FIG. 1E, the p-type amorphous silicon layer 140 is formed by doping the i-type amorphous silicon layer 120 with a p-type dopant. In this case, as in FIG. 1D, the p-type amorphous silicon layer 140 is formed in an area corresponding to approximately half of the area of the entire i-type amorphous silicon layer 120. The p-type amorphous silicon layer 140 is formed to be isolated from the n-type amorphous silicon layer 130 formed in advance. It is also the same as in FIG. 1D that a mask layer (not shown) is formed to expose only a portion where the p-type amorphous silicon layer 140 is to be formed before doping.
p형 도펀트로는 붕소(B)을 사용하는 것이 바람직하다. 도핑 농도와 도핑 방법은 상술한 n형 비정질 실리콘층(130) 형성시와 동일하다.It is preferable to use boron (B) as a p-type dopant. The doping concentration and the doping method are the same as those of forming the n-type amorphous silicon layer 130 described above.
한편, 본 실시예에서는 i형 비정질 실리콘층 내에 먼저 n형 비정질 실리콘층(130)을 형성하고 나서 p형 비정질 실리콘층(140)을 형성하는 것으로 되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 i형 비정질 실리콘층(120) 내에 p형 비정질 실리콘층(140)을 형성하고 나서 n형 비정질 실리콘층(130)을 형성하여도 무방하다.Meanwhile, in the present embodiment, the n-type amorphous silicon layer 130 is first formed in the i-type amorphous silicon layer, and then the p-type amorphous silicon layer 140 is formed, but is not limited thereto. After forming the p-type amorphous silicon layer 140 in the 120, the n-type amorphous silicon layer 130 may be formed.
다음으로, 도 1f를 참조하면, i형, n형, p형 비정질 실리콘층(120, 130, 140)을 결정화 열처리하여 i형, n형, p형 결정질 실리콘층(125, 135, 145)을 형성한다. 이로써 i형 비정질 실리콘층(120) 내에 n형 비정질 실리콘층(130)과 p형 비정질 실리콘층(140)이 병렬 구조로 형성되어 있는 박막형 결정질 실리콘 태양전지용 n-i-p 구조가 완성된다.Next, referring to FIG. 1F, the i-type, n-type, and p-type amorphous silicon layers 120, 130, and 140 are crystallized and thermally treated to form the i-type, n-type, and p-type crystalline silicon layers 125, 135, and 145. Form. This completes the n-i-p structure for the thin film crystalline silicon solar cell in which the n-type amorphous silicon layer 130 and the p-type amorphous silicon layer 140 are formed in parallel in the i-type amorphous silicon layer 120.
비정질 실리콘층의 결정화 방법은 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC)을 사용하는 것이 좋다. 이 경우 결정화 온도는 600~700℃ 범위 내인 것이 바람직하다. 결정화 온도를 SPC법을 사용하는 경우보다 더 낮추기 위해서는 금속 촉매를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화시키는 방식인 금속유도 결정화법(Metal Induced Crystallization; MIC)을 사용할 수도 있다.It is preferable to use solid phase crystallization (SPC) as the method for crystallizing the amorphous silicon layer. In this case, the crystallization temperature is preferably in the range of 600 ~ 700 ℃. In order to lower the crystallization temperature than using the SPC method, metal induced crystallization (MIC), which is a method of crystallizing amorphous silicon using a metal catalyst, may be used.
한편, 비정질 실리콘층의 결정화 열처리 단계에서 도 1d와 도 1e 단계에서 도핑된 n형 도펀트와 p형 도펀트의 활성화(activation)도 동시에 진행된다.Meanwhile, in the crystallization heat treatment step of the amorphous silicon layer, activation of the n-type dopant and the p-type dopant doped in FIGS. 1D and 1E is also simultaneously performed.
다음으로, 도 1g를 참조하면, i형 결정질 실리콘층(125)을 식각하여 태양전지를 구성하는 복수개의 단위셀을 형성한다. 이 단계에서 복수개의 단위셀은 서로 전기적으로 격리된다. I형 결정질 실리콘층(125)의 식각 방법으로는 건식 식각법의 일종인 레이저 스크라이빙법(laser scribing)을 사용하는 것이 바람직하다.Next, referring to FIG. 1G, the i-type crystalline silicon layer 125 is etched to form a plurality of unit cells constituting the solar cell. In this step, the plurality of unit cells are electrically isolated from each other. As an etching method of the I-type crystalline silicon layer 125, it is preferable to use laser scribing, which is a kind of dry etching.
다음으로, 도 1h를 참조하면, 분리된 복수개의 단위셀간을 전기적으로 연결하기 위하여 도 1g의 단계가 완료된 상태에서 금속층(150)을 전면적으로 형성한다. 금속층(150)의 재료는 일반적인 배선용 재료로 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 금속층(150) 형성 방법으로는 잉크젯 인쇄법(ink jet printing), 스크린 인쇄법(screen printing), 증발법(evaporation) 또는 스퍼터링법(sputtering)과 같은 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 등을 사용할 수 있다.Next, referring to FIG. 1H, the metal layer 150 is entirely formed in the state where the step of FIG. 1G is completed to electrically connect the plurality of separated unit cells. The material of the metal layer 150 is not particularly limited as long as it can be used as a general wiring material. The metal layer 150 may be formed using physical vapor deposition (PVD), such as ink jet printing, screen printing, evaporation, or sputtering. Can be used.
다음으로, 도 1i를 참조하면, 금속층(150)을 패터닝하여 이웃한 단위셀간에 n형(p형) 실리콘층과 p형(n형) 실리콘층이 전기적으로 서로 직렬 연결되도록 한다. 금속층(150)의 패터닝 방법으로는 레이저 스크라이빙 법을 사용하는 것이 바람직하다.Next, referring to FIG. 1I, the metal layer 150 is patterned so that an n-type (p-type) silicon layer and a p-type (n-type) silicon layer are electrically connected in series between neighboring unit cells. It is preferable to use the laser scribing method as the patterning method of the metal layer 150.
도 1i 단계가 완료되면 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 결정질 실리콘 태양전지(10)가 완성되며 도 2는 태양전지(10)의 구성을 나타내는 평면도이다.When the step 1i is completed, a thin film crystalline silicon solar cell 10 according to an embodiment of the present invention is completed, and FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the solar cell 10.
도시한 바와 같이, 태양전지(10)는 기판(100) 상에 i형 결정질 실리콘층(125), n형 결정질 실리콘층(135), p형 결정질 실리콘층(145)이 적층되어 있는 구성, 보다 상세하게는 i형 결정질 실리콘층(125) 내에 n형 결정질 실리콘층(135)과 p형 결정질 실리콘층(145)이 병렬 구조로 형성되어 있는 복수개의 단위셀로 이루어지는 구성을 취한다. 이때, 복수개의 단위셀 중 임의의 단위셀의 n형 결정질 실리콘층(135)과 그 인접셀의 p형 결정질 실리콘층(145)이 금속층(150)을 통하여 연결되고, 임의의 단위셀의 p형 결정질 실리콘층(145)과 그 인접셀의 n형 결정질 실리콘층(135)이 금속층(150)을 통하여 연결됨으로써, 복수개의 단위셀은 모두 전기적으로 연결되어 하나의 태양전지(10)로 작동할 수 있게 된다.As illustrated, the solar cell 10 has a structure in which an i-type crystalline silicon layer 125, an n-type crystalline silicon layer 135, and a p-type crystalline silicon layer 145 are stacked on a substrate 100. In detail, the n-type crystalline silicon layer 125 and the p-type crystalline silicon layer 145 are formed in a parallel structure in a plurality of unit cells in the i-type crystalline silicon layer 125. At this time, the n-type crystalline silicon layer 135 of any unit cell of the plurality of unit cells and the p-type crystalline silicon layer 145 of the adjacent cell is connected through the metal layer 150, the p-type of any unit cell Since the crystalline silicon layer 145 and the n-type crystalline silicon layer 135 of the adjacent cell are connected through the metal layer 150, the plurality of unit cells may be electrically connected to each other to operate as one solar cell 10. Will be.
상술한 바와 같은 태양전지(10)의 구성에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.According to the configuration of the solar cell 10 as described above has the following advantages.
(1) n형 실리콘층과 p형 실리콘층 모두 i형 실리콘층 상에 형성되어 있기 때문에 단위셀간의 직렬 연결이 용이하다.(1) Since both the n-type silicon layer and the p-type silicon layer are formed on the i-type silicon layer, series connection between unit cells is easy.
(2) n형 실리콘층과 p형 실리콘층 모두 i형 실리콘층 상에 형성되어 있는 관계로 단위셀간의 직렬 연결을 위한 컨택홀을 형성할 필요가 없기 때문에(즉, 단위셀간의 직렬 연결을 위하여 손실되는 면적이 단위셀간의 분리 과정에서 제거되는 면적에 불과하기 때문에) 태양전지의 유효 면적이 늘어남으로써 태양전지의 성능(출력 전류값)이 향상된다.(2) Since both the n-type silicon layer and the p-type silicon layer are formed on the i-type silicon layer, it is not necessary to form contact holes for series connection between unit cells (that is, for series connection between unit cells). Since the lost area is only the area removed during the separation between unit cells, the effective area of the solar cell is increased, thereby improving the performance (output current value) of the solar cell.
(3) n형 실리콘층과 p형 실리콘층 모두 i형 실리콘층 상에 형성되어 있기 때문에 태양전지의 제조 과정이 간단해져서 제조 단가가 저렴해진다.(3) Since both the n-type silicon layer and the p-type silicon layer are formed on the i-type silicon layer, the manufacturing process of the solar cell is simplified and the manufacturing cost is low.
(4) 빛 흡수층으로 비정질 실리콘층보다 전자-정공의 이동도 특성이 훨씬 우수하고 결함 밀도가 낮은 결정질 실리콘 층을 사용하기 때문에 태양전지의 전반적인 특성이 우수하다. 또한, 결정질 실리콘층은 빛 조사에 따른 열화 특성이 없기 때문에 수명 시간 동안 제품의 신뢰성이 높아진다.(4) As the light absorbing layer, the electron-hole mobility characteristics are much better than that of the amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer having a low defect density is used, so the overall characteristics of the solar cell are excellent. In addition, since the crystalline silicon layer does not have deterioration characteristics due to light irradiation, the reliability of the product is increased during the life time.
(5) 빛 흡수층으로 낮은 농도로 도핑되어 있는 po 또는 no 실리콘층보다 절연성이 우수한 i형(진성, intrinsic) 실리콘층을 사용하기 때문에 표동(drift) 메카니즘에 의한 전자-전공 수집 특성이 우수하여 태양전지의 성능이 향상된다.(5) Excellent electron-electron collection characteristics due to the drift mechanism because the i-type (intrinsic) silicon layer is used as the light absorbing layer, which has better insulation than the p o or n o silicon layer doped at a low concentration. The performance of the solar cell is improved.
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. Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and various modifications made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Modifications and variations are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the invention and the appended claims.
Claims (13)
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