KR20120122016A - Method for fabricating solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선택적 에미터를 성장하는 과정에서 제거된 트렌치(trench)를 후속의 페이스트 프린팅(paste printing) 과정에서 사용함으로써 기판 상부에서 측정되는 종횡비(aspect ratio)를 향상시키는 태양전지 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, and more particularly, an aspect ratio measured on an upper surface of a substrate by using a trench removed in growing a selective emitter in a subsequent paste printing process. It relates to a solar cell manufacturing method (improved ratio).
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. A solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 실리콘 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, when solar light enters into the silicon substrate of the solar cell, electron-hole pairs are generated, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Thus, photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 물질, 형태에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다. On the other hand, solar cells are classified into various types according to the material and the shape of the light absorption layer, which is a pn junction layer. Examples of the light absorption layer include silicon (Si). And a thin film type for forming a light absorption layer by depositing silicon in a thin film form.
실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층(101)의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 둘레에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다.The structure of the substrate type of the silicon-based solar cell is as follows. As shown in FIG. 1, an n-
이와 같은 실리콘계 태양전지는 p형 실리콘 기판의 준비, 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링(요철 형성), n형 불순물 이온 주입 및 확산, 반사방지막 적층, 전면전극 및 후면전극의 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이 때, n형 불순물 이온을 주입, 확산시켜 상기 n형 반도체층(102)을 형성하는 공정을 구체적으로 살펴보면, p형 실리콘 기판 상에 인산 용액을 도포하고, 고온의 열처리를 통해 인산 용액의 인(P)이 p형 실리콘 기판 내부로 확산(diffusion)되도록 하여 n형 반도체층(120)이 형성되도록 한다. Such silicon-based solar cells are manufactured through processes such as preparation of a p-type silicon substrate, surface texturing (formation of irregularities) on the silicon substrate, implantation and diffusion of n-type impurity ions, lamination of an antireflection film, and formation of front and rear electrodes. In this case, the process of forming the n-
기존의 일반적인 태양전지 제조공정에서 선택적 에미터를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 대표적인 방법으로, 확산 공정을 통해 n형 반도체층을 형성한 다음, 기판 상에 고농도 에미터가 형성될 부위를 선택적으로 노출하는 마스크 패턴을 형성하고, 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터를 형성한다. 이 때, 마스크 패턴은 기판 상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 마스크층을 적층한 다음, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성하거나 레이저 융발(laser ablation)을 통해 형성할 수 있다. 이러한 선택적 에미터 형성방법에서는 형성되는 트렌치의 종횡비(aspect ratio)가 작고, 종횡비를 향상시키기 위해 점성이 높은 재료를 사용하거나 이중으로 프린팅하는 방법이 적용되어야 하는 문제점이 있다. Referring to the method of forming a selective emitter in a conventional general solar cell manufacturing process as follows. In a representative method, an n-type semiconductor layer is formed through a diffusion process, a mask pattern for selectively exposing a region where a high concentration emitter is to be formed is formed on a substrate, and a high concentration emitter is formed by implanting a high concentration of impurity ions. do. In this case, the mask pattern may be formed by stacking a mask layer made of a silicon oxide film or a silicon nitride film on a substrate, and then patterning the same through a photolithography process and an etching process or by laser ablation. In this selective emitter formation method, there is a problem in that the aspect ratio of the trench to be formed is small, and a method of using a highly viscous material or printing in duplicate to improve the aspect ratio has to be applied.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양전지의 제조 과정에서 선택적 에미터를 형성할 때, 제거된 트렌치를 후속의 페이스트 프린팅(paste printing) 과정에서 사용함으로써, 기판 상부에서 측정하는 종횡비(aspect ratio)를 향상시키는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, when forming a selective emitter in the manufacturing process of the solar cell, by using the removed trench in a subsequent paste printing process, it is measured on the substrate It relates to a solar cell manufacturing method for improving the aspect ratio.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 제1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 싱기 기판의 전면 상에 요철이 형성되도록 기판을 텍스쳐링하고, 제2 도전형의 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 기판의 전면 상에 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막 상에 포토레지스트를 선택적으로 도포하는 단계와, 상기 기판을 식각하여 상기 포토레지스트가 도포되지 않는 부위의 산화막을 제거하여 트렌치(trench)를 형성하는 단계와, 확산 공정을 실시하여 상기 트렌치 내에 고농도 에미터를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계와, 상기 산화막 상에 반사방지막을 형성하는 단계, 및 상기 기판의 전면에 상기 트렌치에 연결되도록 전면전극을 형성하고, 상기 기판의 후면 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.A solar cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a crystalline silicon substrate of the first conductivity type, texturing the substrate so that irregularities are formed on the front surface of the thin substrate, the second conductivity type Forming an impurity region of the substrate, forming an oxide film on the entire surface of the substrate, selectively applying a photoresist on the oxide film, and etching a portion of the portion where the photoresist is not applied. Removing the oxide film to form a trench, performing a diffusion process to form a high concentration emitter in the trench, removing the photoresist, and forming an antireflection film on the oxide film And a front electrode formed on the front surface of the substrate so as to be connected to the trench, and a rear electrode formed on the rear surface of the substrate. And a step.
한편, 상기 기판을 식각하여 상기 포토레지스트가 도포되지 않는 부위의 산화막을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계에서, 상기 트렌치의 두께는 200nm 내지 700nm인 것을 특징으로 할 수 있다.Meanwhile, in the forming of the trench by etching the substrate to remove the oxide layer of the portion where the photoresist is not applied, the thickness of the trench may be 200 nm to 700 nm.
그리고, 상기 기판의 전면 상에 산화막을 형성하는 단계는, 기판을 산소 분위기 하에서 가열하여 기판 표면 상에 자연산화막을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.The forming of the oxide film on the entire surface of the substrate may include forming a natural oxide film on the substrate surface by heating the substrate in an oxygen atmosphere.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The manufacturing method of the solar cell according to the present invention has the following effects.
선택적 에미터를 성장하는 과정에서 생성된 트렌치를 후속의 전극 형성과정에서 사용하여 종횡비(aspect ratio)를 증가시킬 수 있다.The trench produced during the growth of the selective emitter can be used in subsequent electrode formation to increase the aspect ratio.
도 1은 종래의 실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a substrate type of a conventional silicon solar cell.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하 설명에서는 제1 도전형은 p형으로, 제2 도전형은 n형으로 하는 실시예 즉, p형 실리콘 기판을 베이스(base)로 적용하여 제조되는 태양전지에 관하여 설명하고, p형 실리콘 기판 대신 n형 실리콘 기판을 사용하는 경우 도핑층의 구조는 반대로 형성될 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an embodiment in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, that is, a solar cell manufactured by applying a p-type silicon substrate as a base will be described. If the n-type silicon substrate is used instead, the structure of the doped layer may be formed in reverse. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention, and FIGS. 3A to 3I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
먼저, 도 2, 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이, 제1 도전형의 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201). 상기 기판(301)의 전면 상에 요철이 형성되도록 기판을 텍스쳐링(texturing)하고, 제2 도전형의 불순물 영역(302)을 형성한다(S202). 즉, p형 결정질 실리콘 기판(301)의 전면 상에 텍스쳐링을 수행하고 n형 이온을 주입하고 확산시켜 상기 p형 실리콘 기판(301) 상부에 n형 반도체층(302)을 형성하도록 한다. First, as shown in Figs. 2, 3A and 3B, a first
그 후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(302)의 전면 상에 산화막(SiO3)(303)을 형성한다(S203). 상기 산화막(303)은 상기 기판을 산소 분위기 하에서 가열하여 기판 표면 상에 자연산화막(native oxide)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 산화막(303)은 상기 확산 과정에서 생성되는 자연산화막일 수 있고, PSG(phosphor-silicate glass)막일 수도 있다. 인(P)의 확산 공정이 고온 하에서 진행됨에 따라, 실리콘 기판 상에 인(P)과 실리콘(Si) 등이 반응한 PSG막이 형성되는데, 이와 같은 PSG막은 제거되어야 할 부산물로서, 일반적으로 불산(HF) 등의 식각 용액을 통해 제거된다. Thereafter, as illustrated in FIG. 3C, an oxide film (SiO 3 ) 303 is formed on the entire surface of the substrate 302 (S203). The
상기 산화막(303)을 형성한 후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 산화막(303) 상에 포토레지스트(photoresist)(304)를 선택적으로 도포한다(S204). 상기 포토레지스트(304)는 상기 산화막(303)을 제거하여 트렌치와 전면전극을 형성할 부위를 개방시키는 형태로 패턴화하여 상기 산화막(303) 상에 도포된다. 상기 포토레지스트(304)는 식각 공정시 필요한 물질로, 차례로 증착된 박막 상에 도포한 후 패턴화된 마스크(mask)를 가린 후, 자외선을 쏘여주게 된다. 마스크에서 빛이 통과할 수 있는 부분으로만 빛이 통과하여 박막 위의 포토레지스트와 반응하게 된다. 그 후, 빛을 받은 부분만을 용해시킬 수 있는 에칭 용액으로 포토레지스트를 에칭하게 되면 패턴 모양대로 포토레지스트가 패터닝되고 다시 포토레지스트 밑에 증착했던 박막이 에칭되게 된다. After the
상기 도 3e 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 기판에 에칭 용액으로 산화막(303)을 식각하여 트렌치를 형성하고(S205), 확산(diffusion) 공정을 수행하여 상기 트렌치 내에 고농도 에미터(305)를 증착시킨다(S206). 즉, 상기 포토레지스트(304)가 도포되지 않는 부위의 산화막(303)을 제거함으로써 트렌치가 형성된다. 한편, 상기 트렌치의 두께는 200nm 내지 700nm일 수 있다. 상기 확산 공정은 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판을 구비시키고 상기 챔버 내에 제2 도전형의 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산되도록 한다. 이를 통해, 상기 산화막 패턴에 의해 기판 표면이 노출된 부위에는 불순물 이온의 확산이 활발히 진행되어 고농도 에미터(n++)가 형성된다. As shown in FIGS. 3E and 3F, an
한편, 상긱 n형 불순물 이온의 확산 공정은 상술한 바와 같은 기상의 가스를 이용하는 방법 이외에, n형 불순물 이온이 포함된 용액 예를 들어, 인산(H3PO4) 용액 내에 상기 실리콘 기판을 침적시키고 후속의 열처리를 통해 인(P) 이온이 기판 내부에 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성할 수 있다. On the other hand, in the diffusion process of the simple n-type impurity ions, the silicon substrate is deposited in a solution containing n-type impurity ions, for example, a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution, in addition to the method using gaseous gas as described above. Subsequent heat treatment allows phosphorus (P) ions to diffuse into the substrate to form a high concentration emitter.
그 후, 도 3g 및 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(304)를 제거하고(S207), 상기 산화막(303) 상에 반사방지막(306)을 형성한다(S208). 상기 반사방지막(306)은 표면 반사를 최소화하기 위한 것으로, Si3N4 막일 수 있다. Thereafter, as shown in FIGS. 3G and 3H, the
그리고, 마지막으로, 도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 반사방지막(306)이 형성된 상기 트렌치에 연결되도록 전면전극(307)을 형성하고, 상기 기판 후면 상에 후면전극(308)을 형성한다(S209). Finally, as shown in FIG. 3I, a
상기와 같이, 선택적 에미터(305)를 성장시키는 과정에서 형성된 트렌치를 후속의 전극 형성 과정에 사용함으로써 기판의 상부에서 측정하는 종횡비(aspect ratio)를 향상시킬 수 있어 태양전지의 효율이 향상된다. As described above, by using the trench formed in the process of growing the
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.
301 : p형 반도체층 302 : n형 반도체층
303 : 산화막 304 : 포토레지스트
305 : 선택적 에미터 306 : 반사방지막
307 : 전면전극 308 : 후면전극301: p-type semiconductor layer 302: n-type semiconductor layer
303: oxide film 304: photoresist
305: selective emitter 306: antireflection film
307: front electrode 308: rear electrode
Claims (3)
싱기 기판의 전면 상에 요철이 형성되도록 기판을 텍스쳐링하고, 제2 도전형의 불순물 영역을 형성하는 단계;
상기 기판의 전면 상에 산화막을 형성하는 단계;
상기 산화막 상에 포토레지스트를 선택적으로 도포하는 단계;
상기 기판을 식각하여 상기 포토레지스트가 도포되지 않는 부위의 산화막을 제거하여 트렌치(trench)를 형성하는 단계;
확산 공정을 실시하여 상기 트렌치 내에 고농도 에미터를 형성하는 단계;
상기 포토레지스트를 제거하는 단계;
상기 산화막 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 전면에 상기 트렌치에 연결되도록 전면전극을 형성하고, 상기 기판의 후면 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.Preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type;
Texturing the substrate such that unevenness is formed on an entire surface of the thin substrate, and forming an impurity region of a second conductivity type;
Forming an oxide film on the entire surface of the substrate;
Selectively applying a photoresist on the oxide film;
Etching the substrate to form a trench by removing an oxide film on a portion where the photoresist is not applied;
Performing a diffusion process to form a high concentration emitter in the trench;
Removing the photoresist;
Forming an anti-reflection film on the oxide film; And
Forming a front electrode on the front surface of the substrate to be connected to the trench, and forming a rear electrode on the rear surface of the substrate.
상기 기판을 식각하여 상기 포토레지스트가 도포되지 않는 부위의 산화막을 제거하여 트렌치를 형성하는 단계에서,
상기 트렌치의 두께는 200nm 내지 700nm인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.The method of claim 1,
Etching the substrate to form a trench by removing an oxide film on a portion where the photoresist is not applied;
The thickness of the trench is a solar cell manufacturing method, characterized in that 200nm to 700nm.
상기 기판의 전면 상에 산화막을 형성하는 단계는,
기판을 산소 분위기 하에서 가열하여 기판 표면 상에 자연산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
The method of claim 1,
Forming an oxide film on the entire surface of the substrate,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the substrate is heated in an oxygen atmosphere to form a natural oxide film on the surface of the substrate.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110039965A KR20120122016A (en) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | Method for fabricating solar cell |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108987497A (en) * | 2018-07-23 | 2018-12-11 | 宁夏大学 | A kind of preparation method of the novel light trapping structure of monocrystaline silicon solar cell |
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2011
- 2011-04-28 KR KR1020110039965A patent/KR20120122016A/en not_active Application Discontinuation
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CN108987497A (en) * | 2018-07-23 | 2018-12-11 | 宁夏大学 | A kind of preparation method of the novel light trapping structure of monocrystaline silicon solar cell |
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