KR20140105653A - Silicon thin film solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method to manufacture a semiconductor device and, more specifically, to a thin film silicon solar cell and a method to manufacture the same. The method of the present invention comprises the steps of: forming a graphene on a metallic substrate; forming a polycrystalline silicon on the graphene; manufacturing a thin film structure using the polycrystalline silicon; and forming an electrode on the thin film structure.

Description

박막 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법 {Silicon thin film solar cell and method for manufacturing the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film solar cell and a manufacturing method thereof,

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로 특히, 박막 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a thin film silicon solar cell and a method of manufacturing the same.

태양 전지(solar cell)는 빛을 전기로 변환하는 기능을 가지는 소자로서, 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 계, 화합물 계, 유기물 계 솔라셀로 구분할 수 있다.A solar cell is a device having a function of converting light into electricity. Depending on the material used, it can be classified into a silicon-based, compound-based, or organic-based solar cell.

실리콘 계 태양 전지는 반도체의 상(Phase)에 따라 결정질 실리콘(Crystalline Silicon; c-Si) 솔라셀과 비정질 실리콘(Amorphous Silicon; a-Si) 솔라셀로 구분될 수 있다. 결정 실리콘은 다결정질 실리콘(poly-Si)을 포함할 수 있다.Silicon solar cells can be classified into crystalline silicon (a-Si) solar cells and amorphous silicon (a-Si) solar cells according to the phase of a semiconductor. The crystalline silicon may comprise polycrystalline silicon (poly-Si).

또한, 태양 전지는 반도체의 두께에 따라 벌크(Bulk) 형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분될 수 있다. In addition, the solar cell can be classified into a bulk solar cell and a thin film solar cell depending on the thickness of the semiconductor.

태양 전지는 광전효과와, 반도체의 P-N 접합에서의 전하 이동에 의하며, 높은 효율을 위한 구조와 공정을 거친다.Solar cells are structured and processed for high efficiency by photoelectric effect and charge transfer at P-N junction of semiconductor.

대표적으로 상용화된 실리콘 기반 태양 전지는 단결정일 경우 높은 효율을 가질 수 있지만 실리콘 웨이퍼의 높은 가격으로 인한 발전 단가가 높은 단점이 있다.Typically, a commercially available silicon-based solar cell has a high efficiency in the case of a single crystal, but has a disadvantage of high power generation cost due to a high price of a silicon wafer.

공정 비용을 낮추기 위해 다결정질 실리콘(poly-Si) 웨이퍼를 이용하여 태양 전지를 제작할 경우는 전자의 이동도가 상대적으로 낮아지면서 효율이 낮아질 수 있다.When a solar cell is fabricated using a polycrystalline silicon (poly-Si) wafer to lower the process cost, the efficiency of the solar cell may be lowered as the electron mobility is relatively low.

또한, 비정질 실리콘(a-Si)의 증착 공정을 통해 적층된 구조의 박막형 태양 전지는 상대적으로 복잡한 구조를 가진다.Also, a thin film solar cell having a laminated structure through a process of depositing amorphous silicon (a-Si) has a relatively complicated structure.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 높은 온도에서 열처리가 가능한 기판을 이용하여 고품질의 다결정질 실리콘 박막을 형성할 수 있고, 이를 이용하여 고효율의 박막 태양 전지를 제공할 수 있는 박막 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is directed to a thin film silicon solar cell capable of forming a high quality polycrystalline silicon thin film by using a substrate capable of being heat-treated at a high temperature and using the same to provide a thin film solar cell with high efficiency, And to provide a manufacturing method thereof.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 금속 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계; 상기 그래핀 상에 다결정질 실리콘을 형성하는 단계; 상기 다결정질 실리콘을 이용하여 박막 구조를 제작하는 단계; 및 상기 박막 구조 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming graphene on a metal substrate; Forming polycrystalline silicon on the graphene; Fabricating a thin film structure using the polycrystalline silicon; And forming an electrode on the thin film structure.

여기서, 다결정질 실리콘을 형성하는 단계는, 상기 그래핀 상에 비정질 실리콘을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 실리콘을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of forming the polycrystalline silicon includes: forming amorphous silicon on the graphene; And heat treating the amorphous silicon.

여기서, 박막 구조를 제작하는 단계는, 상기 제 1전도성 실리콘을 형성하는 단계; 및 상기 제 1전도성 실리콘 상에 제 2전도성 실리콘을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein fabricating the thin film structure comprises: forming the first conductive silicon; And forming a second conductive silicon on the first conductive silicon.

여기서, 그래핀과 다결정질 실리콘 사이에, 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include the step of forming a buffer layer between the graphene and the polycrystalline silicon.

또한, 금속 기판을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include separating the metal substrate.

이러한 금속 기판을 분리하는 단계는, 전기 분해 과정에 의하여 분리할 수 있다.The step of separating such a metal substrate can be separated by an electrolysis process.

또한, 금속 기판이 분리된 면에 최종 기판을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of providing a final substrate on the separated surface of the metal substrate.

여기서, 최종 기판은, 수지 기판; 및 상기 수지 기판과 그래핀 사이에 위치하는 접착층을 포함할 수 있다.Here, the final substrate may be a resin substrate; And an adhesive layer positioned between the resin substrate and the graphene.

또한, 박막 구조 상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, the method may further include forming an antireflection film on the thin film structure.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 그래핀; 상기 그래핀 상에 위치하는 다결정질 실리콘을 포함하는 박막 구조; 상기 박막 구조 상에 위치하는 반사 방지막; 및 상기 박막 구조와 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 구성될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; Graphenes located on the substrate; A thin film structure comprising polycrystalline silicon located on the graphene; An anti-reflection film positioned on the thin film structure; And an electrode electrically connected to the thin film structure.

여기서, 기판은, 금속 기판을 포함할 수 있다.Here, the substrate may include a metal substrate.

또한, 기판은, 수지 기판을 포함할 수 있다.Further, the substrate may include a resin substrate.

이때, 수지 기판과 그래핀 사이에는, 접착층을 더 포함할 수 있다.At this time, an adhesive layer may further be provided between the resin substrate and the graphene.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.

먼저, 금속 기판 상에 그래핀(Graphene)이 형성되어 고품질의 다결정질 실리콘(poly-Si)의 성장이 가능한 성장 기판을 이용하고, 이를 이용하여 고품질의 박막 태양 전지를 제조할 수 있다.First, a growth substrate capable of growing high-quality polycrystalline silicon (poly-Si) by forming a graphene on a metal substrate is used, and a high-quality thin-film solar cell can be manufactured using the growth substrate.

이러한 다결정질 실리콘 태양 전지는 높은 온도에서 결정화시킨 실리콘으로 간단한 구조의 고효율 박막 태양 전지를 제조할 수 있게 한다. 또한 전사 공정과, 대면적의 연속 공정이 가능하여 플라스틱 기판 위에 형성된 유연성 있는 고성능 태양 전지를 구현할 수 있으며, 제작 비용이 크게 절감될 수 있다.Such a polycrystalline silicon solar cell makes it possible to fabricate a high-efficiency thin film solar cell of simple structure with silicon crystallized at a high temperature. Also, since the transfer process and the continuous process of a large area can be performed, a flexible high performance solar cell formed on a plastic substrate can be realized, and the manufacturing cost can be greatly reduced.

이와 같이, 금속 기판 상에 형성된 그래핀은 금속과 비정질 실리콘(a-Si) 사이의 상호 확산을 통한 계면 반응을 억제하는 확산 방지막의 역할을 수행할 수 있고, 필요한 경우 태양 전지의 전극으로 사용될 수 있다.As described above, the graphene formed on the metal substrate can serve as a diffusion preventing film for suppressing the interfacial reaction through interdiffusion between the metal and the amorphous silicon (a-Si), and can be used as an electrode of a solar cell have.

도 1은 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 2는 성장 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 a-Si을 형성한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 버퍼층을 추가로 형성한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 표면 거칠기를 증가시키는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 poly-Si을 형성한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 8은 박막 구조를 형성한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 9는 반사 방지막과 전극을 형성한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 10은 수지 기판에 전사한 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.1 is a flow chart showing an example of a manufacturing method of a thin film silicon solar cell.
2 is a cross-sectional view showing an example of a growth substrate.
3 is a cross-sectional view showing an example of a state in which a-Si is formed.
4 is a cross-sectional view showing an example of a state in which a buffer layer is further formed.
Figs. 5 and 6 are sectional views showing a state of increasing the surface roughness. Fig.
7 is a cross-sectional view showing an example of a state in which poly-Si is formed.
8 is a cross-sectional view showing an example of a state in which a thin film structure is formed.
9 is a cross-sectional view showing an example of a state in which an antireflection film and an electrode are formed.
10 is a cross-sectional view showing an example of a state of being transferred to a resin substrate.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

본 발명에서는 금속 기판 상에 그래핀(Graphene)이 형성되어 고품질의 다결정질 실리콘(poly-Si)의 성장이 가능한 성장 기판을 이용하고, 이를 이용하여 박막 태양 전지를 제조할 수 있다.In the present invention, a thin film solar cell can be manufactured by using a growth substrate on which a graphene is formed on a metal substrate and high-quality polycrystalline silicon (poly-Si) can be grown.

이러한 다결정질 실리콘(poly-Si) 태양 전지는 높은 온도에서 결정화시킨 실리콘으로 간단한 구조의 고효율 박막 태양 전지를 제조할 수 있게 한다. 또한 전사 공정과, 대면적의 연속 공정이 가능하여 플라스틱 기판 위에 형성된 유연성 있는 고성능 태양 전지를 구현할 수 있으며, 제작 비용이 크게 절감될 수 있다.Such a polycrystalline silicon (poly-Si) solar cell can be fabricated with a high-efficiency thin film solar cell with a simple structure made of silicon crystallized at a high temperature. Also, since the transfer process and the continuous process of a large area can be performed, a flexible high performance solar cell formed on a plastic substrate can be realized, and the manufacturing cost can be greatly reduced.

금속 기판 상에 형성된 그래핀은 금속과 비정질 실리콘(a-Si) 사이의 상호 확산을 통한 계면 반응을 억제하는 확산 방지막의 역할을 수행할 수 있고, 필요한 경우 태양 전지의 전극으로 사용될 수 있다.The graphene formed on the metal substrate can act as a diffusion barrier film for suppressing the interfacial reaction through interdiffusion between the metal and the amorphous silicon (a-Si), and can be used as an electrode of a solar cell, if necessary.

금속 기판 상의 그래핀은 반드시 단일층일 필요는 없으며 경우에 따라 다층의 그래핀을 사용할 수도 있다.The graphene on the metal substrate does not necessarily have to be a single layer, and a multi-layered graphene may be used in some cases.

본 발명에서 제공된 기판을 이용하여 태양 전지를 제작하는 공정은 다양하게 변형될 수 있으며, 태양 전지 구조는 전사공정을 위하여 다양한 구조를 가질 수 있다. 전사를 위한 최종 기판은 유리 기판뿐만 아니라 플라스틱 기판 등 제한 없이 이용 가능하다.The process for fabricating a solar cell using the substrate provided in the present invention may be variously modified, and the structure of the solar cell may have various structures for a transfer process. The final substrate for transfer can be used without limitation such as a glass substrate as well as a plastic substrate.

금속 기판 상에 태양 전지를 제작하는 공정은 크게, 그래핀 형성, a-Si 증착 및 결정화를 통한 poly-Si 형성, 태양 전지 제작을 위한 공정 및 전사공정으로 나누어질 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 자세히 설명한다.The process for fabricating a solar cell on a metal substrate can be roughly divided into graphene formation, a-Si deposition and poly-Si formation through crystallization, a process for fabricating a solar cell, and a transfer process. Hereinafter, this will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 순서도이다. 이하, 설명하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법은 도 1을 함께 참조하여 설명한다.1 is a flow chart showing an example of a manufacturing method of a thin film silicon solar cell. Hereinafter, a method of manufacturing a thin film silicon solar cell will be described with reference to FIG.

도 2는 성장 기판의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 금속 기판(100) 상에 그래핀(200)을 형성한다(S10).2 is a cross-sectional view showing an example of a growth substrate. As shown in FIG. 2, a graphene 200 is formed on the metal substrate 100 (S10).

금속 기판(100)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 코발트(Co), 철(Fe), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal substrate 100 may be formed of a metal such as Ni, Cu, Pt, Pd, Rh, Co, Fe, Au, (Cr), magnesium (Mg), manganese (Mn), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), uranium (U), vanadium (V) and zirconium Or the like.

이러한 금속 기판(100) 상에 그래핀(200)을 형성하는 과정은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The process of forming the graphene 200 on the metal substrate 100 may be formed by a method such as chemical vapor deposition (CVD).

이러한 화학 기상 증착법은, 챔버 내에 탄소 공급원(carbon source)을 투입하며, 적당한 성장 조건을 제공함으로써 그래핀(200)을 성장시키는 방법이다.This chemical vapor deposition method is a method of growing a graphene 200 by injecting a carbon source into the chamber and providing appropriate growth conditions.

탄소 공급원의 예로는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2) 등의 가스 형태로 공급이 가능하고, 파우더, 폴리머 등의 고체 형태 및 버블링 알콜(bubbling alcohol) 등의 액체 형태로 공급이 가능하다.Examples of the carbon source include a gas such as methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), etc., and a solid form such as powder or polymer and a liquid such as bubbling alcohol It is possible.

그 외에도, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로 펜타디엔, 헥산, 사이클로 헥산, 벤젠, 톨루엔 등과 같은 다양한 탄소 공급원이 이용될 수 있다.In addition, various carbon sources such as ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, toluene,

탄소 공급원으로는 메탄(CH4)을 이용한 예를 들어 설명하면, 금속 기판(100) 상에 적당한 온도를 유지하면서 수소 분위기 속에서 메탄 가스를 투입하면, 이 수소와 메탄이 반응하여, 금속 기판(100) 상에 그래핀(200)이 형성되는 것이다. 이러한 그래핀(200)의 형성은 대략 300 내지 1500 ℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다.For example, when methane (CH 4 ) is used as a carbon source, when methane gas is introduced into a hydrogen atmosphere while maintaining a proper temperature on the metal substrate 100, the hydrogen reacts with methane to form a metal substrate The graphene 200 is formed on the substrate 100. The formation of the graphene 200 may be performed at a temperature of approximately 300 to 1500 ° C.

그래핀(200)은 단일층이 아닌 다층으로 형성될 수 있다. 이러한 다층 구조의 그래핀(200)은 별도의 챔버에서, 촉매 금속 상에 그래핀을 형성한 후, 금속 기판(100) 상에 전사시킴으로써 다층 구조의 그래핀(200)을 형성할 수도 있다. The graphene 200 may be formed in multiple layers rather than a single layer. The graphene 200 having such a multi-layer structure may be formed in a separate chamber by forming graphene on the catalyst metal and then transferring the graphene 200 onto the metal substrate 100.

이러한 전사 방법으로 그래핀(200)을 형성함에 있어서는 대면적의 연속 공정 가능한 열박리 필름을 이용한 공정이 이용될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.In forming the graphene 200 by such a transfer method, a process using a heat peelable film capable of continuous processing over a large area can be used, but the present invention is not limited thereto.

이후, 이러한 그래핀(200)이 형성된 금속 기판(100) 상에 비정질 실리콘(a-Si)을 형성하고 결정화하여 다결정질 실리콘(poly-Si)을 형성하는 과정이 이루어진다(S20).Thereafter, amorphous silicon (a-Si) is formed on the metal substrate 100 on which the graphene 200 is formed and crystallized to form polycrystalline silicon (S20).

이를 위하여, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 먼저, 그래핀(200) 상에 a-Si(300)을 형성한다. 이러한 a-Si(300)의 형성은 PECVD를 이용하여 증착할 수 있으며, 고품질의 a-Si(300) 형성을 위하여 통상의 유리 기판 상에 형성하는 온도보다 높은 온도로 증착이 가능하다.3, an a-Si 300 is first formed on the graphene 200. The formation of the a-Si 300 can be performed using PECVD, and the deposition can be performed at a temperature higher than a temperature formed on a conventional glass substrate for forming a high-quality a-Si 300.

즉, 통상의 유리 기판 상의 증착 온도인 약 400 ℃보다 높은 온도로 증착이 가능하며, 이는 금속 기판(100)의 녹는점 및 증기압 곡선 이하의 압력과 온도에서 증착이 가능하다.That is, the deposition can be performed at a temperature higher than about 400 ° C., which is the deposition temperature on a normal glass substrate, which can be deposited at a temperature and pressure below the melting point of the metal substrate 100 and the vapor pressure curve.

또한, PECVD 방법 뿐 아니라 스퍼터(sputter) 및 기타 다른 방법에 의하여 증착이 가능하다. In addition, it is possible to deposit by sputtering and other methods as well as a PECVD method.

이와 같은 a-Si(300)의 증착 시, 도핑을 위한 3족 또는 5족 원소들을 포함시켜 n-형 또는 p-형으로 형성할 수 있다.When such a-Si (300) is deposited, it may be formed into an n-type or a p-type by including Group 3 or Group 5 elements for doping.

이때, 필요한 경우, 도 4에서 도시하는 바와 같이, a-Si(300)의 증착을 용이하게 하기 위하여 버퍼층(310)을 먼저 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(310)은 a-Si(300)와의 확산에 의한 계면 반응이 적은 실리콘 산화물(SiOx)이나 실리콘 질화물(SiNx) 등의 재료를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.At this time, if necessary, the buffer layer 310 may be formed first to facilitate deposition of the a-Si 300, as shown in FIG. The buffer layer 310 may be made of a material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx), which has little interfacial reaction due to diffusion with the a-Si 300, but is not limited thereto.

한편, 태양 전지에서는 광 흡수층을 이루는 박막 구조로 입사하는 태양광의 흡수율을 높이기 위하여 표면 거칠기를 증가시키는 공정을 거치는 것이 유리하다.On the other hand, in the solar cell, it is advantageous to pass the step of increasing the surface roughness in order to increase the absorption rate of sunlight incident on the thin film structure constituting the light absorbing layer.

그러나, 상술한 바와 같이 금속 기판(100) 상에 a-Si(300)을 형성하는 경우, 그래핀(200)을 형성하는 과정에서 자연적으로 표면의 거칠기가 상승할 수 있다.However, when the a-Si 300 is formed on the metal substrate 100 as described above, the roughness of the surface may naturally increase in the process of forming the graphene 200.

따라서, 도 5에서와 같이, 이러한 표면 거칠기는 상부에 증착되는 물질들의 표면 거칠기를 상승시킬 수 있다. 즉, 위와 같은 구조에서, a-Si(300) 상에 거친 표면(301)이 형성될 수 있다. Thus, as in Fig. 5, this surface roughness can increase the surface roughness of the materials deposited on the top. That is, in the above structure, the rough surface 301 can be formed on the a-Si 300.

또한, 버퍼층(310)이 위치하는 경우에는 도 6에서 도시하는 바와 같은 상태가 될 수 있다.Further, when the buffer layer 310 is located, the state shown in FIG. 6 can be obtained.

그러나, 금속 기판(100)에 존재하는 표면 거칠기가 충분하지 않은 경우에는 금속 기판(100)에 표면 거칠기를 증가시키는 공정을 거친 후에 그 상측에 그래핀(200) 및 a-Si(300)을 형성할 수 있다. 이러한 공정에 의하여 a-Si(300) 상에 태양광의 흡수율을 높일 수 있는 표면 거칠기를 가지는 거친 표면(301)이 형성될 수 있다.However, if the surface roughness existing in the metal substrate 100 is insufficient, the surface roughness of the metal substrate 100 is increased and then the graphene 200 and the a-Si 300 are formed on the surface of the metal substrate 100 can do. By this process, a rough surface 301 having a surface roughness that can increase the absorption rate of sunlight on the a-Si 300 can be formed.

이하, 버퍼층(310)과 거친 표면(301)이 생략된 상태에서, 이어지는 공정을 설명한다.The following process will be described with the buffer layer 310 and the rough surface 301 omitted.

이후, a-Si(300)은 열처리 과정에 의하여 결정화되어, 도 7에서와 같이, 다결정질 실리콘(poly-Si; 400)으로 형성될 수 있다(S20). Then, the a-Si 300 is crystallized by a heat treatment process and may be formed of polycrystalline silicon (400) as shown in FIG. 7 (S20).

이러한 열처리 과정은 Si의 산화 및 질화를 막기 위하여 아르곤(Ar) 또는 진공 분위기에서 진행할 수 있으며, 금속 기판(100)의 기화를 방지하기 위해 Ar 분위기에서 수행되는 것이 보다 유리하다.The annealing process may be performed in argon (Ar) or a vacuum atmosphere to prevent oxidation and nitridation of Si, and it is more advantageous to perform the annealing in an Ar atmosphere to prevent vaporization of the metal substrate 100.

열처리를 통한 재결정 공정의 특성상 공정 온도는 높을수록 좋으며, 금속 기판(100)의 증기압 곡선 이하에서 기화 현상이 일어나지 않는 조건이 적합하다.It is preferable that the process temperature is higher as the recrystallization process through the heat treatment, and that the vaporization phenomenon does not occur below the vapor pressure curve of the metal substrate 100.

즉, a-Si(300)은 금속 기판(100) 상에서 형성되므로, 500 ℃ 이상의 온도에서 열처리가 가능하다. 따라서, 유리 기판과 같은 기판 상에 형성된 a-Si보다 매우 높은 온도에서 열처리가 가능하다.That is, since the a-Si 300 is formed on the metal substrate 100, the a-Si 300 can be heat-treated at a temperature of 500 ° C or higher. Therefore, it is possible to perform heat treatment at a temperature much higher than a-Si formed on a substrate such as a glass substrate.

이때, a-Si(300)의 증착시에 포함되었던 3족 또는 5족 원소는 실리콘 격자를 치환하여 제 1전도성 실리콘(410) 및 제 2전도성 실리콘(420)을 형성한다. 그 일례로서, p-형 poly-Si(410) 및 n-형 poly-Si(420)을 형성할 수 있다.At this time, the Group 3 or Group 5 elements included in the deposition of the a-Si 300 substitute for the silicon lattice to form the first conductive silicon 410 and the second conductive silicon 420. As an example, p-type poly-Si 410 and n-type poly-Si 420 can be formed.

그래핀(200)은 금속 기판(100)과 poly-Si(400)과의 확산에 의한 계면반응을 막아주는 확산 방지막(diffusion barrier) 역할을 할 수도 있다.The graphene 200 may serve as a diffusion barrier to prevent interfacial reaction due to diffusion of the metal substrate 100 and the poly-Si 400.

또한, 그래핀(200)은 이러한 poly-Si(400)으로 박막 태양 전지를 형성하는 경우, 이러한 태양 전지의 전극으로도 사용될 수 있다(도 10 참고).The graphene 200 may also be used as an electrode of such a solar cell when forming a thin film solar cell with such poly-Si 400 (see FIG. 10).

한편, 금속에 의한 결정화 유도와 같은 기술들을 사용할 수도 있으며, 이 경우에도 금속 기판(100)은 상한 온도의 한계가 크므로 높은 온도의 열처리가 가능하여 고품질의 poly-Si(400)을 얻을 수 있다.In this case, too, the upper limit of the upper limit of the temperature of the metal substrate 100 is high, so that the heat treatment can be performed at a high temperature, so that a high quality poly-Si 400 can be obtained .

이하, 이러한 고품질 poly-Si(400)을 이용하여 태양 전지 제작을 위한 박막 구조를 제작할 수 있다(S30). 즉, 위에서 언급한 바와 같이, p-형 poly-Si(410) 및 n-형 poly-Si(420)을 포함하는 박막 구조를 제작할 수 있다. 이때, 도 8에서 p-형 poly-Si(410)와 n-형 poly-Si(420)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.Hereinafter, a thin film structure for manufacturing a solar cell can be manufactured using such a high-quality poly-Si (400) (S30). That is, as described above, a thin film structure including p-type poly-Si (410) and n-type poly-Si (420) can be fabricated. In this case, the positions of the p-type poly-Si 410 and the n-type poly-Si 420 in FIG.

다음에는, 도 9에서 도시하는 바와 같이, n-형 poly-Si(420) 상에 반사 방지막(500)을 형성하고, 이 반사 방지막(500)을 관통하여 n-형 poly-Si(420)를 포함하는 박막 구조에 연결되는 전극(600, 610)을 형성한다(S40).Next, as shown in Fig. 9, an antireflection film 500 is formed on the n-type poly-Si 420, and an n-type poly-Si 420 is formed through the antireflection film 500 Electrodes 600 and 610 connected to the thin film structure are formed (S40).

이때, 하측에 위치하는 금속 기판(100) 및 그래핀(200)은 하측 전극으로 이용될 수 있다.At this time, the lower metal substrate 100 and the graphene 200 may be used as the lower electrode.

한편, 이렇게 제작된 태양 전지는 도 10에서와 같이, 최종 기판(700, 710)으로 전사될 수 있다.Meanwhile, the solar cell thus manufactured can be transferred to the final substrates 700 and 710 as shown in FIG.

그 예로서, 태양 전지 구조는 플라스틱을 포함하는 수지 기판(700)으로 전사되어 이용될 수 있다. 이와 같이 수지 기판(700)으로 전사된 태양 전지는 휘어짐 가능한 유연한 태양 전지로 제작될 수 있다.As an example, the solar cell structure may be transferred to a resin substrate 700 containing plastic and used. As described above, the solar cell transferred to the resin substrate 700 can be manufactured from a flexible solar cell that can be bent.

이와 같은 전사 과정은, 먼저, 금속 기판(100)을 그래핀(200)으로부터 분리하고, 이 금속 기판(100)이 분리되어 드러난 그래핀(200)에 접착층(710)을 이용하여 수지 기판(700)을 부착함으로써 이루어질 수 있다.In this transfer process, first, the metal substrate 100 is separated from the graphene 200, and the resin substrate 700 (not shown) is bonded to the graphene 200 exposed by separation of the metal substrate 100 using the adhesive layer 710 ). ≪ / RTI >

금속 기판(100)과 그래핀(200)은 전기 분해 과정에 의하여 분리될 수 있다. 이와 같은 전기 분해 과정에 의하여, 금속 기판(100)의 표면에는 수소 기포가 형성되고, 이러한 기포에 의하여 금속 기판(100)은 그래핀(200)을 포함하는 같은 나머지 구조와 분리될 수 있다. 따라서, 이러한 분리 과정을 기포 전사(Bubbling Transfer) 과정이라 부를 수 있다.The metal substrate 100 and the graphene 200 may be separated by an electrolysis process. By the electrolysis process, hydrogen bubbles are formed on the surface of the metal substrate 100, and the metal substrate 100 can be separated from the same remaining structure including the graphene 200 by the bubbles. Therefore, this separation process can be called a bubbling transfer process.

이러한 기포 전사를 위한 전해질 용액은 NaOH, K2S2O8 용액 등이 이용될 수 있으나 이에 국한되지 않으며, 소자의 특성에 영향을 미치지 않는 물질로 선택할 수 있다.The electrolyte solution for bubble transfer may be NaOH, K 2 S 2 O 8 solution or the like, but it is not limited thereto and can be selected as a material which does not affect the characteristics of the device.

전기 분해 과정은 전해질 용액이 담긴 용기 내에서 이루어질 수 있는데, 전해질 용액은 음극이 연결되고 금속 기판(100)에는 양극에 연결되어, 이를 통하여 적정한 전압을 인가함으로써 전기 분해 과정이 이루어진다.The electrolysis process may be performed in a container containing the electrolyte solution. The electrolysis solution is connected to the cathode, and the metal substrate 100 is connected to the anode, and an electrolysis process is performed by applying an appropriate voltage thereto.

이러한 전기 분해 반응이 진행됨에 따라 금속 기판(100)의 표면에는 수소(H2) 기포가 형성되고, 이러한 기포에 의하여 금속 기판(100)과 나머지 상부 구조가 분리된다.As the electrolysis reaction progresses, hydrogen (H 2 ) bubbles are formed on the surface of the metal substrate 100, and the metal substrate 100 and the remaining upper structure are separated by the bubbles.

위에서 설명한 바와 같이, 전기 분해 과정에 의하여 수소 기포에 의하여 소자 구조와 금속 기판(100)이 분리되는 경우, 이러한 분리 과정에 의하여 박막 구조(410, 420)에 손상이 발생하지 않으므로 큰 장점을 가진다.As described above, when the device structure and the metal substrate 100 are separated by the hydrogen bubbles by the electrolysis process, the thin film structures 410 and 420 are not damaged by the separation process.

또한, 금속 기판(100)에도 손상이 발생하지 않으므로 분리된 금속 기판(100)은 재사용이 가능한 장점을 가진다. Also, since the metal substrate 100 is not damaged, the separated metal substrate 100 can be reused.

이때, 그래핀(200)은 하측 전극으로 이용될 수 있고, 이 그래핀(200)에 별도의 연결 전극(도시되지 않음)이 연결될 수도 있다.At this time, the graphene 200 may be used as a lower electrode, and a separate connection electrode (not shown) may be connected to the graphene 200.

이상과 같은 태양 전지는 통상의 박막 실리콘 태양 전지에 비하여 구조가 간단하면서도 결정화도가 높은 다결정질 실리콘(poly-Si)을 포함하므로 효율이 높은 고효율의 태양 전지로 이용이 가능하고, 위에서 언급한 바와 같이, 유연성 있는 태양 전지로 제작 가능한 장점을 가진다.
As described above, the solar cell includes polycrystalline silicon (poly-Si) having a simple structure and high crystallinity as compared with a conventional thin film silicon solar cell, and thus can be used as a high efficiency and high efficiency solar cell. , And can be fabricated with flexible solar cells.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 금속 기판 200: 그래핀
300: 비정질 실리콘 310: 버퍼층
400: 다결정질 실리콘 410: p-형 poly-Si
420: n-형 poly-Si 500: 반사 방지막
600, 610: 전극 700: 최종 기판
710: 접착층100: metal substrate 200: graphene
300 amorphous silicon 310 buffer layer
400: polycrystalline silicon 410: p-type poly-Si
420: n-type poly-Si 500: antireflection film
600, 610: electrode 700: final substrate
710: Adhesive layer

Claims (13)

금속 기판 상에 그래핀을 형성하는 단계;
상기 그래핀 상에 다결정질 실리콘을 형성하는 단계;
상기 다결정질 실리콘을 이용하여 박막 구조를 제작하는 단계; 및
상기 박막 구조 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.Forming graphene on a metal substrate;
Forming polycrystalline silicon on the graphene;
Fabricating a thin film structure using the polycrystalline silicon; And
And forming an electrode on the thin film structure. 제 1항에 있어서, 상기 다결정질 실리콘을 형성하는 단계는,
상기 그래핀 상에 비정질 실리콘을 형성하는 단계; 및
상기 비정질 실리콘을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1, wherein forming the polycrystalline silicon comprises:
Forming amorphous silicon on the graphene; And
And heat-treating the amorphous silicon. 제 1항에 있어서, 상기 박막 구조를 제작하는 단계는,
상기 제 1전도성 실리콘을 형성하는 단계; 및
상기 제 1전도성 실리콘 상에 제 2전도성 실리콘을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1, wherein fabricating the thin film structure comprises:
Forming the first conductive silicon; And
And forming a second conductive silicon on the first conductive silicon. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI > 제 1항에 있어서, 상기 그래핀과 다결정질 실리콘 사이에, 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising forming a buffer layer between the graphene and the polycrystalline silicon. 제 1항에 있어서, 상기 금속 기판을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.The manufacturing method of a thin film silicon solar cell according to claim 1, further comprising separating the metal substrate. 제 5항에 있어서, 상기 금속 기판을 분리하는 단계는, 전기 분해 과정에 의하여 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 소자의 제조 방법.6. The method of claim 5, wherein the step of separating the metal substrate is performed by an electrolysis process. 제 5항에 있어서, 상기 금속 기판이 분리된 면에 최종 기판을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.6. The method of claim 5, further comprising providing a final substrate on the separated surface of the metal substrate. 제 7항에 있어서, 상기 최종 기판은,
수지 기판; 및
상기 수지 기판과 그래핀 사이에 위치하는 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.8. The method of claim 7,
A resin substrate; And
And an adhesive layer positioned between the resin substrate and the graphene. 제 1항에 있어서, 상기 박막 구조 상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지의 제조 방법.The method according to claim 1, further comprising forming an antireflection film on the thin film structure. 기판;
상기 기판 상에 위치하는 그래핀;
상기 그래핀 상에 위치하는 다결정질 실리콘을 포함하는 박막 구조;
상기 박막 구조 상에 위치하는 반사 방지막; 및
상기 박막 구조와 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지.Board;
Graphenes located on the substrate;
A thin film structure comprising polycrystalline silicon located on the graphene;
An anti-reflection film positioned on the thin film structure; And
And an electrode electrically connected to the thin film structure. 제 10항에 있어서, 상기 기판은, 금속 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지.The thin film silicon solar cell according to claim 10, wherein the substrate comprises a metal substrate. 제 10항에 있어서, 상기 기판은, 수지 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지.The thin film silicon solar cell according to claim 10, wherein the substrate comprises a resin substrate. 제 12항에 있어서, 상기 수지 기판과 그래핀 사이에는, 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양 전지.The thin film silicon solar cell according to claim 12, further comprising an adhesive layer between the resin substrate and the graphene.
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