KR20150089592A - 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법과 그 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지에서 도핑을 실시하는 방법과 금속전극을 형성하는 방법, 그리고 이를 이용해서 형성되는 태양전지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전극과의 접촉저항 감소를 위해 형성되는 전극 주변의 high-doping 영역과 금속 전극에 사용되는 실리사이드층 형성 공정을 하나의 공정으로 동시에 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 PN접합 형성을 위한 도핑 공정 및 패시베이션 공정을 실시한 이후, 접촉영역을 형성하기 위해 패시베이션층의 일부를 제거하는 공정, 접촉영역에 도펀트 소스와 실리콘 그리고 실리사이드 원료금속이 혼합된 잉크를 가하는 공정, 이를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층을 형성하면서 실리사이드에 포함된 도펀트를 실리콘 웨이퍼으로 확산시켜 high-doping 영역을 형성하는 공정, 그 상부에 금속전극을 형성하는 공정을 거친다.
Description
본 발명은 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법과 그 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Si 웨이퍼를 이용한 태양전지에서 전극의 접촉저항을 감소시키기 위한 high-doping 영역과 금속전극 형성을 동시에 실행하도록, 실리사이드 원료금속 잉크과 도펀트 소스 잉크 및 실리콘 잉크를 실리콘 웨이퍼에 인쇄하도록 하는 도핑 및 전극형성 방법과 이를 통해 형성된 태양전지에 관한 것이다.
일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 양단의 전극이 형성되거나 또는 후면에 양단의 전극이 교차되며 형성되는 구조를 갖는데, 가장 일반적인 경우를 예로 들면 다음과 같다. 실리콘(Si) 태양전지는 p 또는 n 타입으로 도핑된 실리콘(Si) 웨이퍼 베이스와, 표면 쪽에 베이스와는 반대 타입으로 도핑된 에미터 영역을 가진다. 베이스의 경우 0.5∼5Ω㎝의 비저항으로 갖도록 도핑되며, 에미터의 경우 약 100Ω/sq의 면저항을 갖도록 베이스보다는 많은 양의 도핑을 실시한다.
에미터의 도핑이 높을수록 금속전극과의 접촉저항이 낮아지는 이점이 있지만, 도핑이 많이 될수록 오거 재결합(Auger recombination)이 증가하여 빛에 의해 생성된 전하가 전극까지 도달하지 못하고 소멸되는 비율이 증가함으로써 태양전지의 특성이 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 selective emitter 기술이 개발되었다. 이러한 selective emitter에서 대부분의 에미터 영역은 low-doping 상태를 유지해서 오거 재결합(Auger recombination)을 감소시키고, 전극과의 접촉저항을 줄이기 위해 전극이 형성되는 일부 영역에는 이보다 도핑을 많이 한 high-doping 영역을 형성하여 접촉저항을 줄이게 된다. 이와 유사한 원리로, 태양전지 베이스 쪽 전극 부분에서의 재결합을 줄이고 전극과의 접촉저항을 감소시키기 위해 베이스 쪽 전극 부분에 베이스와 동일한 타입으로 high-doping 영역을 형성하기도 한다.
상기 selective emitter는 전체 면적을 high-doping하여 에미터를 형성한 후 일부 영역에 가해진 에칭 paste를 이용하여 표면 쪽의 high-doping된 Si 층을 에칭해서 low-doping 에미터가 형성되게 하거나, high-doping 에미터가 형성될 부분에 도핑 source를 접촉시킨 상태에서 레이저로 실리콘 웨이퍼 표면을 용융시켜 도펀트가 실리콘 웨이퍼 표면으로 확산하게 하는 방법, 도핑된 실리콘(Si) 입자를 high-doping 에미터 영역에 도포한 후 열처리하여 도펀트가 실리콘 웨이퍼로 확산하게 하는 방법 등을 사용하여 현재 양산에 적용되고 있다. 베이스 쪽 전극 부근의 경우 전극 형성 이전 확산공정을 사용해서 도핑하거나 전극재료로 알루미늄(Al)을 사용하고 열처리하여, 전극의 알루미늄이 실리콘 웨이퍼로 확산하여 도핑을 증가시키는 방법이 일반적으로 사용된다.
도핑 방법과 관련해서, MOSPET 등의 Microelectronics 소자에서는 일반적인 확산공정 또는 ion implantation과는 별도로, 소스/드레인 영역에서 얕은 결합(shallow junction)을 형성하기 위한 목적으로 실리콘 웨이퍼 위에 금속을 증착하고 이를 열처리하여 실리사이드를 형성하고, 반응하지 않은 금속을 에칭으로 제거하며, ion implantation으로 실리사이드 박막 내로 도펀트를 주입하고, 이를 열처리하여 실리사이드에 포함된 도펀트를 Si으로 확산시키는 공정을 사용하기도 하며, 이러한 공정을 일반적으로 SADS(Silicide As Diffusion Source)라고 부른다. 하지만 태양전지에서는 이러한 도핑 방법은 공정의 복잡성과 원가적 한계로 인해 사용되지 않고 있다.
금속전극의 경우, 특히 수광면에 형성되는 전면전극의 경우, 광 조사 면적을 최대화함과 동시에 전기 전도도를 높이기 위해 폭이 좁으면서도 두께가 두꺼운 형태의 전극을 치밀한 구조로 형성해야 한다. 기존의 태양전지에서는 일반적으로 은과 저융점 유리분말이 혼합된 페이스트를 스크린 인쇄한 후 열처리하는 방법을 사용했다. 하지만 이 경우 전극의 폭은 100㎛ 정도, 높이는 10㎛ 정도로 형성되는 것이 일반적이다. 수광 면적을 크게 하기 위해서는 선 폭을 줄일 필요가 있으며, 또한 전극 내에 많은 수의 공극이 발생하여 기계적 강도 및 전기전도를 나쁘게 한다. 또한 귀금속인 은을 사용한다는 것은 태양전지의 재료비를 높이는 한가지 원인으로 작용한다. 따라서 이를 개선하기 위한 기술로서 저가의 금속, 특히 구리를 도금을 이용해 형성하여 전극으로 활용하는 기술이 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 구리의 경우 실리콘 웨이퍼와 바로 접촉할 경우 실리콘 내 불순물로 작용하여 태양전지 성능을 떨어뜨리게 되므로 구리의 실리콘 웨이퍼로의 확산을 막기 위해서, 또한 이후 도금공정의 seed layer로 작용하기 위해서 전도성 확산방지층을 형성해야 한다.
상기 전도성 확산방지층 형성을 위해 Ti/Pd/Ag 적층 막을 진공증착하는 방법도 연구되었으나 양산성이 없는 공정으로 받아들여지고 있으며, 이에 대한 대안으로 니켈(Ni)을 도금하는 방법이 개발되었다. 하지만 실리콘 웨이퍼 위에 니켈을 전도성 확산방지층으로 도금하고 그 위에 구리 전극을 도금하는 경우 전극의 실리콘 웨이퍼와의 접착력이 떨어지는 단점이 있다. 접착력을 개선하기 위해 니켈과 실리콘 웨이퍼를 열처리를 통해 반응시켜 실리사이드를 형성하는 방법이 시도되었으나, 이 또한 니켈과 실리콘 웨이퍼의 실리콘의 반응 시 상호 확산속도의 불균형으로 인한, 소위 ‘kirkkendall’ 효과에 의한 공극 발생으로 접착력이 개선되지 않는다.
이를 개선하기 위해서 독일 Fraunhofer 연구소의 A. Mondon 등은 실리콘 웨이퍼 접촉영역에 니켈을 도금하고 열처리하여, 실리콘 웨이퍼의 실리콘과 니켈을 반응시켜 실리사이드를 형성하고, 이때 생긴 공극을 제거하기 위해 도금된 니켈을 습식 에칭으로 제거하며, 이후 니켈 전도성 확산방지층을 도금하고, 이후 구리 전극을 도금하는 방법을 이용해서 접착력이 개선된 도금 금속전극을 형성할 수 있었다고 2013년에 보고하였다. 하지만 이 방법의 경우 여러 번 에칭과 도금을 반복해야 하는 등 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점을 가지고 있다. 또한 실리사이드를 형성함에 있어 상기의 방법 같이 니켈과 실리콘 웨이퍼의 실리콘을 반응시킬 경우, 형성되는 실리사이드가 실리콘 웨이퍼 내부로 파고들어 형성이 되므로, 실리콘 웨이퍼의 PN접합의 경계면에 가깝게 실리사이드가 형성이 되어 누설전류를 증가시키고 결과적으로 태양전지 발전효율을 떨어뜨리는 원인으로 작용할 수 있다.
종래의 태양전지 제조방법에서는 위에서 설명한 selective emitter와 같은 high-doping 형성 공정과 금속전극 형성 공정을 별도의 공정으로 진행하였다. 하지만 본 발명에서는 2가지 공정을 하나의 공정에서 실시할 수 있는 방법을 고안하였다.
본 발명에서는 microelectronics에서 사용되는 도핑 기술인 SADS(Silicide As Diffusion Source)를 태양전지에 채용하여 도핑과 금속전극 형성 공정을 하나의 공정으로 실시하고자 한다. 다만, 본 발명이 추구하고자 하는 기술은 SADS의 원리를 차용하되 태양전지가 추구하는 저가화 요구에 맞도록 공정이 구성된다. 이를 위해 본 발명에서는 실리사이드 원료금속과, 실리콘 웨이퍼 대신 실리사이드 원료금속과 반응해서 실리사이드를 형성하기 위한 목적을 가진 실리콘 잉크와, 실리콘 웨이퍼에 도핑될 도펀트를 함유한 도펀트 소스를 포함하는 잉크를 접촉영역에 가한 후 열처리함으로써 실리사이드 원료금속과 첨가한 실리콘의 반응에 의해 실리사이드를 형성시킴과 동시에, 첨가해준 도펀트를 실리콘 웨이퍼 내로 확산시켜 high-doping 영역을 형성한다. 본 발명에 의해 금속전극을 형성하는 공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 금속전극 형성과 동시에 high-doping 영역을 형성시킬 수 있으며, 실리사이드의 실리콘 웨이퍼 내부로의 침투를 억제하여 누설전류를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법은, 도핑에 의해 PN접합으로 low-doping 영역이 형성되고 그 위에 패시베이션층 형성된 태양전지의 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 후면에 상기 패시베이션층을 선택적으로 제거하여 접촉영역을 형성하는 단계; 실리사이드 원료금속과 도펀트 소스가 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 인쇄한 후 건조시키는 단계; 상기 실리사이드 원료금속와 도펀트 소스 잉크가 인쇄된 상기 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드 형성반응에 의해 실리사이드층을 형성함과 동시에, 도펀트 소스의 도펀트가 실리콘 웨이퍼 내로 확산하여 high-doping 영역을 형성하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼의 high-doping 영역 위에 금속을 가하여 전도성 확산방지층을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 확산방지층 위에 금속전극을 가하여 금속전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또 상기 실리사이드층 및 high-doping 영역을 형성하는 단계에서, 상기 실리사이드 원료금속와 도펀트 소스 외에 실리콘을 더 포함하여 혼합한 잉크를 실리콘 웨이퍼에 함께 인쇄하되, 이 경우 실리콘 잉크를 도핑된 실리콘 입자로 사용하여, 도펀트 소스를 제외하고 실리콘 웨이퍼에 실리사이드 원료금속과 도핑된 실리콘 입자를 혼합한 잉크를 인쇄하는 것도 가능하다.
또 상기 실리사이드 원료금속 잉크와 도펀트 소스 잉크를 각각 별도로 실리콘 웨이퍼에 인쇄하여 적층형태로 하거나, 상기 실리사이드 원료금속 잉크와 도펀트 소스 잉크 및 실리콘 잉크를 각각 또는 서로 조합하여 별도로 실리콘 웨이퍼에 인쇄하여 적층형태로 하는 것도 가능하다.
또 상기 실리사이드 원료금속 잉크나 도펀트 소스 잉크 또는 실리콘 잉크는 10㎚∼1㎛ 크기의 입자 표면에 계면활성제를 부착하는 것이 바람직하다.
또 상기 실리사이드 원료금속은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 중의 하나이며, 상기 도펀트 소스는 붕소(B), 인(P), 비소(As) 또는 그 화합물 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또 상기 실리사이드층 및 high-doping 도핑 영역의 형성을 위한 열처리는 1000℃ 이하에서 이루어지는 것이 바람직하다.
또 상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 금속은 니켈(Ni)이며, 상기 금속전극층 형성을 위한 금속은 구리(Cu)인 것이 바람직하다.
또 상기 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 만들어진 태양전지를 사용하는 것을 다른 특징으로 하고 있다.
본 발명의 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법과 그 태양전지에 의하면, 실리콘 웨이퍼에 형성되는 실리사이드층이 실리사이드 원료금속과 상기 실리콘 웨이퍼를 반응시켜 형성하는 것이 아니라, 실리콘과 실리사이드 원료금속 및 도펀트 소스 성분을 별도로 가한 후 열처리하여 반응시켜 형성함으로써, 실리콘 웨이퍼와 전극의 접착력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또 상기한 실리사이드층 형성에 의해 실리콘 웨이퍼로의 실리사이드의 침투를 가능한 억제하면서 상기 실리사이드의 형성을 실행할 때 실리사이드에 함유된 도펀트가 실리콘 웨이퍼로 확산하여, 실리사이드층 형성 공정과 도핑 공정이 동시에 실시되어 공정이 단순해지며, 상기 실리사이드의 실리콘 웨이퍼 내로의 침투로 인한 누설전류를 억제하여 소자 특성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 사용되는 공정과 재료를 감소시키면서도 성능이 우수한 selective emitter/구리도금 전극을 태양전지의 양산에 적용할 수 있는 효과가 있고, 이러한 효과로 인해 재료비 절감 및 태양전지의 효율 향상으로 종래 태양전지에 비해 원가경쟁력 개선에 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 만들어지는 태양전지의 공정 순서도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도
도 3은 본 발명에 따른 태양전지에서 전도성 확산방지층을 사용하지 않고 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도
도 3은 본 발명에 따른 태양전지에서 전도성 확산방지층을 사용하지 않고 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도
이하, 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법과 그 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 만들어지는 태양전지의 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법은 먼저 low-doping(2) 에미터의 PN접합이 형성된 실리콘 웨이퍼(1)를 준비하고, 상기 low-doping(2) 영역에 실리콘 웨이퍼 표면의 결함감소를 위한 패시베이션층(3)을 형성한다. 이후 전극 high-doping(4) 영역을 형성하기 위해 패시베이션층(3)의 일부 영역을 식각하여 전극과 접촉이 형성될 실리콘 웨이퍼의 표면을 노출시킨다. 이를 위한 방법으로 접촉이 형성될 패시베이션 부위를 제외한 나머지 영역에 보호막을 형성한 후 패시베이션층(3)을 식각하고 보호막을 제거하는 공정, 또는 접촉영역에만 식각 물질을 형성한 후 적당한 처리를 통해 패시베이션층(3)을 제거하는 공정, 또는 레이저를 이용하여 접촉영역의 패시베이션층(3)을 식각하는 등의 다양한 방법이 활용될 수 있다.
이후, 실리콘과 실리사이드 원료금속 및 도펀트 소스가 혼합된 잉크를 접촉영역에 인쇄한 후 건조시킨다. 이때 첨가되는 실리콘 잉크는 실리콘 웨이퍼 대신 실리사이드 원료금속과 반응함으로써 실리사이드 원료금속과 실리콘 웨이퍼의 직접 반응으로 인한 실리사이드의 실리콘 웨이퍼 내로의 침투를 500㎚ 이내로 억제하기 위한 목적을 가진다. 인쇄 방법은 잉크젯 프린팅 또는 에어졸 프린팅 등이 활용될 수 있으며, 50㎛ 이내의 폭이 좁으면서 수㎛ 이내의 얇은 피막을 형상하기에 유리한 방법일수록 바람직하다. 사용되는 실리사이드 원료금속과 실리콘 및 도펀트 소스 잉크의 경우 10㎚∼1㎛ 크기의 입자 표면에 분산성을 확보하기 위한 계면활성제를 부착하고, 인쇄 성능 확보를 위해 점도와 표면장력을 조절한 것, 또는 실리콘 또는 실리사이드 원료금속 성분 또는 도펀트 성분을 함유한 유기화합물 등이 활용될 수 있으나, 물리/화학적 안정성이 우수하고 통상의 건조 및 열처리 방법을 통해 유기 잔류물을 완전히 제거하기에 유리한 것일수록 바람직하다.
상기 실리사이드 원료금속으로는 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W) 등이 사용될 수 있다. 도펀트 소스의 경우 보론(B), 인(P), 비소(As) 또는 그 화합물이 사용될 수 있다. 실리사이드 원료금속과 도펀트 소스의 조합은 원료금속과 실리콘과의 반응성, 실리사이드 내에서의 도펀트의 거동, 원료가격 등을 고려해서 결정되어야 한다. 특히 도펀트 소스의 경우 열처리에 의해 실리콘 웨이퍼에 도핑될 수 있는 도펀트 상태로 분해가 되어야 하고, 부산물을 실리사이드 박막 내에 남기지 말아야 하며, 실리사이드 박막 내에서 원활히 확산하여 실리콘 웨이퍼 쪽으로 이동하는 특성을 가져야 한다. 또한 실리콘을 입자 형태로 사용할 경우 실리사이드 원료금속과 실리콘 웨이퍼와의 반응을 더욱 억제하기 위해 반응성이 상대적으로 우수한 비정질 형태를 가지는 것이 바람직하다. 경우에 따라 실리콘 잉크와 실리사이드 원료금속 잉크, 도펀트 잉크를 적층 형태로 각각 실리콘 웨이퍼에 인쇄할 수도 있으며, 또한 도펀트를 실리콘 잉크 및 실리사이드 원료금속 잉크 2가지 중 하나 또는 모두에 첨가해서 적층하는 것도 가능하다. 또한 충분히 도핑된 실리콘 입자를 사용할 경우 별도의 도펀트 소스를 첨가하지 않아도 무방하다. 또한 실리콘과 실리사이드 원료금속의 비율은 목표된 실리사이드 상을 형성하고, 일부 원료금속이 실리콘 웨이퍼와 반응하여 접착력을 확보할 수 있도록 조절되는 것이 바람직하다.
이후 실리콘과 실리사이드 원료금속 및 도펀트 소스 잉크가 가해진 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드 형성 반응을 진행하고 도펀트가 실리콘 웨이퍼 내로 확산되도록 한다. 이때 열처리 온도와 시간은 가해진 실리콘과 도펀트 물질 그리고 실리사이드 원료금속의 종류에 맞추어 조절한다. 본 열처리의 목적은 잉크에 함유된 유기첨가물을 제거하는 것과 도펀트 소스를 분해하여 원자화시키는 것, 실리콘 입자와 실리사이드 원료금속을 반응시켜 실리사이드층(5)을 형성하는 것, 형성된 실리사이드층(5)을 목표로 하는 상으로 변화시키는 것, 도펀트 원자를 실리콘 웨이퍼 쪽으로 확산시키는 것, 실리콘 웨이퍼 쪽으로 확산된 도펀트 원자가 상기 실리콘 웨이퍼 내부로 목표된 양과 깊이로 확산하게 하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해 열처리 온도는 가해준 도펀트 물질이 분해되어 원자상태로 바뀌기에 충분해야 하며, 실리콘과 실리사이드 원료금속이 서로 반응하여 목표된 실리사이드 상을 형성하기에 충분해야 하며, 실리콘 웨이퍼 쪽으로 확산된 도펀트가 확산하여 원하는 깊이와 양의 high-doping(4) 영역을 형성하기에 충분해야 한다. 하지만 이미 형성된 PN접합과 패시베이션층(3)의 특성에 주는 영향을 최소화하기 위해서는 1000℃ 이하에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 목적을 달성하기 위해 열처리는 다양한 개수의 승온과 유지 단계로 구성될 수 있으며, 필요 시 열처리는 별도의 장치에서 나누어 진행할 수 있다.
이후, 상기 실리사이드층(5) 위에 전도성 확산방지층(6)으로 사용될 금속을 가한다. 사용되는 물질로는 도금 용이성, 원료 가격 등을 고려할 때 니켈(Ni)이 적당하고, 형성되는 니켈층의 두께는 100nm~10㎛가 적당하며, 그 위에 형성되는 금속전극의 구리(Cu)의 확산 방지를 확보하기에 충분하다는 것을 전제로 가능한 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 니켈(Ni) 이외에, 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속화합물을 사용하거나 이들을 적층하여 사용하는 것 또한 가능하다.
이후, 상기 전도성 확산방지층(6) 위에 금속으로 금속전극층(7)을 가한다. 이때 형성되는 금속전극층(7)의 두께는 10∼100㎛ 이내가 적당하며, 전극으로 인한 광손실과 전극의 전도도를 고려하여 최적화되는 것이 바람직하다. 사용되는 금속으로는 전기전도도와 가격을 고려했을 때 구리(Cu)가 가장 적당하며, 이외에 전기 전도성이 높은 은(Ag), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni) 등도 사용 가능하다.
한편 전극과 실리콘 웨이퍼와의 접착력이 중요하여 상기 방법을 사용한 경우보다 더 높은 접착력을 얻고자 할 때는, 실리사이드 원료금속과 실리콘 웨이퍼를 직접 반응시키는 다음과 같은 방법을 사용하여서도 본 발명이 추구하는 목적 달성이 가능하다. 이 방법은 상기의 방법에서 실리콘 잉크 없이 실리사이드 원료금속 잉크와 도펀트 소스 잉크만을 실리콘 웨이퍼에 가한 후 열처리하는 것을 특징으로 한다. 또한 사용되는 금속전극의 원소가 실리콘 웨이퍼 내부로 확산하여 역 효과를 유발할 우려가 없을 경우 도 3에 도시한 바와 같이, 실리사이드층(5) 형성 이후 전도성 확산방지층 형성 없이 곧바로 금속전극을 형성하는 것도 가능하다. 전도성 확산방지층만 없을 뿐 그 외 다른 구성들은 도 1에 도시한 구성과 동일하다.
상기의 방법을 통해 제조된 본 발명의 태양전지의 구조 및 특징은 다음과 같다.
즉 본 발명의 태양전지는 변화 효율 향상을 위해 적당한 구조로 low-doping(2) 영역을 갖는 실리콘 웨이퍼(1), 상기 실리콘 웨이퍼(1) 표면 결함 감소를 위해 형성된 패시베이션층(3), 전기적 접촉을 위해 패시베이션층(3) 일부 영역을 식각 등으로 제거하여 실리콘 웨이퍼(1) 표면을 노출시킨 접촉영역, 이 접촉영역 주위에 형성되며 상기 접촉영역이 아닌 주변의 low-doping(2) 실리콘 웨이퍼 영역보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 high-doping(4) 영역, 접촉영역의 실리콘 웨이퍼(1) 표면에 형성되며, high-doping(4) 영역의 도펀트와 동일한 원소를 1×1017㎝-3 이상 함유한 실리사이드층(5), 상기 실리사이드층(5) 위에 형성된 전도성 확산방지층(6), 그 위에 형성된 금속전극층(7)의 구조와 특징을 갖는다. 또한, 실리콘을 추가로 함유한 잉크를 사용해서 실리사이드층(5)를 형성한 경우 실리사이드층(5)의 실리콘 웨이퍼(1)로의 침투가 500㎚ 이하로 억제되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수광면 쪽의 전면전극을 주된 대상으로 하고 있으나, 이에 국한되지 않으며 후면전극 형성에도 마찬가지로 활용될 수 있음을 밝힌다. 또한 금속전극을 형성한 이후 추가로 주석(Sn) 등을 도금하여 태빙 리본과의 접착력을 향상시키는 등의 행위 또한 본 발명의 연장선 상에 있음을 밝힌다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법과 그 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 실리콘 웨이퍼
2 : low-doping
3 : 패시베이션층 4 : high-doping
5 : 실리사이드층 6 : 전도성 확산방지층
7 : 금속전극층
3 : 패시베이션층 4 : high-doping
5 : 실리사이드층 6 : 전도성 확산방지층
7 : 금속전극층
Claims (16)
- 도핑에 의해 PN접합으로 low-doping 영역이 형성되고 그 위에 패시베이션층 형성된 태양전지의 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 후면에 상기 패시베이션층을 선택적으로 제거하여 접촉영역을 형성하는 단계;
실리사이드 원료금속과 도펀트 소스가 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 인쇄한 후 건조시키는 단계;
상기 실리사이드 원료금속와 도펀트 소스 잉크가 인쇄된 상기 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드 형성반응에 의해 실리사이드층을 형성함과 동시에, 도펀트 소스의 도펀트가 실리콘 웨이퍼 내로 확산하여 high-doping 영역을 형성하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼의 실리사이드층 위에 금속을 가하여 전도성 확산방지층을 형성하는 단계; 및
상기 전도성 확산방지층 위에 금속을 가하여 금속전극층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리사이드층 및 high-doping 영역을 형성하는 단계에서, 상기 실리사이드 원료금속와 도펀트 소스 외에 실리콘을 더 포함하여 혼합한 잉크를 실리콘 웨이퍼에 함께 인쇄하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제2항에 있어서,
상기 실리콘 잉크를 도핑된 실리콘 입자로 사용하는 경우, 도펀트 소스를 제외하고 실리콘 웨이퍼에 실리사이드 원료금속과 도핑된 실리콘 입자를 혼합한 잉크를 인쇄하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리사이드 원료금속 잉크와 도펀트 소스 잉크를 각각 별도로 실리콘 웨이퍼에 인쇄하여 적층형태로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제2항에 있어서,
상기 실리사이드 원료금속 잉크와 도펀트 소스 잉크 및 실리콘 잉크를 각각 또는 서로 조합하여, 별도로 실리콘 웨이퍼에 인쇄하여 적층형태로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리사이드 원료금속 잉크나 도펀트 소스 잉크 또는 실리콘 잉크는 10㎚~1㎛ 크기의 입자 표면에 계면활성제를 부착한 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리사이드 원료금속은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 도펀트 소스는 붕소(B), 인(P), 비소(As) 또는 그 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리사이드층 및 high-doping 도핑 영역의 형성을 위한 열처리는 1000℃ 이하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 금속은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속화합물이거나 이들을 적층하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속전극층 형성을 위한 금속은 구리(Cu), 은 (Ag), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 확산방지층과 금속전극층을 가하는 방법이 도금이거나, 페이스트를 이용한 스크린프린팅이거나, 용융금속 프린팅인 것을 특징으로 하는 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법. - 도핑에 의해 PN접합으로 low-doping 영역이 형성되고 그 위에 패시베이션층 형성된 태양전지의 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 후면에 상기 패시베이션층을 선택적으로 제거하여 접촉영역을 형성하는 단계;
실리사이드 원료금속과 도펀트 소스가 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 인쇄한 후 건조시키는 단계;
상기 실리사이드 원료금속와 도펀트 소스 잉크가 인쇄된 상기 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드 형성반응에 의해 실리사이드층을 형성함과 동시에, 도펀트 소스의 도펀트가 실리콘 웨이퍼 내로 확산하여 high-doping 영역을 형성하는 단계;
상기 실리사이드층 위에 금속전극을 형성하되, 상기 금속전극 물질이 실리콘(Si)으로 확산하여 실리콘(Si)의 전기적 성질을 악화시킬 우려가 없을 때에만 전도성 확산방지층을 생략하고 실리사이드층 위에 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 태양전지의 도핑 및 전극 형성방법에 의해 만들어진 태양전지.
- 제14항에 있어서,
상기 실리사이드층에 high-doping 영역의 도펀트와 동일한 원소를 1×1017㎝-3 이상 함유한 태양전지. - 제14항에 있어서,
제2항의 방법인 실리콘을 추가로 포함한 잉크를 사용함으로써 실리콘 웨이퍼 내부로의 실리사이드층의 침투가 500㎚ 이내로 억제된 태양전지.
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