KR20190125101A - Solar cell and method for manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 셀 및 태양전지 셀의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 개선된 구조로 광전 에너지 변환효율을 증가시킨 태양전지 셀 및 태양전지 셀의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell and a solar cell with improved photoelectric energy conversion efficiency in an improved structure.
전력은 대부분 대규모의 발전시설에서 공급되고 있다. 일반적으로 발전시설은 열에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고, 이로부터 발전기를 구동하여 전력을 생산한다. 이와 같은 발전시설은 열에너지를 얻기 위해 다양한 형태의 연료를 소비하므로 그로 인한 다양한 종류의 오염물질과 폐기물 등을 만들어낸다.Most of the electricity is supplied by large power generation facilities. In general, a power plant uses thermal energy to rotate a turbine and drive a generator therefrom to generate power. Such power plants consume various forms of fuel to obtain thermal energy, and thus generate various kinds of pollutants and wastes.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 오염물질 발생이 적거나 거의 없는 다양한 발전 방식이 연구되었다. 풍력이나 조력 등 자연력으로 직접 발전기를 구동하는 기술이 개발되고 있고, 태양광으로부터 발전기 없이 전기에너지를 생산하는 기술도 개발되어 사용 중이다. 특히 태양광 발전은 빛으로부터 직접 전기 에너지를 생산하는 기술로서 범용성이 높고 사실상 오염물질도 발생하지 않아 대체 에너지기술로 각광받고 있다.In order to solve this problem, various power generation methods with little or no conventional pollutant generation have been studied. The technology for driving a generator directly by natural force such as wind power and tidal power is being developed, and the technology for producing electric energy without a generator from sunlight is being developed and used. In particular, photovoltaic power generation is a technology for producing electrical energy directly from light, which has high versatility and virtually no pollutants.
태양광 발전방식은 광전효과 또는 광기전력효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 종래 pn접합구조가 포함된 반도체 셀로 손쉽게 광전 변환이 가능함이 알려져 있으며, 이러한 셀을 다수 집적한 태양전지 패널을 이용하여 매우 간편하게 전력을 생산해 낼 수 있다. 패널 형태의 태양전지를 이용하여 수광면을 확대하고 집적된 셀들로부터 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.Photovoltaic power generation is a technology that converts light energy into electrical energy using photoelectric or photovoltaic effects. It is known that photoelectric conversion can be easily performed with a semiconductor cell including a conventional pn junction structure, and power can be produced very simply by using a solar panel in which a large number of such cells are integrated. Panel-type solar cells can be used to enlarge the light-receiving surface and increase power output from integrated cells.
그러나, 종래 태양광 발전방식은 셀의 물질특성이나 제조방식, 구조적 한계 등으로 인해 광전 에너지 변환효율이 만족스럽지 못한 문제도 가지고 있다. 즉 대부분의 셀은 특정 파장 대의 빛만을 전기력으로 변환 가능한 한계가 있고, 이에 대한 해결책으로 이종의 반도체물질을 이용한 셀이 개발되기도 하였으나, 비효율적인 적층 구조 등으로 에너지가 손실되거나 의도된 만큼의 전하 캐리어(전자-정공 쌍)가 생성되지 않아 충분한 기전력을 얻을 수 없는 등 효과는 기대에 미치지 못하였다. 따라서 이에 대한 개선이 요구되고 있다.However, the conventional photovoltaic power generation method also has a problem in that the photoelectric energy conversion efficiency is not satisfactory due to the material properties of the cell, the manufacturing method, or structural limitations. That is, most of the cells have a limit that can convert only light of a specific wavelength into electric force. As a solution to this, cells using heterogeneous semiconductor materials have been developed. However, due to inefficient stacking structure, energy loss or intended charge carrier can be lost. The effect was not as expected as (electron-hole pair) was not produced and sufficient electromotive force could not be obtained. Therefore, improvement is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개선된 구조로 광전 에너지 변환효율을 향상시킨 태양전지 셀을 제공하는 것이며, 아울러 개선된 구조로 광전 에너지 변환효율을 향상시킨 태양전지 셀의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, to provide a solar cell with improved photovoltaic energy conversion efficiency with an improved structure, and also to improve the photovoltaic cell with an improved structure photovoltaic cell It is to provide a manufacturing method.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의한 태양전지 셀은, 실리콘기재층; 상기 실리콘기재층의 전면부에 형성된 복수 개의 트렌치(trench); 상기 실리콘기재층의 상기 전면부 표면에 도핑되어 형성된 제1도핑층; 및 상기 트렌치 내부에 적층되고 상기 제1도핑층에 접하는 복수 개의 게르마늄층을 포함한다.Solar cell according to the present invention, the silicon substrate layer; A plurality of trenches formed in the front portion of the silicon substrate layer; A first doped layer formed by doping on the front surface of the silicon substrate layer; And a plurality of germanium layers stacked in the trench and in contact with the first doped layer.
상기 태양전지 셀은, 복수 개의 상기 트렌치 중 적어도 어느 하나의 내부에 상기 전면부 표면이 도핑되지 않은 비도핑구간을 더 포함할 수 있다.The solar cell may further include a non-doped section in which the front surface is not doped in at least one of the plurality of trenches.
상기 비도핑구간은 상기 제1도핑층 중 일부가 제거되어 형성되며, 복수 개의 상기 게르마늄층 중 적어도 어느 하나는 상기 비도핑구간을 통해 상기 실리콘기재층에 직접 맞닿을 수 있다.The non-doping section may be formed by removing a portion of the first doping layer, and at least one of the plurality of germanium layers may directly contact the silicon substrate layer through the non-doping section.
상기 비도핑구간은 상기 트렌치의 일부에만 형성되고, 상기 비도핑구간을 제외한 상기 전면부 표면 전체에 상기 제1도핑층이 형성될 수 있다.The undoped section may be formed only in a portion of the trench, and the first doped layer may be formed on the entire surface of the front portion except for the undoped section.
상기 비도핑구간은 상기 트렌치의 저면에 배치되고, 상기 제1도핑층의 말단이 상기 트렌치의 측벽으로 연장될 수 있다.The non-doping section may be disposed on a bottom surface of the trench, and an end of the first doped layer may extend to a sidewall of the trench.
상기 제1도핑층은 상기 트렌치 사이의 영역과 상기 트렌치 내부의 영역이 서로 연결될 수 있다.In the first doped layer, an area between the trenches and an area inside the trench may be connected to each other.
상기 태양전지 셀은, 상기 제1도핑층 상에 형성되어 상기 제1도핑층과 접하며 상기 제1도핑층의 도핑과 동일한 도핑에 의해 형성된 제2도핑층을 더 포함할 수 있다.The solar cell may further include a second doped layer formed on the first doped layer and in contact with the first doped layer and formed by the same doping as the doping of the first doped layer.
상기 제2도핑층은 다결정의 폴리실리콘으로 상기 게르마늄층 및 상기 제1도핑층의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층한 후, 표면을 도핑하여 형성할 수 있다.The second doped layer may be formed of polycrystalline polysilicon by laminating the germanium layer and the entire exposed portion of the first doped layer and then doping the surface.
상기 태양전지 셀은, 상기 제2도핑층 상에 형성된 반사반지층, 및 상기 반사반지층 외측 및 상기 실리콘기재층의 배면에 각각 형성된 전극부를 더 포함할 수 있다.The solar cell may further include a reflective ring layer formed on the second doped layer, and an electrode unit formed on an outer side of the reflective ring layer and a rear surface of the silicon substrate layer, respectively.
상기 실리콘기재층은 불순물이 첨가된 p형 또는 n형 반도체이고, 상기 제1도핑층은 상기 실리콘기재층의 불순물과는 다른 불순물로 도핑된 n+접합층 또는 p+접합층일 수 있다.The silicon substrate layer may be a p-type or n-type semiconductor to which impurities are added, and the first doped layer may be an n + junction layer or a p + junction layer doped with an impurity different from that of the silicon substrate layer.
본 발명에 의한 태양전지 셀의 제조방법은, 실리콘기재층의 전면부를 식각하여 복수 개의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 실리콘기재층의 상기 전면부 표면을 도핑하여 제1도핑층을 형성하는 단계; 및 상기 트렌치 내부에 게르마늄을 적층시켜, 상기 제1도핑층에 접하는 복수 개의 게르마늄층을 형성하는 단계를 포함한다.Method for manufacturing a solar cell according to the present invention comprises the steps of forming a plurality of trenches by etching the front portion of the silicon substrate layer; Doping the front surface of the silicon substrate layer to form a first doped layer; And depositing germanium in the trench to form a plurality of germanium layers in contact with the first doped layer.
상기 제1도핑층을 형성하는 단계는, 복수 개의 상기 트렌치 중 적어도 어느 하나의 내부를 마스킹하여 비도핑구간을 형성하고, 상기 비도핑구간을 제외한 상기 실리콘기재층의 표면을 도핑하여 상기 제1도핑층을 형성할 수 있다.The forming of the first doped layer may include forming a non-doped region by masking an inside of at least one of the plurality of trenches, and doping the surface of the silicon substrate layer except the non-doped region to do the first doping. A layer can be formed.
복수 개의 상기 게르마늄층 중 적어도 어느 하나는 상기 비도핑구간을 통해 상기 실리콘기재층에 직접 맞닿을 수 있다.At least one of the plurality of germanium layers may directly contact the silicon substrate layer through the non-doping section.
상기 마스킹은 상기 트렌치의 저면에만 형성하여, 상기 마스킹이 형성되지 않은 상기 트렌치의 측벽에 상기 제1도핑층의 말단을 형성할 수 있다.The masking may be formed only on a bottom surface of the trench to form an end of the first doped layer on a sidewall of the trench in which the masking is not formed.
상기 태양전지 셀의 제조방법은, 상기 게르마늄층을 형성하는 단계 이후에, 다결정의 폴리실리콘으로 상기 게르마늄층 및 상기 제1도핑층의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층하고, 표면에 상기 제1도핑층과 동일한 도핑을 수행하여, 상기 제1도핑층 상에 상기 제1도핑층과 접하는 제2도핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell, after forming the germanium layer, the germanium layer and the whole of the exposed portion of the first doped layer are laminated and stacked with polycrystalline polysilicon, and the first doping on the surface The method may further include forming a second doped layer on the first doped layer to contact the first doped layer by performing the same doping as the layer.
상기 제2도핑층을 형성하는 단계는, 상기 폴리실리콘을 적층하고 표면 전체를 평탄화(planarization)한 후, 도핑을 수행할 수 있다.In the forming of the second doped layer, the polysilicon may be stacked and the entire surface may be planarized, and then doping may be performed.
상기 태양전지 셀의 제조방법은, 상기 제2도핑층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제2도핑층 상에 반사반지층을 적층하여 형성하는 단계, 및 상기 반사반지층 상면과 상기 실리콘기재층 배면에 각각 전극부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the solar cell, after forming the second doped layer, forming a reflective ring layer on the second doped layer, and forming the upper surface of the reflective ring layer and the silicon substrate layer back The method may further include forming an electrode unit in each.
본 발명에 의하면, 개선된 구조의 태양전지 셀로 광전 변환효율을 크게 증가시킬 수 있다. 서로 다른 파장 대의 빛에 반응하는 이종 반도체 물질을 이용하여 셀을 구성하되, 종래의 단순한 적층구조가 아닌 전자-정공쌍의 생성, 증대, 및 효율적 분리 포집에 매우 유리한 유기적 셀 구조를 구현하여, 광전 변환효율을 향상시키고 광기전력 효과를 강화하여 동일한 태양광으로부터 보다 많은 전력을 생산해 낼 수 있다. 또한 이종의 반도체물질이 접합된 구조임에도 셀을 보다 컴팩트하게 유지하여 셀의 집적률도 높일 수 있다. 이를 통해 효율적으로 전력을 생산 및 공급하여 산업에 전반에 이바지할 수 있으며 환경 오염 문제도 크게 개선할 수 있다. 또한, 본 발명을 통해 이러한 셀 구조를 갖는 태양전지 셀을 매우 편리하게 제조할 수 있다.According to the present invention, the photovoltaic conversion efficiency can be greatly increased with the improved solar cell. Cells are constructed using heterogeneous semiconductor materials that react to light in different wavelength bands, but instead of the conventional simple stacked structure, the organic cell structure is very advantageous for the generation, enhancement, and efficient separation collection of electron-hole pairs. By improving conversion efficiency and enhancing the photovoltaic effect, more power can be produced from the same sunlight. In addition, even though the structure of the heterogeneous semiconductor material is bonded, the cell can be kept more compact, thereby increasing the integration rate of the cell. This enables the efficient generation and supply of electricity, which contributes to the industry as a whole, and greatly improves the pollution problem. In addition, through the present invention it is possible to manufacture a solar cell having such a cell structure very conveniently.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 태양전지 셀의 작동도이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation diagram of the solar cell of FIG. 1.
3 to 11 are views sequentially showing a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete and the ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀 및 태양전지 셀의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록 먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀에 대해 상세히 설명하고, 이를 바탕으로 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a solar cell and a method of manufacturing the solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11. First, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 so that the description is concise and clear. Based on this, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The manufacturing method of the solar cell by this is demonstrated in detail.
먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀에 대해서 상세히 설명한다.First, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 태양전지 셀의 작동도이다.1 is a view showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an operation of the solar cell of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀(1)은 실리콘기재층(10) 전면부에 트렌치(11)가 형성되며 트렌치(11)에 게르마늄층(20)이 채워진 구조로 형성된다. 실리콘과 게르마늄은 가전자대(valence band)와 전도대(conduction band) 사이 밴드갭(energy band gap)의 크기가 서로 다르므로 전자를 여기 시키기 위한 에너지의 크기도 서로 다르다. 따라서 각각 서로 다른 파장의 빛을 흡수하여 전자와 정공의 쌍을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 실리콘기재층(10)과 게르마늄층(20)이 태양광의 서로 다른 파장의 빛을 상호 보완적으로 흡수하며 전기력으로 변환할 수 있어 광전 에너지 변환 효율이 증대된다.1 and 2, in the
특히, 게르마늄층(20)은 실리콘기재층(10) 전면부의 트렌치(11) 구조 내에 적층되어 있어 태양광 입사면을 실리콘기재층(10)과 부분적으로 공유하는 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 셀 내 광경로를 줄여 의도치 않은 에너지 손실도 줄일 수 있다. 또한 게르마늄층(20)은 단순 적층되지 않고 트렌치(11) 내에 삽입된 구조이므로 불필요한 두께 증가 없이 셀을 컴팩트하게 형성할 수 있는 이점도 갖는다.In particular, the
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀(1)은 생성된 전자-정공 쌍을 재배치하기 위한 제1도핑층(31)을 포함하고 있다. 제1도핑층(31)은 실리콘기재층(10) 표면에서 pn접합을 이루어 내부 전위를 통해 전자-정공 쌍을 재배치하게 된다. 특히, 제1도핑층(31)은 트렌치(11)가 형성된 실리콘기재층(10)의 전면부 표면을 따라 셀의 내부까지 침투하도록 구조화되어 있으며, 그 일부가 제거되어 비도핑구간(12)을 형성한다. 실리콘기재층(10)과 게르마늄층(20)은 상기 비도핑구간(12)을 통해 트렌치(11) 내에서 직접 맞닿게 설계된다.In addition, the
따라서, 셀 내 깊숙히 침투된 제1도핑층(31)을 통해서는 전자-정공 쌍을 매우 효과적으로 분리 포집할 수 있고, 동시에 비도핑구간(12)을 통해서는 게르마늄층(20) 또는 실리콘기재층(10)에서 여기된 고에너지 전자를 포집하지 않고 보다 자유롭게 유동시킬 수 있다. 이를 통해 셀 내부에서 전자의 연쇄반응을 유도하여 전자-정공 쌍을 추가적으로 생산할 수 있다. 즉, 본원 발명의 셀 구조를 통해서 전자-정공 쌍을 생성하고, 또한 증대시킬 수 있으며, 이들을 효율적으로 분리 포집할 수 있다. 이를 통해 광전 에너지 변환효율을 매우 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.Therefore, the first doped
이러한 특징을 갖는 본 발명의 태양전지 셀(1)은 구체적으로, 다음과 같이 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 셀(1)은 실리콘기재층(10), 실리콘기재층(10)의 전면부(도면 상의 상부이며 빛이 입사하는 입사면이 된다)에 형성된 복수 개의 트렌치(11), 실리콘기재층(10)의 전면부 표면에 도핑(doping)되어 형성된 제1도핑층(31), 및 트렌치(11) 내부에 적층되고 제1도핑층(31)에 접하는 복수 개의 게르마늄층(20)을 포함한다. 본 실시예에 따라, 태양전지 셀(1)은 트렌치(11) 중 적어도 어느 하나의 내부에 전면부 표면이 도핑되지 않은 비도핑구간(12)을 포함할 수 있으며, 비도핑구간(12)은 도시된 것처럼 제1도핑층(31) 중 일부가 제거되어 형성되며, 복수 개의 게르마늄층(20) 중 적어도 어느 하나는 비도핑구간(12)을 통해 실리콘기재층(10)에 직접 맞닿게 형성될 수 있다. 이러한 구조적 특징을 통해 전술한 바와 같이 전자-정공 쌍의 생성, 증대, 및 분리 포집이 유기적으로 이루어지는 매우 효율적인 광전 변환 구조를 구현할 수 있다. Specifically, the
이하, 이러한 본 발명의 일 실시에에 의한 태양전지 셀(1)에 대해서 각 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.Hereinafter, the
실리콘기재층(10)은 실리콘 기판으로부터 만들어진 것일 수 있다. 실리콘기재층(10)은 태양전지 셀(1)의 기초를 이루며 실리콘기재층(10) 상에 다른 구성요소를 배치하여 태양전지 셀(1)을 형성할 수 있다. 실리콘기재층(10)의 두께나 길이는 다른 구성요소와의 관계나 셀이 적용되는 기기의 설계 등에 따라 달라질 수 있다. 실리콘기재층(10)은 실리콘에 소량의 불순물이 첨가된 p형 또는 n형 반도체로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 3가 원자를 불순물로 첨가한 p형 반도체를 기준으로 설명을 진행하나 본 발명의 기술사상이 이로써 한정될 필요는 없다. 다른 실시예에서 실리콘기재층(10)은 5가 원자를 불순물로 첨가한 n형 반도체로 형성될 수도 있다. 그러한 경우 제1도핑층(31)의 도핑을 대응하여 변경함으로써 제1도핑층(31)과 실리콘기재층(10) 사이에 적절한 pn접합이 형성되도록 할 수 있다.The
실리콘기재층(10)의 전면부에는 복수 개의 트렌치(11)가 형성된다. 트렌치(11)는 실리콘기재층(10)의 표면이 내측으로 만입되어 골 형태로 형성된 것일 수 있다. 트렌치(11)는 저면과 측벽을 갖는 구조일 수 있으며 이러한 트렌치(11)를 일정 간격 이격시켜 실리콘기재층(10) 전면부에 복수 개 배치할 수 있다. 트렌치(11)의 깊이 역시 셀의 전체적인 구조나 다른 구성요소와의 관계 등에 따라 조정될 수 있다. 트렌치(11)의 깊이는 예를 들어, 5~20㎛일 수 있다. 각 트렌치(11)는 모두 동일하게 형성할 수도 있으나 그 일부를 다른 형상으로 변형할 수도 있다. 즉, 트렌치(11)는 실리콘기재층(10)의 전면부에 만입된 형태인 한 제한될 필요는 없다.A plurality of
제1도핑층(31)은 트렌치(11)가 형성된 실리콘기재층(10)의 전면부 표면에 도핑되어 형성된다. 제1도핑층(31)은 실리콘기재층(10)의 전면부 표면을 따라 트렌치(11) 내부로도 연장될 수 있다. 제1도핑층(31)은 전술한 실리콘기재층(10)의 불순물과는 다른 불순물로 도핑된 n+접합층 또는 p+접합층일 수 있다. 즉, 본 실시예에서와 같이 실리콘기재층(10)이 3가 원소를 불순물로 첨가한 p형 반도체인 경우, 제1도핑층(31)은 5가 원소를 불순물로 도핑한 n+접합층으로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 본 실시예에서는 이러한 구성을 기준으로 설명을 진행한다. 그러나 역시 이와 같이 한정될 필요는 없으며 다른 실시예에서 실리콘기재층(10)이 n형 반도체인 경우 제1도핑층(31)은 p+접합층으로 바꾸어 줄 수 있다.The first doped
제1도핑층(31)은 실리콘기재층(10)과 다른 불순물로 도핑되어 실리콘기재층(10)과 다른 전하 캐리어를 가지며 이로 인해 실리콘기재층(10)과의 사이에 pn접합을 형성하게 된다. 접합부의 내부 전계는 실리콘기재층(10) 및 게르마늄층(20)에서 서로 다른 파장의 빛을 흡수하여 생성된 전자-정공 쌍들과, 고에너지 전자의 연쇄반응으로 추가 생성된 전자-전공 쌍들을 이동시켜 재배치하는 역할을 한다. 이를 통해 전자와 정공이 분리되어 각각 셀의 서로 다른 전극측으로 포집되며 광기전력이 생성되고 태양전지 셀(1)의 외부에 도선이 연결되면 광기전력에 의해 전류가 흐르게 된다.The first doped
즉 태양전지 셀(1) 내부의 전자-정공 쌍들을, 제1도핑층(31)을 통해 분리 포집하여 광기전력을 형성할 수 있다. 제1도핑층(31)은 도시된 바와 같이 트렌치(11)의 만입된 부분을 따라 셀의 내측까지 침투하도록 형성되어 있으므로 셀 내부의 깊숙한 부분에서 생성된 전자-정공 쌍들도 제1도핑층(31)을 통해 용이하게 재배치할 수 있다. 제1도핑층(31)은 트렌치(11) 사이의 영역과 트렌치(11) 내부의 영역이 서로 연결되어 있을 수 있고 이들이 서로 연결된 형상이 반복된 구조를 이룰 수 있다. 게르마늄층(20)은 이러한 트렌치(11)의 내부에 적층된다.That is, the electron-hole pairs in the
게르마늄층(20)은 복수 개의 트렌치(11) 내부에 각각 적층되고 제1도핑층(31)과 접한다. 게르마늄층(20)은 트렌치(11) 내부에 삽입된 구조로 트렌치(11)의 개수에 대응하는 복수 개로 형성된다. 게르마늄층(20)은 트렌치(11) 내부로 연장되어 있는 제1도핑층(31)과 접할 수 있으며 이를 통해 내부에 생성된 전자-정공 쌍들을 보다 용이하게 분리 포집할 수 있다. 게르마늄과 실리콘은 서로 밴드갭의 크기가 다른 물질이므로(게르마늄의 에너지 밴드갭은 대략 0.67eV이고, 실리콘의 에너지 밴드갭은 대략 1.1eV일 수 있다) 게르마늄층(20)과 실리콘기재층(10)은 각각 서로 다른 파장의 빛을 흡수하여 동시 다발적으로 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 이로 인해 태양전지 셀(1)로 흡수 가능한 빛 에너지 영역이 증가하며 셀 전체의 광전 변환 효율도 증가된다.The
또한 게르마늄층(20)은 실리콘기재층(10) 전면부의 트렌치(11) 구조 내 삽입되어 빛(도 2의 실선화살표 참조)이 입사하는 입사면 측으로 배치된다. 따라서 빛이 도달하는 광경로가 상대적으로 축소되어 불필요한 에너지 손실을 감소시킬 수 있다. 게르마늄층(20)은 제1도핑층(31)과 적어도 일부가 접할 수 있으며 제1도핑층(31)의 배열상태에 따라 접하는 면적은 달라질 수 있다. 게르마늄층(20)의 두께나 형상 역시 트렌치(11)의 깊이나 형상 등에 대응하여 변동될 수 있다. 게르마늄층(20)의 두께는 예를 들어 500~20000 Å일 수 있다.In addition, the
특히 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 트렌치(11) 중 적어도 어느 하나의 내부에는 실리콘기재층(10)의 전면부 표면이 도핑되지 않은 비도핑구간(12)이 형성된다. 비도핑구간(12)은 도시된 것처럼 제1도핑층(31) 중 일부가 제거되어 형성되며, 복수 개의 게르마늄층(20) 중 적어도 어느 하나는 비도핑구간(12)을 통해 실리콘기재층(10)에 직접 맞닿는 구조를 이룬다. 즉 도시된 바와 같이 비도핑구간(12)에 의해 일부가 제거된 형태의 제1도핑층(31)을 형성하고, 제1도핑층(31) 사이의 비도핑구간(12)에서 실리콘기재층(10)과 게르마늄층(20)이 직접 접하도록 형성할 수 있다. 비도핑구간(12)은 도핑층이 없는 구간이므로 주변에서 생성된 전자-정공 쌍들은 바로 포집되지 않고 비도핑구간(12)을 통해 셀 내부를 보다 자유롭게 유동할 수 있다. 이를 통해, 빛에 의해 여기된 고에너지 전자와 주변 원자의 상호작용을 유도하고, 연쇄반응을 확대하여 추가적인 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다(도 2의 점선화살표 참조). In particular, as shown in FIGS. 1 and 2, an
즉, 비도핑구간(12)은 게르마늄층(20) 또는 실리콘기재층(10)에서 여기된 고에너지 전자를 자유롭게 유동시키는 구간으로, 전자와 원자(또는 원자 내 전자)와의 연쇄반응을 유도하기 위해 게르마늄층(20)과 실리콘기재층(10) 사이에 도핑층을 의도적으로 배제한 구간이다. 셀 내 이러한 비도핑구간(12)을 구조화하여, 이를 포함하는 주변영역 내에서 여기 전자들을 상대적으로 자유롭게 유동시키며 전자-정공 쌍을 확대 재생산할 수 있다. That is, the
이를 통해 동일한 빛에 대해, 생성되는 전하 캐리어의 수를 늘려 광기전력을 증가시키고, 광전 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 여기된 전자들은 게르마늄층(20)에서 실리콘기재층(10)을 향하거나 또는 실리콘기재층(10)에서 게르마늄층(20)을 향하는 등의 다양한 방향으로 비도핑구간(12)을 통과해 확산되며 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 따라서 도 2는 예시적인 것으로 도면과 같이 한정하여 이해할 필요는 없다.This increases the number of charge carriers generated for the same light, increasing the photovoltaic power and greatly improving the photoelectric conversion efficiency. The excited electrons diffuse through the
이와 같은 비도핑구간(12)은 트렌치(11)의 일부에만 형성될 수 있다. 비도핑구간(12)을 제외한 실리콘기재층(10)의 전면부 표면 전체에는 제1도핑층(31)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1도핑층(31)은 트렌치(11) 사이의 영역과 트렌치(11) 내부의 영역이 서로 연결되어 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이 비도핑구간(12)은 복수 개일 수 있다. The
특히 비도핑구간(12)은 트렌치(11)의 저면에 형성되고, 제1도핑층(31)의 말단은 트렌치(11)의 측벽으로 연장된 구조를 이룰 수 있다. 즉, 비도핑구간(12)은 트렌치(11)의 가장 깊은 저면에 형성되어 셀 내부에서 전자-정공의 확대 재생산을 유도할 수 있고, 트렌치(11) 측면의 수직한 구조를 이용하여 셀 내부까지 침투 가능한 유기적 형태의 제1도핑층(31)을 형성할 수 있다.In particular, the
이러한 구조를 통해서, 태양전지 셀(1) 내부에서 전자-정공 쌍의 개수를 크게 증가시키는 동시에, 증가된 전자-정공 쌍을 제1도핑층(31)을 통해 효과적으로 분리 포집할 수 있다. 또한, 게르마늄층(20)과 실리콘기재층(10)이 각각 서로 다른 파장의 빛을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는바, 태양광의 서로 다른 에너지 영역의 빛을 흡수하여 전자-정공 쌍의 생성을 일차적으로 증가시키고, 셀 내부의 연쇄반응을 통해 다시 전자-정공 쌍을 확대 재생산하여, 전하 캐리어의 수를 크게 증폭시킬 수 있다. 이를 통해 증가된 전하 캐리어들은 제1도핑층(31)의 구조를 이용하여 효과적으로 분리 포집이 가능하므로, 전자-정공 쌍의 생성, 증대, 및 재배치 과정이 매우 유기적으로 진행되며 광전 에너지 변환 효율이 큰 폭으로 향상될 수 있다.Through this structure, the number of electron-hole pairs can be greatly increased in the
제1도핑층(31)의 외측인 상면에는 제2도핑층(32)이 형성된다. 제2도핑층(32)은 제1도핑층(31)과 접하며 제1도핑층(31)의 도핑과 동일한 도핑에 의해 형성된다. 따라서 제1도핑층(31)은 제2도핑층(32)과 동일한 전하 캐리어를 가져 실질적으로 제1도핑층(31)의 pn접합구조를 확장하는 역할을 할 수 있다. 즉 전술한 바와 같이 실리콘기재층(10)이 3가 원소가 불순물로 첨가된 p형 반도체인 경우, 제1도핑층(31) 및 제2도핑층(32)은 모두 5가 원소를 불순물로 도핑된 n+접합층으로 형성될 수 있다. 제2도핑층(32)은 제1도핑층(31)과는 달리 전체가 일체로 이루어져 제1도핑층(31)과 접하며 비도핑구간(12)에 의해 접촉면적이 줄어든 제1도핑층(31)을 서로 연결하는 역할을 할 수 있다. The second doped
이를 위해 제2도핑층(32)은 다결정의 폴리실리콘(polycrystalline silicon)으로 게르마늄층(20) 및 제1도핑층(31)의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층한 후, 그 표면을 도핑하여 형성할 수 있다. 제2도핑층(32)은 폴리실리콘의 적층된 표면을 일직선 상으로 평탄화한 후 도핑을 실시하여 일직선 상의 층으로 형성할 수 있다. 표면에 도핑이 이루어짐으로 인해서 도핑되지 않은 폴리실리콘 일부는 폴리실리콘층(33)으로 형성되어 게르마늄층(20)과 제2도핑층(32)의 사이에 배치될 수 있다.To this end, the second doped
제2도핑층(32)의 외측인 상면에는 반사방지층(40)이 형성된다. 반사방지층(40)은 태양광의 투과율을 높이고 반사율은 낮추며 산란광 등도 제거하여 보다 많은 광선이 태양전지 셀(1) 내부로 입사하도록 유도한다. 반사방지층(40)은 예를 들어, 질화실리콘 등 질화물이나 유전물질 등을 적층하여 형성할 수 있다. 반사방지층(40) 역시 제2도핑층(32)과 마찬가지로 일직선 상의 층으로 형성될 수 있다.An
반사방지층(40)의 외측 및 실리콘기재층(10)의 배면에는 각각 전극부(51, 52)가 배치된다. 전극부(51, 52)는 반사방지층(40) 외측(즉, 실리콘기재층의 전면부 측)에 형성된 전극부(51)와 그 반대편인 실리콘기재층(10)의 배면에 형성된 전극부(52)를 포함한다. 각 전극부(51, 52)의 형상은 서로 다를 수 있다. 전극부(51, 52)는 셀의 외곽에 배치되며 도선이 연결되면 셀 내부의 광기전력으로 외부에 전류를 공급하는 단자의 역할을 하게 된다. 실리콘기재층(10)의 배면에 형성된 전극부(52)는 상대적으로 넓은 층상으로 형성될 수 있으며, 반사방지층(40) 외측에 형성된 전극부(51)는 상대적으로 면적이 작을 수 있다. 전극부(51, 52)는 예를 들어, Ag나 Al계열의 물질로 형성될 수 있다.
이러한 태양전지 셀(1)은 도 2에 도시된 바와 같이 전면부를 통해 태양광을 흡수하며 흡수된 빛으로 전자-정공 쌍을 생성하고 재배치하는 과정을 통해 전력을 생산한다. 특히 전술한 바와 같이, 게르마늄층(20) 및 실리콘기재층(10)으로 서로 다른 파장의 빛을 흡수하여 태양광의 서로 다른 에너지 영역으로부터 전자-정공 쌍을 일차적으로 증가시켜 생성하고, 비도핑구간(12)이 형성된 도핑층[특히 제1도핑층(31)]과 비도핑구간(12)을 포함하는 셀 내부의 구조로부터 연쇄반응을 유도하여, 이러한 전자-정공 쌍을 확대 재생산하는 탁월한 효과를 나타낼 수 있다. 또한 유기적 구조의 도핑층으로 증가된 전자-정공 쌍을 효과적으로 분리 포집할 수 있는바 전자-정공 쌍의 생성, 증대, 및 재배치 과정이 셀 내에서 유기적으로 이루어지며 광전 에너지 변환 효율을 크게 증가시킬 수 있다. The
이하, 이러한 태양전지 셀의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of such a solar cell will be described in detail.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 이하 전술한 구성요소에 대해서는 별도 언급이 없는 한 반복하여 설명하지 않으며 그에 대한 구체적인 설명은 전술한 설명으로 대신한다.3 to 11 are views sequentially showing a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the above-described components will not be repeatedly described unless otherwise stated, and detailed description thereof will be replaced with the above description.
도 3 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀의 제조방법은, 실리콘기재층(10)의 전면부를 식각하여 복수 개의 트렌치를 형성하는 단계(단계1), 실리콘기재층(10)의 전면부 표면을 도핑하여 제1도핑층(31)을 형성하는 단계(단계2), 및 트렌치(11) 내부에 게르마늄을 적층시켜, 제1도핑층(31)에 접하는 복수 개의 게르마늄층(20)을 형성하는 단계(단계3)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예 따라, 태양전지 셀의 제조방법은 다결정의 폴리실리콘으로 게르마늄층(20) 및 제1도핑층(31)의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층하고 표면에 제1도핑층(31)과 동일한 도핑을 수행하여 제1도핑층(31) 외측에 제1도핑층(31)과 접하는 제2도핑층(32)을 형성하는 단계(단계4)와, 제2도핑층(32)을 형성하는 단계 이후에, 제2도핑층(32) 상에 반사방지층(40)을 적층하여 형성하는 단계(단계5), 및 반사방지층(40)의 상면과 실리콘기재층(10) 배면에 각각 전극부(51, 52)를 형성하는 단계(단계6)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제조방법을 이용하여 전술한 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 셀(1)을 제조할 수 있다. 이하, 이러한 각 단계들에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.3 to 11, in the method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, forming a plurality of trenches by etching the front surface of the silicon substrate layer 10 (step 1), and the silicon substrate. Doping the front surface of the
먼저, 도 3에 도시된 바와 같은 실리콘기재층(10)의 전면부를 식각하여 도 4에 도시된 바와 같이 복수 개의 트렌치(11)를 형성한다. 실리콘기재층(10)은 실리콘웨이퍼를 가공하여 형성한 것일 수 있으며 일정한 두께를 갖는 판 형상의 것일 수 있다. 이러한 실리콘기재층(10)의 전면부(전술한 바와 같이 빛이 입사하는 입사면이 된다)에 트렌치(11)를 도 4에 도시된 바와 같이 복수 개 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘기재층(10)은 3가 불순물이 첨가된 p형 반도체 일 수 있으나 전술한 것처럼 다른 실시예에서는 n형 반도체일 수 있고, 그러한 경우 도핑층의 도핑이 대응하여 변경될 수 있다. 본 실시예에서는 실리콘기재층(10)이 p형 반도체인 경우를 기준으로 설명한다.First, the front portion of the
트렌치(11)는 트렌치(11)가 아닌 실리콘기재층(10)의 전면부에 마스킹(미도시)을 형성하고 나머지부분을 식각하여 형성할 수 있다. 마스킹의 너비나 위치를 조정하여 트렌치(11) 사이의 거리나 트렌치(11)의 배열을 변경할 수 있다. 예를 들어, 마스킹은 열적 산화과정이나 증착과정을 통해 산화물 등으로 형성할 수 있고(질화물 등을 추가적으로 형성할 수 있다), 전면부의 나머지 부분은 이온반응 식각(RIE: reactive ion etching)으로 식각하여 트렌치(11)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 마스킹 두께는 60~2000 Å이고 트렌치(11) 깊이는 5~20㎛일 수 있으나, 그와 같이 한정될 필요는 없으며 공정이나 설계에 따라 변경 가능하다. 트렌치(11)를 형성한 후 남아있는 산화물이나 질화물 등은 모두 제거될 수 있다. 이와 같이 식각하는 방법 외에도 레이저 에칭 방식 등으로 식각하는 것도 가능하다.The
이후, 도 5에 도시된 바와 같이 트렌치(11)가 형성된 실리콘기재층(10) 전면부 표면을 도핑(doping)하여 제1도핑층(31)을 형성한다. 특히, 제1도핑층(31)을 형성하는 단계는, 복수 개의 트렌치(11) 중 적어도 어느 하나의 내부를 마스킹(미도시)하여 비도핑구간(12)을 형성하고, 비도핑구간(12)을 제외한 실리콘기재층(10)의 표면을 도핑하여 제1도핑층(31)을 형성하게 된다. 즉 도시된 바와 같이 트렌치(11) 상에 비도핑구간(12)을 설정하고, 비도핑구간(12)을 제외한 나머지 표면을 도핑하여 제1도핑층(31)을 형성할 수 있다. Thereafter, as illustrated in FIG. 5, the front surface of the
비도핑구간(12)은 예를 들어 유전물질(질화물 등)로 마스킹하여 형성할 수 있으며, 비도핑구간(12)을 제외한 나머지 표면을 불순물로 도핑하여 제1도핑층(31)을 형성할 수 있다. 예를 들어 불순물은 인(phosphorous)일 수 있고 이를 이온주입(ion implantation)방식으로 주입하거나 POCL3(염화포스포릴) 확산을 이용한 방식으로 도핑할 수 있다. 도핑 후 소정 시간 동안 열적 어닐링(예를 들어, 800~1050℃에서 30분)을 수행할 수 있다. 이를 통해 형성한 제1도핑층(31)은 n+접합층일 수 있다. 도핑 종료 후 역시 남아있는 산화물이나 질화물 등은 모두 제거될 수 있다. 필요에 따라 폴리실리콘을 추가적으로 적층하고 상기한 도핑을 수행할 수도 있다.The
이때 마스킹은 트렌치(11)의 저면에만 형성할 수 있다. 이를 통해 도시된 것처럼, 마스킹이 형성되지 않은 트렌치(11)의 측벽에는 제1도핑층(31)의 말단을 형성할 수 있다. 즉 트렌치(11) 내 비도핑구간(12)의 크기와 위치를 조정하여 트렌치(11) 내 비도핑구간(12)이 형성되더라도 나머지 부분에 제1도핑층(31)을 형성할 수 있다. 특히 마스킹을 트렌치(11) 저면에만 형성하여 비도핑구간(12)을 트렌치(11)의 가장 깊은 저면에 배치할 수 있으며, 이를 통해 전술한 것처럼 셀 내부에 여기 전자의 유동이 용이한 영역(즉, 실리콘기재층과 게르마늄층 사이에 도핑층이 배제된 영역)을 구축하고, 전자-정공의 확대 재생산을 유도할 수 있다. 또한 제1도핑층(31)은 트렌치(11)의 나머지 표면의 도핑을 통해 트렌치(11) 측벽을 따라 셀 내부까지 깊숙히 연장된 형상을 갖게 되므로 셀 내부에서 생성된 전자-정공 쌍도 용이하게 재배치가 가능하다.In this case, the masking may be formed only on the bottom surface of the
이후, 도 6에 도시된 바와 같이 트렌치(11) 내부에 게르마늄을 적층시켜 제1도핑층(31)에 접하는 복수 개의 게르마늄층(20)을 형성한다. 이때, 복수 개의 게르마늄층(20) 중 적어도 어느 하나는 상기한 비도핑구간(12)을 통해 실리콘기재층(10)에 직접 맞닿게 된다. 즉, 트렌치(11) 내 비도핑구간(12)을 형성하고 게르마늄층(20)을 트렌치(11) 내 적층하여 형성함으로써, 게르마늄층(20)과 실리콘기재층(10)이 트렌치(11) 내부에서 도핑층 없이 직접 접합되는 구조를 만들어 줄 수 있다. 이를 통해 전술한 것처럼 게르마늄층(20) 또는 실리콘기재층(10)에서 여기된 고에너지 전자들이 셀 내 비도핑구간(12)을 통과해 확산되며 전자-정공 쌍을 추가적으로 생성하도록 유도할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 6, germanium is stacked in the
게르마늄층(20)은 예를 들어 화학기상증착법(CVD: chemical vapor deposition)이나 게르마늄 용액을 코팅하는 방식으로 적층할 수 있다. 게르마늄층(20)의 두께는 예를 들어 500~20000 Å일 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 설계에 따라 다른 두께로 변경될 수 있다. 이와 같이 게르마늄층(20)을 적층한 후 레이저를 이용하거나 고속열처리(RTP: rapid thermal processing) 방식으로 재결정화를 수행할 수 있다. 재결정화 시 온도는 예를 들어 850~940℃일 수 있다.The
이후, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 다결정의 폴리실리콘(도 7의 a참조)으로 게르마늄층(20) 및 제1도핑층(31)의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층하고, 표면에 제1도핑층(31)과 동일한 도핑을 수행하여, 제1도핑층(31) 외측에 제1도핑층(31)과 접하는 제2도핑층(도 9의 32참조)을 형성한다. 도핑은 적층된 폴리실리콘(a)의 표면에 수행되므로 내측의 도핑되지 않은 일부는 표면의 제2도핑층(32)과 트렌치(11) 내부의 게르마늄층(20) 사이에 폴리실리콘층(도 9의 33참조)으로 형성될 수 있다. 특히 제2도핑층(32)을 형성하는 단계는 도 7과 같이 폴리실리콘(a)을 적층하고, 도 8과 같이 표면 전체를 평탄화(planarization)한 후, 도핑을 수행할 수 있다. 이를 통해 도 9와 같이 일직선 상으로 평탄화된 제2도핑층(32)을 형성할 수 있다. 제2도핑층(32)은 일체로 형성되며 비도핑구간(12)이 형성된 제1도핑층(31) 외측에서 제1도핑층(31)들과 연결된 구조로 형성된다.Thereafter, as shown in FIGS. 7 to 9, the entire exposed portions of the
이때 폴리실리콘(a)은 예를 들어 화학기상증착법으로 적층할 수 있고, 화학적 기계적 연마(CMP: chemical mechanical processing)방식으로 도 8과 같이 표면을 평탄화할 수 있다. 화학적 기계적 연마 방식은 표면 가공을 위한 것이므로 필요에 따라 전술한 게르마늄층(20) 형성 직후에도 적용할 수 있다. 이와 같이 평탄화된 폴리실리콘(a) 표면에 제1도핑층(31)의 도핑과 동일한 도핑을 수행하여, 도 9와 같은 제2도핑층(32)을 형성할 수 있다. 제2도핑층(32)의 불순물은 예를 들어 전술한 제1도핑층(31)과 같은 인(phosphorous)일 수 있다. 이를 이온주입(ion implantation)방식이나 POCL3(염화포스포릴) 확산을 이용한 방식으로 도핑할 수 있다. 도핑 후 소정 시간 동안 열적 어닐링(예를 들어, 850~1050℃에서 30분)을 수행할 수 있고, 이를 통해 형성한 제2도핑층(32)은 n+접합층으로 형성될 수 있다. 도핑 종료 후 남아있는 산화물이나 질화물 등은 역시 모두 제거될 수 있다.In this case, the polysilicon (a) may be laminated by, for example, chemical vapor deposition, and may be planarized as shown in FIG. 8 by chemical mechanical processing (CMP). Since the chemical mechanical polishing method is for surface processing, it may be applied even immediately after the formation of the
이후, 도 10에 도시된 바와 같이 제2도핑층(32) 외측에 반사방지층(40)을 적층하여 형성한다. 반사방지층(40)은 예를 들어, 질화실리콘 등 질화물이나 유전물질 등으로 형성될 수 있다. 이러한 물질을 화학기상증착법으로 적층하여 반사방지층(40)을 형성할 수 있다. 이후, 도 11에 도시된 바와 같이 반사방지층(40) 외측과 실리콘기재층(10) 배면에 각각 전극부(51, 52)를 형성하여 태양전지 셀(1)을 완성한다. Thereafter, as shown in FIG. 10, the
전극부(51, 52)는 예를 들어, Ag나 Al 계열의 물질로 이루어질 수 있으며 스크린 인쇄(screen printing)방식이나 그 밖의 여러 가지 금속화(metallization)방식 등을 이용하여 형성할 수 있다. 바람직하게는, 반사방지층(40) 외측의 전극부(51)는 Ag계열의 물질로 형성하고, 실리콘기재층(10) 배면의 전극부(52)는 Al 계열의 물질로 형성할 수 있다. The
이와 같은 방식으로 전술한 바와 같은 구조의 태양전지 셀(1)을 제조할 수 있다. 이를 통해 제조한 태양전지 셀(1)로 전술한 바와 같은 전자-정공 쌍의 생성, 증대, 및 재배치를 통한 분리 포집과정을 유기적으로 진행할 수 있는바 보다 높은 효율로 전력을 생산할 수 있다.In this manner, the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
1: 태양전지 셀
10: 실리콘기재층
11: 트렌치
12: 비도핑구간
20: 게르마늄층
31: 제1도핑층
32: 제2도핑층
33: 폴리실리콘층
40: 반사방지층
51, 52: 전극부
a: 폴리실리콘1: solar cell 10: silicon substrate layer
11: trench 12: undoping section
20: germanium layer 31: first doping layer
32: second doped layer 33: polysilicon layer
40: antireflection layers 51, 52: electrode portion
a: polysilicon
Claims (17)
상기 실리콘기재층의 전면부에 형성된 복수 개의 트렌치(trench);
상기 실리콘기재층의 상기 전면부 표면에 도핑되어 형성된 제1도핑층; 및
상기 트렌치 내부에 적층되고 상기 제1도핑층에 접하는 복수 개의 게르마늄층을 포함하는 태양전지 셀.Silicon substrate layer;
A plurality of trenches formed in the front portion of the silicon substrate layer;
A first doped layer formed by doping on the front surface of the silicon substrate layer; And
And a plurality of germanium layers stacked in the trench and in contact with the first doped layer.
복수 개의 상기 트렌치 중 적어도 어느 하나의 내부에 상기 전면부 표면이 도핑되지 않은 비도핑구간을 더 포함하는 태양전지 셀.The method of claim 1,
And a undoped section in which the front surface is not doped in at least one of a plurality of trenches.
상기 비도핑구간은 상기 제1도핑층 중 일부가 제거되어 형성되며,
복수 개의 상기 게르마늄층 중 적어도 어느 하나는 상기 비도핑구간을 통해 상기 실리콘기재층에 직접 맞닿는 태양전지 셀.The method of claim 2,
The non-doping section is formed by removing a portion of the first doped layer,
At least one of the plurality of germanium layers is in direct contact with the silicon substrate layer through the non-doped section.
상기 비도핑구간은 상기 트렌치의 일부에만 형성되고,
상기 비도핑구간을 제외한 상기 전면부 표면 전체에 상기 제1도핑층이 형성된 태양전지 셀.The method of claim 2,
The undoped section is formed only in a portion of the trench,
The solar cell of claim 1, wherein the first doped layer is formed on the entire surface of the front portion except for the non-doped section.
상기 비도핑구간은 상기 트렌치의 저면에 배치되고, 상기 제1도핑층의 말단이 상기 트렌치의 측벽으로 연장된 태양전지 셀.The method of claim 4, wherein
The non-doping section is disposed on the bottom surface of the trench, the end of the first doped layer extends to the side wall of the trench.
상기 제1도핑층은 상기 트렌치 사이의 영역과 상기 트렌치 내부의 영역이 서로 연결된 태양전지 셀.The method of claim 1,
The first doped layer is a solar cell connected to the region between the trench and the region inside the trench.
상기 제1도핑층 상에 형성되어 상기 제1도핑층과 접하며 상기 제1도핑층의 도핑과 동일한 도핑에 의해 형성된 제2도핑층을 더 포함하는 태양전지 셀.The method of claim 1,
And a second doped layer formed on the first doped layer and in contact with the first doped layer and formed by the same doping as the doping of the first doped layer.
상기 제2도핑층은 다결정의 폴리실리콘으로 상기 게르마늄층 및 상기 제1도핑층의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층한 후, 표면을 도핑하여 형성한 태양전지 셀.The method of claim 7, wherein
The second doped layer is formed of polycrystalline polysilicon by connecting the whole germanium layer and the entire exposed portions of the first doped layer and stacking the doped surface.
상기 제2도핑층 외측에 형성된 반사반지층, 및
상기 반사반지층 외측 및 상기 실리콘기재층의 배면에 각각 형성된 전극부를 더 포함하는 태양전지 셀.The method of claim 7, wherein
A reflection ring layer formed outside the second doping layer, and
The solar cell further comprises an electrode unit formed on the outside of the reflective ring layer and the back surface of the silicon substrate layer.
상기 실리콘기재층은 불순물이 첨가된 p형 또는 n형 반도체이고, 상기 제1도핑층은 상기 실리콘기재층의 불순물과는 다른 불순물로 도핑된 n+접합층 또는 p+접합층인 태양전지 셀.The method of claim 1,
Wherein the silicon substrate layer is a p-type or n-type semiconductor to which impurities are added, and the first doped layer is an n + junction layer or p + junction layer doped with an impurity different from that of the silicon substrate layer.
상기 실리콘기재층의 상기 전면부 표면을 도핑하여 제1도핑층을 형성하는 단계; 및
상기 트렌치 내부에 게르마늄을 적층시켜, 상기 제1도핑층에 접하는 복수 개의 게르마늄층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 셀의 제조방법.Etching a front portion of the silicon substrate layer to form a plurality of trenches;
Doping the front surface of the silicon substrate layer to form a first doped layer; And
Stacking germanium inside the trench to form a plurality of germanium layers in contact with the first doped layer.
상기 제1도핑층을 형성하는 단계는,
복수 개의 상기 트렌치 중 적어도 어느 하나의 내부를 마스킹하여 비도핑구간을 형성하고, 상기 비도핑구간을 제외한 상기 실리콘기재층의 표면을 도핑하여 상기 제1도핑층을 형성하는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 11,
Forming the first doped layer,
A method of manufacturing a solar cell comprising masking an inside of at least one of the plurality of trenches to form a undoped section, and doping a surface of the silicon substrate layer except the undoped section to form the first doped layer.
복수 개의 상기 게르마늄층 중 적어도 어느 하나는 상기 비도핑구간을 통해 상기 실리콘기재층에 직접 맞닿는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 12,
At least one of the plurality of germanium layers directly contacts the silicon substrate layer through the non-doping section.
상기 마스킹은 상기 트렌치의 저면에만 형성하여, 상기 마스킹이 형성되지 않은 상기 트렌치의 측벽에 상기 제1도핑층의 말단을 배치하는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 12,
The masking is formed only on the bottom surface of the trench, the method of manufacturing a solar cell to arrange the end of the first doped layer on the sidewall of the trench is not masked.
상기 게르마늄층을 형성하는 단계 이후에,
다결정의 폴리실리콘으로 상기 게르마늄층 및 상기 제1도핑층의 노출된 부위 전체를 연결하여 적층하고, 표면에 상기 제1도핑층과 동일한 도핑을 수행하여, 상기 제1도핑층 상에 상기 제1도핑층과 접하는 제2도핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 11,
After forming the germanium layer,
The germanium layer and the entire exposed portion of the first doped layer are connected and stacked with polycrystalline polysilicon, and the same doping as the first doped layer is performed on a surface thereof, thereby performing the first doping on the first doped layer. The method of manufacturing a solar cell further comprising the step of forming a second doped layer in contact with the layer.
상기 제2도핑층을 형성하는 단계는,
상기 폴리실리콘을 적층하고 표면 전체를 평탄화(planarization)한 후, 도핑을 수행하는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 15,
Forming the second doped layer,
Laminating the polysilicon and planarizing the entire surface (planarization), and then doping the solar cell manufacturing method.
상기 제2도핑층을 형성하는 단계 이후에,
상기 제2도핑층 상에 반사반지층을 적층하여 형성하는 단계, 및
상기 반사반지층 상면과 상기 실리콘기재층 배면에 각각 전극부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 셀의 제조방법.The method of claim 15,
After forming the second doped layer,
Forming a reflective ring layer on the second doped layer, and
And forming electrode portions on the top surface of the reflective ring layer and the bottom surface of the silicon substrate layer, respectively.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
R401 | Registration of restoration |