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KR101048165B1 - 태양전지 제조 방법 - Google Patents

태양전지 제조 방법 Download PDF

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KR101048165B1
KR101048165B1 KR1020100081062A KR20100081062A KR101048165B1 KR 101048165 B1 KR101048165 B1 KR 101048165B1 KR 1020100081062 A KR1020100081062 A KR 1020100081062A KR 20100081062 A KR20100081062 A KR 20100081062A KR 101048165 B1 KR101048165 B1 KR 101048165B1
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solar cell
hydrogen
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송석현
전민영
양수미
정상윤
양종우
서정범
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현대중공업 주식회사
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

본 발명은 급속 열처리 공정 이후 수소를 보충하여 실리콘 기판 내부 또는 표면에서의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 실리콘 기판의 텍스쳐링 공정을 진행하고, 상기 실리콘 기판에 제2도전형의 불순물을 주입하고 확산시켜, 상기 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판에 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스(Gas)를 사용한 화학기상증착 공정 및 열처리 공정을 진행하는 단계와; 상기 실리콘 기판의 표면에 금속재의 페이스트를 프린팅하고 급속 열처리 공정을 진행하는 단계와; 상기 급속 열처리 공정을 마친 실리콘 기판에 수소화 처리 공정을 진행하는 단계를 수행함으로써, 제품의 수명 및 광발전 효율을 증진시켜 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 제조 방법{Method for Fabricating Solar Cell}
본 발명은 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 특히 급속 열처리 공정 이후 수소를 보충하여 실리콘 기판 내부 또는 표면에서의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1도전형 반도체층(11) 위에 제2도전형 반도체층(12)이 적층되며, 제2도전형 반도체층(12)의 상부에 전면전극(14)이 구비되고 제1도전형 반도체층(11)의 하부에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다. 이때, 제1도전형 반도체층(11) 및 제2도전형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 제1도전형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 제2도전형 반도체층(12)으로 구분되며, 제2도전형 반도체층(12)은 일반적으로 제1도전형 반도체층(11)에 제2도전형 불순물 이온을 도핑(Doping), 확산(Diffusion)시켜 형성된다.
이러한 기판형 실리콘계 태양전지는 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링 공정, 제2도전형 불순물 이온 주입·확산을 통한 제2도전형 반도체층(12) 형성 공정, 실리콘 기판(10)의 미세 결함 제거 공정, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 등의 전극 형성 공정을 거쳐 제조된다. 실리콘 기판의 미세 결함 제거 공정시에는 증착 공정과 더불어 열처리 공정이 진행된다.
아울러, 전극 형성 공정에서 전면전극(14)을 형성하는 경우에는 일반적으로 스크린 프린팅 공정을 통해 금속재의 페이스트를 실리콘 기판(10) 표면에 버스 바나 핑거 바 등의 형태로 프린팅한 후, 건조를 위해 Co-firing 등의 급속 열처리 공정을 진행하게 된다.
그러나, 이와 같은 급속 열처리 공정시에는 실리콘 기판(10)을 매우 높은 온도로 열처리하기 때문에, 실리콘 기판(10)의 탈수소 현상을 발생시켜 실리콘 기판 내부 또는 표면에서 댕글링 본드(Dangling Bond) 발생을 유발하게 되고, 이로 인하여 제품의 수명 및 광발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 급속 열처리 공정 이후 수소를 보충하여 실리콘 기판 내부 또는 표면에서의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 실리콘 기판의 텍스쳐링 공정을 진행하고, 상기 실리콘 기판에 제2도전형의 불순물을 주입하고 확산시켜, 상기 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판에 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스(Gas)를 사용한 화학기상증착 공정 및 열처리 공정을 진행하는 단계와; 상기 실리콘 기판의 표면에 금속재의 페이스트를 프린팅하고 급속 열처리 공정을 진행하는 단계와; 상기 급속 열처리 공정을 마친 실리콘 기판에 수소화 처리 공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수소화 처리 공정을 진행하는 단계는, 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스가 채워져 있는 대기압 또는 가압 가스 분위기 내에 실리콘 기판을 집어 넣고, 고온으로 열처리하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 수소화 처리 공정을 진행하는 단계에서는, 상기 실리콘 기판의 내부 또는 표면에 수소(H)를 보충하여 상기 실리콘 기판의 결정 구조 상에 발생된 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거하기 위해, 상기 가스 분위기 내의 압력, 열처리 온도 및 가스 종류를 변경하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법에 의하면, 급속 열처리 공정 이후 수소를 보충하여 실리콘 기판 내부 또는 표면에서의 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거함으로써, 제품의 수명 및 광발전 효율을 증진시켜 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 참고도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비한다(S100). 여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 n형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
상기한 단계 S100을 통해 제1도전형의 실리콘 기판(10)이 준비된 상태에서, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 표면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링 공정을 진행한다(S110).
상기한 단계 S110에서의 텍스쳐링 공정은 실리콘 기판(10) 표면의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 요철을 형성할 수 있다.
상기한 단계 S110 다음에는, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상층부에 제2도전형의 불순물 이온, 예를 들어 인(P) 이온을 주입·확산시킨다(S120). 이에 따라, 실리콘 기판(10)의 하층부에는 제1도전형의 반도체층 즉, p형 반도체층이 형성되고, 그 상층부에는 제2도전형의 반도체층 즉, n형 반도체층이 형성된다. 아울러, 이러한 상태의 실리콘 기판(10)의 제2도전형의 반도체층 상에 화학기상증착 공정, 예를 들어 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스(Gas)를 사용한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정과 더불어 열처리 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 미세 결함을 제거하는 공정을 진행하는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S120 이후, 스크린 프린트(Screen Print) 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 표면에 은(Ag) 등으로 이루어진 금속재의 페이스트를 버스 바나 핑거 바 또는 버스 바와 핑거 바가 조합된 형태 등으로 프린팅한다(S130).
상기한 단계 S130 다음에는, 실리콘 기판(10) 표면에 프린팅된 페이스트의 건조를 위해 Co-firing 등의 급속 열처리 공정을 진행한다(S140).
상기한 단계 S140에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 내부 또는 표면에서 탈수소화 현상이 발생하게 된다. 이때, 실리콘 기판(10)의 결정 구조를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 수소(H) 탈착으로 인해 댕글링 본드(Dangling Bond)가 발생하게 된다.
상기한 단계 S140 다음에는, 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스가 채워져 있는 대기압 또는 가압 가스 분위기 내에 실리콘 기판을 집어 넣고, 고온으로 열처리하여 수소(H)를 보충하는 수소화 처리 공정을 진행한다(S150).
상기한 단계 S150에서의 수소화 처리 공정에서는 가스 분위기 내의 압력, 열처리 온도 및 가스 종류를 적절히 변경함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 내부 또는 표면에 수소(H)를 보충하여 상기한 단계 S140에 의해 실리콘 기판(10)의 결정 구조 상에 발생된 댕글링 본드를 제거하게 된다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
10: 실리콘 기판 11: 제1도전형 반도체층
12: 제2도전형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극

Claims (3)

  1. 실리콘 기판의 텍스쳐링 공정을 진행하고, 상기 실리콘 기판에 제2도전형의 불순물을 주입하고 확산시켜, 상기 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘 기판에 수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스(Gas)를 사용한 화학기상증착 공정 및 열처리 공정을 진행하는 단계와;
    상기 실리콘 기판의 표면에 금속재의 페이스트를 프린팅하고 급속 열처리 공정을 진행하는 단계와;
    상기 급속 열처리 공정을 마친 실리콘 기판에 수소화 처리 공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소화 처리 공정을 진행하는 단계는,
    수소(H) 또는 수소(H)를 포함한 가스가 채워져 있는 대기압 또는 가압 가스 분위기 내에 실리콘 기판을 집어 넣고, 고온으로 열처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수소화 처리 공정을 진행하는 단계에서는,
    상기 실리콘 기판의 내부 또는 표면에 수소(H)를 보충하여 상기 실리콘 기판의 결정 구조 상에 발생된 댕글링 본드(Dangling Bond)를 제거하기 위해, 상기 가스 분위기 내의 압력, 열처리 온도 및 가스 종류를 변경하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
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