KR101135590B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 기판, 상기 기판의 입사면에 위치하는 전면 전계부, 상기 기판의 후면에 위치하는 적어도 하나의 에미터부, 상기 적어도 하나의 에미터부에 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극을 포함한다. 이때, 상기 기판과 상기 적어도 하나의 에미터부는 이종 접합을 형성한다. 이와 같이, 태양 전지의 입사면에 전면 전계부가 위치하므로 기판의 입사면에서 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 효율이 향상된다.
태양전지, 후면전극, 전면전계부, 페시베이션, 보호막, 이종접합
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이때, 에미터부와 기판 위에는, 에미터부와 기판에 전기적으로 연결된 복수의 전극이 위치하여 기판과 에미터부로 각각 이동한 전하를 수집하여 외부에 연결된 부하로 이동할 수 있도록 한다.
하지만, 이 경우, 빛이 입사되지 않은 기판의 면뿐만 아니라 빛이 입사되는 면, 즉, 입사면에 형성된 에미터부 위에도 전극에 위치하므로, 빛의 입사 면적이 감소하여 태양 전지의 효율이 떨어진다.
따라서 빛의 입사 면적을 증가시키기 위해, 전자와 정공을 수집하는 전극을 모두 기판의 후면에 위치시킨 후면 전극형 구조(back contact)의 태양 전지가 개발되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판의 입사면에 위치하는 전면 전계부, 상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 적어도 하나의 에미터부, 상기 적어도 하나의 에미터부에 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고, 상기 기판과 상기 적어도 하나의 에미터부는 이종 접합을 형성한다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판과 상기 적어도 하나의 제2 전극 사이에 위치하는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 후면에 위치하는 후면 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 후면 보호막은 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이에 위치할 수 있고, 이때, 후면 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 후면 보호막은 상기 기판의 후면 전체에 위치할 수 있고, 이때, 후면 보호막은 비정질 실리콘, 실리콘 산화막, 또는 실리콘 질화막 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 후면 보호막은 상기 기판과 상기 적어도 하나의 에미터부 및 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이에 위치하는 제1 후면 보호막과 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이에 위치하는 제2 후면 보호막을 포함할 수 있고, 상기 제1 후면 보호막과 상기 제2 후면 보호막은 서로 다른 재료로 형성되는 것이 좋다.
상기 제1 후면 보호막은 도전성 물질로 이루어지고 상기 제2 후면 보호막은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 후면 보호막은 비정질 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2 후면 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루질 수 있다.
상기 제1 후면 보호막과 상기 제2 후면 보호막의 두께는 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 후면 보호막의 두께는 상기 제2 후면 보호막의 두께보다 작은 것이 좋다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 결정질 실리콘으로 이루어지고, 상기 적어도 하나의 에미터부는 비정질 실리콘으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 전면 전계부 위에 위치하는 전면 보호막 을 더 포함할 수 있고, 또한 상기 전면 보호막 위에 위치하는 반사 방지막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 기판의 입사면 위에 전면 전계부를 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 후면 보호막을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면 위에 제1 도전서 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 상기 기판과 다른 재료로 적어도 하나의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 후면 위에 적어도 하나의 후면 전계부를 형성하는 단계, 그리고 상기 적어도 하나의 에미터부 위와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 위에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판은 결정질 실리콘으로 이루어져 있고, 상기 적어도 하나의 에미터부는 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 전면 전계부는 비정질 실리콘, 실리콘 산화막, 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 후면 보호막 형성 단계는 상기 기판의 후면 전체 위에 상기 후면 보호막을 적층하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 후면 보호막 위에 각각 위치할 수 있다.
상기 후면 보호막 형성 단계는, 상기 기판의 후면 위에 제1 후면 보호막을 적층하는 단계, 상기 제1 후면 보호막의 일부를 식각하여 상기 기판의 일부를 드러내는 단계, 상기 제1 후면 보호막과 상기 드러낸 기판 위에 제2 후면 보호막을 적층하는 단계, 그리고 상기 제1 후면 보호막 위에 적층된 상기 제2 후면 보호막을 식각하여 상기 제1 후면 보호막을 드러내는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 제2 전계부는 상기 제1 후면 보호막 재료 위에 위치할 수 있다.
상기 제1 후면 보호막은 비정실 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2 후면 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 후면 보호막 형성 단계는 상기 기판의 후면 전체에 후면 보호막을 적층하는 단계 그리고 상기 후면 보호막의 일부를 식각하여 상기 기판의 후면 일부를 드러내는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 제2 전계부는 상기 노출된 기판의 후면 위에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 기판의 입사면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 텍스처링 표면 형성 단계는 상기 기판의 후면에 식각 방지막을 형성하는 단계, 상기 기판의 표면을 식각하여 상기 기판의 입사면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 상기 식각 방지막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 전면 전계부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 태양 전지의 입사면에 전면 전계부가 위치하므로 기판의 입사면에서 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 효율이 향상된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면[이하, '전면(front surface)'라 함] 위에 위치하는 전면 전계부(front surface field, FSF)(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 전면 보호막(191), 전면 보호막(191) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 빛이 입사되지 않고 기판(110)의 전면과 마주보고 있는 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함]에 위치하는 후면 보호막(192), 후면 보호막(192) 위에 위치하는 복수의 에미터부(120), 후면 보호막(192)위에 위치하고 복수의 에미터부(120)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부(back surface field, BSF)(172), 복수의 에미터부(120) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141), 그리고 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(142)을 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(100)은 전면이 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다.
기판(110)의 전면에 형성된 전면 전계부(171)는 비정질 실리콘이나 다결정질 실리콘과 같은 결정질 실리콘으로 이루어져 있고, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유된 불순물부, 예를 들어, n+ 부이다.
따라서, 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 전면쪽으로의 정공 이동이 방해되어, 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 전면 보호막(191)은 기판(110)의 표면 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 불안정한 결합을 안정한 결합으로 바꾸어, 불안정한 결합에 의해 기판(110)의 전면쪽으로 이동한 전하, 예를 들어 전자가 소멸되는 현상을 감소시킨다.
이러한 전면 보호막(191)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 비정질 실리콘 등으로 이루어진다.
보호막(191) 위에 위치한 반사 방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어져 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 후면 보호막(192)은, 전면 보호막(191)와 동일하게, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 비정질 실리콘 등으로 이루어지고 기판(110)의 표면 근처에 존재하는 불안정한 결합을 안정한 결합으로 바꾸 어, 기판(110)의 후면쪽으로 이동한 전자가 불안정한 결합에 의해 소멸되는 것을 감소시킨다.
후면 보호막(192)은 기판(110)의 후면쪽으로 이동한 전하가 후면 보호막(192)을 통과하여 복수의 후면 전계부(172) 또는 복수의 에미터부(120)로 이동할 수 있는 두께를 갖는다. 본 실시예에서, 후면 보호막(192)의 두께의 한 예는 약 1 내지 10㎚일 수 있다.
후면 보호막(192) 위에 위치한 복수의 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고, 기판(110)과 다른 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 이루어져 있다. 따라서, 에미터부(120)는 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 에미터부(120)는 서로 이격되어 있고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
복수의 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 후면 전계부(172)는 복수의 에미터부(120)와 분리되어 있고, 서로 거의 평행하게 복수의 에미터부(120)와 동일한 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 복수의 에미터부(120) 와 복수의 후면 전계부(171)는 기판(110)의 후면에 교대로 위치한다.
복수의 후면 전계부(172)는 전면 전계부(171)과 동일하게 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘으로 이루어져 있고, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물부, 예를 들어 n+ 부이다.
이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 후면 보호막(192)을 통과한 정공이 복수의 제2 전극(142)쪽으로 이동하는 것이 방지되므로, 복수의 제2 전극(142)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.
이와 같이 기판(110)과 복수의 에미터부(120) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 정공은 후면 보호막(192)을 관통하여 각 에미터부(120)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 후면 보호막(192)을 관통하여 기판(110)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
각 에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 후면 보호막(192)을 통해 복수의 에미터부(120)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 후면 보호막(192)을 통해 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
복수의 에미터부(120) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141)은 복수의 에미터부(120)를 따라서 연장되어 있고, 복수의 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있다.
각 제1 전극(141)는 해당 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(142)은 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 연장되어 있고, 복수의 후면 전계부(172)와 전기적으로 연결되어 있다.
각 제2 전극(142)은 각 후면 전계부(172)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집한다.
복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)이 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면에 위치하고, 기판(110)과 복수의 에미터부(120)가 서로 다른 종류의 반도체로 이루어져 있는 태양 전지로서, 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130), 전면 보호막(191) 및 전면 전계부(171)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기 판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)에 의해 수집되고, 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한 전자는 제2 전극(142)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 후면뿐만 아니라 기판(110)의 전면에 보호막(192, 191)이 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 표면 근처에 존재하는 불안정한 결합으로 인해 기판(110)의 표면 근처에서 전하가 손실되는 양이 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
또한, 기판(110)의 후면뿐 아니라 기판(110)의 전면에도 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유한 전계부(172, 171)가 위치하므로, 기판(110)의 전면과 후면으로의 정공 이동이 방해된다. 이로 인해, 기판(110)의 후면과 전면에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 것이 줄어들어, 태양 전지(1)의 효율은 더욱더 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3g를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 3a를 참고로 하면, 먼저, n형의 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 후면에 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 식각 방지막(170)을 적층한다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 식각 방지막(170)을 마스크로 하여, 식각 방지막(170)이 형성되지 않은 기판(110)의 전면을 식각하여, 기판(110)의 전면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면(textured surface)을 형성한다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH, TMAH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링한다. 반면, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링한다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면인 기판(110)의 전면에 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced vapor deposition, PECVD) 등과 같은 화학 기상 증착법을 이용하여 비정질 실리콘이나 다결정질 실리콘으로 이루어진 전면 전계부(171)를 형성한다. 증착 시에 인(P) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어 POCl3를 공정실에 주입하므로, 전면 전계부(171)은 기판(110)과 동 일한 도전성 타입을 갖지만 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 전면 전계부(171)를 완성한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, PECVD 등을 이용하여 전면 전계부(171) 위에 비정실 실리콘으로 이루어진 전면 보호막(191)을 형성한다. 대안적인 실시예에서, 전면 보호막(191)은 실리콘 산화물(SiOx)이나 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다. 전면 보호막(191)이 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 경우, 전면 보호막(191)은 열 산화법(thermal oxidation)으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 3e에 도시한 것처럼, 전면 보호막(191) 위에 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어진 반사 방지막(130)을 형성한다.
그런 다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 형성된 식각 방지막(170)을 식각하여 제거한다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 화학 기상 증착법을 이용하여 후면 보호막(192)을 형성한다. 후면 보호막(192)은 비정실 실리콘, 실리콘 산화물(SiOx), 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진다.
이어서, 도 3h에 도시한 것처럼, 후면 보호막(192) 위에 복수의 개구부를 갖는 마스크(도시하지 않음)을 위치시킨 후 PECVD 등에 의해 비정실 실리콘을 적층하여 복수의 에미터부(120)를 완성한다. 복수의 에미터부(120)를 형성할 때, 붕소(B) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 공정실에 주입하므로, 복수의 에미터부(120)는 기판(110)과 반대인 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유하고 있다. 이로 인해, 기판(110)과 복수의 에미터부(120) 간에 p-n 접합을 형성된다. 또한 기판(110)과 복수의 에미터부(120)가 서로 다른 반도체 물질로 이루어져 있으므로, 기판(110)과 복수의 에미터부(120)는 이종 접합을 이룬다.
이때, 복수의 개구부 위치는 복수의 에미터부(120)가 형성되는 후면 보호막(192) 부분에 대응하여, 복수의 개구부는 복수의 에미터부(120)가 형성되는 후면 보호막(192)의 부분을 노출한다.
그런 다음, 도 3i에 도시한 것처럼, 후면 보호막(192) 위에 복수의 개구부를 갖는 마스크(도시하지 않음)을 위치시킨 후 PECVD 등에 의해 비정실 실리콘이나 다결정질 실리콘을 증착하여 복수의 후면 전계부(172)를 형성한다. 이때, 인(P) 등과 같은 5가 원소의 불순물을 포함하는 POCl3를 공정실에 주입하여 후면 전계부(172)를 형성하므로, 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 p+ 영역이 된다.
이때, 복수의 개구부 위치는 복수의 후면 전계부(172)가 형성되는 후면 보호막(192) 부분에 대응하여, 복수의 개구부는 복수의 후면 전계부(172)가 형성되는 후면 보호막(192)의 부분을 노출한다.
이때, 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)의 형성 순서는 변경 가능하다. 또한 감광막을 증착하고 그 위에 광 마스크를 위치시킨 후, 복수의 에 미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)가 각각 형성될 부분의 감광막을 노광하여 원하는 부분의 후면 보호막(192)을 노출한 후 노출된 부분에 에미터부(120)와 후면 전계부(172)를 각각 증착하는 것과 같이 다양한 방법으로, 후면 보호막(192) 위에 에미터부(120)와 후면 전계부(172)를 각각 형성할 수 있다.
다음, 도 3j에 도시한 것처럼, PECVD 등을 이용하여 노출된 후면 보호막(192)과 복수의 에미터부(120) 및 복수의 후면 전계부(172) 위에 도전성 물질을 함유한 도전막(160)을 증착한다. 대안적인 실시예에서, 도전막(160)은 도전성 물질을 함유한 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 건조시켜 형성될 수 있다.
그런 다음, 마스크 등을 이용하여 도전막(160)의 일부를 식각하여, 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 형성된 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 형성한다(도 1 및 도 2 참고).
대안적인 실시예에서, 기판(110) 위에 형성되는 모든 막(171, 191, 130, 192, 120, 172, 141, 142)은 PECVD와 같은 화학적 기상 증착법뿐만 아니라 스퍼터링법(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition)으로 형성 가능하다.
이처럼, 기판(110) 위에 형성되는 막들이 약 200℃의 저온에서 행해지는 화학적 기상 증착법이나 물리적 기상 증착법으로 형성되므로, 태양 전지(1)의 제조가 용이하고, 높은 온도에 의해 각 막(171, 191, 130, 192, 120, 172, 141, 142)의 특성이 열화되는 현상이 방지되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전 지(1a)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명 또한 생략한다.
도 4 및 도 5에 도시한 태양 전지(1a)는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 유사한 구조를 갖고 있다.
즉, 본 실시예에 따른 태양 전지(1a)는 기판(110), 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 전면 보호막(191), 전면 보호막(191) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호막(1921), 복수의 에미터부(120) 및 복수의 후면 전계부(172), 그리고 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 포함한다.
하지만, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 다르게, 본 실시예의 태양 전지(1a)는 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)가 직접 기판(110)의 후면과 접촉하게 위치하고, 후면 보호막(1921)은 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)가 형성된 부분을 제외한 기판(110)의 후면에 위치한다. 즉, 후면 보호막(1921)이 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172) 사이에만 위치한 것을 제외하면 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 동일하다.
이때, 후면 보호막(1921)의 두께는 도 1 및 도 2에 도시한 후면 보호막(192)보다 두꺼운 두께를 가지지만 이에 한정되지 않는다.
이러한 후면 보호막(1921)은 도 1 및 도 2의 후면 보호막(192)과 동일하게 불안정한 결합을 안정한 결합으로 바꾸어, 기판(110)의 표면 근처에서 전하가 손실되는 양을 감소시킨다. 이에 더하여, 후면 보호막(1921)은 인접한 에미터부(120)와 후면 전계부(172) 간의 전하 이동과 같은 전기적인 간섭을 방지하여 전하의 손실을 줄일 수 있으며, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 내부로 반사시켜, 외부로 손실되는 빛의 양을 감소시키다.
이러한 본 실시예에 따른 태양 전지(1a)를 제조하는 방법을 도 3a 내지 도 3j뿐만 아니라 도 6a 내지 도 6d를 참고로 하여 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 3a 내지 도 3g에 도시한 방법과 동일하게 텍스처링된 기판(110)의 전면 위에, 전면 전계부(171), 전면 보호막(191) 및 반사 방지막(130)를 순차적으로 형성한 후, 기판(110)의 후면에 후면 보호막(1921)을 형성한다.
그런 다음, 도 6a에 도시한 것처럼, 마스크를 이용하여 후면 보호막(1921)의 일부를 제거하여 기판(110)의 후면 일부를 드러낸다. 이때, 기판(110)의 노출 부분은 복수의 에미터부 형성 부분과 복수의 후면 전계부 형성 부분에 대응한다.
그런 다음, 도 3h와 도 3i와 유사하게, 마스크를 이용하여 노출된 에미터부 형성 부분과 노출된 후면 전계부 형성 부분에 각각 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)를 형성한다(도 6b 및 도 6c). 이로 인해, 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 바로 접촉한다.
다음, 도 3j와 유사하게, 기판(110)의 후면에 도전막(140)을 형성한 후, 도전막(140)의 일부를 식각하여 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 형성된 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 형성한다(도 4 및 도 5 참고).
이와 같이, 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172)가 기판(110)의 후면에 직접 접촉하므로, 에미터부(120)와 후면 전계부(172)로 각각 이동하는 전하의 전송율이 향상되어, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)보다 태양 전지(1a)의 효율은 더욱더 향상된다.
다음, 도 7 및 도 8을 참고로 하여 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(1b)에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 8는 도 7에 도시한 태양 전지를 VIII-VIII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명 또한 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시한 태양 전지(1b)는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 유사하게 기판(110)의 전면에 전면 전계부(171), 전면 보호막(191) 및 반사 방지막(130)이 순차적으로 위치하고, 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호 막(192a, 192b), 후면 보호막(192a, 192b)에 위치하는 복수의 에미터부(120) 및 복수의 후면 전계부(172), 그리고 복수의 에미터부(120)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 포함한다.
하지만, 도 1 및 도 2와는 달리, 본 실시예의 태양 전지(1b)는 기판(110)과 복수의 에미터부(120) 및 복수의 후면 전계부(172) 사이에 위치하는 제1 후면 보호막(192a)과 그 외의 부분, 즉, 복수의 에미터부(120) 및 복수의 후면 전계부(172) 사이에 위치하여 노출된 제2 후면 보호막(192b)을 갖는 후면 보호막(192a, 192b)을 구비한다.
기판(110)과 에미터부(120) 및 후면 전계부(172) 사이에 위치하는 제1 후면 보호막(192a)은 비정실 실리콘과 같은 도전성 물질로 만들어지고, 그 외 부분에 위치한 제2 후면 보호막(192b)은 실리콘 산화막(SiOx)이나 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 절연 물질로 만들어진다.
이로 인해, 기판(110)과의 접촉면에 존재하는 불안정한 결합을 안정한 결합으로 변환하는 변화율이 향상되고, 제1 후면 보호막(192a)의 도전성 특성에 의해 에미터부(120) 또는 후면 전계부(172)로 전달하는 전하의 양이 증가하여 전하의 전송 효율이 향상되므로, 태양 전지(1)와 비교하여 태양 전지(1b)의 효율은 더욱 크게 향상된다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 후면 보호막(192a, 192b)은 두께는 서로 동일하지만, 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 후면 보호막(192b)의 두께가 제1 후면 보호막(192a)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이럴 경우, 도 4 및 도 5를 참고로 하 여 이미 설명한 것처럼, 제2 후면 보호막(192b)에 의해 인접한 에미터부(120)와 후면 전계부(172) 간의 전하 이동 등과 같은 전기적인 간섭이 방지되어 태양 전지(1b)의 효율을 더욱 향상된다.
이러한 본 실시예에 따른 태양 전지(1b)를 제조하는 방법을 도 3a 내지 도 3j뿐만 아니라 도 9a 내지 도 9d를 참고로 하여 설명한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 공정도이다.
본 실시예에 따른 태양 전지(1a)를 제조하는 방법은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 후면 보호막(192a)을 기판 후면에 증착한 후(도 9a), 일부를 식각하여 에미터부 형성 부분과 후면 전계부 형성 부분에 위치하는 제1 후면 보호막(192a)을 완성하고(도 9b), 제1 후면 보호막(192a)과 노출된 기판(110) 위에 실리콘 산화막(SiOx)이나 실리콘 질화막으로 이루어진 제2 후면 보호막(192b)을 증착한 후(도 9c) 일부를 식각하여 제2 후면 보호막(192b)을 완성하는 공정(도 9d)을 제외하면 도 3a 내지 도 3j에 도시한 제조 방법과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 8는 도 7에 도시한 태양 전지를 VIII-VIII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 공정도이다.
*도면 부호에 대한 설명*
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사 방지막 141, 142: 전극
171, 172: 전계부 191, 192, 1921, 192a, 192b: 보호막
Claims (26)
- 제1 도전성 타입을 갖고 결정질 실리콘으로 이루어진 기판,상기 기판의 전면 위에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 전계부,상기 기판의 상기 전면 위에 위치하는 전면 보호막,상기 전면의 반대편에 위치한 상기 기판의 후면 위에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어진 적어도 하나의 에미터부,상기 적어도 하나의 에미터부 위에 위치하고 상기 적어도 하나의 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 그리고상기 기판의 상기 후면 위에 위치하고, 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극을 포함하는 태양 전지.
- 제1항에서,상기 기판과 상기 적어도 하나의 제2 전극 사이에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어져 있는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
- 제2항에서,상기 기판의 상기 후면 위에 위치하는 후면 보호막을 더 포함하는 태양 전지.
- 제3항에서,상기 후면 보호막은 상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이의 상기 기판의 상기 후면 위에 위치하는 태양 전지.
- 제4항에서,상기 후면 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 태양 전지.
- 제3항에서,상기 후면 보호막은 상기 기판의 상기 후면 전체에 위치하는 태양 전지.
- 제6항에서,상기 후면 보호막은 비정질 실리콘, 실리콘 산화막, 및 실리콘 질화막 중 하나로 이루어진 태양 전지.
- 제6항에서,상기 후면 보호막은,상기 기판과 상기 적어도 하나의 에미터부 사이 그리고 상기 기판과 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이의 상기 기판의 상기 후면 위에 위치하는 제1 후면 보호막, 그리고상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 사이의 상기 기판의 상기 후면 위에 위치하는 제2 후면 보호막을 포함하고,상기 제1 후면 보호막과 상기 제2 후면 보호막은 서로 다른 재료로 이루어진 태양 전지.
- 제8항에서,상기 제1 후면 보호막은 도전성 물질로 이루어지고 상기 제2 후면 보호막은 절연 물질로 이루어진 태양 전지.
- 제9항에서,상기 제1 후면 보호막은 비정질 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2 후면 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 태양 전지.
- 제8항에서,상기 제1 후면 보호막과 상기 제2 후면 보호막의 두께는 서로 상이한 태양 전지.
- 제11항에서,상기 제1 후면 보호막의 두께는 상기 제2 후면 보호막의 두께보다 작은 태양 전지.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어진 태양 전지.
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- 제1항에서,상기 전면 보호막 위에 위치하는 반사 방지막을 더 포함하는 태양 전지.
- 제1 도전성 타입을 갖고 결정질 실리콘으로 이루어진 기판의 전면 위에 상기 제1 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 전계부를 형성하는 단계,상기 기판의 상기 전면 위에 전면 보호막을 형성하는 단계,상기 전면의 반대편에 위치한 상기 기판의 후면 위에 후면 보호막을 형성하는 단계,상기 기판의 상기 후면 위에 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어진 적어도 하나의 에미터부를 형성하는 단계,상기 기판의 상기 후면 위에 상기 제1 도전성 타입을 갖고 비정질 실리콘으로 이루어진 적어도 하나의 후면 전계부를 형성하는 단계, 그리고상기 적어도 하나의 에미터부 위와 상기 적어도 하나의 후면 전계부 위에 각각 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제17항에서,상기 후면 보호막 형성 단계는 상기 기판의 후면 전체 위에 상기 후면 보호막을 적층하는 단계를 포함하고,상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 후면 보호막 위에 각각 위치하는태양 전지의 제조 방법.
- 제17항에서,상기 후면 보호막 형성 단계는,상기 기판의 후면 위에 제1 물질로 제1 후면 보호막을 적층하는 단계,상기 제1 후면 보호막의 일부를 식각하여 상기 기판의 일부를 드러내는 단계,상기 제1 후면 보호막과 상기 드러낸 기판 위에 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 제2 후면 보호막을 적층하는 단계, 그리고상기 제1 후면 보호막 위에 적층된 상기 제2 후면 보호막을 식각하여 상기 제1 후면 보호막을 드러내는 단계를 포함하고,상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 제2 전계부는 상기 제1 후면 보호막 위에 위치하는태양 전지의 제조 방법.
- 제21항에서,상기 제1 물질은 비정실 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2 물질은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
- 제17항에서,상기 후면 보호막 형성 단계는,상기 기판의 후면 전체에 후면 보호막을 적층하는 단계 그리고 상기 후면 보호막의 일부를 식각하여 상기 기판의 후면 일부를 드러내는 단계를 포함하고,상기 적어도 하나의 에미터부와 상기 적어도 하나의 제2 전계부는 노출된 상기 기판의 후면 위에 위치하는태양 전지의 제조 방법.
- 제17항 및 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에서,상기 기판의 상기 전면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제24항에서,상기 텍스처링 표면 형성 단계는,상기 기판의 상기 후면에 식각 방지막을 형성하는 단계,상기 기판의 상기 전면을 식각하여 상기 기판의 입사면에 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고상기 식각 방지막을 제거하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제17항 및 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에서,상기 전면 전계부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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