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KR102120120B1 - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

태양 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102120120B1
KR102120120B1 KR1020130146436A KR20130146436A KR102120120B1 KR 102120120 B1 KR102120120 B1 KR 102120120B1 KR 1020130146436 A KR1020130146436 A KR 1020130146436A KR 20130146436 A KR20130146436 A KR 20130146436A KR 102120120 B1 KR102120120 B1 KR 102120120B1
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electric field
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양두환
이은주
정일형
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엘지전자 주식회사
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Abstract

태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면에 위치하며 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극; 전면 전극이 위치하지 않는 영역의 에미터부의 전면에 위치하는 제1 보호막; 기판의 후면에 국부적으로 위치하는 복수의 후면 전계부; 후면 전계부가 위치하지 않는 영역의 기판의 후면에 위치하는 제2 보호막; 및 후면 전계부와 연결되는 제1 후면 전극부분과, 제2 보호막과 연결되는 제2 후면 전극부분을 구비하는 후면 전극 을 포함하며, 후면 전계부의 폭은 제1 후면 전극부분의 폭과 동일하게 형성된다.

Description

태양 전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양 전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양 전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양 전지는 기판, 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 및 기판에 함유된 불순물과 동일한 도전형의 불순물을 기판에 비해 고농도로 함유한 전계부를 포함하며, 상기 전계부를 기판의 후면에 부분적으로 형성하여 태양전지의 전기적 특성을 개선하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면에 위치하며 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극; 전면 전극이 위치하지 않는 영역의 에미터부의 전면에 위치하는 제1 보호막; 기판의 후면에 국부적으로 위치하는 복수의 후면 전계부; 후면 전계부가 위치하지 않는 영역의 기판의 후면에 위치하는 제2 보호막; 및 후면 전계부와 연결되는 제1 후면 전극부분과 제2 보호막과 연결되는 제2 후면 전극부분을 구비하는 후면 전극을 포함하고, 후면 전계부의 폭은 제1 후면 전극부분의 폭과 동일하게 형성된다.
제1 후면 전극부분의 두께는 제2 후면 전극부분의 두께보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 제1 후면 전극부분은 20㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성되고, 제2 후면 전극부분은 100nm 내지 1㎛의 두께로 형성된다.
복수의 후면 전계부는 전면 전극과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
후면 전계부의 폭은 전면 전극의 폭과 동일하게 형성될 수 있다.
후면 전극은 상기 기판의 후면 전체면에 형성될 수 있다.
제1 후면 전극부분과 제2 후면 전극부분은 동일한 물질로 형성되고, 후면 전계부와는 다른 물질로 형성될 수 있다.
여기에서, 후면 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 태양 전지는, 반도체 기판의 전면에 에미터부를 형성하는 단계; 반도체 기판의 후면에 복수의 후면 전계부를 형성하는 단계; 반도체 기판의 후면에 보호막을 형성하는 단계; 보호막에 레이저를 조사하여 복수의 후면 전계부를 노출하는 복수의 홀을 형성하는 단계; 및 홀의 내부에 채워져 후면 전계부와 접촉하는 제1 후면 전극부분 및 보호막과 접촉하는 제2 후면 전극 부분을 포함하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
여기에서, 후면 전계부의 폭과 제1 후면 전극부분의 폭을 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 후면 전극을 형성하는 단계에서는 PVD 방식을 사용할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 국부적 후면 전계부(LBSF: Local Back Surface Field)를 구비한 태양전지에서 후면 전극과 후면 전계부(back surface field, BSF)의 정렬(alignment) 공정이 필요하지 않으므로, 후면 전극과의 정렬을 위해 필요한 후면 전계부의 마진 영역(margin region)을 줄일 수 있다.
따라서, 후면 전계부의 형성 면적을 감소시킬 수 있으므로, 개방 전압(Voc)이 상승하고, 태양 전지의 효율이 향상된다.
그리고, 반사 효과가 큰 금속, 예컨대 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 후면 전극 물질로 사용하여 반도체 기판의 입사면으로 입사된 빛이 후면 전극에서 반사된 후 반도체 기판에 다시 입사되도록 함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도를 증가시킬 수 있다.
따라서, 태양 전지의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 태양 전지(1)는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 보호막(130), 제1 보호막(130) 위에 위치하는 반사방지막(140), 제1 보호막(130) 및 반사방지막(140)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 전면 전극(front electrode)(150), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160), 기판(110)의 후면에 위치하는 제2 보호막(170), 제2 보호막(170)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(160)의 후면 및 제2 보호막(170)의 후면 전체에 위치하는 후면 전극(back electrode)(180)을 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 에미터부(120)가 위치하는 전면과 전면의 반대쪽에 위치하는 후면이 텍스처링 표면으로 각각 형성된다.
에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면에 위치하고, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(121)가 형성되므로 기판(110)과 에미터부(121)의 접합면은 평탄면이 아니라 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.
이러한 p-n 접합으로 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 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
제1 보호막(130)은 기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 형성되고, 음(-)의 고정 전하(negative fixed charge)를 갖는 물질, 예를 들면 알루미늄 산화물(AlOx) 또는 이트리움 산화물(Y2O3)로 형성될 수 있다.
상기 물질은 낮은 인터페이스 트랩 밀도(interface trap density)에 따른 화학적 패시베이션 특성과 음(-)의 고정 전하에 의한 전계 효과 패시베이션 특성이 우수하다. 또한 안정성, 투습률, 내마모성 특성이 매우 우수하다.
따라서, 표면 재결합 속도를 감소시켜 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있으며, 장기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
반사방지막(140)은 제1 보호막(130) 위에 위치하고, 양(+)의 고정 전하를 갖는 물질, 예를 들어 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 산화 질화물(SiOxNx)로 이루어질 수 있다.
반사방지막(140)은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
전면 전극(150)은 기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 위치하며, 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 전면 전극(150)은 어느 한 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극 및 복수의 핑거 전극과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극을 구비한 그리드 패턴으로 형성될 수 있다.
이러한 전면 전극(150)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
전면 전극(150)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다. 한 예로, 전면 전극(150)은 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 AgAl로 형성될 수 있다.
후면 전계부(160)는 후면 전극(180)과 전기적 및 물리적으로 연결되고, 전면 전극(150)과 대응되는 위치의 기판(110)의 후면에 국부적으로 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
여기에서, 후면 전계부(160)가 국부적으로 위치한다는 것은 후면 전계부(160) 사이에 일정한 간격이 유지된다는 것을 의미하며, 각각의 후면 전계부(160)는 도트(dot) 또는 라인(line) 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 후면 전계부(160)의 간격이 좁게 형성될 수 도 있으며, 좁게 형성되는 경우 후면 전극(180)과의 접촉 영역이 증가하여 필 펙터(Fill factor, FF)가 상승할 수 있습니다.
후면 전계부(160)는 위에서 설명한 바와 같이 전면 전극(150)과 대응되는 위치에 형성될 수 있지만, 후면 전계부(160)의 형성 위치는 제한되지 않는다. 그리고 후면 전계부(160)의 폭(W1)은 전면 전극(150)의 폭(W2)과 동일하거나 서로 다를 수 있다.
후면 전계부(160)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
제2 보호막(170)은 후면 전극(180) 및 후면 전계부(160)가 위치하지 않는 영역의 기판(110) 후면에 위치한다.
본 실시예에서, 제2 보호막(170)은 제1 보호막(130)과 동일한 물질로 형성될 수 있고, 제1 보호막(130)과 동일한 두께를 가질 수 있다.
이와는 달리, 제2 보호막(170)은 제1 보호막(130)과 다른 물질로 형성될 수 있으며, 제1 보호막(130)과 다른 두께를 가질 수 있다.
그리고, 제1 보호막(130)과 제2 보호막(170) 중 적어도 하나의 막은 복수의 층으로 형성될 수 있다.
후면 전극(180)은 제2 보호막(170)을 관통하여 후면 전계부(160)와 직접 접촉하는 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 보호막(170)의 후면에 형성되는 제2 후면 전극부분(184)을 포함하며, 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 후면 전극부분(184)은 서로 동일한 물질로 형성되지만, 서로 다른 두께를 갖는다. 이러한 후면 전극(180)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
본 실시예에서, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)는 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크다. 예를 들어, 제1 후면 전극부분(182)은 후면 전계부(160)의 후면으로부터 약 20㎛ 내지 30㎛의 두께(T1)를 가질 수 있고, 제2 후면 전극부분(184)은 제2 보호막(170)의 후면으로부터 약 100nm 내지 1㎛의 두께(T2)를 갖는다.
이처럼, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)가 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크게 형성되므로, 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 후면 전계부(160)의 하부면까지의 최단 거리(T1과 동일함)는 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 제2 보호막(170)의 하부면까지의 최단 거리(T2와 동일함)보다 길다.
후면 전극(180)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 후면 전극(180)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 조사된 빛이 에미터부(120)를 통해 기판(110)의 내부로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되므로 기판(110)의 전면 및 후면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지(1) 내부에 빛이 갇히게 된다. 따라서, 빛의 흡수율이 증가되어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 기판(110)의 전면에 위치하는 제1 보호막(130) 및 반사방지막(140)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(160)를 통해 후면 전극(180)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 전면 전극(150)으로 이동한다. 따라서, 어느 한 태양 전지(1)의 전면 전극(150)과 인접한 태양 전지(1)의 후면 전극(180)을 인터커넥터 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)의 제조 방법을 설명한다.
도 3을 참고로 하면, 먼저, n형 반도체 기판(110)을 준비하고, 전면과 후면을 모두 텍스쳐링한다.
일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.
실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 n형의 반도체 기판(110)을 제조한다.
한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.
따라서 기계적 손상층으로 인한 태양 전지(1)의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.
기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 양쪽 표면을 텍스처링 표면으로 각각 형성한다.
다음으로, 도 4에 도시한 것처럼, n형 반도체 기판(110) 위에 p형 에미터부(120)를 형성한다. 에미터부(120)는 예를 들어, 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)이나 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD) 등과 같은 적층 공정으로 기판(110) 위에 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 이온 주입법(ion implantation) 또는 열 확산법을 이용하여 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들어 텍스처링 표면에 3가 원소의 불순물을 주입 또는 확산하는 것에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.
다음으로, 도 5에 도시한 것처럼, 기판(110)의 다른 쪽 면, 예를 들어 후면에 5가 원소의 불순물을 포함하는 불순물층(1100)을 형성한 후, 불순물층(1100)의 일부 영역, 특히 후면 전극(180)의 제1 후면 전극부분(182)이 위치할 영역에 레이저를 국부적으로 조사하여 복수의 후면 전계부(160)를 형성한다. 이와 같이, 조사된 레이저에 의해 해당 영역의 불순물층(1100)이 가열되어 가열된 부분에 위치하는 n형 불순물이 기판(110) 속으로 주입되어 후면 전계부(160)가 형성된다.후면 전계부(160)를 형성할 때는 레이저를 사용하는 대신에 이온 주입법을 사용할 수도 있다.
본 실시예의 태양 전지(1)는 후면 전극(180)이 기판(110)의 후면 전체에 형성된다. 따라서, 후면 전극(180)을 형성할 때 제1 후면 전극부분(182)과 후면 전계부(160)간의 정렬 공정을 수행하지 않아도 되기 때문에 후면 전계부(160)의 폭(W1)을 최소화하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 후면 전계부(160)의 폭(W1)이 최소화되므로, 개방 전압(Voc)이 증가한다.
다음으로, 도 6에 도시한 것처럼, 불순물층(1100)을 제거하고, 기판(110)의 전면 및 후면에 제1 보호막(130)과 제2 보호막(170)을 각각 형성한다. 이때, 제1 보호막(130)은 에미터부(120)의 전면에 형성되고, 제2 보호막(170)은 기판(110) 후면에 형성된다.
제1 보호막(130)과 제2 보호막(170)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시한 것처럼, 제1 보호막(130) 위에 실리콘 질화물을 증착하여 반사방지막(140)을 형성한다. 이때, 반사방지막(140)은 제1 보호막(130)의 전면 전체에 형성된다.
반사방지막(140)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면(front surface)에 전면 전극(150)을 형성한다. 구체적으로, 반사방지막(140) 위에 전면전극 형성용 페이스트를 도포하고, 소성 공정을 실시하면, 반사방지막(140) 및 제1 보호막(130)을 관통하여 에미터부(120)에 접촉하는 전면 전극(150)이 형성된다. 이때, 전면 전극(150)은 후면 전계부(160)와 마주하는 위치에 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시한 것처럼, 제2 보호막(170)의 후면에 레이저를 조사하여 홀(1800)을 형성한다. 홀(1800)은 후면 전계부(160)에 대응하여 위치하며, 홀(1800)의 폭은 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하게 형성된다.
이후, 스퍼터링법과 전자빔 증착 등의 물리 기상 증착법(PVD)을 사용하여 제2 보호막(170)의 후면과 물리적으로 접촉하는 제2 후면 전극부분(184)과 홀(1800)의 내부에 채워져 후면 전계부(160)와 물리적으로 접촉하는 제1 후면 전극부분(182)을 포함하는 후면 전극(180)을 형성한다. 이때, 제1 후면 전극부분(182) 및 제2 후면 전극부분(184)은 서로 동일한 물질로 형성된다.
본 실시예에서, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)는 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크다. 예를 들어, 제1 후면 전극부분(182)은 제2 보호막(170)을 관통하여 후면 전계부(160)의 후면으로부터 약 20㎛ 내지 30㎛의 두께(T1)를 가질 수 있고, 제2 후면 전극부분(184)은 제2 보호막(170)의 후면으로부터 약 100nm 내지 1㎛의 두께(T2)를 갖는다.
이처럼, 제1 후면 전극부분(182)의 두께(T1)가 제2 후면 전극부분(184)의 두께(T2)보다 크게 형성되므로, 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 후면 전계부(160)의 하부면까지의 최단 거리(T1과 동일함)는 후면 전극(180)의 후면의 표면에서부터 제2 보호막(170)의 하부면까지의 최단 거리(T2와 동일함)보다 길다.
이와 같이, 후면 전계부(160)를 먼저 형성한 후에 제2 보호막(170)을 형성하고, 제2 보호막(170)에 후면 전계부(160)를 노출하는 홀(1800)을 형성한 후 후면 전극(180)을 형성하므로, 후면 전극(180)을 형성하는 물질은 후면 전계부(160)에 함유된 불순물을 포함하지 않아도 된다. 후면 전극(180)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 후면 전극(180)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된다.
따라서, 후면 전극(180)은 반사 특성 및 전도성이 우수한 물질, 예컨대 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
그리고 제1 후면 전극부분(182)이 형성되는 홀(1800)의 폭이 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하므로, 제1 후면 전극부분(182)의 폭은 후면 전계부(160)의 폭(W1)과 동일하게 형성된다. 따라서, 후면 전계부(160)와 후면 전극(180)의 정렬을 위해 후면 전계부(160)의 폭을 제1 후면 전극부분(182)의 폭보다 크게 형성할 필요가 없다.
그리고, 물리 기상 증착법(PVD)을 이용하여 후면 전극(180)을 형성하므로, 저온 공정이 가능하여 반도체 기판에 열적 손상이 가해지는 것을 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
110: 기판 120: 에미터부
130: 제1 보호막 140: 반사방지막
150: 전면 전극 160: 후면 전계부
170: 제2 보호막 180: 후면 전극
182: 제1 후면 전극부분 184: 제2 후면 전극부분

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  11. 반도체 기판의 전면에 에미터부를 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판의 후면에 불순물을 포함하는 불순물층을 형성하고, 국부적으로 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판의 후면에 상기 불순물을 확산시켜 복수의 후면 전계부를 국부적으로 형성하는 단계;
    상기 불순물층을 제거하고, 상기 반도체 기판의 후면 및 상기 복수의 후면 전계부의 후면에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막에 레이저를 조사하여 상기 복수의 후면 전계부를 노출하는 복수의 홀을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 홀의 내부에 채워져 상기 복수의 후면 전계부와 접촉하며 상기 복수의 후면 전계부에 함유된 상기 불순물을 포함하지 않는 복수의 제1 후면 전극 부분 및 상기 복수의 후면 전계부 사이에 위치하여 상기 보호막과 접촉하며 상기 복수의 후면 전계부에 함유된 도전성 불순물을 포함하지 않는 제2 후면 전극 부분을 포함하는 후면 전극을 물리기상증착법(PVD법)으로 상기 기판의 후면 전체에 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 홀 각각은 상기 복수의 후면 전계부 각각의 폭과 동일한 폭으로 형성되고,
    상기 후면 전극을 형성하는 단계는 저온 공정으로 수행되는 태양 전지 제조방법.
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