KR102199166B1

KR102199166B1 - 후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 그 후면 전극 태양전지를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈

Info

Publication number: KR102199166B1
Application number: KR1020180161483A
Authority: KR
Inventors: 강호관; 신현범; 정상현; 김창주
Original assignee: (재)한국나노기술원
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: KR20200074297A

Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 에피성장용 기판 상부에 반도체층을 형성하는 제1단계와, 상기 반도체층에 메사 에칭을 진행하여 상기 반도체층을 복수개의 단위 반도체층 셀로 분리하는 제2단계와, 각 단위 반도체층 셀의 상부에 제1전극, 메사 영역에 제2전극을 형성하고, 상기 반도체층의 측면을 절연하기 위한 절연층을 형성하는 제3단계와, 상기 제1전극 및 제2전극, 상기 절연층이 형성된 단위 반도체층 셀 전면(total surface)에 유연기판을 형성하는 제4단계와, 상기 유연기판에 상기 제1전극 및 제2전극에 대응하는 영역에 상하로 관통하는 전극연결부를 형성하는 제5단계와, 상기 전극연결부에 전도성 재료를 충진시키는 제6단계와, 상기 에피성장용 기판을 상기 반도체층으로부터 박리시키고, 공정용 임시기판을 상기 유연기판에 부착시키는 제7단계와, 상기 단위 반도체층 셀의 캡 에칭(cap etching) 및 ARC(anti-reflection coating) 공정을 수행한 후 각 단위 반도체층 셀을 분리하고, 상기 공정용 임시기판을 분리하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 이를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 태양전지의 후면에 제1전극 및 제2전극이 동시에 위치하는 후면 전극 태양전지를 제공하며, 와이어 본딩 공정 등이 전혀 필요치 않아 공정을 단순화시키고, 전극 간 연결부위가 안정적으로 이루어지도록 하여 생산성 및 내구성을 향상시키는 이점이 있다.

Description

후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 그 후면 전극 태양전지를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈{Manufacturing method of back-contact solar cell, back-contact solar cell and back-contact solar cell module thereby}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 태양전지의 후면에 제1전극 및 제2전극이 동시에 위치하는 후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 그 후면 전극 태양전지를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈에 관한 것이다.

화석연료의 고갈과 환경오염, 지구온난화 문제로 인해 신재생에너지의 개발 필요성이 높아지고 있으며, 환경 친화적이고 무한 재생이 가능한 태양전지가 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.

일반적으로 태양전지는 태양전지 내부에 태양광이 입사되어 전자-정공 쌍이 형성되면, 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 pn접합부 사이에 광기전력이 발생되는 것으로, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르도록 하는 것이다.

이러한 태양전지는 지상 발전용 분야뿐만 아니라 최근 소비자의 요구에 맞추어, 휴대하기 편하고 유연성이 뛰어나며, 안정적인 발전 효율을 나타내는 초경량 박막형 플렉시블 태양전지 및 그에 대한 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.

일반적으로 플렉시블 태양전지는 플렉시블 기판을 사용하게 되는데, 도 1은 종래의 플렉시블 태양전지 셀(5)의 구조를 나타낸 것으로서, 도 1(a)에 도시한 바와 같이 플렉시블 기판(4) 상에 후면 전극(3)이 형성되고, 그 상층에 반도체층(2)이 형성되며, 그 상층에 전면전극(1)을 포함한다.

종래의 태양전지는 도 1(b)에 도시한 바와 같이 전면전극 및 후면 전극이 태양전지의 위와 아래에 위치하기 때문에 이를 전기적으로 연결하기 위해서는 wire-bonding 공정이 필요하게 된다.

한편 기존의 태양전지는 정격 전압을 맞추기 위해서 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈화하여 사용하여 왔다.

종래의 플렉시블 태양전지에 사용되는 플렉시블 기판은 대부분 폴리이미드와 같은 유연성이 좋은 플라스틱을 사용한다. 이러한 플라스틱 기판은 부도체이기 때문에 모듈 제작 시 후면 전극의 연결방법이 다소 복잡하다.

도 2와 같은 방법으로 플렉시블 기판 내부에 ECA(전도성 접착제, Electroconductive Adhesive)를 충진시키고, 모듈기판(module template)(6) 상에 후면 전극(3)과 이웃하는 태양전지 셀(5)의 전면전극(1)을 연결하여 모듈화하여 사용하여 왔다.

이는 모듈기판(6)의 면적을 태양전지 셀(5)의 면적보다 넓게 설계하여 wire-bonding 또는 ribbon-bonding 공정을 통한 인터커넥션을 필요로 하는 것으로, 금속 전극선의 본딩 공정이 번거롭고 전체 태양전지 모듈의 크기를 증가시키는 단점이 있다.

또한 본딩 공정으로 전극을 연결할 경우 연결부로 인하여 향후 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있고, 생산 자동화에 유리한 픽 앤 플레이스(pick-and place) 또는 전사 공정 기술에 적용시키기가 매우 어려워 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유연기판에 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되는 전극연결부를 형성하여 태양전지의 후면에 제1전극 및 제2전극이 동시에 위치하는 후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 그 후면 전극 태양전지를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 에피성장용 기판 상부에 반도체층을 형성하는 제1단계와, 상기 반도체층에 메사 에칭을 진행하여 상기 반도체층을 복수개의 단위 반도체층 셀로 분리하는 제2단계와, 각 단위 반도체층 셀의 상부에 제1전극, 메사 영역에 제2전극을 형성하고, 상기 반도체층의 측면을 절연하기 위한 절연층을 형성하는 제3단계와, 상기 제1전극 및 제2전극, 상기 절연층이 형성된 단위 반도체층 셀 전면(total surface)에 유연기판을 형성하는 제4단계와, 상기 유연기판에 상기 제1전극 및 제2전극에 대응하는 영역에 상하로 관통하는 전극연결부를 형성하는 제5단계와, 상기 전극연결부에 전도성 재료를 충진시키는 제6단계와, 상기 에피성장용 기판을 상기 반도체층으로부터 박리시키고, 공정용 임시기판을 상기 유연기판에 부착시키는 제7단계와, 상기 단위 반도체층 셀의 캡 에칭(cap etching) 및 ARC(anti-reflection coating) 공정을 수행한 후 각 단위 반도체층 셀을 분리하고, 상기 공정용 임시기판을 분리하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 후면 전극 태양전지 그리고 이를 이용한 후면 전극 태양전지 모듈을 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 제1단계의 반도체층을 형성하기 전에, 상기 에피성장용 기판 상부에 희생층을 먼저 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반도체층은, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ족 원소들 중에서 둘 이상 선택된 화합물로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단계의 메사 에칭 공정은, 상기 에피성장용 기판 상부에 상기 반도체층의 일부는 남겨두어 제2전극 에피층까지 메사 에칭 공정이 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3단계의 절연층은, Si₃N₄, SiO₂ 및 Al₂O₃ 중 어느 하나 또는 둘 이상 혼용하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유연기판은, 10~100㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유연기판은, 플라스틱 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 태양전지의 후면에 제1전극 및 제2전극이 동시에 위치하는 후면 전극 태양전지에 관한 것으로서, 유연기판에 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되는 전극연결부를 형성하여 전극을 모두 후면에 위치하도록 하여 후면 전극 태양전지를 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 기존의 태양전지 셀에서 전면 전극, 후면 전극이 따로 형성됨에 필요한 와이어 본딩 공정 등이 전혀 필요치 않아 공정을 단순화시키고, 전극 간 연결부위가 안정적으로 이루어지도록 하여 생산성 및 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제1전극과 제2전극이 모두 후면에 위치하는 태양전지 셀을 제공함에 따라 모듈기판의 전극 연결 회선을 이용하여 직렬 또는 병렬 연결이 가능하므로 단순하게 모듈 및 시스템 제작을 할 수 있고, 또한 생산 자동화 공정을 위한 전사 또는 pick-and place 공정 등에 매우 적합하게 이용될 수 있어 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 - 종래의 플렉시블 태양전지 셀의 구조를 나타낸 모식도.
도 2 - 종래의 플렉시블 태양전지 셀의 연결 모식도.
도 3 - 본 발명에 따른 후면 전극 태양전지의 제조방법에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따른 후면 전극 태양전지의 모식도.
도 5 - 본 발명의 일실시예로 후면 전극 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결한 상태를 나타낸 모식도.

본 발명은 태양전지의 후면에 제1전극 및 제2전극이 동시에 위치하는 후면 전극 태양전지에 관한 것으로서, 유연기판에 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되는 전극연결부를 형성하여 전극을 모두 후면에 위치하도록 한 것이다.

이에 의해 기존의 태양전지 셀에서 전면 전극, 후면 전극이 따로 형성됨에 필요한 와이어 본딩 공정 등이 전혀 필요치 않아 공정을 단순화시키고, 전극 간 연결부위가 안정적으로 이루어지도록 하여 생산성 및 내구성을 향상시킨 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명에 따른 후면 전극 태양전지의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 후면 전극 태양전지의 전체 및 정면 모식도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 일실시예로 후면 전극 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결한 상태를 나타낸 모식도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 후면 전극 태양전지의 제조방법은, 에피성장용 기판(100) 상부에 반도체층(200)을 형성하는 제1단계와, 상기 반도체층(200)에 메사 에칭을 진행하여 상기 반도체층(200)을 복수개의 단위 반도체층 셀(300)로 분리하는 제2단계와, 각 단위 반도체층 셀(300)의 상부에 제1전극(310), 메사 영역에 제2전극(320)을 형성하고, 상기 반도체층(200)의 측면을 절연하기 위한 절연층(330)을 형성하는 제3단계와, 상기 제1전극(310) 및 제2전극(320), 절연층(330)이 형성된 단위 반도체층 셀(300) 전면(total surface)에 유연기판(400)을 형성하는 제4단계와, 상기 유연기판(400)에 상기 제1전극(310) 및 제2전극(320)에 대응하는 영역에 상하로 관통하는 전극연결부(410)를 형성하는 제5단계와, 상기 전극연결부(410)에 전도성 재료(411)를 충진시키는 제6단계와, 상기 에피성장용 기판(100)을 상기 반도체층(200)으로부터 박리시키고, 공정용 임시기판(500)을 상기 유연기판(400)에 부착시키는 제7단계와, 상기 단위 반도체층 셀(300)의 캡 에칭(cap etching) 및 ARC(anti-reflection coating) 공정을 수행한 후 각 단위 반도체층 셀(300)을 분리하고, 상기 공정용 임시기판(500)을 분리하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 후면 전극 태양전지의 제조방법은 먼저 에피성장용 기판(100) 상부에 반도체층(200)을 형성한다(제1단계, 도 3(a)).

본 발명에서의 반도체층(200)은 화합물 반도체로 이루어진 것으로서, 특히 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ족 원소들 중에서 둘 이상 선택된 화합물로 이루어진 것이 바람직하며, 후공정을 통해 invert 되므로 inverted 화합물 반도체층(200)을 형성한다.

본 발명에서 반도체층(200)은 태양전지를 이루는 베이스 및 에미터층의 쌍을 의미하며, 이들이 반복적으로 구현되어 다중 접합 태양전지 형태로 구현될 수도 있다.

또한 본 발명에서 반도체층 셀(300)은 이러한 베이스 및 에피터층을 이루는 단위체를 의미하고, 필요에 따라 제1전극(310) 및 제2전극(320), 절연층(330)이 형성된 반도체층(200)을 반도체층 셀(300)이라고 할 수도 있으며, 타겟기판(유연기판(400)) 상에 반사방지막(600)까지 형성된 경우에는 태양전지 셀(700)이라고 하되, 필요에 의해서는 상기의 용어가 혼용되어 사용되어 질 수도 있다.

상기 에피성장용 기판(100)은 그 상층에 형성되는 반도체층(200)의 결함을 최소화하기 위해 반도체층(200)과 격자상수가 비슷한 기판을 사용하게 되며, 예컨대 상기 에피성장용 기판(100)은 GaAs, InP 등을 사용하는 경우 상기 반도체층(200)은 GaAs, InGaAs, AlInGaAs, InGaP, AlInGaP 등의 재료를 사용하게 된다. 광효율을 향상시키기 위해 이러한 반도체층(200)으로 이루어진 셀을 복수개로 적층하여 형성할 수도 있다.

여기에서 상기 에피성장용 기판(100) 상부에 반도체층(200)을 형성하기 전에 상기 에피성장용 기판(100) 상부에 희생층(110)을 먼저 형성할 수도 있다. 이는 후술할 에피성장용 기판(100) 제거시 효율적으로 제거하기 위한 것으로, 상기 희생층(110)은 에피성장용 기판(100) 상에 에픽탁셜하게 성장되며 특정 용매에 대하여 에피성장용 기판(100)보다 쉽게 식각되어야 하므로 상기 에피성장용 기판(100)과는 다른 재료 또는 격자상수가 다를 수도 있으며 격자 결합을 최소화하기 위해 희생층(110) 상에 버퍼층 등을 더 형성시킬 수 있다. 후 공정에서 식각 등을 통해 제거해야 하는 층이므로 상기 에피성장용 기판(100)과는 상이한 조성일 수도 있다.

이와 같이 상기 에피성장용 기판(100) 상의 희생층(110) 및 반도체층(200)은 통상의 박막 증착 공정에 의해 형성되게 되며, 상기 에피성장용 기판(100)과 반도체층(200) 사이에 희생층(110)을 형성한 경우에는 에피성장용 기판(100)의 제거는 상기 희생층(110)의 제거를 통해 이루어지게 된다. 제거된 에피성자용 기판을 재사용될 수 있다.

그리고 상기 반도체층(200)에 메사 에칭(mesa etching)을 진행하여 상기 반도체층(200)을 복수개의 단위 반도체층 셀(300)로 분리한다(제2단계, 도 3(b)).

메사 에칭 공정은 만들고자 하는 반도체층 셀(300)의 크기에 따라 소정 영역에 포토레지스트와 같은 보호막을 형성하고, 건식 또는 습식 식각을 통해 메사 구조를 형성하여 복수개의 단위 반도체층 셀(300)을 형성하는 것이다. 본 발명에서 이러한 메사 구조는 상측으로 돌출된 부분은 반도체층 셀(300) 부분을 구성하고, 에칭된 부분을 편의상 메사 영역이라고 한다.

여기에서 메사 에칭 공정은 상기 에피성장용 기판(100) 상부에 상기 반도체층(200)의일부는 남겨두어 제2전극 에피층(210)까지 진행되도록 한다.

즉, 상기 반도체층(200) 중 태양전지로 제조되었을 때 전면부에 대응되는 영역의 반도체층(200) 일부를 남겨둔 상태(제2전극 에피층(210))로 메사 에칭을 진행하게 되며, 이는 후술할 제2전극(320)과 오믹 접촉(ohmic contact)되어 반도체층(200)과 제2전극(320) 간을 전기적으로 연결하는 역할을 하게 되며, 일부 영역은 에칭(cap etching)되어 ARC(anti-reflection coating) 공정에 의한 코팅층이 형성되게 된다.

그리고 상기 각 단위 반도체층 셀(300)의 상부에 제1전극(310), 상기 메사 영역에 제2전극(320)을 형성하고 상기 반도체층(200)의 측면을 절연하기 위한 절연층(330)을 형성한다(제3단계, 도 3(c)).

상기 제1전극(310) 및 제2전극(320)은 태양전지에 있어서, +/- 전극을 의미하며, 제1도전형(또는 제2도전형)인 n형 전극, 제2도전형(또는 제1도전형)인 p형 전극 등과 동일한 의미이다.

상기 제1전극(310)은 태양전지 셀에 있어서 후면 전극의 역할을 하는 것으로서, 반도체층 셀(300)이 invert되면 반도체층(200) 하부 즉 반도체층(200)과 타겟기판(본 발명에서는 유연기판(400))과의 사이에 형성되게 된다. 상기 제1전극(310)은 상기 반도체층 셀(300)의 상부에 접촉(ohmic contact)되도록 형성된다.

상기 제2전극(320)은 메사 영역 즉, 반도체층 셀(300)과 셀 사이에 반도체층(200)과 상기 절연층(330)을 사이에 두고 상기 반도체층 셀(300) 측면에 형성되며, 이는 기존 태양전지 셀에 있어서, 전면 전극의 역할을 하는 것이다.

이러한, 상기 제1전극(310) 및 제2전극(320)은 여타의 물리적, 화학적 박막 증착 공정 또는 코팅 공정에 의해 형성된다.

상기 제1전극(310) 및 제2전극(320)은 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 등이 사용될 수 있으며, 전기전도도 및 열적 특성을 고려하여 적절한 재료를 선택하여 사용할 수 있다.

상기 절연층(330)은 반도체층(200)의 측면을 절연(side wall passivation)하기 위한 것으로서, 반도체층(200)의 측면 및 상기 메사 영역의 일부 영역에 형성된다. 상기 절연층(330)은 상기 제2전극(320)과 연결되는 전극연결부(410)와 반도체층 셀(300) 간의 절연을 위한 것으로서, Si₃N₄, SiO₂ 및 Al₂O₃ 중 어느 하나 또는 둘 이상 혼용하여 사용할 수 있다.

그리고 상기 제1전극(310) 및 제2전극(320), 상기 절연층(330)이 형성된 단위 반도체층 셀(300) 전면(total surface)에 유연기판(400)을 형성한다(제4단계, 도 3(d)).

그리고 상기 유연기판(400)에 상기 제1전극(310) 및 제2전극(320)에 대응하는 영역에 전극연결부(410)를 형성하고, 상기 전극연결부(410)에 전도성 재료(411)를 충진시킨다(제5단계, 제6단계, 도 3(e), 도 (f)).

상기 유연기판(400)은 플렉시블 태양전지 셀의 구동시 유연성과 전기전도성 그리고 열적 특성을 모두 만족할 수 있는 구성으로써, 플라스틱 재료를 기반으로 하여 상하로 관통하는 전극연결부(410)를 형성하고, 상기 전극연결부(410)에 전도성 재료(411)를 충진하여 구현한다.

여기에서, 상기 전극연결부(410)에 충진되는 전도성 재료(411)는 전도성이 우수한 Ag, Ni, Cu, C, Ag-Pd, Au 등과 같은 금속이 포함된 전도성 페이스트 또는 전도성 에폭시(epoxy)를 사용하거나, Ag, Ni, Cu, C, Ag-Pd, Au 등과 같은 금속 재료가 될 수 있으며, 일반적인 충진 공정 또는 전해도금 공정, 금속 열 증착 공정 등에 의해 전극연결부(410) 내부에 전도성 재료(411)가 충진될 수 있다.

그리고, 플라스틱 재료로는 유연성이 좋은 플라스틱, 예컨대 폴리이미드(polyimide)를 사용하며, 상기 폴리이미드 필름의 상하부를 관통하는 전극연결부(410)를 리소그래피(lithography), 에칭(etching), 레이저 어블레이션(laser ablation) 및 레이저 드릴링(laser drilling), 임프린팅(imprinting) 공정에 의해 형성한다. 상기 전극연결부(410)는 제1전극(310)과 제2전극(320)과 전기적으로 연결되는 형태이면 어떠한 형태여도 무방하며, 그 크기, 개수, 배열 형태 등은 태양전지 셀의 사용 목적이나 환경에 따라 다양하게 변경하여 형성할 수 있다.

이러한 상기 유연기판(400)은 상기 제1전극(310), 제2전극(320) 및 절연층(330)이 형성된 반도체층 셀(300) 전면(total surface)에 형성되게 되며, 경화성 수지를 이용하여 스핀 코팅(spin coationg), 드랍핑(dropping) 또는 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법에 의해 코팅층을 형성할 수 있고, 자외선 또는 열경화에 의한 경화공정에 의해 경화되는 수지를 사용할 수 있다. 예컨대 상술한 폴리이미드 같은 재료를 사용한다.

여기에서, 상기 유연기판(400)은 10~100㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이 범위보다 얇게 형성되면 태양전지 셀의 기판으로의 역할을 하기 힘들거나, 더 두껍게 형성되면 유연성이 떨어져 플렉시블한 기능을 수행할 수 없게 된다.

그리고 상기 에피성장용 기판(100)을 반도체층(200)으로부터 박리시키고, 공정용 임시기판(500)을 상기 유연기판(400)에 부착시킨다(제7단계, 도 3(g),(h)).

여기에서 상기 공정용 임시기판(500) 상에는 상기 반도체층(200)이 invert되어 전면부와 후면부의 위치가 바뀌게 되어, 전면부에 해당하는 부분이 상측으로 위치하게 된다.

상기 에피성장용 기판(100)은 희생층(110)이 형성되어 있지 않은 경우에는 반도체층(200)과 에피성장용 기판(100)과의 밴드갭 에너지 차이에 의한 레이저 리프트 오프(LLO), 에피텍셜 리프트 오프(ELO) 공정 등에 의해 상기 에피성장용 기판(100)을 반도체층(200)으로부터 분리시키거나, 상기 희생층(110)이 형성된 경우에는 희생층(110)의 식각 공정 등에 의해 에피성장용 기판(100)을 반도체층(200)으로부터 분리시킬 수 있으며, 제거된 상기 에피성장용 기판(100)은 다시 처음 공정으로 돌아가 재사용될 수 있다.

상기 공정용 임시기판(500)은 공정의 편의를 위해 사용되는 것으로서, 그 종류에 상관없이 상기 반도체층 셀(300)을 지지할 수 있는 재료(글래스, 실리콘 등)이면 어떠한 것이든 사용이 무방하다.

그리고, 상기 단위 반도체층 셀(300)의 캡 에칭(cap etching) 및 ARC(anti-reflection coating) 공정을 수행한 후 각 단위 반도체층 셀(300)을 분리하고, 상기 공정용 임시기판(500)을 분리하게 된다(제8단계, 도 3(i)).

여기에서, 상기 공정용 임시기판(500) 상에 전도성 플렉시블 기판이 접하도록 상기 반도체층 셀(300)이 형성되므로, 최상부에는 반도체층(200)이 노출되게 된다.

즉, 메사 구조인 반도체층 셀(300)의 상부가 노출되고, 메사 영역에는 잔존하는 반도체층(200)의 일부(제2전극 에피층(210))가 노출되게 된다.

반도체층 셀(300)의 상부 영역은 패터닝되어 캡 에칭이 이루어지고, 에칭된 부분에 ARC 공정에 의해 반사반지막이 코팅되게 되며, 에칭되지 않은 부분은 메사 영역의 제2전극 에피층(210)과 연결되어 제2전극(320)과 이의 하부에 형성된 전극연결부(410)와 통전되게 된다.

이에 의해 제1전극(310), 제2전극(320)의 구성이 모두 유연기판(400) 하부로 통전되게 되며, 전기적 연결점이 유연기판(400) 하부로 빠지게 되어 모든 전극이 태양전지 셀의 후면으로 위치한 형태를 구현할 수 있는 것이다. 즉, 전면 전극을 연결하기 위한 와이어 본딩 공정 등이 필요없게 되는 것이다.

이와 같이 반사방지막(600)의 형성이 완료되게 되면, 각 단위 반도체층 셀(300)을 메사에칭 공정 등에 의해 분리하게 되며, 공정용 임시기판(500) 상에는 복수개의 단위 반도체층 셀(300), 즉 태양전지 셀(700)이 구현되게 된다.

이렇게 제조된 태양전지 셀(700)은 도 4에 도시한 바와 같이, 반도체층(200)과, 상기 반도체층(200)의 하부에 형성된 제1전극(310), 상기 반도체층(200)의 전면 일측에 형성된 제2전극(320)과, 상기 반도체층(200)의 측면에 형성된 절연층(330)과, 상기 제1전극(310), 제2전극(320) 및 절연층(330)이 형성된 반도체층 셀(300) 하측에 형성된 유연기판(400)과, 상기 유연기판(400) 내부에 상하로 관통되게 형성되며, 상기 제1전극(310) 및 상기 제2전극(320)과 전기적으로 연결되고, 상기 절연층(330)에 의해 반도체층(200)과 측면 절연되며, 내부에 전도성 재료(411)가 충진된 전극연결부(410)를 포함하게 된다.

이렇게 임시기판 상에 복수개의 태양전지 셀(700)이 구현되게 되면, 이송 수단을 이용하여 상기 복수개의 태양전지 셀(700)을 상기 공정용 임시기판(500)으로부터 분리하게 된다.

여기에서 상기 이송수단은 반도체 소자 제조 공정 중에 일반적으로 사용되는 진공척(vacuum chuck) 또는 정전척 장치 등을 이용하여 점착 또는 이송하여 구현될 수 있으며(pick-and place), 또한, 본 발명에 따른 태양전지 셀(700)은 박막형으로 매우 얇은 특징이 있어 이에 유용한 전사용 스탬프를 이용하여 점착 또는 이송하여 구현될 수 있다. 여기에서 상기 전사용 스탬프는 얇은 태양전지 셀(700)에 손상을 주지 않고 원활한 점착 또는 이송을 위해 폴리머로 이루어진 유연한 재질로 형성될 수 있다.

이러한, 상기 이송 수단을 이용하여 상기 복수개의 태양전지 셀(700)을 상기 임시기판으로부터 분리한 후, 전극 연결 회선(IL)이 형성된 모듈기판(module template)(800) 상부에 전달되게 된다. 상기 모듈기판(800) 상의 전극 연결 회선(IL)은 전도성 접착제 등으로 구현되거나 상기 전극 연결 회선(IL) 상에는 전도성 접착제 등이 더 형성될 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 모듈기판(800)에 형성된 전극 연결 회선(IL)에 따라 상기 태양전지 셀(700)은 직렬 또는 병렬로 연결되게 되며, 모듈기판(800) 상에 전사 또는 pick-and place 공정에 의해 전달되어 태양전지 모듈의 제조가 이루어지게 되므로, 자동화 공정에 매우 적합하여 공정을 획기적으로 단순화시킬 수 있다.

100 : 에피성장용 기판 110 : 희생층
200 : 반도체층 210 : 제2전극 에피층
300 : 반도체층 셀 310 : 제1전극
320 : 제2전극 330 : 절연층
400 : 유연기판 410 : 전극연결부
411 : 전도성 재료 500 : 공정용 임시기판
600 : 반사방지막 700 : 태양전지 셀
800 : 모듈기판

Claims

에피성장용 기판 상부에 반도체층을 형성하는 제1단계;
상기 반도체층에 메사 에칭을 진행하여 상기 반도체층을 복수개의 단위 반도체층 셀로 분리하는 제2단계;
각 단위 반도체층 셀의 상부에 제1전극, 메사 영역에 제2전극을 형성하고, 상기 반도체층의 측면을 절연하기 위한 절연층을 형성하는 제3단계;
상기 제1전극 및 제2전극, 상기 절연층이 형성된 단위 반도체층 셀 전면(total surface)에 유연기판을 형성하는 제4단계;
상기 유연기판에 상기 제1전극 및 제2전극에 대응하는 영역에 상하로 관통하는 전극연결부를 형성하는 제5단계;
상기 전극연결부에 전도성 재료를 충진시키는 제6단계;
상기 에피성장용 기판을 상기 반도체층으로부터 박리시키고, 공정용 임시기판을 상기 유연기판에 부착시키는 제7단계;
상기 단위 반도체층 셀의 캡 에칭(cap etching) 및 ARC(anti-reflection coating) 공정을 수행한 후 각 단위 반도체층 셀을 분리하고, 상기 공정용 임시기판을 분리하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 반도체층을 형성하기 전에,
상기 에피성장용 기판 상부에 희생층을 먼저 형성하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 반도체층은,
Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ족 원소들 중에서 둘 이상 선택된 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 메사 에칭 공정은,
상기 에피성장용 기판 상부에 상기 반도체층의 일부는 남겨두어 제2전극 에피층까지 메사 에칭 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 절연층은,
Si₃N₄, SiO₂ 및 Al₂O₃ 중 어느 하나 또는 둘 이상 혼용하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 유연기판은,
10~100㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 유연기판은,
플라스틱 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지의 제조방법.
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제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 상기 후면 전극 태양전지는,
전극 연결 회선이 형성된 모듈기판(module template) 상부에 전사 공정 또는 pick-and place 공정을 통해 직렬 또는 병렬로 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지 모듈.