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KR20080090074A - 태양전지의 후면반사막 형성방법, 이를 포함하는후면전극부 형성방법 및 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 후면반사막 형성방법, 이를 포함하는후면전극부 형성방법 및 태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지의 후면반사막 형성방법, 이를 포함하는 후면전극부 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 후면반사막 형성방법은, 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 유전물질을 상기 반도체 기판의 후면에 증착하여, 상기 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성함과 동시에 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 태양전지의 후면반사막 형성방법 등은 후면반사막과 함께 후면전극이 배치될 공간을 하나의 공정을 통해 형성함으로써 태양전지의 제조 공정을 단순하게 하고 제조 바용을 절감시켜 태양전지의 대량 생산에 크게 기여할 수 있다.
태양전지, 후면반사막, 후면전극부, 마스크, 화학기상증착

Description

태양전지의 후면반사막 형성방법, 이를 포함하는 후면전극부 형성방법 및 태양전지의 제조방법{Fabrication method of back reflection layer of solar cell, fabrication method of back electrode part of solar cell, and fabrication method of solar cell}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래의 후면전극부 형성방법에 따른 후면전극부 형성 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 태양전지의 후면전극부 형성방법에 따른 후면전극부 형성 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 사용될 수 있는 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광에 대한 광포획율이 우수하며 캐리어의 후면 재결합을 감소시킬 수 있는 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이와 같은 태양전지의 기본구조에 더하여 태양전지의 효율을 증대시키기 위해 반사방지막 및 반사막이 각각 태양전지의 전면과 후면에 구비되는데, 이들은 각 각 전면으로 입사되는 태양광의 반사를 막고 후면을 통해 투과되어 나가는 태양광을 반사시킴으로써 태양광에 대한 광포획을 증대시킨다.
태양전지에 반사방지막과 반사막이 구비되는 경우, 전면전극의 경우 반사방지막 위에 전극 형성용 페이스트를 도포한 후 열처리하면 페이스트가 반사방지막을 뚫고 들어가 반도체 기판과 연결된다. 그러나, 후면전극의 경우 전극 형성용 페이스트 도포 후 열처리를 하더라도 페이스트가 반사막을 뚫고 들어가지 못하므로 종래에는 레이저 등을 이용하여 별도로 반사막을 식각하여 후면전극이 형성될 공간을 마련한 후 후면전극을 형성하였으나, 이 같은 방식은 지나치게 복잡하고 고비용을 요하므로 대량 생산을 위해 이를 개선하고자 하는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단순한 공정 및 저렴한 비용으로 태양전지를 제조함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 태양전지의 후면반사막의 제조방법, 이를 포함하는 태양전지의 후면전극부의 제조방법 및 태양전지의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 유전물질을 상기 반도체 기판의 후면에 증착하여, 상기 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성함과 동시에 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면반사막 형성방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a1) 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 유전물질을 상기 반도체 기판의 후면에 증착하여, 상기 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성함과 동시에 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성하는 단계; (a2) 상기 (a1) 단계에서 형성된 후면전극의 배치를 위한 공간에 전극 형성용 페이스트를 인쇄하는 단계; 및 (a3) 상기 페이스트를 열처리하는 단계;를 포함하는 태양전지의 후면전극부 형성방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 본 발명의 후면반사막 형성방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
태양전지는 일반적으로 p-n 접합을 갖는 반도체 기판과 반사방지막 및 전면전극과 후면전극을 포함하여 이루어지며, 여기에 후면반사막을 더 구비하는 경우 후면전극과 후면반사막을 합쳐서 후면전극부라 칭한다. 본 발명은 이와 같은 후면반사막 및 후면전극부의 형성방법에 관한 것이다.
도 2는 종래의 후면전극부 형성방법에 따른 후면전극부 형성 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 종래의 후면전극부 형성방법에 대해 살펴 보면, 실리콘 기판에 후면반사막 형성을 위한 유전물질을 증착시키고, 후면반사막에 레이저 등을 이용하여 후면전극 형성을 위한 공간을 식각한 후, 후면전극을 형 성한다.
이와 달리, 본 발명은 후면반사막과 함께 후면전극이 배치될 공간을 하나의 공정을 통해 형성함으로써 태양전지의 제조 공정을 단순하게 하고 제조 바용을 절감시킨다. 도 3은 본 발명의 태양전지의 후면전극부 형성방법에 따른 후면전극부 형성 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 후면전극부 형성방법을 설명한다.
먼저, 마스크를 이용하여 후면반사막 형성을 위한 유전물질을 실리콘 기판에 증착시킨다. 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 반도체 기판의 후면에 유전물질을 증착함으로써, 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성하고 이와 함께 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 후면전극부 형성방법의 "증착" 및 "에칭 공정"을, 본 발명에서는 마스크를 이용함으로써 하나의 공정으로 진행한다.
본 단계에서 후면반사막 형성을 위해 사용되는 유전물질은 특별히 제한되지 않으며, 종래에 공지된 유전물질들을 포함하여 후면반사막의 기능을 하기에 충분한 재료라면 모두 사용될 수 있다. 대표적으로, 실리콘 카바이드 (SiCx), 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 기판위에 실리콘 옥사이드(SiO2)과 실리콘 나이트라이드(SiNx)이 순차적으로 증착되는 실리콘 옥사이드(SiO2)/실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘옥시나이트라이드(SiOxNy)/실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘옥시나이트라이드(SiOxNy)/실리콘 나이트라이드(SiNx)이 사용될 수 있다.
또한, 마스크의 형태 역시 특별히 제한되지 않으며, 태양전지의 구조 및 전극의 모양을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 도 4는 본 발명에 사용될 수 있는 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
이와 같은 과정을 통해 후면반사막이 형성되면, 앞서 형성된 후면전극의 배치를 위한 공간에 전극 형성용 페이스트를 인쇄하고 열처리한다. 후면전극 형성을 위한 전극 재료는 특별히 제한되지 않으나 알루미늄이 가장 바람직하게 사용될 수 있는데, 이는 알루미늄이 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘과의 친화력이 좋아서 접합이 잘 되기 때문이다. 또한, 알루미늄 전극은 3가 원소로서 실리콘 기판과의 접면에서 p+ 층, 즉 BSF(Back surface field)를 형성하여 캐리어들이 표면에서 사라지지 않고 모이도록 하여 효율을 증대시킬 수 있기 때문이다. 상기 전극 형성용 페이스트는 알루미늄 등의 전극 재료와 글라스 프릿(glass frit) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 본 발명의 후면반사막 형성방법 또는 후면전극부 형성방법을 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 태양전지 제조방법에 있어서 후면반사막 형성방법을 제외하고는 특별히 제한되는 것이 없으나, 대표적인 실시예를 소개하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판에 p-n 접합을 형성한다. 여기서, 반도체 기판으로는 대표적으로 실리콘 기판이 이용되며, B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는 p형 실리콘 기판에 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 도핑시켜 n형 도전층을 형성하고, 이를 통해 p-n 접합을 형성한다.
다음으로, p-n 접합이 형성된 반도체 기판의 후면 위에 후면반사막을 형성한다. 후면반사막 형성에는 본 발명의 후면반사막 형성방법이 적용된다.
다음으로, 반도체 기판의 전면 위에 반사방지막을 형성한다. 반사방지막은 태양전지에 입사되는 태양광에 대한 반사율을 최소화하기 위해 형성된다. 대표적으로, 실리콘나이트라이드를 이용하여 스퍼터링, 화학기상증착 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 방법을 통해 반사방지막을 제조할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 전면전극 및 후면전극을 형성한다. 전면전극은 반사방지막을 관통하여 실리콘 기판에 연결되도록 형성되며, 전면전극에는 전기전도성이 우수한 은이 대표적으로 사용된다. 전면전극은 전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 반사방지막 위에 도포한 후 열처리를 통해 실리콘 기판에 연결되도록 한다(punch through). 후면전극의 형성방법은 앞서 본 발명의 후면전극부 형성방법에 대하여 기재한 바와 같다. 한편, 전면전극 형성 및 후면전극 형성은 그 순서를 바꾸어도 무방하며, 전면전극 및 후면전극에 대한 열처리를 동시에 진행할 수도 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 태양전지의 후면반사막 형성방법 등은 후면반사막과 함께 후면전극이 배 치될 공간을 하나의 공정을 통해 형성함으로써 태양전지의 제조 공정을 단순하게 하고 제조 비용을 절감시켜 태양전지의 대량 생산에 크게 기여할 수 있다.

Claims (7)

  1. 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 유전물질을 상기 반도체 기판의 후면에 증착하여,
    상기 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성함과 동시에 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면반사막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전물질은 SiCx, SiO2, SiO2/SiNx, SiOxNy/SiOx 및 SiOxNy/SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면반사막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전물질의 증착은 화학기상증착 또는 플라즈마 강화 화학기상증착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면반사막 형성방법.
  4. (a1) 소정의 전극 패턴이 형성된 마스크를 반도체 기판의 후면에 위치시키고 유전물질을 상기 반도체 기판의 후면에 증착하여, 상기 반도체 기판의 후면에 후면반사막을 형성함과 동시에 후면전극의 배치를 위한 공간을 형성하는 단계;
    (a2) 상기 (a1) 단계에서 형성된 후면전극의 배치를 위한 공간에 전극 형성 용 페이스트를 인쇄하는 단계; 및
    (a3) 상기 페이스트를 열처리하는 단계;를 포함하는 태양전지의 후면전극부 형성방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유전물질은 SiCx, SiO2, SiO2/SiNx, SiOxNy/SiOx 및 SiOxNy/SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극부 형성방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유전물질의 증착은 화학기상증착 또는 플라즈마 강화 화학기상증착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극부 형성방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 선택되는 어느 한 항의 후면반사막 형성방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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