KR101145472B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미러(mirror) 효과를 통해 장파장의 빛이 기판을 투과하는 것을 최소화하여 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 기판을 습식식각하여 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면을 평탄화하는 단계 및 상기 기판 후면 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미러(mirror) 효과를 통해 장파장의 빛이 기판을 투과하는 것을 최소화하여 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 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 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위해 태양전지 기판 표면 상에 요철을 형성한다. 태양전지 표면의 요철은 태양전지에 입사되는 빛의 난반사를 유도하여 태양전지의 광흡수율을 높여 궁극적으로, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이와 같은 요철을 형성하는 공정을 텍스쳐링(texturing) 공정이라 하며, 텍스쳐링 공정은 통상 습식식각을 통해 진행된다. 이에 따라, 빛이 입사하는 기판 전면뿐만 아니라 기판 후면에도 요철이 형성된다.
태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 기판(101) 전면과 후면 각각에 요철(102)이 구비되며, 기판 둘레를 따라 일정 깊이로 반도체층(103)이 형성되어 있으며, 기판(101) 전면 상에는 전면전극(105), 기판(101) 후면 상에는 후면전극(106)이 각각 구비된다. 이 때, 상기 후면전극은 알루미늄(Al) 페이스트 및 은(Ag) 페이스트를 도포, 소성하여 형성된다.
이와 같이, 기판 전면뿐만 아니라 기판 후면도 습식 텍스쳐링으로 인해 요철 구조를 갖음에 따라, 적외선과 같은 장파장의 빛은 기판 전면으로의 흡수율이 뛰어나지만 기판 후면의 요철 구조를 쉽게 투과하는 특성을 갖는다. 또한, 후면전극이 금속 페이스트의 도포 및 소성을 통해 형성되는 구조를 갖음에 따라, 후면전극과 기판 후면 사이의 접촉 구조가 균일하지 않아 이 또한 장파장이 용이하게 투과되도록 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미러(mirror) 효과를 통해 장파장의 빛이 기판을 투과하는 것을 최소화하여 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 기판을 습식식각하여 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 단계와, 상기 기판 후면을 평탄화하는 단계 및 상기 기판 후면 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 후면을 평탄화하는 단계는, CMP 공정을 이용하여 기판 후면을 평탄화할 수 있으며, 상기 기판 후면 상에 전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 후면 상에 알루미늄 전극층 및 은 전극층을 순차적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 기판 후면과 알루미늄 전극층 사이의 계면 및 상기 알루미늄 전극층 및 은 전극층 사이의 계면은 평탄면을 이룬다. 이 때, 상기 전극층은 스퍼터링 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
기판 후면이 평탄면을 이루고 기판 후면에 적층되는 전극층 역시 평탄면을 이룸에 따라, 장파장의 빛이 상기 평탄면에 의해 기판 내부로 재반사되도록 유도하여 광 흡수율을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
본 발명은 기판 후면 구조를 가급적 평탄면을 이루도록 하고, 상기 평탄면을 통해 장파장의 빛이 재반사되도록 함으로써 빛의 흡수율을 향상시키고 궁극적으로, 광전변환효율을 극대화함에 그 특징이 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201), 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 전면 및 후면에 요철(302a)(302b)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식식각을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이 요철(302b)이 형성된 기판(301) 후면을 일정 두께만큼 제거하여 평탄화한다(S203). 이 때, 상기 기판(301) 후면의 평탄화는 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 달성할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 3c에 도시한 바와 같이 확산공정을 실시하여 반도체층(303)을 형성한다(S204). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산(diffusion)되도록 한다. 이를 통해, 상기 기판(301) 둘레를 따라 일정 깊이로 제 2 도전형의 반도체층(303)이 형성된다. 이어, 상기 반도체층(303)이 형성된 상태에서 기판(301) 전면 상에 PECVD 공정 등을 통해 반사방지막(304)을 형성한다(S205).
그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이 기판(301) 후면 상에 스퍼터링 공정을 통해 알루미늄 전극층(305) 및 은 전극층(306)을 순차적으로 형성한다(S206). 이 때, 상기 평탄화 공정에 의해 기판(301) 후면이 평탄화되어 있음에 따라, 상기 알루미늄 전극층(305) 및 은 전극층(306) 역시 평탄한 상태로 적층된다. 이에 따라, 상기 기판(301) 후면과 알루미늄 전극층(305) 사이의 계면 및 상기 알루미늄 전극층(305) 및 은 전극층(306) 사이의 계면은 평탄면을 이루고, 상기 평탄면은 거울로 작용하여 적외선과 같은 장파장의 빛을 기판(301) 내부로 반사하는 역할을 한다.
301 : 기판 302a, 302b : 요철
303 : 반도체층 304 : 반사방지막
305 : 알루미늄 전극층 306 : 은 전극층
303 : 반도체층 304 : 반사방지막
305 : 알루미늄 전극층 306 : 은 전극층
Claims (5)
- 기판을 습식식각하여 기판 전면 및 후면에 요철을 형성하는 단계;
상기 기판 후면을 평탄화하는 단계; 및
상기 기판 후면 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 기판 후면을 평탄화하는 단계는, CMP 공정을 이용하여 기판 후면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판 후면 상에 전극층을 형성하는 단계는,
상기 기판 후면 상에 알루미늄 전극층 및 은 전극층을 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 기판 후면과 알루미늄 전극층 사이의 계면 및 상기 알루미늄 전극층 및 은 전극층 사이의 계면은 평탄면을 이루는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극층은 스퍼터링 공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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