KR101203007B1 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 제 1 도전형을 가진 제 1 영역과 제 2 도전형을 가진 제 2 영역을 포함하는 반도체 기판과, 상기 제 2 영역 상의 제 2 도전형의 반구형 반도체층과, 상기 제 1 영역과 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 2 영역과 연결되는 제 2 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다. 상술한 바와 같이 본 발명은 태양 전지의 전면에 반구형상의 반도체층을 형성하여 수광 영역의 표면적을 증대시킬 수 있고, 표면에서의 빛의 반사를 줄일 수 있고, HSG공정을 통해 반구 형상의 반도체층을 형성하여 공정을 단순화할 수 있고, 공정 인자의 제어하여 반구형 패턴의 밀도와 크기를 용이하게 조절할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, comprising a semiconductor substrate comprising a first region having a first conductivity type and a second region having a second conductivity type; Provided is a solar cell including a semiconductor layer, a first electrode connected to the first region, and a second electrode connected to the second region. As described above, the present invention can increase the surface area of the light-receiving region by forming a semi-spherical semiconductor layer on the front surface of the solar cell, reduce the reflection of light from the surface, and provide a semi-spherical semiconductor layer through the HSG process. It is possible to simplify the process by forming, and the density and size of the hemispherical pattern can be easily adjusted by controlling process factors.
태양 전지, 반구형, 수광영역, 핵 형성, HSG, 산란층 Solar cell, hemispherical, light receiving area, nucleation, HSG, scattering layer
Description
도 1은 종래 기술에 따른 태양 전지의 단면도.1 is a cross-sectional view of a solar cell according to the prior art.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 단면도.2 is a cross-sectional view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 제 1 실시예의 변형예에 따른 반구형 N형 반도체의 단면 개념도.3 is a cross-sectional conceptual view of a hemispherical N-type semiconductor according to a modification of the first embodiment;
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 제 1 실시예의 변형예에 따른 반구형 N타입 반도체층의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a hemispherical N-type semiconductor layer according to a modification of the first embodiment.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 단면도. 6 is a sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 제 2 실시예의 변형예에 따른 태양 전지의 단면도.7 is a sectional view of a solar cell according to a modification of the second embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기판 20 : 실리콘층10
30, 130, 160 : 패시베이션막 40, 140, 180 : 전극30, 130, 160:
110 : P 타입 반도체층 120 : N타입 반도체층110: P type semiconductor layer 120: N type semiconductor layer
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로 태양전지의 수광 영역을 증대시켜 수광 효율이 향상된 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and to a solar cell and a method for manufacturing the same having improved light receiving efficiency by increasing a light receiving area of the solar cell.
일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍이 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 N타입 반도체로 이동하고 정공은 P타입 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.In general, a solar cell has a pair of electrons and holes generated inside the semiconductor of the solar cell by light from the outside, and the pair of electrons and holes moves to the N-type semiconductor by an electric field generated at the pn junction. Producing power by moving to type semiconductors.
이러한 태양 전지의 성능은 광 에너지를 전기 에너지로 변화하는 효율에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 연구가 많이 진행되고 있으며, 태양전지의 효율을 높이기 위한 방법의 하나로서 웨이퍼 표면을 텍스처링하여 빛의 흡수를 최대화하는 방법이 있다.The performance of such solar cells is highly dependent on the efficiency of converting light energy into electrical energy. Therefore, many researches are being conducted to increase the efficiency of solar cells, and one of the methods for increasing the efficiency of solar cells is to maximize the absorption of light by texturing the wafer surface.
도 1은 종래 기술에 따른 태양 전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a solar cell according to the prior art.
도 1을 참조하면, P타입 실리콘 기판(10)의 전면을 텍스처링 방법을 통해 식각한다. 이후, 상기 텍스처링된 기판(10)의 전면에 N타입 실리콘층(20)을 형성하고, 그 전면에 패시베이션막(30)을 형성한다. 이후, 상기 패시베이션막(30)의 일부를 개방한 다음 그 상부에 전면 전극(40)을 형성한다. 이때, 상기 전면 전극(40) 하부에 n+영역(50)이 형성될 수도 있다. 이후, 상기 P타입 실리콘 기판(10)의 후면 상에 산화막(60)을 형성하고, 그 일부를 개방한 다음 P타입 실리콘 기판(10) 내측 하부에 형성된 p+ 영역(70)과 접속되는 후면 전극(80)을 형성한다. Referring to FIG. 1, the entire surface of the P-
상기의 텍스처링(texturing) 방법으로는 플라즈마 식각(plasma etching)을 이용한 방법, 기계적인 스크라이빙(mechanical scribing) 방법, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용한 방법, 및 화학적 식각(chemical etching) 방법 등이 있다.The texturing methods include plasma etching, mechanical scribing, photolithography, chemical etching, and the like. have.
이러한 텍스처링 방법은 기판 표면에서의 광 흡수율을 증가시키기 위해 P타입 실리콘 기판(10)을 식각하여 울퉁불퉁하게 직물의 표면처럼 형성하는 공정으로 텍스처링 된 표면에서는 빛이 두 번 이상 바운드 되면서 기판에서의 광 반사율은 감소되고 기판 내부로의 광 흡수율은 증가시킬 수 있다. This texturing method is a process of etching a P-
상기 방법 중 플라즈마 식각을 이용한 텍스처링 방법은 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 패턴을 형성한 후 패턴을 마스크로 하여 플라즈마 식각한 다음 마스크를 제거하는 방법이다.The texturing method using plasma etching is a method of forming a pattern by applying a photoresist film, exposing and developing the photoresist, and then plasma etching using the pattern as a mask and then removing the mask.
기계적인 스크라이빙 방법은 웨이퍼 표면에 홈(groove)를 형성한 후 화학적인 식각을 이용하여 텍스처링 하는 방법이다.The mechanical scribing method is a method of forming a groove on the wafer surface and then texturing using chemical etching.
포토리소그래피 공정을 이용한 방법은 산화막이 형성된 웨이퍼에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하고 이 감광막 패턴과 동일한 산화막 패턴을 만든 후, 산화막 패턴을 마스크로 이용하여 웨이퍼 표면을 등방성 또는 이방성 식각하는 것에 의해 텍스처링하는 방법이다. In the method using a photolithography process, a photoresist is applied to an oxide-formed wafer, exposed to light, and developed to form a photoresist pattern, the same oxide pattern as that of the photoresist pattern is formed, and then an isotropic or anisotropic etching of the wafer surface using the oxide pattern as a mask. By texturing.
화학적인 식각 방법은 화학 용액을 이용한 이방성 식각(anisotropic etching)을 실시하여 텍스처링하는 방법이다. Chemical etching is a method of texturing by performing anisotropic etching using a chemical solution (anisotropic etching).
상술한 텍스처링 방법은 기판 표면을 식각하기 때문에 식각 공정으로 인한 기판 표면 결함이 발생하게 되고, 과도한 식각으로 인해 기판이 손상되는 문제가 발생하고, 기판 식각 공정시 발생하는 파티클로 인한 패턴 불량 문제가 야기된다. In the above-described texturing method, since the surface of the substrate is etched, substrate surface defects occur due to the etching process, the substrate is damaged due to excessive etching, and the pattern defect problem due to particles generated during the substrate etching process occurs. do.
또한, 감광막 및 산화막을 이용한 마스크를 사용하여 텍스처링 하는 경우 공정이 복잡해지고, 식각의 정확도가 떨어지게 되는 문제가 발생하였다. In addition, when texturing using a mask using a photoresist film and an oxide film, a process is complicated, and the accuracy of etching is deteriorated.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 기판 표면에 반구형 반도체층을 형성하여 수광 영역의 표면적을 증대시켜 수광효율을 향상시킬 수 있고, 반구형 패턴에 의해 광 흡수율이 상승하여 태양전지의 효율을 높일 수 있는 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Therefore, the present invention can improve the light receiving efficiency by forming a hemispherical semiconductor layer on the substrate surface to increase the surface area of the light receiving area in order to solve the above problems, the light absorption rate is increased by the hemispherical pattern to improve the efficiency of the solar cell It is an object of the present invention to provide a solar cell and a manufacturing method thereof that can be increased.
본 발명에 따른 제 1 도전형을 가진 제 1 영역과 제 2 도전형을 가진 제 2 영역을 포함하는 반도체 기판과, 상기 제 2 영역 상의 제 2 도전형의 반구형 반도체층과, 상기 제 1 영역과 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 2 영역과 연결되는 제 2 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다. A semiconductor substrate comprising a first region having a first conductivity type and a second region having a second conductivity type, a semiconductive semiconductor layer of a second conductivity type on the second region, and the first region; Provided is a solar cell including a first electrode connected to the second electrode and a second electrode connected to the second region.
여기서, 상기 제 2 도전형의 제 2 영역은 상기 반도체 기판의 전면에 마련되 고, 상기 제 1 도전형의 제 1 영역은 상기 반도체 기판의 후면에 마련되는 것이 바람직하다. The second region of the second conductivity type may be provided on the front surface of the semiconductor substrate, and the first region of the first conductivity type may be provided on the rear surface of the semiconductor substrate.
또한, 본 발명에 따른 다수의 반구형 곡면을 갖는 제 1 도전형의 반구형 반도체층과, 상기 제 1 도전형의 반구형 곡면의 단차를 따라 형성된 제 2 도전형의 반도체층과, 상기 제 1 도전형과 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 2 도전형과 연결되는 제 2 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다. In addition, a first conductive hemispherical semiconductor layer having a plurality of hemispherical curved surfaces according to the present invention, a second conductive semiconductor layer formed along a step of the hemispherical curved surface of the first conductive type, and the first conductive type Provided is a solar cell including a first electrode connected to the second electrode and a second electrode connected to the second conductive type.
상기에서 상기 반구형은 다수의 반구형 패턴이 연속하여 마련되거나 일정간격 이격되어 마련되는 것이 바람직하다. In the above, the hemispherical shape is preferably provided with a plurality of hemispherical patterns continuously or spaced apart from each other.
여기서, 상기 제 2 도전형의 반구형 반도체층과 상기 제 2 도전형의 반도체층 상에 형성된 산란층을 더 포함하는 것이 효과적이다. 그리고, Here, it is effective to further include a scattering layer formed on the second conductive semispherical semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer. And,
상기 제 2 도전형의 반구형 반도체층과 상기 제 2 도전형의 반도체층 상에 형성된 투명 패시베이션층을 더 포함하는 것이 효과적이다. It is effective to further include a transparent passivation layer formed on the second conductive hemispherical semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer.
물론, 상기 전극은 상기 도전형 보다 고농도의 도전형 영역에 연결되는 것이 바람직하다. Of course, the electrode is preferably connected to a higher concentration of the conductive type than the conductive type.
또한, 본 발명에 따른 제 1 도전형의 반도체층 상에 제 2 도전형의 반구형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 도전형의 반구형 반도체층과 접속되는 제 2 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 반도체층과 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.The method may further include forming a second conductive hemispherical semiconductor layer on the first conductive semiconductor layer, forming a second electrode connected to the second conductive hemispherical semiconductor layer, It provides a solar cell manufacturing method comprising the step of forming a first electrode connected to the first conductive semiconductor layer.
상기의 제 2 도전형의 반구형 반도체층을 형성하는 단계는 상기 제 1 도전형의 반도체층 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 비정질 실리콘층에 다 수의 실리콘 핵을 형성하는 단계와, 열처리 공정을 통해 상기 실리콘 핵을 중심으로 실리콘을 이동시켜 반구형으로 변형시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. The forming of the second conductive hemispherical semiconductor layer may include forming an amorphous silicon layer on the first conductive semiconductor layer, forming a plurality of silicon nuclei on the amorphous silicon layer, It is preferable to include the step of deforming to hemispherical by moving the silicon around the silicon nucleus through the heat treatment process.
또한, 본 발명에 따른 제 1 도전형의 반도체층 표면에 다수의 반구형 곡면을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 반도체층의 곡면 단차를 따라 제 2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 도전형의 반도체층과 접속되는 제 2 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 반도체층과 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. In addition, forming a plurality of hemispherical curved surface on the surface of the first conductive semiconductor layer according to the present invention, forming a second conductive semiconductor layer along the curved step of the first conductive semiconductor layer; And forming a second electrode connected to the semiconductor layer of the second conductivity type, and forming a first electrode connected to the semiconductor layer of the first conductivity type. .
여기서, 상기 제 1 도전형의 반도체층 표면에 상기 다수의 반구형 곡면을 형성하는 단계는, 상기 제 1 도전형의 반도체층 표면에 다수의 실리콘 핵을 형성하는 단계와, 열처리 공정을 통해 상기 실리콘 핵을 중심으로 반구형 곡면을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. The forming of the plurality of hemispherical curved surfaces on the surface of the first conductive semiconductor layer may include forming a plurality of silicon nuclei on the surface of the first conductive semiconductor layer, and performing heat treatment. It is preferable to include a step of forming a hemispherical curved surface.
그리고, 상기 제 1 도전형의 반도체층 표면에 상기 다수의 반구형 곡면을 형성하는 단계는, 상기 제 1 도전형의 반도체층 상에 상기 제 1 도전형의 반구용 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 반구용 반도체층 상에 실리콘 핵을 형성하는 단계와, 열처리 공정을 통해 상기 실리콘 핵을 중심으로 반구형 곡면을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. The forming of the plurality of hemispherical curved surfaces on the surface of the first conductive semiconductor layer may include forming the first conductive hemisphere semiconductor layer on the first conductive semiconductor layer, and Forming a silicon nucleus on the first conductive semi-spherical semiconductor layer, and preferably forming a hemispherical curved surface around the silicon nucleus through a heat treatment process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하 도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete information. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지는 P타입 반도체층(110)과, 상기 P타입 반도체층(110) 상에 형성된 반구형 N타입 반도체층(120)과, 상기 N타입 반도체층(120) 상에 형성된 전면 패시베이션(passivation)막(130)과, 상기 N타입 반도체층(120)에 접속되는 전면 전극(140)과, 상기 P타입 반도체층(110) 후면에 형성된 후면 패시베이션막(160)과, 상기 P타입 반도체층(110)에 접속되는 후면 전극(180)을 포함한다. 2, the solar cell according to the present embodiment includes a P-
상기의 P타입 반도체층(110)은 저농도의 P타입 불순물이 도핑된 실리콘 막을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반구형 N타입 반도체층(120)은 저농도의 N타입 불순물이 도핑된 실리콘막을 사용하되, 본 실시예에서는 HSG(Hemi-spherical grain) 표면을 갖는 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반구형 N타입 반도체층(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 그 상부 영역이 물결 무늬와 같이 연속되는 반구 형상의 패턴으로 형성될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 반구형 상의 패턴이 이격된 형상으로 형성될 수도 있다. 이때, 본 발명은 상기 광에 의한 전자 정공쌍 생성량을 향상시키기 위한 활성층을 상기 N타입 반도체층(120)과 P타입 반도체층(110) 사이에 형성할 수도 있다. The P-
상기 전면 패시베이션막(130)은 투광성의 절연막을 사용하되, 본 실시예에서 는 산화막 및 질화막 계열의 절연성막을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전면 페시베이션막(130)은 그 하부에 형성된 반구형 N타입 반도체층(120)의 단차를 따라 형성되는 것이 바람직하다. 물론 상기 단차를 덮을 정도의 두꺼운 두께로 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 전면 패시베이션막(130)은 광 투과율이 70 내지 100%인 물질을 사용하는 것이 효과적이다. The
상기 전면 패시베이션막(130)의 일부에는 그 하부의 반구형 N타입 반도체층(120)을 노출시키는 개구부가 마련되고, 상기 개구부 상에 전면 전극(140)이 형성되어 노출된 반구형 N타입 반도체층(120)과 접속되는 것이 바람직하다. 상기 전면 전극(140)으로는 ITO를 포함하는 투명 전극을 사용하거나, Al, Cu, Ag, W 그리고 이들이 혼합된 합금을 포함하는 금속성 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 전면 적극(140)이 접속되는 상기 N타입 반도체층(120) 하부 영역에 고농도 도핑된 N타입 도핑 영역(150)이 더 형성될 수도 있다. 상기 N타입 도핑 영역(150)은 개구부 영역에 고농도의 N타입 불순물을 주입하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 전면 전극(140)과 상기 N타입 반도체층(120) 및 N타입 도핑 영역(150) 사이에 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하는 도전성막(155)이 더 형성될 수 있다. 이를 통해 상기 전면 전극(140)과 반도체층 사이의 콘택 저항을 줄일 수 있다. 상기에서 N타입 도핑 영역(150)은 상기 전면 패시베이션막(130)을 이온주입 마스크로 하여 주입되거나, 패시베이션막 형성전에 별도의 이온주입 마스크와 이온 주입 공정을 통해 형성된 다음 그 상부에 패시베이션막을 형성할 수도 있다.A portion of the
상기 후면 패시베이션막(160)은 앞서 설명한 전면 패시베이션막(130)과 동일 한 물질막을 사용할 수도 있고, 광반사 특성이 우수한 물질막을 사용할 수도 있다. 이를 통해 N타입 반도체층(120)과 P타입 반도체층(110)을 투과하여 후면 패시베이션막(160)까지 도달한 광을 반사시켜 다시 P타입 반도체층(110) 및 N타입 반도체층(120)으로 공급하는 역할을 할 수도 있다. The
상기 후면 패시베이션막(160)의 일부에는 P타입 반도체층(110)을 노출하는 개구부가 마련되고, 상기 개구부 상에 후면 전극(180)이 형성되어 P타입 반도체층(110)과 후면 전극(180)이 접속되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 개구부에 의해 노출된 P타입 반도체층(110) 내에 고농도의 P타입 불순물이 주입된 P타입 도핑 영역(170)이 형성될 수 있다. 이때, P타입 도핑 영역(170)은 후면 패시베이션막(160)을 이온주입 마스크로 하는 이온 주입 공정을 통해 형성될 수도 있고, 별도의 이온 주입 마스크를 형성하여 P타입 반도체층(110) 내에 형성한 다음 그 상부에 후면 패시베이션막(160)을 형성할 수도 있다. A portion of the
하기에서는 상술한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to the present embodiment having the above-described structure will be described.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 5a 및 도 5b는 제 1 실시예의 변형예에 따른 반구형 N타입 반도체층의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a first embodiment of the present invention. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hemispherical N-type semiconductor layer according to a modification of the first embodiment.
도 4a를 참조하면, P타입 반도체층(110) 상에 반구형 N타입 반도체층(120) 즉, N 타입 HSG막을 형성한다. Referring to FIG. 4A, a hemispherical N-
실리콘막은 저온 약 500도에서 비정질 상태가 되고, 고온 약 600도의 온도에 서는 결정질 상태가 되고, 비정질과 결정질 사이의 온도에서는 실리콘의 입자가 응집되면서 올록볼록한 반구형상을 갖는 HSG막이 형성된다.The silicon film becomes an amorphous state at a low temperature of about 500 degrees, becomes a crystalline state at a temperature of about 600 degrees high temperature, and at the temperature between amorphous and crystalline, silicon particles are aggregated to form an HSG film having a convex hemispherical shape.
이러한 HSG막의 형성 방법은 먼저, 상기의 P타입 반도체층(110) 상에 N타입 불순물(예를 들어 인(P))이 도핑된 실리콘막을 형성한다. 상기 실리콘막으로 실리콘 소스 가스(예를들어, SiH4 또는 Si2H6)와 불순물 가스(예를 들어, PH3)를 이용하여 510 내지 530도의 온도에서 성장시켜 N타입 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 도핑되지 않은 비정질 실리콘막을 사용할 수도 있다. 이경후, 후속 공정을 통해 도핑이 이루어지는 것이 바람직하다.In the HSG film formation method, first, a silicon film doped with N-type impurities (eg, phosphorus (P)) is formed on the P-
이후, 실리콘 소스 가스를 공급하여 상기 비정질 실리콘 표면에 실리콘 핵을 형성한다. 이때, 저압 기상 증착 법(LPCVD), 플라즈마 증착법(plasma diposition) 및 분자 빔 증착법(molecular beam deposition)과 SiH4 또는 Si2H6을 포함하는 실리콘 소스 가스를 사용하여 실리콘 핵을 형성하는 것이 바람직하다. Thereafter, a silicon source gas is supplied to form a silicon nucleus on the surface of the amorphous silicon. At this time, it is preferable to form a silicon nucleus using a silicon source gas including low pressure vapor deposition (LPCVD), plasma deposition, molecular beam deposition, and SiH 4 or Si 2 H 6 . .
소스 가스의 공급을 차단한 다음 고온에서 열처리를 실시하여 비정질 실리콘의 실리콘 원자들이 실리콘 핵으로 이동하여 HSG막을 형성하게 된다. 그리고, 실리콘 핵 형성 후, 약 550 내지 700도의 온도에서 열처리를 실시하게 되면 비정질 실리콘의 실리콘 원자들이 실리콘 핵으로 이동하여 표면이 울퉁불퉁한 반구형태로 형성된다. 즉, 열처리 공정에 의해 실리콘 핵 주변의 자유 에너지가 큰 표면 원자가 핵 방향으로 이동하여 결정을 형성하게 된다. 물론 별도의 열처리 공정을 통해 불순물을 확산시키고 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 변화시킬 수도 있다. After the supply of the source gas is cut off and heat treatment is performed at high temperature, silicon atoms of amorphous silicon move to the silicon nucleus to form an HSG film. After the silicon nucleus is formed, the heat treatment is performed at a temperature of about 550 to 700 degrees, and silicon atoms of the amorphous silicon move to the silicon nucleus to form a rough hemispherical surface. That is, by the heat treatment process, surface atoms having a large free energy around the silicon nucleus move in the nucleus direction to form crystals. Of course, a separate heat treatment process may diffuse impurities and change amorphous silicon into polysilicon.
이러한 HSG막의 경우 평평한 표면보다 2 내지 3배의 넓은 표면적을 갖게 되어 수광 영역의 표면적을 넓일 수 있게 된다. 상기 HSG의 밀도 및 크기는 실리콘 액 형성 및 열처리 공정의 몇가지 공정 인자를 조절하여 다양하게 변형이 가능하다. 즉, 핵 형성 공정의 시간을 증가시킬 수록 비정질 실리콘 표면에 형성되는 실리콘 핵이 증대되어 HSG의 밀도는 증대되고, 열처리 시간이 길어질수록 실리콘 원자의 이동이 많아져 HSG의 크기는 커지게 된다. In the case of such an HSG film, the surface area of the light receiving area can be increased by having a surface area of 2 to 3 times larger than that of the flat surface. The density and size of the HSG can be variously modified by adjusting several process factors of the silicon liquid formation and heat treatment process. That is, as the time for nucleation increases, the silicon nucleus formed on the surface of the amorphous silicon increases, so that the density of the HSG increases. As the heat treatment time increases, the silicon atoms move more and the size of the HSG increases.
또한, 상술한 설명에 한정되지 않고, 상기 HSG막은 다양한 방법을 통해 제작 될 수 있다. 예를 들어 도핑된 비정질 실리콘막을 진공열처리하게 되면 실리콘 내의 실리콘 입자들이 재분포되어 HSG를 형성하게 된다. In addition, the present invention is not limited to the above description, and the HSG film may be manufactured through various methods. For example, vacuum-heating a doped amorphous silicon film causes redistribution of silicon particles in the silicon to form HSG.
또한, 본 실시예에서는 도 5a와 같이 상기 HSG막 상으로 적층되는 다른 막(점선 참조)에 의해 HSG의 그레인과 그레인 즉, 반구와 반구 사이의 골 영역의 노출 면적이 줄어드는 경향이 발생할 수 있다. 따라서, 전면 식각을 실시하여 도 5b와 같이 상기 반구와 반구 사이를 소정간격 이격되도록 하는 것이 바람직하다. 상기의 전면 식각은 습식 또는 건식 방식을 사용하여 반구 형상이 변화되지 않을 식각 조건으로 식각을 실시하는 것이 바람직하다. 이를 통해 그 상부에 다른 막을 적층하더라도 골 영역이 줄어들지 않게 제작할 수 있다. 상기 전면 식각 공정의 공정 인자를 조절하여 HSG 표면의 반구형의 그레인이 식각되지 않도록 하는 것이 바람직하다. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, another film (see dotted line) stacked on the HSG film may have a tendency to reduce the exposed area of the grain and grain of the HSG, that is, the bone region between the hemisphere and the hemisphere. Therefore, it is preferable to perform the front etching so as to be spaced apart a predetermined interval between the hemisphere and the hemisphere as shown in Figure 5b. The front surface etching may be performed by using a wet or dry method under etching conditions in which the hemispherical shape is not changed. This can be produced so that the bone area is not reduced even if another film is stacked on top of it. It is preferable to adjust the process factors of the front side etching process so that hemispherical grains on the HSG surface are not etched.
도 4b를 참조하면, 상기 반구형 N타입 반도체층(120) 상에 전면 패시베이션막(130)을 증착한다. 전면 패시베이션막(130) 상에 전면 전극(140)이 형성될 영역 을 개방하는 마스크 패턴을 형성한 다음 식각 공정을 실시하여 개방된 영역의 전면 패시베이션막(130)을 제거하여 개구부를 형성하고, 마스크 패턴을 제거한다. 상기의 마스크 패턴으로 감광막을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전면 패시베이션(130)막은 물론 그 하부의 반구형 N타입 반도체층(120)의 일부도 함께 제거될 수도 있다. Referring to FIG. 4B, a
이온주입 공정을 통해 상기 개구부 하측의 노출된 영역에 고농도의 N타입 불순물 이온을 주입하여 N타입 도핑 영역(150)을 형성한다. 이때, N타입 반도체층(120)은 물론 P타입 반도체층(110)의 일부 영역까지 불순물을 주입하여 N타입 도핑 영역(150)을 형성할 수 있다. 이온주입 후, 소정의 열처리 공정을 실시하여 도핑된 불순물을 확산시킬 수도 있다. An N-type doped
상기 개구부의 하면에 금속성의 도전성막(155)을 형성한 다음, 그 상부에 전면 전극(140)을 형성한다. 전면 전극(140)은 전체 구조상에 전도성막을 형성한 다음 마스크를 이용한 패터닝 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 물론 마스크를 이용한 스퍼터링 또는 증착 공정을 통해 형성될 수도 있다. A metallic
도 4c를 참조하면 P타입 반도체층(110)의 후면에 후면 패시베이션막(160)을 증착한다. 이후, 패터닝 공정을 통해 후면 패시베이션막(160)의 일부를 제거하여 P타입 반도체층(110)의 후면을 노출시키는 개구부를 형성한다. 이온 주입 공정을 실시하여 개구부 하측의 P타입 반도체층(110) 내에 고농도의 P타입 도핑 영역(170)을 형성한다. 다음으로 후면 상에 전도성의 후면 전극(180)을 형성하여 태양 전지를 제작한다. Referring to FIG. 4C, the
이와 같이 태양 전지의 전면 즉, 수광 영역 상에 HSG막 형성 방법을 통해 반구형 N타입 반도체층을 형성하여 수광 영역의 표면적을 늘릴 수 있고, 표면에서의 빛의 반사를 줄일 수 있으며, 식각이 아닌 증착 방법을 통해 반구형상을 형성하므로 인해 식각으로 인한 박막의 손상을 방지하여 막질을 향상시킬 수 있다. As such, a hemispherical N-type semiconductor layer may be formed on the entire surface of the solar cell, that is, through the light receiving region, to increase the surface area of the light receiving region, reduce the reflection of light from the surface, and not etch. Since the hemispherical shape is formed through the method, the film quality can be improved by preventing damage to the thin film due to etching.
본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 즉, 상기 반구형상을 N타입 반도체층이 아닌 P타입 반도체층 전면에 형성할 수도 있다. 하기에서는 전면에 반구형상의 패턴을 갖는 P타입 반도체층을 포함하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지에 관해 설명한다. 후술되는 설명중 앞서 설명한 실시예와 중복되는 설명은 생략한다. The present invention is not limited to the above description and various modifications are possible. That is, the hemispherical shape may be formed on the entire surface of the P-type semiconductor layer instead of the N-type semiconductor layer. Hereinafter, a solar cell according to a second exemplary embodiment of the present invention including a P-type semiconductor layer having a hemispherical pattern on its front surface will be described. Descriptions overlapping with the above-described embodiments will be omitted.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다. 도 7은 제 2 실시예의 변형예에 따른 태양 전지의 단면도이다. 6 is a cross-sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. 7 is a sectional view of a solar cell according to a modification of the second embodiment.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지는 전면에 반구형 곡면을 갖는 P타입 반도체층(110)과, P타입 반도체층(110)의 반구형 곡면의 단차를 따라 형성된 N타입 반도체층(120)과, 상기 N타입 반도체층(120) 상에 형성된 전면 패시베이션막(130)과, 상기 N타입 반도체층(130)에 접속되는 전면 전극(140)과, 상기 P타입 반도체층(110)의 후면에 형성된 후면 패시베이션막(160)과, 상기 P타입 실리콘 반도체층(110)에 접속된 후면 전극(180)을 포함한다. 6 and 7, the solar cell according to the present embodiment has an N-type semiconductor formed along a step between a P-
상기 P타입 반도체층(110) 상의 반구형 곡면은 HSG 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 비정질 상태의 P타입 반도체층(110) 상에 실리콘 핵을 형성한 다음 열처리 공정을 통해 그 표면에 반구형상의 곡면을 형성하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 도 7에 도시된 바와 같이 결정질 상태의 P타입 반도체층(110) 상에 P타입 HSG막을 형성할 수도 있다. 즉, P타입 반도체층(110) 상에 P타입 도핑된 비정질 실리콘막을 형성한다. 이후, 실리콘 소스 가스를 주입하여 그 표면에 실리콘 핵을 형성하고, 실리콘 소스 가스의 주입을 차단한 다음 열처리 공정을 통해 실리콘 원자들을 실리콘 핵 주위로 이동시켜 반구형상의 HSG(111)막을 형성할 수도 있다. The hemispherical curved surface on the P-
N타입 반도체층(120)으로 N타입 불순물이 도핑된 실리콘막을 사용하되, 반구형 곡면을 갖는 P형 반도체층(110)의 전면에 그 단차를 따라 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 N타입 반도체층(120)의 표면에는 산란층(121) 즉, 난반사층을 형성하거나, 그 표면에 별도의 산란 패턴을 형성할 수도 있다. 이를 통해 태양 전지의 전면을 통해 상기 반도체층 내부로 입사된 광이 외부로 반사될 경우 이를 산란시키거나 난반사시켜 반도체층 외부로 반사되는 광량을 줄이고, 반도체층 내부에 머무르는 광량을 증대시킨다. 이를 통해 전자 전공 쌍의 생성량이 증대되어 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다. A silicon film doped with N-type impurities is used as the N-
상기 P타입 반도체층(110) 후면에는 후면 패시베이션막(160)과 후면 전극(180)을 형성한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 후면 패시베이션막(160) 하부 즉, 후면 패시베이션막(160)과 P형 반도체층(110)의 계면에 반사층(161)을 형성할 수도 있다. 이러한 반사층(161)을 통해 반도체층을 투과하는 광을 P타입 반도체층(110) 후면에서 반사시켜 전면 방향으로 유도하여 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. A
상술한 설명에서는 P타입 반도체층 상에 소정의 증착 공정을 통해 N타입 반도체층을 형성함에 관해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, P타입 반도체층에 N타입 불순물을 주입하여 N타입 반도체층을 형성할 수도 있다. 또한, 전면 전극으로 인한 수광 면적이 줄어드는 현상을 방지하기 위해 상기 전면 전극을 태양전지의 후면으로 배치시킬 수도 있다. 또한, 상기 전면 전극을 함몰 형상으로 즉, 함몰 부위에 도전성 페이스트 또는 도금 방법으로 전극을 형성할 수도 있고, 스크린 프린터 방식으로 도전성 물질을 도포하여 전극을 형성할 수도 있다.In the above description, the N-type semiconductor layer is formed through a predetermined deposition process on the P-type semiconductor layer, but the present invention is not limited thereto, and the N-type semiconductor layer is injected by injecting N-type impurities into the P-type semiconductor layer. May be formed. In addition, the front electrode may be disposed to the rear side of the solar cell in order to prevent the light receiving area due to the front electrode from decreasing. In addition, the front electrode may be formed in a recessed shape, that is, an electrode may be formed on the recessed portion by a conductive paste or a plating method, or the electrode may be formed by applying a conductive material by a screen printer method.
또한, 상기의 태양 전지는 별도의 기판을 사용하여 제작할 수도 있다. 기판 상에 P타입 반도체층을 형성하고 그 상부에 N타입 반도체층 및 전면 전극을 형성한 다음 상기 반도체 기판을 제거한다. 이후, P타입 반도체층 하부에 하면 전극을 형성하여 태양 전지를 제작할 수도 있다. In addition, the said solar cell can also be manufactured using a separate board | substrate. A P-type semiconductor layer is formed on the substrate, an N-type semiconductor layer and a front electrode are formed thereon, and then the semiconductor substrate is removed. Thereafter, a lower electrode may be formed under the P-type semiconductor layer to manufacture a solar cell.
또한, 본 실시예에 따른 태양 전지는 외부 단자와 접속될 별도의 내부 패드를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 패드는 전면 전극과 접속되는 제 1 패드와, 후면 전극과 접속되는 제 2 패드를 포함한다. In addition, the solar cell according to the present embodiment may further include a separate inner pad to be connected to the external terminal. The inner pad includes a first pad connected to a front electrode and a second pad connected to a rear electrode.
상술한 바와 같이 본 발명은 태양 전지의 전면에 반구형상의 반도체층을 형성하여 수광 영역의 표면적을 증대시킬 수 있고, 표면에서의 빛의 반사를 줄일 수 있다. As described above, the present invention can increase the surface area of the light-receiving region by forming a semi-spherical semiconductor layer on the entire surface of the solar cell, and can reduce the reflection of light on the surface.
또한, HSG공정을 통해 반구 형상의 반도체층을 형성하여 공정을 단순화할 수 있고, 공정 인자의 제어하여 반구형 패턴의 밀도와 크기를 용이하게 조절할 수 있다. In addition, the process may be simplified by forming a hemispherical semiconductor layer through the HSG process, and the density and size of the hemispherical pattern may be easily controlled by controlling process factors.
또한, 식각을 통해 반구형 패턴과 반구형 패턴 사이를 소정 간격 이격시켜 후속 막증착에 의해 표면적이 줄어드는 문제를 해결할 수 있다. In addition, by etching the hemispherical pattern and the hemispherical pattern spaced apart by a predetermined interval can solve the problem of reducing the surface area by the subsequent film deposition.
또한, 반도체층의 외측면에 산란층을 형성하여 반도체층 내부에서 외부로 반사되는 광을 산란시켜 집광 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, a scattering layer may be formed on an outer surface of the semiconductor layer to scatter light reflected from the inside of the semiconductor layer to the outside, thereby improving condensing efficiency.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms. In other words, the above-described embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art will fully understand the scope of the invention, and the scope of the present invention should be understood by the appended claims .
Claims (12)
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---|---|---|---|
KR1020050123404A KR101203007B1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Solar cell and method for manufacturing the same |
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KR1020050123404A KR101203007B1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Solar cell and method for manufacturing the same |
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