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KR101382098B1 - 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의제조방법 - Google Patents

태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의제조방법 Download PDF

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KR101382098B1
KR101382098B1 KR1020070042769A KR20070042769A KR101382098B1 KR 101382098 B1 KR101382098 B1 KR 101382098B1 KR 1020070042769 A KR1020070042769 A KR 1020070042769A KR 20070042769 A KR20070042769 A KR 20070042769A KR 101382098 B1 KR101382098 B1 KR 101382098B1
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KR
South Korea
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semiconductor substrate
solar cell
region
selective emitter
screen mesh
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KR1020070042769A
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KR20080097649A (ko
Inventor
유재성
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to KR1020070042769A priority Critical patent/KR101382098B1/ko
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Abstract

본 발명은 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 선택적 에미터 형성방법은 스크린 프린팅을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법으로서, 지지체 및 상기 지지체를 통해 도펀트 페이스트가 통과하지 못하도록 상기 지지체 상에 형성되는 비인쇄 라인을 포함하되, 상기 비인쇄 라인 간의 간격이 인쇄 대상 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크도록 스크린 메쉬를 준비하는 단계; 상기 스크린 메쉬를 상기 반도체 기판 위에 위치시킨 후, 도펀트 페이스트를 스크린 프린터를 이용하여 상기 반도체 기판 위에 인쇄하는 단계; 및 상기 도펀트 페이스트가 인쇄된 반도체 기판을 열처리하여 도펀트를 확산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 따르면, 태양전지의 에미터층과 전극 사이의 접촉 저항을 낮추기 위한 선택적 에미터를 선폭이 적절히 조절된 스크린 메쉬를 이용함으로써 페이스트의 옆퍼짐 현상에 의해 간단한 공정 및 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.
태양전지, 광기전력효과, 반도체, 선택적 에미터, 비인쇄 라인, 스크린 메쉬

Description

태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법{Method of preparing selective emitter of solar cell and method of preparing 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 현재 개발되고 있는 일반적인 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 선택적 에미터를 구비하는 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 옆퍼짐 현상이 본 발명에서 이용되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 선택적 에미터 형성방법 및 스크린 메쉬를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 태양전지의 에미터층과 전극 사이의 접촉 저항을 낮추기 위한 선택적 에미터를 선폭이 적절히 조절된 스크린 메쉬를 이용함으로써 페이스트의 옆퍼짐 현상에 의해 간단한 공정 및 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 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 반도 체(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 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 출력전류전압곡선을 측정함으로써 평가되고, 이 곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip X Vp가 최대가 되는 점을 최대출력 Pm이라 부르고, 상기 Pm을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S X I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값을 변환효율 η로 정의한다. 변환효율 η를 높이기 위해서는 단락전류Isc(전류전압곡선 상에서 V=0일 때의 출력전류) 또는 개방전압 Voc(전류전압곡선 상에서 I=0일 때의 출력전압)를 높이거나 출력전류전압곡선의 각형에 가까운 정도를 나타내는 FF(fill factor)를 높여야 한다. FF의 값이 1에 가까울수록 출력전류전압곡선이 이상적인 각형에 근접하게 되고, 변환효율 η도 높아지는 것을 의미하게 된다.
도 2는 현재 개발되고 있는 일반적인 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. p-n 접합을 형성하는 제1 도전형 기판(201) 및 제2 도전형 반도체층(202), 전면전극(203) 및 후면전극(204) 외에 반사방지막(205) 및 BSF(Back Surface Field)층(206)이 더 구비되어 태양광의 흡수율을 향상시키고 캐리어의 전달 저항을 감소시켜 효율을 향상시킨다. 또한, 최근에는 전극(203)과 에미터층(202) 사이의 접촉저항을 감소시키기 위하여, 도 3에 도시된 태양전지와 같이 에미터층(202) 중 전극과 접하는 영역은 두껍게 형성하고 그렇지 않은 영역은 그보다 얇게 형성하여 케리어의 라이프 타임(life time)을 향상시킨다. 이러한 구조의 에 미터를 선택적 에미터라고 한다.
이러한 선택적 에미터는 전극(203)과 에미터층(202) 간의 접촉 저항을 감소시켜 효율에 기여하는 바가 크나, 그 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하려는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다
본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양전지의 에미터층과 전극 사이의 접촉 저항을 낮추기 위한 선택적 에미터의 제조 공정을 간소화하고 제조 단가를 감소시키고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 선택적 에미터의 제조방법, 이를 포함하는 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 태양전지를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 스크린 프린팅을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법으로서, 지지체 및 상기 지지체를 통해 도펀트 페이스트가 통과하지 못하도록 상기 지지체 상에 형성되는 비인쇄 라인을 포함하되, 상기 비인쇄 라인 간의 간격이 인쇄 대상 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크도록 스크린 메쉬를 준비하는 단계; 상기 스크 린 메쉬를 상기 반도체 기판 위에 위치시킨 후, 도펀트 페이스트를 스크린 프린터를 이용하여 상기 반도체 기판 위에 인쇄하는 단계; 및 상기 도펀트 페이스트가 인쇄된 반도체 기판을 열처리하여 도펀트를 확산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 제공한다.
상기 선택적 에미터 형성방법에 있어서, 상기 스크린 메쉬의 비인쇄 라인의 폭은 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하고, 상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 80 ㎛이상인 것이 바람직하며, 상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하다. 상기 반도체 기판은 p형 반도체 기판인 것이 바람직하며, 이때 에미터 형성을 위한 도펀트로는 P, As 또는 Sb이 대표적으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 태양전지의 선택적 에미터 형성을 위해 반도체 기판 위에 도펀트 페이스트를 스크린 프린팅하는데 사용되는 스크린 메쉬로서, 지지체 및 상기 지지체를 통해 상기 도펀트 페이스트가 통과하지 못하도록 상기 지지체 상에 형성되는 비인쇄 라인을 포함하되, 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 상기 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크린 메쉬를 제공한다.
상기 스크린 메쉬에 있어서, 상기 비인쇄 라인의 폭은 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하고, 상기 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상 기 비인쇄 라인 간의 간격은 80㎛ 이상인 것이 바람직하며, 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 선택적 에미터 형성방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법 및 이와 같은 태양전지 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지를 제공한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
태양전지의 선택적 에미터의 형성방법은 일반적인 에미터 형성방법과 동일하게, 도펀트 페이스트를 반도체 기판 위에 도포하고, 열처리를 통해 도펀트가 반도체 기판으로 확산(diffusion)되도록 함에 의해 이루어진다. 다만, 반도체 기판의 전면전극과 접하는 영역에서는 도펀트가 헤비 도핑되고 전면전극과 접하지 않는 영역에서는 도펀트가 라이트 도핑되어야 하므로, 도펀트 페이스트 도포시에 헤비 도핑되어야 할 영역에는 더욱 많은 양의 도펀트 페이스트를 도포하고 라이트 도핑되어야 할 영역에는 그보다 적은 양의 도펀트 페이스트를 도포한 후 열처리하게 된다. 종래에는, 헤비 도핑되어야 할 영역과 라이트 도핑되어야 할 영역에 도포되는 도펀트 페이스트의 양에 차이를 주기 위하여, 반도체 기판 전면(全面)에 균일하게 도펀트 페이스트를 도포한 후, 헤비 도핑되어야 할 영역에만 별도로 추가적인 도포를 하여야만 했다.
그러나, 본 발명에서는 반도체 기판에 도포된 도펀트 페이스트가 인쇄된 상 태대로 유지되지 않고 일부가 주위로 퍼져 나가는 옆퍼짐 현상을 이용하여 태양전지의 선택적 에미터 형성 공정을 단순화하였다.
도 4a 내지 도 4d는 옆퍼짐 현상이 본 발명에서 이용되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면을 이용하여 옆퍼짐 현상이 본 발명에 적용되는 원리를 설명한다.
먼저, 반도체 기판(401) 위에 메쉬형의 지지체(402) 상에 비인쇄 라인(403)이 구비된 스크린 메쉬가 위치하고(도 4a), 스크린 프린터(404)가 화살표 방향으로 이동하면서 도펀트 페이스트(405)를 스크린 메쉬의 지지체(402)를 통해 비인쇄 라인(403) 사이로 밀어 넣는다(도 4b). 그런 다음, 스크린 메쉬(402, 403)를 반도체 기판(401) 위에서 제거하면 페이스트(405)의 옆퍼짐 현상에 의해 주변으로 퍼지게 되며, 인쇄된 도펀트 페이스트(405)의 폭이 넓으면 넓을수록 옆퍼짐 현상에 의한 높이 감소는 작아진다(도 4c). 따라서, 인쇄된 도펀트 페이스트(405)의 폭이 크면 클수록, 그 높이 또한 커지게 된다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 선택적 에미터 형성방법 및 스크린 메쉬를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면을 이용하여 본 발명의 선택적 에미터 형성방법 및 스크린 메쉬에 대하여 구체적으로 살펴본다.
전면전극의 패턴이 결정되면, 반도체 기판(401)의 전면전극과 접하게 되는 영역에는 헤비 도핑되어야 하므로 도펀트 페이스트(405) 도포시 더욱 많은 양의 페이스트(405)가 도포되어야 하며(반도체 기판 위에 인쇄된 페이스트층이 더욱 높게 형성되어야 하며), 반도체 기판(401)의 전면전극과 접하지 않는 영역은 라이트 도 핑되어야 하므로 도펀트 페이스트(405) 도포시 헤비 도핑되어야 할 영역에 비해 적은 양의 페이스트(405)가 도포되어야 한다(반도체 기판 위에 인쇄된 페이스트층이 더욱 낮게 형성되어야 한다). 따라서, 본 발명에 있어서 스크린 메쉬의 비인쇄 라인(403) 간의 간격(Lb, Lc)은, 상기 반도체 기판(401)의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판(401)의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크게 형성되도록 준비된다(도 5a). 이와 같이 준비된 스크린 메쉬(302, 403)를 반도체 기판(401) 위에 위치시키고 스크린 프린터(404)를 이동시키면 도펀트 페이스트(405)는 비인쇄 라인(403) 사이사이의 빈 공간으로 채워지고(도 5b), 스크린 메쉬(402, 403)를 제거하면, 반도체 기판(401)의 헤비 도핑되어야 할 영역에는 라이트 도핑되어야 할 영역에 비해 높은 페이스트층이 남게 되고(도 5c). 열처리를 거치게 되면 반도체 기판(401)의 전면전극과 접하게 되는 영역에서는 헤비 도핑되고 그렇지 않은 부분에서는 라이트 도핑되도록 선택적 에미터가 형성된다(도 5d).
상기와 같은 선택적 에미터 형성방법에 있어서, 스크린 메쉬의 비인쇄 라인(403)의 폭(La)은 특별히 한정되지 않으며, 통상적으로 사용되는 도펀트 페이스트(405)의 점도를 고려할 때 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하다. 또한, 비인쇄 라인(403) 간의 간격은 통상적인 도펀트 페이스트(405)의 점도 및 에미터층의 두께 등을 고려할 때, 상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판(401)의 헤비 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인(403) 간의 간격(Lc)은 80㎛ 이상인 것이 바람직하며, 상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판(401)의 라이트 도핑되어야 할 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인(403) 간의 간격(Lb)은 수 ~ 80㎛인 것이 바람직하다.
상기 반도체 기판(401)으로는 p형 반도체 기판이 사용되는 것이 바람직하며, 이때 에미터 형성을 위한 도펀트로는 P, As 또는 Sb이 대표적으로 사용될 수 있다.
상기 스크린 메쉬의 비인쇄 라인(403)의 재질은 특별히 제한되지 않으나, 대표적으로 에멀젼으로 형성된다.
이와 같은 방법을 통해 선택적 에미터가 형성되면, 전면전극 및 후면전극, 반사방지막 등을 형성함에 의해 태양전지를 제조할 수 있다. 예를 들어, 에미터층 위에 반사방지막을 형성하고, 반사방지막 위에 소정 패턴에 따라 전면전극을 형성하고, 반도페 기판의 반대면에 후면전극을 형성한 후 열처리를 거쳐, 태양전지를 제조할 수 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 선택적 에미터 형성방법 및 태양전지의 제조방법에 따르면, 태양전지의 에미터층과 전극 사이의 접촉 저항을 낮추기 위한 선택적 에미터를 선폭이 적절히 조절된 스크린 메쉬를 이용함으로써 페이스트의 옆퍼짐 현상에 의해 간단한 공정 및 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.

Claims (12)

  1. 스크린 프린팅을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 있어서,
    지지체 및 상기 지지체를 통해 도펀트 페이스트가 통과하지 못하도록 상기 지지체 상에 형성되는 비인쇄 라인을 포함하되, 상기 비인쇄 라인 간의 간격이 인쇄 대상 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 제1 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 제2 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크도록 스크린 메쉬를 준비하는 단계;
    상기 스크린 메쉬를 상기 반도체 기판 위에 위치시킨 후, 도펀트 페이스트를 스크린 프린터를 이용하여 상기 반도체 기판 위에 인쇄해서, 상기 제1 영역 도포된 도펀트 페이스트의 높이가 상기 제2 영역에 도포된 도펀트 페이스트의 높이보다 높게 형성하는 단계; 및
    상기 도펀트 페이스트가 인쇄된 반도체 기판을 열처리하여 도펀트를 확산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 메쉬의 비인쇄 라인의 폭은 수 ~ 80㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판의 제1 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 80㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 메쉬의 상기 반도체 기판의 제2 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 수 ~ 80㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 p형 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도펀트는 P, As, Sb로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
  7. 태양전지의 선택적 에미터 형성을 위해 반도체 기판 위에 도펀트 페이스트를 스크린 프린팅하는데 사용되는 스크린 메쉬에 있어서,
    지지체 및 상기 지지체를 통해 상기 도펀트 페이스트가 통과하지 못하도록 상기 지지체 상에 형성되는 비인쇄 라인을 포함하되,
    상기 비인쇄 라인 간의 간격은, 상기 반도체 기판의 헤비 도핑되어야 할 제1 영역에 대응하는 부분에서 상기 반도체 기판의 라이트 도핑되어야 할 제2 영역에 대응하는 부분에서보다 더 크게 형성되고,
    상기 비인쇄 라인의 폭은 수 ~ 80㎛인 것을 특징으로 하는 스크린 메쉬.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 제1 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 80㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 스크린 메쉬.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 제2 영역에 대응하는 부분에서의 상기 비인쇄 라인 간의 간격은 수 ~ 80㎛인 것을 특징으로 하는 스크린 메쉬.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 선택적 에미터 형성방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제11항에 따른 태양전지의 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지.
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