KR20110060130A - Method for making selective emitter when solar cell is fabricated - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법에 관한 것으로, 특히 고효율의 태양전지를 만들기 위하여 태양전지의 전극 버스 바 형성 위치 아래에 선택적 에미터를 형성할 수 있도록 하는 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a selective emitter in the manufacture of solar cells, in particular, to produce a selective emitter under the electrode bus bar formation position of the solar cell in order to make a highly efficient solar cell A method of forming an emitter.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.The solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, solar light is incident on the pn junction of the solar cell to generate electron-hole pairs, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Thus, photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.On the other hand, solar cells are classified into various types according to the shape of the light absorption layer or the impurity ions, which are pn junction layers. Examples of the light absorption layer include silicon (Si). The silicon substrate type used as the light absorption layer is divided into a thin film type which forms a light absorption layer by depositing silicon in a thin film form.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.Looking at the general structure of the silicon substrate type of silicon-based solar cell as an example.
도 1에 도시한 바와 같이, p형 반도체층(11) 위에 에미터층인 n형 반도체층(12)이 적층되며, n형 반도체층(12)의 상부에 전면전극(14)이 구비되고 p형 반도체층(11)의 하부에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다. 이때, p형 반도체층(11) 및 n형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 p형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 n형 반도체층(12)으로 구분되며, n형 반도체층(12)은 일반적으로 p형 반도체층(11)에 n+ 불순물 이온을 도핑(Doping), 확산(Diffusion)시켜 형성된다.As shown in FIG. 1, the n-
이러한 기판형 실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링, n+ 불순물 이온 주입·확산을 통한 n형 반도체층 형성, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 여기서, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 전에, 확산 공정에 의해 기판(10) 표면에 형성된 PSG 등의 불순물층을 제거하는 공정 및 n형 반도체층(12) 위에 반사방지막(13)을 형성하는 공정 등을 진행하는 것이 바람직하다.The substrate-type silicon solar cell prepares a p-
이와 같은 기판형 실리콘계 태양전지는 n형 반도체층(12)의 도핑이 낮을수록 전자-정공의 재결합율이 낮아 광 발전 효율은 좋지만, 기판 저항이 높아져서 기판(10)과 전극과의 접촉 저항 차이로 인해 광 발전시 생성된 전자를 포집할 때 그 효율이 떨어지는 단점이 있다.In the substrate type silicon solar cell as described above, the lower the doping of the n-
이에 최근에는 상술한 바와 같은 단점을 해결하기 위해 레이저를 이용하여 전극 버스 바 형성 위치 아래의 n형 반도체층(12), 즉 에미터층에 고농도 도핑 영역, 예를 들어 n++ 도핑 영역을 형성한 후, 형성된 고농도 도핑 영역 위에 전극 버스 바를 형성함으로써, 기판(10)과 전극 간의 접촉 저항 차이를 줄여주고 있다. 여기서 n형 반도체층(12)에 형성된 고농도 도핑 영역을 선택적으로 형성된 에미터, 즉 선택적 에미터(Selective Emitter)라 한다.Recently, in order to solve the above-mentioned disadvantages, a high concentration doping region, for example, an n ++ doping region is formed on the n-
그러나, 이와 같이 태양전지 제조 시 레이저를 이용하여 선택적으로 에미터를 형성하는 종래의 방식은 레이저에 의한 기판(10)의 표면 손상 및 기판(10) 상의 파티클 발생을 초래하는 한편, 태양전지의 전극 버스 바를 따라 일일이 레이저를 조사하는 방식으로 진행되기 때문에 공정 소요 시간이 오래 걸려 작업 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.However, such a conventional method of selectively forming an emitter using a laser when manufacturing a solar cell results in surface damage of the
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 확산 공정을 통해 기판 표면에 형성되어 있는 화합물층 표면에 열에너지를 전달하여, 화합물층의 열에너지를 전달받은 부위에 존재하는 불순물을 에미터층에 확산시켜 전극 버스 바 형성 위치 아래의 에미터층을 높은 농도로 도핑하여 선택적 에미터를 단번에 형성할 수 있도록 하는 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems described above, by transferring the thermal energy to the surface of the compound layer formed on the surface of the substrate through a diffusion process, to diffuse the impurities present in the area receiving the thermal energy of the compound layer to the emitter layer The present invention provides a method for forming a selective emitter in the manufacture of a solar cell, which allows a selective concentration of the emitter layer at a high concentration by doping the emitter layer under the electrode bus bar formation position.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법은, 제1도전형 실리콘 기판 상에 불순물을 주입·확산하여 제1도전형 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형 반도체층을 형성하고, 상기 실리콘 기판의 표면에 불순물층을 형성하는 단계와; 선택적 에미터 형성 장치를 사용하여 불순물층에 국부적으로 열에너지를 전달하여 불순물층의 열에너지를 전달받은 부위에 존재하는 불순물을 상기 제2도전형 반도체층에 확산시켜 상기 제2도전형 반도체층의 전극 버스 바 형성 위치 아래 부위를 도핑함으로써 선택적 에미터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.Selective emitter forming method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, by implanting and diffusing impurities on the first conductive silicon substrate of the first conductive silicon substrate Forming a second conductive semiconductor layer on an upper layer, and forming an impurity layer on a surface of the silicon substrate; An electrode bus of the second conductive semiconductor layer is diffused into the second conductive semiconductor layer by impurity that is locally transferred to the impurity layer using a selective emitter forming device to diffuse impurities present in the portion where the thermal energy of the impurity layer is received. Preferably, the method comprises forming a selective emitter by doping the portion below the bar forming position.
여기서, 상기 선택적 에미터를 형성하는 단계는, 불순물 주입 확산 공정을 통해 상기 실리콘 기판 표면에 형성되어 있는 불순물층 표면에 상기 선택적 에미터 형성 장치의 열판 하부에 전극 버스 바 패턴에 대응하는 형태로 패터닝된 열전도성 핀을 접촉시켜 상기 불순물층의 전극 버스 바 패턴에 대응하는 부위에 열에너지를 전달하는 것이 바람직하다.The forming of the selective emitter may include patterning an electrode bus bar pattern under a hot plate of the selective emitter forming apparatus on the surface of the impurity layer formed on the surface of the silicon substrate through an impurity implantation diffusion process. It is preferable to transfer thermal energy to a portion corresponding to the electrode bus bar pattern of the impurity layer by contacting the thermally conductive fins.
상기 불순물층은, PSG층(Phosphorus Silicate Glass) 또는 BSG(Boron Silicate Glass)층인 것이 바람직하다.The impurity layer is preferably a PSG layer (Phosphorus Silicate Glass) or BSG (Boron Silicate Glass) layer.
본 발명에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법에 의하면, 확산 공정을 통해 기판 표면에 형성되어 있는 화합물층 표면에 국부적으로 열에너지를 전달하여, 화합물층의 열에너지를 전달받은 부위에 존재하는 불순물을 에미터층에 확산시켜 전극 버스 바 형성 위치 아래의 에미터층을 높은 농도로 도핑하여 선택적 에미터를 단번에 형성함으로써, 기판의 표면 손상 및 기판 상의 파티클 발생없이 빠른 속도로 선택적 에미터 형성 공정을 진행하여 작업의 효율성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.According to the method of forming a selective emitter in manufacturing a solar cell according to the present invention, by locally transferring thermal energy to the surface of the compound layer formed on the surface of the substrate through a diffusion process, the impurities present in the portion receiving the thermal energy of the compound layer By diffusing the emitter layer and doping the emitter layer under the electrode bus bar forming position to a high concentration to form selective emitters at once, the selective emitter forming process is performed at high speed without damaging the surface of the substrate and generating particles on the substrate. It has the effect of improving efficiency.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법 및 선택적 에미터 형성 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법을 설명하기 위한 참고도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the selective emitter forming method and the selective emitter forming apparatus when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a selective emitter when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, Figures 3 to 5 is a selective emitter when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention It is a reference figure for demonstrating a formation method.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 2 will be described with respect to the selective emitter forming method when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비한다(S100). 여기서, 제1도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다. 이때, 상기한 단계 S100을 통해 제1도전형의 실리콘 기판(10)이 준비된 상태에서, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링 공정을 진행한다(S110). 이때 텍스쳐링 공정은 실리콘 기판(10) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 요철을 형성할 수 있다.First, the
상기한 단계 S110 다음에는, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상층부에 n형 불순물 이온, 예를 들어 인(P)을 주입, 확산시킨다(S120). 이에 따라 도 3에 도시한 바와 같이, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 하층부는 제1도전형의 반도체층 즉, p형 반도체층(11)을 이루게 되고, 그 상층부는 제2도전형의 반도체층 즉, n형 반도체층(12)을 이루게 되고, 상기한 단계 S120에서의 확산 공정에 의해 기판(10)의 표면에는 불순물층인 PSG(Phosphorus Silicate Glass)층(16)이 형성된다(S130). 이러한 PSG층(16)은 상기한 단계 S120을 통한 확산 공정이 끝난 후 기판(10) 표면에 잔존하는 인(P)을 포함하여 형성되어 추가 확산에 충분한 량의 인(P)을 함유하고 있다.After step S110, n-type impurity ions such as phosphorus (P) are implanted and diffused into the upper layer of the first conductive silicon substrate 10 (S120). As a result, as shown in FIG. 3, the lower layer portion of the first
상기한 단계 S130 이후, 도 4에 도시한 바와 같이 열판(21) 하부에 태양전지의 전극 버스 바 패턴에 대응하는 패턴 형태로 열전도성 핀(22)이 패터닝되어 이루어진 선택적 에미터 형성 장치(20)를 사용하여 PSG층(16)에 국부적으로 열에너지를 전달한다(S140).After the step S130 described above, as shown in FIG. 4, the selective
상기한 단계 S140에서는 확산 공정을 통해 기판 표면에 형성되어 있는 PSG층(16) 표면에 선택적 에미터 형성 장치의 열판(21) 하부에 전극 버스 바 패턴에 대응하는 형태로 패터닝된 열전도성 핀(22)을 접촉시켜 PSG층(16)의 전극 버스 바 패턴에 대응하는 부위에 열에너지를 전달하는 것이 바람직하다.In the step S140, the thermally
그러면, 상기한 단계 S140을 통해 PSG층(16)의 열에너지를 전달받은 부위에 존재하는 인(P)이 제2도전형 반도체층에 확산되어 제2도전형 반도체층의 전극 버스 바 형성 위치 아래 부위가 높은 농도로 도핑됨으로써, 선택적 에미터(17)를 단번에 형성하게 된다(S150).Then, the phosphorus (P) present in the site where the thermal energy of the
이후, 세정 공정을 수행하여 기판(10)의 표면에 형성된 PSG층(17)을 제거하고, 기판(10)의 제2도전형 반도체층 상에 화학기상증착 공정 등을 이용하여 반사방지막(13)을 형성한 다음, 도 5에 도시한 바와 같이 기판(10)의 상부면 아래로 형성된 선택적 에미터(17)에 접촉하도록 기판(10)의 상부면에 Ag 또는 Al 등의 금속재를 전극 버스 바 형성 위치에 패터닝하여 전면전극(14)을 형성함으로써, 태양전지를 제조하게 된다.Thereafter, the
다르게는, 상기한 단계 S100에서의 준비된 제1도전형의 실리콘 기판에 있어 서, 제1도전형이 n형인 경우, 준비된 제1도전형의 실리콘 기판의 상층부에 p형 불순물 이온, 예를 들어 붕소(B)를 주입, 확산시킨다. 이에 따라 제1도전형의 실리콘 기판의 하층부는 제1도전형의 반도체층 즉, n형 반도체층을 이루게 되고, 그 상층부는 제2도전형의 반도체층 즉, p형 반도체층을 이루게 된다. 이때 기판(10)의 표면에는 불순물층인 BSG(Boron Silicate Glass)층이 형성된다. 이러한 BSG층은 확산 공정이 끝난 후 기판(10) 표면에 잔존하는 붕소(B)를 포함하여 형성되어 추가 확산에 충분한 량의 붕소(B)를 함유하고 있다.Alternatively, in the silicon substrate of the first conductive type prepared in step S100, when the first conductivity type is n type, p-type impurity ions, for example, boron, are formed on the upper layer of the prepared first conductive silicon substrate. (B) is injected and diffused. Accordingly, the lower layer portion of the first conductive silicon substrate forms the first conductive semiconductor layer, that is, the n-type semiconductor layer, and the upper layer portion forms the second conductive semiconductor layer, that is, the p-type semiconductor layer. At this time, a BSG (Boron Silicate Glass) layer is formed on the surface of the
이후, 열판 하부에 태양전지의 전극 버스 바 패턴에 대응하는 패턴 형태로 열전도성 핀이 패터닝되어 이루어진 선택적 에미터 형성 장치를 사용하여 BSG층에 국부적으로 열에너지를 전달하여, BSG층의 열에너지를 전달받은 부위에 존재하는 붕소(B)를 제2도전형 반도체층에 확산시켜 제2도전형 반도체층의 전극 버스 바 형성 위치 아래 부위를 높은 농도로 도핑함으로써, 선택적 에미터를 단번에 형성하게 된다.Subsequently, the thermal energy is locally transferred to the BSG layer using a selective emitter forming device in which a thermally conductive fin is patterned in a pattern corresponding to the electrode bus bar pattern of the solar cell under the heat plate to receive the thermal energy of the BSG layer. The boron (B) present in the site is diffused into the second conductive semiconductor layer and doped at a high concentration under the electrode bus bar formation position of the second conductive semiconductor layer, thereby forming an optional emitter at once.
본 발명에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.The selective emitter forming method for manufacturing a solar cell according to the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be carried out in various modifications within the range allowed by the technical idea of the present invention.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a typical solar cell.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법을 설명하기 위한 순서도.2 is a flow chart illustrating a method of forming a selective emitter when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시의 선택적 에미터 형성 방법을 설명하기 위한 참고도.3 to 5 are reference diagrams for explaining a method of forming a selective emitter when manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
10: 기판 11: p형 반도체층10: substrate 11: p-type semiconductor layer
12: n형 반도체층 13: 반사방지막12: n-type semiconductor layer 13: antireflection film
14: 전면전극 15: 후면전극14: front electrode 15: rear electrode
16: PSG층 17: 선택적 에미터16: PSG layer 17: optional emitter
20: 선택적 에미터 형성 장치 21: 열판20: optional emitter forming apparatus 21: hot plate
22: 열전도성 핀22: thermally conductive pin
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KR1020090116628A KR20110060130A (en) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | Method for making selective emitter when solar cell is fabricated |
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Cited By (2)
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CN109192811A (en) * | 2018-08-09 | 2019-01-11 | 江苏辉伦太阳能科技有限公司 | A kind of preparation method of SE battery |
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2009
- 2009-11-30 KR KR1020090116628A patent/KR20110060130A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102881772A (en) * | 2012-10-15 | 2013-01-16 | 浙江正泰太阳能科技有限公司 | Preparation method of solar cell with selective emitter |
CN102881772B (en) * | 2012-10-15 | 2015-10-07 | 浙江正泰太阳能科技有限公司 | A kind of preparation method of selective emitter solar battery |
CN109192811A (en) * | 2018-08-09 | 2019-01-11 | 江苏辉伦太阳能科技有限公司 | A kind of preparation method of SE battery |
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