KR20130013916A - 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고농도의 에미터층을 형성함으로써 효율을 향상시키고 공정 진행이 빠르고 도펀트의 사용량을 절감할 수 있는 선택적 에미터의 형성 방법과 레이저 어닐링 공정을 진행할 때 Edge isolation공정을 같이 진행하는 방법을 이용한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법에 대한 것이다.
본 발명은 특정 불순물(P형)이 도핑된 실리콘 기판을 준비하여 표면조직화(texturing)하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막을 형성하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)를 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지막을 증착하는 단계와, 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 에미터층을 형성하는 단계와, 후면 전극 및 전면 전극을 형성하는 단계와, 상기 후면 전극 및 전면 전극의 건조 및 소성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 특정 불순물(P형)이 도핑된 실리콘 기판을 준비하여 표면조직화(texturing)하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막을 형성하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)를 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지막을 증착하는 단계와, 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 에미터층을 형성하는 단계와, 후면 전극 및 전면 전극을 형성하는 단계와, 상기 후면 전극 및 전면 전극의 건조 및 소성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고농도의 에미터층을 형성함으로써 효율을 향상시키고 공정 진행이 빠르고 도펀트의 사용량을 절감할 수 있는 선택적 에미터의 형성 방법과 레이저 어닐링 공정을 진행할 때 Edge isolation공정을 같이 진행하는 방법을 이용한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법에 대한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있으며, 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 함)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 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 및 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
그러나 현재 상업용으로 사용되고 있는 태양전지의 제조 공정에서 에미터층의 도핑농도와 깊이가 일정하여 고효율 실리콘 태양전지를 제조하기 위하여 제조 공정단계를 추가하면 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
또한 에미터층의도핑농도와 깊이가 일정하여 태양전지 표면에서 빛의 단파장 수광이 어렵고 전극과 태양전지 기판과의 접촉저항이 커서 효율을 저하시키는 요인이 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 태양전지 표면에서 빛의 수광면은 저농도로 에미터층을 형성하고 레이저 어닐링 공정을 이용하여 전극 아랫부분만 선택적으로 고농도 에미터층 형성과 그에 따른 광변환효율을 증가시키는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 특정 불순물(P형)이 도핑된 실리콘 기판을 준비하여 표면조직화(texturing)하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막을 형성하는 단계와, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물을 제거하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지막을 증착하는 단계와, 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 에미터층을 형성하는 단계와, 후면 전극 및 전면 전극을 형성하는 단계와, 상기 후면 전극 및 전면 전극의 건조 및 소성 단계로 이루어진다.
상기 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터를 형성한다.
상기 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행한다.
본 발명은 특정 불순물(P형)이 도핑되어 표면조직화(texturing)하는 실리콘 기판과, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막과, 상기 실리콘 기판의 전면에 증착된 반사방지막과, 상기 반사방지막에 일정 두께로 형성되는 에미터층과, 전면과 후면에 형성된 후 건조 및 소성되는 후면 전극 및 전면 전극으로 구성되되, 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)를 제거하고, 상기 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 상기 에미터층을 형성한다.
상기 에미터층에 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터를 형성한다.
상기 에미터층에 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행한다.
본 발명에 따르면 단순한 공정 추가로 광변환효율을 증가시킬 수 있어 고효율 실리콘 태양전지를 제조할 수 있다.
즉, 기존 n층은 도핑농도와 깊이를 줄이고 핑거 전극 아랫부분에 선택적으로 도핑농도와 깊이를 늘려서 고농도의 에미터층을 형성함으로써 추가적인 단파장의 광을 흡수하고 핑거 전극과 기판의 접촉저항을 줄여서 효율을 향상시키고 선택적 고농도 에미터층을 형성하는 과정에서 추가적인 도펀트를 사용하지 않고 레이저어닐링 공정만을 사용하기 때문에 공정 진행이 빠르고 도펀트의 사용량을 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면 고효율 실리콘 태양전지를 제조함에 있어, 제조 공정단계를 추가하지 않고, 도펀트 사용량을 줄일 수 있어, 전극 소성 시 보다 낮은 온도와 시간으로 원가를 절감할 수 있다.
도1은 종래 발명에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 도면.
도2는 종래 발명에 따른 태양전지 제조 방법을 보여주는 도면.
도3은 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지의 구조를 보여주는 도면.
도4는 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법을 보여주는 도면.
도5는 본 발명에 따른 레이저 어닐링 공정도를 보여주는 도면.
도2는 종래 발명에 따른 태양전지 제조 방법을 보여주는 도면.
도3은 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지의 구조를 보여주는 도면.
도4는 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법을 보여주는 도면.
도5는 본 발명에 따른 레이저 어닐링 공정도를 보여주는 도면.
이어지는 본 발명의 실시하기 위한 구체적인 내용은 사실상 본 발명의 단순한 예시에 해당하며 본 발명이나 본 발명의 적용 및 사용들을 제한하고자 의도된 것은 아니다. 또한, 앞에서 기재된 기술 분야, 배경기술, 발명의 목적 및 하기 상세한 설명에서 내포된 어떤 이론들에 의해 구속되고자 하는 어떤 의도도 없다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 설명을 위해 사용되는 용어와 공지된 공정에 대하여 정의한다.
"표면 조직화(texture)"는 표면 반사 손실을 줄이거나 입사 경로를 증가하고 광 흡수율을 높여 단락전류를 높이기 위한 목적으로 태양전지의 표면을 피라미드 또는 요철 구조 등으로 형성하는 방법이다.
"PSG 제거"는 n형 도핑시 형성된 산화막 제거 공정으로 선증착 공정이 마무리되면 산화물이 형성되는 데 실리콘 내부에 존재하는 불순물을 포함하고 있기 때문에 도핑공정 이후에 제거하는 것이다.
"건조와 소성"은 웨이퍼 표면에 인쇄된 금속이 시간 경과에 따라서 옆으로 선폭이 퍼지고 높이가 감소하므로 차광 손실을 주기 때문에 신속히 건조가 필요하고, 이 과정에서 유기물을 휘발하기 위해서 200도 이상에서 건조가 필요하다. 고온 소성의 목적은 전극을 적절한 열처리를 통해 금속 전극과 실리콘을 화학적으로 결합시켜 저항을 줄여 전류가 잘 흐르도록 하는 것이다. 이 외에도 많은 종래의 기술들이 있으며, 이 후 설명에서 간단하게 기술될 것이지만, 종래와 동일한 것은 아니고 본 발명의 특징에 맞게 변형된 기술임은 당연하다.
이하 본 발명의 실시를 위한 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지에 대해 구체적인 내용을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도3에서 보는 바와 같이 본 발명은 실리콘 기판(1)과 절연막(미도시)과 반사방지막(20)과 에미터층(30, 40)과 후면 전극 및 전면 전극(50, 10)으로 크게 구성된다.
상기 실리콘 기판(1)은 특정 불순물(P형)이 도핑되어 표면조직화(texturing)하는 기판으로서, 태양전지를 구성하는 p형 및 n형 반도체 중 하나이다.
상기 절연막은 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 막이고, 반사방지막은 상기 실리콘 기판(1)의 전면에 증착된 막이다.
상기 에미터층(30, 40)은 상기 반사방지막에 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 층을 형성한 것이다.
상기 후면 전극 및 전면 전극(50, 10)은 전면과 후면에 형성된 후 건조 및 소성되는 전극으로서 종래 기술과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)을 제거하고, 상기 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층(30)에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 상기 에미터층(40)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 에미터층(30)에 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터층(40)을 형성하고, 상기 에미터층(30, 40)에 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행하는 데 자세한 설명은 이하에서 기술한다.
구체적으로 본 발명의 방법에 따르면 태양전지 공정 중 반사방지막 증착 공정 후, 전면전극 형성 공정 전에 레이저를 사용하여 선택적으로 어닐링하여 고농도의 에미터층(40)을 형성한다.
여기에서 상기 레이저 어닐링을 이용하는 선택적 고농도 에미터층 형성 방식은 태양전지 제조 공정에서 반사방지막 증착공정 후 진행한다.
이 방식은 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산을 시켜 고농도의 보다 두꺼운 에미터층을 형성한다.
동시에 태양전지 제조공정에서 꼭 필요한 Edge isolation공정을 진행하여 공정단계를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터층을 형성할 수 있다.
이러한 기판의 에미터층(40)은 전극 형성 후 건조 및 소성에서 전면전극부분에 반사방지막(20)이 제거가 되었기 때문에 소성 온도와 시간을 단축시킬 수 있고 또한 에미터층이 두껍기 때문에 소성 조건을 맞추기에도 용이하다.
따라서 이렇게 완성된 태양전지 전면의 수광 부분(전극이 없는 부분)은 일반적 태양전지보다 도핑농도가 낮고 얇은 에미터층을 형성하여 보다 단파장의 태양광까지 흡수할 수 있고, 전면전극 아랫부분은 상대적으로 도핑농도가 높고 두꺼운 에미터층을 형성하여 태양전지 기판과 전극과의 접촉저항을 줄여서 광변환 효율을 높일 수 있다.
이하 본 발명의 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법에 대한 자세한 설명을 도면을 참조하여 진행한다.
먼저 도4에서 보는 바와 같이 특정 불순물(P형)이 도핑된 실리콘 기판을 준비하여 표면조직화(texturing)한다(S110).
그리고 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막을 형성한다(S120).
계속하여 상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)을 제거한다(S130).
그리고 상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지막을 증착한다(S140).
또한 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 에미터층을 형성한다(S150).
여기에서 도5에서 보는 바와 같이 상기 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터를 형성하는 것이 바람직하고, 상기 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행하는 것이 바람직하다.
계속하여 후면 전극 및 전면 전극을 형성하고, 상기 후면 전극 및 전면 전극의 건조 및 소성한다(S160, S170, S180).
전술한 발명의 상세한 설명에서 적어도 하나의 실시예가 제시되었지만, 수많은 실시예가 가능함이 인지되어야 할 것이다. 상기 실시예들은 단지 예시일뿐이며 본 발명의 범위,응용, 또는 구성을 한정하고자 의도된 것아 아님이 인지되어야 할 것이다.
1 : 실리콘 기판 10 : 전면 전극
20 : 반사방지막 30, 40 : 에미터층
50 : 후면 전극
20 : 반사방지막 30, 40 : 에미터층
50 : 후면 전극
Claims (6)
- 특정 불순물(P형)이 도핑된 실리콘 기판을 준비하여 표면조직화(texturing)하는 단계와;
상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막을 형성하는 단계와;
상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)을 제거하는 단계와;
상기 실리콘 기판의 전면에 반사방지막을 증착하는 단계와;
레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 에미터층을 형성하는 단계와;
후면 전극 및 전면 전극을 형성하는 단계와;
상기 후면 전극 및 전면 전극의 건조 및 소성 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 제조 방법. - 특정 불순물(P형)이 도핑되어 표면조직화(texturing)하는 실리콘 기판과;
상기 불순물과 반대 도전형인 불순물(N형)이 함유된 절연막과;
상기 실리콘 기판의 전면에 증착된 반사방지막과;
상기 반사방지막에 일정 두께로 형성되는 에미터층과;
전면과 후면에 형성된 후 건조 및 소성되는 후면 전극 및 전면 전극;
으로 구성되되,
상기 불순물과 반대 도전형인 불순물이 형성하는 공정 중 생성된 산화물(Phosphorous silicate glass; PSG)를 제거하고, 상기 레이저로 반사방지막 층을 스크라이빙하는 동시에 기존 n형 에미터층에 에너지를 가해 어닐링을 하여 선택적으로 확산시켜 일정 두께의 상기 에미터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 에미터층에 레이저 어닐링 공정 시 도펀트를 추가하지 않고 선택적 고농도의 에미터를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 에미터층에 레이저를 사용한 어닐링 공정과 edge isolation공정을 한 공정단계에서 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110075849A KR20130013916A (ko) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110075849A KR20130013916A (ko) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | 레이저 어닐링을 이용하여 선택적 고농도 에미터층을 형성한 태양전지 및 그 태양전지 제조 방법 |
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|---|---|
| KR20130013916A true KR20130013916A (ko) | 2013-02-06 |
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ID=47894310
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| KR (1) | KR20130013916A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150117034A (ko) * | 2014-04-09 | 2015-10-19 | 현대중공업 주식회사 | 고효율 perl 태양전지의 제조방법 및 그 태양전지 |
-
2011
- 2011-07-29 KR KR1020110075849A patent/KR20130013916A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20150117034A (ko) * | 2014-04-09 | 2015-10-19 | 현대중공업 주식회사 | 고효율 perl 태양전지의 제조방법 및 그 태양전지 |
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