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KR20100115193A - 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 제조방법 Download PDF

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KR20100115193A
KR20100115193A KR1020090033806A KR20090033806A KR20100115193A KR 20100115193 A KR20100115193 A KR 20100115193A KR 1020090033806 A KR1020090033806 A KR 1020090033806A KR 20090033806 A KR20090033806 A KR 20090033806A KR 20100115193 A KR20100115193 A KR 20100115193A
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KR
South Korea
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conductive oxide
transparent conductive
semiconductor layer
forming
transparent
Prior art date
Application number
KR1020090033806A
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English (en)
Inventor
이정우
박성기
심경진
김태윤
박원서
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US12/654,493 priority patent/US8173483B2/en
Priority to TW098144619A priority patent/TWI413271B/zh
Priority to JP2009292460A priority patent/JP5474525B2/ja
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Abstract

본 발명은, 투명한 절연기판 상에 투명 도전성 산화물(TCO :Transparent Conductive Oxide)을 상온에서 증착하여 전면에 투명 도전성 산화물층을 형성하는 단계와; 상기 투명 도전성 산화물층에 IR 레이저 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 상기 투명 도전성 산화물층을 결정화하는 단계와; 상기 결정화된 투명 도전성 산화물층을 식각액에 노출시킴으로써 상기 투명 도전성 산화물층 표면에 그 크기가 일정한 다수의 철부를 형성하는 단계와; 상기 다수의 철부를 갖는 투명 도전성 산화물층을 패터닝하여 서로 이격하며 표면에 일정한 크기의 다수의 철부를 갖는 다수의 투명전극을 형성하는 단계와; 상기 다수의 투명전극 위로 p-n 접합 반도체층을 전면에 형성하고 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 다수의 p-n 접합 반도체층 위로 반사 특성이 우수한 금속물질을 증착하여 전면에 금속물질층을 형성하고, 이를 패터닝하여 이격하는 다수의 배면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양양전지의 제조방법을 제공한다.
태양전지, 솔라셀, 레이저장치, 투명전극, 결정화

Description

태양전지의 제조방법{Method of fabricating the same}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 태양전지(solar cell) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기 광학적 특성을 향상시켜 그 효율을 극대화시킬 수 있는 대양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로써 p형의 반도체와 n형의 반도체의 접합형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 동일하다.
대부분 보통의 태양전지는 서로 마주하는 전극 사이에 p형 반도체층과 n형 반도체층으로 구성된 p-n 접합 반도체층의 구조로서 이루어지고 있다.
이때, 이러한 태양전기가 광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 기본적으로 갖춰야 하는 요건은 상기 p-n 접합 반도체층 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다. 즉, 상기 p-n 접합 반도체층에서 n형 반도체층은 큰 전자밀도(electron density)와 작은 정공밀 도(holedensity)를 가지고 있고, p형 반도체층은 작은 전자밀도와 큰 정공밀도를 갖도록 이루어져야 한다. 따라서, 열적 평형상태에서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 이루어진 상기 p-n 접합 반도체층 내에서는 캐리어(carrier)의 농도 구배(句配)에 의한 확산으로 전하의 불균형이 생기고, 이로 인해 전기장(electric field)이 형성되어 더 이상의 캐리어의 확산이 일어나지 않게 된다. 이때, 상기 p-n 접합 반도체층 내부에 이를 이루는 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드 갭 에너지(band gap energy) 보다 큰 에너지를 갖는 빛이 조사되었을 경우, 빛 에너지를 받은 전자들은 가전자대에서 전도대로 여기(excite) 되게 되며, 이때, 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동할 수 있게 되고, 가전자대에는 전자들이 빠져나간 자리에 정공이 생성된다. 이렇게 생성된 자유전자와 정공을 과잉(excess) 캐리어라고 하며, 상기 과잉 캐리어들은 전도대 또는 가전자대 내에서 농도차이에 의해서 확산하게 된다. 이때, 상기 과잉 캐리어 즉, p형 반도체에서 여기된 전자들과 n형 반도체에서 만들어진 정공을 각각의 소수 캐리어(minority carrier)라 정의되며, 기존 접합 전의 p형 또는 n형 반도체내의 캐리어(즉, p형의 정공 및 n형의 전자)는 이와 구분해 다수 캐리어(majority carrier)라 정의된다. 이때, 상기 다수 캐리어들은 전기장으로 인한 에너지 장벽(energy barrier) 때문에 흐름의 방해를 받지만, p형의 소수캐리어인 전자는 n형 쪽으로 이동할 수 있게 된다. 상기 소수캐리어의 확산에 의해 p-n 접합 반도체층 내부에 전압차(potential drop)가 생기게 되며, 상기 p-n 접합 반도체층 양극단에 발생된 기전력을 이들 반도체층을 외부 회로에 연결하면 전지로서 작용하 게 된다.
한편, 전술한 기능을 갖는 태양전지는 전술한 바와 같은 내부 작용을 통해 발생한 기전력을 이용하기 위해 상기 p-n 접합 반도체층을 기준으로 그 외측으로 투명전극과 배면전극을 형성하고 있으며, 외부의 광원으로부터 보다 효율적으로 광을 상기 p-n 접합 반도체층 내부로 받아들이도록 하기 위해 상기 투명전극의 표면에 요철이 형성되도록 하고 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 태양전지의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(1) 상에 투명 도전성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide)을 300도 내지 600도의 고온의 분위기에서 스퍼터 장치(미도시)를 통해 전면에 증착함으로써 그 표면이 평탄한 상태의 투명전극(4)을 형성한다. 이때, 상기 고온의 분위기에서 투명 도전성 산화물의 스퍼터링에 의한 증착은 부분적인 결정화를 동반함으로써 상기 투명전극(4)은 랜덤하게 마이크로 결정화된 부분과 마이크로 결정화된 부분 사이의 비결정화된 부분이 존재하게 된다.
이후, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 투명 도전성 산화물로 이루어진 투명전극(4)이 형성된 상기 기판(1)을 상기 투명 도전성 산화물과 반응하는 식각액이 담긴 수조(미도시)에 담그는 디핑을 실시하거나 또는 상기 투명전극(4) 표면에 상기 식각액을 스프레이 하는 등의 식각 공정을 진행함으로써 상기 투명전극(4)의 표면에 요철(6)을 형성한다. 이 경우 상기 투명전극(4)의 상기 식각액에 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 완전히 식각되지 않고 그 표면에 대해서 일부는 식각되 고 일부는 식각이 진행되지 않음으로써 그 표면에 올록볼록한 요철(6)이 형성되게 된다. 그리고 상대적으로 결정화가 이루어진 부분보다 결정화가 이루어지지 않은 부분간의 식각율 차이로 인해 더욱더 올록볼록한 요철(6)이 형성되게 된다.
다음, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 그 표면에 요철(6)이 형성된 상기 투명전극(4)에 대해 레이저 장치(미도시)를 이용하여 제거되어야 영역에 레이저 빔을 조사함으로써 상기 투명전극(도 1b의 4)을 패터닝 한다. 따라서 상기 패터닝된 투명전극(8)은 상기 투명한 절연기판(1) 상에서 셀 단위로 이격하는 형태를 이루게 된다.
다음, 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 각 셀별로 패터닝되며 형성된 다수의 투명전극(8) 위로 n형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 n형 반도체층(10)을 기판(1) 전면에 형성하고, 연속하여 상기 n형 반도체층(10) 위로 p형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 p형 반도체층(15)을 형성함으로써 p-n 접합 반도체층(20)을 형성한다.
이후, 도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 p-n 접합 반도체층(20)에 대해 레이저 장치(미도시)를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 상기 p-n 접합 반도체층(20)을 패터닝한다.
다음, 도 1f에 도시한 바와 같이, 상기 패터닝된 p-n 접합 반도체층(20) 위로 금속물질을 전면에 증착하고 이를 패터닝하여 배면전극(30)을 형성함으로써 태양전지(50)를 완성할 수 있다.
하지만, 전술한 바와 같이 제작된 태양전지(50)는 상기 투명전극(8)의 표면 을 확대도시한 도 2를 참조하면, 상기 투명전극(8) 표면에 형성된 요철(6)이 그 크기가 작고 불규칙적으로 형성되고 있다. 즉, 투명 도전성 산화물을 증착하는 과정에서 부분적으로 결정화가 이루어진 부분과 결정화가 이루어지지 않은 부분의 식각율 차이를 이용하여 식각을 진행함으로서 상기 요철(6)이 형성되므로, 결정화된 부분이 매우 불규칙적이고, 결정화가 이루어진다고 해도 매우 마이크로한 결정화가 이루어지므로 철부(6) 자체가 매우 작고, 그 철부(6)의 측면과 기판(1) 표면이 이루는 각 등이 매우 불규칙하여 기판(1) 표면을 통해 입사되는 빛의 효과적인 산란이 이루어지지 않아 태양전지(50)의 효율이 저감되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 투명전극의 표면에 그 크기가 일정하고 규칙적인 요철을 형성함으로서 외부광을 효과적으로 흡수하여 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 투명한 절연기판 상에 투명 도전성 산화물(TCO :Transparent Conductive Oxide)을 상온에서 증착하여 전면에 투명 도전성 산화물층을 형성하는 단계와; 상기 투명 도전성 산화물층에 IR 레이저 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 상기 투명 도전성 산화물층을 결정화하는 단계와; 상기 결정화된 투명 도전성 산화물층을 식각액에 노출시킴으로써 상기 투명 도전성 산화물층 표면에 그 크기가 일정한 다수의 철부를 형성하는 단계와; 상기 다수의 철부를 갖는 투명 도전성 산화물층을 패터닝하여 서로 이격하며 표면에 일정한 크기의 다수의 철부를 갖는 다수의 투명전극을 형성하는 단계와; 상기 다수의 투명전극 위로 p-n 접합 반도체층을 전면에 형성하고 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 다수의 p-n 접합 반도체층 위로 반사 특성이 우수한 금속물질을 증착하여 전면에 금속물질층을 형성하고, 이를 패터닝하여 이격하는 다수의 배면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 투명 도전성 산화물은 SnO:X 또는 ZnO:X 인 것이 특징이다.
또한 상기 레이저 장치는 IR(Infra Red) 레이저 장치로서 40KHz 내지 60KHz 주파수와 5W 내지 10W의 파워를 갖는 1064nm 파장대의 레이저 빔을 발생시키는 것이 특징이다.
상기 투명 도전성 산화물층과 p-n 접합 반도체층의 패터닝은 12W 이상의 파워를 갖는 레이저 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 이루어지는 것이 특징이다.
상기 p-n 접합 반도체층의 패터닝시 상기 서로 이웃하는 p-n 접합 반도체층의 경계에는 상기 투명전극이 노출되며, 상기 금속물질층의 패터닝시는 그 하부에 위치한 상기 p-n 접합 반도체층을 함께 제거함으로써 상기 투명전극을 노출시키는 것이 특징이다.
상기 패터닝된 p-n 접합 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 다수의 투명전극 위로 전면에 p형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 p형 반도체층 위로 전면에 n형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 n형 및 p형 반도체층에 레이저 빔을 조사하여 상기 레이저 빔이 조사된 부분에 제거됨으로써 패터닝하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 p형 반도체층과 상기 n형 반도체층 사이에 순수 비정질 실리콘층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 배면전극을 형성하는 단계는, 상기 금속물질층을 전면에 형성하고, 상기 금속물질층에 레이저 빔을 조사하여 패터닝을 진행하거나 또는 상기 금속물질층 위로 포토레지스트의 도포, 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립의 단위공정을 포함하는 포토리소그래피를 진행하여 패터닝하는 것이 특징이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의해 투명전극을 레이저 장치를 통해 그 표면 일부를 용융하고 결정화하는 공정을 진행함으로서 식각액을 이용한 이의 식각공정 진행시 상기 투명전극 표면에 비교적 균일한 크기를 갖는 요철이 생기도록 하여 외부광의 입사시 전반사를 방지함으로써 상기 투명전극 표면을 통해 p-n 접합 반도체층으로 입사되는 빛량을 극대화시키고, 나아가 빛 포획 능력을 극대화시킴으로써 최종적으로 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
투명전극의 표면 결정화에 의해 상기 투명전극 자체의 투과율과 내부 및 콘택 저항을 줄임으로써 태양전지의 효율을 더욱 증대시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 태양전지의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 예를들면 유리기판 또는 플라스틱 기판 상에 투명 도전성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide) 예를들면 SnO:X 또는 ZnO:X 중 하나를 상온의 분위기에서 스퍼터 장치(미도시)를 통해 전면에 증착함으로서 그 표면이 평탄한 상태의 투명전극(104)을 형성한다. 이때, 이러한 상온에서의 스퍼터링을 통해 투명전극(104)을 형성하는 것은 본 발명의 특징적인 것이 된다. 종래의 경우는 투명전극의 표면에 결정화된 부분과 비정질화된 부분이 존재하도록 반드시 300도 내지 600도의 고온의 분위기에서 투명전극을 형성해야 했지만, 본 발명의 경우 상온에서 스퍼터링을 진행해도 무방한 것이 특징이다. 이는 이후 진행될 레이저 빔 조사에 의한 투명전극 표면의 결정화 공정에 기인한다. 이러한 투명전극의 결정화 공정에 대해서는 이후 상세히 설명한다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상온의 분위기에서 투명전극(104)이 형성된 기판(101)에 있어 상기 투명전극(104)의 표면에 레이저 장치(190)를 이용하여 상온의 분위기에서 레이저 빔(LB)을 조사함으로써 상기 투명전극(104)의 표면으로부터 소정두께를 용융시키고 자연적으로 응고되도록 함으로서 그 표면의 일정두께에 대해서 결정화가 진행되도록 한다. 상기 투명 도전성 물질은 용융되었다가 응고되는 과정에서 결정화되는 특성을 가지므로 전술한 레이저 빔(LB) 조사에 의해 결 정화가 진행되게 된다. 이때 상기 레이저 장치(190)는 투명 도전성 물질을 순간적으로 용융시키기에 가장 최적화된 것으로 IR(Infra Red) 레이저 장치(190)인 것이 바람직하며, 이때 상기 IR 레이저 장치(190)의 레이저 빔(LB)의 파장은 1064nm, IR 레이저 장치(190)의 파워는 5W 내지 10W, 주파수는 40KHz 내지 60KHz 인 것이 바람직하다. 상기 IR 레이저 장치(190)의 파워가 10W보다 크면 단위 면적당 너무 큰 파워를 갖는 레이저 빔(LB)이 조사됨으로서 투명전극(104) 표면의 결정화가 이루어기기도 전에 기판(101) 상에서 기화되어 제거되게 된다. 이렇게 IR 레이저 장치(190)를 가지고 전술한 최적의 조건을 가지는 레이저 빔(LB)을 상기 투명전극(104)의 표면에 조사하는 경우, 상기 투명전극(104)의 표면에서 결정화가 진행되어 다수의 그레인(미도시)이 형성되는데, 이러한 그레인의 크기가 투명전극(104) 전면에 대해 거의 일정한 크기를 가지게 되는 것이 특징이다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 투명전극(104) 상에 상기 특정 조건의 IR 레이저 빔(도 3b의 LB)이 조사된 기판(101)을 상기 투명 도전성 산화물과 반응하는 식각액이 담긴 수조(미도시)에 담그는 디핑(dipping)을 실시하거나 또는 상기 투명전극(104) 표면에 상기 식각액을 스프레이(spray) 하는 등의 식각 공정을 진행함으로써 상기 투명전극(104)의 표면에 요철(106)을 형성한다. 이 경우, 상기 IR 레이저 빔(도 3b의 LB)에 노출된 투명전극(104)이 상기 식각액에 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 완전히 식각되지 않고 그 표면에 대해서 일부는 식각되고 일부는 식각이 진행되지 않음으로써 그 표면에 올록볼록한 요철(106)이 형성되게 된다. 이 경우 상기 IR 레이저 빔(도 3b의 LB) 조사에 의해 그 표면의 소정두께가 결정화가 진행된 투명전극(104)은 상기 결정화된 그레인(미도시)과, 그레인(미도시) 사이의 경계에서의 식각비율이 다르며, 상기 그레인(미도시)의 경계 부분에서 더 빠른 식각이 이루어지게 되어 상기 그레인(미도시) 중앙부를 기준으로 그레인(미도시)의 가장자리부로 갈수록 식각이 점진적으로 진행됨으로서 거의 일정한 크기를 갖는 그레인 단위로 그 크기가 거의 일정한 철부(106)가 형성되게 된다. 이러한 투명전극(104)의 표면에 형성된 철부(106)는, 본 발명에 따른 태양전지의 투명전극 표면을 확대 도시한 단면도인 도 4를 참조하면, 종래의 고온 증착 및 식각을 진행하여 형성된 투명전극의 철부(도 2의 6) 대비 그 크기가 크며 기판(101) 전면적으로 일정하다. 따라서, 상기 철부(106)의 측면이 기판(101)면과 이루는 각도 또한 거의 변화없이 일정한 각도를 가지게 됨으로써 종래대비 보다 효율적으로 빛의 입사 시 전반사를 방지하고 광 산란을 확대하여 빛 포획을 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 투명전극(104) 표면의 철부(106)의 높이와 그 측면이 기판(101)면과 이루는 각도는 식각액에 노출되는 시간을 조절함으로써 어느 정도 조절이 가능하다. 종래의 경우는 투명전극이 고온에서 증착 형성되어 마이크로한 결정질과 비정질 상태의 부분으로 이루어지기에 이를 식각함으로써 형성되는 요철(철부)의 크기가 매우 다양하여 식각 시간을 조절한다고 하여 철부의 측면과 기판면이 이루는 각도를 조절할 여지가 없었지만, 본 발명의 경우 IR 레이저 장치(도 3b의 190)를 이용한 결정화 공정에 의해 결정화하여 형성되는 그레인(미도시)의 크기가 거의 일정하게 형성되므로 식각 시간을 조절함으로써 철부(106) 측면의 기판(101)면과 이루는 각도를 어느 정도 조절할 수 있는 것이 특징이다.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 그 표면에 결정화 공정에 의해 기판(101) 전면에 걸쳐 비교적 그 크기가 일정한 철부(106)가 형성된 상기 투명전극(도 3c의 106)에 대해 레이저 장치(미도시)를 이용하여 제거되어야 영역에 레이저 빔(미도시)을 조사함으로써 상기 투명전극(도 3c의 106)을 패터닝 한다. 이 경우 상기 레이저 장치는 IR 레이저 장치가 될 수 있으며, 이때 상기 IR 레이저 장치의 파워는 12W 이상 20W 정도인 것이 특징이다. 12W보다 작은 파워를 가지고 투명전극에 레이저 빔을 조사할 경우, 특히 10W 이하의 파워를 갖는 경우 투명전극을 용융시켜 결정화 공정이 진행될 뿐 거의 제거되지 않게 된다.
한편, 이러한 12W 이상의 파워를 갖는 레이저 빔을 조사하여 상기 레이저 빔이 조사된 부분이 제거됨에 따라서 상기 다수의 일정한 크기의 철부(106)를 그 표면에 갖는 투명전극(108)은 다수로 분리되어 상기 투명한 절연기판(101) 상에서 일정한 크기의 셀 단위로 이격하는 형태를 이루게 된다.
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 각 셀별로 패터닝되며 일정한 크기의 철부(106)를 갖는 그 표면에 갖는 투명전극(108) 위로 n형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 n형 반도체층(110)을 기판(101) 전면에 형성하고, 연속하여 상기 n형 반도체층(110) 위로 p형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 p형 반도체층(115)을 형성함으로써 상기 패터닝된 투명전극(108) 위로 p-n 접합 반도체층(120)을 형성한다. 이때 상기 p-n 접합 반도체층(120)은 상기 p형 반도체층(110)과 n형 반도체층(115) 사이에 순수 비정질 실리콘층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
이후, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 p-n 접합 반도체층(120)에 대해 레이저 장치(미도시)를 이용하여 레이저 빔(미도시)을 조사함으로써 상기 p-n 접합 반도체층(120)을 패터닝한다. 이때 패터닝되어 다수로 분리된 p-n 접합 반도체층(120)은 각 끝단이 각 셀별로 패터닝된 상기 투명전극(108)의 끝단과 일치하지 않도록 함으로써 상기 각 p-n 접합 반도체층(120) 사이로 상기 투명전극(108)이 노출되도록 형성한다. 즉, 패터닝된 투명전극(108)의 경계와 패터닝된 p-n 접합 반도체층(120)의 경계는 중첩하지 않고 서로 달리하도록 형성한다. 이러한 p-n 접합 반도체층(120)의 패터닝을 위해서는 상기 투명전극(108)을 패터닝할 때 보다 더 큰 파워를 갖는 레이저 빔을 조사하여야 하며, 따라서 IR 레이저 장치보다는 반도체 물질층에 더욱 흡수가 잘 되는 190nm 내지 308nm 파장대의 레이저 빔 조사가 가능한 레이저 장치 예를들면 Excimer 레이저 장치 또는 Nd-Yag레이저 장치인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 190nm 내지 308nm의 파장대를 갖는 Excimer 레이저 장치 또는 Nd-Yag 레이저 장치를 통한 레이저 빔은 흡수 파장대가 다른 상기 투명전극에는 흡수되지 않음으로써 아무런 영향을 주지 않는 것이 특징이다.
다음, 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 패터닝된 p-n 접합 반도체층(120) 위로 금속물질 특히 반사특성이 우수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전면에 증착하고 이를 패터닝하여 배면전극(130)을 기판(101) 전면에 형성하고, 상기 배면전극(130)을 패터닝함으로써 본 발명에 따른 태양전지(150)를 완성할 수 있다.
이때 상기 배면전극(130)의 패터닝은 상기 투명전극과 p-n접합 반도체층을 패터닝하는 방법과 같이 레이저 장치를 이용할 수도 있으며, 또는 포토리소그래피 즉, 감광성 물질인 포토레지스트의 도포, 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 등 일련의 단위 공정을 진행함으로써 이루어질 수 있다.
한편, 상기 배면전극(130)이 패터닝되어 제거되는 각 경계는 그 하부에 위치한 p-n 접합 반도체층(120)까지 제거되어 상기 투명전극(108)이 노출되도록 형성되는 것이 특징이다. 전술한 바와같은 형태가 되도록 배면전극(130)을 패터닝하는 이유는 상기 각 셀별로 형성된 p-n 접합 반도체층(120)에 외부광(태양광)이 입사되어 그 내부에서 특수한 작용을 통해 만들어진 기전력을 각 셀별로 직렬 연결시키기 위함이다. 태양전지(150)는 수많은 셀로 이루어지며, 이러한 각 셀에서 외부광의 조사에 의해 만들어지는 기전력은 매우 작은 전압 크기를 가지게 되며 이를 전자기기 등에 이용하기에는 충분한 전압을 이루지 못하므로 이웃한 각 셀에 구비된 상기 배면전극(130)과 투명전극(108)이 직렬 연결되도록 하여 각 셀의 기전력의 합산이 되어 비교적 큰 전압을 이용할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 전술한 바와같이 제조된 태양전지는 투명전극의 표면에 비교적 그 크가가 일정하고 종래의 레이저 빔 조사에 의해 결정화 단계없이 형성된 요철대비 그 크기가 크므로 외부광의 조사 시 상기 외부광의 전반사 전반사를 효과적으로 방지함으로써 상기 투명전극 표면을 통해 p-n 접합 반도체층으로 입사되는 빛량을 극대화시키며 나아가 빛 포획 능력을 극대화 시킨으로써 최종적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으며, 투명전극의 표면 결정화에 의해 상기 투명전극 자체의 투과율과 내부 및 콘택 저항을 줄임으로써 태양전지의 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 태양전지의 제조 단계별 공정 단면도.
도 2는 종래의 태양전지의 투명전극의 표면을 확대 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 태양전지의 제조 단계별 공정 단면도
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 투명전극의 표면을 확대 도시한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
101 : 기판 104 : 투명전극
190 : IR 레이저 장치 LB : 레이저 빔

Claims (8)

  1. 투명한 절연기판 상에 투명 도전성 산화물(TCO :Transparent Conductive Oxide)을 상온에서 증착하여 전면에 투명 도전성 산화물층을 형성하는 단계와;
    상기 투명 도전성 산화물층에 IR 레이저 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 상기 투명 도전성 산화물층을 결정화하는 단계와;
    상기 결정화된 투명 도전성 산화물층을 식각액에 노출시킴으로써 상기 투명 도전성 산화물층 표면에 그 크기가 일정한 다수의 철부를 형성하는 단계와;
    상기 다수의 철부를 갖는 투명 도전성 산화물층을 패터닝하여 서로 이격하며 표면에 일정한 크기의 다수의 철부를 갖는 다수의 투명전극을 형성하는 단계와;
    상기 다수의 투명전극 위로 p-n 접합 반도체층을 전면에 형성하고 패터닝하는 단계와;
    상기 패터닝된 다수의 p-n 접합 반도체층 위로 반사 특성이 우수한 금속물질을 증착하여 전면에 금속물질층을 형성하고, 이를 패터닝하여 이격하는 다수의 배면전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양전지 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 도전성 산화물은 SnO:X 또는 ZnO:X 인 것이 특징인 태양전지 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 장치는 IR(Infra Red) 레이저 장치로서 40KHz 내지 60KHz 주파수와 5W 내지 10W의 파워를 갖는 1064nm 파장대의 레이저 빔을 발생시키는 것이 특징인 태양전지 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 도전성 산화물층과 p-n 접합 반도체층의 패터닝은 12W 이상의 파워를 갖는 레이저 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 이루어지는 것이 특징인 태양전지 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-n 접합 반도체층의 패터닝시 상기 서로 이웃하는 p-n 접합 반도체층의 경계에는 상기 투명전극이 노출되며, 상기 금속물질층의 패터닝시는 그 하부에 위치한 상기 p-n 접합 반도체층을 함께 제거함으로써 상기 투명전극을 노출시키는 것이 특징인 태양전지 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 p-n 접합 반도체층을 형성하는 단계는,
    상기 다수의 투명전극 위로 전면에 p형 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 p형 반도체층 위로 전면에 n형 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 n형 및 p형 반도체층에 레이저 빔을 조사하여 상기 레이저 빔이 조사된 부분에 제거됨으로써 패터닝하는 단계
    를 포함하는 태양전지 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 p형 반도체층과 상기 n형 반도체층 사이에 순수 비정질 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배면전극을 형성하는 단계는, 상기 금속물질층을 전면에 형성하고, 상기 금속물질층에 레이저 빔을 조사하여 패터닝을 진행하거나 또는 상기 금속물질층 위로 포토레지스트의 도포, 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립의 단위공정을 포함하는 포토리소그래피를 진행하여 패터닝하는 것이 특징인 태양전지 제조 방법.
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