KR20110043147A - 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 및 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층 및 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면에 저농도 도핑된 반도체층을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 반도체층을 형성함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면에 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 개방전압이 증가 되어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
태양전지, 이종 접합
Description
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이종 접합 태양전지(Hetero juction type Solar Cell)에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하 여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이에, 상기 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 이종 접합 태양전지가 제안된 바 있다. 이하 도면을 참조로 종래의 이종 접합 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 이종 접합 태양전지는, 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 제1 전극(30), 제2 반도체층(40), 및 제2 전극(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 박막 형태로 형성되고, 상기 제2 반도체층(40)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 박막 형태로 형성되며, 이와 같은 상기 반도체 웨이퍼(10), 제1 반도체층(20), 및 제2 반도체층(40)의 조합에 의해 PN접합구조가 이루어지게 된다.
상기 제1 전극(30)은 상기 제1 반도체층(20) 상에 형성되고, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 반도체층(40) 상에 형성되어, 각각 태양전지의 (+)극과 (-)극을 이루게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 이종 접합 태양전지는 상기 박막의 제1 반도체 층(20) 또는 제2 반도체층(40) 형성 공정시 상기 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 결함(Defect)이 발생하는 문제점이 있다.
즉, 상기 제1 반도체층(20) 또는 상기 제2 반도체층(40)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면 또는 하면에 소정의 도펀트 가스를 이용하여 소정의 도핑된 반도체층으로 형성되는데, 이때, 상기 도펀트 가스로 인해서 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면 또는 하면의 표면에 결함이 발생하게 되고, 그로 인해서 태양전지의 개방전압이 떨어져 결국 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 이종 접합 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 박막의 반도체층을 형성하는 공정시 반도체 웨이퍼의 표면에서 발생하는 결함(Defect)을 방지함으로써, 개방전압을 증가시켜 효율이 향상된 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 및 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층 및 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지를 제공한다.
상기 제2 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층 및 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 될 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층은 동일한 극성으로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 반도체 웨이퍼는 N형 반도체 웨이퍼로 이루어지고, 상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 및 상기 제2 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있으며, 이 때, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 소정의 도펀트 분위기로 조성된 챔버 내에서 별도의 도펀트를 상기 챔버 내로 공급하지 않으면서 수행하고, 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행할 수 있다. 또한, 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행하고, 상기 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 형성시 보다 많은 양의 도펀트를 공급하면서 수행할 수 있다.
상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 저농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 고농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다.
상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 전극을 형성하는 공정은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 형성할 수 있다.
상기 제1 반도체층을 형성하는 공정 이후에 상기 제1 전극을 형성하는 공정을 수행하고, 상기 제1 전극을 형성하는 공정 이후에 상기 제2 반도체층을 형성하 는 공정을 수행하고, 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정 이후에 상기 제2 전극을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼는 N형 반도체 웨이퍼로 이루어지고, 상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고, 상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면에 저농도 도핑된 반도체층을 먼저 형성하고 그 후에 고농도 도핑된 반도체층을 형성함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면에 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 개방전압이 증가 되어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지는, 반도체 웨이퍼(100), 제1 반도체층(200), 제1 투명도전층(300), 제1 전극(400), 제2 반도체층(500), 제2 투명도전층(600), 및 제2 전극(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으 로는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 반도체 웨이퍼(100)는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수도 있다.
상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 함께 PN접합을 형성할 수 있으며, 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제1 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 및 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 상에 형성된 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)은 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)에 비하여 상대적으로 3족 원소의 도핑농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 사이의 계면특성을 향상시키는 역할을 하는 것이다. 이에 대해서 구체적으로 설명하면, 상기 반도체 웨이퍼(100)는 도핑가스에 의해서 그 표면에 결함(Defect)이 발생할 수 있는데, 본 발명과 같이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 먼저 형성하고 그 후에 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하게 되면, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect) 발생이 방지되고, 그에 따라 개방전압이 증가 되어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다. 따라서, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)의 도핑농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반도체 웨이퍼(100)와 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 사이에 I(intrinsic)형 반도체층을 형성할 경우도 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 도핑가스에 의한 결함이 발생하는 문제가 방지될 수 있지만, 이 경우는 I형 반도체층을 형성하는 공정이 추가됨으로 인해서 증착 장비가 추가되고 공정이 복잡해져서 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함 발생을 방지하면서도 별도의 장비나 공정이 추가되지 않는 장점이 있다.
상기 제1 투명도전층(300)은 상기 제1 반도체층(200) 상에 형성되어 캐리어(Carrier)를 수집하는 역할을 한다. 상기 제1 투명도전층(300)은 생략이 가능하지만, 상기 제1 반도체층(200)에서 상기 제1 전극(400)으로 캐리어의 원활한 이동을 위해서는 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 투명도전층(300)은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(400)은 상기 제1 투명도전층(300) 상에 형성되는데, 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 형성된 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 전극(400)은 태양전지의 맨 전면에 형성되기 때문에 상기 제1 전극(400)으로 불투명 금속을 이용할 경우에는 태양광이 태양전지 내부로 투과될 수 있도록 소정 간격으로 패턴 형성된다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제2 반도체층(500)은 상기 제1 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성하는데, 상기와 같이 제1 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 반도체층(500)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제2 반도체층(500)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)은, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 형성된 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 및 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 상에 형성된 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)은 전술한 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 유사한 역할을 한다. 즉, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)은 도핑가스로 인해서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect) 발생을 방지하는 역할을 하는 것이며, 따라서, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)의 도핑농도는 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바 람직하다. 전술한 바와 마찬가지로, 본 발명에 따르면, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함 발생을 방지하면서도 별도의 장비나 공정이 추가되지 않는다.
상기 제2 투명도전층(600)은 상기 제2 반도체층(500) 상에 형성되어 캐리어(Carrier)를 수집하는 역할을 하는 것으로서, 전술한 제1 투명도전층(300)과 마찬가지로 생략이 가능하지만, 상기 제2 반도체층(500)에서 상기 제2 전극(700)으로 캐리어의 원활한 이동을 위해서는 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 투명도전층(600)은 상기 제1 투명도전층(300)과 마찬가지로, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제2 투명도전층(600) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(700)은 태양전지의 맨 후면에 형성되기 때문에 비록 불투명 금속으로 이루어진다 하더라도 소정 간격으로 패턴 형성할 필요는 없고, 따라서, 상기 제2 투명도전층(600)의 전면에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(700)은 상기 제1 전극(400)과 마찬가지로, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 제1 반도체층(200)을 형성한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 P형 반도체층, 예로서 P형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 상에 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 대량생산하에서 최초의 태양전지 생산을 위한 공정에서는, 상기 챔버 내에 소정량의 B2H6가스를 투입하여 챔버 내부를 P형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형 반도체 층(210), 구체적으로는 저농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다. 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230), 구체적으로는 고농도 도핑된 P형 비정질 실리콘층을 형성한다.
한편, 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 B2H6가스가 잔존하게 된다. 따라서, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 P형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, B2H6가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 B2H6가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 형성하게 된다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 최초의 태양전지 생산 이후에도, SiH4 및 H2 가스와 더불어 미량의 B2H6가스를 챔버 내부로 공급하면서 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성하고, 이어서 B2H6가스의 투입량을 증가시키면서 상기 고농도 도핑된 P형 반도체층(210)을 형성할 수도 있다. 즉, 비록 최초의 태양전지 생산 이후 챔버 내부가 이미 P형 도펀트 분위기로 조성되어 있다 하더라도, P형 불순물 농도 조절을 위해서 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 형성시 미량의 B2H6가스를 챔버 내부로 공급할 수 있으며, B2H6가스의 공급량은 상기 반도체 웨이퍼(100) 표면에 결함이 발생하지 않는 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 경우 하나의 챔버 내에서 반응가스의 공급량 만을 조절함으로써 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210) 및 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)을 연속하여 형성할 수 있어, 장비가 추가되거나 공정이 추가되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200) 상에 제1 투명도전층(300)을 형성한다.
상기 제1 투명도전층(300)을 형성하는 공정은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 다만, 제1 투명도전층(300)은 생략이 가능하다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성한다.
상기 제1 전극(400)은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격되게 패턴 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(400)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용한 후 패턴형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법을 이용 하여 직접 패턴 형성할 수 있다. 이와 같이, 인쇄법을 이용할 경우 한 번의 공정으로 제1 전극(400)을 소정 간격으로 이격 되게 패턴형성할 수 있어 공정이 단순해지는 장점이 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)를 뒤집은 후, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 상기 제2 반도체층(500)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 N형 반도체층, 예로서 N형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 상기 반도체 웨이퍼(100) 상에 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성하고, 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510) 상에 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)은 전술한 상기 저농도 도핑된 P형 반도체층(210)과 고농도 도핑된 P형 반도체층(230)과 유사하게 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버 내에서 인(P)과 같은 5족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)과 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 연속하여 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 챔버 내에 소정량의 PH3가스를 투입하여 챔버 내 부를 N형 도펀트 분위기로 조성한 후, SiH4 및 H2 가스를 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성하고, 이어서, SiH4 및 H2 가스와 더불어 도펀트 가스로서 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성한다.
한편, 전술한 P형 반도체층(200) 형성공정에서와 유사하게, 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530) 형성 공정을 완료한 이후 상기 챔버 내부에는 소정량의 PH3가스가 잔존하게 되어, 최초의 태양전지 생산 이후 두 번째 태양전지 생산부터는 챔버 내부가 이미 N형 도펀트 분위기로 조성되어 있기 때문에 추가적인 도펀트 가스, 즉, PH3가스를 챔버 내부로 공급하지 않고 SiH4 및 H2 가스만을 공급하여 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성할 수 있고, 이어서 SiH4 및 H2 가스와 더불어 PH3가스를 공급하여 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(530)을 형성할 수 있다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 최초의 태양전지 생산 이후에도, SiH4 및 H2 가스와 더불어 미량의 PH3가스를 챔버 내부로 공급하면서 상기 저농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성하고, 이어서 PH3가스의 투입량을 증가시키면서 상기 고농도 도핑된 N형 반도체층(510)을 형성할 수도 있다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(500) 상에 제2 투명도전층(600)을 형성한다.
상기 제2 투명도전층(600)을 형성하는 공정은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 다만, 제2 투명도전층(600)은 생략이 가능하다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성하여, 이종 접합 태양전지의 제조를 완성한다.
상기 제2 전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하거나 또는 상기 금속물질의 페이스트(Paste)를 전술한 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.
이상은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200), 제1 투명도전층(300) 및 제1 전극(400)을 차례로 형성하고, 그 후에 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(500), 제2 투명도전층(600) 및 제2 전극(700)을 차례로 형성한 공정의 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 이종 접합 태양전지의 제조방법은 상기 공정을 다양하게 변경하는 경우도 포함한다.
예로서, 본 발명은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200) 및 제1 투명도전층(300)을 차례로 형성하고 이어서 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(500) 및 제2 투명도전층(600)을 차례로 형성한 후, 제1 투명도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고 이어서 제2 투명도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성하는 경우도 포함한다. 경우에 따라서, 본 발명은 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성하고 이어서 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체 층(500)을 형성하고, 그 후 제1 반도체층(200) 상에 제1 투명도전층(300)을 형성하고 이어서 제2 반도체층(500) 상에 제2 투명도전층(600)을 형성한 후, 제1 투명도전층(300) 상에 제1 전극(400)을 형성하고 이어서 제2 투명도전층(600) 상에 제2 전극(700)을 형성하는 경우도 포함한다.
또한, 이상은, 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 N형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 P형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 N형 반도체층으로 형성한 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 PN접합구조를 이루면서 반도체 웨이퍼와 박막의 반도체층으로 구성되는 이종 접합 태양전지의 제조방법이면 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기 반도체 웨이퍼(100)로서 P형 반도체 웨이퍼를 이용하고, 상기 제1 반도체층(200)을 N형 반도체층으로 형성하고, 상기 제2 반도체층(500)을 P형 반도체층으로 형성하는 경우도 포함한다.
도 1은 종래의 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 태양전지의 개략적인 제조공정 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 반도체 웨이퍼 200: 제1 반도체층
210: 저농도 도핑된 제1 반도체층 230: 고농도 도핑된 제1 반도체층
300: 제1 투명도전층 400: 제1 전극
500: 제2 반도체층 510: 저농도 도핑된 제2 반도체층
530: 고농도 도핑된 제2 반도체층 600: 제2 투명도전층
700: 제2 전극
Claims (18)
- 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼:상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 제1 반도체층;상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층;상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극; 및상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어지며,이때, 상기 제1 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 형성된 저농도 도핑된 제1 반도체층 및 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제1 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 제2 반도체층은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 형성된 저농도 도핑된 제2 반도체층 및 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 형성된 고농도 도핑된 제2 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 되어 있는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼와 상기 제2 반도체층은 동일한 극성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 제6항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼는 N형 반도체 웨이퍼로 이루어지고,상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고,상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지.
- 소정 극성을 갖는 반도체 웨이퍼의 일면에 제1 반도체층을 형성하는 공정;상기 반도체 웨이퍼의 타면에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;상기 제1 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 공정; 및상기 제2 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,이때, 상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 일면에 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 상에 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 소정의 도펀트 분위기로 조성된 챔버 내에서 별도의 도펀트를 상기 챔버 내로 공급하지 않으면서 수행하고,상기 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방 법.
- 제9항에 있어서,상기 저농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 소정의 도펀트를 공급하면서 수행하고,상기 고농도 도핑된 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 챔버 내로 상기 저농도 도핑된 제1 반도체층 형성시 보다 많은 양의 도펀트를 공급하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 타면에 저농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정 및 상기 저농도 도핑된 제2 반도체층 상에 고농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 저농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정 및 고농도 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 제1 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 전극을 형성하는 공정은 태양전지 내로 태양광이 투과될 수 있도록 소정 간격으로 이격 형성하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 반도체층을 형성하는 공정 이후에 상기 제1 전극을 형성하는 공정을 수행하고, 상기 제1 전극을 형성하는 공정 이후에 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정을 수행하고, 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정 이후에 상기 제2 전극을 형성하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼는 N형 반도체 웨이퍼로 이루어지고,상기 제1 반도체층은 P형 반도체층으로 이루어지고,상기 제2 반도체층은 N형 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 접합 태양전지의 제조방법.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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