KR20160111624A - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다. With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation battery that converts solar energy into electric energy.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 그런데 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법이 요구된다.In such solar cells, various layers and electrodes can be fabricated by design. However, solar cell efficiency can be determined by the design of these various layers and electrodes. In order to commercialize a solar cell, it is required to overcome low efficiency, and a solar cell and a manufacturing method thereof that can maximize the efficiency of the solar cell are required.
본 발명은 효율을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a solar cell capable of improving efficiency and a manufacturing method thereof.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 위에 위치하는 제1 부분 및 상기 제1 부분 위에서 부분적으로 위치하는 제2 부분을 포함하는 터널링층; 및 상기 터널링층 위에 위치하는 반도체층을 포함한다. 상기 반도체층은 상기 제2 부분 위에 위치하는 오목부를 구비한다. A solar cell according to an embodiment of the present invention includes: a semiconductor substrate; A tunneling layer comprising a first portion located on the semiconductor substrate and a second portion located partially on the first portion; And a semiconductor layer overlying the tunneling layer. The semiconductor layer has a concave portion located on the second portion.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판 위에 제1 부분 및 상기 제1 부분 위에서 부분적으로 위치하는 제2 부분을 포함하는 터널링층을 형성하는 단계; 상기 터널링층 위에 위치하는 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 부분 위에 위치하는 상기 반도체층을 부분적으로 식각하여 상기 제2 부분에 대응하는 상기 반도체층에 오목부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 오목부를 형성하는 단계에서는 상기 제2 부분과 상기 반도체층에 대하여 선택적인 식각비를 가지는 식각 용액을 사용한다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes: forming a tunneling layer on a semiconductor substrate, the tunneling layer including a first portion and a second portion that is partially located on the first portion; Forming a semiconductor layer overlying the tunneling layer; And partially etching the semiconductor layer located over the second portion to form a recess in the semiconductor layer corresponding to the second portion. In the step of forming the concave portion, an etching solution having a selective etching ratio with respect to the second portion and the semiconductor layer is used.
본 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법에서는, 오목부에 의하여 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역을 분리 및 이격하여 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역 사이에서 흐르는 누설 전류를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 충밀도를 향상하여 태양 전지의 효율을 향상할 수 있다. In the solar cell and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the leakage current flowing between the first conductivity type region and the second conductivity type region is separated and separated by the recesses from the first conductivity type region and the second conductivity type region Can be minimized. Thus, the efficiency of the solar cell can be improved by improving the filling density of the solar cell.
이때, 터널링층에 부분적으로 구비되는 제2 부분에 의하여 오목부 형성 시에 터널링층 및 반도체 기판)이 식각되는 것을 방지하여 터널링층 및 반도체 기판의 손상을 방지할 수 있다. 이에 의하여 간단한 방법에 의하여 우수한 효율을 가지는 태양 전지를 제조할 수 있다. At this time, it is possible to prevent the tunneling layer and the semiconductor substrate from being etched when the recesses are formed by the second portion partially provided in the tunneling layer, thereby preventing the tunneling layer and the semiconductor substrate from being damaged. Thus, a solar cell having excellent efficiency can be manufactured by a simple method.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다.
도 3a 내지 도 3m은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b은 본 발명의 변형예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부 공정을 도시한 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b은 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부 공정을 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 8은 도 7의 변형예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 9는 도 7에 도시한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 오목부를 형성하기 전의 반도체층을 포함하는 상태의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial rear plan view of the solar cell shown in Fig.
3A to 3M are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are cross-sectional views illustrating some steps of a method of manufacturing a solar cell according to a modification of the present invention.
5A and 5B are cross-sectional views illustrating some steps of a method of manufacturing a solar cell according to another modification of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention.
7 is a partial cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention.
8 is a partial cross-sectional view of a solar cell according to a modification of FIG.
9 is a cross-sectional view of a state including a semiconductor layer before forming a recess in the method of manufacturing a solar cell according to the embodiment shown in Fig.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified into various forms.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar parts throughout the specification. In the drawings, the thickness, the width, and the like are enlarged or reduced in order to make the description more clear, and the thickness, width, etc. of the present invention are not limited to those shown in the drawings.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다. Wherever certain parts of the specification are referred to as "comprising ", the description does not exclude other parts and may include other parts, unless specifically stated otherwise. Also, when a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it also includes the case where another portion is located in the middle as well as the other portion. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "directly on" another portion, it means that no other portion is located in the middle.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. Hereinafter, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial rear plan view of the solar cell shown in FIG.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 베이스 영역(110)을 포함하는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면 위에 형성되는 터널링층(20)과, 터널링층(20) 위에 위치하는 반도체층(30)을 포함한다. 여기서, 터널링층(20)은, 반도체 기판 위에 위치하는 제1 부분(201)과, 제1 부분(201) 위에서 부분적으로 위치하는 제2 부분(202)을 포함한다. 그리고 반도체층(30)은 제2 부분(202) 위에 위치하는 오목부(36)를 구비한다. 오목부(36)는 반도체층(30)을 구성하는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 위치할 수 있다. 그리고 태양 전지(100)는 패시베이션막(24), 반사 방지막(26), 절연층(40) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.1 and 2, a
반도체 기판(10)은 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 반도체 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 베이스 영역(110)이 단결정 실리콘으로 구성되면, 태양 전지(100)가 단결정 실리콘 태양 전지를 구성하게 된다. 이와 같이 단결정 반도체를 가지는 태양 전지(100)는 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 하므로 전기적 특성이 우수하다.The
제2 도전형은 p형 또는 n형일 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)이 n형을 가지면 베이스 영역(110)과 광전 변환에 의하여 캐리어를 형성하는 접합(일 예로, 터널링층(20)을 사이에 둔 pn 접합)을 형성하는 p형의 제1 도전형 영역(32)을 넓게 형성하여 광전 변환 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는 넓은 면적을 가지는 제1 도전형 영역(32)이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The second conductivity type may be p-type or n-type. For example, if the
그리고 반도체 기판(10)은 전면 쪽에 위치하는 전면 전계 영역(130)을 포함할 수 있다. 전면 전계 영역(130)은 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다.The
본 실시예에서는 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)에 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 높은 도핑 농도로 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성된 것을 예시하였다. 이에 따라 전면 전계 영역(130)이 제2 도전형을 가지는 결정질(단결정 또는 다결정) 반도체를 포함하여 반도체 기판(10)의 일부를 구성하게 된다. 일 예로, 전면 전계 영역(130)은 제2 도전형을 가지는 단결정 반도체 기판(일 예로, 단결정 실리콘 웨이퍼 기판)의 일부분을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반도체 기판(10)과 다른 별개의 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층)에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 전면 전계 영역(130)을 형성할 수도 있다. 또는, 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)에 인접하여 형성된 층(예를 들어, 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26))의 고정 전하에 의하여 도핑된 것과 유사한 역할을 하는 전계 영역으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 베이스 영역(110)이 n형인 경우에는 패시베이션막(24)이 고정 음전하를 가지는 산화물(예를 들어, 알루미늄 산화물)로 구성되어 베이스 영역(110)의 표면에 반전 영역(inversion layer)를 형성하여 이를 전계 영역으로 이용할 수 있다. 이 경우에는 반도체 기판(10)이 별도의 도핑 영역을 구비하지 않고 베이스 영역(110)만으로 구성되어, 반도체 기판(10)의 결함을 최소화할 수 있다. 그 외의 다양한 방법에 의하여 다양한 구조의 전면 전계 영역(130)을 형성할 수 있다.In this embodiment, the front
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달하는 광의 양을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다.In the present embodiment, the front surface of the
그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 함께 형성되는 경우에는 반도체 기판(10)의 후면의 특성에 따라 태양 전지(100)의 특성이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 후면에는 텍스쳐링에 의한 요철을 형성하지 않아 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 반도체 기판(10)의 후면에 텍스쳐링에 의한 요철을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.The rear surface of the
반도체 기판(10)의 후면 위에는 터널링층(20)이 형성될 수 있다. 일 예로, 터널링층(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화하고 터널링 효과를 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. A
터널링층(20)은 전자 및 정공에게 일종의 배리어(barrier)로 작용하여, 소수 캐리어(minority carrier)가 통과되지 않도록 하고, 터널링층(20)에 인접한 부분에서 축적된 후에 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어(majority carrier)만이 터널링층(20)을 통과할 수 있도록 한다. 이때, 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어는 터널링 효과에 의하여 쉽게 터널링층(20)을 통과할 수 있다. 또한, 터널링층(20)은 도전형 영역(32, 34)의 도펀트가 반도체 기판(10)으로 확산하는 것을 방지하는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 터널링층(20)은 다수 캐리어가 터널링 될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터널링층(20)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 진성 비정질 실리콘, 진성 다결정 실리콘 등을 포함할 수 있다. 특히, 터널링층(20)은 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화물층으로 구성될 수 있다. 실리콘 산화물층은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어가 터널링되기 쉬운 막이기 때문이다. The
본 실시예에서 터널링층(20)은, 반도체 기판(10)의 후면 위에서 전체적으로 형성되는 제1 부분(201)과, 제1 부분(201) 위에서 부분적으로 형성되는 제2 부분(202)을 포함할 수 있다. 터널링층(20)에 대해서는 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30)을 설명한 후에 좀더 상세하게 설명한다. The
터널링층(20) 위에는 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30)이 위치할 수 있다. 일 예로, 반도체층(30)은 터널링층(20)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화하고 터널링 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것으 아니다. On the
본 실시예에서 반도체층(30)은, 제1 도전형 도펀트를 가져 제1 도전형을 나타내는 제1 도전형 영역(32)과, 제2 도전형 도펀트를 가져 제2 도전형을 나타내는 제2 도전형 영역(34)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 터널링층(20) 위에서 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과 터널링층(20) 사이에 서로 동일하게 다른 층이 위치하지 않거나, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과 터널링층(20) 사이에 다른 층이 위치할 경우에는 다른 층은 동일한 적층 구조를 가질 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들과 동일 평면 상에 오목부(36)가 위치할 수 있다.In this embodiment, the
제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 터널링층(20)을 사이에 두고 pn 접합(또는 pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다. The first
이때, 제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 반대되는 제1 도전형 도펀트를 포함하는 반도체(일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 터널링층(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제1 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 구성된다. 이에 따라 제1 도전형 영역(32)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(32)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층에 포함될 수도 있다. At this time, the first
이때, 제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 반대되는 도전형을 나타낼 수 있는 제1 도전형 도펀트를 포함할 수 있다. 즉, 제1 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 도펀트는 p형을 가질 수 있다. At this time, the first
제2 도전형 영역(34)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(10)의 표면(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 후면)에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계 영역을 구성한다. The second
이때, 제2 도전형 영역(34)은 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형 도펀트를 포함하는 반도체(일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(34)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 터널링층(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 구성된다. 이에 따라 제2 도전형 영역(34)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 영역(34)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층에 포함될 수도 있다. At this time, the second
이때, 제2 도전형 영역(34)은 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 나타낼 수 있는 제2 도전형 도펀트를 포함할 수 있다. 즉, 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 도펀트가 n형일 수 있다. At this time, the second
그리고 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이격 공간부로 구성되는 오목부(36)가 위치한다. 좀더 구체적으로, 이격 공간부로 구성된 오목부(36)는 반도체층(30)에서 일부 부분이 제거되어 반도체층(30)이 위치하지 않는 일부 영역일 수 있다. 이에 의하여 이격 공간부로 구성되는 오목부(36)를 사이에 두고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)가 이격되어 위치한다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 접촉하는 경우에는 션트(shunt)가 발생하여 태양 전지(100)의 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 분리 또는 이격하는 이격 공간부로 구성되는 오목부(36)를 위치시켜 불필요한 션트를 방지할 수 있다. In this embodiment, the
본 실시예에서는 오목부(36)가 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이를 전체적으로 이격하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 오목부(36)가 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분의 일부만을 이격시키도록 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계의 다른 일부는 서로 접촉하거나 배리어 영역(도 7 또는 도 8의 참조부호 38)에 의하여 이격될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. In this embodiment, the
여기서, 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)의 면적을 넓게 형성할 수 있다. 이에 의하여 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32)의 사이에서 터널링층(20)을 통하여 형성되는 pn 접합을 좀더 넓게 형성할 수 있다. 이때, 베이스 영역(110) 및 제2 도전형 영역(34)이 n형의 도전형을 가지고 제1 도전형 영역(32)이 p형의 도전형을 가질 경우에, 넓게 형성된 제1 도전형 영역(32)에 의하여 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집할 수 있다. 이러한 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 오목부(36)의 평면 구조는 추후에 도 2을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.Here, the area of the first
제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 위에 절연층(40)이 형성될 수 있다. 일 예로, 절연층(40)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)의 상면(도면의 하면) 및 측면을 덮으면서 형성되고 오목부(36)의 내부에도 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 절연층(40)이 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)의 상면, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 또는 오목부(36)의 측면, 그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 사이에 위치한 오목부(36)에 대응하는 부분에서 제2 부분(202) 위(일 예로, 함몰부(204) 위)에 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 이에 의하여 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)의 패시베이션 특성을 향상하고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 사이에서의 션트를 좀더 효과적으로 방지할 수 있다.An insulating
반도체층(30) 위에서 전극(42, 44) 위치하지 않는 부분에 절연층(40)이 위치할 수 있다. 절연층(40)은 터널링층(20)(좀더 정확하게는, 터널링층(20)의 제1 부분(201) 및 제2 부분(202))보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이에 의하여 절연 특성 및 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절연층(40)의 두께가 제1 부분(201)보다 크고 제2 부분(202)보다 작을 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. The insulating
절연층(40)은 다양한 절연 물질(예를 들어, 산화물, 질화물 등)로 이루어질 수 있다. 일례로, 절연층(40)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 실리콘 탄화막, Al2O3, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절연층(40)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.The insulating
일 예로, 본 실시예에서 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및/또는 절연층(40)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다.For example, in this embodiment, the
반도체 기판(10)의 후면에 위치하는 전극(42, 44)은, 제1 도전형 영역(32)에 전기적 및 물리적으로 연결되는 제1 전극(42)과, 제2 도전형 영역(34)에 전기적 및 물리적으로 연결되는 제2 전극(44)을 포함한다.
이때, 제1 전극(42)은 절연층(40)의 제1 개구부(402)를 관통하여 제1 도전형 영역(32)에 연결되고, 제2 전극(44)은 절연층(40)의 제2 개구부(404)를 관통하여 제2 도전형 영역(34)에 연결된다. 이러한 제1 및 제2 전극(42, 44)으로는 다양한 금속 물질을 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 서로 전기적으로 연결되지 않으면서 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)에 각기 연결되어 생성된 캐리어를 수집하여 외부로 전달할 수 있는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 즉, 본 발명이 제1 및 제2 전극(42, 44)의 평면 형상에 한정되는 것은 아니다.The
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34), 배리어 영역(38), 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)의 평면 형상의 일 예를 상세하게 설명한다. 1 and 2, the first
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예에서는, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 오목부(36)가 위치할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 서로 이격된 복수의 제1 도전형 영역(32)이 일측 가장자리에서 서로 연결될 수 있고, 서로 이격된 복수의 제2 도전형 영역(34)이 타측 가장자리에서 서로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 1 and 2, in the present embodiment, the first
이때, 제1 도전형 영역(32)의 면적이 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 클 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(32)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(34)의 폭(W2)보다 클 수 있다. At this time, the area of the first
그리고 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 개구부(도 1의 참조부호 402, 404, 이하 동일) 각각이 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 전체 길이에 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44)과 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 개구부(402, 404)가 제1 및 제2 전극(42, 44)의 일부만을 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)에 각기 연결하도록 형성되는 것도 가능함은 물론이다. 예를 들어, 제1 및 제2 개구부(402, 404)가 복수 개의 컨택홀로 구성될 수 있다. 그리고 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(42)이 일측 가장자리에서 서로 연결되어 형성되고, 제2 전극(44)이 타측 가장자리에서 서로 연결되어 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The
다시 도 1를 참조하면, 반도체 기판(10)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 전면 전계 영역(130) 위)에 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)이 위치할 수 있다. 실시예에 따라, 반도체 기판(10) 위에 패시베이션막(24)만 형성될 수도 있고, 반도체 기판(10) 위에 반사 방지막(26)만 형성될 수도 있고, 또는 반도체 기판(10) 위에 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)이 차례로 위치할 수도 있다. 도면에서는 반도체 기판(10) 위에 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)이 차례로 형성되어, 반도체 기판(10)이 패시베이션막(24)과 접촉 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 기판(10)이 반사 방지막(26)에 접촉 형성되는 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.Referring again to FIG. 1, a
패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 여기서, 전체적으로 형성되었다 함은 물리적으로 완벽하게 모두 형성된 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 제외된 부분이 있는 경우를 포함한다. The
패시베이션막(24)은 반도체 기판(10)의 전면에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(10)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(26)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.The
패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(24)은 실리콘 산화물을 포함하고, 반사 방지막(26)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. The
다시 터널링층(20) 및 오목부(36)에 대하여 설명하면, 본 실시예에서 오목부(36)는 식각에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 제2 부분(202)이 식각 정지층(etch stop layer)으로 기능한다. 즉, 식각에 의하여 오목부(36)가 형성될 때 제2 부분(202)이 식각을 정지시키는 역할을 한다. 이에 따라 터널링층(20)의 제1 부분(201)을 손상하지 않으면서 간단한 공정으로 오목부(36)를 형성할 수 있다. Referring again to the
터널링층(20)은 반도체 기판(10)의 후면 위에서 전체적으로 형성되는 제1 부분(201)과, 제1 부분(201) 위에서 부분적으로 형성되는 제2 부분(202)을 포함할 수 있다. The
제1 부분(201)은 반도체 기판(10)의 후면 위에서 끊임 없이 연속적이고 전체적으로 형성되므로, 별도의 패터닝 없이 쉽게 형성될 수 있다. 이때, 전체적으로 형성된다고 함은 물리적으로 완벽하게 모두 형성되는 경우와 함께, 불가피하게 일부 영역에 형성되지 않은 경우를 포함한다. Since the
제1 부분(201)은 전체적으로 균일한 두께(예를 들어, 20% 이내의 차이를 가지는 두께)를 가질 수 있다. 이에 의하여 캐리어가 전체적으로 균일하게 제1 부분(201)을 통과하여 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)에 도달할 수 있다. The
터널링 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)는 반도체층(30), 절연층(40) 등의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)가 2nm 이하일 수 있고, 일 예로, 0.1nm 내지 1.8nm(좀더 구체적으로는, 0.5nm 내지 1.5nm)일 수 있다. 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)가 2nm를 초과하면 터널링이 원활하게 일어나지 않아 태양 전지(100)의 효율이 저하될 수 있고, 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)가 0.1nm 미만이면 원하는 품질의 제1 부분(201)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 터널링 효과를 좀더 향상하기 위해서는 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)가 0.1nm 내지 1.8nm(좀더 구체적으로 0.5nm 내지 1.5nm)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)가 다양한 값을 가질 수 있다. The first thickness T1 of the
제1 부분(201) 위에 부분적으로 위치하는 제2 부분(202)은 오목부(36)의 형성 시 식각 정지층으로 기능하며 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분으로 캐리어가 이동하여 누설 전류를 방지하는 역할을 한다. 이를 위하여 제2 부분(202)은 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분에 위치한 오목부(36)에 대응하는 위치에 구비될 수 있다. 제2 부분(202)은 적어도 오목부(36)에 대응하여 형성될 수 있다. 즉, 오목부(36)가 형성된 부분에서는 이에 대응하여 제2 부분(202)이 위치하게 된다. 특히, 제2 부분(202)이 오목부(36)에 일대일 대응하도록 위치할 수 있다. The
이때, 제2 부분(202)의 폭(W4)은 오목부(36)의 폭(W3)보다 클 수 있다. 여기서, 오목부(36)의 폭(W3)은 오목부(36)가 형성되지 않은 제2 부분(202)의 표면(즉, 제2 부분(202)에서 제1 부분(201)의 반대면에 위치하는 표면)에서의 오목부(36)의 폭일 수 있다.At this time, the width W4 of the
이와 같이 제2 부분(202)의 폭(W4)이 오목부(36)의 폭(W3)보다 크면, 공정 오차 등이 있더라도 오목부(36)의 전체 부분(특히, 제2 부분(202)에 인접한 부분에서 오목부(36)의 전체 부분)이 제2 부분(202) 위에 위치하고 제1 부분(201)은 식각되는 부분 없이 그대로 유지될 수 있다. 목부(36)가 제2 부분(202)에서 벗어나게 되면 오목부(36)가 얇은 두께를 가지는 제1 부분(201)이 손상되어 패시베이션 특성이 저하되고 터널링에 의한 캐리어 이동이 원활하지 않을 수 있다. If the width W4 of the
오목부(36)의 폭(W3)은 제1 도전형 영역(32)의 폭보다 작고, 제2 도전형 영역(34)의 폭보다 작을 수 있다. 일 예로, 오목부(36)의 폭(W3) : 제2 부분(202)의 폭(W4)은 1:1.12 내지 1:3일 수 있다. 상기 비율이 1:1.12 미만이면 제2 부분(202)의 폭이 충분하지 않아 공정 오차 등이 있을 때 제1 부분(201)이 손상될 수 있다. 상기 비율이 1:3를 초과하면 제2 부분(202)이 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과 겹치는 영역이 커서 캐리어가 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)으로 터널링되는 것을 방해할 수 있다. 원활한 터널링을 위하여 상기 비율이 1:1.12 내지 1.5일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 비율이 다양한 값을 가질 수 있다. The width W3 of the
본 실시예에서 제2 부분(202)의 가상의 중심선(CL)과 오목부(36)의 가상의 중심선(CL)이 서로 일치하여 제2 부분(202)이 오목부(36)에 대하여 대칭적으로 위치하는 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로는, 제2 부분(202)의 가상의 중심선(CL)과 제2 부분(202)의 표면을 기준으로 볼 때의 오목부(36)의 가상의 중심선(CL)이 일치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 변형예를 도 6을 참조하여 추후에 설명한다. The virtual center line CL of the
본 실시예에서 제2 부분(202)이 오목부(36)에 대응하여 부분적으로 위치하고, 그 외의 부분에는 형성되지 않는다. 이에 따라 제2 부분(202)이 위치한 부분은 제1 부분(201)만 위치한 부분보다 태양 전지(100)의 후면 쪽을 향하여 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 제2 부분(202)이 위치한 부분과 제1 부분(201)이 위치한 부분 사이에 단차를 구비할 수 있다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 반대되는 제2 부분(202)의 일면이 반도체 기판(10)에 반대되는 제1 부분(201)의 일면보다 후면 쪽으로 더 돌출된 위치에 위치할 수 있다. In this embodiment, the
제2 부분(202)이 식각 정지층 및 누설 전류의 방지의 역할을 충분하게 수행할 수 있도록 제2 부분(202)의 제2 두께(즉, 제1 부분(201)보다 돌출된 두께)(T2)가 제1 부분(201)의 제1 두께(T1)보다 클 수 있다. 일 예로, 제2 부분(202)의 제2 두께(T2)가 3nm 이상일 수 있다. 제2 부분(202)의 제2 두께(T2)가 3nm 미만이면, 제2 부분(202)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 부분(202)의 제2 두께(T2)가 3nm 내지 30nm일 수 있다. 제2 두께(T2)가 30nm를 초과하면, 제2 부분(202)을 형성하기 위한 공정 시간이 길어질 수 있고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)의 부피를 줄여 태양 전지(100)의 효율을 높이는 데 한계가 있을 수 있다. 특히, 제2 두께(T2)가 5nm 이상(일 예로, 5nm 내지 30nm)일 수 있다. 이에 의하면 제2 부분(202)에 의한 효과를 충분하게 발휘할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 부분(202)이 그 외의 다른 두께를 가질 수 있다. (I.e., the thickness protruding from the first portion 201) (T2) of the
본 실시예에서는 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 동일한 물질 및 조성을 가지며 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 서로 접촉하여 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 동일한 공정에서 형성되는 단일층으로 구성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 서로 다른 공정에서 형성된 별개층으로 구성될 수도 있다. 그리고 제2 부분(202)이 제1 부분(201)과 다른 물질을 포함할 수도 있고, 제2 부분(202)이 제1 부분(201)과 동일한 물질을 포함하되 다른 조성을 가질 수 있다. 또는, 제1 부분(201)에서 제2 부분(202)에 인접한 부분은 제2 부분(202)과 동일 물질 및 조성을 가지고, 제1 부분(201)에서 제2 부분(202)에 인접하지 않은 부분은 제2 부분(202)과 다른 물질 또는 다른 조성을 가질 수 있다. 그리고 제2 부분(202)과 제1 부분(201)이 서로 접촉하지 않고 제1 부분(201)과 제2 부분(202) 사이에 별도의 층이 위치하는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. In this embodiment, the
제2 부분(202)은 식각 정지층으로 사용될 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 본 실시예에서 제2 부분(202)은 산화물을 포함할 수 있다. 산화물은 반도체 물질(특히, 실리콘)을 식각하는 식각 용액에 대한 식각비(etching ratio)가 반도체 물질과 크게 다르다. 좀더 구체적으로는, 반도체 물질의 식각비보다 산화물의 식각비가 아주 작으므로, 반도체 물질을 식각할 때 산화물이 느리게 식각되거나 거의 식각되지 않는다. 따라서 산화물을 포함하는 제2 부분(202)은 식각 정지층으로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다. The
본 실시예에서 제2 부분(202)이 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화물층일 수 있다. 실리콘 산화물층은 식각 정지층으로서의 역할을 충분하게 수행할 수 있다. 그리고 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 실리콘 산화물층으로 구성되면, 제1 부분(201)과 제2 부분(202)이 동일 또는 유사한 특성을 가져 이종 물질을 사용할 경우에 일어날 수도 있는 문제를 방지할 수 있다. In this embodiment, the
좀더 구체적으로, 제2 부분(202)은 제1 부분(201)과 동일 또는 유사하게 대략 SiO2과 같거나 이와 유사한 화학식(예를 들어, SiOx 여기서, x는 1.9 내지 2.1)을 가져 비정질 구조를 가질 수 있다. 상술한 화학식의 실리콘 산화물층으로 구성되는 제2 부분(202)은 식각 정지층의 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 또는, 제2 부분(202)이 SiOy(y는 0.2 내지 1.5, 특히 y는 1.0 내지 1.5)의 화학식을 가지는 실리콘 산화물층으로 구성될 수도 있다. 이 경우에 제2 부분(202)은 비정질 구조 또는 다결정 구조를 가질 수 있다. 이때, 제1 부분(201)이 대략 SiO2과 같거나 이와 유사한 화학식(예를 들어, SiOx 여기서, x는 1.9 내지 2.1)을 가지면, 제2 부분(202)이 제1 부분(201)과 동일한 물질을 가지되 조성 및 결정 구조가 서로 다르다. More specifically, the
터널링층(20) 위에 위치하는 반도체층(30)에는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 제2 부분(202) 위에 오목부(36)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 오목부(36)는 반도체층(30)의 일부가 두께 방향에서 전체적으로 제거되어 제2 부분(202)을 노출하는 이격 공간부로 구성될 수 있다. 그러면, 오목부(36)를 사이에 두고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 완전하게 분리되어 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 흐르는 누설 전류의 경로를 제거할 수 있다. 이에 의하여 누설 전류를 최소화하여 태양 전지(100)의 충밀도를 향상할 수 있다. A
앞서 언급한 바와 같이 오목부(36)는 반도체층(30)과 제2 부분(202)에서 식각비가 다른 식각 용액을 이용하여 형성되고, 제2 부분(202)이 식각 정지층으로 사용된다. 이에 따라 오목부(36) 및 제2 부분(202)에 식각에 의하여 형성되었을 때 나타날 수 있는 형상, 특성 등이 구비된다. As described above, the
즉, 오목부(36)에서 제1 도전형 영역(32)에 인접한 제1 측면과 오목부(36)에서 제2 도전형 영역(34)에 인접한 제2 측면이 서로 다른 기울기를 가질 수 있다. 즉, 식각 용액이 서로 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)에서 서로 다른 식각비(etching rate)를 가지기 때문에, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)에서 식각에 의하여 형성된 측면이 서로 다른 형상을 가진다. 예를 들어, 식각 용액으로 수산화칼륨(KOH)를 사용할 경우에 p형 영역(일 예로, 제1 도전형 영역(32))의 식각비가 3 nm/min 내지 4 nm/min인 반면 n형 영역(일 예로, 제2 도전형 영역(34))의 식각비가 12 nm/min 내지 13 nm/min일 수 있다. 이에 따라 n형 영역은 빠른 속도로 식각되어 n형 영역에 인접한 부분에서 오목부(36)에 언더 컷(under cut)이 형성된다. 따라서 n형 영역에 인접한 오목부(36)의 측면이 원만한 기울기를 가지도록 식각될 수 있다. 즉, 언더 컷에 의하여 n형 영역에 인접한 부분에서의 오목부(36)의 측면은 전체적으로 원만한 기울기를 가지면서 곡면 또는 라운드진 면으로 형성될 수 있다. p형 영역은 잘 식각되지 않아 이에 인접한 오목부(36)의 측면이 큰 기울기(예를 들어, 대략 90도에 가까운 기울기)를 가지면서 평면 또는 곡률 반경이 상대적으로 큰 면으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 n형 영역에 인접한 오목부(36)의 측면이 p형 영역에 인접한 오목부(36)의 측면보다 상대적으로 작은 곡률 반경 및 낮은 기울기를 가지고, 큰 폭을 가지도록 위치할 수 있다. 이러한 오목부(36)의 형상에 의하여 오목부(36)가 식각에 의하여 형성되었음을 알 수 있다. That is, the first side adjacent to the first
그리고 반도체층(30)의 오목부(36)에 대응하는 부분에서 제2 부분(202)에 함몰부(204)가 형성될 수 있다. 반도체 기판(10)에 반대되는 제2 부분(202)의 면에 반도체 기판(10)을 향하여 형성되는 함몰부(204)가 위치하여, 함몰부(204)가 형성된 부분이 제2 부분(202)의 다른 표면보다 후퇴된 위치에 위치할 수 있다. 그리고 함몰부(204)가 형성된 부분이 제2 부분(202)의 다른 부분보다 작은 두께를 가질 수 있다. 함몰부(204)는 가운데 부분이 가장자리 부분보다 많이 함몰된 라운드진 형상 또는 곡면 형상을 가질 수 있다. 이러한 함몰부(204)는 오목부(36)를 형성하는 식각 공정에서 제2 부분(202)의 조금 식각되는 것에 의하여 형성될 수 있다. 함몰부(204)는 반드시 형성되어야 하는 것은 아니며 형성되지 않는 것도 가능하다. 또는, 제2 부분(202)에는 함몰부(204) 이외에 식각에 의한 다양한 흔적 등이 형성될 수도 있다. A
이러한 오목부(36)의 형상 및 제2 부분(202)의 함몰부(204)에 의하여 오목부(36)가 식각에 의하여 형성되고 제2 부분(202)이 식각 정지층으로 사용되었음을 알 수 있다. It can be seen that the
본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32) 사이에 형성된 pn 접합에서의 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자는 터널링층(20)을 터널링하여 각기 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)로 이동한 후에 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다. When light is incident on the
본 실시예에와 같이 반도체 기판(10)의 후면에 전극(42, 44)이 형성되고 반도체 기판(10)의 전면에는 전극이 형성되지 않는 후면 전극 구조의 태양 전지(100)에서는 반도체 기판(10)의 전면에서 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In the
그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 터널링층(20)을 사이에 두고 반도체 기판(10) 위에 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다. Since the first and second
이와 같이 제2 부분(202)을 식각 정지층으로 하여 오목부(36)를 형성하면, 오목부(36) 형성 시에 터널링층(20) 및 반도체 기판(10)이 식각되지 않으므로 터널링층(20) 및 반도체 기판(10)의 손상을 방지할 수 있다. 그리고 제2 부분(202)은 오목부(36)에 대응하여 부분적으로 형성하므로 제1 부분(201)을 통하여 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)으로의 터널링은 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 오목부(36)에 의하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 분리 및 이격하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 흐르는 누설 전류를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 충밀도를 향상하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. Since the
상술한 구조의 태양 전지(100)의 제조 방법을 도 3a 내지 도 3m을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3a 내지 도 3m은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.A manufacturing method of the
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 도펀트를 가지는 베이스 영역(110)으로 구성되는 반도체 기판(10)을 준비한다. 본 실시예에서 반도체 기판(10)은 n형의 도펀트를 가지는 실리콘 기판(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 이루어질 수 있다. n형의 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소가 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 영역(110)이 p형의 도펀트를 가질 수도 있다. First, as shown in FIG. 3A, a
이때, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 요철을 가지도록 텍스쳐링될 수 있다. 반도체 기판(10)의 표면의 텍스처링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(10)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(10)에 손상이 발생할 수 있다. 그 외에 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다. At this time, at least one of the front surface and the rear surface of the
일 예로, 반도체 기판(10)의 전면이 요철을 가지도록 텍스쳐링되고, 반도체 기판(10)의 후면이 경면 연마 등에 의하여 처리되어 반도체 기판(10)의 전면보다 작은 표면 거칠기를 가지는 편평한 면으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 구조의 반도체 기판(10)을 사용할 수 있다. 그리고 텍스쳐링이 되지 않은 반도체 기판(10)을 사용하고 반도체 기판(10)의 텍스쳐링은 추후에 다른 공정에 의하여 수행될 수도 있다. For example, the front surface of the
이어서, 도 3b 내지 도 3d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면에 터널링층(도 3d의 참조부호 20, 이하 동일)을 형성한다. 이를 좀더 구체적으로 설명한다. Subsequently, as shown in FIGS. 3B to 3D, a tunneling layer (
먼저, 도 3b에 도시한 바와 같이, 터널링층(20)의 제2 부분(도 3c의 참조부호 202, 이하 동일)에 대응하는 제2 두께(도 1의 참조부호 T2, 이하 동일)를 가지는 터널링 형성층(202a)를 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 형성한다. 터널링 형성층(202a)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일 예로, 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 터널링 형성층(202a)이 형성될 수 있다. First, as shown in FIG. 3B, a
이어서, 도 3c에 도시한 바와 같이, 터널링 형성층(202a)을 패터닝하여 제2 부분(202)에 대응하는 부분(202b)을 남기고, 그 외의 부분은 전체적으로 제거한다. 이에 의하여 제2 두께(T2)를 가지는 제2 부분(202)에 대응하는 부분(202b)만이 반도체 기판(10)의 후면에 위치하게 된다. 패터닝 방법으로는 알려진 다양한 방법, 예를 들어, 식각 페이스트, 포토 리소그라피를 이용한 식각, 레이저 등의 방법이 적용될 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 터널링 형성층(202a)을 전체적으로 형성한 후에 이를 패터닝하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 마스크 또는 마스크층 등을 이용하여 제2 부분(202)에 해당하는 부분에만 터널링 형성층(202a)을 형성하여 이를 그대로 제2 부분(202)에 대응하는 부분(202b)으로 이용할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. Then, as shown in FIG. 3C, the
이어서, 도 3d에 도시한 바와 같이, 제2 부분(202)이 형성되지 않은 부분에 터널링에 대응하는 층을 형성하여 제1 부분(201) 및 제2 부분(202)를 구비하는 터널링층(20)을 형성한다. 일 예로, 반도체 기판(10)을 일정한 온도로 열처리하면 열적 산화에 의하여 반도체 기판(10)의 반도체 물질(예를 들어, 실리콘)과 외부의 산소가 화학적으로 반응하여 반도체 기판(10)의 표면(즉, 제2 부분(201)에 대응하는 부분(202b)이 형성되지 않은 반도체 기판(10)의 후면)에 실리콘 산화물층이 형성될 수 있는데, 이러한 실리콘 산화물층이 제1 부분(201)의 일부를 구성할 수 있다. 이와 같이 열적 산화에 의하여 제1 부분(201)의 일부를 형성하면, 마스크, 패터닝 등을 사용하지 않는 단순한 공정에 의하여 전체적으로 얇은 두께를 가지는 제1 부분(201)을 형성할 수 있다. 3D, a layer corresponding to the tunneling is formed in a portion where the
제1 및 제2 부분(201, 202)을 가지는 터널링층(20)은 상술한 방법 이외의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. The
변형예로, 도 4a에 도시한 바와 같이 제2 두께(T2)를 가지는 터널링 형성층(202a)을 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 형성한다. 그 후에, 도 4b에 도시한 바와 같이 제1 부분(201)에 해당하는 부분을 제1 두께(도 1의 참조부호 T1, 이하 동일)를 가질 때가지 식각하여 제1 두께(T1)를 가지는 제1 부분(201)을 형성할 수 있다. 이는 마스크 또는 마스크층을 이용하여 제2 부분(202)에 해당하는 부분이 식각되지 않도록 하면서, 제1 부분(201)에 해당하는 부분의 식각 속도(etching rate)를 조절하는 것에 의하여 구현될 수 있다. 이에 따라 단순한 공정에 의하여 제1 및 제2 부분(201, 202)을 구비하는 터널링층(20)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는 제1 및 제2 부분(201, 202)이 동일한 터널링 형성층(202a)으로 구성되므로 제1 및 제2 부분(201, 202)이 서로 동일한 물질을 포함하며 일체의 구조를 가지는 단일층을 구성할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 4A, a
또 다른 변형예로, 도 5a에 도시한 바와 같이, 제1 두께(T1)를 가지는 제1 부분(201)을 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 형성한다. 그 후에, 도 5b에 도시한 바와 같이 제2 두께(T2)를 가지는 제2 부분(202)을 형성할 수 있다. 제2 부분(202)을 형성하기 위한 층을 형성한 후에 이를 패터닝하여 제2 부분(202)을 형성할 수도 있고, 마스크 또는 마스크층 등을 이용하여 제2 부분(202)에 해당하는 부분에만 제2 부분(202)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는 제1 및 제2 부분(201, 202)이 서로 동일한 물질을 포함할 수도 있고 서로 다른 물질 또는 서로 다른 조성을 포함할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 5A, a
이어서, 도 3e 및 도 3k에 도시한 바와 같이, 터널링층(20) 위에 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 포함하며 오목부(36)를 구비하는 반도체층(30)을 형성한다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Next, as shown in FIGS. 3E and 3K, a semiconductor layer (not shown) including a first
도 3e에 도시한 바와 같이, 터널링층(20) 위에 진성(i형)을 가지는 진성 반도체층(300)을 형성한다. 진성 반도체층(300)은 미세 결정질, 비정질, 또는 다결정 반도체(일 예로, 실리콘)로 구성될 수 있다. 진성 반도체층(300)은, 일례로, 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 진성 반도체층(300)이 형성될 수 있다.The
그리고 도 3f에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 영역(32)에 대응하는 부분에 제1 도핑층(322) 및 언도프트층(324)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 3F, a
제1 도핑층(322)은 제2 도전형 불순물을 구비하는 다양한 층일 수 있으며, 보론 실리케이트 유리(BSG) 일 수 있다. 제1 도핑층(322)으로 보론 실리케이트 유리를 형성하면 쉽게 제1 도핑층(322)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 도핑층(322)은 복수 개의 제1 도전형 영역(32)에 대응하도록 복수의 도핑 부분을 포함할 수 있다. 복수의 도핑 부분은 제1 도전형 영역(32)에 대응하는 형상을 가질 수 있다.The
제1 도핑층(322) 위에 형성되는 언도프트층(324)은 제1 및 제2 도전형 불순물을 포함하지 않는 물질로 구성된다. 일례로, 언도프트층(324)은 언도프트 실리케이트 또는 절연막으로 구성될 수 있다. 이러한 언도프트층(324)은 제1 도핑층(322)에 포함된 제1 도전형 불순물이 외부 확산(out-diffusion)되는 것을 방지할 수 있다. The
이러한 제1 도핑층(322) 및 언도프트층(324)은 마스크를 이용하여 제1 도전형 영역(32)에 대응하는 형상을 가지는 상태로 진성 반도체층(300) 위에 형성될 수 있다. 또는, 잉크젯 또는 스크린 인쇄 등의 방법에 의하여 제1 도전형 영역(32)에 대응하는 형상을 가지는 상태로 진성 반도체층(300) 위에 형성될 수 있다. 또는, 제1 도핑층(322) 및 언도프트층(324)을 반도체층(30) 위에 전체적으로 형성한 다음 제1 도전형 영역(32)이 형성되지 않을 부분을 에칭 용액, 에칭 페이스트 등에 의하여 제거하여 제1 도핑층(322)을 형성할 수도 있다. The
이어서, 도 3g에 도시한 바와 같이, 제1 도핑층(322) 위에 제2 도전형 영역(도 3k의 참조부호 34) 및 오목부(도 3k의 참조부호 36)에 대응하는 위치에 개구부(326a)를 구비하는 마스크층(326)을 형성할 수 있다. 이때, 마스크층(326)은 제1 도핑층(322) 및 언도프트층(324)에 대응하여 형성될 수 있다. Then, as shown in Fig. 3G, an
이러한 마스크층(326)은 제1 및 제2 도전형 불순물을 포함하지 않는 언도프트 물질로 구성된다. 일례로, 마스크층(326)은 실리콘 탄화물로 구성되는 실리콘 탄화물층일 수 있다. 실리콘 탄화물층은 레이저에 의하여 쉽게 패터닝될 수 있고, 도펀트의 도핑을 효과적으로 방지할 수 있으며, 추후에 간단한 공정에 의하여 쉽게 제거될 수 있다. This
이러한 마스크층(326)은 마스크를 이용하여 원하는 형상을 가지는 상태로 제1 도핑층(322), 언도프트층(324) 및 반도체층(30) 위에 형성될 수 있다. 또는, 잉크젯 또는 스크린 인쇄 등의 방법에 의하여 원하는 형상을 가지는 상태로 반도체층(30) 위에 형성될 수 있다. 또는, 마스크층(326)에 해당하는 물질을 제1 도핑층(322), 언도프트층(324) 및 반도체층(30)에 전체적으로 형성한 다음 개구부(326a)에 해당하는 부분을 에칭 용액, 에칭 페이스트 등에 의하여 제거하여 마스크층(326)을 형성할 수도 있다. 또는, 본 실시예에서와 같이 마스크층(326)이 실리콘 탄화물층으로 구성되는 경우에는 레이저(310)를 조사하여 개구부(326a)를 형성할 수 있다. This
이어서, 도 3h에 도시한 바와 같이, 열처리에 의하여 제1 도전형 반도체층(320)(또는 제1 도전형 영역(32)) 및 제2 도전형 반도체층(340)을 형성한다. 이때, 제2 도전형 도펀트를 포함하는 기체(일 예로, 인을 포함하는 기체, 예를 들어, POCl3) 분위기에서 열처리할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3H, the first conductivity type semiconductor layer 320 (or the first conductivity type region 32) and the second conductivity
그러면, 제1 도핑층(322)에 인접한 진성 반도체층(300)에 제1 도전형 도펀트가 확산되어 제1 도전형 반도체층(320)이 형성된다. 그리고 개구부(326a)를 통하여 제2 도전형 도펀트가 열적 확산법에 의하여 확산되어 개구부(326a)에 대응하는 부분에 제2 도전형 반도체층(340)이 형성된다. 이에 의하여 제2 도전형 영역(34)과 오목부(36)에 대응하는 영역에 제2 도전형 반도체층(340)이 형성된다. The first conductivity
이때, 제2 도전형 도펀트가 반도체 기판(10)의 전면으로 열적 확산법에 의하여 확산되어 전면 전계 영역(130)이 함께 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 전계 영역(130)이 별도의 공정에서 별도로 형성될 수도 있다. At this time, the second conductive dopant may be diffused to the front surface of the
본 실시예에서는 상대적으로 넓은 면적을 가지는 제1 도전형 반도체층(320)을 제1 도핑층(322)을 이용하여 형성하고, 상대적으로 좁은 면적을 가지는 제2 도전형 영역(34) 및 오목부(36)에 해당하는 영역에 마스크층(326)에 개구부(326a)를 형성하여 열적 확산에 의하여 제2 도전형 반도체층(340)을 형성한다. 이에 의하여 넓은 면적의 제1 도전형 반도체층(320)을 안정적으로 형성하고, 개구부(326a)를 좁은 면적으로 형성한 후에 열적 확산법으로 제2 도전형 반도체층(340)을 형성하여 공정을 단순화할 수 있다. In this embodiment, the first
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340)의 형성 방법으로 알려진 다양한 방법(이온 주입법, 레이저 도핑법 등)이 사용될 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 형성되는 전면 전계 영역(130)은 이온 주입법, 레이저 도핑법 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 전면 전계 영역(130)이 별도로 형성되지 않는 것도 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and various methods known as a method of forming the first and second conductivity type semiconductor layers 320 and 340 (ion implantation, laser doping, etc.) may be used. The front
이어서, 도 3i에 도시한 바와 같이, 오목부(36)가 형성될 부분에 대응하는 개구부(328a)를 구비하는 마스크층(328)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3I, a
이러한 마스크층(328)은 제1 및 제2 도전형 불순물을 포함하지 않는 언도프트 물질로 구성된다. 일례로, 마스크층(328)은 실리콘 탄화물로 구성되는 실리콘 탄화물층일 수 있다. 실리콘 탄화물층은 레이저에 의하여 쉽게 패터닝될 수 있고, 도펀트의 도핑을 효과적으로 방지할 수 있으며, 추후에 간단한 공정에 의하여 쉽게 제거될 수 있다. This
이러한 마스크층(328)은 마스크를 이용하여 원하는 형상을 가지는 상태로 제1 도핑층(322), 언도프트층(324) 및 반도체층(30) 위에 형성될 수 있다. 또는, 잉크젯 또는 스크린 인쇄 등의 방법에 의하여 원하는 형상을 가지는 상태로 반도체층(30) 위에 형성될 수 있다. 또는, 마스크층(328)에 해당하는 물질을 제1 도핑층(322), 언도프트층(324) 및 반도체층(30)에 전체적으로 형성한 다음 개구부(328a)에 해당하는 부분을 에칭 용액, 에칭 페이스트 등에 의하여 제거하여 마스크층(328)을 형성할 수도 있다. 또는, 본 실시예에서와 같이 마스크층(328)이 실리콘 탄화물층으로 구성되는 경우에는 레이저를 조사하여 개구부(328a)를 형성할 수 있다. The
이어서, 도 3j에 도시한 바와 같이, 식각 용액으로 개구부(328a)에 의하여 노출된 반도체층(30)을 식각하여 오목부(36)를 형성할 수 있다. 식각 용액은 반도체층(30)과 제2 부분(202)에 대하여 식각비가 다른 물질 또는 선택적인 식각비를 가지는 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 식각 용액으로 알칼리 용액(예를 들어, 수산화 칼륨 용액)을 사용하면, 반도체층(30)에는 높은 식각비를 가지고 산화물로 구성되는 제2 부분(202)에는 낮은 식각비를 가진다. 그러면, 반도체층(30)은 쉽게 식각되고, 제2 부분(202)은 쉽게 식각되지 않으므로 반도체층(30)이 식각되어 제2 부분(202)에 식각 용액이 닿게 되면 식각이 정지된다. 이에 의하여 단순하고 안정적인 방법에 의하여 오목부(36)를 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3J, the recessed
본 실시예에서는 오목부(36)에 대응하는 부분에 제2 도전형 반도체층(340)이 위치하게 되므로, 제2 도전형 반도체층(340)의 일부가 식각 용액에 의하여 제거되어 오목부(36)가 형성된다. n형을 가지는 제2 도전형 반도체층(340)의 식각비가 p형을 가지는 제1 도전형 반도체층(30) 또는 진성 반도체층(300)의 식각비보다 크므로, 제2 도전형 반도체층(340)에 오목부(36)를 형성하면 오목부(36)를 좀더 빠른 속도로 쉽게 형성할 수 있다. 일 예로, 식각 용액으로 수산화칼륨을 사용할 경우에 n형 영역의 식각비가 12 nm/min 내지 13 nm/min이고, p형 영역의 식각비가 3 nm/min 내지 4 nm/min이고, i형 영역의 식각비가 대략 10 nm/min일 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 n형을 가지는 제2 도전형 반도체층(340)을 식각하여 오목부(36)를 형성하여 식각 속도를 향상하고 식각비 차이에 의하여 안정적으로 오목부(36)를 형성할 수 있다. A part of the second conductivity
본 실시예에서는 오목부(36)를 형성하기 전의 공정(예를 들어, 도 3h에 도시한 공정)에서 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 접촉하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(38)이 위치하는 반도체층(30)을 형성하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 오목부(36)를 형성하기 전에 배리어 영역(38)이 위치하는 반도체층(30)을 형성한 경우에는 배리어 영역(38)을 전체적으로 제거하여 본 실시예에 따른 오목부(36)를 형성할 수 있다. In this embodiment, it is exemplified that the first
이어서, 도 3k에 도시한 바와 같이, 마스크층(328)을 제거할 수 있다. 일 예로, 마스크층(328)은 이를 제거하는 식각 용액(예를 들어, 희석된 불산(HF))을 이용하게 쉽게 제거될 수 있다. Then, as shown in FIG. 3K, the
이어서, 도 3l에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)을 차례로 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 절연층(40)을 형성한다. 즉, 반도체 기판(10)의 전면 위에 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)을 전체적으로 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면 위에 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)을 덮도록 전체적으로 절연층(40)을 형성한다. 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 절연층(40)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26), 그리고 절연층(40)의 형성 순서는 다양하게 변형될 수 있다.Next, as shown in FIG. 31, a
이어서, 도 3m에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. Subsequently, first and
일례로, 절연층(40)에 제1 및 제2 개구부(402, 404)를 형성하고, 제1 및 제2 개구부(402, 404) 내에 도금법, 증착법 등의 다양한 방법으로 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성할 수 있다. 다른 실시예로, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 절연층(40) 상에 각기 스크린 인쇄 등으로 도포한 후에 파이어 스루(fire through) 또는 레이저 소성 컨택(laser firing contact) 등을 하여 상술한 형상의 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성할 때 제1 및 제2 개구부(402, 404)가 형성되므로, 별도로 제1 및 제2 개구부(402, 404)를 형성하는 공정을 추가하지 않아도 된다.For example, the first and
본 실시예에 따르면 제1 및 제2 부분(201, 202)을 구비하는 터널링층(20), 그리고 오목부(36)를 구비하는 반도체층(30)을 단순한 공정에 의하여 제조하여 태양 전지(100)의 효율 및 생산성을 함께 향상할 수 있다.
According to the present embodiment, the
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. 상술한 부분에서 설명한 것과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분을 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예와 이의 변형예와, 이하의 실시예와 이의 변형예들은 서로 결합될 수 있고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. Hereinafter, a solar cell according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9. FIG. The same or similar portions as those described in the above-mentioned portions will not be described in detail, and the different portions will be described in detail. It is to be understood that both the foregoing description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다. 6 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 제2 부분(202)과 제1 도전형 영역(32)이 겹치는 폭(W5)이 제2 부분(202)과 제2 도전형 영역(34)이 겹치는 폭(W6)이 서로 다를 수 있다. 좀더 구체적으로는, 반도체 기판(10)과 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)과 제2 부분(202)이 겹치는 폭(W5)이 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)과 제2 부분(202)이 겹치는 폭(W6)보다 클 수 있다. 따라서 오목부(36)의 가상의 중심선(특히, 오목부(36)가 위치하지 않은 제2 부분(202)의 표면을 기준으로 할 때의 오목부(36)의 가상의 중심선)(CL1)이 제2 부분(202)의 가상의 중심선(CL2)보다 제2 도전형 영역(34)에 가깝께 위치할 수 있다. 6, the width W5 of the overlapping portion of the
이와 같이 제2 부분(202)이 제1 도전형 영역(32) 쪽에 치우쳐서 형성되면, 반도체 기판(10)의 다수 캐리어가 오목부(36) 부근으로 터널링되어 제1 도전형 영역(32)의 다수 캐리어와 결합하여 발생할 수 있는 재결합을 효과적으로 방지할 수 있다. 반도체 기판(10)의 다수 캐리어가 제2 도전형 영역(34) 쪽으로 이동하여도 태양 전지(100)의 특성이 저하되지는 않으므로, 제2 부분(202)이 제2 도전형 영역(34)에는 덜 걸쳐질 수 있다. When the
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 변형예로, 제2 부분(202)이 제2 도전형 영역(34) 쪽으로 치우쳐서 형성되어, 제1 도전형 영역(32) 쪽에 위치한 제2 부분(202)의 부분의 폭이 제2 도전형 영역(34) 쪽에 위치한 제2 부분(202)의 부분의 폭보다 작을 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.However, the present invention is not limited thereto. The
이러한 구조는 의도적으로 형성될 수도 있고 또는 공정 오차 등에 의하여 형성될 수도 있다. Such a structure may be intentionally formed or may be formed by a process error or the like.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다. 도 8은 도 7의 변형예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다. 여기서, 도 7 및 도 8에서는 도 1의 확대원에 대응하는 부분을 도시하였다. 그리고 도 9는 도 7에 도시한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 오목부(36)를 형성하기 전의 반도체층(30)을 포함하는 상태의 단면도이다. 참고로, 도 9는 도 3k에 대응하는 공정을 도시한 단면도이다. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention. 8 is a partial cross-sectional view of a solar cell according to a modification of FIG. Here, in Figs. 7 and 8, a portion corresponding to the enlargement circle in Fig. 1 is shown. 9 is a sectional view of a state including the
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 오목부(36)가 반도체층(30)에 전체 두께에 형성되지 않고 일부 부분에만 형성될 수 있다. 이에 의하여 오목부(36)의 하부에 반도체층(30)의 일부가 존재하여, 오목부(36)가 형성된 부분의 두께가 오목부(36)가 형성되지 않은 부분의 두께보다 작을 수 있다. 이와 같이 오목부(36)은 의도적으로 또는 공정 오차에 의하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7, in the present embodiment, the
이와 같이 오목부(36)가 전체 두께에 형성되지 않아 오목부(36)와 제2 부분(202) 사이에 반도체층(30)이 일부 잔류하는 경우에도 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분에서 반도체층(30)의 면적 또는 부피를 줄여 누설 전류가 발생하는 것을 줄일 수 있다. Even if the
이때, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이의 경계 부분에 배리어 영역(38)이 위치하는 것을 예시하였다. 즉, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 오목부(36)와 제2 부분(202) 사이에 배리어 영역(38)이 위치할 수 있다. 그러면, 오목부(36) 하부에 배리어 영역(38)이 잔류할 경우에 누설 전류를 좀더 최소화할 수 있다. In this embodiment, the
이때, 도 7에 도시한 바와 같이 배리어 영역(38)이 오목부(36)의 폭(특히, 제2 부분(202)에 인접한 부분에서의 가장 작은 폭)보다 작은 폭을 가질 수 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)의 면적을 최대화하여 광전 변환 효율을 향상할 수 있다. At this time, as shown in Fig. 7, the
또는, 도 8에 도시한 바와 같이, 배리어 영역(38)이 오목부(36)의 폭(특히, 제2 부분(202)과 반대되는 면에서의 가장 큰 폭)보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이 경우에는 제1 도전형 영역(32)과 오목부(36)의 사이에 배리어 영역(38)이 추가적으로 위치할 수 있고 제2 도전형 영역(34)과 오목부(36) 사이에 배리어 영역(38)이 위치할 수 있다. 이에 의하여 오목부(36)의 주변에 배리어 영역(38)이 추가적으로 위치하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 발생하는 누설 전류를 최소화할 수 있다. 이때, 배리어 영역(38)의 폭은 제2 부분(202)의 폭보다 클 수도 있고 작을 수도 있고 같을 수 있다. Alternatively, as shown in Fig. 8, the
도 8에서는 오목부(38)가 반도체층(30)의 두께의 일부에서만 형성되는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 1에 도시한 바와 같이 오목부(38)가 반도체층(30)의 두께의 전체에 형성되어 제2 부분(202)에 닿도록 형성될 수 있다. 그러면, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 전체적으로 이격되고 오목부(36)와 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 사이 각각에 배리어 영역(38)이 위치하게 된다. In FIG. 8, the
또한, 도 8에서는 배리어 영역(38)이 제1 도전형 영역(32)과 오목부(36) 사이 및 제2 도전형 영역(34)과 오목부(36) 사이에 각기 위치하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배리어 영역(38)이 제1 도전형 영역(32)과 오목부(36) 사이 및 제2 도전형 영역(34)과 오목부(36) 사이 중 어느 하나에만 형성될 수 있다. 특히, 배리어 영역(38)이 재결합에 의한 문제가 더 많이 일어날 수 있는 제1 도전형 영역(32)과 오목부(36) 사이에만 위치할 수 있다. 이때, 오목부(36)는 반도체층(30)의 두께의 전체 또는 일부에 대응하도록 형성될 수 있다. 8 illustrates that the
배리어 영역(38)은 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 이들을 실질적으로 절연할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 배리어 영역(38)으로 도핑되지 않은(즉, 언도프트) 절연 물질(일례로, 산화물, 질화물) 등을 사용할 수 있다. 또는, 배리어 영역(38)이 진성(intrinsic) 반도체를 포함할 수도 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 배리어 영역(38)은 서로 측면이 접촉되면서 연속적으로 형성되는 동일한 반도체(일례로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 다결정 실리콘)로 구성되되, 배리어 영역(38)은 실질적으로 도펀트를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 반도체 물질을 포함하는 반도체층을 형성한 다음, 반도체층의 일부 영역에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 도전형 영역(32)을 형성하고 다른 영역 중 일부에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 제2 도전형 영역(34)을 형성하면, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 형성되지 않은 영역이 배리어 영역(38)을 구성하게 될 수 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(38)의 제조 방법을 단순화할 수 있다. The
상술한 구조의 오목부(36) 및 배리어 영역(38)을 구비하는 반도체층(30)은ㄷ 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 오목부(38)를 형성하기 전에 반도체층(30)을 형성하는 공정(도 3h에 대응하는 공정)에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 그리고 배리어 영역(38)을 구비하는 반도체층(30)을 형성할 수 있다. 이러한 반도체층(30)은, 도 3g에 도시한 공정에서, 마스크층(326)에 개구부(326a)을 형성할 때 제1 도핑층(322) 및 언도프트층(324)의 주변부에 위치한 반도체층(30) 위에도 마스크층(326)이 일부 위치하도록 하고, 도 3h에 도시한 공정에서와 같이 열처리하여 형성될 수 있다. 이어서, 도 3i에 도시한 공정과 같이, 배리어 영역(38)이 위치한 부분에서 오목부(36)를 형성하면 도 7 또는 도 8에 도시한 바와 같은 태양 전지를 제조할 수 있다. The
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Features, structures, effects and the like according to the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to only one embodiment. Further, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified in other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
100: 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 터널링층
201: 제1 부분
202: 제2 부분
204: 함몰부
24: 패시베이션막
26: 반사 방지막
30: 반도체층
32: 제1 도전형 영역
34: 제2 도전형 영역
36: 오목부
40: 절연층
42: 제1 전극
44: 제2 전극 100: Solar cell
10: semiconductor substrate
20: Tunneling layer
201: First part
202: second part
204: depression
24: Passivation film
26: Antireflection film
30: semiconductor layer
32: first conductivity type region
34: second conductivity type region
36:
40: Insulating layer
42: first electrode
44: Second electrode
Claims (20)
상기 반도체 기판 위에 위치하는 제1 부분 및 상기 제1 부분 위에서 부분적으로 위치하는 제2 부분을 포함하는 터널링층; 및
상기 터널링층 위에 위치하는 반도체층
을 포함하고,
상기 반도체층은 상기 제2 부분 위에 위치하는 오목부를 구비하는 태양 전지. A semiconductor substrate;
A tunneling layer comprising a first portion located on the semiconductor substrate and a second portion located partially on the first portion; And
The semiconductor layer located above the tunneling layer
/ RTI >
And the semiconductor layer has a concave portion located on the second portion.
상기 반도체층이, 상기 터널링층 위에서 함께 위치하는 제1 도전형 영역 및 제2 도전형 영역을 포함하고,
상기 오목부가 상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역 사이에서 상기 제2 부분 위에 위치하는 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor layer comprises a first conductive type region and a second conductive type region which are co-located on the tunneling layer,
Wherein the concave portion is located on the second portion between the first conductive type region and the second conductive type region.
상기 오목부는 상기 반도체층이 형성되지 않는 이격 공간부로 구성되거나 또는 상기 반도체층의 다른 부분보다 적은 두께를 가지는 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the concave portion is constituted by a spaced-apart space portion in which the semiconductor layer is not formed, or has a thickness less than other portions of the semiconductor layer.
상기 오목부의 폭보다 상기 제2 부분의 폭이 더 큰 태양 전지. The method according to claim 1,
And the width of the second portion is larger than the width of the concave portion.
상기 오목부의 폭 : 상기 제2 부분의 폭은 1:1.12 내지 1:3인 태양 전지. 5. The method of claim 4,
The width of the concave portion: the width of the second portion is from 1: 1.12 to 1: 3.
상기 제2 부분의 두께가 상기 제1 부분의 두께보다 큰 태양 전지. The method according to claim 1,
And the thickness of the second portion is larger than the thickness of the first portion.
상기 제1 부분의 두께가 2nm 이하이고,
상기 제2 부분의 두께가 3nm 이상인 태양 전지. The method according to claim 6,
Wherein the first portion has a thickness of 2 nm or less,
And the thickness of the second portion is 3 nm or more.
상기 오목부의 전체 부분이 상기 제2 부분 위에 위치하는 태양 전지. The method according to claim 1,
And the entire portion of the concave portion is located above the second portion.
상기 제2 부분이 식각 정지층으로 사용되는 태양 전지. The method according to claim 1,
And the second portion is used as an etch stop layer.
상기 오목부에서 상기 제1 도전형 영역에 인접한 제1 측면과 상기 오목부에서 상기 제2 도전형 영역에 인접한 제2 측면이 서로 다른 기울기를 가지는 태양 전지. 3. The method of claim 2,
The first side adjacent to the first conductivity type region in the concave portion and the second side adjacent to the second conductivity type region in the concave portion have different slopes.
상기 제1 도전형 영역이 p형을 가지고,
상기 제2 도전형 영역이 n형을 가지며,
상기 제2 측면의 기울기가 상기 제1 측면의 기울기보다 작은 태양 전지. 9. The method of claim 8,
Wherein the first conductivity type region has a p-type,
The second conductivity type region having n-type conductivity,
Wherein a slope of the second side is smaller than a slope of the first side.
상기 제2 부분에서 상기 오목부에 대응하는 부분에 함몰부가 형성되는 태양 전지. The method according to claim 1,
And a depression is formed in a portion corresponding to the concave portion in the second portion.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 동일한 물질 및 조성을 가져 단일층을 구성하는 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the first portion and the second portion have the same material and composition and constitute a single layer.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 서로 다른 물질 또는 서로 다른 조성을 가지는 태양 전지. The method according to claim 1,
Wherein the first portion and the second portion have different materials or different compositions.
상기 제2 부분이 산화물을 포함하는 태양 전지. The method according to claim 1,
And the second portion comprises an oxide.
상기 제1 도전형 영역이 상기 반도체 기판과 다른 도전형을 가지며,
상기 제2 부분과 상기 제1 도전형 영역이 겹치는 영역의 폭이 상기 제2 부분과 상기 제2 도전형 영역이 겹치는 영역의 폭보다 큰 태양 전지. 3. The method of claim 2,
Wherein the first conductivity type region has a conductivity type different from that of the semiconductor substrate,
Wherein a width of a region where the second portion and the first conductivity type region overlap is larger than a width of an area where the second portion and the second conductivity type region overlap.
상기 터널링층 위에 위치하는 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 부분 위에 위치하는 상기 반도체층을 부분적으로 식각하여 상기 제2 부분에 대응하는 상기 반도체층에 오목부를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 오목부를 형성하는 단계에서는 상기 제2 부분과 상기 반도체층에 대하여 선택적인 식각비를 가지는 식각 용액을 사용하는 태양 전지의 제조 방법. Forming a tunneling layer on the semiconductor substrate, the tunneling layer comprising a first portion and a second portion that is partially over the first portion;
Forming a semiconductor layer overlying the tunneling layer; And
Forming a recess in the semiconductor layer corresponding to the second portion by partially etching the semiconductor layer located on the second portion
Lt; / RTI >
Wherein the step of forming the concave portion uses an etching solution having a selective etching ratio with respect to the second portion and the semiconductor layer.
상기 오목부를 형성하는 단계에서 상기 제2 부분이 식각 정지층으로 사용되는 태양 전지의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
And the second portion is used as an etch stop layer in the step of forming the concave portion.
상기 반도체층을 형성하는 단계에서, 상기 터널링층 위에서 함께 위치하는 p형 영역과 n형 영역을 포함하고 상기 n형 영역이 상기 오목부가 형성될 영역에 형성되고,
상기 오목부를 형성하는 단계에서는 상기 n형 영역을 식각하여 상기 오목부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
Wherein in the step of forming the semiconductor layer, a p-type region and an n-type region which are located together on the tunneling layer and the n-type region is formed in a region where the recess is to be formed,
And forming the concave portion by etching the n-type region in the step of forming the concave portion.
상기 반도체층이 실리콘을 포함하고,
상기 제2 부분이 산화물을 포함하며,
상기 식각 용액이 수산화칼륨 용액을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
Wherein the semiconductor layer comprises silicon,
Said second portion comprising an oxide,
Wherein the etching solution comprises a potassium hydroxide solution.
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---|---|---|---|
KR1020150036474A KR20160111624A (en) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | Solar cell and method for manufacturing the same |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
EP4386864A1 (en) * | 2022-12-14 | 2024-06-19 | Zhejiang Jinko Solar Co., Ltd. | Solar cell and photovoltaic module |
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2015
- 2015-03-17 KR KR1020150036474A patent/KR20160111624A/en unknown
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