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KR101088383B1 - 프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지 - Google Patents

프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지 Download PDF

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KR101088383B1
KR101088383B1 KR1020100123389A KR20100123389A KR101088383B1 KR 101088383 B1 KR101088383 B1 KR 101088383B1 KR 1020100123389 A KR1020100123389 A KR 1020100123389A KR 20100123389 A KR20100123389 A KR 20100123389A KR 101088383 B1 KR101088383 B1 KR 101088383B1
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forming
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조경연
김일환
이현우
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김지선
신정은
이은주
이해석
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주식회사 신성솔라에너지
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

본 발명은 반도체 기판의 전면 표면 및 후면 표면에 반사율을 저감시키기 위한 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅(printing) 기법을 이용하여, 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 불순물을 주입하여 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 단계, 상기 전면 에미터층 및 후면 에미터층 상에 각각 전면 반사방지막과 후면 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 전면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 전면 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하고, 상기 후면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 후면 에미터층에 연결되도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지 {Bifacial photovoltaic solar cell manufacturing method using printing method, and bifacial photovoltaic solar cell of the same}
본 발명은 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 기판의 전후면에서 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 광전자(photon)를 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 한다)를 일컫는다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 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(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이러한 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 활성층에 도달하는 광전자(photon)의 수를 최대화하고, 전지표면의 반사에 의한 손실을 최소화하는 것은 매우 중요하다.
태양전지의 효율을 결정 짓는 요인에는 여러 가지가 있다.
이중 가장 큰 요인에는 태양광의 수광 면적, 수광된 빛이 광전효과에 의한 기여도, 구조적인 저항성분 등 여러 가지가 있는데, 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 이러한 각 요소들을 적절히 고려하여 개별공정이 순차적으로 가능한 범위 내에서 구조적 개선이 필요하다.
이중 제한된 반도체 기판 대비 빛의 수광면적을 최대한 활용하는 방안으로 양면 수광형 태양전지를 일례로 들 수 있다.
양면 수광형 태양전지(Bifacial solar cell)는 태양전지의 전/후면 모두에서 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 것을 말한다. 일반적인 태양전지는 전면에서 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 반면, 양면 수광형 태양전지는 전/후면에서 태양광을 흡수하므로 형성되는 전류(current)가 높기 때문에 보다 많은 전기를 생산 할 수 있다.
종래 양면 수광형 태양전지 제조 공법은 불순물 주입에 이용되는 고온 확산로와, 반사방지막 및 표면보호막 형성에 이용되는 증착 설비 등이 필요하기 때문에 생산비용이 많이 들며, 제조라인 공간이 많이 필요하다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양면 수광형 태양전지의 제조 공정에 있어서 생산 비용을 절감하고 제조라인 공간의 공간 활용도를 증대시킬 수 있으며, 공정시간을 단축하고, 생산량을 증대할 수 있는 양면 수광형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조 공법으로 제조된 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판의 전면 표면 및 후면 표면에 반사율을 저감시키기 위한 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅(printing) 기법을 이용하여, 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 불순물을 주입하여 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 단계, 상기 전면 에미터층 및 후면 에미터층 상에 각각 전면 반사방지막과 후면 반사방지막을 형성하는 단계 및 상기 전면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 전면 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하고, 상기 후면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 후면 에미터층에 연결되도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 전면 반사방지막과 후면 반사방지막을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 전면전극 및 후면전극을 형성할 수 있다.
상기 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 단계에서, 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입하는 방식으로 상기 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성할 수 있다.
상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계에서, 상기 전면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 전면 에미터층에서 상기 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 상기 전면전극을 형성하고, 상기 후면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 후면 에미터층에서 상기 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 상기 후면전극을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입할 수 있다.
상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계에서, 프린팅 기법으로 상기 전면 에미터층의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 전면 반사방지막을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 상기 전면전극을 형성하고, 프린팅 기법으로 상기 후면 에미터층의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 후면 반사방지막을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 상기 후면전극을 형성할 수 있다.
상기 전면 에미터층에 주입된 저농도 불순물은 n+ 불순물이고, 고농도 불순물을 n++ 불순물이고, 상기 후면 에미터층에 주입된 저농도 불순물을 p+ 불순물이고, 고농도 불순물은 p++ 불순물인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 양면 수광형 태양전지에서 프린팅 기법을 이용하여 전후면 에미터층을 선택적으로 고농도 및 저농도로 불순물을 주입하여 형성함으로써, 단파장대역의 수광효율을 향상시키고, 고농도 불순물 주입 영역과 결합되는 전후면 금속전극끼리의 접촉저항을 저감시켜 태양전지의 효율증대 효과를 기대할 수 있다.
또한, 종래의 태양전지 제조공법 중 불순물 주입에 이용되는 값비싼 고온 확산로와 반사방지 및 표면보호막 형성에 이용되는 증착설비를 간단하고 저가의 프린팅기법에 의한 설비로 대체함으로써, 설비구축 및 원부자재의 비용절감과 제조라인 공간 활용도 증대, 각 개별 공정 소요시간 축소, 생산량 증대 효과를 기대할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명을 설명하면, 반도체 기판(210)의 전면 표면 및 후면 표면에 반사율을 저감시키기 위한 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성한다(S301).
그리고, 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅(printing) 기법을 이용하여, 반도체 기판(210)의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 불순물을 주입하여 전면 에미터층(220)과 후면 에미터층(230)을 형성한다(S303).
다음, 전면 에미터층(220) 및 후면 에미터층(230) 상에 각각 전면 반사방지막(240)과 후면 반사방지막(250)을 형성한다(S305). 본 발명에서 S305 단계는 반도체 기판(210)에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 전면 반사방지막(240)과 후면 반사방지막(250)을 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 전면 반사방지막(240)의 일부 영역을 관통하여 전면 에미터층(220)에 연결되도록 전면전극(260)을 형성하고, 후면 반사방지막(250)의 일부 영역을 관통하여 후면 에미터층(230)에 연결되도록 후면전극(270)을 형성한다(S307). 본 발명에서 S307 단계는 반도체 기판(210)에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 전면전극(260) 및 후면전극(270)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 S303 단계에서 반도체 기판(210)의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입하는 방식으로 전면 에미터층(220)과 후면 에미터층(230)을 형성할 수 있다. 이때, 반도체 기판(210)에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 반도체 기판(210)의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 전면 에미터층(220)에 주입된 저농도 불순물은 n+ 불순물이고, 고농도 불순물을 n++ 불순물일 수 있다. 또한, 후면 에미터층(230)에 주입된 저농도 불순물을 p+ 불순물이고, 고농도 불순물은 p++ 불순물일 수 있다.
본 발명에서 전면 반사방지막(240)의 일부 영역을 관통하여 전면 에미터층(220)에서 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 전면전극(260)을 형성하고, 후면 반사방지막(250)의 일부 영역을 관통하여 후면 에미터층(230)에서 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 후면전극(270)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 S307 단계는, 프린팅 기법으로 전면 에미터층(220)의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 전면 반사방지막(240)을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 전면전극(260)을 형성할 수 있다. 또한, 프린팅 기법으로 후면 에미터층(230)의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 후면 반사방지막(250)을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 후면전극(270)을 형성할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
210 반도체 기판 220 전면 에미터층
230 후면 에미터층 240 전면 반사방지막
250 후면 반사방지막 260 전면전극
270 후면전극

Claims (9)

  1. 반도체 기판의 전면 표면 및 후면 표면에 반사율을 저감시키기 위한 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅(printing) 기법을 이용하여, 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 불순물을 주입하여 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 단계;
    상기 전면 에미터층 및 후면 에미터층 상에 각각 전면 반사방지막과 후면 반사방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 전면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 전면 에미터층에 연결되도록 전면전극을 형성하고, 상기 후면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 후면 에미터층에 연결되도록 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 전면 반사방지막과 후면 반사방지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 단계에서,
    상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입하는 방식으로 상기 전면 에미터층과 후면 에미터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계에서,
    상기 전면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 전면 에미터층에서 상기 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 상기 전면전극을 형성하고, 상기 후면 반사방지막의 일부 영역을 관통하여 상기 후면 에미터층에서 상기 고농도 불순물이 주입된 영역과 연결되도록 상기 후면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 확산가능한 페이스트(paste)를 사용하는 프린팅 기법을 이용하여 상기 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계에서,
    프린팅 기법으로 상기 전면 에미터층의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 전면 반사방지막을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 상기 전면전극을 형성하고,
    프린팅 기법으로 상기 후면 에미터층의 고농도 불순물이 주입된 영역의 상부에 해당하는 후면 반사방지막을 부분적으로 제거한 후, 제거된 부분에 상기 후면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전면 에미터층에 주입된 저농도 불순물은 n+ 불순물이고, 고농도 불순물을 n++ 불순물이고,
    상기 후면 에미터층에 주입된 저농도 불순물을 p+ 불순물이고, 고농도 불순물은 p++ 불순물인 것임을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법을 이용하여 제조된 양면 수광형 태양 전지.
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