KR20150102524A - Fabrication method of solar cell electrode and the resulting solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 전극 형성방법과 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 태양전지를 이루고 있는 적절하게 도핑된 실리콘 웨이퍼와 이를 둘러싸고 있는 페시베이션층, 전극을 형성하기 위해 페시베이션층의 일부를 제거하여 실리콘(Si)을 노출시킨 접촉영역, 이 접촉영역에 형성되어 실리콘(Si)과 접촉하고 있는 실리사이드층, 이 실리사이드층 상부에 형성된 전도성 확산방지층 및 그 상부에 형성되어 도금에 의한 금속전극으로 작용하는 도금층으로 구성이 된다. 이와 같은 태양전지를 제조하기 위해 실리콘 웨이퍼에 PN 접합층 형성을 위한 도핑공정 및 패시베이션 공정을 실시한 이후, 접촉영역을 형성하기 위해 패시베이션층의 일부를 제거하는 공정, 접촉영역에 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속이 혼합된 입자를 가하는 공정, 이를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층를 형성하는 공정, 그 상부에 도금을 이용하여 전도성 확산방지층 및 금속전극을 형성하는 공정을 거친다.The present invention relates to a method for forming an electrode of a solar cell, and a solar cell using the method. The method includes removing a portion of the passivation layer to form a properly doped silicon wafer, a passivation layer surrounding the solar cell, A silicide layer formed in the contact region and in contact with silicon (Si), a conductive diffusion prevention layer formed on the silicide layer, and a metal diffusion layer formed on the silicide layer and formed on the silicide layer, Plating layer. In order to manufacture such a solar cell, a silicon wafer is subjected to a doping process and a passivation process for forming a PN junction layer, followed by a process of removing a part of a passivation layer to form a contact region, a silicon (Si) A step of applying particles mixed with a raw material metal, a step of forming a silicide layer by heat treatment in an inert or reducing atmosphere, and a step of forming a conductive diffusion preventing layer and a metal electrode using plating.
Description
본 발명은 태양전지의 전극 형성 방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 PN 접합층과 패시베이션층이 형성된 실리콘 웨이퍼에 도금 공정을 이용하여 금속 전극을 형성할 때, 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 입자가 혼합된 잉크를 접촉영역에 프린팅하고, 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층을 형성한 후, 전도성 확산방지층과 구리 도금 전극을 형성함으로써 누설전류를 방지하고 전극과 실리콘 웨이퍼와의 접착력을 향상시키도록 한 태양전지의 전극 형성 방법 및 그에 의한 태양전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of forming an electrode of a solar cell, and more particularly to a method of forming a metal electrode by a plating process on a silicon wafer having a PN junction layer and a passivation layer of a solar cell, Si) and a silicide starting metal are printed in a contact area and heat treatment is performed in an inert or reducing atmosphere to form a silicide layer. Then, a conductive diffusion preventing layer and a copper plating electrode are formed to prevent a leakage current, To a method of forming an electrode of a solar cell which improves adhesion to a silicon wafer and a solar cell by the method.
일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면 전면과 후면에 각각 양단의 전극이 형성되거나 또는 후면에 양단의 전극이 교차되며 형성되는 구조를 갖는데, 특히 수광면에 형성되는 전면전극의 경우 광 조사 면적을 최대화함과 동시에 전기 전도도를 높이기 위해 폭이 좁으면서도 두께가 두꺼운 형태의 전극을 치밀한 구조로 형성하고 있다.In general, the structure of the solar cell has a structure in which both electrodes are formed on the front and rear surfaces, or electrodes are formed on both sides of the rear surface of the solar cell. Particularly, in the case of the front electrode formed on the light receiving surface, At the same time, in order to increase the electric conductivity, the electrode having a narrow width and a thick thickness is formed into a dense structure.
이러한 종래 태양전지에서는 일반적으로 전극을 형성하기 위해 은(Ag)과 저융점 유리 분말이 혼합된 페이스트를 스크린 프린팅 한 후 열처리하는 방법을 사용하고 있다. 하지만 이 경우 전극의 폭은 100㎛ 정도, 높이는 10㎛ 정도로 형성되는 것이 일반적이다. 상기 전극에 의한 수광 면적을 크게 하기 위해서는 선 폭을 줄일 필요가 있으며, 또한 전극 내에 많은 수의 공극이 발생하여 기계적 강도 및 전기전도도를 나쁘게 한다. 또한 귀금속인 은(Ag)을 전극의 형성에 사용한다는 것은 태양전지의 재료비를 높이는 한 가지 원인으로 작용한다. In such a conventional solar cell, a paste mixed with silver (Ag) and a low-melting glass powder is screen-printed and heat-treated to form an electrode. However, in this case, the width of the electrode is generally about 100 mu m and the height is about 10 mu m. In order to increase the light-receiving area by the electrode, it is necessary to reduce the line width, and a large number of voids are generated in the electrode to deteriorate the mechanical strength and the electric conductivity. Also, the use of silver (Ag), which is a noble metal, in the formation of electrodes serves as a cause of increasing the material cost of the solar cell.
따라서 이를 개선하기 위한 기술로써 저가의 금속, 특히 구리(Cu)를 도금으로 형성하여 전극으로 활용하는 기술이 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 구리(Cu)의 경우 실리콘 웨이퍼의 실리콘과 바로 접촉할 경우 실리콘(Si) 내 불순물로 작용하여 태양전지 성능을 떨어뜨리게 되므로 구리(Cu)의 실리콘 웨이퍼로의 확산을 막기 위해서, 또한 이후 도금 공정의 seed layer로 작용하기 위해서 전극을 형성하기 전 실리콘 웨이퍼 위에 전도성 확산방지층을 형성해야 한다.Therefore, as a technique for improving this, a technique of forming an inexpensive metal, especially copper (Cu) by plating and utilizing it as an electrode, has emerged as an alternative. However, in the case of copper (Cu), it directly acts on the silicon of the silicon wafer and acts as an impurity in the silicon (Si), thereby deteriorating the performance of the solar cell. Therefore, in order to prevent diffusion of copper (Cu) into the silicon wafer, The conductive diffusion barrier layer must be formed on the silicon wafer before the electrode is formed.
상기 전도성 확산방지층 형성을 위해 Ti/Pd/Ag 적층 박막을 진공 증착하는 방법도 연구되었으나 양산성이 없는 공정으로 받아들여지고 있으며, 이에 대한 대안으로 니켈(Ni)을 도금하는 방법이 개발되었다. 하지만 실리콘 웨이퍼 위에 니켈(Ni)을 전도성 확산방지층으로 도금하고 그 위에 구리(Cu) 전극을 도금하는 경우, 구리(Cu) 전극의 실리콘 웨이퍼와의 접착력이 떨어지는 단점이 있다. 접착력을 개선하기 위해 니켈(Ni)과 실리콘 웨이퍼를 열처리를 통해 반응시켜 실리사이드층을 형성하는 방법이 시도되었으나, 이 또한 니켈(Ni)과 실리콘(Si)의 반응 시 상호 확산 속도의 불균형으로 인한, 소위 ‘커켄달(Kirkendall) 효과’에 의한, 공극 발생으로 접착력이 개선되지 않는다.A method of vacuum depositing a Ti / Pd / Ag laminated thin film for forming the conductive diffusion barrier layer has been studied, but it has been accepted as a process without mass production. As an alternative thereto, a method of plating nickel (Ni) has been developed. However, when nickel (Ni) is plated on a silicon wafer with a conductive diffusion preventing layer and a copper (Cu) electrode is plated thereon, there is a disadvantage in that the adhesion of the copper (Cu) electrode to the silicon wafer is deteriorated. In order to improve the adhesion, a method of forming a silicide layer by reacting nickel (Ni) with a silicon wafer through heat treatment has been attempted. However, this method has also been attempted because of the imbalance of the mutual diffusion speed during the reaction of nickel (Ni) The adhesion is not improved by the so-called "Kirkendall effect" due to pore generation.
이를 개선하기 위해 독일 Fraunhofer 연구소의 A. Mondon 등은 실리콘(Si) 접촉영역에 니켈(Ni)을 도금하고 열처리하여, 실리콘 웨이퍼와 니켈(Ni)을 반응시켜 실리사이드층을 형성하고, 이 때 생긴 공극을 제거하기 위해 도금된 니켈(Ni)을 습식 에칭으로 제거하며, 또한 이렇게 해서 생긴 실리사이드층 표면의 산화물을 불산을 이용해 제거하고, 이후 니켈(Ni) 전도성 확산방지층을 도금하고, 이후 구리(Cu) 전극을 도금하는 방법을 이용해서 접착력이 개선된 도금 금속 전극을 형성할 수 있었다고 2013년 보고하였다.To improve this, A. Mondon et al. Of Fraunhofer Institute in Germany plated nickel on the silicon (Si) contact region and annealed to form a silicide layer by reacting the silicon wafer with nickel (Ni) (Ni) is removed by wet etching, and the oxide on the surface of the silicide layer thus formed is removed by using hydrofluoric acid, and then a nickel (Ni) conductive diffusion preventing layer is plated, then copper (Cu) It was reported in 2013 that it was possible to form a plated metal electrode having improved adhesion by using an electrode plating method.
하지만 이 방법의 경우 여러 번 에칭과 도금을 반복해야 하는 등 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점을 가지고 있다. 또한 실리사이드층을 형성함에 있어 상기의 방법 같이 니켈(Ni)과 실리콘 웨이퍼를 반응시킬 경우, 형성되는 실리사이드가 실리콘 웨이퍼 내부로 파고들어 형성이 되므로, 실리콘(Si) 기판의 PN접합의 경계면에 가깝게 형성이 되어 누설전류를 증가시키고 결과적으로 태양전지 발전효율을 떨어뜨리는 원인으로 작용할 수 있다.However, this method has a disadvantage of complicated processes such as repeated etching and plating several times. In addition, when Ni is reacted with a silicon wafer to form a silicide layer, the silicide is formed into the silicon wafer, so that it is formed close to the interface of the PN junction of the silicon substrate. Thereby increasing the leakage current and consequently lowering the solar cell power generation efficiency.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 태양전지의 실리콘 웨이퍼에 도금 금속전극을 형성할 때 발생하는 금속전극과 실리콘 웨이퍼의 접착력과 누설전류의 문제점을 개선하고, 구성되는 공정수를 최소화하도록 종래와는 다른 방법으로 상기 실리콘 웨이퍼에 실리사이드층을 형성하도록 한 태양전지의 전극 형성방법 및 그에 의한 태양전지를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to solve the problems of adhesion and leakage current between a metal electrode and a silicon wafer which are generated when a plated metal electrode is formed on a silicon wafer of a solar cell, A method of forming an electrode of a solar cell in which a silicide layer is formed on the silicon wafer by a method different from a conventional method so as to minimize the number of process steps to be performed, and a solar cell by the method.
즉 상기 실리콘 웨이퍼에 실리사이드층을 형성함에 있어 실리사이드 원료금속과 실리콘 웨이퍼의 실리콘(Si)를 직접 반응시키는 대신, 실리콘 웨이퍼의 접촉영역에 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속 성분이 혼합된 잉크로 프린팅 한 후 열처리하여 실리사이드층을 형성함으로써, 실리콘 웨이퍼와 실리사이드 원료금속의 직접 반응에 의한 실리사이드층 침투로 인해 생길 수 있는 누설전류를 방지하고, 비활성 또는 환원 분위기에서 열처리하여 실리사이드층 표면의 산화를 방지하며, 이후 곧바로 그 위에 전도성 확산방지층 및 금속전극을 도금하여 공극을 제거함으로써 상기 금속전극의 접착력을 확보함과 동시에 종래 방법에 비해 공정을 단순화 시킬 수 있는 태양전지의 전극 형성방법 및 그에 의한 태양전지를 제공할 수 있게 된다. That is, in forming the silicide layer on the silicon wafer, instead of directly reacting the silicide raw material metal and the silicon (Si) of the silicon wafer, the silicon (Si) and the silicide raw metal are mixed in the contact region of the silicon wafer The silicide layer is formed by a post heat treatment to prevent a leakage current that may be generated due to the penetration of the silicide layer by direct reaction between the silicon wafer and the silicide starting metal and to prevent oxidation of the surface of the silicide layer by heat treatment in an inert or reducing atmosphere, And then the conductive diffusion preventing layer and the metal electrode are immediately formed thereon to remove the voids, thereby securing the adhesion of the metal electrode and simplifying the process compared to the conventional method, and a solar cell by the method .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태양전지의 전극 형성방법은, 도핑에 의해 PN접합이 형성되고 패시베이션층 형성된 태양전지의 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 후면에 상기 패시베이션층을 선택적으로 제거하여 접촉영역을 형성하는 단계; 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 프린팅한 후 건조시키는 단계; 상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속이 가해진 상기 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 위에 금속을 도금하여 전도성 확산방지층을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 확산방지층 위에 금속전극을 도금하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.In order to accomplish the above object, a method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention includes: forming a PN junction by doping and selectively removing the passivation layer on a front surface or a rear surface of a silicon wafer of a solar cell having a passivation layer, Forming a region; Printing an ink mixed with a component of silicon (Si) and a silicide starting metal in the contact area, and then drying the ink; Forming a silicide layer by heat-treating the wafer to which the silicon (Si) and the silicide material metal are applied in an inert or reducing atmosphere; Depositing a metal on the wafer to form a conductive diffusion barrier layer; And forming an electrode by plating a metal electrode on the conductive diffusion prevention layer.
또 상기 접촉영역을 형성하는 단계는, 접촉영역이 형성될 패시베이션층 부위를 제외한 나머지 영역에 보호막을 형성한 후 상기 패시베이션층을 식각하고, 보호막을 제거하는 공정에 의해 이루어지거나, 접촉영역에만 식각 물질을 형성한 후 식각처리를 통해 패시베이션층을 제거하는 공정에 의해 이루어지거나, 레이저를 이용하여 접촉영역의 패시베이션층을 식각하는 공정에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.The step of forming the contact region may include a step of forming a passivation layer on the remaining region except the portion of the passivation layer where the contact region is to be formed and then etching the passivation layer and removing the passivation layer, Or a process of removing the passivation layer by an etching process, or a process of etching a passivation layer of the contact region by using a laser.
또 상기 실리사이드 원료금속은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 텅스텐(W) 및 티타늄 (Ti) 중의 하나인 것이 바람직하다. It is preferable that the silicide starting metal is one of nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), tungsten (W) and titanium (Ti).
또 상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크는 10㎚~1㎛ 크기의 입자 표면에 계면활성제를 부착한 것이며, 상기 실리콘(Si) 성분의 입자는 비결정질인 것이 바람직하다. 또는 상기 잉크는 실리콘 (Si)과 실리사이드 원료금속의 원소를 포함하는 유기금속화합물이 사용될 수 있다.Further, the ink in which the silicon (Si) and the silicide starting metal components are mixed is obtained by adhering a surfactant to the surface of particles having a size of 10 nm to 1 탆, and the particles of the silicon (Si) component are preferably amorphous. Alternatively, the ink may be an organometallic compound including silicon (Si) and an element of a silicide starting metal.
또 상기 실리사이드층 형성을 위한 열처리는 600℃ 이하에서 이루어지고, 실리사이드 층의 두께는 10nm~1㎛이며, 실리사이드층 형성 이후 실리사이드의 실리콘 웨이퍼로의 침투로 인해 발생하는 실리사이드층 하부의 실리콘 웨이퍼 표면 도핑층의 두께 감소는 500nm 이하인 것이 바람직하다. Also, the heat treatment for forming the silicide layer is performed at a temperature of 600 DEG C or lower, and the thickness of the silicide layer is 10 nm to 1 mu m. After the formation of the silicide layer, the surface of the silicon wafer under the silicide layer, which is generated due to the penetration of the silicide into the silicon wafer, The thickness reduction of the layer is preferably 500 nm or less.
또 상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 도금 금속은 100㎚~10㎛ 두께의 니켈(Ni) 또는 티타늄 (Ti) 또는 팔라듐 (Pd) 등의 금속 또는 금속화합물인 것이 바람직하다. 필요 시 이들 금속 또는 금속 화합물을 적층하여 사용할 수 있다.The plating metal for forming the conductive diffusion preventing layer is preferably a metal or a metal compound such as nickel (Ni) or titanium (Ti) or palladium (Pd) with a thickness of 100 nm to 10 탆. If necessary, these metals or metal compounds may be laminated and used.
또 상기 전극으로 형성되는 금속전극 도금층의 두께는 10~100㎛인 것이 바람직하다.The thickness of the metal electrode plating layer formed of the electrode is preferably 10 to 100 mu m.
실리콘(Si)과 접촉하는 금속전극 물질이 상기 실리콘(Si)으로 확산하여 실리콘(Si)의 전기적 성질을 악화 시킬 우려가 없는 경우 상기 전도성 확산방지층 없이 곧바로 금속전극을 도금하여도 무방하다.The metal electrode may be directly plated without the conductive diffusion preventing layer if there is no fear that the metal electrode material in contact with the silicon (Si) diffuses into the silicon (Si) to deteriorate the electrical properties of the silicon (Si).
또 상기 태양전지의 전극 형성방법에 의해 만들어진 태양전지를 사용하는 것을 다른 특징으로 하고 있다.Another feature is the use of a solar cell made by the electrode forming method of the solar cell.
본 발명의 태양전지의 전극 형성방법 및 그에 의한 태양전지에 의하면, 실리콘 웨이퍼와 실리사이드 원료금속의 직접 반응에 의한 실리사이드 침투로 인해 생길 수 있는 누설전류를 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the method for forming an electrode of a solar cell of the present invention and the solar cell therefor, it is possible to prevent a leakage current that may be generated due to the penetration of the silicide by the direct reaction between the silicon wafer and the source metal of the silicide.
또 실리사이드층이 형성되는 상기 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원 분위기에서 열처리하여 상기 실리사이드층 표면의 산화를 방지하고, 이후 곧바로 그 위에 전도성 확산방지층 및 금속전극을 도금하여 공극을 제거함으로써, 상기 금속전극과 실리콘 웨이퍼의 접착력을 확보함과 동시에 종래 실리사이드층 형성방법에 비해 공정을 단순화 시킬 수 있는 효과가 있다.Also, the silicon wafer on which the silicide layer is formed is heat-treated in an inert or reducing atmosphere to prevent oxidation of the surface of the silicide layer, and thereafter, the conductive diffusion prevention layer and the metal electrode are directly plated thereon to remove the void, It is possible to secure the adhesive force of the wafer and to simplify the process compared to the conventional method of forming a silicide layer.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법에 의해 만들어지는 태양전지의 공정 순서도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법에 의해 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도
도 3은 본 발명에 따른 태양전지에서 전도성 확산방지층을 사용하지 않고 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도1 is a flow chart of a solar cell manufactured by a method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention.
2 is a cross-sectional schematic diagram of a solar cell showing an electrode formed by a method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention
3 is a cross-sectional schematic diagram of a solar cell showing electrodes formed without using a conductive diffusion preventing layer in a solar cell according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법 및 그에 의한 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, a method for forming an electrode of a solar cell according to the present invention and a preferred embodiment of the solar cell therefor will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법에 의해 만들어지는 태양전지의 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법에 의해 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도를 도시한 것이다. 2 is a cross-sectional schematic diagram of a solar cell showing an electrode formed by a method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention. FIG. 2 is a cross- It is.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법은 우선 적당한 도핑을 통해 도핑영역의 PN 접합층(2)이 형성된 실리콘 웨이퍼(1)에 패시베이션층(3)을 형성함으로써 상기 실리콘 웨이퍼(1) 표면의 결함을 감소시키도록 한다. 이후, 전극을 형성하기 위해 패시베이션층(3)의 일부 영역을 식각하여 접촉영역이 형성될 실리콘 웨이퍼의 표면을 노출시킨다.1 and 2, a method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention includes firstly forming a
다음에, 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크를 접촉영역에 프린팅 한 후 건조시킨다.Next, the ink mixed with the components of the silicon (Si) and the silicide starting metal is printed on the contact area and then dried.
다음에 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속이 가해진 실리콘 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 상기 접촉영역에 실리사이드층(4) 형성반응을 진행한다.Next, the silicon wafer to which the silicon (Si) and the silicide starting metal are added is heat-treated in an inert or reducing atmosphere to conduct the reaction for forming the
다음에 전도성 확산방지층(5)으로 사용될 금속을 실리콘 웨이퍼에 도핑된 PN 접합층(2) 표면의 패시베이션층(3)에 걸쳐 실리사이드층(4)을 완전히 덮도록 도금한다.Next, the metal to be used as the conductive diffusion preventing layer 5 is plated so as to completely cover the
다음에 전극으로 사용될 금속, 예컨대 구리를 패시베이션층(3)에 걸쳐 전도성 확산방지층(5)을 완전히 덮도록 도금하여 도금층(6)을 완성함으로써 금속전극을 형성한다.Next, a metal to be used as an electrode, for example, copper is plated over the
이와 같은 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법을 각 공정별로 상세히 설명하도록 한다.The method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention will be described in detail for each step.
식각에 의해 접촉영역이 형성될 실리콘 웨이퍼의 표면을 노출시키는 공정에서는 노출을 위한 방법으로 접촉영역이 형성될 패시베이션층 부위를 제외한 나머지 영역에 보호막을 형성한 후 페시베이션층을 식각하고, 보호막을 제거하는 공정에 의해 접촉영역이 될 표면을 노출시킨다. 다른 방법으로는 접촉영역에만 식각 물질을 형성한 후 적당한 식각처리를 통해 패시베이션층을 제거함으로써 접촉영역이 될 표면을 노출시킨다. 또 다른 방법으로는 레이저를 이용하여 접촉영역의 패시베이션층을 식각하는 공정으로 접촉영역이 될 표면을 노출시키며, 이외의 다양한 방법을 활용하여 접촉영역이 될 실리콘 웨이퍼의 표면을 노출시킬 수 있다.In the step of exposing the surface of the silicon wafer on which the contact region is to be formed by etching, a passivation layer is formed in the remaining region except for the portion of the passivation layer where the contact region is to be formed, and the passivation layer is etched. To expose the surface to be the contact area. Alternatively, an etched material is formed only in the contact region, and then the passivation layer is removed through a suitable etching process to expose the surface to be the contact region. As another method, a process of etching a passivation layer in a contact region using a laser exposes a surface to be a contact region, and various other methods may be used to expose a surface of a silicon wafer to be a contact region.
상기 실리사리드층의 형성 공정에서는 상기 잉크를 이용한 접촉영역의 프린팅 방법으로 잉크젯 프린팅 또는 에어졸 프린팅 등이 활용될 수 있으며, 이러한 프린팅에 의해 형성되는 잉크피막은 50㎛ 이내의 폭이 좁으면서 수백㎚ 이내의 얇은 피막을 형성하기에 유리한 방법일수록 바람직하다. 사용되는 잉크의 경우 10㎚~1㎛ 크기의 입자 표면에 분산성을 확보하기 위한 계면활성제를 부착하고, 프린팅 성능 확보를 위해 점도와 표면장력을 조절하는 것이 바람직하다. 또는 실리콘(Si) 또는 해당 금속성분을 함유한 유기금속화합물 등이 잉크로 활용될 수 있으나, 물리/화학적 안정성이 우수하고 통상의 건조 방법을 통해 유기 잔류물을 제거하기에 유리할수록 바람직하다. In the step of forming the silicide layer, ink-jet printing or aerosol printing may be used as a method of printing the contact area using the ink. The ink film formed by the printing may have a width of less than 50 占 퐉, Of the total thickness of the film. In the case of the ink used, it is preferable to adhere a surfactant for securing dispersibility to the surface of particles having a size of 10 nm to 1 탆 and to control the viscosity and the surface tension in order to secure the printing performance. Or silicon (Si) or an organometallic compound containing the metal component may be used as an ink, but it is preferable to have excellent physical / chemical stability and be advantageous for removing organic residues by a conventional drying method.
한편 상기 실리사이드 원료금속으로는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti) 등이 사용될 수 있으나, 실리콘(Si)과의 반응성 및 원료 가격 등을 고려할 때 니켈(Ni)이 적당하다. 또한 실리콘(Si) 입자를 사용할 경우 실리사이드 원료금속과 실리콘 웨이퍼와의 반응을 억제하기 위해, 상기 실리콘(Si) 입자는 반응성이 상대적으로 우수한 비결정질 형태를 가지는 것이 바람직하다. 경우에 따라 실리콘(Si) 잉크와 실리사이드 원료금속 잉크를 적층 형태로 각각 프린팅할 수도 있다. 또한 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 비율은 목표된 실리사이드 층을 형성하고 일부 원료금속이 실리콘 웨이퍼와 반응하여 접착력을 확보할 수 있도록 조절되는 것이 바람직하다.On the other hand, nickel, nickel, palladium, cobalt, tungsten, titanium and the like can be used as the silicide starting material. However, considering the reactivity with silicon and the cost of raw materials Nickel (Ni) is suitable. In addition, in the case of using silicon (Si) particles, it is preferable that the silicon (Si) particles have an amorphous form with relatively good reactivity in order to suppress the reaction between the source metal of the silicide and the silicon wafer. Optionally, the silicon (Si) ink and the silicide starting metal ink may be printed in laminated form, respectively. It is also desirable that the ratio of silicon (Si) to the source metal of the silicide is controlled so that the desired silicide layer is formed and that some of the source metal reacts with the silicon wafer to secure the adhesion.
또한 실리사이드층 형성 공정에서 실리사이드 표면의 산화를 방지하기 위해 비활성분위기 또는 환원성 분위기를 유지해야 하며, 실리사이드층의 형성을 위한 실리콘 웨이퍼의 열처리 온도와 시간은 가해준 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 종류에 맞춰 조절한다. 하지만 이미 형성된 PN 접합층과 패시베이션층의 특성에 주는 영향을 최소화하기 위해서는 600℃ 이하에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 실리사이드층의 두께는 10nm~1㎛가 적당하다. 이러한 실리사이드층 형성 이후 실리사이드의 실리콘 웨이퍼로의 침투로 인해 발생하는 실리사이드층 하부의 실리콘(Si) 표면 도핑층의 두께 감소는 500nm 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to prevent oxidation of the silicide surface in the silicide layer formation step, an inert atmosphere or a reducing atmosphere should be maintained. The temperature and time for the heat treatment of the silicon wafer for forming the silicide layer are controlled by changing the type of the silicide source metal . However, in order to minimize the influence on the characteristics of the PN junction layer and the passivation layer that have already been formed, it is preferable to perform the annealing at 600 ° C or less. The thickness of the silicide layer is suitably 10 nm to 1 mu m. The reduction in the thickness of the silicon (Si) surface doping layer under the silicide layer caused by the penetration of the silicide into the silicon wafer after formation of the silicide layer is preferably 500 nm or less.
상기 전도성 확산방지층 형성 공정에서는 도금에 사용되는 물질로 도금 용이성, 원료 가격 등을 고려할 때 니켈(Ni)이 적당하며, 형성되는 니켈(Ni층)(전도성 확산방지층)의 두께는 100nm~10㎛가 적당하며, 상기 니켈(Ni층)(전도성 확산방지층)은 나중에 전극을 형성하도록 도금되는 구리(Cu)의 확산 방지를 확보하기에 충분하다는 것을 전제로 가능한 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 전도성 확산방지층의 금속으로 니켈(Ni) 외에도 티타늄(Ti)이나 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속화합물을 적층하여 사용할 수도 있다. In the step of forming the conductive diffusion preventing layer, nickel is suitable for ease of plating and raw material cost, and the thickness of the formed nickel (Ni) layer (conductive diffusion preventing layer) is 100 nm to 10 m It is preferable that the nickel (Ni layer) (conductive diffusion preventing layer) is formed to have a thin thickness as thin as possible, on the assumption that it is sufficient to ensure prevention of diffusion of copper (Cu) plated to form an electrode later. A metal or a metal compound such as titanium (Ti) or palladium (Pd) may be used in addition to nickel (Ni) as the metal of the conductive diffusion preventing layer.
상기 구리 도금층에 의한 전극 형성 공정에서 도금에 의해 전극이 되는 상기 구리(Cu) 도금층의 두께는 10~100㎛ 이내가 적당하며, 전극으로 인한 광 손실과 전극의 전도도를 고려하여 최적화 되는 것이 바람직하다.The thickness of the copper (Cu) plating layer to be an electrode by plating in the electrode forming step by the copper plating layer is suitably within a range of 10 to 100 占 퐉 and is preferably optimized in consideration of light loss due to the electrode and conductivity of the electrode .
도 3은 본 발명에 따른 태양전지에서 전도성 확산방지층을 사용하지 않고 형성된 전극을 보여주는 태양전지의 단면 모식도를 도시한 것이다.3 is a cross-sectional schematic diagram of a solar cell showing electrodes formed without using a conductive diffusion preventing layer in a solar cell according to the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기한 도 1 및 도 2의 태양전지의 전극 형성방법에서 금속전극 원소가 실리콘(Si) 내로 확산하여 악영향을 줄 우려가 없는 경우, 예컨대 은(Ag)의 경우 실리콘(Si) 내로 확산하여 악영향을 줄 우려가 없으므로 실리사이드층 형성 이후 전도성 확산방지층을 생략하고 바로 상기 실리사이드층 위에 은(Ag)과 같은 금속전극을 도금한다.As shown in FIG. 3, when the metal electrode element is diffused into silicon (Si) and there is no possibility of adverse effect in the electrode forming method of the solar cell of FIGS. 1 and 2, for example, The conductive diffusion barrier layer is omitted after the formation of the silicide layer, and a metal electrode such as silver (Ag) is directly coated on the silicide layer.
상기의 방법을 통해 제조되는 본 발명의 태양전지의 특징은 다음과 같다.The characteristics of the solar cell of the present invention manufactured by the above method are as follows.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 전극 형성방법에 의한 태양전지는 변환 효율 향상을 위해 적당한 구조로 도핑되어 도핑영역(2)이 형성된 실리콘 웨이퍼(1), 실리콘 웨이퍼의 실리콘(Si) 표면 결함 감소를 위해 형성된 패시베이션층(3), 전기적 접촉을 위해 패시베이션층(3) 일부 영역을 제거하여 실리콘(Si)을 노출시킨 접촉영역, 이 접촉영역의 실리콘 웨이퍼(1) 표면에 형성되며, 실리콘 웨이퍼(1) 내부로의 침투가 500㎚ 이내로 억제된 실리사이드층(4), 이 실리사이드층(4) 위에 도금 공정을 이용해 형성된 전도성 확산방지층(5), 그 위에 형성된 구리와 같은 금속전극의 도금에 의해 전극으로 작용하는 구리 도금층(6)으로 구성된다.As described above, the solar cell according to the present invention is doped with a suitable structure to improve the conversion efficiency, and the silicon wafer 1 having the doped
이러한 본 발명의 태양전지에서 실리사이드층(4)은 원료금속과 실리콘 웨이퍼의 실리콘(Si)을 반응시켜 형성하는 것이 아니라, 실리콘(Si)과 원료금속 성분을 별도로 가한 후 열처리하여 반응시켜 형성함으로써, 실리콘 웨이퍼와 전극의 접착력을 확보하면서도 실리콘 웨이퍼로의 실리사이드의 침투를 가능한 억제하도록 10nm-1㎛의 두께로 하는 것을 가장 큰 특징으로 한다. In the solar cell of the present invention, the
본 발명은 수광면 쪽의 전면전극을 주된 대상으로 하고 있으나 이에 국한되지 않으며 후면전극 형성에도 마찬가지로 활용될 수 있음을 밝힌다.The main object of the present invention is the front electrode on the light receiving surface side, but it is not limited to this, and it can be utilized similarly to the formation of the rear electrode.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양전지의 전극 형성방법 및 이에 의한 태양전지에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the method of forming an electrode of a solar cell according to the present invention and the solar cell therefor have been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed in the present specification, It will be understood by those skilled in the art that various changes may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
1 : 실리콘 웨이퍼
2 : Si 표면 도핑층
3 : 패시베이션층
4 : 실리사이드층
5 : 전도성 확산방지층
6 : 금속전극층1: Silicon wafer 2: Si surface doping layer
3: passivation layer 4: silicide layer
5: Conductive diffusion preventing layer 6: Metal electrode layer
Claims (16)
실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 프린팅한 후 건조시키는 단계;
상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속이 가해진 상기 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계;
상기 웨이퍼 위에 금속을 도금하여 전도성 확산방지층을 형성하는 단계; 및
상기 전도성 확산방지층 위에 금속전극을 도금하여 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.Forming a contact region by selectively removing the passivation layer on a front surface or a rear surface of a silicon wafer of a solar cell in which a PN junction is formed by doping and a passivation layer is formed;
Printing an ink mixed with a component of silicon (Si) and a silicide starting metal in the contact area, and then drying the ink;
Forming a silicide layer by heat-treating the wafer to which the silicon (Si) and the silicide material metal are applied in an inert or reducing atmosphere;
Depositing a metal on the wafer to form a conductive diffusion barrier layer; And
Forming an electrode by plating a metal electrode on the conductive diffusion preventing layer;
Wherein the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other.
상기 접촉영역을 형성하는 단계는, 접촉영역이 형성될 패시베이션층 부위를 제외한 나머지 영역에 보호막을 형성한 후 상기 패시베이션층을 식각하고, 보호막을 제거하는 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein the forming of the contact region comprises forming a passivation layer on the remaining region except for the portion of the passivation layer where the contact region is to be formed, etching the passivation layer, and removing the passivation layer. / RTI >
상기 접촉영역을 형성하는 단계는, 접촉영역에만 식각 물질을 형성한 후 식각처리를 통해 패시베이션층을 제거하는 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the contact region comprises a step of forming an etching material only in a contact region and then removing the passivation layer through an etching process.
상기 접촉영역을 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 접촉영역의 패시베이션층을 식각하는 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the contact region comprises a step of etching the passivation layer in the contact region using a laser.
상기 실리사이드 원료금속은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.5. The method of claim 4,
Wherein the silicide source metal is one of nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), tungsten (W), and titanium (Ti).
상기 상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크는 10㎚~1㎛ 크기의 입자 표면에 계면활성제를 부착한 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the surfactant is adhered to the surface of the particles having a size of 10 nm to 1 탆 in which the silicon (Si) and the silicide starting metal components are mixed.
상기 실리콘(Si) 성분의 입자는 비결정질인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the particles of the silicon (Si) component are amorphous.
상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크는 실리콘 (Si)과 실리사이드 원료금속의 원소를 포함하는 유기금속화합물인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the ink in which the silicon (Si) and the silicide material metal are mixed is an organometallic compound including silicon (Si) and an element of a silicide starting metal.
상기 실리사이드층 형성을 위한 열처리는 600℃ 이하에서 이루어지며, 실리사이드층의 두께는 10nm~1㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment for forming the silicide layer is performed at a temperature of 600 占 폚 or less and the thickness of the silicide layer is within a range of 10 nm to 1 占 퐉.
상기 실리사이드층 형성 이후 실리사이드의 Si 웨이퍼로의 침투로 인해 발생하는 실리사이드층 하부의 실리콘(Si) 표면 도핑층의 두께 감소는 500nm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the silicon (Si) surface doping layer under the silicide layer, which is caused by the penetration of the silicide into the Si wafer after the formation of the silicide layer, is 500 nm or less.
상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 도금 금속은 100nm~10㎛ 두께인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the plating metal for forming the conductive diffusion preventing layer has a thickness of 100 nm to 10 占 퐉.
상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 도금 금속은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속화합물인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the plating metal for forming the conductive diffusion preventing layer is a metal or a metal compound such as nickel (Ni), titanium (Ti), and palladium (Pd).
상기 전도성 확산방지층의 형성을 위한 도금 금속은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속화합물을 적층하여 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the plating metal for forming the conductive diffusion preventing layer is formed by laminating a metal or a metal compound such as nickel (Ni), titanium (Ti), or palladium (Pd).
상기 전극으로 형성되는 금속전극층의 두께는 10~100㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the metal electrode layer formed by the electrode is 10 to 100 占 퐉.
실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속의 성분이 혼합된 잉크를 상기 접촉영역에 프린팅한 후 건조시키는 단계;
상기 실리콘(Si)과 실리사이드 원료금속이 가해진 상기 웨이퍼를 비활성 또는 환원성 분위기에서 열처리하여 실리사이드층을 형성하는 단계; 및
상기 실리사이드층 위에 금속전극을 도금하여 전극을 형성하되, 상기 금속전극 물질이 실리콘(Si)으로 확산하여 실리콘(Si)의 전기적 성질을 악화시킬 우려가 없을 때에만 전도성 확산방지층을 생략하고 실리사이드층 위에 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성방법.Forming a contact region by selectively removing the passivation layer on a front surface or a rear surface of a silicon wafer of a solar cell in which a PN junction is formed by doping and a passivation layer is formed;
Printing an ink mixed with a component of silicon (Si) and a silicide starting metal in the contact area, and then drying the ink;
Forming a silicide layer by heat-treating the wafer to which the silicon (Si) and the silicide material metal are applied in an inert or reducing atmosphere; And
The conductive diffusion barrier layer may be omitted only when there is no fear that the metal electrode material will diffuse into the silicon (Si) to deteriorate the electrical properties of the silicon (Si), and the conductive diffusion barrier layer may be formed on the silicide layer Forming an electrode;
Wherein the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other.
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| CN114551611A (en) * | 2022-03-11 | 2022-05-27 | 浙江爱旭太阳能科技有限公司 | Grid line structure, assembly and power generation system of solar cell |
-
2014
- 2014-02-28 KR KR1020140024504A patent/KR20150102524A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114551611A (en) * | 2022-03-11 | 2022-05-27 | 浙江爱旭太阳能科技有限公司 | Grid line structure, assembly and power generation system of solar cell |
| CN114551611B (en) * | 2022-03-11 | 2024-05-31 | 广东爱旭科技有限公司 | A solar cell grid line structure, assembly and power generation system |
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140228 |
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| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |