KR20200089549A - 비아홀이 형성된 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비아홀(via-hole)이 형성된 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 PN 접합 반도체층을 형성하는 단계; 상기 PN 접합 반도체층을 관통하는 적어도 하나의 비아홀(via-hole)을 형성하는 단계; 상기 적어도 하나의 비아홀이 형성된 PN 접합 반도체층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및 상기 패시베이션층 상에 전극을 형성하는 단계; ;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비아홀(via-hole)이 형성된 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있고, 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
일반적으로, 태양광발전은 태양전지(PV : Photovoltaic)를 이용하여 직접 전기를 생산하는 기술이다. 상기 태양전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성되며, 다수의 태양전지 셀(cell)들이 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키게 되고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수 있게 되는 것이다.
이러한 태양광발전 시스템은 다른 대체에너지 활용 기술과 달리 시스템 구성이 간단하여 최근 건축분야에 응용하려는 노력이 활발히 시도되고 있으며, 이를 건물일체형 태양광발전 시스템(building integrated photovoltaics, BIPV)이라 한다. 가장 대표적인 것이 기존의 건축자재와 태양전지를 결합시켜 건축재료와 발전 기능을 동시에 발휘하는 것이다. 건물일체형 태양광발전 즉, BIPV는 태양전지 모듈을 건축자재화하여 건물 외피에 적용하고 있다.
다만, 종래의 BIPV의 태양전지는 불투명하여 채광이 중요한 창호에 적용하기 힘들고, 제한적인 색상으로 인해 산업 디자인 측면에서 활용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 태양광의 투과성을 증가시키기 위하여 비아홀(via-hole)이 형성된 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지의 색상을 조절하기 위하여 옥사이드층의 두께를 조절하는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 1 스텝(step) 공정으로 수행되는 레이저 케미컬 드릴링 공정을 수행하는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광의 투과율을 조절하기 위하여 비아홀의 형태를 조절하는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 PN 접합 반도체층을 형성하는 단계; 상기 PN 접합 반도체층을 관통하는 적어도 하나의 비아홀(via-hole)을 형성하는 단계; 상기 적어도 하나의 비아홀이 형성된 PN 접합 반도체층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및 상기 패시베이션층 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 태양전지의 제조 방법은 상기 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 패시베이션층 상에 옥사이드층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 태양전지의 색상은, 상기 옥사이드층의 두께에 따라 조절될 수 있다.
실시예에서, 상기 옥사이드층은 SiO2 옥사이드층을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 적어도 하나의 비아홀을 형성하는 단계는, 수산화칼륨(KOH) 용액이 담긴 수조에 상기 전극이 형성된 태양전지를 함침시키는 단계; 및 상기 태양전지가 함침된 상태에서 레이저 드릴링 공정을 수행하여 상기 적어도 하나의 비아홀을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 적어도 하나의 비아홀은, 상기 PN 접합 반도체층에 포함된 N-형 실리콘층과 P-형 실리콘층의 적층 구조를 수직으로 관통하는 방향으로 형성될 수 있다.
실시예에서, 상기 적어도 하나의 비아홀의 형태는, 상기 태양전지에 입사되는 태양광의 투과율을 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 적어도 하나의 비아홀의 형태는 타원형일 수 있다.
실시예에서, 상기 PN 접합 반도체층을 형성하는 단계는, P-형 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 P-형 실리콘층 상부에 N-형 실리콘층을 적층하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 N-형 실리콘층 상부에 상부 패시베이션층을 적층하는 단계; 및 상기 P-형 실리콘층 하부에 하부 패시베이션층을 적층하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 태양전지에 비아홀을 형성함으로써, 태양광 투과가 요구되는 건물일체형 태양광발전 시스템(building integrated photovoltaics, BIPV)에 적용하기 용이할 수 있다.
또한, 옥사이드층의 두께를 조절함으로써, 태양전지의 다양한 색상을 구현할 수 있어 산업 디자인 측면에서 활용도를 높일 수 있다.
또한, 1 스텝(step) 공정으로 수행되는 레이저 케미컬 드릴링 공정을 수행함으로써, 공정 최소화 및 비용 절감을 실현할 수 있다.
또한, 비아홀의 형태를 조절함으로써, 태양광의 높은 투과율로 인하여 창호형 태양전지에서 기대할 수 없는 투과성 및 고효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥사이드층에 의한 다양한 색상의 태양전지를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀의 형성 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀이 형성된 태양전지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥사이드층에 의한 다양한 색상의 태양전지를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀의 형성 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀이 형성된 태양전지를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀(via-hole)이 형성된 태양전지의 제조 방법을 설명한다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(200)의 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(200)의 구조를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, S101 단계는, PN 접합 반도체층을 형성하는 단계이다. 구체적으로, PN 접합 반도체층은 N-형 실리콘층(201)과 P-형 실리콘층(203)을 포함할 수 있다. 즉, P-형 실리콘층(203)을 형성한 후, P-형 실리콘층(203) 상부에 N-형 실리콘층(201)을 적층할 수 있다. 이 경우, 태양광이 PN 접합 반도체층에 입사하면, 전자는 N-형 실리콘층(201)로 이동하고, 정공은 P-형 실리콘층(203)으로 이동할 수 있다. 일 실시예에서, PN 접합 반도체층은 실리콘 웨이퍼로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, P-형 실리콘층(203)에 대한 텍스쳐링(texturing) 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 즉, P-형 실리콘층(203)의 전면의 표면적을 넓혀 태양광을 보다 많이 흡수할 수 있도록 P-형 실리콘층(203)의 전면을 다수의 피라미드 형상으로 형성할 수 있다.
S103 단계는, PN 접합 반도체층을 관통하는 적어도 하나의 비아홀(211)을 형성하는 단계이다. 즉, 적어도 하나의 비아홀(211)은 태양전지(200)의 N-형 실리콘층(201)과 P-형 실리콘층(203)의 적층 구조를 수직으로 관통하는 방향으로 형성될 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 비아홀(211)에 의하여 불투명한 실리콘 태양전지(200)를 통해 태양광이 보다 많이 투과할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에서, 태양전지(200)는 태양광 투과가 요구되는 건물일체형 태양광발전 시스템(building integrated photovoltaics, BIPV)에 적용될 수 있다.
S105 단계는, 적어도 하나의 비아홀(211)이 형성된 PN 접합 반도체층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계이다. 구체적으로, N-형 실리콘층(201) 상부에 상부 패시베이션층(205)을 적층하고, P-형 실리콘층(201) 하부에 하부 패시베이션층(207)을 적층할 수 있다. 이 경우, 상부 패시베이션층(205)은 태양전지(200)의 내부로 입사될 태양광이 반사되어 손실되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상부 패시베이션층(205)은 SiNx 패시베이션층을 포함할 수 있다.
또한, 하부 패시베이션층(207)은 P-형 실리콘층(201)의 표면에서 전자의 재결합이 이루어지는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 하부 패시베이션층(207)는 Al2O3 패시베이션층을 포함할 수 있다.
S107 단계는, 패시베이션층 상에 전극을 형성하는 단계이다. 구체적으로, 상부 패시베이션층(205) 상부에 상부 전극(미도시)을 형성하고, 하부 패시베이션층(207) 하부에 하부 전극(209)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극은 은(Ag) 전극을 포함하고, 하부 전극(209)은 알루미늄(Al) 전극을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션층에 의한 다양한 색상의 태양전지(200)를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전극을 형성하기 이전에 패시베이션층 상에 옥사이드층을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 상부 전극을 형성하기 이전에 상부 패시베이션층(205) 상에 옥사이드층을 형성할 수 있다. 이 경우, 옥사이드층은 태양전지(200)의 색상을 조절하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 옥사이드층은 태양전지(200)의 반사도를 개선하여 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 옥사이드층은 SiO2 옥사이드층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 옥사이드층의 두께를 조절하여 태양전지(200)의 색상을 다양하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 옥사이드층의 두께를 0.39
로 조절하여 태양전지(200)의 색상을 노란색으로 제작하고, 옥사이드층의 두께를 0.86
로 조절하여 태양전지(200)의 색상을 보라색으로 제작할 수 있다. 다만, 옥사이드층의 두께에 따른 태양전지(200)의 색상은 단지 예시일 뿐이고, 이에 한정되지 않는다.
다른 실시예에서, 패시베이션층 상에 금속/실리콘(Si) 나노 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 금속/실리콘(Si) 나노 구조를 이용하여 태양전지(200)의 색상을 다양하게 조절할 수 있다. 또 다른 실시예로, 패시베이션층 상에 실리콘나이트라이드 층을 형성할 수 있다. 이 경우, 실리콘나이트라이드 층은 두께와 표면 거칠기를 조절함으로써 선택적으로 파장을 흡수하여 태양전지(200)의 다양한 색상을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀(211)의 형성 방법을 도시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀(211)이 형성된 태양전지(200)를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 종래의 경우, 레이저 드릴링(drilling) 공정을 수행하여 비아홀(211)을 형성하였으나, 이 경우, 레이저 드릴링 공정으로 인하여 발생한 HAZ(heat affected zone)을 제거하기 위하여 2차적인 케미컬 에칭(etching) 공정을 수행하는 것이 요구되었다. 이 경우, 케미컬 에칭 공정은 데미지 제거 공정 및 PSG(phosphor silicate glass) 제거 공정을 포함할 수 있다. 즉, 종래의 비아홀 형성 공정은 레이저 드릴링 공정뿐만 아니라 데미지 제거 공정과 PSG 제거 공정의 3 스텝(step)으로 이루어진 공정 단계의 증가로 저가화(low cost)가 힘들다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀 형성 방법은 수산화칼륨(KOH) 용액이 담긴 수조에 전극이 형성된 태양전지(200)를 함침시킨 후, 상기 태양전지(200)가 함침된 상태에서 레이저 드릴링 공정을 수행하여 비아홀(211)을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀 형성 방법은 레이저 드릴링 공정을 수행하면서 동시에 데미지 및 PSG를 제거하는 1 스텝 공정으로 수행되기 때문에 공정 최소화 및 비용 절감을 실현할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀 형성 방법은 레이저 드릴링과 화학적 데미지 제거가 동시에 수행되는 레이저 케미컬 드릴링 공정으로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, 비아홀의 형태에 따라 태양전지(200)에 입사되는 태양광의 투과율이 조절될 수 있다. 예를 들어, 비아홀의 형태가 사각형, 원형, 또는 타원형인 경우, 태양광의 투과율이 서로 다르게 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 비아홀의 형태가 타원형인 경우, 태양광의 투과율이 최대로 설정될 수 있다. 이 경우, 태양광의 높은 투과율로 인하여 건물일체형 태양광발전 시스템(building integrated photovoltaics, BIPV)에 적용하기 용이하며, 창호형 태양전지에서 기대할 수 없는 고효율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀 형성 방법을 이용하여 제작된 태양전지(200)는 투과율 30%, 효율 13% 이상을 달성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
200: 태양전지
201: N-형 실리콘층
203: P-형 실 리콘층
205: 상부 패시베이션층
207: 하부 패시베이션층
209: 하부 전극
211: 비아홀
201: N-형 실리콘층
203: P-형 실 리콘층
205: 상부 패시베이션층
207: 하부 패시베이션층
209: 하부 전극
211: 비아홀
Claims (10)
- PN 접합 반도체층을 형성하는 단계;
상기 PN 접합 반도체층을 관통하는 적어도 하나의 비아홀(via-hole)을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 비아홀이 형성된 PN 접합 반도체층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및
상기 패시베이션층 상에 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 패시베이션층 상에 옥사이드층을 형성하는 단계;
를 더 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 태양전지의 색상은, 상기 옥사이드층의 두께에 따라 조절되는,
태양전지의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 옥사이드층은 SiO2 옥사이드층을 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비아홀을 형성하는 단계는,
수산화칼륨(KOH) 용액이 담긴 수조에 상기 전극이 형성된 태양전지를 함침시키는 단계; 및
상기 태양전지가 함침된 상태에서 레이저 드릴링 공정을 수행하여 상기 적어도 하나의 비아홀을 형성하는 단계;
를 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비아홀은, 상기 PN 접합 반도체층에 포함된 N-형 실리콘층과 P-형 실리콘층의 적층 구조를 수직으로 관통하는 방향으로 형성되는,
태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비아홀의 형태는, 상기 태양전지에 입사되는 태양광의 투과율을 결정하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비아홀의 형태는 타원형인,
태양전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 PN 접합 반도체층을 형성하는 단계는,
P-형 실리콘층을 형성하는 단계; 및
상기 P-형 실리콘층 상부에 N-형 실리콘층을 적층하는 단계;
를 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,
상기 N-형 실리콘층 상부에 상부 패시베이션층을 적층하는 단계; 및
상기 P-형 실리콘층 하부에 하부 패시베이션층을 적층하는 단계;
를 포함하는,
태양전지의 제조 방법.
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| KR1020190006420A KR20200089549A (ko) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 비아홀이 형성된 태양전지의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190006420A KR20200089549A (ko) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 비아홀이 형성된 태양전지의 제조 방법 |
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|---|---|
| KR20200089549A true KR20200089549A (ko) | 2020-07-27 |
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ID=71894039
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101690678B1 (ko) | 2015-10-07 | 2016-12-28 | 문여진 | 태양광 발전 창호 |
-
2019
- 2019-01-17 KR KR1020190006420A patent/KR20200089549A/ko not_active Ceased
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