§ LG전자
7. HBC 태양전지
그림 2-31. HBC 태양전지 [104]
HBC 태양전지12)는 Heterojunction Back Contact 태양전지의 줄임말로 Sunpower社의 IBC 태양전지와 Panasonic社의 HIT 태양전지 개념이 융 합된 구조라고 할 수 있다. IBC 태양전지가 후면에 p+층과 n+층이 교대로 형성되어 있는 구조라면 HBC 태양전지는 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정 질 실리콘층이 교대로 배열된 구조라고 할 수 있다. HBC 태양전지는 비정 질 실리콘과 결정질 실리콘의 이종접합을 통해 높은 Voc를 달성하고, 후면 전극 구조를 통해 높은 Jsc를 동시에 달성할 수 있다.
그림 2-32. Panasonic社에서 개발한 HBC 태양전지 개략도 [105]
12) HBC Heterojunction Back Contact 태양전지의 줄임말로 실리콘 이종접합 후면전극 태양전지라고도 한다. 본 보고서에서는 편의상 실리콘 이종접합 후면전극 태양전지를 HBC 태양전 지라 한다.
Panasonic社에서는 2013년 초에 HIT 태양전지로 24.7%의 효율을 달성 한 이후 1년 만에 HBC 구조로 셀면적 143.7cm2에서 25.6%의 효율을 달 성하였다. [105] Sharp社에서는 HBC 구조로 셀면적 3.72cm2에서 25.1%
의 효율을 달성하였다. Sharp社는 2012년 12월 이전부터 HBC 연구를 시 작한 것으로 추정되고, 그 당시 전시회에서 발표한 효율은 21.7%였다.
2013년 2월에는 22.3%, 2013년 7월에는 24.2%, 2013년 10월에는 24.7%, 2014년 2월에는 24.9%, 2014년 4월에는 25.1%를 각각 달성하였다. [106]
Panasonic社와 Sharp社의 HBC 태양전지 연구결과는 기존 실리콘 태양전 지의 최고효율인 25.0%를 갱신하였다는 점에서 주목할 만한 결과라고 할 수 있다.
LG전자에서는 HBC 태양전지에서 BSF 영역의 n형 비정질층과 TCO층 사이에 마이크로 결정질층을 삽입하여 BSF 영역의 직렬저항을 감소시켰고, 마이크로 결정질층이 삽입되지 않았을 때 대비하여 효율 1.8%p 상승하여 6인치 CZ 웨이퍼 사용하여 20.5%의 효율을 달성하였다. [107]
IEC(Institute of Energy Conversion at the University of Delaware)에 서는 안티몬(Sb)을 BSF 영역에 n형 도핑층 소스로 사용하였다. 실리콘 웨 이퍼 표면과 안티몬 금속층 사이에 타이타늄 금속층을 형성하여 실리콘과 안티몬 금속층 간 접착력을 강화하였고, 안티몬 금속층 위에 전자수집을 위 해 은, 니켈, 알루미늄 금속층을 형성하였다. LFC(Laser Fired Contact) 공정을 통해 안티몬 금속을 실리콘 내부에 도핑함과 동시에 은, 니켈, 알루 미늄 금속층에 대한 열처리를 실시하였다. 이러한 방법으로 HBC 태양전지 를 제작하여 16.9%의 효율을 달성하였다. [108]
그림 2-33. SLASH 기술을 이용한 HBC 태양전지 공정 순서도 [109]
INES에서는 Universitat Politecnica de Catalunya, CNRS(Centre National de la Recherche Scientifique), EDF와 공동으로 SLASH(Structuring by Laser Ablation of Silicon Heterojunction) 기 술을 사용하여 HBC 태양전지를 제작하였다. SLASH 기술은 에미터와 BSF 패터닝을 레이저로 사용하는 기술로 이 기술로 제작된 HBC 태양전지의 효 율은 대면적(@ 150cm2)으로 12.2%의 효율을, 소면적(@ 25cm2)으로 19%
의 효율을 달성하였다. [109]
업체 혹은 기관 공정 특이사항 효율 번호
§ Slovak University of Technology
§ Synopsys TCAD 2D simulation
§ 이종접합 계면에서 발생하는 전자재결합 관련 파라미터로 2D 시뮬레이션 진행
§ 시뮬레이션 프로그램은 Synopsys TCAD 사용
- [110]
8. 기타
그림 2-34. 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지와 PERT 태양전지 공정 순서도 [111]
Imec에서는 KU Leuven, EXICO, EPFL, RWTH Aachen University와 공동으로 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지에 대한 연구를 진행하였다.
그림 2-34를 보면 (a)는 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지 그림을 나 타내고 있고, (b)는 PERT 태양전지를 나타내고 있다. (a)와 (b)의 차이점은 후면 에미터 구조가 (a)는 비정질 실리콘층/ITO층/은 금속으로 되어 있다 는 점이고, (b)는 p+ 에미터/보호층/알루미늄 금속으로 되어 있다는 점이 다. 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지의 경우 전면은 확산을 통한 n+
층을 형성하고, 후면은 비정질층을 이용해 이종접합을 이용하였다는 점에서 그리고 HIT 태양전지 구조와 PERT 태양전지 구조가 융합된 하이브리드 구 조라는 점이 특징이다. [111]
그림 2-34에서 (c)는 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지의 공정 순서 도를 나타내고 있고, (d)는 PERT 태양전지의 공정 순서도를 나타내고 있 다. 하이브리드 실리콘 이종접합 태양전지를 제작함으로써 공정수가 대폭 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 6인치 CZ 웨이퍼를 이용해 하이브리드 실 리콘 이종접합 태양전지를 제작하여 20.1%의 효율을 달성하였다. [111]
그림 2-35. PEDOT:PSS 재료로 p+ 도핑한 실리콘 태양전지 구조도 [112]
ISFH는 Leibniz 대학과 공동으로 BackPEDOT 기술을 적용한 실리콘 태 양전지를 제작하였다. 유기태양전지나 염료감응태양전지에서 널리 사용되고 있는 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):
poly(styrenesulfonate)) 유기 재료를 사용하여 p+층을 형성하였다. 그림 2-35와 같이 전면에 PEDOT:PSS층을 형성하여 전면 에미터를 형성한 경 우와 후면에 PEDOT:PSS층을 형성하여 후면 에미터를 형성한 경우로 나누 어서 유무기 이종접합 태양전지를 제작하였다. 그림 2-35에서 (a)의 경우 전면 에미터가 형성된 유무기 이종접합 태양전지를 나타내고 있고, (b)의 경우 후면 에미터가 형성된 유무기 이종접합 태양전지를 나타내고 있다.
에미터가 전면에 형성된 경우에 효율 12.3%를 달성하였고, 후면 에미터를 형성한 경우에 효율 17.4%를 달성하였다. [112]
그림 2-36. Silevo社 Triex® 태양전지 [113]
Silevo社는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 구조를 가진 Triex® 태양전지를 제작하고, 판매하고 있다. 그림 2-36과 같이 텍스쳐된 n형 웨 이퍼 양면에 얇은 SiO2 막을 형성하고, 전면에는 비정질 실리콘층으로 추정 되는 박막 에미터를 형성한 후 TCO층을 증착한다. 후면은 SiO2 박막 아래 에 n형 BSF층을 형성한 후 TCO층을 증착한다. 전면 박막 에미터는 graded doping 방법이 사용되었다고 한다. 박막 에미터 전체를 균일하게 도핑하는 것이 아니라 박막 증착 시 도핑량을 증가시키거나 감소시키면서 에미터를 형성하게 된다. 이렇게 제작된 Triex® 태양전지는 5인치 CZ 웨이 퍼를 사용하여 22.1%의 효율을 달성하였고, 6인치 CZ 웨이퍼를 사용하여 21.3%의 효율을 달성하였다. 그리고 6인치 Triex® 태양전지로 72셀 태양 광 모듈을 제작하여 355W 모듈 출력을 달성하였다. [113]
CdTe 태양전지를 양산하고 판매하고 있는 First Solar社는 TetraSun社 를 인수하여 현재 TetraCell 기술로 n형 실리콘 태양전지와 태양광 모듈을 제작하고 있다. 양면 전극에는 모두 구리 도금 전극을 형성하였고, 5인치와 6인치 CZ 웨이퍼를 사용하여 모두 21.0%의 효율을 달성하였다. [114]
업체 혹은 기관 공정 특이사항 효율 번호