HBC Si 태양전지 개발

Heterojunction back contact(HBC) 구조 Si 태양전지는 back contact 기술과 a-Si 박막 태양전지 생산 기술을 이용한 것인데 25.1%의 효율을 얻었다. 특히, FF가 81.9로써 매우 높으며 이것은 이 구조가 직렬 저항과 누설 전류와 같은 심각한 손실이 없다는 것을 나타낸다. 

HBC 구조는 back contact의 장점인 전면 전극에 의한 빛가림 영향이 없기 때문에 매우 높은 Jsc와 heterojunction 구조의 장점인 c-Si와 a-Si:H 사이의 고품질의 패시베이션에 의한 매우 높은 Voc를 결합한 것이다. 

Heterojunction 기술은 c-Si 표면에 a-Si:H을 증착해서 소수 캐리어의 수명을 높여 Voc를 증가시킨다. 

 기존의 back contact 구조에서는 a-Si:H층이 없기 때문에 HBC 구조의 셀을 제조하기 위해서는 c-Si 위의 a-Si:H 막을 패터닝하는 기술이 필요하다. 

HBC 구조에서 패터닝 공정은 정밀한 BC 구조 형성과 c-Si/a-Si:H 이종계면의 패시베이션 품질에 영향을 준다. 

패터닝 공정에서 고려해하는 것은 다음과 같다. 

A) 의도한 대로 정밀한 패턴 형성

B) 각 계면에서 패시베이션 품질 유지

C) 광입사면에서 반사율과 투과율와 같은 광학적 특성 저하 방지

D) 직렬 저항 증가 억제

E) shunt 저항 감소 억제  

HBC 셀의 제조 공정 순서는 아래와 같다. 

1) CZ, n-type <100> Si 웨이퍼 기판

2) 웨이퍼 표면 결함 제거:화학적 에칭

3)기판 단면 텍스처링: alkaline 에칭  

4)클리닝, 전처리(HF:H2O)

5)기판 전면에 a-Si:H(i/n) 층, 후면에 a-Si:H(i/p) 층을 PECVD로 증착 

6)후면의 a-Si:H(i/p) 층을 패터닝(NHO3:HF:H2O, 포토리소그라피) 

7)후면에 a-Si:H(i/n) 층 증착(PECVD)
8)후면 a-Si:H(i/n) 패터닝(KOH:H2O, 포토리소그라피)
9)전면의 a-Si:H 층 위에 SiN 반사방지층 형성(PECVD)

10)후면에 접촉 전극을 a-Si:H 층 위에 evaporation하고 패터닝(포토리소그라피) 

HBC  셀의 I-V 측정을 위해 독특한 평가 방식인 SMT(Surface-Mount Technology)를 이용했다. 셀을 PWB(Printed-Wiring Board)에 바로 올리면 셀의 전극이 wiring 라인에 바로 연결된다.  

I-V 곡선의 파라미터(@aperture 면적 3.713 cm2)는 Jsc 41.7 mA/cm2, Voc 736 mv, F.F 0.819, Eff 25.1% 였다. 여기서 F.F가 상당히 높은데 이는 c-Si 위의 a-Si:H의 패터닝 공정으로 인한 측면 캐리어 흐름으로 직렬 저항 증가와 이미터와 컬렉터 영역이 가까워져서 생기는 shunt 저항 감소가 없었다는 것을 보여 준다.  

HBC 셀의 Voc가 양면 heterojunction 구조에 비해 낮은데 이는 HBC 셀의 각 c-Si/a-Si:H 계면에서의 소수 캐리어의 재결합 센터를 줄임으로써 Voc을 향상시킬 수 있다. 

참고: Development of heterojunction back contact Si solar cells, Junichi Nakamura, et al., 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition.