JP2014107551A - 太陽電池用基板の表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池用基板、特に擬似単結晶基板に対して結晶の種類および方向性に関係なく効果的に表面処理をする方法を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池用基板の表面処理方法によれば、太陽電池用基板に対して第１湿式エッチング工程、反応性イオンエッチング工程、および第２湿式エッチング工程を遂行して基板表面にピラミッド構造を形成する。このようなピラミッド構造は光反射率を低くすることによって太陽電池の光吸収効率を向上させるのに寄与する。本発明によれば結晶の種類および方向性に関係なく擬似単結晶基板に対して効果的に表面処理を行うことによって、太陽電池の効率を向上させることができる。
【選択図】図６
【解決手段】本発明の太陽電池用基板の表面処理方法によれば、太陽電池用基板に対して第１湿式エッチング工程、反応性イオンエッチング工程、および第２湿式エッチング工程を遂行して基板表面にピラミッド構造を形成する。このようなピラミッド構造は光反射率を低くすることによって太陽電池の光吸収効率を向上させるのに寄与する。本発明によれば結晶の種類および方向性に関係なく擬似単結晶基板に対して効果的に表面処理を行うことによって、太陽電池の効率を向上させることができる。
【選択図】図６
Description
本発明は太陽電池用基板の表面処理方法に関する。より詳しくは、基板の格子構造の種類や品質に関係なく効率的に表面構造化が可能な太陽電池用基板の表面処理方法に関する。
最近、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想されることにより、これらを代替する代替エネルギーに対する関心が高まっている。その中でも太陽電池は、太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変化させる半導体素子を用いた次世代電池として脚光を浴びている。太陽電池は、シリコン太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、化合物半導体太陽電池（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）および積層型太陽電池（ｔａｎｄｅｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）に大きく区分される。
一方、現在量産されている大部分の太陽電池であるシリコン系太陽電池は半導体基板としてシリコンを使用し、シリコンは間接バンド間遷移半導体（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｉｎｔｅｒｂａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）として、シリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光のみが電子−正孔対を発生させることができ、光の吸収率は低い方である。したがってシリコン系太陽電池は、太陽電池の内部に入射される光の中の３０％以上を基板であるシリコンウエハーの表面で反射させるので、太陽電池の効率が低下する。
このような光学的損失を低減するために、シリコン太陽電池では表面処理（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）方法を使用する。表面処理方法ではできる限り多量の光エネルギーをウエハー基板の内部に吸収させるために、シリコン太陽電池のシリコン基板の表面に凹凸を形成させることによって表面粗度を高める。最初の光が到達して傾いたピラミッド壁にぶつかると、一部は吸収され一部は反射されて戻るようになり、この時戻る光を周辺にある他のピラミッド壁に続けてぶつかるようにすることによって光吸収量が増加するようにする。このようにしてピラミッド構造によって光吸収量が増加し、その結果セル効率の向上を得ることができる。したがって表面処理方法によってシリコン太陽電池基板を製造すれば、太陽電池の表面反射の低減、キャリア収集効果の向上および太陽電池の内部反射による光閉じ込め効果を実現することができる。
表面処理方法としては大きく分けて、酸性またはアルカリ性溶液を使用する湿式表面処理と、反応性イオンガスを使用する乾式表面処理と、の２種類の方式がある。湿式表面処理にはアルカリ溶液または酸性溶液を使用し、アルカリ溶液は単結晶ウエハーに適し、酸性溶液は多結晶ウエハーの表面処理に適する。また、乾式表面処理は反応性イオンガスを使用し、多結晶ウエハーに適する。
一方、最近は、工程が簡単で一度に多量に作ることができ、価格競争力の高い擬似単結晶基板を太陽電池の製造に利用する方法が開発されている。
前記擬似単結晶シリコンについては、例えば米国公開第２０１００１９３０３１号、ヨーロッパ特許第０７４８８８４号などに種結晶（ｓｅｅｄ）を利用して擬似単結晶シリコンを成長させる方法が開示されている。
擬似単結晶シリコンは成長方法によって単結晶と多結晶の領域を共に含んでいるため、全ての領域を均一に表面処理するのは難しい。したがって擬似単結晶シリコンを太陽電池用に開発するためには、基板の光吸収を最大にするための表面処理技法に対する研究が必要である。
前記のような問題点を解決するために、本発明は、太陽電池用基板、特に擬似単結晶基板に対して結晶の種類および方向性に関係なく効果的に表面処理する方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、太陽電池用基板に対して第１湿式エッチングを遂行する段階と、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を遂行する段階と、第２湿式エッチングを遂行する段階と、を含む太陽電池用基板の表面処理方法を提供する。
本発明によれば、太陽電池用基板を効果的に表面処理することによって反射度を低くして光吸収率を増加させ、高効率の太陽電池を製造することができる。
また、結晶性により様々な種類に分けられる擬似単結晶基板の種類にかかわらず一つの技法のみで均一な表面処理が遂行できるので、工程の簡素化および費用節減を実現することができる。
本発明の表面処理方法は、
太陽電池用基板に対して第１湿式エッチングを遂行する段階と、
反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を遂行する段階と、
第２湿式エッチングを遂行する段階と、を含む。
太陽電池用基板に対して第１湿式エッチングを遂行する段階と、
反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を遂行する段階と、
第２湿式エッチングを遂行する段階と、を含む。
本発明において、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明することに使用され、上記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。
また、本明細書で使用される用語は単に例示的な実施例を説明するために使用されただけであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、“含む”、“備える”または“有する”などの用語は、実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないと理解されなければならない。
また本発明において、各層または要素が各層または要素の“上に”または“の上に”形成されると言及される場合には、各層または要素が直接各層または要素の上に形成されることを意味するか、他の層または要素が各層の間、対象体、基材上に追加的に形成され得ることを意味する。
本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるところ、特定の実施例を例示し、下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するのではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解されなければならない。
以下、図面を参照して本発明の太陽電池用基板の表面処理方法を詳細に説明する。
太陽電池用半導体で要求される基板は、純度、基板の準備に使用される技術の精密度などにより、品質および価格面で多くの差がある。主に要求される条件には、不純物の濃度を最少化する高純度、結晶欠陥を最小化した高品質、大量生産が可能な低価格などがあり、これらが太陽電池の量産を決定する最も重要な部分である。このような傾向により、最近開発された基板には単結晶と多結晶の形態を共に有している擬似単結晶基板（ｍｏｎｏ−ｌｉｋｅ ｍｕｌｔｉ ｗａｆｅｒ、ＭＬＭ ｗａｆｅｒ）がある。
擬似単結晶基板は単結晶と多結晶の長所を結合したもので、多結晶インゴット成長法などを活用して生産する。通常、多結晶インゴット成長法の一つである熱交換法（ＨＥＭ・Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を活用して単結晶インゴットを作って、高効率太陽電池を生産するのに用いることができる。多結晶インゴット成長法は工程が簡単で一度に多量に作ることができ、価格競争力が高いという特性があるため、最近では太陽電池用基板として活用するために開発が行われている。
一方、太陽電池の光吸収を高めるために、基板の表面をテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ、“表面構造化”または“表面処理”とも称する）するという工程が遂行される。テクスチャリングによって太陽電池基板を製造すれば、太陽電池の表面反射の低減、キャリア収集効果の向上および太陽電池の内部反射による光閉じ込め効果を実現することができる。
単結晶基板は、全体的に一貫した一つの結晶方位を有する単一結晶の基板を言い、前記単結晶基板の場合、ＮａＯＨやＫＯＨのような塩基性溶液で基板の表面をテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）する非等方性エッチングが効果的である。
反面、多結晶基板は多数の無作為に配向された結晶が基板の本体内にある結晶基板を言い、前記多結晶基板の場合は結晶の方向が一定でないため、塩基よりは酸溶液を用いた等方性エッチングがより効果的である。
図１は単結晶基板および多結晶基板に対して湿式表面処理した結果を、走査電子顕微鏡を用いて５，０００倍に拡大して撮影した写真である。
図１で、左側写真は単結晶基板に対して塩基性溶液で湿式表面処理した写真であり、右側写真は多結晶基板に対して酸性溶液で湿式表面処理した写真を示す。図１を参照すれば、単結晶基板および多結晶基板は、結晶の特徴によってそれぞれの形態は異なるが、単一基板内で均一なエッチング形態を示すことが分かる。
しかし、擬似単結晶基板は成長方法および条件によって１００％単結晶の基板、単結晶と多結晶の領域が混ざった基板、および１００％多結晶の基板に分けられ、多くの場合単結晶と多結晶の領域を共に含んでいるため、全ての領域を均一に表面処理し難い。
図２は多様な品質（ｇｒａｄｅ）の基板を示す図面である。
図２を参照すれば、左側から１００％単結晶の基板（Ｍｏｎｏ ｗａｆｅｒ）、単結晶と多結晶の領域が混ざった擬似単結晶基板（ＭＬＭ ｗａｆｅｒ ｇｒａｄｅ Ａ、Ｂ）、および１００％多結晶の基板（Ｍｕｌｔｉ ｗａｆｅｒ）など多様な品質で存在することが分かる。
一般に擬似単結晶基板は単結晶（ｍｏｎｏ）の領域が占める比率により、単結晶の領域が占める比率が９０％以上であるものをグレードＡ（品質Ａ）、７０％以上であるものをグレードＢ（品質Ｂ）、２５％以上であるものをグレードＣ（品質Ｃ）として三つの等級に分類することができる。
一般にグレードＡ（品質Ａ）の擬似単結晶基板の場合、ほとんど単結晶ウエハーと同一で、塩基性溶液を用いてエッチングができる。しかし、それより低級の基板、即ち、グレードＢ（品質Ｂ）またはＣの基板では単結晶と多結晶の領域をそれぞれ複数含んでいるため、塩基性または酸性溶液の処理時に最適のテクスチャーを実現することに困難がある。
図３は擬似単結晶基板に対してそれぞれ塩基性溶液と酸性溶液とで表面処理した結果を、顕微鏡を用いて撮影した写真である。図３で、左側写真は擬似単結晶基板に対して塩基性溶液で表面処理した写真であり、右側写真は擬似単結晶基板に対して酸性溶液で表面処理した写真を示す。
擬似単結晶基板に対して塩基性溶液で表面組織化を遂行する場合、単結晶領域は結晶の方向が同一であるために低い反射率を有する微細ピラミッド構造にエッチングが行われるが、多結晶領域は結晶の方向が多様であるために単結晶と異なるエッチング形態を示す。このような単結晶と多結晶の不均一な表面組織化によって、図３の左側写真のように、紅葉の葉のような形状のメイプルシェイプ（ｍａｐｌｅ−ｓｈａｐｅ）現象が発生することを確認することができる。このような現象は商品価値を落とす原因になるために適さない。
反面、酸性溶液で表面組織化を遂行する場合、結晶の方向と関係なく同一なエッチング速度でランダムな形状のピラミッド（ｒａｎｄｏｍ ｐｙｒａｍｉｄ）を形成するため、図３の右側写真のようにメイプルシェイプ（ｍａｐｌｅ−ｓｈａｐｅ）は発生しない。しかし、酸性溶液によって表面組織化した基板は、塩基性溶液によって表面組織化した基板に比べて高い反射度を示す。したがって、酸性溶液による表面組織化も適さない。
本発明の表面処理方法によれば、基板表面の単結晶領域または多結晶領域のような格子構造にかかわらず表面組織化が可能である。したがって、均一な表面組織化を実現して、格子構造によって表面組織化が異なって現れる現象としてメイプルシェイプ（ｍａｐｌｅ−ｓｈａｐｅ）が発生する問題を解決することができ、これによりメイプルシェイプ（ｍａｐｌｅ−ｓｈａｐｅ）の発生によって商品価値が落ちるのを防止することができる。また、工程手続が簡単であって工程時間および費用を節減できる長所がある。
本発明の表面処理方法において、表面処理の対象になる太陽電池用基板は擬似単結晶基板であり得る。前記擬似単結晶基板は前述のように、単結晶基板であるか、単結晶と多結晶の領域が混ざった基板であるか、または多結晶基板であり得、多様な品質（ｇｒａｄｅ）の基板であり得る。本発明の表面処理方法によれば、基板の種類や品質（ｇｒａｄｅ）に関係なく工程を適用することができる。したがって、相対的に価格が低い低級品質（ｇｒａｄｅ）の基板を使用しても、高級品質（ｇｒａｄｅ）の基板を使用した場合に準ずる表面処理結果を得ることができ、生産費用を顕著に節減することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記太陽電池用基板は例えばｐ型導電性タイプのシリコンからなる基板であり得る。前記太陽電池用基板がｐ型の導電性タイプを有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含有する。
または、前記太陽電池用基板はｎ型導電性タイプのシリコンからなる基板であり得る。前記太陽電池用基板がｎ型の導電性タイプを有する場合、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含有することができる。
前記のような太陽電池用基板に対して先ず、第１湿式エッチング（ｗｅｔ ｅｔｃｈｉｎｇ）を遂行する。
前記第１湿式エッチング工程によって切断ダメージ除去（ｓａｗｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ）および基板表面に対する第１テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）を同時に達成することができる。前記切断ダメージ除去は基板の切削による欠陥を除去し、表面に形成された酸化膜を除去する工程である。
本発明の一実施形態によれば、前記第１湿式エッチングは酸（ａｃｉｄ）溶液を用いて遂行される。
より具体的に、前記第１湿式エッチング工程に用いる酸溶液はＨＦ、ＨＮＯ３、およびＨ２Ｏを含み、ＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを約１：２乃至４：１乃至３、好ましくは約１：３：２の体積比で含むことができる。
また、前記第１湿式エッチングは前記溶液に基板を約５〜１０℃の温度で約１分乃至約５分間、好ましくは約１〜２分間浸漬させることによって遂行することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記のような第１湿式エッチング工程を遂行した後、蒸留水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）で１次リンス（ｒｉｎｓｅ）する工程、ＫＯＨのような塩基性溶液での中和工程、蒸留水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）で２次リンスする工程、ＨＦ洗浄工程、および蒸留水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）で３次リンスする工程をさらに遂行することができる。
前記のような第１湿式エッチングを遂行することによって、基板の切断によるダメージを除去し、基板表面が一次的にエッチングされて高さが約２〜１０μｍ、好ましくは約３〜５μｍである凹凸構造が形成され得る。
その次に、前記第１湿式エッチング工程を遂行した基板に対して反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）工程を遂行する。
前記反応性イオンエッチング工程は、エッチングガス（ｅｔｃｈｉｎｇ ｇａｓ）をプラズマ化して反応性が強い状態に活性化し、基板の表面に衝突させることによって実施できる。前記エッチングガスとしてはＦ２、ＳＦ６、ＣＦ４のようなフッ素系ガス、Ｃｌ２のような塩素系ガス、およびＯ２などからなる群より選択される１種または２種以上を混用して使用することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記反応性イオンエッチング工程で、エッチング形態を調節するために、前記エッチングガスにＯ２を含むことができる。前記エッチングガスにＯ２を含むことによって、イオン砲撃がされない側面にマスクの役割を果たす酸化膜が形成され、イオン砲撃がされる下部には膜が形成されないことにより、下部にのみエッチングが行われる現象によってエッチング形態調節が可能になる。
本発明の一実施形態によれば、前記エッチングガスとしてＣｌ２、ＳＦ６、およびＯ２を用いてエッチング工程を遂行することができる。
より具体的には、チャンバーに前記基板を配置した後、エッチングガスをチャンバーに注入する。その次に、前記基板の間に設けられた二つの電極に一定の大きさの電力を印加し、二つの電極の間の空間に前記エッチングガスに基づいたプラズマを生成させる。生成されたプラズマは反応性が強い活性種（ｒａｄｉｃａｌ）とイオン（ｉｏｎ）を備えている。このように生成されたプラズマ粒子を加速させて基板の表面に衝突させる。これにより、物理的な衝撃と化学反応の結合によって前記基板の表面に複数の凹凸構造物が形成され得る。
前記反応性イオンエッチング工程において、一般的なプラズマエッチングよりさらに高いエネルギーのイオン衝撃が基板に加えられ、これは接地された電極に比べてより高い陰電位が電極に形成されるためである。
前記のような反応性イオンエッチング工程によって前記基板表面に対して第２テクスチャリングを遂行することによって、前記基板表面にピラミッド構造が形成される。
前記ピラミッド構造は、基板表面の光反射率を低くすることによって太陽電池の光吸収効率を向上させることに寄与する。前記ピラミッド構造は反応性イオンエッチング工程の工程条件、即ち、エッチングガス、圧力、温度、電極高さ、パワーを調節することによって、多様な形態および大きさで形成することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記ピラミッド構造において、幅（ｗｉｄｔｈ）に対する高さ（ｈｅｉｇｈｔ）の比（ｈｅｉｇｈｔ／ｗｉｄｔｈ）が約０．７５乃至約１．１であり得る。また、前記比率を維持する範囲で、数ナノメートル乃至数百ナノメートルの高さおよび幅を有し得る。例えば、前記ピラミッドの幅は約１００〜３００ｎｍ、高さは約１５０〜３５０ｎｍであり得る。本発明によれば、前記のように第１湿式エッチングおよび反応性イオンエッチング工程を段階的に遂行することによって、基板の結晶構造に関係なく表面に均一なピラミッド構造が形成され得る。これにより、表面から反射される光の量が減少し低い反射度を実現することができる。
しかし、前記反応性イオンエッチング工程のプラズマ衝撃により表面損傷が発生することがある。表面損傷を除去しなければ表面再結合速度の上昇によって電流値が減少し、これによりセル変換効率の増加も期待し難い。つまり、反応性イオンエッチング工程によって反射度が低くなり光吸収が増加できるが、これと共に発生する表面損傷により電子−正孔対の消滅も速くなるので、増加された光吸収の効果を得ることができなくなる。これは低いＶｏｃとＦＦの原因になる。
また、前記反応性イオンエッチング工程で生成されたピラミッド構造が過度に鋭く（ｎｅｅｄｌｅ）維持されると、ピラミッドの上層部分で高い漏洩電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）が発生することがある。
したがって、低い反射度を維持しながら電気的表面損傷を除去するために、前記反応性イオンエッチング工程後に、表面損傷除去（ｄａｍａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＤＲＥ）工程を実施する。
前記表面損傷除去工程は反応性イオンエッチング工程で発生した表面損傷を除去するためのものであるが、前記表面損傷除去工程を過度に進行すると、表面が過度にエッチングされ反応性イオンエッチング工程によって形成されたピラミッドが除去され、低い反射度効果が得られない。したがって、前記表面損傷除去工程は反応性イオンエッチング工程によって形成されたピラミッド構造を維持すると同時にＯ２によって生成された酸化膜を除去し表面損傷も効果的に除去できる、最適の条件で遂行する必要がある。
本発明の表面処理方法によれば、前記表面損傷除去工程で第２湿式エッチングを遂行する。より具体的に、前記第２湿式エッチング工程はＨＦ、ＨＮＯ３、およびＨ２Ｏを含む酸溶液を用いて遂行し、ＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを約１：１３乃至１７：１５乃至１９、好ましくは約１：１５：１７の体積比で含む溶液を用いて遂行することができる。前記のような条件で表面損傷除去工程を遂行することによって、表面の過度なエッチング無しに反応性イオンエッチング工程によって形成されたピラミッド構造を維持し、前記ピラミッド構造の幅に対する高さの比を維持しながらも、ピラミッド構造の上層部分を滑らかに（ｓｍｏｏｔｈｌｙ）形成して反射度を向上させ、漏洩電流の発生を防止することができる。また、後続する反射防止膜の形成工程で効果的な反射防止膜の蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を可能にして、これとのシナジー効果で反射度が追加的に向上する効果をもたらすことができる。本発明の一実施形態によれば、前記表面損傷除去工程を実施することによって、前記表面損傷除去工程遂行前より反射度が約１〜３％さらに向上する。
この時、第２湿式エッチング工程の工程温度は常温、例えば約２０〜３０℃とすることができ、約１０秒乃至約６０秒間、好ましくは約２０秒乃至約５０秒間浸漬して遂行することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記第２湿式エッチング工程によるエッチング量が、前記第２湿式エッチング工程遂行前の基板の重量に対して約０．００９〜０．０３５％になるように、前記第２湿式エッチング工程を遂行することができる。
前記のような本発明の表面処理方法を用いて表面処理を遂行した基板は、約９〜１２％の表面反射率を示すことができる。
前記のように表面処理工程を経た基板に対して、以後に太陽電池の一般的な製造方法によってエミッタ層、反射防止膜、前面電極および後面電極を形成することによって、高効率の太陽電池を収得することができる。
より具体的には、表面処理された前記太陽電池用基板の上部にエミッタ層を形成する。前記エミッタ層には前記基板と反対になる不純物でドーピングすることによってＰ−Ｎ接合（Ｐ−Ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することができる。本発明の一実施形態によれば、前記エミッタ層は約１００〜５００ｎｍの厚さで浅いエミッタ層を形成して高効率太陽電池に適用することができる。
また、本発明の一実施形態によれば、前記エミッタ層は光電変換効率が高効率である高い面抵抗、例えば約８５〜１００Ω／ｓｑの面抵抗を有し得る。
その次に、前記エミッタ層の上部に反射防止膜を形成する。
前記反射防止膜は真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングによって形成されるが、これに限定されるものではない。また、前記反射防止膜は例えば、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＴｉＯ２およびＣｅＯ２からなる群より選択されたいずれか一つの単一膜または２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有し得るが、これに限定されるものではない。本発明の一実施形態によれば、前記反射防止膜は約２．０乃至約２．２の屈折率を有するシリコン窒化膜であり、約７５〜８５ｎｍの厚さで形成することができる。
その次に、銀（Ａｇ）ペーストをスクリーンプリントした後に熱処理して前面電極を形成し、アルミニウムペーストを基板の背面にプリンティングした後に熱処理して後面電極を形成することによって、太陽電池を製造することができる。前記アルミニウム（Ａｌ）ペーストの熱処理時にアルミニウムが基板の背面を通して拡散することによって、後面電極と基板の境界面に後面電界（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層が形成され得る。後面電界層が形成されると、キャリアが基板の背面に移動して再結合されるのを防止することができ、キャリアの再結合が防止されると、開放電圧が上昇し太陽電池の効率が向上され得る。
以下、本発明による実施例を参照して本発明をさらに詳しく説明する。ただし、このような実施例は発明の例示として提示されたものに過ぎず、これによって発明の権利範囲が決められるものではない。
＜実施例＞
実施例１
３族元素の不純物がドーピングされたｐ−タイプ擬似単結晶基板（ＭＬＭ ｗａｆｅｒ、Ｇｒａｄｅ Ｂ）を準備した。基板に対してＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを１：３：２体積比で含む溶液に温度７℃で１分３０秒間浸漬して第１湿式エッチングを遂行することによって、切断ダメージ除去と第１テクスチャリングを同時に行った。前記第１テクスチャリングによって表面から３〜５μｍの深さでエッチングが行われた。
実施例１
３族元素の不純物がドーピングされたｐ−タイプ擬似単結晶基板（ＭＬＭ ｗａｆｅｒ、Ｇｒａｄｅ Ｂ）を準備した。基板に対してＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを１：３：２体積比で含む溶液に温度７℃で１分３０秒間浸漬して第１湿式エッチングを遂行することによって、切断ダメージ除去と第１テクスチャリングを同時に行った。前記第１テクスチャリングによって表面から３〜５μｍの深さでエッチングが行われた。
その次に、エッチングガスとしてＣｌ２／ＳＦ６／Ｏ２を使用して反応性イオンエッチング工程を実施した。前記反応性イオンエッチング工程によって生成されたピラミッド構造物は、高さ（Ｈｅｉｇｈｔ）と幅（ｗｉｄｔｈ）の比Ｈ／Ｗが０．７５乃至１．１の分布を示した。
第２湿式エッチングでＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを１：１５：１７の体積比で含む溶液に温度２５℃で３０秒間浸漬して、エッチングを遂行する前に比べて０．０２５％の重量が減少するようにエッチングすることによって表面処理を完了した。
ＰＯＣＬ３を使用する拡散工程によってリン（Ｐ）をドーピングして、８５Ω／ｓｑ抵抗を有するエミッタ層を形成した。前記エミッタ層上にＰＥＣＶＤ装備を利用して２．０〜２．２の範囲内の屈折率を有するシリコン窒化膜を二層にして、総８５ｎｍの厚さで形成した。
アルミニウム（Ａｌ）ペーストを用いて後面にスクリーンプリンティングを行い、２００℃未満の温度で乾燥（ｄｒｙ）工程を経た後、銀（Ａｇ）ペーストを用いて７０μｍ大きさの幅で前面電極を形成し、２００℃未満の温度で乾燥（ｄｒｙ）工程を経た後、９４０℃のベルト（ｂｅｌｔ）焼成炉（ｆｉｒｉｎｇ）で焼結して前面電極および後面電極を形成した。
比較例１
反応性イオンエッチング工程を行わないことを除いて、実施例１と同様な方法で太陽電池を製造した。
反応性イオンエッチング工程を行わないことを除いて、実施例１と同様な方法で太陽電池を製造した。
＜実験例＞
表面処理結果評価
図４は実施例１で反応性イオンエッチング工程まで遂行した後の基板の表面を、走査電子顕微鏡を用いて７０，０００倍に拡大して撮影した写真である。
表面処理結果評価
図４は実施例１で反応性イオンエッチング工程まで遂行した後の基板の表面を、走査電子顕微鏡を用いて７０，０００倍に拡大して撮影した写真である。
図５は実施例１で反応性イオンエッチング工程および第２湿式エッチング工程まで遂行した後の基板の表面を、走査電子顕微鏡を用いて５，０００倍に拡大して撮影した写真である。
図６は表面処理を遂行する前の基板と、実施例１および比較例１で表面処理工程を遂行した後の基板の反射度を示すグラフである。
太陽電池の電気的性能評価
実施例１および比較例１で製造した太陽電池の電気的性能をＡＳＴＭ Ｇ−１７３−０３によりＡＭ１．５太陽条件下で中国に所在するハンファソーラーワン社（Ｈａｎｗｈａ Ｓｏｌａｒｏｎｅ ｌｉｍｉｔｅｄ、ＨＳＯＬ）のソーラーテスター（ｓｏｌａｒ ｔｅｓｔｅｒ）、Ｈ．ａ．ｌ．ｍ ｃｅｔｉｓ ＰＶ−ｐｒｏｄｕｃｔｓを用いて測定し、その結果を下記表１に示した。
実施例１および比較例１で製造した太陽電池の電気的性能をＡＳＴＭ Ｇ−１７３−０３によりＡＭ１．５太陽条件下で中国に所在するハンファソーラーワン社（Ｈａｎｗｈａ Ｓｏｌａｒｏｎｅ ｌｉｍｉｔｅｄ、ＨＳＯＬ）のソーラーテスター（ｓｏｌａｒ ｔｅｓｔｅｒ）、Ｈ．ａ．ｌ．ｍ ｃｅｔｉｓ ＰＶ−ｐｒｏｄｕｃｔｓを用いて測定し、その結果を下記表１に示した。
下記表１で、Ｉｓｃはインピーダンスが低い時に短絡回路条件に相応する太陽電池を通じて伝達される最大電流を意味し、また太陽電池の両端の電圧が０である時に流れる電流であり単位面積当り流れる電流をＪｓｃとして示し、Ｖｏｃは電流が０である時に太陽電池の両端に現れる電圧で太陽電池から得られる最大電圧を意味し、並列抵抗（Ｒｓｈ）はある回路を並列に接続した抵抗を言い、低い並列抵抗は漏洩電流を起こして電流電圧を減少させる。直列抵抗（Ｒｓ）は太陽電池の上部と下部電極の間に直列（ｓｅｒｉｅｓ）に作用する抵抗であって、太陽電池のエミッタとベースを通じた電流流れ、即ち、垂直抵抗成分をＲｓと定義し、大きい影響を受けるパラメータはＦＦ（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）である。ＦＦ［％］は太陽電池品質において最も重要な尺度であり、Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒは最大電力を開放電圧と短絡電流で出力する理論上電力と比較して計算され、Ｅｔａ［％］は効率を意味し太陽電池の性能を示す最も重要な因子であって太陽から入射されたエネルギーに対する出力エネルギーの比で定義される。
表１の結果より、本発明の表面処理方法を実施した基板を用いて製造した太陽電池の場合、湿式エッチングのみで表面処理を遂行した基板に比べて、電気的性能が向上することが分かる。
Claims (9)
- 太陽電池用基板に対して第１湿式エッチングを遂行する段階と、
反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を遂行する段階と、
第２湿式エッチングを遂行する段階と、を含む太陽電池用基板の表面処理方法。 - 前記第１湿式エッチングによって切断ダメージ除去（ｓａｗ ｄａｍａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ）および第１テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）が同時に遂行されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記第１湿式エッチングは、ＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを１：２乃至４：１乃至３の体積比で含む溶液を用いて遂行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記反応性イオンエッチングによって第２テクスチャリングを行って前記基板の表面にピラミッド構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記反応性イオンエッチングは、Ｃｌ２、ＳＦ６、およびＯ２を含むガスを用いて遂行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記ピラミッド構造の幅（ｗｉｄｔｈ）に対する高さ（ｈｅｉｇｈｔ）の比（ｈｅｉｇｈｔ／ｗｉｄｔｈ）は０．７５〜１．１であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記第２湿式エッチング工程は、ＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを１：１３乃至１７：１５乃至１９の体積比で含む溶液を用いて遂行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記第２湿式エッチング工程は、２０〜３０℃の温度で１０秒乃至６０秒間遂行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
- 前記太陽電池用基板は、単結晶基板、単結晶と多結晶の領域が混ざった基板、および多結晶基板からなる群より選択される１種の擬似単結晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の表面処理方法。
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