JP6695916B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池及び太陽電池製造方法に関するもので、より詳しくは導電型領域を除去して微細凹凸を形成する太陽電池及び製造方法に関するものである。
近年、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ながら、これらに代わる代替エネルギーへの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電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。
このような太陽電池は、多様な層及び電極を設計によって形成することによって製造することができる。ところで、このような多様な層及び電極の設計によって太陽電池の効率が決定されることができる。太陽電池の商用化のためには低い効率を克服しなければならなく、多様な層及び電極を太陽電池の効率を最大化することができるように設計することが要求される。
本発明は、太陽電池の効率を向上させ、工程性に優れた太陽電池及び太陽電池製造方法を提供する。
上述した技術的課題を解決するために、本発明はいくつかの実施例を提供する。
具体的に、本発明のいくつかの実施例による太陽電池製造方法は、半導体基板の一面及び前記一面と対向する他面上に第１導電型ドーパントを含む第１導電型領域を形成する段階と、前記半導体基板の他面に配置された前記第１導電型領域を乾式食刻で除去する段階と、前記半導体基板の他面に第２導電型ドーパントを含む第２導電型領域を形成する段階とを含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を除去する段階は、反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）によって行い、六フッ化硫黄ガス及び酸素ガスを使用することができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記酸素ガスに対する前記六フッ化硫黄ガスの体積比が３〜５であり得る。
本発明のいくつかの実施例において、前記六フッ化硫黄ガスは８０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍで使うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記反応性イオン食刻は２５ｋｗ〜３０ｋｗのプラズマを使うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を食刻する段階と前記第２導電型領域を形成する段階の間に反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）によって微細凹凸を形成する段階をさらに含むことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記微細凹凸を形成する段階は、六フッ化硫黄ガス、酸素ガス及び塩素ガスを使うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記酸素ガスに対する前記六フッ化硫黄ガスの体積比が１〜２であり得る。
本発明のいくつかの実施例において、前記酸素ガスに対する前記塩素ガスの体積比が０．２〜１であり得る。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を除去するときに使う酸素ガスに対する、前記微細凹凸を形成するときに使う酸素ガスの体積比が１．５〜５であり得る。
本発明のいくつかの実施例において、前記微細凹凸を形成する段階は、前記第１導電型領域を食刻する段階と圧力が同一又はそれより低くてもよい。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を形成する前、前記半導体基板の他面に凹凸を形成するが、一面には形成しなくてもよい。
本発明のいくつかの実施例において、前記半導体基板の他面に凹凸を形成する段階は湿式食刻で行うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、微細凹凸は前記凹凸上に形成することができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を食刻段階と前記微細凹凸を形成する段階はインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程で行うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記第１導電型領域を形成する段階と前記制御パッシベーション層を形成する段階は、インサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程で行うことができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記第２導電型領域を形成する段階は、前記第２導電型ドーパントを前記半導体基板に拡散させることを含むことができる。
本発明のいくつかの実施例による太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面に形成された第２導電型領域と、前記半導体基板の一面に対向する他面に形成された第１導電型領域とを含み、前記半導体基板の他面及び側面が微細凹凸を含み、前記半導体基板の他面に形成された微細凹凸のサイズと前記半導体基板の側面に形成された微細凹凸のサイズが違う。
本発明のいくつかの実施例において、前記半導体基板の他面に形成された微細凹凸のサイズが前記半導体基板の側面に形成された微細凹凸のサイズより大きくてもよい。
本発明のいくつかの実施例において、前記半導体基板の他面に形成された微細凹凸のサイズは１００ｎｍ〜３００ｎｍであり得、前記半導体基板の側面に形成された微細凹凸のサイズは５０ｎｍ〜１００ｎｍであり得る。
本発明は、半導体基板の他面に位置する第１導電型領域を形成し、乾式食刻で除去することによって生産工程を減らして生産性を向上させることができ、優れたエッチング速度を維持することができる。
具体的に、本発明は、ドープされた半導体層を用いて生産性を向上させるとともに、乾式食刻時に使われる酸素、六フッ化硫黄及びプラズマパワーをそれぞれ制御して、優れたエッチング速度（ｅｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）を具現することができる。
また、乾式食刻時の工程条件を制御することにより、半導体基板の他面のエッジ部にあり得る第１導電型領域を最小化して漏洩電流を減少させることによって太陽電池効率を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施例による太陽電池の断面を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の断面を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施例による太陽電池と比較例の漏洩電流を比較した表である。 半導体基板の他面に形成された微細凹凸を観察したＳＥＭ写真である。 半導体基板の側面に形成された微細凹凸を観察したＳＥＭ写真である。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、後述する実施例を参照すると明らかになるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現可能であり、単に本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体において同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のため、一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。
また、本明細書において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分が位置する場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとするときは、それらの間に他の部分が位置しないことを意味する。なお、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」又は「下部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分が位置する場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真下に」あるとするときは、それらの間に他の部分が位置しないことを意味する。
以下、添付図面に基づいて本発明のいくつかの実施例による太陽電池製造方法を詳細に説明する。
図１は本発明の実施例による太陽電池を示す断面図、図２は本発明の他の実施例による太陽電池の平面図である。
具体的に、図１は本発明のいくつかの実施例による太陽電池の断面を示した断面図である。
図１を参照すると、本実施例による太陽電池１００は、ベース領域１０と第２導電型を有する第２導電型領域（又はエミッター領域）３０を含む半導体基板１１０と、半導体基板１１０の他面に形成され、半導体基板１１０とは違う結晶構造を有し、第１導電型を有する第１導電型領域２０と、第１導電型領域２０に連結される第１電極４２と、第２導電型領域３０に連結される第２電極４４とを含み、パッシベーション膜２２、３２及び反射防止膜２４などをさらに含むことができる。そして、図２を参照すると、太陽電池１００は制御パッシベーション層５０をさらに含むことができる。
本実施例は、乾式食刻を行う前、半導体基板に第１導電型領域２０を形成して工程簡素化及び生産性向上を図ることができ、乾式食刻で半導体基板１１０に形成された第１導電型領域２０を除去するとき、プラズマパワー（ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒ）、六フッ化硫黄ガスの体積、酸素ガスの体積及び酸素ガスの体積に対する六フッ化硫黄ガスの体積比をそれぞれ制御してアーキング（ａｒｃｉｎｇ）発生を防止するとともに優れたエッチング速度（ｅｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）を具現することができる。
それだけでなく、半導体基板１１０のエッジ（ｅｄｇｅ）部から第１導電型領域２０を効果的に除去して漏洩電流を最小化させることができる。以下、これに関連した内容を図３の（ａ）〜図３の（ｇ）に基づいて詳細に説明する。
図３の（ａ）〜図３の（ｇ）は本発明のいくつかの実施例による太陽電池製造方法を示す断面図である。
図３の（ａ）を参照すると、半導体基板１１０を準備し、半導体基板１１０の他面にテクスチャリング工程を行って凹凸１１２ａを形成することができる。
半導体基板１１０は単一半導体物質（一例として、４族元素）を含む結晶質半導体で構成できる。一例として、半導体基板１１０は単結晶又は多結晶半導体（一例として、単結晶又は多結晶シリコン）で構成できる。
特に、半導体基板１１０は単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハー、より具体的には、単結晶シリコンウエハー）で構成できる。このように、半導体基板１１０が単結晶半導体（例えば、単結晶シリコン）で構成されれば、太陽電池１００が、結晶性が高くて欠陷の少ない単結晶半導体で構成される半導体基板１１０を基にする。これにより、太陽電池１００が優れた電気的特性を有することができる。
半導体基板１１０の他面にはテクスチャリング工程を行って凹凸１１２ａを形成することができる。凹凸１１２ａは、一例として、外面が半導体基板１１０の（１１１）面で構成され、規則又は不規則なサイズを有するピラミッド形状を有することができる。半導体基板１１０のテックスチャリングとしては湿式食刻を用いることができる。ただ、凹凸１１２ａが形成される位置は他面に限定されるものではなく、基板の少なくとも一面に形成されることができ、凹凸１１２ａの形状はピラミッド状に限定されなくて多様な形状になることができる。
テクスチャリングによって半導体基板１１０の他面に凹凸１１２ａが形成されて他面の表面粗さが増加すれば、半導体基板１１０の他面などを通じて入射する光の反射率を低めることができる。したがって、ベース領域１０と第１又は第２導電型領域２０、３０によって形成されたｐｎ接合まで到逹する光量を増加させることができ、光損失を最小化することができる。
一方、湿式食刻はテックスチャリング溶液に半導体基板１１０を浸漬することによって行うことができ、湿式食刻に使われる食刻溶液としてはアルカリ溶液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む溶液）を使うことができる。湿式食刻は工程時間が短い利点がある。
このような湿式食刻によれば、凹凸１１２ａが半導体基板１１０の結晶面に沿って食刻されるので、凹凸１１２ａの外面が一定の結晶面（例えば、（１１１）面）を有するように形成されることができる。これにより、凹凸１１２ａは４個の（１１１）面を有するピラミッド形状を有することができ、マイクロメートル程度の平均サイズを有することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、凹凸１１２ａが多様な方法で形成されて、多様な形状、平均サイズ、サイズ偏差などを有することができる
また、半導体基板１１０の他面にのみ凹凸１１２ａを形成することにより、後述する電極の形成において電極と半導体基板１１０間の再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を減少させることができる。
ただ、凹凸形成工程及び凹凸形成位置は前記記載に限定されるものではなく、通常の技術者が容易に適用することができる範囲まで含む。例えば、凹凸は半導体基板の他面及び一面にも形成することができ、乾式食刻で凹凸を形成することもできる。
また、図１を参照すると、本実施例において、半導体基板１１０は第１又は第２導電型ドーパントが低いドーピング濃度でドープされて第１又は第２導電型を有するベース領域１０を含む。この時、半導体基板１１０のベース領域１０はこれと同一の導電型を有する第１及び第２導電型領域２０、３０の一つより低いドーピング濃度、高い抵抗又は低いキャリア濃度を有することができる。
追加として、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）の間に、半導体基板１１０の一面、前記一面に対向する他面、前記一面と他面を連結する側面のそれぞれに全体的に制御パッシベーション層５０を形成することもできる。
制御パッシベーション層５０は第１及び第２導電型領域２０、３０のいずれか一つのドーパントが半導体基板１１０に過度に拡散することを防止するドーパント制御の役目又は拡散バリアーとしての役目をすることができる。このような制御パッシベーション層５０はドーパントの拡散を調節することができ、多数のキャリアを伝達することができる多様な物質を含むことができる。一例として、酸化物、窒化物、半導体、導電性高分子などを含むことができる。一例として、制御パッシベーション層５０がシリコン酸化物を含むシリコン酸化膜であり得る。シリコン酸化膜はパッシベーション特性に優れ、キャリアの伝達が円滑な膜であるからである。また、シリコン酸化膜は多様な工程によって半導体基板１１０の表面に易しく形成されることができる。ここで、制御パッシベーション層５０は、蒸着、熱酸化、化学酸化などの多様な方法で形成されることができる。しかし、制御パッシベーション層５０が必須の構成ではない。
ついで、図３の（ｂ）を参考して、第１導電型領域２０を形成することを説明する。
この時、第１導電型領域２０は半導体基板１１０又は半導体基板１１０の一面及び他面のみならず側面上に位置する制御パッシベーション層５０上にも全体的に形成されることができる。
本実施例で、第１導電型領域２０は化学気相蒸着によって形成されることができ、より具体的には低圧化学気相蒸着によって形成されることができる。これにより、前述したように、第１導電型領域２０が制御パッシベーション層５０とインシチュ工程によって形成されることができる。
しかし、本発明が前記記載に限定されるものではなく、制御パッシベーション層５０及び第１導電型領域２０にインサイチュ工程が適用されなくてもよい。
第１導電型領域２０は半導体基板１１０と同一の導電型を有するとともに半導体基板１１０より高いドーピング濃度を有することができる。
具体的に、第１導電型領域２０は、一例として、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ））などで形成されることができ、第１導電型領域２０は第１導電型ドーパントを含み、半導体基板１１０とは違う結晶構造を有することができる。例えば、第１導電型領域２０は非晶質半導体、微結晶半導体、又は多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、又は多結晶シリコン）を含むことができ、特に多結晶半導体（一例として、多結晶シリコン）を含むことができる。
第１導電型ドーパントはベース領域１０と同一の導電型を示すことができるドーパントであれば充分である。すなわち、第１導電型ドーパントがｎ型の場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使うことができる。第１導電型ドーパントがｐ型の場合には、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を使うことができる。
例えば、本実施例において、半導体基板１１０及び第１導電型領域２０は導電型がｎ型であり得る。
ただ、半導体基板１１０及び第１導電型領域２０の導電型が前記記載に限定されるものではなく、例えば、半導体基板１１０がｐ型導電型、第１導電型領域２０がｎ型導電型であり、第１導電型領域２０が半導体基板１１０とｐｎ接合を形成することもできる。
第１導電型領域２０の形成方法に関連し、第１導電型領域２０はシリコンを含む原料気体（一例として、シラン（ＳｉＨ４））と第１導電型ドーパントを含むドーパント気体（一例として、ＰＯＣｌ３、Ｂ２Ｈ６など）を用いて化学気相蒸着法によってインサイチュ（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で形成することができる。
ただ、第１導電型領域の結晶構造、形成方法及び第１導電型ドーパントの種類は前記記載に限定されるものではなく、通常の技術者が容易に変更することができる範囲まで含む。
ついで、第１導電型領域２０などを食刻し、微細凹凸１１２ｂを形成することを２段階反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）によってそれぞれ実施することができる。本実施例では、区分された反応性イオン食刻によってそれぞれ第１導電型領域２０などを食刻して微細凹凸１１２ｂを形成するので、導電型領域食刻と凹凸形成を同時に行う場合に比べ、既に形性された凹凸１１２ａの形状を損傷させないながらも、第１導電型領域２０などを充分に除去して漏洩電流を最小化することができる。
具体的に、導電型領域食刻及び凹凸形成を反応性イオン食刻によって同時に行う場合、既に形性された基板の凹凸形状を損傷させるおそれがあり、基板の凹凸損傷を防止するために食刻を弱く行う場合、導電型領域が充分に除去されなくて漏洩電流が増加するおそれがある。
これに対し、本実施例では、第１導電型領域２０などを反応性イオン食刻によって充分に除去した後、工程条件を制御して微細凹凸１１２ｂを反応性イオン食刻で形成することにより、従来に形成されていた凹凸１１２ａの損傷を最小化することができるとともに、第１導電型領域２０が充分に除去されて漏洩電流を最小化することができる。以下でそれぞれの工程について詳細に説明する。
ついで、図３の（ｃ）に基づいて第１導電型領域２０を乾式食刻することを説明する。
本実施例では、半導体基板１１０の他面及び側面に配置された第１導電型領域２０を乾式食刻で除去する。具体的に、第１導電型領域２０を乾式食刻することは反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）によって行うことができる。
反応性イオン食刻とは食刻ガス（例えば、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、ＨＢｒなど）を供給した後、プラズマを発生させて食刻する乾式食刻方法である。反応性イオン食刻は単面食刻に適用することができる。そして、結晶粒子の結晶方向などを考慮せずに基本的に等方性で該当物質を食刻することができる。これにより、使用する食刻ガスなどの工程条件によって半導体基板１１０の他面及び側面に位置する第１導電型領域２０及び／又は制御パッシベーション層５０を全体的に除去することができる。また、図３ｃを参照すると、半導体基板１１０の一面に配置された第１導電型領域２０及び／又は制御パッシベーション層５０のエッジ部も一部食刻されてアイソレーションを形成することができる。
具体的に、本実施例では、乾式食刻ガスの種類、分圧、圧力及びプラズマパワーなどの工程条件を調節して所望の食刻をなすようにする。
具体的に、半導体基板１１０の他面及び側面に配置された第１導電型領域２０を除去する乾燥食刻では六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６）と酸素ガス（Ｏ２）を混合したガスを使うことができる。ここで、六フッ化硫黄ガスは第１導電型領域２０及び／又は制御パッシベーション層５０を食刻する役目をする。酸素ガスは六フッ化硫黄ガスに対する体積比によって第１導電型領域２０及び／又は制御パッシベーション層５０の表面に酸化膜を形成してマスクと類似するように機能して食刻速度を低めるとか食刻速度を増加させる役目をすることができる。
本実施例の場合、第１導電型ドーパントがドープされた第１導電型領域２０を食刻し、食刻時に第１導電型領域２０に含まれた第１導電型ドーパントが防御膜の役目をすることができるので、真性半導体層状態で食刻することに比べて食刻速度が遅くなることがあり得る。よって、酸素ガス及び六フッ化硫黄ガスの体積比（特に、ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ（ｓｃｃｍ）比、以下同じ）、プラズマパワー及び六フッ化硫黄ガスの量を制御することで、半導体基板１１０の損傷なしに、第１導電型領域２０、又は第１導電型領域２０及び制御パッシベーション層５０のみを選択的に速く食刻することができる。
例えば、本実施例では、第１導電型領域２０を除去する反応性イオン食刻に使われるプラズマパワー（ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒ）を制御して優れた食刻速度を具現することができる。
具体的に、プラズマパワーは約２５ｋｗ〜約３０ｋｗであり得る。プラズマパワーを前記範囲に維持することによって優れた食刻速度を具現することができる。プラズマパワーが前記範囲を超える場合、アーキング（ａｒｃｉｎｇ）が発生して半導体基板１１０に物理的損傷を引き起こして太陽電池の効率が減少することができる。プラズマパワーが前記範囲未満の場合、食刻速度が低下して工程性が悪くなることができる。
また、プラズマパワーを前記範囲に維持するとともに六フッ化硫黄ガスの量を制御してアーキングを防止するとともに優れた食刻速度を具現することができる。
具体的に、第１導電型領域２０を除去する反応性イオン食刻には六フッ化硫黄ガスを約８０００ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍ使うことができる。
第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻に六フッ化硫黄ガスを前記範囲で使うことにより、優れた食刻速度を具現することができるとともに六フッ化硫黄ガスが適切な水準で前記範囲のプラズマパワーを消費してアーキングの発生を防止することができ、半導体基板１１０を食刻から保護することができる。
第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻において、六フッ化硫黄ガスが前記範囲未満の場合、プラズマ密度が不安定であって工程安全性が低下することがあり、アーキングが発生して太陽電池の効率が低下することがある。第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻において、六フッ化硫黄ガスが前記範囲を超える場合、前記範囲のプラズマパワーで食刻速度が低下することがある。
それだけでなく、第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻において、前記範囲に六フッ化硫黄ガスの量を制御するとともに、酸素ガスの量を制御して優れた食刻速度を維持し、半導体基板１１０を食刻から保護することができる。
具体的に、酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの体積比を３〜５に制御することで、半導体基板１１０に形成された凹凸１１２ａの損傷を最小化しながら優れた食刻速度を具現することができる。前記体積比が３未満であれば、酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの体積比があまり小さくて食刻速度が減少し、工程時間が増加することができる。前記体積比が５を超えれば、食刻速度があまり大きくて第１導電型領域２０、又は第１導電型領域２０及び制御パッシベーション層５０と半導体基板１１０の選択比が小さくなって半導体基板１１０が一緒に食刻されることがあり得る。
すなわち、本実施例では、互いに有機的な関係があるプラズマパワー、六フッ化硫黄ガスの量及び六フッ化硫黄ガスに対する酸素ガスの比のそれぞれを同時に制御することで、アーキングが発生することなく優れた食刻速度を具現することができ、半導体基板１１０を食刻しない効果を具現することができる。
また、本実施例は、アーキングの発生なしに、優れた食刻速度を維持し、半導体基板１１０を食刻しないことによって漏洩電流を減少させることができる。
具体的に、前述したように、プラズマパワー、六フッ化硫黄ガスの量及び六フッ化硫黄ガスに対する酸素ガスの比を制御することにより、半導体基板１１０に既に形成された凹凸１１２ａの損傷を最小化するとともに、半導体基板１１０の側面及び他面に配置され、第１導電型ドーパントでドープされた第１導電型領域２０及び制御パッシベーション層５０を充分に除去することができる。すなわち、半導体基板のエッジ部に残存する第１導電型領域２０と制御パッシベーション層５０が最小化することによって漏洩電流の発生を最小化することができる。
例えば、図４に基づいて漏洩電流発生の最小化を説明する。
図４の実施例の場合、本実施例による製造方法で太陽電池を製造した。具体的に、第１導電型領域２０の食刻時にプラズマパワーが２７ｋｗ、六フッ化硫黄が１００００ｓｃｃｍ及び酸素に対する六フッ化硫黄ガスの体積比が３．３の条件で行った。
図４の比較例の場合、第１導電型領域を食刻するとき、プラズマパワーが２２．５ｋｗ、六フッ化硫黄が３０００ｓｃｃｍ及び酸素に対する六フッ化硫黄ガスの体積比が１０の条件であることを除き、実施例と同様な条件及び方法で太陽電池を製造した。
図４を参照すると、実施例による太陽電池の場合、漏洩電流値が約１．７Ａ〜約３Ａであり、平均漏洩電流値が２．４Ａである。これに対し、比較例による太陽電池の場合、漏洩電流値が約４Ａ〜５Ａ、平均漏洩電流値が４．７Ａであることを開示する。
すなわち、図４の実施例の場合、第１導電型領域２０を反応性イオン食刻で食刻するとき、プラズマパワー、六フッ化硫黄ガスの量及び酸素に対する六フッ化硫黄ガスの体積比を適切な水準に制御することで、比較例に比べ、半導体基板の側面及び他面のエッジ部に残存し得る制御パッシベーション層及び第１導電型領域を最小化することができ、その結果、漏洩電流値がめっきり低下することを確認することができる。
具体的に、本実施例による第１導電型領域２０の食刻後に半導体基板に残存し得る第１導電型領域２０は約１０ｎｍ以下で、漏洩電流の発生を最小化することができる。
ついで、微細凹凸１１２ｂを形成することを図３の（ｄ）に基づいて説明する。
具体的に、第１導電型領域２０又は第１導電型領域２０及び／又は制御パッシベーション層５０が除去された半導体基板１１０の他面の凹凸１１２ａ上だけでなく、半導体基板１１０、制御パッシベーション層５０及び第１導電型領域２０の側面に反応性イオン食刻で微細凹凸１１２ｂを形成することができる。
すなわち、半導体基板１１０の他面の凹凸１１２ａ上に微細凹凸１１２ｂを形成するとき、半導体基板１１０、制御パッシベーション層５０及び／又は第１導電型領域２０の側面が反応性イオン食刻によって食刻されながら側面アイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が一緒に進む。これにより、前面反射度を低めることができるとともに、側面アイソレーションが一緒になされるので、アイソレーションのための別途の工程が要求されなくて工程を単純化することができる。
そして、図面では半導体基板１１０の側面が均一に食刻されたものを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、上述したように、第１導電型領域２０が形成された部分が非晶質化しているので、第１導電型領域２０が形成された部分がもっと多く食刻されることができる。
また、図５のａ及び図５のｂを参照すると、半導体基板１１０の他面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズは半導体基板１１０の側面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズと違うことがあり、もっと具体的に半導体基板１１０の他面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズが半導体基板１１０の側面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズより大きいこともあり得る。
本明細書で、微細凹凸１１２ｂのサイズは凹凸の谷間の距離を意味し得る。
例えば、半導体基板１１０の他面に形成された微細凹凸のサイズは約１００ｎｍ〜約３００ｎｍであり得、半導体基板１１０の側面に形成された微細凹凸のサイズは約５０ｎｍ〜約１００ｎｍであり得る。
本実施例において、半導体基板１１０の他面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズを半導体基板１１０の側面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズより大きくなるように制御することによって漏洩電流を最小化することができる。
具体的に、半導体基板１１０の側面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズが半導体基板１１０の他面に形成される微細凹凸１１２ｂのサイズより小さい場合、半導体基板１１０の側面表面積が半導体基板１１０の他面表面積より増加し、引き継いで形成される第２導電型領域３０が半導体基板１１０の他面より側面に少なく形成され、その結果、半導体基板の側面に形成された第２導電型領域３０の除去が容易であり、シャント（ｓｈｕｎｔ）の発生を効果的に減少させることができる。
ただ、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻は、後述する特徴を除き、前述した第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻についての説明が同様に適用できる。
ただ、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻は、第１導電型領域２０などを食刻する反応性イオン食刻と比較し、塩素ガスをもっと含み、六フッ化硫黄ガスに対する酸素ガスの比及び塩素ガスに対する酸素ガスの比を異にして、半導体基板１１０に微細凹凸１１２ｂを形成する工程を最適化することができる。
微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻では、六フッ化硫黄ガス、酸素ガスと一緒に塩素ガス（Ｃｌ２）をさらに混合したガスを使うことができる。ここで、六フッ化硫黄ガス及び酸素ガスの役目は、第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻で説明したものと同一であるか又は極めて類似する。
塩素ガスは食刻速度を増加させ、異方性食刻を誘導し、半導体基板１１０の他面に形成される微細凹凸１１２ｂの幅、高さなどを調節する役目をする。よって、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻は基本的に等方性食刻によって食刻されるとともに塩素ガスによって異方性食刻が一部誘導されることができる。
これにより、半導体基板１１０の他面を均一で微細に食刻して凹凸１１２ａより小さな微細凹凸１１２ｂを形成することができる。
この時、六フッ化硫黄ガスの体積が酸素ガスの体積と同一であるか又はそれより大きくてもよい。微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻では、酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの比を相対的に減らしても塩素ガスによって十分な食刻速度を有することができる。
したがって、酸素ガスを相対的に大きな体積比で注入してマスク効果を十分に具現して半導体基板１１０の損傷を効果的に防止することができる。一例として、酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの体積比が１〜２であり得る。前記体積比が１未満であれば、微細凹凸１１２ｂの幅が小さくなることがあり、前記体積比が２を超えれば、微細凹凸１１２ｂの高さが小さくなることがあるので、微細凹凸１１２ｂが反射防止に適した形状を有しにくいか微細で均一に形成されにくいことがある。
そして、塩素ガスの体積が酸素ガスの体積と同一であるか又はそれより小さいことがあり得る。これは、塩素ガスは少量でも食刻速度を増加させることができるからである。
一例として、酸素ガスに対する塩素ガスの体積比が０．２〜１であり得る。前記体積比が０．２未満であれば、微細凹凸１１２ｂの幅が小さくなることができ、前記体積比が１を超えれば、微細凹凸１１２ｂの高さが小さくなることがあるので、微細凹凸１１２ｂが反射防止に適した形状を有しにくいか微細で均一に形成されにくいことがある。
そして、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻の圧力が第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻の圧力より低いことがあり得る。これは、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻ではマスクとして使うための酸素ガスを大きな体積比で使うので、圧力が高ければ副産物が増加して微細凹凸１１２ｂを形成しにくいことがあるからである。
一例として、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻の圧力が０．１ｔｏｒｒ〜０．８ｔｏｒｒであり得る。圧力が０．１ｔｏｒｒ未満であれば、プラズマの密度が不安定になることがある。圧力が０．８ｔｏｒｒを超えれば、半導体基板１１０の表面の副産物が増加して微細凹凸１１２ｂを形成しにくいことがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻が他の圧力を有することもあり得る。
また、図１及び図３の（ｄ）を参照すると、微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻によって形成される微細凹凸１１２ｂは凹凸１１２ａ上に形成され、この凹凸より小さな平均サイズを有する。反応性イオン食刻は結晶粒子の結晶方向にかかわらず半導体基板１１０の表面に微細で均一な微細凹凸１１２ｂを形成することができる。この時、微細凹凸１１２ｂは尖っている上端部を有するように形成されることができ、ナノメートル程度の平均サイズを有し得る。
このように、本実施例では、半導体基板１１０の他面上に配置された凹凸１１２ａ上にこれより小さな平均サイズを有する微細凹凸１１２ｂを形成して、半導体基板１１０の表面で発生し得る反射度を最小化することができる。これによれば、光の入射が相対的に少ない半導体基板１１０の後面の表面積を最小化し、反応性イオン食刻による損傷を最小化してパッシベーション特性を向上させることができる。
本実施例で、第１導電型領域２０を除去する反応性イオン食刻と微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻は同じ装備内で連続的な工程で行うインシチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって行うことができる。よって、工程条件によって、第１導電型領域の食刻としては単面食刻を行うことができ、微細凹凸１１２ｂの形成では微細凹凸１１２ｂを形成することができる食刻方法を用いて行うことができる。
前述したように、本実施例で、第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻は酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの体積比が約３〜約５であり、引き継いで微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻は酸素ガスに対する六フッ化硫黄ガスの体積比が約１〜約２であるので、第１導電型領域２０を食刻するときに使われる酸素ガスの体積に対する、前記微細凹凸１１２ｂを形成するときに使われる酸素ガスの体積の比が約１．５〜約５であり得る。
好ましくは約１．５〜約３、より好ましくは約１．５〜２であり得る。
すなわち、本実施例の場合、連続的に同じチャンバー内で気体の組成及び分圧を制御するインサイチュ工程で行うので、第１導電型領域２０を食刻する反応性イオン食刻工程と微細凹凸１１２ｂを形成する反応性イオン食刻工程の気体雰囲気が類似するほど工程性が向上し、制御が容易になることができる。
したがって、第１導電型領域２０の食刻に使う酸素気体に対する、微細凹凸１１２ｂを形成するのに使う酸素気体の体積比が前記範囲を維持することによって工程を容易に進めることができ、生産性を向上させることができる。
ついで、図３の（ｅ）に基づいて第２導電型領域３０を形成することを説明する。
半導体基板１１０の他面で半導体基板１１０の内部にドーパントをドープ（又は拡散）して第２導電型領域３０を形成する。具体的に、半導体基板１１０がＮ型の場合、Ｎ型基板の受光面の内部に第１導電型と反対の第２導電型ドーパントがドープ（又は拡散）されてエミッターの機能をする第２導電型領域３０を形成し、半導体基板１１０がＰ型の場合、Ｐ型基板の受光面の内部に第１導電型ドーパントがドープ（又は拡散）されて前面電界層の機能をする第２導電型領域３０を形成することができる。半導体基板１１０の他面にドーパントをドープする方法としては多様な方法を使うことができる。例えば、イオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法などの方法を使うとか、半導体基板１１０の他面上に第２導電型ドーパントを含むドーパント膜（例えば、ボロンシリケートガラス（ｂｏｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＢＳＧ）膜）を形成した後、熱処理によって第２導電型ドーパントを拡散させた後、ドーパント膜を除去するなどの方法を使うことができる。特に、イオン注入法又はドーパント膜を形成する方法は単面ドーピングに有利であり得る。
第２導電型ドーパントのドーピング後には、第２導電型ドーパントの活性化のための熱処理をさらに行うことができる。このような活性化熱処理は必須のものではなく、ドーピング方法などによって省略することもできる。
一例として、第１及び第２導電型領域２０、３０を形成した後、第１導電型領域２０の第１導電型ドーパントと第２導電型領域３０の第２導電型ドーパントを同時活性化（ｃｏ−ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）熱処理によって一緒に活性化することができる。
ただ、第２導電型領域３０を形成する方法及び熱処理適用可否などは前記記載に限定されるものではなく、通常の技術者が容易に適用することができる範囲まで含む。
例えば、半導体基板１１０の導電型がｐ型の場合、第２導電型領域３０の導電型が半導体基板１１０と同一であるｐ型導電型領域を有するので、第２導電型領域３０が前面電界領域（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ、ＦＳＦ）として役目することができる。
ついで、図３の（ｆ）に示すように、半導体基板１１０の他面にパッシベーション膜３２及び反射防止膜３４を順次形成し、半導体基板１１０の一面にパッシベーション膜２２を形成する。すなわち、半導体基板１１０の他面上にパッシベーション膜３２及び反射防止膜３４を全体的に形成し、半導体基板１１０の一面上に第１導電型領域２０を覆うように全体的にパッシベーション膜２２を形成する。パッシベーション膜２２、３２及び反射防止膜３４は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷又はスプレーコーティングなどの多様な方法で形成することができる。パッシベーション膜２２、３２及び反射防止膜３４の形成順序は多様に変形することができる。
ついで、図１及び図３の（ｇ）を参照すると、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０にそれぞれ連結される第１及び第２電極４２、４４を形成する。
具体的に、図１を参照すると、第１及び第２電極４２、４４は一定のピッチを有するとともに互いに離隔した複数のフィンガー電極を含むことができる。そして、第１及び第２電極４２、４４はフィンガー電極と交差する方向に形成されてフィンガー電極を連結するバスバー電極を含むことができる。このようなバスバー電極は一つのみ備えることもでき、フィンガー電極のピッチより大きなピッチで複数を備えることもできる。
また、図３の（ｇ）を参照すると、パッシベーション膜３２及び反射防止膜３４に開口部１０４を形成し、パッシベーション膜２２に開口部１０２を形成した後、開口部１０２、１０４内にメッキ法、蒸着法などの多様な方法で第１及び第２電極４２、４４を形成することができる。
他の例として、第２電極形成用ペーストを第２パッシベーション膜３２及び反射防止膜３４上に、第１電極形成用ペーストを第１パッシベーション膜２２上に、スクリーン印刷などで塗布した後、ファイアスルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）又はレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などで開口部１０２、１０４を形成しながら第１及び第２電極４２、４４を形成することも可能である。この場合には、第１及び第２電極４２、４４を焼成するときに開口部１０２、１０４が形成されるので、別に開口部１０２、１０４を形成する工程を追加しなくても良い。
上述したような特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形に係わる内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
１０ ベース領域
２０ 第１導電型領域
３０ 第２導電型領域
２２、３２ パッシベーション膜
３４ 反射防止膜
４２、４４ 電極
５０ 制御パッシベーション層
１００ 太陽電池
１１０ 半導体基板
１１２ａ 凹凸
１１２ｂ 微細凹凸

Claims (10)

  1. 半導体基板の一面及び前記一面と対向する他面上に第１導電型ドーパントを含む第１導電型領域を形成する段階と、
    前記半導体基板の他面に配置された前記第１導電型領域を乾式食刻で除去する段階と、
    前記半導体基板の他面に第２導電型ドーパントを含む第２導電型領域を形成する段階と
    を含み、
    前記第１導電型領域を除去する段階は、反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）によって行い、六フッ化硫黄ガス及び酸素ガスを使用し、
    前記酸素ガスに対する前記六フッ化硫黄ガスの体積比が３〜５であり、
    前記反応性イオン食刻のプラズマ電力は、２５ｋｗから３０ｋｗである、太陽電池製造方法。
  2. 前記第１導電型領域を乾式食刻する段階と前記第２導電型領域を形成する段階の間に反応性イオン食刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）によって微細凹凸を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池製造方法。
  3. 前記微細凹凸を形成する段階は、六フッ化硫黄ガス、酸素ガス及び塩素ガスを使う、請求項２に記載の太陽電池製造方法。
  4. 前記酸素ガスに対する前記六フッ化硫黄ガスの体積比が１〜２である、請求項３に記載の太陽電池製造方法。
  5. 前記酸素ガスに対する前記塩素ガスの体積比が０．２〜１である、請求項３に記載の太陽電池製造方法。
  6. 前記第１導電型領域を除去するときに使う酸素ガスに対する、前記微細凹凸を形成するときに使う酸素ガスの体積比が１．５〜５である、請求項３に記載の太陽電池製造方法。
  7. 前記微細凹凸を形成する段階は、前記第１導電型領域を食刻する段階と圧力が同一又はそれより低い、請求項２に記載の太陽電池製造方法。
  8. 前記第１導電型領域を形成する前、前記半導体基板の他面に凹凸を形成するが、一面には形成しない、請求項２に記載の太陽電池製造方法。
  9. 前記半導体基板の他面に凹凸を形成する段階は湿式食刻で行い、前記微細凹凸は前記凹凸上に形成する、請求項８に記載の太陽電池製造方法。
  10. 前記第１導電型領域を食刻段階と前記微細凹凸を形成する段階はインサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程で行う、請求項２に記載の太陽電池製造方法。
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