KR100333123B1 - 태양 전지 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 장치(2)의 제조 방법은 절연성 기판(10)의 표면에 투명 산화물 전극(12)을 형성하는 공정과, 이 투명 산화물 전극(12)을 설치할 때의 에칭가스 보다도 포화 증기압이 높은 할로겐 가스로 절연성 기판(10)과 투명산화물 전극(12)의 표면을 세정하는 공정과, 표면 처리층(14), 실리콘 질화막(16), p형 반도체층(18), 버퍼층(20), 진성 반도체층(22), n형 반도체층(24), 금속 전극(26)을 순차적으로 중첩하여 적층 구조로 형성하는 공정을 포함한다. 이 제조 방법에 따르면, 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면을 세정하는 공정을 갖기 때문에 그 표면이 깨끗해져서 투명성이 높아져 소망의 광 투과량을 얻을 수 있게 된다.
Description
도 10은 종래의 태양 전지 장치(102)의 구조를 도시한 단면도이다.
태양 전지 장치(102)는 투명한 유리 기판인 절연성 기판(10)의 표면에 투명 산화물 전극(12)을 형성함과 동시에, 그 투명 산화물 전극(12)의 표면에 p 형 반도체층(18), 버퍼층(20), 진성 반도체층(22), n형 반도체층(24), 금속 전극(26)을 순차적으로 중첩하여 적층 구조로 형성한 것이다.
절연성 기판(10)은 투명 산화물 전극(12)이 형성되지 않는 측의 표면(도면에서는 아래쪽)으로부터 입사하는 광을 투명 산화물 전극(12)에 전달한다.
투명 산화물 전극(12)은 절연성 기판(10)을 통해 입사하는 광(주로 태양광)을 p형 반도체층(18) 및 버퍼층(20)을 통해 진성 반도체층(22)으로 인도함과 동시에 p형 반도체층(18)의 오옴성 접촉(ohmic contact)을 유지하기 위해서 형성한 것이다.
p형 반도체층(18)은 입사광에 의해서 진성 반도체층(22)에서 생성되는 전하 담체(캐리어; crrier)를 투명 산화물 전극(12)으로 인도하기 위해서 설치한 p형 반도체로 이루어진 층이다. 버퍼층(20)은 p형 반도체층(18)에 포함되는 p형 불순물(붕소 : boron)이 진성 반도체층(22)에 혼입하여 그 금제대폭(forbidden band width)이 협소화되는 것을 방지하기 위한 버퍼층으로서 기능한다. 진성 반도체층(22)은 입사광을 흡수하여 전하 담체를 생성하기 위한 진성 반도체로부터 형성한 층이다. n형 반도체층(24)은 진성 반도체층(22)에서 생성된 전하 담체를 금속 전극(26)에 인도하기 위해 설치한 n형 반도체로 이루어진 층이다. 금속 전극(26)에는 기전력을 추출하기 위한 배선을 접속한다.
다음에, 상술한 종래의 태양 전지 장치의 제조 방법에 관해서, 도 11 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
우선, 절연성 기판(10)상에 투명 산화물 전극(12)을 형성하기 위해서 산화 주석으로 막을 형성한 뒤에 그 전면(全面)에 감광성 수지(13)를 도포한다. 그리고 이 감광성 수지(13)에 대하여 소정의 마스크를 이용하여 노광 및 현상 처리를 행하고 태양 전지 장치(102)가 되는 영역에 감광성 수지(13)를 남긴다.
계속해서, 도 11에 도시한 바와 같이 이 감광성 수지(13)를 에칭 마스크로 하고, 요오드화 수소(HI) 및 아르곤(Ar)을 원료 가스로 이용하여, 반응성 이온 에칭 장치에 의해 투명 산화물 전극(12)을 에칭한다. 그리고, 감광성 수지(13)를 제거하면, 도 12에 도시한 바와 같이 절연성 기판(10)의 표면에 투명 산화물 전극(12)을 설치한 상태가 된다.
계속해서, 도 13에 도시한 바와 같이 투명 산화물 전극(12)을 덮도록 절연성 기판(10)의 전면에 p형 반도체층(18)을 플라즈마 CVD(화학 기상 퇴적)법에 의해 형성한다. 이 때, 원료 가스로서는 모노실란(SiH4) 및 디보란(B2H6)을 이용한다. 또한, 동시에 메탄 가스(CH4)를 도입하여 p형 반도체층(18)의 탄화규소화를 행함으로써 그 금제대폭의 협소화를 막음과 동시에, 광변환 효율의 저하를 방지한다. 계속하여, p형 반도체층(18)의 전면에 버퍼층(20)을 중첩하여 형성하는데, 이것은 모노실란(SiH4) 및 메탄가스(CH4)를 이용한 플라즈마 CVD 법에 의해 행한다. 다음에, 버퍼층(20)의 전면에 진성 반도체층(22)을 형성하는데, 이것도 원료 가스로서 모노실란(SiH4)을 이용한 플라즈마 CVD 법에 의해 행한다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 진성 반도체층(22)의 전면에 n형 반도체층(24)을 형성한다. 이것은 원료 가스로서 모노실란(SiH4) 및 포스핀(PH3)을 이용하여 플라즈마 CVD 법에 의해 행한다. 그 후, n형 반도체층(24)의 전면에 금속 전극(26)으로 하기 위한 금속막(25)을 스퍼터링법에 의해 형성한 뒤에 그 전면에 감광성 수지(15)를 도포한다.
그리고, 도 15에 도시한 바와 같이, 감광성 수지(15)에 대하여 소정의 마스크를 이용하여 노광 및 현상 처리를 행하고, 감광성 수지(15)를 태양 전지 장치(102)가 되는 영역에만 잔존시킨다. 이어서, 이 감광성 수지(15)를 에칭 마스크로서 금속막(25) 및 그 아래쪽에 중첩되는 각 층을 반응성 이온 에칭법에 의해 에칭하여 제거하고, 또한, 이 에칭 마스크로 이용한 감광성 수지(15)를 제거한다.
그렇게 하면, 도 10에 도시한 바와 같이 투명 산화물 전극(12)상에 p형 반도체층(18)에서부터 버퍼층(20), 진성 반도체층(22), n형 반도체층(24) 및 금속 전극(26)까지가 순차적으로 중첩되는 태양 전지 장치(102)를 제조할 수 있다.
이상의 제조 방법에 의해서 태양 전지 장치(102)를 제조할 수 있지만, 이 태양 전지 장치(102)는 투명 산화물 전극(12)의 재료로서 산화 주석을 이용하고 있기 때문에 다음과 같은 문제가 있었다. 산화 주석을 에칭하는 경우는 요오드화 수소(HI), 브롬화 수소(HBr), 염화 수소(HCℓ) 등을 원료 가스로서 이용하는 반응성 이온 에칭 장치에 의해서 행할 수 있다. 특히, 요오드화 수소는 에칭 특성이 우수하여 높은 에칭율을 얻는다. 그러나, 요오드화 수소를 이용하면, 에칭에 의해서 요오드화 주석계 화합물(11)이 발생하고, 이 요오드화 주석계 화합물(11)이 반응성 이온 에칭 장치의 반응실 내에 부착되거나, 도 10 내지 도 15에 도시한 바와 같이, 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)에 부착되어 오염을 야기하여 태양 전지 장치의 수율이 저하되는 문제가 있었다. 또한, 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 오염을 야기하면, 광의 투과량이 감소하여 취출되는 전력이 저하되기 때문에, 이들의 오염을 해소하는 것은 태양 전지의 출력 특성의 향상이라는 점에서 보아 매우 중요한 과제였다.
본 발명은 태양 전지 장치의 제조 방법에 있어서, 이러한 문제점을 해소함으로써 깨끗한 절연성 기판 표면과 투명 산화물 전극 표면을 얻어 반도체층에 소망의 광 투과량을 부여할 수 있는 태양 전지 장치를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 깨끗한 절연성 기판 표면 및 투명 산화물 전극 표면을 얻어 반도체층에 소망의 광 투과량을 부여하는 태양 전지 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시 형태의 제조 방법에 의해서 얻어지는 태양 전지 장치의 구조를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 장치의 사용 상태를 도시하는 단면도.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 양호한 실시 형태에 의한 태양 전지 장치의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 단면도.
도 10은 종래의 태양 전지 장치의 구조를 도시하는 단면도.
도 11 내지 도 15는 종래의 태양 전지 장치의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 단면도.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해서, 절연성 기판 상에 막을 형성한 투명 산화물 전극 재료를 에칭하여 투명 산화물 전극을 형성하는 공정과, 투명 산화물 전극을 형성하는 공정에서 에칭 가스보다도 포화 증기압이 높은 할로겐 가스로 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 세정(洗淨)하는 공정과, 투명 산화물 전극의 표면상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 순차적으로 형성하는 공정과, n형 반도체층 상에 금속 전극을 형성하는 공정을 갖는 태양 전지 장치의 제조 방법을 특징으로 한다.
이 제조 방법에 의해서 태양 전지 장치를 제조하는 경우, 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면이 깨끗해져 투명성이 높아지게 된다. 그 때문에 소망의 광 투과량을 얻을 수 있게 된다.
또한, 절연성 기판 상에 막을 형성한 투명 산화물 전극 재료를 할로겐 화합물의 에칭 가스로 에칭하여 투명 산화물 전극을 형성하는 공정과, 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하여, 상기 투명 산화물 전극을 형성하는 공정에서 할로겐 화합물의 에칭 가스와 상기 투명 산화물 전극 재료와의 반응 생성물을 용해하여 제거하는 공정과, 상기 투명 산화물 전극의 표면 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 n형 반도체층 상에 금속 전극을 형성하는 공정을 갖는 태양 전지 장치의 제조 방법으로 하여도 좋다.
또한, 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 세정하는 공정보다 이후 또는 이전에 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하는 공정을 갖는 태양 전지 장치의 제조 방법으로 하면 바람직하다.
그리고, 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하는 공정은 초음파를 인가한 수조(水槽) 내에서 절연성 기판과 투명 산화물 전극을 요동하여 세정하는 공정으로 할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 태양 전지 장치의 제조 방법을 실시하기 위한 양호한 형태를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
〔태양 전지 장치의 구조 : 도 1〕
우선, 본 발명에 의해 제조한 태양 전지 장치를 도 1을 참조하여 설명한다. 또, 도 10에 도시한 종래의 태양 전지 장치와 동일한 구조에 대해서는 그것과 동일한 부호를 붙여 설명한다. 도 1은 본 발명에 의해 제조한 태양 전지 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 태양 전지 장치(2)는 투명한 유리 기판인 절연성 기판(10)의 표면에 투명 산화물 전극(12)을 설치하고, 그 투명 산화물 전극(12)의 표면에 산화성 플라즈마 처리를 실시하여 표면 처리층(14)을 설치함과 동시에, 이위에 실리콘 질화막(16)을 설치하고 이 실리콘 질화막(16) 상에 p형 반도체층(18), 버퍼층(20), 진성 반도체층(22), n형 반도체층(24), 금속 전극(26)을 순차적으로 중첩하여 적층 구조로 형성한 것이다.
절연성 기판(10)은 폭, 깊이가 적절한 넓이를 가지며 적절한 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 투명 산화물 전극(12)이 형성되지 않는 측의 표면(도면에서는 아래쪽)에서부터 입사하는 광을 투명 산화물 전극(12)에 전달한다.
투명 산화물 전극(12)은 절연성 기판(10)을 통해 입사하는 광(주로 태양광)을 표면 처리층(14), 실리콘 질화막(16), p형 반도체층(18) 및 버퍼층(20)을 통해 진성 반도체층(22)으로 인도함과 동시에, p형 반도체층(18)과의 오옴성 접촉을 유지하기 위해서 형성한 것으로, 발생하는 기전력을 외부로 취출하기 위한 배선을 접속한다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 투명 산화물 전극(12)은 p형 반도체층(18)이 설치되지 않는 측면(12a)이 상단에서 절연성 기판(10)으로 향하여 점차 외측으로 경사진 테이퍼형으로 형성되어 있다. 이에 따라, 금속 전극(26)의 단선 및 단락을 방지한다.
이 투명 산화물 전극(12)의 표면에는 산화성 플라즈마 처리를 실시하여 표면 처리층(14)을 형성하고 있지만, 이 표면 처리층(14)은 투명 산화물 전극(12)의 환원을 억제하고 표면을 화학적으로 안정화하여 태양 전지 장치(2)의 특성을 향상시키기 위한 표면 안정화층으로서 기능한다. 즉, 산화성 플라즈마 처리를 실시함으로써 산소 원자 플라즈마가 형성하는 표면 처리층(14)에 포함되는 산소 원자를 투명 산화물 전극(12)의 표면에 나타나는 미결합의 주석 원자와 결합시키도록 하여, p형 반도체층(18)에 포함되는 불순물(붕소)과 그 미결합의 주석 원자의 결합을 억제한다(환원의 억제). 이렇게 해서 표면 처리층(14)이 투명 산화물 전극(12)의 표면을 안정화시킨다고 하는 것이다.
실리콘 질화막(16)은 투명 산화물 전극(12)과 p형 반도체층(18)과의 상호확산을 방지하고, 입사하는 태양광의 반사를 방지하여 효율적으로 진성 반도체층(22)에 입사시키기 위해서 형성한 것이다.
p형 반도체층(18)은 입사광에 의해서 진성 반도체층(22)으로 생성되는 전하 담체를 투명 산화물 전극(12)에 인도하기 위한 내부 전계를 형성하기 위해서 설치한 p형 반도체로 이루어진 층이다.
버퍼층(20)은 p형 반도체층(18)에 포함되는 p형 불순물(붕소)이 진성 반도체층(22)에 혼입하여 그 금제대폭이 협소화되는 것을 방지하고 광 흡수 효율의 저하를 방지하기 위한 버퍼층으로서 기능한다. 진성 반도체층(22)은 흡수한 입사광의 에너지에 따른 전하 담체(전자 및 정공쌍)를 생성하기 위한 진성 반도체로 형성한 층이다. n형 반도체층(24)은 진성 반도체층(22)에서 생성된 전하 담체를 금속 전극(26)으로 인도하기 위한 내부 전계를 형성하기 위해서 설치한 n형 반도체로 이루어진 층이다. 금속 전극(26)에는 발생하는 기전력을 취출하기 위한 배선을 접속한다.
이상의 구성을 갖는 태양 전지 장치(2)는 도 2에 도시한 바와 같이 하여 사용한다. 즉, 표면 처리층(14)을 통해 투명 산화물 전극(12)의 표면에 배선코드(27)를 접속함과 동시에, 금속 전극(26)에 배선 코드(28)를 접속하고 배선코드(27)와 배선 코드(28)에 부하 저항(29)을 접속한다.
그리고, 절연성 기판(10)의 투명 산화물 전극(12)이 형성되지 않는 이면에서 광(30)을 입사하면, 이 입사되는 광(30)이 투명 산화물 전극(12)에서부터 표면 처리층(14), 실리콘 질화막(16), p형 반도체층(18), 버퍼층(20)을 지나서 진성 반도체층(22)에 도달한다. 그렇게 하면, 이 광(30)의 에너지를 수신하여 진성 반도체층(22)에서 전자, 정공쌍이 생성된다. 이 전자, 정공쌍은 p형 반도체층(18)과 n형 반도체층(24)에 의해서 형성되는 전계에 의해서 분리되고 투명 산화물 전극(12)과 금속 전극(26)에 기전력이 나타난다. 이 기전력은 배선 코드(27, 28)를 통해 접속된 부하 저항(29)으로부터 취출된다. 이렇게 해서, 입사광이 갖는 에너지를 전기 에너지로 변환한 것이 된다.
이 때, 투명 산화물 전극(12)은 그 표면에 산화성 플라즈마 처리에 의한 표면 처리층(14)이 설치되어 있기 때문에 그 표면에 있어서의 환원이 억제되어 화학적으로 안정화한 것으로 되어 있다. 따라서, 그 투과율이 저하하거나 비결정질 반도체층의 막질(膜質)이 열화하는 일도 없기 때문에 개방단 전압을 향상시킬 수 있고, 태양 전지 장치로서 바람직한 출력 특성을 얻을 수 있다. 또한, 실리콘 질화막(16)을 설치함으로써 투명 산화물 전극(12)의 막질을 더욱 안정화시킬 수 있기 때문에 개방단 전압을 더욱 향상시킬 수 있다.
〔태양 전지 장치의 제조 방법 : 도 3∼도 9, 도 1〕
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 관한 태양 전지 장치의 제조 방법에 관해서 도 3∼도 9와 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이 절연성 기판(10)상에 투명 산화물 전극(12)을 형성하기 위해서 산화 주석의 막을 형성한다. 이 때의 막 두께는 900 nm 정도로 하여 CVD 법으로 막을 형성한다. 계속해서, 산화 주석의 막이 형성된 절연성 기판(10)상의 전면에 막 두께 2.3 ㎛ 정도의 감광성 수지(13)를 도포한 뒤에, 이 감광성 수지(13)에 대하여 소정의 마스크를 이용하여 노광 및 현상 처리를 행하고, 태양 전지 장치(2)로 되는 영역에 감광성 수지(13)를 남긴다.
계속해서, 도 4에 도시한 바와 같이 이 감광성 수지(13)를 에칭 마스크로 하고, 막으로 형성된 산화 주석을 다음 조건에 의해서 에칭한다. 에칭 가스로서 요오드화 수소(HI) 및 아르곤(Ar)을 이용하여 각각을 유량비가 3 : 1이 되도록 하여 반응성 이온 에칭 장치의 반응실에 유도한다. 그리고, 주파수 2.45 GHz의 마이크로파 전력을 1 kW로, 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 300 W로 인가하여 절연성 기판(10)을 15 ℃로 냉각하면서, 반응실 압력을 10 mTorr로 한다. 이상의 조건에 의해서 성막된 산화 주석을 에칭하여 패터닝한다. 이 때, 절연성 기판(10)을 냉각하고 있지만, 이 냉각에 의해서 감광성 수지(13)와의 선택비를 향상시킬 수 있다.
또한, 이 경우의 에칭은 도 5에 도시한 바와 같이 금속 전극(26)의 단선 및 단락을 방지하기 위해서 투명 산화물 전극(12)의 감광성 수지(13)에 피복되지 않는 측면(12a)이 상단에서 절연성 기판(10)으로 향하여 점차 외측으로 경사진 테이퍼형이 되도록 행한다.
그리고, 감광성 수지(13)를 제거하면 절연성 기판(10)상에 투명산화물전극(12)을 설치한 상태가 된다. 그러나, 에칭 가스에 요오드화 수소를 이용하여 산화 주석막을 에칭하고 있기 때문에, 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)에는 요오드화 주석계 화합물(11)이 부착되어 오염을 야기하고 있다. 그래서, 다음과 같이 하여 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)을 세정한다.
즉, 원료 가스로서, 본 발명의 특징으로 하는 에칭 가스인 요오드화 수소(HI)보다도 포화 증기압이 높은 할로겐계의 가스인 염화 수소(HCℓ)와 아르곤(Ar)을 유량비가 5 : 1이 되도록 반응성 이온 에칭 장치 반응실에 인도한다. 그리고, 주파수 2.45 GHz의 마이크로파 전력을 1 kW로, 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 300 W로 인가하여 반응실 압력을 10 mTorr로 한다. 이 조건에 따라서 플라즈마를 발생시켜 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면을 세정한다. 그렇게 하면, 부착되어 있는 요오드화 주석계 화합물(11)을 제거하여 그 표면을 깨끗하게 할 수 있다. 또, 요오드화 수소(HI)보다도 포화 증기압이 높은 할로겐계의 가스로서는 염화수소(HCℓ) 대신에 브롬화 수소(HBr)를 이용하여도 좋다.
이상의 세정 공정에 의해서 요오드화 주석계 화합물(11)이 제거되는 이유는 다음과 같다라고 생각된다. 세정할 때에 염화수소 또는 브롬화수소를 이용하면 예컨대, 염화 수소를 이용한 경우, 요오드화 주석계 화합물(11)을 구성하는 주석(Sn)이 염화 수소를 구성하는 염소와 화합하여 염화 주석(SnCℓ)이 되고, 요오드(I)가 수소와 화합하여 요오드화 수소(HI)가 된다. 그렇다면 이 때 생성되는 염화 주석은 그 포화 증기압이 요오드화 주석의 포화 증기압보다도 높기 때문에, 반응성 이온 에칭 장치의 반응실 안에서 에칭 압력과의 압력차도 커진다. 이 때문에, 에칭으로 생성되는 염화 주석과 요오드화 수소가 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면에 부착된 채로 잔재하는 일이 없어지고, 반응실의 외부로 배출되게 된다. 이렇게 해서, 요오드화 주석계 화합물(11)은 세정 공정에 있어서, 염화수소와 반응하여 염화 주석(SnCℓ) 및 요오드(I)로 변화하여 배출되고, 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면이 청정한 상태가 얻어진다.
한편, 요오드화 주석계 화합물(11)은 순수한 물에 가용한다고 하는 성질이 있다. 그래서, 이상의 세정 방법 대신에 절연성 기판(10)과 투명 산화물전극(12)의 표면을 순수한 물로 세정한다고 하는 방법을 예로 들 수 있다. 이 세정 방법은 투명 산화물 전극(12)을 형성한 후에 절연성 기판(10)을 반응실에서 취출하여 초음파를 인가한 수조 내에서 5분간 정도 요동하여 세정하는 것이다. 이 세정 작업을 2번 반복함으로써 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면에 요오드화 주석계 화합물(11)이 부착된 상태로부터 이것을 제거한 깨끗한 표면이 얻어진다.
다음에, 이상의 세정 공정을 통해서 깨끗해진 투명 산화물 전극(12)에 대하여, 그 표면을 안정화하기 위해서 산화성 플라즈마 처리를 행하여 표면 처리층(14)을 형성한다. 이 산화성 플라즈마 처리는 유량비가 6 : 1이 되도록 한 산소(O2)와 아르곤(Ar)으로 이루어진 원료 가스를 이용하고 약 13.56 MHz의 고주파 전력을 300 W로 전압을 인가하는 플라즈마 분위기에 투명 산화물 전극(12)을 노출시킴으로써 행해진다. 그렇게 하면, 도 6에 도시한 바와 같이 세정된 투명 산화물 전극(12)의 표면은 물론, 측면(12a)까지도 산화성 플라즈마 처리가 실시된 막 두께가 수 nm 정도인 표면 처리층(14)이 형성된다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이 입사한 태양광의 반사를 방지하기 위한 실리콘 질화막(16)을 약 2nm 정도의 두께로 절연성 기판(10)의 전면에 형성한다. 이 처리는 원료 가스에 모노실란(SiH4)과 질소(N2)를 이용하고, 약 13.56 MHz의 고주파 방전에 의한 플라즈마 CVD(화학 기상 증착) 법에 의해 행한다.
그 후, 실리콘 질화막(16)을 덮도록 하여 절연성 기판(10)의 전면에 p 형 반도체층(18)을 플라즈마 CVD(화학 기상 증착)법에 의해 형성한다. 이 때, 원료 가스는 모노실란(SiH4) 및 디보란(B2H6)을 이용하고, p형 반도체층(18)의 막 두께를 10nm 정도로 한다. 또한, 동시에 메탄 가스(CH4)를 도입하여 p 형 반도체층(18)의 탄화 규소화를 행함으로써 그 금제대폭의 협소화를 방지함과 동시에, 광 흡수 효율의 저하를 방지한다. 이어서 p형 반도체층(18)의 전면에 버퍼층(20)을 중첩하여 형성한다. 이것은 모노실란(SiH4) 및 메탄 가스(CH4)와 수소(H2)를 원료 가스에 이용한 플라즈마 CVD 법에 의해 행해지고 버퍼층(20)의 막 두께를 13nm 정도로 한다. 그 후, 버퍼층(20)의 전면에 진성 반도체층(22)을 형성한다. 원료 가스로는 모노실란(SiH4)을 이용하지만, 이것도 플라즈마 CVD 법에 의해 행해진다. 진성 반도체층(22)의 막 두께는 600 nm 정도로 한다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이 진성 반도체층(22)의 전면에 n형 반도체층(24)을 형성한다. 이것은 원료 가스로서 모노실란(SiH4) 및 호스핀(PH3)을이용하여 플라즈마 CVD법에 의해 행해지고, 막 두께가 40nm 정도가 되도록 성장시켜 형성한다. 그 후, n형 반도체층(24)의 전면에 금속 전극(26)으로 하기 위한 금속막(25)을 스퍼터링법에 의해 형성한다. 이 때, 원료로 티탄(Ti)을 이용하고, 금속막(25)의 막 두께가 200nm 정도가 되도록 형성한다. 그 후, 금속막(25)의 전면에 회전 도포법에 의해 감광성 수지(17)를 막 두께 1.2㎛ 정도가 되도록 도포한다.
그리고, 도 9에 도시한 바와 같이 감광성 수지(17)에 대하여 소정의 마스크를 이용하여 노광 및 현상 처리를 행하고, 태양 전지 장치(2)가 되는 영역에만 감광성 수지(17)가 잔존하도록 패터닝을 행한다. 계속해서, 이 감광성 수지(17)를 에칭 마스크로서, 우선, 염소(Cl2)와 삼염화 붕소(BCl3)를 에칭 가스로서 이용하는 반응성 이온 에칭 장치에 의해 금속막(25)을 에칭하여 제거함으로써 금속 전극(26)을 형성한다.
다음에, 동일한 감광성 수지(17)와 금속 전극(26)을 에칭 마스크로 하고, 6불화황(SF6)과 4불화 탄소(CF4), 산소(O2)를 원료 가스로 하여, 반응성 이온 에칭 장치에 의해서 금속 전극(26)의 아래쪽에 중첩되는 n형 반도체층(24), 진성 반도체층(22), 버퍼층(20), p형 반도체층(18) 및 실리콘 질화막(16)을 자기 정합(自己 整合)적으로 에칭한다. 또한 그 후, 이 에칭 마스크에 이용한 감광성 수지(17)를 제거한다.
그렇다면, 도 1에 도시한 바와 같이, 투명 산화물 전극(12)상에 표면 처리 장치(14)가 형성됨과 동시에, 그 상면에 실리콘 질화막(16)이 형성되고, 게다가, p형 반도체층(18)으로부터 버퍼층(20), 진성 반도체층(22), n형 반도체층(24) 및 금속 전극(26)까지가 순차적으로 중첩되는 태양 전지 장치(2)를 제조할 수 있다.
이상과 같이하여 제조한 태양 전지 장치(2)는 투명 산화물 전극(12)을 형성했을 때에 부착되는 요오드화 주석계 화합물을 절연성 기판(10)과 투명 산화물 전극(12)의 표면을 세정함으로써 제거하고, 깨끗한 표면을 얻은 뒤에 표면처리층(14)으로부터 금속 전극(26)까지가 순차적으로 중첩되는 적층 구조를 얻게 된다. 이 때문에, 태양 전지 장치(2)의 수율의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 절연성 기판(10)으로부터 입사되는 광의 투과량을 늘리고, 소망의 광 투과량을 얻음으로써 취출되는 전력을 증가시켜 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이상의 설명에 있어서는 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 세정하는 방법으로서, 투명 산화물 전극을 에칭하여 형성할 때의 에칭 가스보다도 포화 증기압이 높은 할로겐 가스에 의한 세정 방법이 순수한 물을 이용한 세정 방법 중 어느 하나를 행하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 물론 양방의 방법을 함께 실시하도록 하여도 좋다.
또한, 투명 산화물 전극의 표면에 표면 처리층과 실리콘 질화막을 구비한 구조의 태양 전지 장치를 제조하는 방법에 관해서 설명했지만, 본 발명의 제조 방법은 이 구조를 제조하는 경우뿐만 아니라, 표면 처리층만 구비하고 실리콘 질화막을 구비하지 않는 구조의 것이나, 표면 처리층과 실리콘 질화막 중 어느 것도 구비하지 않은 종래 기술의 구조를 구비한 것에 관해서도 적용할 수 있다.
본 발명에 의한 태양 전지 장치의 제조 방법은 투명 산화물 전극을 형성할 때에 부착되는 요오드화 주석계 화합물을 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 세정함으로써 제거하고, 깨끗한 표면을 얻은 뒤에 반도체층을 적층하여 적층 구조를 얻는다. 이 때문에 불순물인 요오드화 주석계 화합물이 없어지는 만큼, 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 투명성이 높아진다. 이에 따라, 태양 전지 장치의 수율의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 절연성 기판으로부터 입사되는 광의 투과량을 늘리고, 소망의 광 투과량을 얻음으로써 취출되는 전력의 증가와 출력 특성의 향상을 꾀할 수 있다.
Claims (5)
- 절연성 기판 상에 막을 형성한 투명 산화물 전극 재료를 에칭하여 투명 산화물 전극을 형성하는 공정과;상기 투명 산화물 전극을 형성하는 공정에서 에칭 가스보다도 포화 증기압이 높은 할로겐 가스로 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 세정하는 공정과;상기 투명 산화물 전극의 표면 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 순차적으로 형성하는 공정과,상기 n형 반도체층 상에 금속 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
- 절연성 기판 상에 막을 형성한 투명 산화물 전극 재료를 할로겐 화합물의 에칭 가스로 에칭하여 투명 산화물 전극을 형성하는 공정과;상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하여, 상기 투명 산화물 전극을 형성하는 공정에서의 할로겐 화합물의 에칭 가스와 상기 투명 산화물 전극 재료와의 반응 생성물을 용해하여 제거하는 공정과;상기 투명 산화물 전극의 표면 상에 p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 순차적으로 형성하는 공정과;상기 n형 반도체층 상에 금속 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 절연성 기판과 투명 산화물 전극의 표면을 세정하는 공정보다 이후 또는 이전에 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하는 공정을 초음파를 인가한 수조 내에서 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극을 요동하여 세정하는 공정으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극의 표면을 순수한 물로 세정하는 공정을 초음파를 인가한 수조 내에서 상기 절연성 기판과 상기 투명 산화물 전극을 요동하여 세정하는 공정으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
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