KR100355806B1 - 태양전지용실리콘박막의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 공정온도에서 실리콘 박막을 형성해 줄 수 있는 금속용매를 사용한 액상 에피탁시법에 의한 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법에 있어서, 적어도 700℃이하의 공정온도에서 태양전지용 능동영역으로 사용하기에 충분한 실리콘 함량인 2atm%를 고용시킬 수 있도록 금속용매로서 카드뮴을 사용하므로써 저온의 공정온도에서 실리콘과 공정합금을 형성시켜 유리기판 등과 같은 저가의 기판이 활용될 수 있고, 제조비용을 낮출 수 있는 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법에 관한 것이다.

Description

태양전지용 실리콘 박막의 제조방법
본 발명은 카드뮴 금속용매를 이용한 액상 에피탁시법에 의한 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조시 저온의 공정온도에서 실리콘과 공정합금을 형성시키므로써 유리기판등과 같은 저가의 기판이 활용될 수 있는 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법에 관한 것이다.
액상 에피탁시(LPE)법은 에피탁시 성장법의 한 방법이며, 이의 원리는 저융점의 금속을 용매로 하고, 그안에 용질로서 반도체 물질을 가열 및 용해시켜서 용액을 만든다. 그후, 기판결정과 용액을 접촉시킨 뒤 냉각시키고, 온도차에 의한 용질의 석출현상을 이용하여 기판상에 단결정막을 형성시키는 방법이다.
종래의 액상 에피탁시법에 의한 실리콘박막 제조시 금속용매로서 In, Sn, Cu등 여러가지 금속들이 용매로서 사용되어 왔으나, 실리콘과의 낮은 공정온도에서는 실리콘 고용도가 매우 낮아 박막을 제조할 수 없었다. 예를들면, Sn, In, Bi는 공정온도(용매와 용질의 가열시 온도)가 약 900℃로서 900℃이상의 고온에서는 실리콘 박막을 실리콘 기판상에는 형성시켜 줄 수 있었다. 그러나 공정온도가 고온이 되면, 기판의 용융점 또한 공정온도보다 높아야 되므로 기판 선택에 제한이 있었고, 저렴한 기판을 사용한다하더라도 기판속에 함유된 불순물이 실리콘 박막층에 혼입될 위험성이 높았다. 한편, 시온 공정온도가 약700℃로서 비교적 공정온도가 낮으나, 생성된 Si박막에 너무 많은 양의 Al이 고용되어 최종 디바이스(device)의 성능에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 액상 에피탁시법에 의한 태양전지용 실리콘박막 제조시 용매로서 저융점의 카드뮴을 사용하여 저온의 공정온도에서 실리콘과 공정합금을 형성시키므로써 유리기판 등과 같은 저가의 기판이 활용될 수 있는 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법은 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법에 있어서, 적어도 700℃이하의 공정온도에서 태양전지용 능동역역으로 사용하기에 충분한 실리콘 함량인 2atm%를 고용시킬 수 있도록 금속용매로서 카드뮴을 사용하는 것으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법은 실리콘을 용질로 하고, 통상적으로 In, Sn 또는 Cu 등을 용매로 하는데, 이러한 용매는 실리콘과 금속용매가 혼합된 것을 가열하여 용융시키는 과정에서 용융점, 즉 용융온도가 중요한 결정요인이 되며, 또한 실리콘의 고용도도 중요한 결정요인이 된다.
본 발명의 액상 에피탁시법에 의한 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법은 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법에 있어서, 적어도 700℃이하의 공정온도에서 태양전지용 능동역역으로 사용하기에 충분한 실리콘 함량인 2atm%를 고용시킬 수 있도록 금속용매로서 카드뮴을 사용하는 것을 특징으로 하는데, 일반적으로 액상 에피탁시법에 사용되는 용매는 실리콘의 용융점과 용매의 용융점의 온도차가 클수록 석출되는 용질의 양을 적절히 조절하는 것이 용이하고, 또한, 불필요한 용매가 석출되는 것을 용이하게 제어할 수 있는 잇점이 있다.
본 발명에서 용질로서 사용되는 실리콘의 용융점은 약 1414℃이고, 카드뮴의 용융점은 321.108℃이다.
제 1도는 일반적인 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 제 2 도는 일반적인 실리콘-카드뮴의 상태도이다.
본 발명의 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법은 제 1도에 도시된 장치를 이용하여 소스(2)에 실리콘을 넣고, 그라파이트 커버(3)를 열고 카드뮴금속을 용매로서 넣은 후 500℃까지 가열융해하여 실리콘-카드뮴 용액을 만들고, 그라파이트 슬라이드(5)를 움직여 기판(1)상에서 실리콘-카드뮴 용액을 접촉시켜 냉각킨다. 실리콘-카드뮴 용액이 기판에 접촉된 후 실리콘이 온도에 따라서 석출되게 한다.
상기 실리콘과 카드뮴 두성분을 혼합하여 약 500℃까지 가열시키면 실리콘이 제 2도에 도시된 그래프와 같이 카드뮴 용매에 약 2atm%고용된다. 이때, 상기 2atm%는 실리콘의 두께로 약 30㎛정도가 되고, 이는 태양전지의 능동영역의 역활을 하기에 충분한 두께이다. 또한, 가열온도를 통상 실리콘의 용융온도인 약 1400℃까지 가열시켜 실리콘의 고용도를 더욱 높일 수 있지만, 공정온도가 높아지게 되므로 바람직하지 못하며, 바람직하기로는 종래의 공정온도인 700℃보다 낮은 700~500℃가 좋다. 만약, 공정온도가 500보다 낮으면 카드뮴용매에 실리콘의 고용도가 낮아져서 실리콘을 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 700℃보다 커지게 되면 종래보다 공정온도를 낮출 수 없어 이의 사용효과가 미미하고, 저렴한 기판을 사용하지 못하는 단점이 있으므로 바람직하지 못하다. 이후, 가열하여 용해된 실리콘-카드뮴 용액을 서서히 냉각시키면, 석출은 용융점이 높은 실리콘이 먼저 기판(1)상에 석출된다. 그러나, 가드뮴의 용융온도인 321.108℃이하로 냉각시키면 카드뮴이 석출되므로 실리콘박막의 결정에 불순물이 포함될 수 있으며, 특히, 321.108℃와 500℃의 사이에서 실리콘이 실리콘박막으로 제조될 수는 있지만 카드뮴이 함께 석출될 가능성이 있고, 태양전지용 능동영역으로 사용할 수 없게 되므로 주의하여야 한다.
따라서, 본 발명의 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법은 저융점의 카드뮴 용매를 사용하므로써 적어도 약 700℃이하의 공정온도에서 태양전지의 능동영역으로 사용되기에 충분한 두께의 실리콘을 제조할 수 있으며, 더우기 500℃에서는 약2atm%의 실리콘을 고용시킬 수 있게 되므로 종래에 비해 더욱 낮은 공정온도로 실리콘박막을 제조할 수 있어 태양전지의 성능을 향상시키고, 그 제조비용을 절감할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 1을 통하여 좀 더 구체적으로 살펴보자면, 하기예가 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
금속용매로서 카드뮴금속을 사용할 경우에, 태양전지용 능동영역으로 사용될 수 있는 충분한 양의 실리콘이 고용되는가를 알아보기 위하여 하기와 같이 실리콘 박막을 제조하였다.
본 발명의 액상 에피탁시법에 의한 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법은 제 1도에 도시된 장치를 이용하여 소스(2)에 실리콘 웨이퍼 20g을 넣고, 그라파이트 커버(3)를 열고 카드뮴금속 20g을 용매로서 넣었다. 이후 500℃까지 가열 및 융해시켜서 실리콘-카드뮴 용액을 만들고, 그라파이트 슬라이드(5)를 움직여 실리콘이 코팅된 유리 기판(1)상에서 실리콘-카드뮴 용액을 접촉시킨 후 330℃까지 냉각시켜 실리콘 박막을 제조하였다.
이와같이 제조된 실리콘박막의 두께는 30㎛였다. 이러한 두께는 태양전지용 능동영역을 제조할 수 있는 충분한 두께가 되기 때문에, 금속용매로써 본 발명에 따른 카드뮴금속을 용매로 사용할 경우, 실리콘 박막의 공정온도를 낮추고, 저가의 기판을 사용할 수 있어 태양전지의 제조단가를 낮출 수 있음을 알 수 있었다.
그러므로, 본 발명의 액상에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법은 새로운 금속용매로 카드뮴을 사용하여 공정온도를 500℃까지 현저히 낮추어 태양전지용 능동영역으로 약 30 미크론의 실리콘박막을 제조할 수 있으며, 유리기판 등과 같은 저가의 기판이 활용될 수 있고, 공정을 단순화시키고, 제조단가를 낮추는 효과가 있다.
제 1도는 일반적인 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조장치를 개략적으로 도시한 단면도,
제 2도는 일반적인 실리콘-카드뮴의 상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 소스(source)
3 : 그라파이트(graphite) 커버 4 : 용매
5 : 그라파이트 슬라이드 6 : 블록(block)

Claims (2)

  1. 액상 에피탁시법에 의한 실리콘 박막의 제조방법에 있어서, 적어도 700℃이하의 공정온도에서 태양전지용 능동영역으로 사용하기에 충분한 실리콘 함량인 2atm%를 고용시킬 수 있도록 금속용매로서 카조뮴을 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공정온도가 500~700℃임을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 박막의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR880003032A (ko) * 1986-08-14 1988-05-13 구자학 전해 화학전지의 구조

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KR880003032A (ko) * 1986-08-14 1988-05-13 구자학 전해 화학전지의 구조

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