KR100387982B1 - Method of forming a microcrystalline silicon thin film and method of fabricating a thin-film silicon solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 사용하는 미세결정 실리콘 박막 형성방법 및 이를 이용하는 박막형 실리콘 태양전지 제조방법에 관하여 개시하다. 본 발명은, 기판 상에 미세결정 실리콘 박막을 형성하되, 상기 미세결정 실리콘 박막이 증착 초기부터 결정화되도록 상기 미세결정 실리콘 박막을 증착하기 전에 상기 기판 상에 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 먼저 형성하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 금속 또는 금속산화물은 알루미늄, 니켈, 크롬, 백금, 은, 티타늄, 및 이리듐으로 이루어진 금속군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 종래와 같이 반복적인 공정이나 열처리 공정 등과 같은 별도의 결정화 공정을 수반하지 않고 씨앗층의 형성이란 단지 간단한 방법으로 실리콘 박막의 성장 초기부터 실리콘 박막이 결정화되도록 함으로써 매우 얇은 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 방법으로 박막형 실리콘 태양전지를 제조하면, 단순하고도 저렴한 제작공정으로 성능이 뛰어난 박막형 실리콘 태양전지를 제조할 수 있게 된다.A method of forming a microcrystalline silicon thin film using a seed layer made of a metal or a metal oxide and a method of manufacturing a thin film silicon solar cell using the same are disclosed. According to the present invention, a microcrystalline silicon thin film is formed on a substrate, but a seed layer of metal or metal oxide is first formed on the substrate before the microcrystalline silicon thin film is deposited so that the microcrystalline silicon thin film is crystallized from an initial stage of deposition. Characterized in that. Here, the metal or metal oxide preferably includes at least one selected from the group of metals consisting of aluminum, nickel, chromium, platinum, silver, titanium, and iridium. According to the present invention, the formation of the seed layer without a separate crystallization process such as a repetitive process or a heat treatment process as in the prior art is very simple by allowing the silicon thin film to be crystallized from the beginning of the growth of the silicon thin film by a simple method. A crystalline silicon thin film can be obtained. Therefore, when manufacturing a thin film silicon solar cell in this way, it is possible to manufacture a thin film silicon solar cell with excellent performance in a simple and inexpensive manufacturing process.
Description
본 발명은 미세결정 실리콘 박막 형성방법 및 이를 이용하는 박막형 실리콘 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 특히 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 사용하는 미세결정 실리콘 박막 형성방법 및 이를 이용하는 박막형 실리콘 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a microcrystalline silicon thin film and a method for manufacturing a thin film silicon solar cell using the same, in particular, a method for forming a microcrystalline silicon thin film using a seed layer made of metal or metal oxide and a method for manufacturing a thin film silicon solar cell using the same. It is about.
자신의 표면에 투명전도막 또는 비정질 실리콘 박막이 형성되어 있거나 자신의 표면에 심한 요철이 있는 기판 상에 미세결정 실리콘 형성조건으로 실리콘 박막을 증착하게 되면, 처음부터 미세결정 실리콘 박막이 성장되는 것이 아니라 비정질 상태의 실리콘 박막이 수백 Å의 두께만큼 증착 초기에 성장되다가 나중에야 비로소 미세결정 실리콘 박막이 성장된다.When a thin conductive silicon film is formed on the surface of a transparent conductive film or an amorphous silicon thin film or on a substrate having severe unevenness on the surface of the silicon film under microcrystalline silicon formation conditions, the microcrystalline silicon thin film is not grown from the beginning. An amorphous silicon thin film is grown at the initial stage of deposition by a few hundred micrometers of thickness, and only later is a microcrystalline silicon thin film grown.
반도체소자의 p층, i층, 및 n층으로 사용하기 위해 실리콘 박막을 증착할 경우, 증착 초기의 수백 Å 두께의 미세결정 실리콘 박막이 요구되지만 실제로는 이러한 증착 초기의 얇은 두께에서는 상술한 바와 같이 결정성이 없는 비정질 상태의 실리콘 박막이 형성된다. 따라서, p층, i층, 및 n층으로서의 우수한 역할을 할 수 있는 수백 Å 내지 수천 Å 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻기가 어렵다.In the case of depositing a silicon thin film for use as a p-layer, an i-layer, and an n-layer of a semiconductor device, a microcrystalline silicon thin film having a thickness of several hundreds of microseconds at the beginning of deposition is required. A silicon thin film in an amorphous state without crystallinity is formed. Therefore, it is difficult to obtain a microcrystalline silicon thin film of hundreds of microseconds to several thousand micrometers in thickness which can play an excellent role as a p layer, an i layer, and an n layer.
얇은 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻기 위한 종래의 방법으로는 레이어 바이 레이어(layer-by-layer)법이 있다. 이는 비정질 실리콘 박막을 얇게 증착한 뒤에 수소 플라즈마 처리를 통해 비정질 실리콘 박막을 결정화시키고 다시금 그 위에 비정질 실리콘 박막을 얇게 증착한 뒤에 수소 플라즈마를 처리하는 공정을 반복함으로써 수백 Å 정도의 매우 얇은 두께를 갖는 미세결정 실리콘 박막을 얻는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 반복적인 수소 플라즈마 처리 공정이 요구되며, 얇은 박막을 반복해서 증착해야 하는 문제점이 있다.A conventional method for obtaining a thin microcrystalline silicon thin film is a layer-by-layer method. It is a fine film having a very thin thickness of several hundreds of micrometers by repeatedly depositing an amorphous silicon thin film, and then crystallizing the amorphous silicon thin film through hydrogen plasma treatment, and again depositing an amorphous silicon thin film thereon and then treating the hydrogen plasma. It is a method of obtaining a crystalline silicon thin film. However, such a method requires a repetitive hydrogen plasma treatment process and has a problem of repeatedly depositing a thin film.
얇은 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻기 위한 종래의 다른 방법으로는 금속 유도 결정화법(metal-induced crystallization)이 있다. 이는, 금속촉매위에 비정질 실리콘 박막을 증착하거나 또는 비정질 실리콘 박막을 증착한 후에 그 위에 금속촉매를 입힌 후에 약 500℃ 이상의 고온에서 장시간 열처리를 하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 방법이다. 그러나, 이 방법은 고온에서 열처리 공정을 수행해야 하기 때문에 금속촉매와 기판에 포함된 불순물이 실리콘 박막 내로 확산하는 문제가 있으며, 또한 도핑 불순물의 상호확산이 일어나기 때문에 p-n접합을 형성하기가 어렵다. 이와 같은 문제 때문에 금속 유도 결정화법에 의한 다결정 박막트랜지스터의 개발은 이루어지고 있으나 p-i-n접합과 우수한 계면특성을 요구하는 박막형 실리콘 태양전지의 제작은 이루어지고 있지 않다.Another conventional method for obtaining thin microcrystalline silicon thin films is metal-induced crystallization. This is a method of crystallizing an amorphous silicon thin film by depositing an amorphous silicon thin film on a metal catalyst or by depositing an amorphous silicon thin film and then applying a metal catalyst thereon to heat treatment at a high temperature of about 500 ° C. or more for a long time. However, this method has a problem that the impurities contained in the metal catalyst and the substrate diffuse into the silicon thin film because the heat treatment process must be performed at a high temperature, and it is difficult to form a p-n junction because interdiffusion of doping impurities occurs. Due to these problems, polycrystalline thin film transistors have been developed by metal induction crystallization, but thin film silicon solar cells that require p-i-n junction and excellent interfacial properties have not been manufactured.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실리콘 박막의 증착전에 먼저 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 증착함으로써 실리콘 박막의 성장 초기부터 결정화가 일어나도록 하여 종래와 같이 반복적인 공정이나 열처리 공정을 수반하지 않고 간단한 방법으로 매우 얇은 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻을 수 있는 미세결정 실리콘 박막 형성방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention, by depositing a seed layer consisting of a metal or metal oxide first before the deposition of the silicon thin film so that crystallization occurs from the beginning of the growth of the silicon thin film is accompanied by a repetitive process or heat treatment process as in the prior art To provide a method of forming a microcrystalline silicon thin film that can be obtained by a simple method to obtain a microcrystalline silicon thin film of very thin thickness.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 기술적 과제에 의해 달성되는 미세결정 실리콘 박막 형성방법을 이용하여 박막형 실리콘 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film silicon solar cell using the method of forming a microcrystalline silicon thin film achieved by the above technical problem.
도 1 및 도 2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개략도들;1 and 2 are schematic diagrams for explaining the principles of the present invention;
도 3은 도 1 및 도 2의 원리를 입증하기 위한 라만 분광 특성곡선;3 is a Raman spectral curve for demonstrating the principles of FIGS. 1 and 2;
도 4는 본 발명에 따른 박막형 실리콘 태양전지 제조방법의 일예를 설명하기 위한 단면도;4 is a cross-sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a thin film silicon solar cell according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 박막형 실리콘 태양전지 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating another example of a method of manufacturing a thin film silicon solar cell according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 미세결정 실리콘 박막 형성방법은, 기판 상에 미세결정 실리콘 박막을 형성하되, 상기 미세결정 실리콘 박막이 증착 초기부터 결정화되도록 상기 미세결정 실리콘 박막을 증착하기 전에 상기 기판 상에 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 먼저 형성하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 기판의 표면에는 In2O3, SnO2, ZnO, 및 ITO 로 이루어진 군으로 선택된 어느 하나로 이루어지는 투명전도막이나 비정질 실리콘막이 형성되어 있을 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of forming a microcrystalline silicon thin film, wherein the microcrystalline silicon thin film is formed on a substrate so that the microcrystalline silicon thin film is crystallized from the initial deposition. Before the deposition is characterized in that to form a seed layer consisting of a metal or a metal oxide on the substrate first. Here, a transparent conductive film or an amorphous silicon film formed of any one selected from the group consisting of In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, and ITO may be formed on the surface of the substrate.
상기 금속 또는 금속산화물은 알루미늄, 니켈, 크롬, 백금, 은, 티타늄, 및 이리듐으로 이루어진 금속군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 금속산화물은 산소 분위기에서 상기 기판에 금속을 증착하거나, 상기 기판에 금속을 증착한 후에 그 금속을 자연산화시키거나, 상기 기판에 금속을 증착한 후에 산소 분위기에서 열처리하거나, 또는 상기 기판에 금속을 증착하고 산소 분위기에서 그 금속에 자외선을 조사하여 산화시키는 방법 등으로 형성시킬 수 있다.The metal or metal oxide preferably includes at least one selected from the group of metals consisting of aluminum, nickel, chromium, platinum, silver, titanium, and iridium. In this case, the metal oxide may be deposited on the substrate in an oxygen atmosphere, the metal is naturally oxidized after the metal is deposited on the substrate, or the metal oxide is heat-treated in an oxygen atmosphere after the metal is deposited on the substrate, or The metal can be formed by depositing a metal on a substrate and oxidizing the metal by irradiating ultraviolet light in an oxygen atmosphere.
한편, 상기 미세결정 실리콘 박막은 광화학기상증착법, 열선화학기상증착법, 또는 플라즈마 화학기상증착법으로 증착시킬 수 있으며, 본 발명에서 언급하는 미세결정 실리콘 박막은 수 ㎛ 내지 수 ㎚의 크기의 실리콘 결정립 또는 탄화실리콘(silicon carbide) 결정립을 갖는 것을 말한다.Meanwhile, the microcrystalline silicon thin film may be deposited by photochemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, or plasma chemical vapor deposition, and the microcrystalline silicon thin film referred to in the present invention may be silicon grains or carbides having a size of several μm to several nm. It refers to having silicon carbide grains.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 박막형 실리콘 태양전지 제조방법은, 유리기판 상에 투명전도막을 형성하는 단계와, 상기 투명도전막 상에 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층을 형성하는 단계와, 상기 씨앗층 상에 제 1 도전형의 미세결정 실리콘 박막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형 미세결정 실리콘 박막 상에 진성형 비정질 실리콘 박막과 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형의 미세결정 실리콘 박막을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin-film silicon solar cell, including: forming a transparent conductive film on a glass substrate, and forming a seed layer formed of a metal or a metal oxide on the transparent conductive film. Forming a first conductive type microcrystalline silicon thin film on the seed layer, and forming an intrinsic amorphous silicon thin film on the first conductive type microcrystalline silicon thin film and a second different from the first conductive type And sequentially forming a conductive microcrystalline silicon thin film.
상기 제 1 도전형이 n형인 경우에는, 상기 투명전도막을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 상에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 또한 상기 제 2 도전형의 미세결정 실리콘 박막 상에 투명전도막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.If the first conductivity type is n-type, further comprising the step of forming a metal layer on the substrate before the step of forming the transparent conductive film, and further comprises a transparent conductive film on the microcrystalline silicon thin film of the second conductivity type It is preferable to further comprise the step of forming.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1 및 도 2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개략도들로서, 투명전도막(2)이 형성된 기판(1)상에 씨앗층(3)을 형성한 후에 미세결정 실리콘 형성조건으로 실리콘 박막을 증착시키는 경우와 씨앗층(3)을 형성하지 않고 투명전도막(2) 상에 바로 실리콘 박막을 증착하는 경우를 비교하여 설명하기 위한 것이다. 여기서, 도 1은 실리콘 박막을 10분 동안 증착한 경우를 나타낸 것이고, 도 2는 실리콘 박막을 60분 동안 증착한 경우를 나타낸 것이다.1 and 2 are schematic views for explaining the principle of the present invention, after the seed layer 3 is formed on the substrate 1 on which the transparent conductive film 2 is formed, the silicon thin film is deposited under the conditions for forming microcrystalline silicon. And a case where the silicon thin film is deposited directly on the transparent conductive film 2 without forming the seed layer 3. Here, FIG. 1 illustrates a case where a silicon thin film is deposited for 10 minutes, and FIG. 2 illustrates a case where a silicon thin film is deposited for 60 minutes.
도 1을 참조하면, 증착시간이 10분으로써 증착 초기에 해당할 경우에는 씨앗층(3) 상에는 미세결정 실리콘 박막(4)이 형성되게 되고 투명전도막(2) 상에는 비정질 실리콘 박막(5)이 형성되게 된다. 그리고, 비정질 실리콘 박막(5)의 두께는 300Å인 반면 미세결정 실리콘 박막(4)은 이보다 150Å 정도 두꺼운 450Å의 두께를 갖는다. 이는 씨앗층(3)이 반응라디칼을 잘 흡착시켜 핵생성속도를 빠르게 하며 박막증착 초기부터 결정화를 촉진시키는 역할을 하기 때문이다. 이러한 사실은 후술하는 도 3의 (a) 특성곡선에 의해서 입증된다.Referring to FIG. 1, when the deposition time corresponds to an initial deposition time of 10 minutes, the microcrystalline silicon thin film 4 is formed on the seed layer 3, and the amorphous silicon thin film 5 is formed on the transparent conductive film 2. Will be formed. In addition, the thickness of the amorphous silicon thin film 5 is 300 kW, whereas the microcrystalline silicon thin film 4 has a thickness of 450 mW, which is about 150 mW thicker than this. This is because the seed layer (3) adsorbs the reaction radicals well to accelerate the nucleation rate and promotes crystallization from the beginning of thin film deposition. This fact is evidenced by the characteristic curve of FIG.
도 2를 참조하면, 증착시간이 경과함에 따라 비정질 실리콘 박막(5) 상에도 결정질의 실리콘 박막이 성장하게 되어 증착시간이 60분인 경우에는 후술하는 도 3의 (b) 특성곡선에 의해 입증되는 바와 같이 비정질 실리콘 박막(5) 상에 미세결정 실리콘 박막(4)이 형성되게 된다. 이 때에는 씨앗층(3)이 있는 경우와 없는 경우의 실리콘 박막의 두께 차이가 약 380Å정도 난다.Referring to FIG. 2, as the deposition time elapses, the crystalline silicon thin film is also grown on the amorphous silicon thin film 5, and when the deposition time is 60 minutes, as demonstrated by the characteristic curve of FIG. As described above, the microcrystalline silicon thin film 4 is formed on the amorphous silicon thin film 5. At this time, the difference in thickness of the silicon thin film with and without the seed layer 3 is about 380 mm.
도 3은 도 1 및 도 2의 원리를 입증하기 위하여 기판의 종류를 투명전도성의 SnO2기판(c), 57Å의 Al 씨앗층이 증착된 SnO2에 기판(b), 및 Al 기판(a)으로 달리하여 실리콘 박막을 증착한 다음에 측정한 라만 분광 특성곡선이다. 여기서, 도 3의 (A)는 실리콘 박막을 10분동안 증착한 경우이고, (B)는 60분 동안 증착한 경우이다.3 shows the type of substrate in order to demonstrate the principle of FIGS. 1 and 2, a transparent conductive SnO 2 substrate (c), a substrate (b), and an Al substrate (a) deposited on a SnO 2 having an Al seed layer of 57 Å deposited thereon. The Raman spectroscopic characteristic curve measured after depositing a silicon thin film by differently. Here, FIG. 3A illustrates a case where a silicon thin film is deposited for 10 minutes, and FIG. 3B illustrates a case where a silicon thin film is deposited for 60 minutes.
도 3의 (A)를 참조하면, Al 씨앗층이 증착된 SnO2에 기판(b)의 경우에는 결정질 실리콘에 해당하는 520cm-1의 파수(wave number)에서 피크(peak)가 분명히 관찰되지만 SnO2기판(c)의 경우에는 520cm-1의 파수에서 피크가 관찰되지 않는다. 이러한 실험결과는 도 1에 도시된 바와 같이 씨앗층(3)이 증착 초기에 실리콘 박막의 결정화에 도움을 준다는 사실을 말해주는 것이다.Referring to FIG. 3A, in the case of the substrate b in SnO 2 on which the Al seed layer is deposited, a peak is clearly observed at a wave number of 520 cm −1 corresponding to crystalline silicon, but SnO 2 is clearly observed. In the case of two substrates (c), no peak is observed at a wavenumber of 520 cm −1 . These experimental results indicate that the seed layer 3, as shown in Fig. 1, aids in the crystallization of the silicon thin film at the beginning of the deposition.
도 3의 (B)를 참조하면, Al 씨앗층이 증착된 SnO2에 기판(b)과 SnO2기판(c) 경우에 모두 결정질 실리콘에 해당하는 520cm-1의 파수에서 피크가 분명히 관찰된다. 이는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 증착 초기에는 투명전도막(2) 상에 비정질 실리콘 박막(5)이 형성되지만 증착시간이 60분 정도 지난 후에는 비정질 실리콘 박막(5) 상에도 미세결정 실리콘 박막(4)이 형성되었음을 보여주는 결과이다.Referring to FIG. 3B, a peak is clearly observed at a wavenumber of 520 cm −1 corresponding to crystalline silicon in the case of the substrate (b) and the SnO 2 substrate (c) in SnO 2 on which the Al seed layer is deposited. As shown in FIG. 2B, the amorphous silicon thin film 5 is formed on the transparent conductive film 2 at the beginning of deposition, but after the deposition time is about 60 minutes, the fine silicon thin film 5 is also fine on the amorphous silicon thin film 5. The result shows that the crystalline silicon thin film 4 is formed.
상술한 바와 같이 금속 또는 금속산화물로 이루어진 씨앗층(3)은 활성기들이 잘 흡착되는 자리 역할을 하여 박막증착 초기에 핵생성 속도 및 핵생성 분포밀도를 강화시키는 동시에 박막증착 초기부터 결정화를 촉진시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 씨앗층(3)은 미세결정 실리콘 박막(4)의 증착시에 사용되는 다량의 수소가 투명전도막(2)과 환원반응을 일으키는 것을 막는 확산장벽의 기능을 하여 투명전도막(2)의 광투과도를 그대로 계속 유지시키는 역할도 한다.As described above, the seed layer 3 made of a metal or a metal oxide serves as a site where the active groups are adsorbed well, thereby enhancing the nucleation rate and nucleation distribution density at the beginning of thin film deposition and promoting crystallization from the beginning of thin film deposition. Do it. In addition, the seed layer 3 functions as a diffusion barrier to prevent a large amount of hydrogen used in the deposition of the microcrystalline silicon thin film 4 from causing a reduction reaction with the transparent conductive film 2. It also keeps the light transmittance of).
본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 형성방법은 기본적으로 미세결정 실리콘 박막을 사용하는 모든 전자소자에 응용할 수 있으므로 그 응용범위가 매우 다양하다. 예컨대, 액정표시기에 사용되는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터, 박막형 실리콘 태양전지, 박막형 전계발광 다이오드, 및 이미지 센서 등이 그 응용 예이다.The method for forming a microcrystalline silicon thin film according to the present invention is basically applicable to all electronic devices using a microcrystalline silicon thin film, and thus its application range is very diverse. For example, polycrystalline silicon thin film transistors, thin film silicon solar cells, thin film electroluminescent diodes, and image sensors used in liquid crystal displays are applications.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 실리콘 태양전지 제조방법의 일예를 설명하기 위한 단면도로서, 본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 제조방법이 태양전지의 p형 실리콘 박막을 형성하는 데 적용되는 경우를 설명하기 위한 것이다.4 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thin film silicon solar cell according to the present invention, illustrating a case where the method for manufacturing a microcrystalline silicon thin film according to the present invention is applied to form a p-type silicon thin film of a solar cell. It is for.
먼저, 유리기판(11) 상에 In2O3, SnO2, ZnO, 및 ITO 로 이루어진 군으로 선택된 어느 하나로 이루어지는 투명전도막(12)을 형성한다. 다음에, 투명도전막(12) 상에 금속 또는 금속산화물로 이루어진 수 내지 수십 Å의 두께의 씨앗층(13)을 형성한다. 여기서, 상기 금속 또는 금속산화물은 알루미늄, 니켈, 크롬, 백금, 은, 티타늄, 및 이리듐으로 이루어진 금속군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 사용한다.First, a transparent conductive film 12 made of any one selected from the group consisting of In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, and ITO is formed on the glass substrate 11. Next, a seed layer 13 having a thickness of several to several tens of micrometers is formed on the transparent conductive film 12. Here, the metal or metal oxide is used that includes at least one selected from the group of metals consisting of aluminum, nickel, chromium, platinum, silver, titanium, and iridium.
씨앗층(13)이 금속으로 이루어지는 경우에는 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(e-beam evaporation), 또는 스퍼터링법(sputtering) 등으로 씨앗층(13)을 형성하고, 씨앗층(13)이 금속산화물로 이루어지는 경우에는 산소 분위기에서 금속을 증착하는 방법, 금속을 증착한 후에 자연산화시키는 방법, 금속을 증착한 후에 산소 분위기에서 열처리하는 방법, 또는 금속을 증착하고 산소 분위기에서 자외선을 조사하여 산화시키는 방법 등으로 씨앗층(13)을 형성한다.When the seed layer 13 is made of metal, the seed layer 13 is formed by thermal evaporation, e-beam evaporation, or sputtering, and the seed layer 13 is formed. In the case of the metal oxide, a method of depositing a metal in an oxygen atmosphere, a method of naturally oxidizing after depositing a metal, a method of heat-treating in an oxygen atmosphere after depositing a metal, or depositing a metal and irradiating and oxidizing ultraviolet rays in an oxygen atmosphere The seed layer 13 is formed by a method or the like.
이와 같이 씨앗층(13)을 형성한 다음에 본 발명의 특징부로써 씨앗층(13) 상에 수소희석법으로 붕소가 도핑된 p형 미세결정 실리콘 박막(16)을 증착한다. 수소에 의해 p형 미세결정 실리콘 박막(16) 내에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)가 종단처리되도록 수소희석법으로 p형 미세결정 실리콘 박막(16)을 형성하는 것이며, p형 미세결정 실리콘 박막(16)의 증착방법으로는 광화학기상증착법, 열선화학기상증착법, 또는 플라즈마 화학기상증착법 등을 들 수 있다.As such, after forming the seed layer 13, a boron-doped p-type microcrystalline silicon thin film 16 is deposited on the seed layer 13 by the hydrogen dilution method as a feature of the present invention. The p-type microcrystalline silicon thin film 16 is formed by hydrogen dilution so that dangling bonds existing in the p-type microcrystalline silicon thin film 16 are terminated by hydrogen. The vapor deposition method of 16) includes a photochemical vapor deposition method, a thermochemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method and the like.
이와같이 태양전지의 창층(window layer)으로서 p형 미세결정 실리콘 박막(16)을 형성한 후에, p형 미세결정 실리콘 박막(16)의 경우와 마찬가지로 수소희석법을 사용하여 i형 비정질 실리콘 박막(17) 및 n형 미세결정 실리콘 박막(18)을 순차적으로 형성한다. 다음에, n형 미세결정 실리콘 박막(18) 상에 금속전극층(19)을 형성하고, 투명전도막(12) 및 금속전극층(19)과 각각 전기적으로 연결되는 금속 그리드(grid) 전극(20)을 형성함으로써 박막형 실리콘 태양전지를 완성한다.After forming the p-type microcrystalline silicon thin film 16 as the window layer of the solar cell as described above, the i-type amorphous silicon thin film 17 is formed using the hydrogen dilution method as in the case of the p-type microcrystalline silicon thin film 16. And n-type microcrystalline silicon thin film 18 are sequentially formed. Next, a metal grid electrode 20 is formed on the n-type microcrystalline silicon thin film 18 and electrically connected to the transparent conductive film 12 and the metal electrode layer 19, respectively. Forming a thin film silicon solar cell is completed.
도 5는 본 발명에 따른 박막형 실리콘 태양전지 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도로서, 본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 제조방법이 태양전지의 n형 실리콘 박막을 형성하는 데 적용되는 경우를 설명하기 위한 것이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another example of a method of manufacturing a thin film silicon solar cell according to the present invention. FIG. 5 illustrates a case where the method of manufacturing a microcrystalline silicon thin film according to the present invention is applied to form an n-type silicon thin film of a solar cell. It is to.
먼저, 유리기판(11) 상에 알루미늄 전극층(22)과 은 전극층(24)을 순차적으로 형성한다. 다음에, 도 4와 마찬가지 방법으로 은 전극층(24) 상에 후면반사기 역할을 하게 되는 제 1 투명전도막(12)과 씨앗층(13)을 순차적으로 형성한다. 이어서, 씨앗층(13) 상에 본 발명의 특징부로서 인이 도핑된 n형 미세결정 실리콘 박막(18)을 수소희석법으로 형성한다. 계속해서, 수소희석법을 사용하여 i형 비정질 실리콘 박막(17) 및 p형 미세결정 실리콘 박막(16)을 순차적으로 형성한 다음에 최종적으로 전면전극으로 사용될 제 2 투명전도막(12')을 형성하고, 제 1 투명전도막(12)과 제 2 투명전도막(12')에 각각 전기적으로 연결되는 금속 그리드 전극(20)을 형성함으로써 박막형 실리콘 태양전지를 완성한다.First, the aluminum electrode layer 22 and the silver electrode layer 24 are sequentially formed on the glass substrate 11. Next, in the same manner as in FIG. 4, the first transparent conductive film 12 and the seed layer 13, which serve as back reflectors, are sequentially formed on the silver electrode layer 24. A n-type microcrystalline silicon thin film 18 doped with phosphorus is then formed on the seed layer 13 by hydrogen dilution. Subsequently, the i-type amorphous silicon thin film 17 and the p-type microcrystalline silicon thin film 16 are sequentially formed by using the hydrogen dilution method, and finally, the second transparent conductive film 12 'to be used as the front electrode is formed. The thin film silicon solar cell is completed by forming metal grid electrodes 20 electrically connected to the first transparent conductive film 12 and the second transparent conductive film 12 ', respectively.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 형성방법에 의하면, 종래와 같이 반복적인 공정이나 열처리 공정 등과 같은 별도의 결정화 공정을 수반하지 않고 씨앗층의 형성이란 단지 간단한 방법으로 실리콘 박막의 성장 초기부터 실리콘 박막이 결정화되도록 함으로써 매우 얇은 두께의 미세결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 형성방법에 의하면, 씨앗층의 존재에 의해 실리콘 박막의 핵생성 속도도 빨라지게 되며, 실리콘 박막과 씨앗층의 하부에 위치하는 막의 계면반응이 방지되게 된다. 따라서, 이러한 방법으로 박막형 실리콘 태양전지를 제조하면, 단순하고도 저렴한 제작공정으로 성능이 뛰어난 박막형 실리콘 태양전지를 제조할 수 있게 된다.According to the method for forming a microcrystalline silicon thin film according to the present invention as described above, the seed layer is formed by the simple method of forming the seed layer without a separate crystallization process such as a repetitive process or a heat treatment process as in the prior art. By allowing the silicon thin film to crystallize, a very thin microcrystalline silicon thin film can be obtained. In addition, according to the method for forming a microcrystalline silicon thin film according to the present invention, the nucleation speed of the silicon thin film is also increased due to the presence of the seed layer, and the interfacial reaction between the silicon thin film and the film under the seed layer is prevented. Therefore, when manufacturing a thin film silicon solar cell in this way, it is possible to manufacture a thin film silicon solar cell with excellent performance in a simple and inexpensive manufacturing process.
본 발명에 따른 미세결정 실리콘 박막 형성방법은 박막형 실리콘 태양전지 뿐만 아니라 기본적으로 미세결정 실리콘 박막을 사용하는 모든 전자소자, 예컨대 액정표시기에 사용되는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터, 박막형 전계발광 다이오드, 및 이미지 센서 등에 응용할 수 있으므로 그 응용범위가 매우 넓다.The method for forming a microcrystalline silicon thin film according to the present invention is not only a thin film silicon solar cell but basically all electronic devices using a microcrystalline silicon thin film, for example, a polycrystalline silicon thin film transistor, a thin film electroluminescent diode, an image sensor, and the like used in a liquid crystal display. Its application is very wide.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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