KR101061681B1 - 태양전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 경우 마스크 패터닝 및 패터닝된 마스크 제거를 위한 세정 작업을 최소화할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 패터닝된 마스크를 사용하여 실리콘 기판의 상부면에 선택적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 상기 실리콘 기판의 상부면에 전체적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 열처리에 의해 상기 실리콘 기판의 상부면에 자연 형성되는 실리콘 산화막을 패터닝하는 과정과; 상기 패터닝된 실리콘 산화막을 마스크로 사용하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 선택적으로 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 위에 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 초고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 상기 패터닝된 실리콘 산화막을 제거하고, 상기 실리콘 기판의 상층부에 형성된 초고농도의 불순물 도핑 영역에 접촉하도록 상기 실리콘 기판의 상부면에 전극을 형성하는 과정을 수행함으로써, 태양전지의 제조 단가를 낮추고 생산 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 경우 마스크 패터닝 및 패터닝된 마스크 제거를 위한 세정 작업을 최소화할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, p형 반도체층(11) 위에 n형 반도체층(12)이 적층되며, n형 반도체층(12)의 상부에 전면전극(14)이 구비되고 p형 반도체층(11)의 하부에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다. 이때, p형 반도체층(11) 및 n형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 p형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 n형 반도체층(12)으로 구분되며, n형 반도체층(12)은 일반적으로 p형 반도체층(11)에 n형 불순물을 도핑(Doping), 확산(Diffusion)시켜 형성된다.
이러한 기판형 실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링, n형 불순물 이온 주입·확산을 통한 n형 반도체층(12) 형성, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이때, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 전에, 확산 공정에 의해 기판(10) 표면에 형성된 PSG(Phosphorus Silicate Glass) 등의 불순물층을 제거하는 공정 및 n형 반도체층(12) 위에 반사방지막(13)을 형성하는 공정 등을 진행하는 것이 바람직하다.
그러나, 이와 같은 기판형 실리콘계 태양전지는 실리콘 기판(10)의 상층부에 해당하는 반도체층, 즉 n형 반도체층의 도핑 농도가 낮은 농도로 일정하게 분포되어 있기 때문에, n형 반도체층과 p형 반도체층의 접합 부위, 이른바 p-n 접합 부위의 전위차가 낮아 광발전 효율이 떨어지는 단점이 있다.
이에, 최근에는 불순물 이온 주입·확산 공정을 추가로 진행하여 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하고, 그 형성된 영역 위에 전극을 형성함으로써, p-n 접합 부위의의 전위차를 증가시킨 고효율 태양전지가 개발되고 있다.
그러나, 종래에는 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하기 위해 불순물 이온 주입·확산 공정의 추가 횟수 만큼, 마스크 패터닝 및 패터닝된 마스크를 제거하기 위한 세정 작업을 추가적으로 수행해야만 하기 때문에, 태양전지의 제조 단가가 높아질 뿐만 아니라, 생산 속도도 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 경우 마스크 패터닝 및 패터닝된 마스크 제거를 위한 세정 작업을 최소화할 수 있도록 하는 태양전지 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 다른 태양전지 제조 방법은, 패터닝된 마스크를 사용하여 실리콘 기판의 상부면에 선택적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 상기 실리콘 기판의 상부면에 전체적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 열처리에 의해 상기 실리콘 기판의 상부면에 자연 형성되는 실리콘 산화막을 패터닝하는 과정과; 상기 패터닝된 실리콘 산화막을 마스크로 사용하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 선택적으로 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 위에 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 초고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과; 상기 패터닝된 실리콘 산화막을 제거하고, 상기 실리콘 기판의 상층부에 형성된 초고농도의 불순물 도핑 영역에 접촉하도록 상기 실리콘 기판의 상부면에 전극을 형성하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 실리콘 기판의 상층부에 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정은, 열처리 시에 상기 패터닝된 마스크를 버닝(Burning)시켜 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 초고농도의 불순물 도핑 영역은 상기 고농도의 불순물 도핑 영역 내에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법에 의하면, 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 경우 마스크 패터닝 및 패터닝된 마스크 제거를 위한 세정 작업을 최소화함으로써, 태양전지의 제조 단가를 낮추고 생산 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 도시한 순서도.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 도시한 순서도.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비한다(S100). 여기서, 제1도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
상기한 단계 S100을 통해 제1도전형의 실리콘 기판(10)이 준비된 상태에서, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링 공정을 진행한다(S110).
상기한 단계 S110에서의 텍스쳐링 공정은 실리콘 기판(10) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 요철을 형성할 수 있다.
상기한 단계 S110 다음, 패터닝된 마스크(20)를 사용하여 실리콘 기판(10)의 상부면에 선택적으로 제2도전형 불순물(22)을 증착시키고, 열처리하여 실리콘 기판(10) 내부로 제2도전형 불순물(22)을 주입하고, 확산시킨다(S120).
상기한 단계 S120에서 마스크(20)는 핑거 바나 버스 바 등의 전극 형성을 위한 패턴 형태를 갖도록 패터닝된 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어질 수 있다.
상기한 단계 S120에서는 실리콘 기판(10)의 상부면에 제2도전형 불순물(22), 예컨대 인산이 선택적으로 증착되도록, 패터닝된 마스크(20)가 올려져 있는 실리콘 기판(10)의 상부로 인산을 분사하거나 인산 페이스트를 프린팅하게 된다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이, 인산이 마스크 패턴을 통해 실리콘 기판(10)의 상부면에 선택적으로 증착되고, 증착된 인산에 포함되어 있는 인(P)이 도 4에 도시된 바와 같이, 열처리 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 내부로 주입 및 확산하게 된다. 이에 따라, 실리콘 기판(10)의 상층부에는 불순물 도핑 영역, 예컨대 n 영역이 선택적으로 형성된다(S130).
아울러, 상기한 단계 S120에서의 열처리 공정 시에, 실리콘 기판(10) 위에 패터닝된 마스크(20)를 버닝(Burning)시켜 제거하는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S130 다음에는, 실리콘 기판(10)의 상부면에 전체적으로 제2도전형 불순물(22)을 증착시키고, 열처리하여 실리콘 기판(10) 내부로 제2도전형 불순물(22)을 주입하고, 확산시킨다(S140).
상기한 단계 S140에서는 실리콘 기판(10)의 표면 전체에 인산이 증착되도록, 실리콘 기판(10)의 상부면에 전체적으로 인산을 분사하거나 인산 페이스트를 프린팅하게 된다.
상기한 단계 S140에서의 열처리·확산 공정은 상기한 단계 S120에서의 열처리·확산 공정과 동일한 장비를 사용하여 진행하는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S140에 따라 도 5에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 하층부는 제1도전형의 반도체층(16) 즉, p형 반도체층을 이루게 되고, 그 상층부는 제2도전형의 반도체층(17) 즉, n형 반도체층을 이루게 되며, 그 제2도전형의 반도체층(17)에는 상기한 단계 S130을 통해 형성된 불순물 도핑 영역의 도핑 농도가 증가하여 고농도의 불순물 도핑 영역, 예컨대 n+ 영역이 실리콘 기판(10)의 상층부에 선택적으로 형성된다(S150).
아울러, 상기한 단계 S140에서의 열처리·확산 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 상부면에는 공기 융합 반응으로 인하여 일정 두께의 실리콘 산화막(24)이 자연 형성된다(S160).
상기한 단계 S160에서 형성된 실리콘 산화막(24)은 산소, 실리콘 및 인(P)이 고온에서 반응하여 생성된 PSG(Phosphorus Silicate Glass)막으로 이루어지는데, 만일 제2도전형 반도체층(12)이 p형 반도체층으로 이루어진 경우에는 산소, 실리콘 및 붕소(B)가 고온에서 반응하여 생성된 BSG(Boron Silicate Glass)막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S160 다음에는, 식각 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 상부면에 자연 형성된 실리콘 산화막(24)을 패터닝하고, 패터닝된 실리콘 산화막(24)을 마스크로 사용하여 실리콘 기판(10)의 상층부에 선택적으로 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 위에 제2도전형 불순물을 증착시키고, 열처리하여 고농도의 불순물 도핑 영역 내부로 제2도전형 불순물을 주입하고, 확산시킨다(S170).
상기한 단계 S170에서는 실리콘 기판(10)의 표면에 인산이 선택적으로 증착되도록, 패터닝된 실리콘 산화막(24)이 표면에 형성되어 있는 실리콘 기판(10)의 상부로 인산을 분사하거나 인산 페이스트를 프린팅하게 된다. 그러면, 도 6에 도시된 바와 같이, 인산이 패터닝된 실리콘 산화막(24)을 통해 실리콘 기판(10)의 상층부에 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 내에 선택적으로 증착되고, 증착된 인산에 포함되어 있는 인은 도 7에 도시된 바와 같이, 열처리 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 내부로 확산하게 된다. 이에 따라, 실리콘 기판(10)의 상층부에는 상기한 단계 S150을 통해 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역의 도핑 농도가 증가하게 되어 초고농도의 불순물 도핑 영역, 예컨대 n++ 영역이 실리콘 기판(10)의 상층부에 선택적으로 형성된다(S180).
상기한 단계 S180을 통해 형성된 초고농도의 불순물 도핑 영역은 상기한 단계 S150을 통해 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 내에 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S180 이후에는 도 8에 도시된 바와 같이, 습식 세정 등의 세정 공정을 진행하여 실리콘 기판(10)의 상부면에서 마스크 역할을 하는 패터닝된 실리콘 산화막(24)을 제거하고(S190), 금속 공정(Metallization)을 진행하여 실리콘 기판(10)의 상층부에 형성된 초고농도의 불순물 도핑 영역에 접촉하도록 실리콘 기판(10)의 상부면에 Ag 등의 금속재를 패터닝함으로써, 실리콘 기판(10)의 전면에 전극(14)을 형성한다(S200).
상기한 단계 S190과 S400 사이에는 실리콘 기판(10)의 제2도전형의 반도체층 상에 화학기상증착 공정, 예를 들어 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 반사방지막을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 반사방지막은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있는데, 일 예로 PECVD 공정을 이용하여 실리콘 질화막을 형성하는 것은, 원료가스인 SiH4와 NH3을 플라즈마 상태로 방전, 활성화시켜 실리콘 질화막을 생성시키는 방법을 통해 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
10: 실리콘 기판 11: p형 반도체층
12: n형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극
16: 제1도전형 반도체층 17: 제2도전형 반도체층
20: 마스크 22: 제2도전형 불순물
24: 실리콘 산화막
12: n형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극
16: 제1도전형 반도체층 17: 제2도전형 반도체층
20: 마스크 22: 제2도전형 불순물
24: 실리콘 산화막
Claims (3)
- 패터닝된 마스크를 사용하여 실리콘 기판의 상부면에 선택적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과;
상기 실리콘 기판의 상부면에 전체적으로 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과;
열처리에 의해 상기 실리콘 기판의 상부면에 자연 형성되는 실리콘 산화막을 패터닝하는 과정과;
상기 패터닝된 실리콘 산화막을 마스크로 사용하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 선택적으로 형성된 고농도의 불순물 도핑 영역 위에 불순물을 증착시키고, 열처리하여 상기 실리콘 기판의 상층부에 초고농도의 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정과;
상기 패터닝된 실리콘 산화막을 제거하고, 상기 실리콘 기판의 상층부에 형성된 초고농도의 불순물 도핑 영역에 접촉하도록 상기 실리콘 기판의 상부면에 전극을 형성하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 상층부에 불순물 도핑 영역을 선택적으로 형성하는 과정은,
열처리 시에 상기 패터닝된 마스크를 버닝(Burning)시켜 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 초고농도의 불순물 도핑 영역은 상기 고농도의 불순물 도핑 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100080485A KR101061681B1 (ko) | 2010-08-19 | 2010-08-19 | 태양전지 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100080485A KR101061681B1 (ko) | 2010-08-19 | 2010-08-19 | 태양전지 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101061681B1 true KR101061681B1 (ko) | 2011-09-01 |
Family
ID=44956839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020100080485A KR101061681B1 (ko) | 2010-08-19 | 2010-08-19 | 태양전지 제조 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101061681B1 (ko) |
-
2010
- 2010-08-19 KR KR1020100080485A patent/KR101061681B1/ko not_active IP Right Cessation
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