KR101073016B1 - Solar cell and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
저렴하고도 대량 생산이 가능한 방법으로 선택적 이미터 구조를 가지는 고효율 태양전지를 제조하고자 한다. 이를 위해 본 발명에서는 반도체 기판의 전면 내에 고농도 도핑영역을 선택적으로 형성하고, 기판의 가장자리를 제외한 기판의 전면 상에 기판과 반대 도전형의 불순물을 함유하는 도핑물질층을 형성한 후 열처리하여 기판 전면의 표면 내에 저농도 도핑층을 형성하고, 저농도 도핑층이 형성된 기판 상의 도핑물질층을 플라즈마로 식각하여 제거하되, 가장자리의 기판을 도핑물질층과 동시에 제거하여 함몰부를 형성하고, 고농도 도핑영역과 접촉하는 전면 전극을 형성하고, 그리고 기판 후면의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다. In order to manufacture a high efficiency solar cell having a selective emitter structure in an inexpensive and mass production method. To this end, in the present invention, a highly doped region is selectively formed in the entire surface of the semiconductor substrate, and a doping material layer containing impurities of an opposite conductivity type to the substrate is formed on the entire surface of the substrate except for the edge of the substrate, followed by heat treatment. A low concentration doping layer is formed on the surface of the substrate, and the doping material layer on the substrate on which the low concentration doping layer is formed is removed by plasma etching, and the substrate is removed at the same time as the doping material layer to form a depression, and contacting the high concentration doping region. Forming a front electrode, and forming a back electrode in contact with at least a portion of the back surface of the substrate provides a method of manufacturing a solar cell.
플라즈마, 아이솔레이션, 선택적 이미터, 태양전지Plasma, Isolation, Selective Emitter, Solar Cell
Description
도 1a 내지 1d는 일반적인 태양전지 제조공정을 도시한 단면도이고,1A to 1D are cross-sectional views illustrating a general solar cell manufacturing process.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 도시한 단면도이다. 2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선택적 이미터 구조를 가지는 고효율 태양전지를 제조함에 있어서, 플라즈마 화학기상증착(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용하여, 이미터 확산 후에 기판 표면에 증착된 피에스지(PSG : Phosphosilicate glass)나 비에스지(BSG : Borosilicate glass)와 같은 부산물층의 제거와 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 동시에 진행하여 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, in the manufacture of a high efficiency solar cell having a selective emitter structure, by using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), After diffusion, the present invention relates to a method of manufacturing a solar cell by simultaneously removing an edge layer and removing a by-product layer such as Phosphosilicate glass (PSG) or Borosilicate glass (BSG) deposited on a substrate surface. .
태양전지를 제조하기 위해서는 p형(또는 n형) 기판에 n형(또는 p형) 불순물을 도핑하여 pn 접합을 형성하며, 이로써 이미터(emitter)가 형성된다. 수광에 의해 형성된 전자-정공 쌍은 분리되어 전자는 n형 영역의 전극에 정공은 p형 영역의 전극에 수집되어 전력을 생산하게 된다. To manufacture a solar cell, a pn junction is formed by doping an n-type (or p-type) impurity to a p-type (or n-type) substrate, thereby forming an emitter. The electron-hole pair formed by the light reception is separated so that electrons are collected in the electrode of the n-type region and holes are collected in the electrode of the p-type region to produce power.
전지의 수광면에 전극이 형성될 부위는 고농도로 도핑하고, 전극이 없는 부위는 접합 깊이를 얕게 하는 선택적인 이미터(selective emitter)를 형성하면, 전극과 실리콘 기판과의 접합저항을 낮추고, 도핑층에서의 재결합손실을 최소화하여 전지효율을 향상시킬 수 있다. When the electrode is formed on the light-receiving surface of the battery, the region where the electrode is to be formed is heavily doped, and the region where the electrode is not formed is formed with a selective emitter that makes the junction depth shallow, thereby lowering the bonding resistance between the electrode and the silicon substrate and doping. The cell efficiency can be improved by minimizing the recombination loss in the layer.
그러나 선택적인 이미터 형성공정이 복잡하여 공정원가가 상승하게 되므로 양산공정에서는 도핑공정을 한번만 진행하여 균일 이미터(homogeneous emitter)를 형성하게 된다. 이때, 도핑농도는 전극 접촉저항을 낮추는 쪽으로 최적화하기 때문에 고농도로 도핑하게 되고, 고농도로 도핑된 이미터 층에서의 재결합손실에 의해 전지의 효율이 낮다. However, since the selective emitter forming process is complicated and the process cost increases, the mass production process performs the doping process only once to form a homogeneous emitter. At this time, since the doping concentration is optimized to lower the electrode contact resistance, the doping concentration is high and the efficiency of the battery is low due to the recombination loss in the doped emitter layer.
태양전지 제조공정에서 이미터 형성공정은 일반적으로 p형 기판에 n형 불순물인 인(P)을 함유한 물질을 스프레이하거나 프린팅한 후 열처리하는 방법을 이용하거나, 또는 POCl3 또는 PH3 를 고온확산하는 방법을 이용한다.Emitter formation in the solar cell manufacturing process is generally a method of spraying or printing a material containing phosphorus (P) as an n-type impurity on a p-type substrate, followed by heat treatment, or high-temperature diffusion of POCl 3 or PH 3 How to do it.
고효율 태양 전지 제조를 위한 실험실 수준에서 선택적인 이미터 구조를 형성하는 방법은 고가의 사진식각(photolithography) 공정을 이용하고 있으나, 양산적용이 가능한 저가의 선택적인 이미터를 형성하는 방법으로는 다음과 같은 방법이 제안되고 있다. The method of forming a selective emitter structure at the laboratory level for manufacturing a high efficiency solar cell uses an expensive photolithography process, but a method of forming a low cost selective emitter that can be mass-produced is as follows. The same method is proposed.
미국 특허 6552414에서는 전극부위에만 도핑물질을 프린팅하고 열처리하면, 도핑물질이 프린팅된 부분은 고농도로 도핑이 되고, 프린팅되지 않은 부분은 열처리 시에 도핑물질의 가스상 확산으로 저농도 도핑이 되어 선택적인 이미터 구조가 형성된다고 개시하고 있다. 그러나 실제로 저농도 도핑영역이 균일하게 형성되는 것은 어렵다. In US Pat. No. 6552414, when the doping material is printed and heat-treated only on the electrode, the doped material is printed at a high concentration, and the unprinted portion is lightly doped due to the gas phase diffusion of the doping material at the time of heat treatment. It is disclosed that a structure is formed. In practice, however, it is difficult to form a low concentration doped region uniformly.
미국특허 6091021에서는 고농도로 도핑하여 전극을 형성하고 플라즈마 에칭을 진행하여, 전극부는 전극물질이 마스킹역할을 하고, 전극이 없는 부위는 에칭이 되어, 기판 내 열확산시의 농도구배 때문에 고농도의 표면 영역만 에칭됨으로 인해 저농도 도핑층을 만들게 된다고 개시하고 있다. In US Patent 6091021, an electrode is doped at a high concentration to form an electrode, and plasma etching is performed, whereby the electrode part serves as a masking part, and an electrodeless part is etched, so that only a high concentration surface area is formed due to the concentration gradient during thermal diffusion in the substrate. It is disclosed that etching results in a lightly doped layer.
미국특허 6147297은 기판 전면을 고농도로 도핑한 후에, 전극이 형성될 부위만을 마스킹하고, 나머지 부분을 반사손실을 줄여 줄 수 있게 에칭하고 후속 저농도 도핑공정을 한번 더 진행하여 태양전지를 제조하는 방법을 개시하고 있다.US Patent No. 6147297 describes a method of manufacturing a solar cell by high concentration doping of the entire surface of the substrate, masking only the portion where the electrode is to be formed, etching the remaining portion to reduce the reflection loss, and performing the subsequent low concentration doping process once more. It is starting.
그러나 이들 특허는 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다. However, these patents have a complicated manufacturing process.
한편, pn 접합 형성을 위한 공정에서 기판의 에지 부분에도 불순물이 도핑되기 때문에, 태양전지의 전면과 후면전극이 전기적으로 연결되어 전지효율을 감소시키게 된다. 따라서 에지의 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면을 서로 전기적으로 분리하는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 별도로 진행해야 한다. On the other hand, since impurities are doped in the edge portion of the substrate in a process for forming a pn junction, the front and rear electrodes of the solar cell are electrically connected to reduce battery efficiency. Therefore, the edge isolation process of electrically separating the front and rear surfaces by removing the doped portions of the edge must be performed separately.
도 1a 내지 1d는 일반적인 태양전지 제조공정을 도시한 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 전면 뿐만 아니라 에지 부분을 포함한 측면에도 이미터층(2)이 형성된다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a general solar cell manufacturing process. As shown in FIG. 1A, the
따라서 도 1b에 도시된 바와 같이, 전면 전극(3) 및 후면 전극(4)을 형성한 후에는 도 1c에 도시된 바와 같이 에지부분 및 측면에 형성된 이미터층(2)을 제거하는 에지 아이솔레이션 공정을 수행한다.
Therefore, as shown in FIG. 1B, after the
에지 아이솔레이션 공정에서는 레이저나 절단톱(dicing saw)를 이용하여 에지를 절단하거나, 도핑된 에지 부분만을 포토마스킹 방법을 이용하여 식각하거나, 또는 레이저나 금속 스크라이버를 이용하여 스크라이빙(scribing) 하여 제거하여야한다. In the edge isolation process, edges are cut using a laser or a cutting saw, only the doped edges are etched using a photomasking method, or scribed using a laser or metal scriber. Should be removed.
미국특허 4158591, 5871591, 5258077에서는 플라즈마 식각 공정을 이용하여 에지 아이솔레이션을 수행하였다. 여기서는, 동전을 적층한 것과 같은 스택(coin stack) 구조로 기판을 쌓아서 플라즈마 공정을 진행하는데, 이 때 플라즈마가 기판과 기판 사이로 스며들어 전면의 이미터 영역을 손상시켜 전지효율을 감소시키는 단점이 있다.In US Pat. Nos. 4158591, 5871591, 5258077, edge isolation was performed using a plasma etching process. Here, the plasma process is performed by stacking the substrates in a stack structure such as a coin stack, in which plasma penetrates between the substrate and the substrate and damages the emitter region of the front surface, thereby reducing battery efficiency. .
또한, 사용되는 가스에 의해 고분자 부산물이 생성되었다가 에칭된 표면에 증착되어 전지효율 감소의 원인이 되기도 한다. In addition, polymer by-products are generated by the gas used and deposited on the etched surface, which may cause a decrease in battery efficiency.
미국특허 5082791에서는 레이저를 이용하여 도핑된 부분을 제거하여 전면과 후면을 분리하였다. 이와 같이 레이저를 사용하는 경우는 기판의 네 면을 모두 제거해야 되기 때문에 공정시간이 길뿐만 아니라, 고온의 레이저에 의해 용융되었다가 다시 굳은 부위가 효율 손실의 원인이 되기 때문에 레이저 공정을 적용한 후에는 에칭용액으로 레이저로 손상된 부분은 제거해주어야 하는 번거로움이 있다. In US Patent 5082791, the front and rear surfaces are separated by removing a doped portion using a laser. In the case of using a laser like this, since all four sides of the substrate must be removed, not only is the process time long, but also after the laser process is applied, since the part which is melted by the high temperature laser and then hardened again causes the efficiency loss. Laser damaged parts of the etching solution has to be removed.
한편, 이미터 형성공정 후에는 실리콘 기판표면에 피에스지(PSG : Phosphosilicate glass)나 비에스지(BSG : Borosilicate glass)와 같은 글래스류의 부산물층이 형성된다. 그런데 이와 같은 글래스류의 부산물층에 의해 기판 표면의 절연특성이 나빠지기 때문에 부산물층은 반드시 제거하여야 한다. On the other hand, after the emitter forming process, a byproduct layer of glass such as PSG (PSG) or Borosilicate glass (BSG) is formed on the surface of the silicon substrate. However, the by-product layer of glass deteriorates the insulating property of the substrate surface, so the by-product layer must be removed.
종래에는 PSG 또는 BSG와 같은 부산물층을 제거하기 위해 식각용액을 이용한 별도의 습식식각 공정을 추가로 수행해야 하므로 공정이 복잡해지는 문제가 있었다.In the related art, a separate wet etching process using an etching solution must be additionally performed to remove a by-product layer such as PSG or BSG, which causes a complicated process.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 저렴하고도 대량 생산이 가능한 방법으로 태양전지의 에지 아이솔레이션 공정을 수행하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, the object is to perform the edge isolation process of the solar cell in a way that is inexpensive and capable of mass production.
본 발명의 다른 목적은 효율 저하가 최소화된 태양전지의 에지 아이솔레이션공정을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an edge isolation process for solar cells with minimized efficiency degradation.
본 발명의 또 다른 목적은 저렴하고도 대량 생산이 가능한 방법으로 선택적 이미터 구조를 가지는 고효율 태양전지를 제조하는 것이다. Another object of the present invention is to manufacture a high efficiency solar cell having a selective emitter structure in a way that is inexpensive and capable of mass production.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 반도체 기판; 기판의 가장자리에 형성되고 기판의 전면에 비해 낮은 높이를 가지는 함몰부와, 기판 전면의 표면 내에 형성된 저농도 도핑층과, 기판 전면의 일부분 내에 선택적으로 형성된 고농도 도핑영역과, 고농도 도핑영역과 접촉하는 전면 전극 및 기판 후면의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다.In order to achieve the object as described above, the present invention comprises a semiconductor substrate; A depression formed at the edge of the substrate and having a lower height than the front surface of the substrate, a low concentration doping layer formed in the surface of the substrate front surface, a high concentration doping region selectively formed in a portion of the front surface of the substrate, and a front surface contacting the high concentration doping region Provided is a solar cell comprising an electrode and a back electrode in contact with at least a portion of the back side of the substrate.
이 때 고농도 도핑영역은, 기판 전면의 일부분 상에 기판과 반대도전형의 불순물을 함유한 도핑물질패턴을 프린팅 또는 스프레이한 후 열처리하는 것에 의해 기판의 전면 내에 선택적으로 형성된 것일 수 있고, 저농도 도핑층은 고농도 도핑 영역을 형성한 이후에, 기판의 가장자리를 제외한 기판의 전면 상에 기판과 반대도전형의 불순물을 함유한 도핑물질층을 프린팅 또는 스프레이한 후 열처리하는 것에 의해 형성된 것일 수 있다. At this time, the high concentration doped region may be selectively formed in the front surface of the substrate by printing or spraying and heat-treating a doping material pattern containing impurities opposite to the substrate on a portion of the front surface of the substrate, the low concentration doping layer After forming the high concentration doped region, it may be formed by printing or spraying a layer of a doping material containing impurities of the opposite conductivity to the substrate on the front surface of the substrate except the edge of the substrate and then heat treatment.
도핑물질층은 저농도 도핑층 형성 후에 플라즈마에 의해 식각되어 제거되고, 도핑물질패턴은 도핑물질층 제거 시 식각하되 고농도 도핑영역 상에 잔류하는 것이 바람직하다. The doping material layer is etched and removed by plasma after the low concentration doping layer is formed, and the doping material pattern is etched when the doping material layer is removed, but preferably remains on the high concentration doping region.
함몰부는 기판의 가장자리가 플라즈마에 의해 식각됨으로 인해 형성된 것이며, 저농도 도핑층은 함몰부에 의해 기판의 측면으로부터 분리되는 것이 바람직하다. The depressions are formed because the edges of the substrate are etched by the plasma, and the lightly doped layer is preferably separated from the side of the substrate by the depressions.
함몰부가 형성된 가장자리는 기판의 에지로부터 0 보다 크고 5mm 보다 작거나 같은 거리에 있는 것이 바람직하다. The edge at which the depression is formed is preferably at a distance greater than zero and less than or equal to 5 mm from the edge of the substrate.
또한, 상술한 태양전지는 기판의 전면 상에 형성된 반사방지막을 더 포함할 수 있다. 이 때 고농도 도핑영역 상에는 고농도 도핑영역 형성을 위한 도핑물질패턴이 남아있고, 반사방지막은 도핑물질패턴을 투과시켜 보여주는 것이 바람직하다. In addition, the above-described solar cell may further include an anti-reflection film formed on the entire surface of the substrate. In this case, it is preferable that the doping material pattern for forming the high concentration doping region remains on the high concentration doping region, and the anti-reflection film is transmitted through the doping material pattern.
반사방지막은 기판의 가장자리가 플라즈마에 의해 식각될 때와 동일한 챔버 내에서 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. The antireflective film is preferably formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) in the same chamber as when the edge of the substrate is etched by the plasma.
또한, 본 발명에서는 반도체 기판의 전면 내에 고농도 도핑영역을 선택적으로 형성하고, 기판의 가장자리를 제외한 기판의 전면 상에 기판과 반대 도전형의 불순물을 함유하는 도핑물질층을 형성한 후 열처리하여 기판 전면의 표면 내에 저농도 도핑층을 형성하고, 저농도 도핑층이 형성된 기판 상의 도핑물질층을 플라즈 마로 식각하여 제거하되, 가장자리의 기판을 도핑물질층과 동시에 제거하여 함몰부를 형성하고, 고농도 도핑영역과 접촉하는 전면 전극을 형성하고, 그리고 기판 후면의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다. In addition, in the present invention, a highly doped region is selectively formed in the entire surface of the semiconductor substrate, and a doping material layer containing impurities of a conductivity type opposite to that of the substrate is formed on the entire surface of the substrate except for the edge of the substrate, followed by heat treatment. A low concentration doping layer is formed on the surface of the substrate, and the doping material layer on the substrate on which the low concentration doping layer is formed is removed by etching with plasma, and the substrate at the edges is removed simultaneously with the doping material layer to form a depression, and in contact with the high concentration doping region. Forming a front electrode, and forming a back electrode in contact with at least a portion of the back surface of the substrate provides a method of manufacturing a solar cell.
고농도 도핑영역은 기판 전면의 일부분 상에 기판과 반대 도전형의 불순물을 함유하는 도핑물질패턴을 형성한 후 열처리하는 것에 의해 형성할 수 있다. The high concentration doped region may be formed by forming a doping material pattern containing impurities of a conductivity type opposite to the substrate on a portion of the front surface of the substrate and then performing heat treatment.
도핑물질층 및 도핑물질패턴은 프린팅 방법 또는 스프레이 방법으로 형성할 수 있다. The doping material layer and the doping material pattern may be formed by a printing method or a spray method.
도핑물질층을 제거하는 단계에서 도핑물질패턴을 식각하되 고농도 도핑영역 상에 도핑물질패턴을 잔류시키는 것이 바람직하다. In the step of removing the doping material layer, it is preferable to etch the doping material pattern and to leave the doping material pattern on the highly doped region.
저농도 도핑층은 기판의 전면을 포함하여 기판 측면의 일부분까지 걸쳐서 형성하며, 저농도 도핑층은 함몰부에 의해 상기 기판의 측면으로부터 분리되는 것이 바람직하다. The lightly doped layer is formed over a portion of the side surface of the substrate including the front surface of the substrate, and the lightly doped layer is preferably separated from the side surface of the substrate by a depression.
도핑물질층을 제거하는 단계에서는 도핑물질층과 기판을 1:1 내지 10:1의 비율로 식각하는 조건으로 플라즈마 식각하는 것이 바람직하다.In the step of removing the dopant layer, plasma etching may be performed under conditions in which the dopant layer and the substrate are etched at a ratio of 1: 1 to 10: 1.
기판은 실리콘웨이퍼이고, 저농도 도핑층이 형성된 기판 상의 도핑물질층은 피에스지(PSG : Phosphosilicate glass) 또는 비에스지(BSG : Borosilicate glass)일 수 있다. The substrate is a silicon wafer, and the doping material layer on the substrate on which the lightly doped layer is formed may be Phosphosilicate glass (PSG) or Borosilicate glass (BSG).
도핑물질층을 제거하는 단계에서는 식각가스로서 Cl2, SF6, CF4, CHF3 , C2F6, C3F8, C2H4 중의 하나와 O2 를 사용하고 Ar, H 2 를 혼합하여 사용할 수 있다. In the step of removing the doping material layer, one of Cl 2 , SF 6 , CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 2 H 4 and O 2 is used as an etching gas and Ar, H 2 is used. It can be mixed and used.
도핑물질층을 제거하는 단계에서는 플라즈마 발생을 위한 전력(RF power)을 400W 내지 600W로 인가하고, 압력을 100 mTorr 내지 200 mTorr, 온도를 상온 내지 80℃인 조건에서 플라즈마 식각할 수 있다. In the step of removing the doping material layer, the power for plasma generation (RF power) may be applied to 400W to 600W, and the plasma may be etched under a condition of 100 mTorr to 200 mTorr and a temperature of room temperature to 80 ° C.
도핑물질층을 제거한 후에는 기판의 전면 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. After removing the dopant layer, the method may further include forming an anti-reflection film on the entire surface of the substrate.
전면 전극을 형성할 때에는 잔류된 도핑물질패턴을 이용하여 정렬할 수 있다. When forming the front electrode may be aligned using the remaining doping material pattern.
반사방지막을 형성할 때에는 도핑물질층을 플라즈마 식각한 챔버와 동일 챔버 내에서 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성할 수 있다. When forming the anti-reflection film, the doping material layer may be formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) in the same chamber as the plasma-etched chamber.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 이미터 형성 후에 PSG 및 BSG와 같은 부산물층을 제거할 때 특정 조건의 플라즈마 식각을 수행하여 부산물층의 제거와 에지 아이솔레이션을 동시에 진행한다.In the present invention, when the by-product layer such as PSG and BSG is removed after the emitter is formed, plasma etching is performed under specific conditions to simultaneously remove the by-product layer and edge isolation.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 도시한 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1도전형을 가지는 반도체 기판(10)의 표면에 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 불순물로 이루어진 도핑물질패턴(11)을 형성한다.
First, as shown in FIG. 2A, a
기판(10)은 p형 실리콘일 수 있고 제2도전형의 불순물은 n형 불순물, 예를 들면 인(P)일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상, p형 실리콘 기판 및 n형 불순물인 경우를 설명하기로 한다.The
즉, n형 불순물인 인을 함유한 물질로 이루어진 도핑물질패턴(11)을 프린팅 방법이나 스프레이 방법으로 기판(10)의 일 면 상에 도포한다. 이 때 도핑물질패턴(11)을 기판(10) 전면의 일부분 상에 형성하는 것이 바람직하다.That is, the
이어서, 기판(10)을 열처리하여 도핑물질패턴(11) 내에 있는 인을 기판 내로 확산시켜 기판(10)의 전면 내에 고농도 도핑영역(12)을 선택적으로 형성한다.Subsequently, the
다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전면 상에 기판과 반대 도전형인 n형 불순물을 함유하는 도핑물질층(13)을 프린팅 방법이나 스프레이 방법으로 형성한다. 이 때, 도핑물질층(13)은 기판(10)의 에지(edge)로부터 소정폭을 제외한 기판의 전면 상에 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 기판(10)의 에지로부터 5mm 이내의 모서리 부분(20)에는 도핑물질층(13)을 도포하지 않는 것이 중요하다.Next, as shown in FIG. 2B, a
이 때 도핑물질층(13)을 형성하지 않는 모서리 부분(20)은 충분한 단락이 보장될 수 있도록 조금이라도 도핑물질층(13)의 미증착부가 존재하기만 하면 된다. 따라서 이 모서리 부분(20)은 기판(10) 에지로부터 0보다 크고 5mm 보다 작거나 같은 거리에 있다.At this time, the
또한, 도핑물질층(13)은 도핑물질패턴(11) 보다 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. In addition, the
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 열처리하여 도핑물질층(13) 내 에 있는 n형 불순물을 기판 내로 확산시켜 저농도 도핑층(14)을 형성한다. 이 때 도핑물질층(13)을 형성하지 않은 기판의 모서리 부분(20)에도 열 확산에 의해 n형 불순물이 도핑되어, 저농도 도핑층(14)은 기판(10)의 전면을 포함하여 기판(10) 측면의 일부분에까지 걸쳐서 형성된다.Next, as shown in FIG. 2C, the
즉, 기판(10)의 전면에 형성된 저농도 도핑층(14)과, 기판 전면의 일부분에 선택적으로 형성된 고농도 도핑영역(12)을 포함하는 선택적인 이미터 구조가 형성된다.That is, an optional emitter structure is formed that includes a lightly doped
한편 n형 불순물이 열 확산된 이후에 도핑물질층(13)은 PSG층(13')이 되는데, 이러한 PSG층(13')은 부산물로 남는 것이므로 제거해야 한다. 만약, 붕소를 도핑한 경우라면 부산물로서 BSG층이 남을 것이다.On the other hand, after n-type impurities are thermally diffused, the
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이 플라즈마를 이용하여 PSG층(13')을 식각하여 제거한다. 이 때 PSG층(13')을 식각하는 동시에 도핑물질패턴(11)을 함께 식각하되 도핑물질패턴(11)은 완전히 제거하지 않고 고농도 도핑영역(12) 상에 잔류시킨다.Next, as shown in FIG. 2D, the PSG layer 13 'is etched and removed using plasma. At this time, the PSG layer 13 'is etched and the
플라즈마를 이용하여 식각할 때 식각 가스의 유량, 챔버 내 압력, 파워 등의 공정 조건에 따라 식각 속도가 달라지는데, PSG와 기판(실리콘)이 2:1의 비율로 식각되는 조건으로 식각공정을 수행한다. 따라서 PSG층(13')이 없는 모서리 부분(20)의 실리콘 기판도 대략 PSG층(13')의 두께의 1/2에 해당하는 깊이만큼 식각되어 함몰부(200)가 형성된다.
When etching using plasma, the etching speed varies according to the process conditions such as the flow rate of the etching gas, the pressure in the chamber, and the power, and the etching process is performed under the condition that the PSG and the substrate (silicon) are etched at a ratio of 2: 1. . Therefore, the silicon substrate of the
이 때 식각가스로는 Cl2, SF6, CF4, CHF3, C2F 6, C3F8, C2H4, 중의 하나와 O2 를 사용하고 Ar, H2 혼합하여 사용할 수 있으며, 식각가스를 챔버 내에 주입한 후 플라즈마를 발생시키고 챔버 내 압력 및 온도를 적정 범위로 조절한다.In this case, as an etching gas, one of Cl 2 , SF 6 , CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 2 H 4 , and O 2 may be used, and Ar and H 2 may be mixed and used. After the etching gas is injected into the chamber, plasma is generated and the pressure and temperature in the chamber are adjusted to an appropriate range.
예를 들어 식각가스로서 C2F6 가스와 O2 가스를 사용하는 경우, C2 F6 가스를 20 sccm의 유량으로 흘려주고, O2 가스를 20 sccm의 유량으로 흘려주며, 챔버 내부의 압력은 200 mTorr 이하, 온도는 80℃ 이하, 플라즈마 발생을 위한 전력(RF power)을 400W ~ 600W로 인가한다.For example, if you are using a C 2 F 6 gas and O 2 gas as an etching gas, to give flowing a C 2 F 6 gas with a flow rate of 20 sccm, O gives flowing a second gas at a flow rate of 20 sccm, the chamber pressure Silver is 200 mTorr or less, temperature is 80 ° C or less, and the power (RF power) for generating plasma is applied to 400W to 600W.
이와 같이 모서리 부분(20)의 실리콘 기판이 식각되면서 기판(10)의 전면에 형성된 저농도 도핑층(14)은 기판(10)의 측면으로부터 분리되며, 이로써 에지 아이솔레이션이 실현된다.As the silicon substrate of the
이처럼 PSG층(13')이 제거된 기판 표면에는 저농도 도핑층(14)이 노출되고, 고농도 도핑영역(12) 상에는 도핑물질패턴(11)이 잔류하게 된다.As such, the lightly doped
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전면에 반사방지막(15)을 형성한다. 이 때 반사방지막(15)으로는 SiNx를 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 증착할 수 있는데, 이 경우 PSG층(13')의 제거를 위한 플라즈마 챔버 내에서 연속적으로 SiNx를 증착하여 공정을 더욱 단순화할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2E, an
이어서, 기판(10)의 전면으로는 고농도 도핑영역(12)의 상부에 전면전극물질(16)을 도포하고 기판(10)의 후면에는 후면전극물질(17)을 도포한 후 열처리한다.
Subsequently, the
반사방지막(15)은 고농도 도핑영역(12) 상에 잔류되어 있는 도핑물질패턴(11)을 투과시켜 보여준다. 또는 반사방지막(15)의 상부에서 보면 도핑물질패턴(11)이 있는 부분은 없는 부분과는 다른 색깔을 보여서 구별된다. 따라서 기판(10)의 전면에 전면전극물질(16)을 도포할 때 전면전극물질(16)이 도핑물질패턴(11)의 상부에 위치하도록 정렬(align)하면서 전면전극물질(16)을 프린팅한다. The
열처리 후에는 도 2f에 도시된 바와 같이, 고농도 도핑영역(12)과 접촉하는 전면전극(19)이 형성된다. After the heat treatment, as shown in FIG. 2F, the front electrode 19 in contact with the heavily doped
즉, 본 발명에 따르면 고농도 도핑영역(12)과 접촉하는 전면전극(19)을 형성하기 위해 마스크를 사용하는 별도의 정렬 공정을 요구하지 않으며, 별도의 정렬 공정 없이도 고농도 도핑영역(12) 상부에 잔류하는 도핑물질패턴(11)을 이용하여 정렬할 수 있는 장점이 있다. That is, according to the present invention, a separate alignment process using a mask is not required to form the front electrode 19 in contact with the heavily doped
후면전극물질(17)은 기판(10) 후면의 적어도 일부분 상에 형성할 수 있으며, 도 2e에는 기판(10) 후면의 전체를 덮도록 후면전극물질(17)을 프린팅한 것이 도시되어 있다. 열처리 후에는 도 2f에 도시된 바와 같이 기판(10) 후면의 적어도 일부분과 접촉하는 후면전극(18)이 형성된다.The
이로써 태양전지의 제조를 완료한다.This completes the manufacture of the solar cell.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예Example
먼저, p형 실리콘 기판을 알칼리 수용액이나 혼합산 용액에 침적하여 기판 제조 시 손상된 부분을 제거하고 표면의 빛 반사 손실을 줄여 주기 위해 표면에 요 철을 형성하였다.First, p-type silicon substrates were immersed in an aqueous alkaline solution or mixed acid solution to remove the damaged portions during substrate manufacturing and to form irregularities on the surface to reduce the loss of light reflection on the surface.
다음, 기판 표면의 금속불순물이나 유기 불순물을 클리닝 용액을 이용하여 제거하였다.Next, metal impurities or organic impurities on the surface of the substrate were removed using a cleaning solution.
다음, 인을 함유한 물질을 기판 전면의 일부분(전극형성부) 상에 프린팅한 후 975℃에서 5분 동안 열처리하여 기판의 전면 내에 선택적으로 고농도 도핑영역을 형성하였다.Subsequently, the phosphorous-containing material was printed on a portion of the front surface of the substrate (electrode forming portion), and then heat-treated at 975 ° C. for 5 minutes to selectively form a highly doped region in the front surface of the substrate.
다음, 기판의 가장자리를 제외한 기판의 전면 상에 인을 함유한 물질을 25 ~ 35㎛ 두께로 프린팅한 후 900℃에서 3분 동안 열처리하여 기판 전면의 표면 내에 저농도 도핑층을 형성하였다. 이 때 기판의 에지로부터 5mm 까지의 모서리 부분을 제외한 기판 전면에 인을 함유한 물질을 프린팅하였다. Subsequently, a phosphorous-containing material was printed to a thickness of 25 to 35 μm on the front surface of the substrate except for the edge of the substrate, and then heat-treated at 900 ° C. for 3 minutes to form a low concentration doping layer in the front surface of the substrate. At this time, a phosphorus-containing material was printed on the entire surface of the substrate except for corner portions up to 5 mm from the edge of the substrate.
이렇게 형성된 고농도 도핑영역은 대략 20Ω/□인 저항값을 나타내었고, 저농도 도핑층은 대략 80∼100Ω/□인 저항값을 나타내었다.The high concentration doped region thus formed exhibited a resistance value of approximately 20 Ω / □, and the low concentration doped layer exhibited a resistance value of approximately 80 to 100 Ω / □.
열처리 후 기판 전면에는 PSG층이 100nm 두께로 잔류하는데 이 PSG층을 제거하기 위해, 기판을 챔버 내에 장착하고 식각가스로서 C2F6 및 O2를 각각 20 sccm으로 챔버 내에 흘려주며 RF power를 500W로 인가하여 플라즈마를 발생시켰다. 이 때 챔버 내부의 압력은 200 mTorr로 하였고, 온도는 50℃로 하였다.After the heat treatment, the PSG layer remains 100 nm thick on the front of the substrate. To remove the PSG layer, a substrate is mounted in the chamber, and C 2 F 6 and O 2 are each flowed into the chamber at 20 sccm as an etching gas, and the RF power is 500W. Was applied to generate a plasma. At this time, the pressure inside the chamber was 200 mTorr, and the temperature was 50 ° C.
그 결과 PSG층은 약 60nm/분의 속도로 식각되고, 모서리 부분의 실리콘 기판은 약 30nm/분의 속도로 식각되었으며, 2분간 플라즈마 식각을 수행한 결과 PSG층을 제거하였고 기판의 전면에 형성된 저농도 도핑층이 기판의 측면으로부터 분리되 면서 에지 아이솔레이션이 실현되었다.As a result, the PSG layer was etched at a rate of about 60 nm / min, the silicon substrate at the edge was etched at a rate of about 30 nm / min, and plasma etching was performed for 2 minutes to remove the PSG layer and the low concentration formed on the front surface of the substrate. Edge isolation is realized as the doped layer is separated from the side of the substrate.
다음, 수광부의 빛반사 손실을 줄여주고, 실리콘 표면의 재결합손실을 줄여주기 위한 반사방지막을 형성하기 위해, 동일 챔버 내에서 연속적으로 PECVD 방법에 의해 기판의 전면에 SiNx를 80nm 두께로 증착하였다. Next, SiNx was deposited to a thickness of 80 nm on the front surface of the substrate by PECVD continuously in the same chamber in order to form an antireflection film for reducing the light reflection loss of the light receiving portion and reducing the recombination loss of the silicon surface.
다음, 후면전극물질인 Al 과 Ag를 함유한 페이스트를 기판의 후면 전체에 프린팅하고, 전면전극이 될 Ag 페이스트를 기판 전면의 고농도 도핑영역 상부에 해당하는 부분에 프린팅한 후, 열처리하여 후면전극 및 전면전극을 형성하였다. Next, a paste containing Al and Ag, which are back electrode materials, is printed on the entire back side of the substrate, and Ag paste, which is to be the front electrode, is printed on a portion corresponding to the upper portion of the high concentration doping region on the front side of the substrate, followed by heat treatment. A front electrode was formed.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 플라즈마 식각 공정으로 PSG층을 제거하면서 에지 아이솔레이션을 동시에 수행하므로, 별도의 에지 아이솔레이션 공정을 수행할 필요가 없어져 태양전지의 공정을 단순화한 효과가 있다. As described above, in the present invention, since edge isolation is simultaneously performed while removing the PSG layer by the plasma etching process, there is no need to perform a separate edge isolation process, thereby simplifying the process of the solar cell.
또한, 종래 PSG층 제거를 위해 수행하였던 불산을 이용한 습식식각을 본 발명의 건식식각으로 대체함으로 인해 공정 비용을 낮추는 효과가 있다. In addition, there is an effect of lowering the process cost by replacing the wet etching using hydrofluoric acid, which was conventionally performed for removing the PSG layer, with the dry etching of the present invention.
그리고 플라즈마를 이용한 PSG층 식각 공정은 대량생산에 적합하므로 대량생산에 유리한 태양전지 제조 방법을 제공하는 효과가 있다. In addition, since the PSG layer etching process using plasma is suitable for mass production, there is an effect of providing a solar cell manufacturing method which is advantageous for mass production.
또한, 선택적인 이미터 구조를 가지는 고효율 태양전지의 제조에 있어서 고농도 도핑영역의 상부에 전극을 형성하기 위한 별도의 전극물질의 정렬 공정이 불필요하므로 공정이 간소화되고 이로 인해 공정 비용이 절감되는 효과가 있다. In addition, in the manufacture of a high efficiency solar cell having an optional emitter structure, a separate electrode material alignment process for forming an electrode on the high concentration doped region is unnecessary, thus simplifying the process and thereby reducing the process cost. have.
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