KR101079027B1 - 광기전력 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며, 상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크다.
광기전력, 수소, 게르마늄

Description

광기전력 장치의 제조 방법{Method for Manufacturing Photovoltaic Device}
본 발명은 광기전력 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양광 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜주는 장치가 광기전력 장치, 즉 태양전지이다. 광기전력 장치는 주로 반도체 접합의 광기전력 현상을 이용한다. 즉, p형과 n형 불순물로 각각 도핑된 반도체 pin 접합에 빛이 입사되어 흡수되면 빛의 에너지가 반도체 내부에서 전자와 홀을 발생시키고 내부 전계에 의해 이들이 분리됨으로써 pin 접합 양단에 광기전력이 발생된다. 이 때 접합 양단에 전극을 형성하고 도선을 연결하면 전극 및 도선을 통하여 외부로 전류가 흐르게 된다.
석유와 같은 기존의 에너지원을 태양광 에너지원으로 대체해 가기 위해서는 광기전력 장치의 안정화 효율이 높아야 하고, 안정화 효율이 높기 위해서는 시간이 지남에 따라 나타나는 광기전력 장치의 열화율은 낮아야 한다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 광기전력 장치의 열화율을 낮추어 안정화 효율을 높이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며, 상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며, 상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크며, 상기 제1 유량값은 증착 시간에 따라 증가하고, 상기 제1 유량값 및 상기 제2 유량값에 의하여 형성되는 상기 수광층의 제1 부층들 및 제2 부층들은 빛이 입사되는 측에서 멀어지도록 형성된다.
본 발명의 광기전력 장치는 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며, 상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크며, 상기 제1 유량값이 유지되는 시간은 증착 시간에 따라 증가하고, 상기 제1 유량값 및 상기 제2 유량값에 의하여 형성되는 상기 수광층의 제1 부층들 및 제2 부층들은 빛이 입사되는 측에서 멀어지도록 형성된다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 원료가스의 유량 제어를 통하여 복수의 층을 포함하는 수광층을 형성함으로써 광기전력 장치의 열화율을 낮추어 안정화 효율을 높일 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명된다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(100)이 준비된다. 기판(100)은 절연성 투명기판(100)일 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 제1 전극(210)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 제1 전극(210)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성될 수 있으며, 산화주석(SnO2)이나 산화아연(ZnO)과 같은 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide)로 이루어질 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 레이저가 제1 전극(210) 측이나 기판(100) 측으로 조사되어 제1 전극(210)이 스크라이브(scribe)된다. 이에 의하여 제1 전극(210)에 제1 분리홈(220)이 형성된다. 즉, 제1 분리홈(220)은 제1 전극(210)을 관통하므로 인접한 제1 전극들(210) 사이의 단락이 방지된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210)과 제1 분리홈(220)을 덮도록 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층(230)이 CVD법으로 적층된다. 이 때 각 광전변환층(230)은 p 타입 반도체층, 수광층 및 n 타입 반도체층을 포함한다. p 타입 반도체층의 형성을 위하여 모노 실란(SiH4)과 같이 실리콘을 포함하는 원료 가스와 B2H6와 같이 3족 원소를 포함하는 원료 가스가 반응실에 혼입되면 CVD법에 따라 p 타입 반도체층이 적층된다. 이후 실리콘을 포함하는 원료 가스가 반응실에 유입되면 CVD법에 따라 수광층이 p 타입 반도체층 상에 형성된다. 수광층의 형성 방법에 대해서는 이후에 상세히 설명된다. 마지막으로 PH3와 같이 5족 원소를 포함하는 반응 가스와 실리콘을 포함하는 원료 가스가 혼입되면 CVD법에 따라 n 타입 반도체층이 진성 반도체층 상에 적층된다. 이에 따라 제1 전극(210) 상에 p 타입 반도체층, 수광층 및 n 타입 반도체층이 순차적으로 적층된다.
본 발명의 실시예에 따른 수광층은 하나의 광전변환층(230)을 포함하는 단일 접합 광기전력 장치에 포함되거나 복수의 광전변환층을 포함하는 다중 접합 광기전력 장치에 포함될 수 있다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 기판(100)측이나 광전변환층(230)측으로 조사되어 광전변환층(230)이 스크라이브된다. 이에 의하여 광전변환층(230)에 제2 분리홈(240)이 형성된다.
도 1f에 도시된 바와 같이, CVD나 스퍼터링 방법으로 광전변환층(230) 및 제2 분리홈(240)을 덮는 제2 전극(250)이 형성된다. 제2 전극(250)은 Al이나 Ag와 같은 금속 전극일 수 있다.
도 1g에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 조사되어 광전변환층(230) 및 제2 전극(250)이 스크라이브된다. 이에 따라 광전변환층(230), 및 제2 전극(250)에 대하여 제3 분리홈(270)이 형성된다.
도 1h에 도시된 바와 같이, 광전변환층(230), 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)을 포함하는 광기전력 셀(200)을 보호하기 위하여 보호층(300)이 라미네이션 공법에 의하여 광기전력 셀(200)의 일부 또는 전부를 덮는다. 보호층(300)은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)를 포함할 수 있다.
이와 같은 공정을 통하여 보호층(300)이 형성된 광기전력 셀(200)이 준비되며, 보호층 상에는 백쉬트(미도시)가 형성될 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 수광층의 제조 방법이 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 수광층을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210) 및 p 타입 반도체층(231) 또는 n 타입 반도체층(235)이 형성된 기판(100)이, 전극 역할을 하는 플레이트(300) 상에 위치한다. 또한 수광층의 형성 공정 이전에 챔버(310) 내부의 불순물을 제거하기 위하여 진공 펌프(320)가 동작하고 이에 따라 앵글 밸브(330)를 통하여 챔버(310) 내부의 불순물이 제거되고, 챔버(310) 내부는 실질적으로 진공 상태가 된다.
챔버(310) 내부가 실질적으로 진공 상태가 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 수소(H2) 및 실란(SiH4)과 같은 원료가스와, 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 유량 조절기들(MFC1, MFC2, MFC3) 및 노즐이 형성된 전극(340)을 통하여 챔버(310) 내로 유입된다.
즉, 제1 유량 조절기(MFC1)를 통하여 수소가 유입되고, 제2 유량 조절 기(MFC2)를 통하여 실란이 유입될 수 있다. 또한 제3 유량 조절기(MFC3)를 통하여 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 유입될 수 있다.
이 때 앵글 밸브(330)는 챔버(310)의 압력이 일정하게 유지되도록 제어된다. 챔버(310)의 압력이 일정하게 유지될 경우 챔버(310) 내의 와류 발생으로 인한 실리콘 파우더의 생성이 방지되고, 증착 조건이 일정하게 유지된다. 수소는 실란의 희석을 위하여 유입되며 스테블러-론스키 효과 (Staebler-Wronski effect)를 감소시킨다.
원료가스들이 유입되고 전원(E)이 전압을 공급하면 전극(340)과 플레이트(300) 사이에 전위차가 발생하므로 원료 가스는 플라즈마 상태가 되어 수광층이 p 타입 반도체층(231) 또는 n 타입 반도체층(235) 상에 증착된다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따라 수광층을 형성하기 위한 원료 가스들의 유량 변화를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간(T)에 따라 제1 유량값(α)과 제2 유량값(β) 사이의 변화를 반복한다. 이 때, 제1 유량값(α)과 제2 유량값(β)은 일정하고, 제1 유량값(α)은 제2 유량값(β)보다 크며, 제2 유량값(β)은 0 이다.
이 때 제1 시점에서의 수소의 유량은 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크다. 이와 같은 수소 유량(A)의 감소 패턴은 다양하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 수광층의 증착이 시작되는 시점부터 제1 유량값(α)과 제2 유량값(β) 변화의 하나 이상의 주기(P) 동안 공급되는 수소 의 유량(A1)은 하나 이상의 주기(P) 이후에 공급되는 수소의 유량(A2)보다 크다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 수광층의 증착이 시작되는 시점부터 제1 유량값(α)과 제2 유량값(β) 변화의 주기(P)마다 수소의 유량(A1, A2, A3, …)이 감소할 수 있다. 또한 도 3c에 도시된 바와 같이, 수소의 유량은 증착 시간(T)에 따라 점진적으로 감소할 수 있다.
이와 같은 수소 유량의 변화에 대해서는 이후에 상세히 설명된다.
도 3a 내지 도 3c에서는 수소 유량이 변화하고, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β)은 일정하다. 반면에 도 3d 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 수소 유량은 도 3a 내지 도 3c에서와 같이 감소하나 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 제1 유량값(α)이 증가하거나 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1)은 증가할 수 있다.
즉, 도 3d 내지 도 3f에 도시된 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 공급 패턴은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 수소 유량 변화의 패턴들 중 하나에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이 수소 유량이 변하고 도 3d 내지 도 3f에 도시된 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 공급 패턴들 중 하나에 따라 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 공급될 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료 가스의 유량은 증착 시간(T)에 따라 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β=0) 사이의 변화를 반복하며, 제1 유량값(α) 은 증착 시간(T)의 변화에 따라 증가한다.
이 때, 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 변화의 한 주기(P) 동안 제1 유량 값(α)이 유지되는 시간(t1)과 제2 유량값(β)이 유지되는 시간(t2)은 증착 시간(T)의 변화에 따라 일정하다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간(T)에 따라 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β=0) 사이의 변화를 반복하며, 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 변화의 한 주기(P) 동안 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1) 은 증착 시간(T)의 변화에 따라 증가한다.
이 때, 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β)은 증착 시간(T)의 변화에 따라 일정하고, 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 변화의 한 주기(P) 동안 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1)과 제2 유량값(β)이 유지되는 시간(t2)의 비는 증착 시간(T)의 변화에 따라 일정하다.
도 3f에 도시된 바와 같이, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간(T)에 따라 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 사이의 변화를 반복한다. 이 때, 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 변화의 한 주기(P) 동안 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1) 은 증착 시간(T)의 변화에 따라 증가하며, 제1 유량값(α) 은 증착 시간(T)의 변화에 따라 증가한다.
제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β) 변화의 한 주기(P) 동안 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1)과 제2 유량값(β)이 유지되는 시간(t2)의 비는 증착 시간(T)의 변화에 따라 일정하다.
게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량이 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β=0)을 반복할 경우, 도 4와 같이 복수의 부층들(sub- layers)(233a, 233b)을 포함하는 수광층(233)이 p 타입 반도체층(231) 또는 n 타입 반도체층(235) 상에 형성된다. 즉, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량이 증가할수록 결정성이 떨어지고 증착속도가 감소하는 반면, 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량이 감소할수록 결정성 및 증착속도는 증가하다.
따라서, 제2 유량값으로 공급되는 기간 동안 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 공급되지 않으므로 제2 부층(233b)은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si:H)으로 이루어진다. 이 때 제2 부층(233b)의 마이크로 결정질 실리콘 사이에는 결정 실리콘 입자(crystalline silicon grain)가 박혀 있는 비정질 실리콘 네트워크(a-Si:H)가 형성된다.
또한 제1 부층(233a)은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 공급되므로 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe:H)으로 이루어질 수 있다. 제1 부층(233a)의 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄 사이에는 결정 실리콘 입자(crystalline silicon grain)가 박혀 있는 비정질 실리콘 게르마늄 네트워크(a-SiGe:H)가 형성된다.
여기서 수소 희석비가 기준값 이상이 되면 수소화된 비정질 실리콘상이 아닌 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄이나 마이크로 결정질 실리콘과 같은 마이크로 결정질 실리콘상이 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)은 광학적 밴드갭이 작으므로 장파장 영역의 빛을 용이하게 흡수할 수 있다.
이에 따라 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어지는 제2 부층(233b)과, 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄으로 이루어진 제1 부층(233a)은 이 중 또는 삼중 접합 광기전력 장치의 바텀 셀의 수광층에 포함될 수 있다.
이와 같이 복수의 부층들(233a, 233b)을 포함하는 수광층(233)이 형성될 경우 초기 효율 및 안정화 효율의 차이인 열화율이 감소하므로 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 높은 안정화 효율을 지닐 수 있다.
즉, 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)만으로 이루어진 수광층보다는 본 발명의 실시예와 같이 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)이 교대로 형성되고, 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)에 각각 비정질 실리콘 게르마늄 네트워크(a-SiGe:H) 및 비정질 실리콘 네트워크(a-Si:H)가 수소희석에 의하여SRO(Short-Range-Order) 및 MRO(Medium-Range-Order)가 향상되므로 수광층(233)의 열화가 빠르고 안정화 효율이 높아진다. 즉, 수광층(233)이 마이크로 결정 실리콘 게르마늄 단일막으로 이루어진 경우에 비해서 제2 부층(233b)의 수소화된 마이크로 결정질 실리콘이 제1 부층(233a)의 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄 사이사이를 채우고 있어서 증착 속도가 빠르고 게르마늄에 의한 수광층(233)의 결함밀도 증가를 억제할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이 제2 부층(233b)은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어지고, 제1 부층(233a)은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄으로 이루어진다. 이 때 본 발명의 실시예와 같이 수소 유량이 도 3a 내지 도 3c와 같이 증착 시간에 따라 변하는 것은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 이전에 형성되는 인큐베이션 막(incubation layer)을 최대한 얇게 하기 위해서이다.
즉, 수소화된 마이크로 결정질 실리콘이 형성되는 과정에서 비정질 실리콘으 로 이루어진 인큐베이션막이 형성된다. 비정질 실리콘은 캐리어의 재결합이 증가하여 효율을 떨어뜨리므로 인큐베이션막은 가능한 얇아야 한다. 수소의 유량이 증가하면 결정성이 증가하므로 본 발명의 실시예에서는 제1 시점에서의 수소의 유량이 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크다. 이에 따라 인큐베이션막의 두께가 감소하므로 광기전력 장치의 효율이 증가할 수 있다.
또한, 도 3e 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 증착 시간(T)에 따라 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 제1 유량값(α)이나, 제1 유량값(α)이 유지되는 시간(t1)이 증가한다. 이와 같은 제1 유량값(α) 및 제2 유량값(β)에 의하여 형성되는 수광층(233)의 제1 부층들(233a) 및 제2 부층들(233b)은 빛이 입사되는 측에서 멀어지도록 형성된다. 이에 따라 빛이 입사되는 측에서 멀어질수록 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)의 광학적 밴드갭이 점차로 감소한다.
에너지 밀도가 높은 특정 파장 영역의 빛은 투과 깊이(penetration depte)가 작고, 에너지 밀도가 높은 특정 파장 영역의 빛을 흡수하기 위해서는 광학적 밴드갭이 커야 한다.
따라서 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료 가스의 유량이 작을수록 광학적 밴드갭이 커지므로 도 3d 내지 도 3f와 같이 공급되는 원료가스에 의하여 빛이 입사되는 측에서 가까운 부층들(233a, 233b)이 상대적으로 큰 광학적 밴드갭을 지니게 된다. 이에 따라 빛이 입사되는 측에서 가까운 부층들(233a, 233b)이 특정 파장 영역의 빛을 최대한 많이 흡수한다.
또한 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소를 포함하는 원료 가스의 유량이 클수 록 빛이 입사되는 측에서 먼 부층들(233a, 233b)이 상대적으로 작은 광학적 밴드갭을 지니게 된다. 이에 따라 빛이 입사되는 측에서 먼 부층들(233a, 233b)이 상기 특정 파장 이외의 영역의 빛을 최대한 많이 흡수한다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 플라즈마 화학 기상 증착 방법에서 전원(E)이 공급하는 전압의 주파수는 13.56 MHz 이상일 수 있다. 전원(E)이 공급하는 전압의 주파수가 27.12 MHz 이상일 경우 증착률이 향상된다. 이에 따라 비정질 실리콘으로 이루어진 인큐베이션막의 두께가 더욱 얇아질 수 있다.
장파장 영역의 빛을 흡수하기 위하여 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄과 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어진 수광층(233)의 광학적 밴드갭은 0.9 eV 이상 1.3 eV 이하일 수 있고, 게르마늄 평균 함량은 0 atomic % 보다 크고 15 atomic % 이하일 수 있다.
수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄과 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어진 수광층(233) 의 두께는 0.5 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하일 수 있다. 수광층(233) 의 두께가 0.5 ㎛보다 작으면 수광층(233)의 기능을 하지 못하고 1.0 ㎛ 보다 크면 수광층(233) 의 두께가 너무 두꺼워져 효율이 떨어진다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 수광층(233)의 광학적 밴드갭이 0.9 eV 이상 1.3 eV 이하로 작으므로 수광층(233)은 0.5 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하의 얇은 두께를 가지고도 장파장 영역의 빛을 용이하게 흡수할 수 있다.
또한 0.9 eV 이상 1.3 eV 이하의 광학적 밴드갭이 형성되기 위해서는 게르마늄과 같은 비실리콘계 원소의 함량이 증가해야 한다. 게르마늄의 경우 함량이 증가 하면 증착률이 떨어져 택 타임(tact time)이 현저히 증가한다. 본 발명의 실시예의 경우 게르마늄이 공급되지 않는 상태에서 제2 부층(233b)이 반복적으로 형성되므로 게르마늄 평균 함량이 0 atomic % 보다 크고 15 atomic % 이하로 작더라도 0.9 eV 이상 1.3 eV 이하의 광학적 밴드갭이 형성될 수 있다.
수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어지는 제2 부층(233b)의 두께는 20 nm 이상일 수 있다. 제2 부층(233b)의 두께는 20 nm 보다 작으면 수소화된 마이크로 결정질 실리콘의 형성이 어려워져 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)을 포함하는 수광층(233)의 효과를 얻기 힘들다.
앞서 설명된 바와 같이 수광층(233)의 두께는 0.5 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하일 수 있다. 또한 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)을 포함하는 수광층(233)이 그 역할을 만족하기 위해서는 5 주기(p) 이상 10 주기 이하일 수 있다. 따라서 한 주기(p) 동안 게르마늄이 제1 유량값(α)과 제2 유량값(β=0)으로 공급될 때 제1 부층(233a) 및 제2 부층(233b)의 두께의 합이 50 nm 이상 100 nm 이하일 수 있다.
수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄과 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어진 수광층(233)의 평균결정체적분율은 30 % 이상 60 % 이하일 수 있다. 평균결정체적분율은 30 % 보다 작을 경우, 비정질 실리콘이 많이 생성되어 캐리어의 재결합 증가로 인한 효율 저하가 발생할 수 있다. 또한, 평균결정체적분율은 60 % 보다 클 경우, 결정질 물질의 결정 입계의 볼륨이 커져서 결정 결함(defect)이 많아져 재결합이 증가할 수 있다.
수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄과 수소화된 마이크로 결정질 실 리콘으로 이루어진 수광층(233)의 평균 산소 함량은 1.0 × 1020 atoms/cm3 이하일 수 있다. 수광층(233)의 평균 산소 함량은 1.0 × 1020 atoms/cm3 보다 크면 광전변환 효율이 낮아진다.
본 발명의 실시예에서는 제1 부층(233a)이 먼저 형성되었으나 제2 부층(233b)이 제1 부층(233a)에 비하여 먼저 형성될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 수광층을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따라 수광층을 형성하기 위한 원료 가스들의 유량 변화를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 포함된 복수의 부층들을 포함하는 수광층을 나타낸다.

Claims (18)

  1. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며,
    비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며,
    상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 큰 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  2. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며,
    비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며,
    상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크며,
    상기 제1 유량값은 증착 시간에 따라 증가하고,
    상기 제1 유량값 및 상기 제2 유량값에 의하여 형성되는 상기 수광층의 제1 부층들 및 제2 부층들은 빛이 입사되는 측에서 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  3. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    챔버 내에서 상기 제1 전극 상에, 수광층을 포함하는 하나 이상의 광전변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 수광층이 형성되는 동안 상기 챔버에 공급되는 실란의 유량은 일정하며,
    비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스의 유량은 증착 시간에 따라 제1 유량값 및 제2 유량값 사이의 변화를 반복하며,
    상기 챔버에 유입되는 제1 시점에서의 수소의 유량은 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서의 수소의 유량보다 크며,
    상기 제1 유량값이 유지되는 시간은 증착 시간에 따라 증가하고,
    상기 제1 유량값 및 상기 제2 유량값에 의하여 형성되는 상기 수광층의 제1 부층들 및 제2 부층들은 빛이 입사되는 측에서 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유량값은 0인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비실리콘계 원소는 게르마늄인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유량값과 상기 제2 유량값 변화의 하나 이상의 주기 동안 공급되는 상기 수소의 유량은 상기 하나 이상의 주기 이후에 공급되는 상기 수소의 유량보다 큰 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유량값과 상기 제2 유량값 변화의 주기마다 상기 수소의 유량이 감소하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소의 유량은 증착 시간에 따라 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층은 복수의 제1 부층들 및 제2 부층들을 포함하며,
    상기 복수의 제1 부층들 및 제2 부층들은 빛이 입사되는 측에 가까울수록 큰 광학적 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 게르마늄을 포함할 경우, 상기 수광층의 평균 게르마늄 함량은 0 atomic % 보다 크고 15 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층의 광학적 밴드갭이 0.9 eV 이상 1.3 eV 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층의 형성시 상기 챔버에 공급되는 전압의 주파수는 27.12 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 게르마늄을 포함하며,
    상기 수광층은 상기 제1 유량값으로 상기 원료가스가 공급되는 동안 형성되는 제1 부층과, 상기 제2 유량값으로 상기 원료가스가 공급되는 동안 형성되는 제2 부층을 포함하고,
    상기 제2 부층은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘으로 이루어지고,
    상기 제1 부층은 수소화된 마이크로 결정질 실리콘 게르마늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층의 두께는 0.5 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층은 상기 제1 유량값으로 상기 원료가스가 공급되는 동안 형성되는 제1 부층과, 상기 제2 유량값으로 상기 원료가스가 공급되는 동안 형성되는 제2 부층을 포함하고,
    한 주기 동안 형성되는 상기 제1 부층 및 상기 제2 부층의 두께의 합은 50 nm 이상 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비실리콘계 원소를 포함하는 원료가스가 게르마늄을 포함하며,
    상기 제1 유량값은 상기 제2 유량값보다 크고 상기 제2 유량값은 0이며,
    상기 수광층의 평균결정체적분율은 30 % 이상 60 % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광층의 평균 산소 함량은 1.0 × 1020 atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
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