KR101089992B1 - Method for forming selective emitter in a solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 확산 공정시 형성되는 PSG(phosphorous silicate glass)막 또는 BSG(boro-silicate glass)막을 도펀트층으로 이용함과 함께 식각 페이스트 등을 이용하여 마스크 패턴을 형성함으로써 용이하게 고농도 에미터를 형성할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of forming a selective emitter of a solar cell, and more particularly, an etching paste and the like using a PSG (phosphorous silicate glass) film or a BSG (boro-silicate glass) film formed during a diffusion process. The present invention relates to a method for forming a selective emitter of a solar cell that can easily form a high concentration emitter by forming a mask pattern.
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 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. A solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction. In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, when solar light is incident on the pn junction of solar cells, electron-hole pairs are generated, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 둘레에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다. Referring to the structure of the solar cell, as shown in FIG. 1, an n-
한편, 상기 전면전극(104)은 통상 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성하는데, 실리콘 기판 표면 즉, n형 반도체층(102)과 전면전극(104) 사이의 접촉 저항이 높은 문제점이 있다. 이를 해소하기 위해, 전면전극(104)이 형성되는 부위에 국부적으로 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도의 에미터(emitter)(105)를 형성하는 이른바, 선택적 에미터 형성방법이 제시된 바 있다. On the other hand, the
종래의 선택적 에미터를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 대표적인 방법으로, 확산 공정을 통해 n형 반도체층을 형성한 다음, 기판 상에 고농도 에미터가 형성될 부위를 선택적으로 노출하는 마스크 패턴을 형성하고, 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터를 형성하는 방법이 있다. 이 때, 마스크 패턴은 기판 상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 마스크층을 적층한 다음, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성하거나 레이저 융발(laser ablation)을 통해 형성할 수 있다. 이와 같은 방법은 마스크 패턴 형성을 위해 별도의 마스크층 증착 공정이 요구됨과 함께 패터닝을 위한 포토리소그래피 공정 또는 레이저 융발 공정이 필요하다는 단점이 있다.
A method of forming a conventional selective emitter is described as follows. In a representative method, an n-type semiconductor layer is formed through a diffusion process, a mask pattern for selectively exposing a region where a high concentration emitter is to be formed is formed on a substrate, and a high concentration emitter is formed by implanting a high concentration of impurity ions. There is a way. In this case, the mask pattern may be formed by stacking a mask layer made of a silicon oxide film or a silicon nitride film on a substrate, and then patterning the same through a photolithography process and an etching process or by laser ablation. Such a method has a disadvantage in that a separate mask layer deposition process is required to form a mask pattern and a photolithography process or a laser fusion process for patterning is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 확산 공정시 형성되는 PSG(phosphorous silicate glass)막 또는 BSG(boro-silicate glass)막을 도펀트층으로 이용함과 함께 식각 페이스트 등을 이용하여 마스크 패턴을 형성함으로써 용이하게 고농도 에미터를 형성할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, using a PSG (phosphorous silicate glass) film or BSG (boro-silicate glass) film formed during the diffusion process as a dopant layer and using a mask pattern using an etching paste, etc. It is an object of the present invention to provide a method for forming a selective emitter of a solar cell that can easily form a high concentration emitter by forming a.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 확산시켜 제 2 도전형의 반도체층을 형성함과 함께, 상기 기판 표면 상에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온과 실리콘 기판이 반응한 확산 부산물층을 형성하는 단계 및 상기 확산 부산물층을 선택적으로 패터닝하여 고농도 에미터가 형성될 부위에 도펀트 공급층을 형성하는 단계와, 상기 도펀트 공급층을 열처리하여 상기 도펀트 공급층 내의 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 반도체층으로 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a method of forming a selective emitter of a solar cell according to the present invention includes preparing a silicon substrate of a first conductivity type, and diffusing a second conductivity type impurity ions into the substrate. And forming a diffusion byproduct layer in which the second conductive impurity ions and the silicon substrate react on the surface of the substrate, and selectively patterning the diffusion byproduct layer to form a high concentration emitter. Forming a dopant supply layer at a portion to be formed, and heat treating the dopant supply layer to diffuse the second conductivity type impurity ions in the dopant supply layer to the second conductivity type semiconductor layer to form a high concentration emitter. Characterized in that comprises a step.
상기 도펀트 공급층을 형성하는 단계는, 고농도 에미터가 형성될 부위 이외의 확산 부산물층 상에 식각 페이스트를 선택적으로 도포하는 과정과, 기판을 가열하여 식각 페이스트가 도포된 부위의 확산 부산물층을 식각, 제거하여, 고농도 에미터가 형성될 부위에만 확산 부산물층을 잔존시켜 도펀트 공급층을 형성하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다. The forming of the dopant supply layer may include selectively applying an etching paste onto a diffusion byproduct layer other than a portion where a high concentration emitter is to be formed, and heating the substrate to etch the diffusion byproduct layer at the portion where the etching paste is applied. It can be configured to include a process of forming a dopant supply layer by removing the diffusion byproduct layer only at the site where the high concentration emitter is to be formed.
또한, 상기 도펀트 공급층을 형성하는 단계는, 고농도 에미터가 형성될 부위의 확산 부산물층 상에 마스크 패턴을 형성하는 과정과, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 마스크 패턴이 도포되지 않은 부위의 확산 부산물층을 습식식각함으로써 도펀트 공급층을 형성하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 함께, 상기 마스크 패턴은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스핀 코팅 중 어느 한 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 마스크 패턴의 도포 후 열 또는 자외선을 이용하여 마스크 패턴을 경화하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
The forming of the dopant supply layer may include forming a mask pattern on the diffusion byproduct layer of the portion where the high concentration emitter is to be formed, and using the mask pattern as an etching mask. It may comprise the step of forming a dopant supply layer by wet etching the diffusion byproduct layer. In addition, the mask pattern may be formed using any one of screen printing, inkjet printing, and spin coating, and after applying the mask pattern, the solar cell may be cured by using heat or ultraviolet rays. Selective emitter formation method.
본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다. The selective emitter forming method of the solar cell according to the present invention has the following effects.
확산 공정의 부산물인 PSG막 또는 BSG막을 도펀트 공급층으로 이용하여 고농도 에미터를 형성함에 따라, 공정 수를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
By using a PSG film or BSG film, which is a byproduct of the diffusion process, as a dopant supply layer, a high concentration emitter is formed, thereby significantly reducing the number of processes.
도 1은 일반적인 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도. 1 is a cross-sectional view of a typical solar cell.
2 is a flow chart illustrating a method of forming a selective emitter of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a selective emitter of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for forming a selective emitter of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
5A to 5D are cross-sectional views illustrating a method of forming a selective emitter of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명한다. Hereinafter, a method of forming a selective emitter of a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a method of forming a selective emitter of a solar cell according to a first embodiment of the present invention will be described.
도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201), 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 상부면에 요철(302)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다. As shown in FIGS. 2 and 3A, a
텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 확산공정을 실시하여 반도체층을 형성한다(S203). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산(diffusion)되도록 한다. 이를 통해, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)의 상층부에 반도체층(303)이 형성되며, 기판(301)의 하층부 및 측면부에도 인(P) 이온이 확산되어 반도체층이 형성될 수 있다. In the state where the texturing process is completed, a diffusion process is performed to form a semiconductor layer (S203). Specifically, the
한편, 상기 n형 불순물 이온의 확산 공정은 상술한 바와 같은 기상의 가스를 이용하는 방법 이외에, n형 불순물 이온이 포함된 용액 예를 들어, 인산(H3PO4) 용액 내에 상기 실리콘 기판(301)을 침적시키고 후속의 열처리를 통해 인(P) 이온이 기판(301) 내부에 확산되도록 하여 반도체층(303)을 형성하는 방법을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 제 2 도전형 불순물 이온이 p형일 경우, 상기 반도체층(303)을 형성하는 불순물 이온은 붕소(B)일 수 있다. On the other hand, the diffusion process of the n-type impurity ions, in addition to the method using a gaseous gas as described above, the
상기 확산공정으로 인해, 기판(301) 내부에 반도체층(303)이 형성됨과 함께 기판(301) 표면에는 PSG(phosphor-silicate glass)막이 형성된다(도 3b 참조). 상기 PSG막은 n형 불순물 이온(인(P) 이온)과 실리콘 기판(301)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 것이다. 이 때, 제 2 도전형 불순물 이온으로 p형인 붕소(B)가 사용되는 경우에는 상기 PSG막 대신 붕소(B)와 실리콘(Si) 등이 반응하여 생성된 BSG(boro-silicate glass)막이 형성될 수 있다. 이하의 설명에서, 상기 확산 공정에 의해 형성된 PSG막 또는 BSG막을 확산 부산물층(304)이라 칭하기로 한다. Due to the diffusion process, a
이와 같이 기판(301) 상에 확산 부산물층(304) 즉, PSG막 또는 BSG막이 형성된 상태에서, As such, in a state in which the
고농도 에미터가 형성될 부위 이외의 확산 부산물층(304) 상에 식각 페이스트(305)를 선택적으로 도포한다(S204). 그런 다음, 기판을 일정 온도로 가열하면 식각 페이스트(305)가 도포된 부위의 확산 부산물층(304)은 식각, 제거되며(도 3c 참조) 이에 따라, 고농도 에미터가 형성될 부위에만 확산 부산물층(304)이 잔존하게 된다. 이 때, 잔존하는 확산 부산물층은 도펀트 공급층(306)으로서의 역할을 하며, 이하에서는 도펀트 공급층(306)이라 칭하기로 한다. The
이와 같은 상태에서, 선택적 에미터 형성을 위한 열처리 공정을 진행하여 도펀트 공급층(306) 내의 인(P) 이온 또는 붕소(B) 이온이 상기 반도체층(303)을 향하여 확산되도록 한다. 상기 도펀트 공급층(306) 내의 인(P) 이온 또는 상기 BSG막 내의 붕소(B) 이온의 확산에 의해 고농도 에미터(307)가 선택적으로 형성된다. In such a state, a heat treatment process for forming a selective emitter is performed to allow phosphorus (P) ions or boron (B) ions in the
상기 고농도 에미터(307)가 형성된 상태에서 상기 도펀트 공급층(306)을 제거하면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 완료된다.
If the
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기로 한다. Next, a method of forming a selective emitter of a solar cell according to a second embodiment of the present invention will be described.
도 5a 내지 도 5b에 도시한 기판의 준비, 텍스쳐링에 의한 요철 형성 및 확산 공정을 통한 반도체층의 형성은 제 1 실시예와 동일하게 진행되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The preparation of the substrate shown in FIGS. 5A to 5B, the formation of the unevenness by texturing, and the formation of the semiconductor layer through the diffusion process are performed in the same manner as in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
확산 공정에 의해 반도체층이 형성됨과 함께 기판(301) 표면 상에 확산 부산물층(304)이 형성된 상태에서, 고농도 에미터가 형성될 부위의 확산 부산물층(304) 상에 마스크 패턴(501)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(501)은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스핀 코팅 중 어느 한 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 마스크 패턴(501)의 도포 후 열 또는 자외선을 이용하여 마스크 패턴(501)을 경화한다. 그런 다음, 상기 마스크 패턴(501)을 식각 마스크로 이용하여 마스크 패턴(501)이 도포되지 않은 부위의 확산 부산물층(304)을 습식식각하여 제거한다. 이를 통해 고농도 에미터가 형성될 부위에만 확산 부산물층(304)이 잔존하게 되며, 이는 제 1 실시예와 마찬가지로 도펀트 공급층(306)의 역할을 수행하게 된다. In the state where the semiconductor layer is formed by the diffusion process and the
이와 같은 상태에서, 선택적 에미터 형성을 위한 열처리 공정을 진행하여 도펀트 공급층(306) 내의 인(P) 이온 또는 붕소(B) 이온이 상기 반도체층(303)(303)을 향하여 확산되도록 한다. 상기 도펀트 공급층(306) 내의 인(P) 이온 또는 상기 BSG막 내의 붕소(B) 이온의 확산에 의해 고농도 에미터(307)가 선택적으로 형성된다. 상기 고농도 에미터가 형성된 상태에서 상기 도펀트 공급층(306)을 제거하면 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 완료된다.
In this state, a heat treatment process for forming a selective emitter is performed to allow phosphorus (P) ions or boron (B) ions in the
301 : 기판 302 : 요철
303 : 반도체층 304 : 확산 부산물층
305 : 식각 페이스트 306 : 도펀트 공급층
307 : 고농도 에미터301: substrate 302: irregularities
303
305: etching paste 306: dopant supply layer
307 high concentration emitter
Claims (4)
상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 확산시켜 제 2 도전형의 반도체층을 형성함과 함께, 상기 기판 표면 상에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온과 실리콘 기판이 반응한 확산 부산물층을 형성하는 단계; 및
상기 확산 부산물층을 선택적으로 패터닝하여 고농도 에미터가 형성될 부위에 도펀트 공급층을 형성하는 단계;
상기 도펀트 공급층을 열처리하여 상기 도펀트 공급층 내의 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 반도체층으로 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
Preparing a silicon substrate of a first conductivity type;
The second conductive type impurity ions are diffused into the substrate to form a second conductive semiconductor layer, and a diffusion byproduct layer in which the second conductive type impurity ions react with the silicon substrate is formed on the substrate surface. Doing; And
Selectively patterning the diffusion byproduct layer to form a dopant supply layer at a site where a high concentration emitter is to be formed;
Heat treating the dopant supply layer to diffuse the second conductivity type impurity ions in the dopant supply layer to the second conductivity type semiconductor layer to form a high concentration emitter. Selective emitter formation method.
고농도 에미터가 형성될 부위 이외의 확산 부산물층 상에 식각 페이스트를 선택적으로 도포하는 과정과,
기판을 가열하여 식각 페이스트가 도포된 부위의 확산 부산물층을 식각, 제거하여, 고농도 에미터가 형성될 부위에만 확산 부산물층을 잔존시켜 도펀트 공급층을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
The method of claim 1, wherein forming the dopant supply layer,
Selectively applying an etching paste onto the diffusion byproduct layer other than the site where the high concentration emitter is to be formed;
And heating the substrate to etch and remove the diffusion byproduct layer of the portion where the etch paste is applied, to form a dopant supply layer by remaining the diffusion byproduct layer only in the portion where the high concentration emitter is to be formed. Selective Emitter Formation Method of Solar Cell.
고농도 에미터가 형성될 부위의 확산 부산물층 상에 마스크 패턴을 형성하는 과정과,
상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 마스크 패턴이 도포되지 않은 부위의 확산 부산물층을 습식식각함으로써 도펀트 공급층을 형성하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
The method of claim 1, wherein forming the dopant supply layer,
Forming a mask pattern on the diffusion byproduct layer at the site where the high concentration emitter is to be formed;
And forming a dopant supply layer by wet etching the diffusion byproduct layer of the portion of the mask pattern to which the mask pattern is not applied, using the mask pattern as an etching mask.
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