KR101112494B1 - 광기전력 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 챔버 내에서 형성하며, 미리 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 상기 챔버 내로 유입되며, 상기 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감하는 것을 특징으로 한다.

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 pn 접합에 빛이 입사되어 흡수되면 빛의 에너지가 반도체 내부에서 전자와 홀을 발생시키고 내부 전계에 의해 이들이 분리됨으로써 pn 접합 양단에 광기전력이 발생된다. 이 때 접합 양단에 전극을 형성하고 도선을 연결하면 전극 및 도선을 통하여 부하에 전류가 흐르게 된다.

석유와 같은 기존의 에너지원을 태양광 에너지원으로 대체해 가기 위해서는 시간이 지남에 따라 나타나는 광기전력 장치의 열화율은 낮고 안정화 효율은 높아야 한다.

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 광기전력 장치의 열화율을 낮추고 안정화 효율은 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 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 챔버 내에서 형성하며, 미리 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 상기 챔버 내로 유입되며, 상기 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 챔버 내에서 형성하며, 상기 활성층이 형성되도록 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 혼합되어 상기 챔버 내로 유입되고, 상기 챔버 내에서 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 부층과, 결정질 실리콘 입자를 포함하는 프로토 결정질 실리콘으로 이루어진 제2 부층을 포함하는 활성층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 광기전력 장치의 활성층의 특성을 향상시켜 열화율은 낮추고 안정화 효율을 높일 수 있다.

도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 활성층을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 활성층을 형성하기 위한 가스들의 유량 변화를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 포함된 복수의 부층들을 포함하는 활성층을 나타낸다.
도 9는 프로토 결정질 실리콘층으로 이루어진 활성층을 나타낸다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명된다.

도 1a 내지 도 1g는 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)법 또는 PVD (Physical Vapor Deposition)법 등으로 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 분리하므로 인접한 제1 전극들(210) 사이의 단락이 방지된다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210)과 제1 분리홈(220)을 덮도록 활성 반도체층(active semiconductor layer)(이하, 활성층이라 한다.)을 포함하는 하나 이상의 광기전력층(230)이 CVD법으로 적층된다. 이 때 각 광기전력층(230)은 제1 불순물 반도체층, 활성층 및 제2 불순물 반도체층을 포함할 수 있다. 제1 불순물 반도체층이 p 타입 반도체층일 경우, 제2 불순물 반도체층은 n 타입 반도체층일 수 있다. 또한 제1 불순물 반도체층이 n 타입 반도체층일 경우, 제2 불순물 반도체층은 p 타입 반도체층일 수 있다.

p 타입 반도체층의 형성을 위하여 모노 실란(SiH₄)과 같이 실리콘을 포함하는 원료 가스, Ⅲ족 원소인 붕소(B)를 포함하는 B₂H₆와 같은 도핑 가스와 수소 희석을 위한 수소 가스(H₂)가 챔버에 혼입되면 CVD법에 따라 p 타입 반도체층이 형성된다. 활성층의 형성을 위하여 실리콘을 포함하는 원료 가스와 수소 희석을 위한 수소 가스(H₂)가 미리 혼합되어 챔버에 유입되면 CVD법에 따라 활성층이 형성된다. 활성층의 형성 방법에 대해서는 이후에 상세히 설명된다. n 타입 반도체층의 형성을 위하여 Ⅴ족 원소 인(P)를 포함하는 PH₃와 같은 도핑 가스, 실리콘을 포함하는 원료 가스 및 수소 희석을 위한 수소 가스(H₂)가 혼입되면 CVD법에 따라 n 타입 반도체층이 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 활성층은 하나의 광기전력층(230)을 포함하는 단일 접합 광기전력 장치에 포함되거나 복수의 광기전력층을 포함하는 다중 접합 광기전력 장치에 포함될 수 있다.

도 1e에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 기판(100)측이나 광기전력층(230)측으로 조사되어 광기전력층(230)이 스크라이브된다. 이에 의하여 광기전력층(230)에 제2 분리홈(240)이 형성된다.

도 1f에 도시된 바와 같이, CVD나 PVD 방법으로 광기전력층(230) 및 제2 분리홈(240)을 덮는 제2 전극(250)이 형성된다. 제2 전극(250)은 Al이나 Ag와 같은 금속이거나 ZnO와 같은 투명 전도성 산화물일 수 있다. 또한 ZnO/Ag, ZnO/Al, ZnO/Ag/Al과 같은 다층 전극일 수도 있다.

도 1g에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 조사되어 광기전력층(230) 및 제2 전극(250)이 스크라이브된다. 이에 따라 광기전력층(230), 및 제2 전극(250)에 대하여 제3 분리홈(270)이 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 p-i-n 타입 또는 n-i-p 타입 광기전력 장치일 수 있다. p-i-n 타입 광기전력 장치는 p 타입 반도체층, 활성층 및 n 타입 반도체층이 순차적으로 적층되고, n-i-p 타입 광기전력 장치에서는 n 타입 반도체층, 활성층 및 p 타입 반도체층이 순차적으로 적층된다.

다음으로 도면을 참조하여 활성층의 제조 방법이 상세히 설명된다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 활성층을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210) 및 광기전력층(230)의 제1 불순물 반도체층(231)이 형성된 기판(100)이, 전극 역할을 하는 히팅 플레이트(heating plate)(400) 상에 위치한다. 또한 활성층의 형성 공정 이전에 챔버(410) 내부의 불순물을 제거하기 위하여 진공 펌프(420)가 동작한다. 이에 따라 밸브(430)를 통하여 챔버(410) 내부의 불순물을 포함한 잔류 가스가 배기되고, 챔버(410) 내부는 실질적으로 고진공 상태가 된다.

챔버(410) 내부가 실질적으로 고진공 상태가 되면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 수소 희석비의 증감이 반복되도록 미리 혼합된 실리콘 함유 원료 가스와 수소 가스가 챔버(410) 내부로 유입된다. 즉, 실리콘을 포함하는 원료 가스와 수소 가스는 개별적으로 챔버(410) 내로 유입된 후 챔버(410) 내에서 혼합되는 것이 아니라 챔버(410)로 유입되기 전에 혼합되어 챔버(410) 내로 유입된다. 이 때 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감하나 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하게 유지될 수 있다.

수소 희석비는 실리콘을 포함하는 원료 가스의 유량에 대한 수소 가스 유량의 비이다. 수소는 실란과 같은 실리콘 포함 원료 가스의 희석을 위하여 유입되며 스테블러-론스키 효과(Staebler-Wronski effect)를 감소시킨다.

제1 유량 조절기(MFC1)는 실리콘 포함 원료 가스의 유량을 조절하고, 제2 유량 조절기(MFC2)는 수소 가스의 유량을 조절한다. 혼합 파이프(450)는 제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)와, 챔버(410) 사이에 위치한다. 즉, 혼합 파이프(450)의 일단은 제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)와 연결되고, 혼합 파이프(450)의 타단은 챔버(410)와 연결된다. 제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)로부터 혼합 파이프(450)로 각각 유입된 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스는 챔버 내로 유입되기 이전에 혼합 파이프(450) 내에서 미리 혼합되며, 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스의 혼합 가스는 혼합 파이프(450)를 통하여 챔버(410)로 유입된다.

이 때 본 발명의 실시예에서 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감하나 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 실리콘 포함 원료 가스 및 수소 가스 중 하나의 유량이 감소하면 감소한 유량만큼 다른 하나의 유량이 증가할 수 있다. 예를 들어, 수소 가스 유량의 감소량 또는 증가량만큼 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 증가 또는 감소할 수 있다.

이와 같이 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 일정하므로 챔버(410) 내의 압력은 활성층이 형성되는 동안 일정하게 유지될 수 있다.

이와 같은 가스들의 유량 변화는 제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)의 동작에 의하여 제어되며 밸브(430) 역시 챔버(410) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 혼합 가스를 배출한다.

수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 변화하더라도 미리 혼합되어 챔버(410)에 유입되는 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 일정할 경우 챔버(410) 내부에서 발생하는 난류가 방지될 수 있고, 난류 발생으로 인한 실리콘 미세분진(powder)의 생성이 억제되며, 활성층의 증착 조건이 일정하게 유지된다.

또한 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스가 챔버(410) 내에서 혼합되는 것이 아니라 혼합 파이프(450) 내에서 혼합된 후 챔버(410) 내로 유입되므로 가스들이 챔버(410) 내에서 불완전하게 혼합됨으로써 발생하는 활성층의 막질 저하를 방지할 수 있다.

수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 혼합은 도 2a에 도시된 바와 같이 혼합 파이프(450) 안에서 이루어질 수도 있고, 도 2b에 도시된 바와 같이 혼합 챔버(460) 안에서 이루어질 수도 있다. 혼합 챔버(460)는 제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)와, 챔버(410) 사이에 위치한다. 즉, 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스는 제1 유량 조절기(MFC1)와 제2 유량 조절기(MFC2)를 각각 통하여 도 2b의 혼합 챔버(460)로 유입되어 혼합 챔버(460) 내에서 혼합된다. 따라서 혼합 챔버(460)는 서로 혼합된 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스를 챔버(410)로 공급한다.

실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스가 챔버(410) 내로 유입되고 전원(E)이 전압을 공급하면 전극(340)과 히팅 플레이트(400) 사이에 전위차가 발생하므로 챔버(410) 내의 가스들은 플라즈마 상태가 되어 활성층이 제1 불순물 반도체층(231) 상에 증착된다. 이 때 전원(E)이 공급하는 파워는 일정할 수 있으며, 전원(E)의 주파수 역시 일정할 수 있다. 이에 따라 활성층이 안정적으로 증착될 수 있다.

제1 유량 조절기(MFC1) 및 제2 유량 조절기(MFC2)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 실리콘 포함 원료 가스와 수소 가스의 유량들을 조절하기 때문에 챔버(410) 내로 유입되는 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 변할 수 있다. 이 때 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량들은 주기적으로 증감한다. 또한 앞서 설명된 바와 같이 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하므로 챔버(410) 내의 압력은 활성층이 형성되는 동안 일정할 수 있다.

이와 같은 제조 장치를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 사이에 위치하는 활성층의 제조 방법은 하나의 챔버(410) 내에서 형성한다. 이 때 활성층의 형성을 위하여 미리 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 챔버(410) 내로 유입된다. 미리 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감한다. 이에 따라 챔버(410) 내에서 제1 부층(sublayer)과, 결정질 실리콘 입자를 포함하는 제2 부층을 포함하는 활성층이 형성된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수소 가스의 유량 및 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며, 각 주기(C1~C4)는 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)를 포함한다.

한편 앞서 설명된 바와 같이 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하므로 챔버(410) 내의 압력은 일정하다. 따라서 제1 구간(P1)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량 (A+a)은 제2 구간(P2)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량(B+b)과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)에서 수소 가스의 유량은 제1 유량값(A)과 제1 유량값(A)보다 큰 제2 유량값(B) 사이에서 변한다. 이 때 주기들(C1~C4)의 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)의 제1 유량값(A) 및 제2 유량값(B)은 시간(T)의 경과에 따라 각각 일정하게 유지될 수 있다. 또한 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)에서 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값(a)과 제3 유량값보다 작은 제4 유량값(b) 사이에서 변하며 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)의 제3 유량값(a) 및 제4 유량값(b) 역시 시간(T)의 경과에 따라 각각 일정하게 유지될 수 있다.

이에 따라 제1 구간(P1)에서 공급된 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 제2 구간(P2)에서 공급된 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비보다 작다. 또한 제1 유량값(A) 내지 제4 유량값(b) 각각은 시간(T)의 경과에 따라 각각 일정하게 유지되므로 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)의 수소 희석비 역시 시간(T)의 경과에 따라 각각 일정하게 유지될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)에서 수소 가스의 유량은 제1 유량값(A)과 제1 유량값(A)보다 큰 제2 유량값(B) 사이에서 변하며 제1 구간 (P1)의 제1 유량값 (A1, A2, A3, A4)은 시간(T)의 경과에 따라 증가하고 제2 구간(P2)의 제2 유량값(B)은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다.

또한 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)에서 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값(a)과 제3 유량값(a)보다 작은 제4 유량값(b) 사이에서 변하며 제1 구간(P1)의 제3 유량값(a1, a2, a3, a4)은 시간(T)의 경과에 따라 감소하나 제2 구간(P2)의 제4 유량값(b)은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다.

이에 따라 제1 구간(P1)에서의 수소 희석비는 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비보다 작다. 또한 시간(T)의 경과에 따라 제1 구간(P1)에서 수소 가스 유량이 증가하고 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 감소하므로 시간(T)의 경과에 따라 제1 구간(P1)에서의 수소 희석비는 증가한다. 이 때 시간(T)의 경과에 따라 제2 구간(P2)에서의 수소 가스 유량(B) 및 실리콘 포함 원료 가스의 유량(b)은 각각 일정하게 유지되므로 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비는 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지된다.

앞서 설명된 바와 같이 챔버(410) 내로 유입되는 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 혼합 가스 유량은 일정하므로 챔버(410) 내의 압력이 일정하다. 제1 구간(P1)에서 수소 가스의 유량(A)이 시간(T)의 경과에 따라 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3 만큼 증가할 경우, 제1 구간(P1)에서 실리콘 포함 원료 가스(a)의 유량은 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3 만큼 감소할 수 있다.

따라서 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다. 또한 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)의 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 혼합 가스의 유량은 일정하므로 제1 구간(P1)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제2 구간(P2)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량과 같을 수 있다.

도 4에서는 제1 구간(P1)에서 수소 가스의 유량(A)이 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3만큼 증가하고 실리콘 포함 원료 가스의 유량(a)은 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3 만큼 감소하는 경우를 도시하였으나, 제2 구간(P2)에서 수소 가스의 유량(B)이 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3만큼 증가하고 실리콘 포함 원료 가스의 유량(b)은 ΔV1, ΔV2 및 ΔV3 만큼 감소하는 경우 역시 본 발명에 적용 가능하다. 이 경우 제1 구간(P1)에서의 수소 희석비는 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지되고 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비는 시간(T)의 경과에 따라 증가할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 주기 (C1, C2, C3, C4)에서의 수소 가스의 유량은 제1 유량값(A)과 제2 유량값(B) 사이에서 변하며, 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값(a) 및 제4 유량값(b) 사이에서 변한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 구간(P1)의 제1 유량값(A1, A2, A3, A4, A5)은 시간(T)의 경과에 따라 감소하나 제2 유량값(B)은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다. 또한 제3 유량값(a1~a4)은 시간(T)의 경과에 따라 증가하나 제4 유량값(b)은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다.

이에 따라 제1 구간(P1)에서의 수소 희석비는 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비보다 작다. 또한 시간(T)의 경과 따라 제1 구간(P1)에서의 수소 희석비는 시간(T)에 따라 감소하고, 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비는 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이 챔버(410) 내로 유입되는 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하므로 챔버(410) 내의 압력이 일정하다. 이에 따라 제1 구간(P1)에서 수소 가스의 유량(A2, A3, A4, A5)이 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 감소할 경우, 제1 구간(P1)의 실리콘 포함 원료 가스의 유량(a2, a3, a4, a5)은 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 증가한다. 따라서 제1 구간(P1)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지되고, 제2 구간(P2)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량 역시 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지될 수 있다.

또한 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)의 서로 혼합된 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 일정하므로 제1 구간(P1)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량(A+a)은 제2 구간(P2)에서의 서로 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량(B+b)은 같다.

도 5에서는 제1 구간(P1)에서 수소 가스의 유량(A)이 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 감소하고 실리콘 포함 원료 가스의 유량(a)은 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 증가하는 경우를 도시하였으나, 제2 구간(P2)에서 수소 가스의 유량이 시간(T)의 경과에 따라 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 감소하고 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 시간(T)의 경과에 따라 ΔV1, ΔV2, ΔV3 및 ΔV4 만큼 증가하는 경우 역시 본 발명에 적용 가능하다. 이에 따라 제2 구간들(P2)에서 시간(T)의 경과에 따라 수소 희석비가 감소할 수 있다.

한편 제2 구간(P2)은 시간(T)의 경과에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 번째 주기(C2)의 제2 구간(P2)은 첫 번째 주기(C1)의 제2 구간(P2)보다 길고, 세 번째 주기(C2)의 제2 구간(P2)은 두 번째 주기(C1)의 제2 구간(P2)보다 길 수 있다. 이에 따라 시간(T)의 경과에 따라 제2 부층(233b)의 두께 및 결정질 실리콘 입자의 크기가 커진다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 두 번째 주기(C2)의 제2 구간(P2)은 첫 번째 주기(C1)의 제2 구간(P2)보다 짧고, 세 번째 주기(C2)의 제2 구간(P2)은 두 번째 주기(C1)의 제2 구간(P2)보다 짧을 수 있다. 이에 따라 시간(T)의 경과에 따라 제2 부층(233b)의 두께 및 결정질 실리콘 입자의 크기가 작아진다. 이 때, 제1 구간(P1)은 시간(T)의 경과에 따라 일정하게 유지되거나 증가 또는 감소할 수 있다.

이와 같이 제2 부층(233b)을 형성하기 위한 제2 구간(P2)이 변할 경우 제2 부층(233b)의 두께와 함께 결정질 실리콘 입자의 크기가 변하므로 제2 부층(233b)의 결정체적분율이 변할 수 있다.

도 3 내지 도 5를 통하여 설명된 바와 같이, 제1 구간(P1) 및 제2 구간(P2)에서 공급된 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 변화하며, 제1 구간(P1)에서 공급된 가스들의 수소 희석비는 제2 구간(P2)에서 공급된 가스들의 수소 희석비보다 작다.

이와 같이 수소 희석비가 변화할 경우 도 8과 같이 복수의 부층들 (233a, 233b)을 포함하는 활성층(233)이 제1 불순물 반도체층(231) 상에 형성된다. 부층들(233a, 233b)은 결정질 실리콘 입자(crystalline silicon grain)를 포함하는 수소화된 프로토 결정질 실리콘 부층(hydrogenated proto-crystalline silicon; pc-Si:H)(233b)과, 비정질 실리콘을 포함하는 수소화된 비정질 실리콘 부층(hydrogenated amorphous silicon; a-Si:H)(233a)으로 이루어진다. 수소화된 프로토 결정질 실리콘 부층(233b)은 비정질 실리콘이 마이크로 결정질 실리콘으로 상변이 경계 직전에서 생성된다.

이하에서 수소화된 비정질 실리콘 부층은 제1 부층(233a)이라 하고, 수소화된 프로토 결정질 실리콘 부층은 제2 부층(233b)이라 한다.

이 때 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구간(P1)에서 공급된 수소 가스 및 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 제2 구간(P2)에서의 수소 희석비보다 작다. 수소 희석비가 작을 경우, 증착 속도가 증가하므로 수소화된 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 부층(233a)이 제1 구간(P1)에서 형성된다. 또한 수소 희석비가 큰 경우 증착 속도는 느려지며 결정질 실리콘 입자(crystalline silicon grain)를 포함하는 제2 부층(233b)이 제2 구간(P2)에서 형성된다.

이와 같이 복수의 부층들(233a, 233b)을 포함하는 활성층(233)이 형성될 경우 열화율이 감소하므로 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 높은 안정화 효율을 지닐 수 있다.

즉, 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 부층(233a)은 제2 부층(233b)의 결정질 실리콘 입자가 주상 성장(columnar growth)하는 것을 방해한다. 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예와 다르게 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비를 일정하게 고정하여 프로토 결정질 실리콘층만으로 이루어진 활성층을 형성하고자 할 경우, 증착이 진행됨에 따라 결정질 실리콘 입자(G)의 크기가 증가하는 결정질 실리콘의 주상 성장이 이루어진다.

본 발명의 실시예와 같이 복수의 부층(233a, 233b)을 포함하는 활성층(233)의 경우 단거리 질서(SRO: Short-Range-Order) 및 중거리 질서(MRO: Medium-Range-Order)가 향상되므로 활성층(233)의 열화가 빠른 시간 내에 안정되며 안정화 효율도 높아진다. 제1 부층(233a)의 비정질 실리콘은 결정질 실리콘 입자의 주상 성장을 방해하고, 일정한 크기 이하의 결정질 실리콘 입자들이 제2 부층(233b) 내에 형성되게 함으로써 광기전력 장치의 효율이 안정화 효율에 도달하는 시간이 줄어들 뿐만 아니라 안정화 효율이 향상된다.

또한 제2 부층(233b)의 결정질 실리콘 입자들은 비정질 실리콘에 의하여 둘러싸여 있으므로 서로 분리되어 있다. 분리된 결정질 실리콘 입자는 포획된 캐리어들의 비방사성 재결합 중심의 역할을 하므로, 비정질 실리콘 내에서 광생성된 캐리어들의 방사성 재결합을 감소시켜 미결합손의 생성을 억제한다.

뿐만 아니라 본 발명의 실시예에서는 챔버(410) 내에서 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 혼합되는 것이 아니라 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 챔버(410)로 유입되기 이전에 혼합되고 혼합 가스가 챔버(410) 내로 유입된다.

즉, 유량이 변하는 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 챔버(410) 내에서 혼합될 경우 챔버(410) 내에서 난류가 발생하여 활성층(233)의 막질이 나빠질 수 있다. 반면에 본 발명의 실시예와 같이 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 챔버(410)로 유입되기 이전에 혼합되고 혼합 가스의 유량이 일정한 상태로 챔버(410) 내로 유입되면 챔버(410) 내의 압력이 일정해지고 난류 발생이 억제되므로 활성층(233)의 막질이 향상될 수 있다.

도 6의 유량 변화 역시 제2 구간(P2)이 시간(T)의 경과에 따라 증가하므로 제2 부층(233b)의 결정체적분율은 증가한다. 도 7의 유량 변화에서는 제2 구간(P2)이 시간(T)의 경과에 따라 감소하므로 제2 부층(233b)의 결정체적분율은 감소한다.

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.

100 : 기판 210 : 제1 전극
220 : 제1 분리홈 230 : 광기전력층
240 : 제2 분리홈 250 : 제2 전극
270 : 제3 분리홈 400 : 히팅 플레이트
410 : 챔버 420 : 진공 펌프
430 : 밸브 450 : 혼합 파이프
460 : 혼합 챔버

Claims (22)

1. 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법에 있어서,
   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 챔버 내에서 형성하며,
   미리 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 상기 챔버 내로 유입되며,
   상기 혼합된 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비는 주기적으로 증감하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량들의 합은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
   상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 제1 유량값, 상기 제2 유량값, 상기 제3 유량값 및 상기 제4 유량값은 시간의 경과에 따라 각각 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되고,
   상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
   상기 제1 구간의 제1 유량값은 시간의 경과에 따라 증가하고 상기 제2 구간의 제2 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되며,
   상기 제1 구간의 제3 유량값은 시간의 경과에 따라 감소하고 상기 제2 구간의 제4 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   시간의 경과에 따라 상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 증가하고, 상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량이 시간의 경과에 따라 증가하는 만큼 상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 감소하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
   상기 제1 유량값은 시간의 경과에 따라 감소하고 상기 제2 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되며,
   상기 제3 유량값은 상기 시간의 경과에 따라 증가하고 상기 제4 유량값은 상기 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
   각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
   시간의 경과 따라 상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 감소하고, 상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량이 감소하는 만큼 상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 증가하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    제1 구간 또는 제2 구간의 시간이 변하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
12. 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 챔버 내에서 형성하며,
    상기 활성층이 형성되도록 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스가 혼합되어 상기 챔버 내로 유입되고,
    상기 챔버 내에서 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 부층과, 결정질 실리콘 입자를 포함하는 프로토 결정질 실리콘으로 이루어진 제2 부층을 포함하는 활성층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스와 실리콘 포함 원료 가스의 유량들의 합은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
    상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 제1 유량값, 상기 제2 유량값, 상기 제3 유량값 및 상기 제4 유량값은 시간의 경과에 따라 각각 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되고,
    상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
16. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
    상기 제1 구간의 제1 유량값은 시간의 경과에 따라 증가하고 상기 제2 구간의 제2 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되며,
    상기 제1 구간의 제3 유량값은 시간의 경과에 따라 감소하고 상기 제2 구간의 제4 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
17. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    시간의 경과에 따라 상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 증가하고, 상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
18. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량이 시간의 경과에 따라 증가하는 만큼 상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 감소하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
19. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량은 제1 유량값과 상기 제1 유량값보다 큰 제2 유량값 사이에서 변하고, 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 제3 유량값과 상기 제3 유량값보다 작은 제4 유량값 사이에서 변하며,
    상기 제1 유량값은 시간의 경과에 따라 감소하고 상기 제2 유량값은 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되며,
    상기 제3 유량값은 상기 시간의 경과에 따라 증가하고 상기 제4 유량값은 상기 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
20. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    시간의 경과 따라 상기 제1 구간에서의 수소 희석비는 감소하고, 상기 제2 구간에서의 수소 희석비는 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
21. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 수소 가스의 유량이 감소하는 만큼 상기 제1 구간 또는 상기 제2 구간에서 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량이 증가하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
22. 제12항에 있어서,
    상기 수소 가스의 유량 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 유량은 주기적으로 증감하며,
    각 주기는 상기 수소 가스 및 상기 실리콘 포함 원료 가스의 수소 희석비가 서로 다른 제1 구간 및 제2 구간을 포함하고,
    제1 구간 또는 제2 구간의 시간이 변하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
    

Images