KR101155563B1 - 레이저를 이용한 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용하여 선택적 에미터를 형성한 후 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 도펀트 확산 공정 시 실리콘 웨이퍼(100)에 형성된 PSG층(104)의 표면에 실리콘 웨이퍼(100) 및 PSG층(104)보다 녹는점이 높은 금속물질로 레이저 흡수층(106)을 형성한다. 그 상태에서, 금속전극이 형성될 부분과 위치하는 상기 레이저 흡수층(106)의 소정 부분에 레이저를 조사한다. 그러면 상기 레이저 흡수층(106)은 상기 레이저의 광 에너지를 흡수하여 이를 열 에너지로 변환하고, 상기 열 에너지에 의해 상기 PSG층(104)에 포함된 도펀트가 상기 실리콘 웨이퍼(100)에 형성된 에미터층(102) 표면을 통해 확산하게 된다. 이러한 확산 공정에 따라 고농도 도핑영역(A)(B)이 형성된 선택적 에미터(108)가 형성된다. 상기 확산 공정시에 상기 PSG층(104)은 상기 레이저 흡수층(106)을 구성하는 금속물질이 상기 에미터층(102)에 확산하는 것을 방지한다. 상기 확산 공정이 완료된 다음에는 상기 레이저 흡수층(106) 및 PSG층(104)을 제거하여 태양전지를 완성시킨다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 1회의 확산 공정에 의해 선택적 에미터를 형성할 수 있어 공정이 간단하면서도, 실리콘 웨이퍼의 표면에서의 결함 형성을 억제할 수 있는 이점이 있다.
태양전지, 레이저, 선택적 에미터, 레이저 흡수층, PSG층
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 레이저를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 전면부에 선택적 에미터를 형성한 후 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 무공해, 설비의 간편성, 내구성 향상 등 여러 가지 이유로 인하여 태양전지의 보급이 급속도로 확산하고 있으며, 이에 따라 태양전지의 효율을 높일 수 있으며, 양산성이 우수한 태양전지의 제조방법들이 다양하게 연구되고 있다.
태양전지의 대표적인 예가 실리콘 태양전지이다.
현재, 실리콘 태양전지의 효율 향상을 위한 방안 중의 하나로, 광 응답 특성 특히 'blue response'를 향상시키고 또 웨이퍼의 표면과 금속전극의 접촉저항을 낮추기 위하여 선택적 에미터를 적용하여 태양전지를 제조하고 있다.
도 1 및 도 2에는 이와 같은 선택적 에미터 형성을 위한 공정이 흐름도로 도시되어 있다.
먼저, 도 1에 의한 선택적 에미터 형성방법을 설명한다.
도 1을 보면, 태양전지를 제조하기 위해서는 먼저 실리콘 웨이퍼를 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 표면 자국을 없애는 에칭(Saw damage etching) 공정(s10)이 수행된다.
상기 에칭 공정을 마친 실리콘 웨이퍼에 대해 스크래칭 작업인 텍스처링(Texturing) 공정(s12)이 수행된다.
상기 텍스처링된 실리콘 웨이퍼의 표면에 상기 실리콘 웨이퍼와 다른 타입의 불순물을 확산시켜 에미터층을 형성하는 도핑 공정(s14)이 수행된다.
상기 도핑 공정이 완료되면 상기 에미터 형성시 발생한 포스포실리케이트글래스(PSG)을 제거하는 공정(s16)을 수행하고, 상기 PSG가 제거되면, 상기 에미터층 상부에 유전체 박막을 형성한다(s18). 상기 유전체 박막은 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막 또는 표면을 보호하는 보호막으로 이용된다.
이후, 레이저를 이용하여 선택적 에미터 형성공정이 수행되게 한다(s20). 상기 공정은 우선 상기 유전체 박막의 상단에 도펀트 소스 물질을 도포한 후, 금속전극이 형성될 도펀트 소스가 도포된 유전체 박막에 대해 레이저를 조사한다. 그러면 상기 레이저가 조사된 유전체 박막의 일부는 제거되고, 상기 제거된 통로를 통해 레이저가 상기 에미터층에 인가된다. 상기 에미터층은 상기 레이저의 열 에너지에 의해 상기 에미터층이 용융되면서 상기 도펀트 소스로부터 도펀트가 확산되고, 결국 상기 금속전극이 형성될 부분은 다른 부분보다 고농도 도핑영역으로 형성된다.
상기 선택적 에미터가 형성되면, 전면전극과 후면전극 형성(s22), 에지 분리(edge isolation) 공정(s24)이 수행되어, 태양전지를 완성하게 된다.
다음, 도 2에 의한 선택적 에미터 형성방법을 설명한다.
도 2를 보면, 우선 실리콘 웨이퍼에 대하여 도 1에서 설명한 절단 및 에칭 공정(s30)과 텍스처링(Texturing) 공정(s32)은 동일하게 수행된다.
그런 다음 상기 텍스처링된 실리콘 웨이퍼의 표면에 확산 장벽층(diffusion barrier)을 형성한다(s34).
상기 확산 장벽층이 형성되면, 이어지는 전극 형성공정에 따라 금속전극이 형성될 부분에 대해 레이저를 조사한다(s36). 그러면 상기 레이저가 조사된 확산 장벽층의 일부가 제거된다. 그 상태에서 상기 제거된 통로에 대해 고농도로 도핑하는 제 1 도핑공정을 수행한다(s38).
상기 제 1 도핑공정 이후, 나머지 확산 장벽층을 제거한 상태에서(s40), 그 제거된 부분에 대해서 저농도로 도핑하는 제 2 도핑공정을 수행한다(s42).
이후, 반사방지막 형성(s44), 전면전극 및 후면전극 형성(s46), 에지분리공정(s48)이 수행되어, 태양전지를 완성하게 된다.
한편, 상기 도 2의 공정의 제 36 단계에서는 레이저 대신에 에치 페이스트(etch paste)를 이용하여 선택적 에미터를 형성할 수도 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 확산 장벽층이 형성된 상태에서, 금속전극이 형성될 부분에 에치 페이스트를 도포하고, 이후 식각공정을 통해 상기 확산 장벽층의 일부를 제거한다.
그 상태에서, 상기 제거된 통로를 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 대해 도핑을 실시하고, 이후 확산 장벽층의 나머지를 제거한 다음 다시 한번 도핑 공정을 수행하여, 선택적 에미터가 형성되게 한다.
하지만, 상기한 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
우선, 레이저를 이용하여 에미터층 표면을 고농도로 도핑하는 경우에는, 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 유전체 박막은 열 전도율(thermal coefficient)에 차이가 있어, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 결함이 형성되는 문제가 있다.
또 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 레이저가 직접 조사되고 있기 때문에, 상기 레이저에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 일부가 용융되고 고상화되는 과정이 일어난다. 이때 용융된 상태의 실리콘 웨이퍼와 고상화된 실리콘 웨이퍼의 밀도 차이가 발생하고, 이에 의해 상기 레이저가 조사된 표면에는 리지(ridge)가 형성되어 결함으로 작용하는 문제가 있다. 상기 결함이 제거되지 않으면 태양전지의 효율은 감소하기 때문에, 이 경우는 상기 리지를 제거하는 공정이 추가되어야 한다. 이는 공정 추가로 인한 공정단가가 상승하는 문제를 초래한다.
또 상기 확산 장벽층을 형성하여 선택적 에미터를 형성하는 경우에는, 고농도 도핑 및 저농도 도핑과 같이 도핑공정이 2회 실시되고 있다. 이 또한 공정단가의 상승으로 이어진다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저에 의한 단일 확산 공정에 의해 선택적 에미터를 형성하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저에 의한 선택적 에미터 형성시 반도체 표면에서의 결함 형성을 방지하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 반도체 기판의 표면에 도펀트를 확산시켜 도핑층을 형성하는 단계; 상기 도핑층 위에 상기 도핑층 형성시에 발생하며 레이저 조사시 레이저의 열에너지에 의해 상기 도핑층으로 도펀트를 공급하는 산화층을 형성하는 단계; 상기 산화층 위에 레이저 흡수층을 형성하는 단계; 상기 레이저 흡수층에 레이저가 조사될 때, 상기 레이저의 열에너지에 의해 상기 산화층에 포함된 도펀트가 상기 도핑층 표면으로 확산되게 하여 상기 도핑층에 고농도 도핑영역을 형성하는 단계; 그리고, 상기 고농도 도핑 영역이 형성된 다음 상기 레이저 흡수층 및 산화층을 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 고농도 도핑영역 형성단계에서, 상기 레이저 흡수층에 조사된 레이저에 의해 상기 도핑층 표면이 용융되면, 상기 고농도 도핑 영역은 상기 용융된 부분으로 상기 도펀트가 확산되고, 상기 용융된 부분이 고상화되면서 형성된다.
상기 고농도 도핑영역 형성단계에서, 상기 레이저 흡수층에 조사된 레이저에 의해 상기 도핑층 표면이 미용융되면, 상기 고농도 도핑영역은 상기 산화층과 접촉 된 도핑층으로 상기 산화층 내에 함유된 도펀트가 확산되어 형성된다.
상기 레이저 흡수층은, 상기 반도체 기판 및 산화층보다 녹는점이 높은 금속물질이고, 적외선 또는 근적외선 영역에서 흡수율이 높은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 등이 사용된다.
상기 레이저 흡수층은, 스퍼터링(sputtering), 기상법(evaportaion), 화학기상증착(CVD)와 같은 진공증착법 또는 스크린 프린팅 방식으로 방식으로 형성된다.
상기 레이저는, 상기 레이저 흡수층에서 흡수가 용이하도록 적외선 또는 근적외선 영역의 파장을 가지면서 연속발진 레이저(CW laser) 또는 펄스 레이저(pulse laser)의 발진 형태로 조사한다.
본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼에 에미터층, 산화층(PSG층 또는 BSG층), 레이저 흡수층을 적층 형성한 상태에서 레이저를 조사하면, 레이저의 광에너지는 레이저 흡수층에서 열에너지로 변환되고, 레이저의 열에너지가 에미터층의 표면에 전달됨과 동시에 산화층내에 함유된 도펀트가 에미터층의 표면을 통해 확산하게 되기 때문에, 단일 확산공정에 의해 선택적 에미터를 형성할 수 있다.
또 레이저 흡수층을 통한 열에너지 전달에 의해 산화층내의 도펀트가 에미터층으로 확산되고 있어 에미터층 표면에서의 결함 형성을 억제할 수 있다.
또 실리콘 웨이퍼가 다결정 실리콘 웨이퍼인 경우, 높은 온도의 확산 공정에 의한 실리콘 웨이퍼의 특성 열화를 방지할 수 있다.
또 레이저를 사용하기 때문에 빠른 레이저 스캔이 가능하여 제조공정의 처리 량을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 의한 레이저를 이용한 태양전지 제조방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 예에서는 p타입 실리콘 웨이퍼를 예를 들어 설명한다.
도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조공정이 흐름도로 도시되어 있다.
도 3을 살펴보면, 우선 실리콘 웨이퍼를 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 표면 자국을 없애는 에칭(Saw damage etching) 공정을 수행한다(s100).
상기 에칭 공정을 마친 실리콘 웨이퍼에 대해 스크래칭 작업인 텍스처링(Texturing) 공정을 수행한다(s102).
상기 텍스처링된 실리콘 웨이퍼의 표면에 p-타입 실리콘 웨이퍼의 도핑원소인 'POCl3(옥시염화인)'을 확산하여 에미터층을 형성하는 도핑 공정을 수행한다(s104). 이때, 상기 실리콘 웨이퍼의 실리콘과 상기 'POCl3'이 반응하여 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 포스포실리케이트글래스(PSG : Phosphor-Silicate Glass)층이 형성된다(s106). 상기 PSG층은 본 실시 예에서는 레이저가 조사될 때 도펀트 소스(source)로 제공됨과 동시에 아래에서 설명될 레이저 흡수층의 물질이 상기 실리콘 웨이퍼로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 PSG층 위에 스퍼터링(sputtering), 기상법(evaportaion), 화학기상증착(CVD)와 같은 진공증착법 또는 스크린 프린팅 방식으로 레이저 흡수층을 형성한다(s108). 상기 레이저 흡수층은 상기 실리콘 웨이퍼 및 PSG층보다 녹는점이 높은 금속물질을 주재료로 사용한다. 예로, 적외선 또는 근적외선 영역에서 흡수율이 높은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 등이 사용된다.
그와 같이 실리콘 웨이퍼의 표면에 에미터층, PSG층 및 레이저 흡수층이 적층된 상태에서, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부 방향에서 레이저가 조사되게 한다(s110).
상기 레이저가 조사되면, 상기 레이저 흡수층은 상기 레이저의 광 에너지를 흡수하고 이를 열 에너지로 변환한다. 상기 변환된 열 에너지는 상기 PSG층을 통해 상기 에미터층의 표면으로 전달된다. 이때, 상기 PSG층 내에 함유된 도펀트는 상기 열 에너지에 의해 상기 에미터층의 표면을 통해 선택적으로 확산된다. 이러한 도펀트 확산에 따라 고농도로 도핑된 영역이 형성되는 선택적 에미터가 형성된다(s112).
한편, 상기 확산 공정시 상기 실리콘 웨이퍼의 표면이 상기 레이저의 열 에너지에 의해 용융되거나 용융되지 않을 수 있다. 하지만, 상기 용융 상태와는 상관없이 선택적 에미터는 형성된다. 이를 설명하기로 한다.
우선 상기 레이저에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 표면이 용융되는 경우이다. 이 경우는, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면이 용융되기 때문에, 상기 열에너지에 의해 상기 PSG층 내에 함유된 도펀트 및 상기 에미터층에서 용융되지 않은 주변의 도핑된 실리콘으로부터 도펀트가 확산되게 된다. 이후 확산이 진행되면서 동시에 상기 용융된 부분은 고상화되어지고, 재결정화된다. 결국 상기 도펀트가 확산된 부분만 고농도 도핑영역으로 형성되는 것이다. 이때 용융상태에서 충분한 시간으로 고상화되면서 재결정화되어지기 때문에, 종래 급속한 고상화에 의한 결함 발생이 방지된다.
하지만, 상기 레이저에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 표면이 용융되지 않더라도 상기 PSG층과 접촉된 에미터층으로 상기 PSG층 내에 함유된 도펀트가 확산되기 때문에, 상기 에미터층에 고농도로 도핑된 영역을 형성할 수 있다.
그와 같이 상기 선택적 에미터가 형성되면, 상기 레이저 흡수층과 PSG층을 제거하는 공정을 수행한다(s114)(s116).
상기 제거공정이 완료되면, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 태양광 반사를 막아 효율을 높이기 위한 반사방지막 형성공정(s118), 전면전극 및 후면전극 형성공정(s120), 그리고 상기 실리콘 웨이퍼의 소정 부분에 도펀트가 도핑된 부분을 제거하여 상기 전면전극과 후면전극을 서로 전기적으로 분리하는 에지 분리(edge isolation) 공정(s122)을 순서대로 수행하여 태양전지를 완성한다.
한편 상기한 태양전지의 제조공정이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에는 본 발명의 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 일부 과정을 보인 단면도이다.
일단 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 표면에는 에미터층(102) 및 PSG층(104)이 형성된 상태이다.
그 상태에서, 상기 PSG층(104) 위에 레이저 흡수층(106)을 형성한다. 이 상태는 도 4b에 도시되어 있다.
그리고, 도 4c와 같이 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 상부방향으로부터 레이저가 조사되게 한다. 상기 레이저는 높은 파워를 형성할 수 있고, 상기 레이저 흡수층(106)에서 흡수가 용이하도록 적외선 또는 근적외선 영역의 파장을 가지면서 연속발진 레이저(CW laser) 또는 펄스 레이저(pulse laser)의 발진 형태로 조사한다.
상기 도 4c와 같이 상기 레이저 흡수층(106)으로 레이저가 조사되면, 상기 레이저 흡수층(106)은 레이저에 의한 광 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환시키고, 이를 상기 PSG층(104)을 통해 상기 에미터층(102) 표면으로 전달한다. 이때 상기 PSG층(104) 내에 함유된 도펀트가 상기 에미터층(102) 표면을 통해 확산하게 되고, A' 및 B'와 같이 에미터층(102)의 일부가 고농도로 도핑되기 시작한다. 상기 레이저 조사는 미리 정해진 시간 동안 진행되며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 에미터층(102)의 용융 상태와 상관없이 도핑이 이루어진다.
상기 레이저 조사가 완료되어 도핑이 종료되면, 상기 레이저 흡수층(106) 및 PSG층(104)을 순서대로 제거한다. 그러면 도 4d와 같이 실리콘 웨이퍼(100)의 표면에 선택적 에미터(108)가 형성되게 된다.
이후 앞서 설명한 바와 같이 반사방지막, 전면/후면 전극, 에지분리 공정을 수행하여 태양전지를 완성시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 도펀트 확산 후, 실리콘 웨이퍼의 도핑층 위에 PSG층과 레이저 흡수층을 적층 형성한 상태에서, 레이저 흡수층을 통한 레이저의 열 에너지 전달에 의해 PSG층 내에 함유된 도펀트가 에미터층으로 확산되어 선택적 도핑이 수행되고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
즉 본 실시 예에서는 p형 실리콘 웨이퍼를 예를 들어 설명하고 있지만, n형 실리콘 웨이퍼에도 본 발명이 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 선택적 에미터 형성을 위한 흐름도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조공정 흐름도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 태양전지를 제조하는 일부 과정을 보인 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 실리콘 웨이퍼 102 : 에미터층
104 : PSG층 106 : 레이저 흡수층
108 : 선택적 에미터 A, B : 고농도 도핑 영역
Claims (7)
- 반도체 기판의 표면에 도펀트를 확산시켜 도핑층을 형성하는 단계;상기 도핑층 위에 상기 도핑층 형성시에 발생하며 레이저 조사시 레이저의 열에너지에 의해 상기 도핑층으로 도펀트를 공급하는 산화층을 형성하는 단계;상기 산화층 위에 레이저 흡수층을 형성하는 단계;상기 레이저 흡수층에 레이저가 조사될 때, 상기 레이저의 열에너지에 의해 상기 산화층에 포함된 도펀트가 상기 도핑층 표면으로 확산되게 하여 상기 도핑층에 고농도 도핑영역을 형성하는 단계; 그리고,상기 고농도 도핑 영역이 형성된 다음 상기 레이저 흡수층 및 산화층을 제거하는 단계를 포함하되,상기 고농도 도핑영역 형성단계에서, 상기 레이저 흡수층에 조사된 레이저에 의해 상기 도핑층 표면이 용융되면, 상기 고농도 도핑 영역은 상기 용융된 부분으로 상기 도펀트가 확산되고, 상기 용융된 부분이 고상화되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 고농도 도핑영역 형성단계에서, 상기 레이저 흡수층에 조사된 레이저에 의해 상기 도핑층 표면이 미용융되면, 상기 고농도 도핑영역은 상기 산화층과 접촉된 도핑층으로 상기 산화층 내에 함유된 도펀트가 확산되어 형성됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 레이저 흡수층은, 상기 반도체 기판 및 산화층보다 녹는점이 높은 금속물질인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 금속 물질은, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 백금(Pt)임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 레이저 흡수층은, 스퍼터링(sputtering), 기상법(evaportaion), 화학기상증착(CVD)와 같은 진공증착법 또는 스크린 프린팅 방식으로 형성되는 것임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 레이저는, 상기 레이저 흡수층에서 흡수가 용이하도록 적외선 또는 근적외선 영역의 파장을 가지면서 연속발진 레이저(CW laser) 또는 펄스 레이저(pulse laser)의 발진 형태로 조사하는 것임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 태양전지 제조방법.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050033530A (ko) * | 2001-10-10 | 2005-04-12 | 메르크 파텐트 게엠베하 | 조합된 에칭 및 도핑 물질 |
| KR100605773B1 (ko) | 1999-05-10 | 2006-07-28 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 박막 트랜지스터 |
| KR20070049174A (ko) * | 2004-07-26 | 2007-05-10 | 유르겐 하. 베르너 | 선형-포커스된 레이저 빔을 사용하는 고체 상태 물질의레이저 도핑 방법 및 상기 방법에 기초하여 솔라-셀에미터를 생성하는 방법 |
| KR20090025998A (ko) * | 2007-09-07 | 2009-03-11 | 주식회사 엘티에스 | 레이저를 이용한 고효율 태양전지의 제조방법 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100605773B1 (ko) | 1999-05-10 | 2006-07-28 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 박막 트랜지스터 |
| KR20050033530A (ko) * | 2001-10-10 | 2005-04-12 | 메르크 파텐트 게엠베하 | 조합된 에칭 및 도핑 물질 |
| KR20070049174A (ko) * | 2004-07-26 | 2007-05-10 | 유르겐 하. 베르너 | 선형-포커스된 레이저 빔을 사용하는 고체 상태 물질의레이저 도핑 방법 및 상기 방법에 기초하여 솔라-셀에미터를 생성하는 방법 |
| KR20090025998A (ko) * | 2007-09-07 | 2009-03-11 | 주식회사 엘티에스 | 레이저를 이용한 고효율 태양전지의 제조방법 |
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