KR101159278B1 - Solar cell having a Moth-eye surface structure and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모스-아이 표면구조를 가지는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 소정 도전형을 가지는 실리콘 웨이퍼(100)의 표면에 에미터층(102)을 형성한다. 그 다음에 상기 에미터층(102)에 실리카 구(Silica Sphere)가 함유된 콜로이드 용액을 코팅하면, 상기 코팅된 실리카 구가 셀프 정렬(self-align)하여 육방 충진(Hexagonal Packing) 구조의 모노-층(Mono-layer)(104)을 형성한다. 이 후, 상기 모노-층(104)을 마스크층으로 하여 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching : RIE)을 실시하면, 상기 에미터층(102)의 표면은 모스-아이(Moth-eye) 구조로 된다. 즉 반응성 이온 식각을 실시하면, 상기 모노-층(104)을 이루고 있는 실리카 구가 식각 마스크(Mask) 역할을 하여, 실리카 구의 아래 부분에 있는 실리콘 웨이퍼는 식각되지 않고, 반면 상기 실리카 구와 접하지 않은 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 표면은 소정 깊이로 식각되어, 모스-아이 표면구조가 형성되는 것이다. 상기 모스-아이 표면구조가 형성된 다음에는 상기 에미터층에 반사방지막을 형성하고, 또 전면전극과 후면전극을 형성하여, 태양전지를 완성한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 반응성 이온 식각을 먼저 하고 후속공정을 진행하는 방식에 비해 실리콘 웨이퍼의 표면에서 도핑의 균일도(uniformity)도 확보할 수 있을 뿐 아니라 전면전극 형성시 그 끝 부분이 손상되는 것이 방지되는 이점이 있다.The present invention relates to a solar cell having a moth-eye surface structure and a method of manufacturing the same. The present invention forms the emitter layer 102 on the surface of the silicon wafer 100 having a predetermined conductivity type. Then, when the colloidal solution containing silica spheres is coated on the emitter layer 102, the coated silica spheres are self-aligned to form a mono-layer having a hexagonal packing structure. (Mono-layer) 104 is formed. Subsequently, when reactive ion etching (RIE) is performed using the mono-layer 104 as a mask layer, the surface of the emitter layer 102 has a moth-eye structure. In other words, when reactive ion etching is performed, the silica sphere forming the mono-layer 104 serves as an etch mask, so that the silicon wafer below the silica sphere is not etched, while the silica sphere does not contact the silica sphere. The surface of the silicon wafer 100 is etched to a predetermined depth to form a MOS-eye surface structure. After the MOS-eye surface structure is formed, an anti-reflection film is formed on the emitter layer, and a front electrode and a rear electrode are formed to complete a solar cell. According to the present invention, the uniformity of the doping can be secured on the surface of the silicon wafer as well as the method of performing the reactive ion etching first and the subsequent process, and the end portion thereof is damaged when the front electrode is formed. There is an advantage to be avoided.
모스-아이, 실리카 구, 셀프 정렬, 태양전지 Moss-Eye, Silica Sphere, Self Alignment, Solar Cell
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 반응성 이온 식각(RIE : Reactive Ion Etching)을 통해 반도체 기판상에 모스-아이(Moth-eys) 구조의 표면이 형성되게 텍스처링하여 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a solar cell by texturing a surface of a moth-eys structure on a semiconductor substrate through reactive ion etching (RIE). will be.
태양전지는 실리콘 웨이퍼 표면에 입사된 빛을 얼마나 효율적으로 흡수할 수 있는가에 따라 그 효율이 결정된다. 이는 실리콘 웨이퍼의 표면이 평평한 경우에는, 입사된 빛의 상당수가 기판 표면에서 공기 중으로 바로 반사되어 효율에 큰 손실을 일으키기 반면, 텍스처링과 같은 표면 처리를 실시하면 기판 표면에서 반사된 빛이 다시 기판으로 입사할 수 있도록 하여 빛을 수집할 수 있는 확률을 높일 수 있다. The efficiency of the solar cell is determined by how efficiently it can absorb light incident on the silicon wafer surface. This is because when the surface of the silicon wafer is flat, much of the incident light is reflected directly from the substrate surface into the air, resulting in a significant loss in efficiency, while surface treatment such as texturing causes the light reflected from the substrate surface back to the substrate. You can increase your chances of collecting light by allowing them to be incident.
그렇기 때문에, 태양전지의 실리콘 웨이퍼에 입사되는 빛의 반사율을 감소시키고, 태양전지 내부에서 빛의 통과 길이를 길게 하여 흡수 효율을 높이는 각종 표면처리(Texturing) 방법이 이용되고 있다. For this reason, various surface treatment methods have been used to reduce the reflectance of light incident on the silicon wafer of the solar cell and to increase the absorption efficiency by lengthening the light passage length inside the solar cell.
그 중 하나의 방법으로 반응성 이온 식각(RIE:Reactive Ion Etching) 방법이 있다. 이 방법은 식각 가스가 플라즈마 상태로 만들어지면서 생성된 반응성 래디칼(radical)들이 식각될 물질의 표면에 공급되어, 반응성 래디칼과 표면 원자들 사이에 화학 반응이 일어나 그 결과 휘발성 기체를 생성시킴으로써 식각되는 방식이다. 이는 기존의 산 또는 알칼리 계열의 화합물(chemical)로 실리콘 웨이퍼의 표면을 표면처리 하는 것보다 10% 이하의 낮은 반사율을 구현할 수 있고 최종적으로 제조된 태양전지에서의 단락전류를 증가시켜 효율을 향상시킬 수 있다. One method is reactive ion etching (RIE). This method involves the etching of the reactive gases produced as the etching gas is brought into the plasma state to the surface of the material to be etched so that a chemical reaction occurs between the reactive radicals and the surface atoms resulting in volatile gases. to be. This can achieve a reflectance of less than 10% lower than that of the surface of a silicon wafer with conventional acid or alkali chemicals, and improves efficiency by increasing short-circuit current in the finally manufactured solar cell. Can be.
도 1에는 일반적인 RIE 방식으로 태양전지를 제조하는 흐름도가 도시되어 있다. 도 1에서는 p- type 실리콘 웨이퍼를 예를 들어 설명한다. 1 is a flowchart of manufacturing a solar cell in a general RIE method. 1 illustrates a p-type silicon wafer as an example.
우선, 실리콘 웨이퍼를 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 표면 자국을 없애는 식각(Saw damage etching) 공정(s10)이 수행된다. First, a saw damage etching process s10 is performed to cut a silicon wafer to a required size and then remove surface marks generated during cutting.
상기 식각 공정을 마친 실리콘 웨이퍼의 표면을 RIE방식으로 표면처리하기 위한 텍스처링(Texturing) 공정(s12)이 수행된다. 상기 텍스처링 공정이 수행되면, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면은 그 표면에 입사된 빛의 반사를 감소시키기 위하여 수㎚ 크기의 날카로운 구조(Needle - Like)로 형성된다. A texturing process s12 is performed to surface-treat the surface of the silicon wafer after the etching process by the RIE method. When the texturing process is performed, the surface of the silicon wafer is formed with a sharp structure (Needle-Like) of several nm size in order to reduce reflection of light incident on the surface.
상기 텍스처링된 실리콘 웨이퍼의 표면에 p-타입 실리콘 웨이퍼의 도핑원소인 'POCl3(옥시염화인)'을 확산하여 에미터층을 형성하는 도핑 공정이 수행된다(s14). 이때, 상기 실리콘 웨이퍼의 실리콘과 상기 'POCl3'이 반응하여 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 포스포실리케이트글래스(PSG : Phosphor-Silicate Glass)층이 형성되는데, 상기 PSG층은 태양전지 내에서 전류 흐름을 차폐시키기 때 문에 이를 제거하는 것이 좋다(s16).A doping process is performed to form an emitter layer by diffusing 'POCl 3 (phosphorus oxychloride), a doping element of the p-type silicon wafer, on the surface of the textured silicon wafer (s14). At this time, the silicon of the silicon wafer and the 'POCl 3 ' is reacted to form a phosphosilicate glass (PSG: Phosphor-Silicate Glass) layer on the surface of the silicon wafer, the PSG layer is a current flow in the solar cell It is good to remove it because it is shielded (s16).
상기 도핑 공정이 완료되면 아래에서 설명된 전면전극과 후면전극을 분리하기 위한 에지 분리(edge isolation) 공정이 수행된다(s18). 상기 에지 분리 공정은 상기 도핑 공정시에 상기 실리콘 웨이퍼의 에지(edge) 부분에도 도핑물질이 도핑되기 때문에 전면전극과 후면전극이 전기적으로 연결된 상태를 분리하기 위한 공정이다. 상기 에지 분리공정은 전면전극과 후면전극이 형성된 다음에 실시할 수도 있다.When the doping process is completed, an edge isolation process for separating the front electrode and the back electrode described below is performed (S18). The edge separation process is a process for separating a state in which the front electrode and the back electrode are electrically connected because the doping material is also doped in the edge portion of the silicon wafer during the doping process. The edge separation process may be performed after the front electrode and the back electrode are formed.
이후, 태양광 반사를 막아 효율을 높이기 위해 상기 에미터 층 위에 반사방지막을 형성하고(s20), 스크린 프린팅 방법 등을 이용하여 후면전극과 전면전극을 형성하는 전극 형성 공정이 수행된다(s22). Thereafter, an anti-reflection film is formed on the emitter layer in order to prevent solar reflection and increase efficiency (S20), and an electrode forming process of forming a back electrode and a front electrode using a screen printing method is performed (S22).
하지만, 상기한 바와 같이 식각(saw damage etching) 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼에 텍스처링(Texturing)을 먼저 수행하고 이후에 도핑공정을 할 경우 다음과 같은 문제점이 있다.However, as described above, when the texturing is first performed on the silicon wafer where the saw damage etching process is completed, and then the doping process is performed, there are the following problems.
먼저, RIE 방법으로 텍스처링하면, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면은 수㎚ 크기의 날카로운 구조(Needle - Like)로 형성된다. 이는 이어지는 도핑공정에서 실리콘 웨이퍼의 표면에서 전반적으로 도핑이 고르게 되지 않는 문제가 있다. First, when textured by the RIE method, the surface of the silicon wafer is formed into a sharp structure (Needle-Like) of several nm size. This is a problem that doping is not even on the entire surface of the silicon wafer in the subsequent doping process.
특히 텍스처링된 표면의 끝(Tip) 부분에 도펀트가 집중되는 현상이 발생하여 실리콘 웨이퍼 표면에서의 전하 재결합이 증가하고, 이는 태양전지의 효율을 감소시키는 문제를 초래한다. In particular, the dopant concentration at the tip of the textured surface occurs, which increases charge recombination on the silicon wafer surface, which causes a problem of decreasing the efficiency of the solar cell.
그리고, 실리콘 웨이퍼의 표면은 수㎚ 크기의 날카로운 구조(Needle - Like) 로 형성되기 때문에, 스크린 프린팅 방식으로 전면전극을 형성할 경우, 상기 텍스처링된 표면의 끝 부분이 손상되는 현상도 발생한다. In addition, since the surface of the silicon wafer has a sharp structure (Needle-like) of several nm size, when the front electrode is formed by the screen printing method, a phenomenon occurs that the end of the textured surface is damaged.
이에 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 웨이퍼의 표면에 대해 RIE 방식으로 텍스처링 수행시, 실리콘 웨이퍼의 표면이 모스-아이(moth-eye) 구조로 형성되게 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and when the texturing in the RIE method on the surface of the silicon wafer, the surface of the silicon wafer is formed in a moth-eye structure.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1도전형을 가지는 반도체 기판의 표면에 반대 도전형을 가지는 제 2도전형의 반도체층을 도핑하여 에미터층을 형성하는 에미터층 형성단계; 상기 에미터층에 실리카 구(Silica Sphere)가 함유된 콜로이드 용액을 코팅하는 코팅단계; 상기 코팅된 실리카 구가 셀프 정렬(self-align)하여 육방 충진(Hexagonal Packing) 구조의 모노-층(Mono-layer)을 형성하는 모노-층 형성단계; 상기 모노-층을 마스크층으로 하여 상기 에미터층의 표면이 모스-아이(Moth-eye) 구조가 되도록 표면처리하는 텍스처링단계; 상기 텍스처링 후, 상기 에미터층에 반사방지막을 형성하는 반사방지막 형성단계; 그리고, 상기 반사방지막의 일부를 관통(Firing-Through)하여 상기 에미터층과 접촉되게 전면전극을 형성하고 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에는 후면전극을 형성하는 전극형성 단계를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, an emitter layer forming step of forming an emitter layer by doping a semiconductor layer of the second conductive type having a reverse conductivity type on the surface of the semiconductor substrate having a first conductive type; Coating a colloidal solution containing silica spheres on the emitter layer; A mono-layer forming step of self-aligning the coated silica spheres to form a mono-layer having a hexagonal packing structure; A texturing step of treating the surface of the emitter layer to have a moth-eye structure using the mono-layer as a mask layer; An anti-reflection film forming step of forming an anti-reflection film on the emitter layer after the texturing; And an electrode forming step of forming a front electrode through a portion of the anti-reflection film to contact the emitter layer and forming a rear electrode on a rear surface of the silicon wafer.
상기 실리카 구 모노 층 코팅 단계는, 스핀 코팅(spin coating), 스프레이(spray), 솔-겔(sol-gel), 디핑(dipping) 방법 중 하나에 의해 코팅이 이루어진다.The silica sphere mono layer coating step is performed by one of spin coating, spray, sol-gel, and dipping methods.
상기 텍스처링은, 반응성 이온 식각(RIE), 플라즈마 식각방법으로 수행하고, 상기 텍스처링시 상기 실리카 구가 식각 마스크(Mask) 역할을 하여, 실리카 구의 아래 부분에 있는 실리콘 웨이퍼는 식각되지 않고, 반면 상기 실리카 구와 접하지 않은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면은 소정 깊이로 식각되도록 한다.The texturing is performed by a reactive ion etching (RIE) or plasma etching method, and the silica sphere acts as an etching mask during the texturing, so that the silicon wafer under the silica sphere is not etched, while the silica The surface of the silicon wafer that is not in contact with the sphere is etched to a predetermined depth.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1도전형을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 전면에 도핑된 후 반응성 이온 식각(RIE)에 의해 모스-아이 구조로 표면이 형성되는 에미터층; 상기 에미터층 위에 형성되는 반사방지막; 그리고, 상기 반사방지막의 일부를 관통(Firing-Through)하여 상기 반도체 기판의 일부분과 접촉하여 형성되는 전면전극 및 상기 반도체 기판의 후면에 형성되는 후면전극을 포함하며; 상기 모스-아이 구조는, 상기 에미터층 위에 셀프-배열(self-align)된 실리카 구(silica sphere)가 육방 충진(Hexagonal Packing) 구조의 모노-층(Mono-layer)으로 형성된 상태에서, 상기 반응성 이온 식각이 수행되면 상기 모노-층을 이루고 있는 실리카 구가 식각 마스크(Mask) 역할을 하여, 실리카 구의 아래 부분에 있는 실리콘 웨이퍼는 식각되지 않고, 반면 상기 실리카 구와 접하지 않은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면은 소정 깊이로 식각되어 형성된다. According to another feature of the invention, a semiconductor substrate having a first conductivity type; An emitter layer doped on the front surface of the semiconductor substrate and then having a surface formed with a moth-eye structure by reactive ion etching (RIE); An anti-reflection film formed on the emitter layer; And a front electrode formed through a part of the anti-reflection film to be in contact with a portion of the semiconductor substrate and a rear electrode formed on a rear surface of the semiconductor substrate; The moss-eye structure is reactive in a state in which self-aligned silica spheres are formed as a mono-layer having a hexagonal packing structure on the emitter layer. When ion etching is performed, the mono-layered silica sphere acts as an etch mask, so that the silicon wafer below the silica sphere is not etched, while the surface of the silicon wafer that is not in contact with the silica sphere It is formed by etching to a predetermined depth.
상기 반응성 이온 식각에 사용되는 식각 가스는 상기 실리카 구는 미 식각되게 하고, 상기 실리카 구가 접하지 않은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 대해서는 소정 깊이로 식각이 되게 하는 식각 선택비(Etching Selectivity)를 가지는 가스이다. The etching gas used for the reactive ion etching is a gas having an etching selectivity that allows the silica sphere to be unetched and to be etched to a predetermined depth with respect to the surface of the silicon wafer not contacted with the silica sphere. .
상기 반응성 이온 식각에 사용되는 식각 가스는 F 계열 또는 Cl 계열 등의 반응가스이다. The etching gas used for the reactive ion etching is a reaction gas such as F series or Cl series.
상기 반사방지막은, 1.1 ~ 2.5 사이의 굴절률을 가지는 유전체 물질이다.The anti-reflection film is a dielectric material having a refractive index between 1.1 and 2.5.
본 발명에서는, 식각(Saw Damage Etching) 완료된 실리콘 웨이퍼에 에미터층을 형성하고 이후에 텍스처링(Texturing)을 하고 있어, 종래 RIE 텍스처링 공정시 실리콘 웨이퍼의 표면에 날카로운 구조(Needle - Like)가 아닌 모스-아이(Moth-eye) 구조가 형성되기 때문에, 이후 후속공정에서 수행되는 도핑 공정시 실리콘 웨이퍼의 표면에서 도핑이 불균일하게 이루어지는 것이 방지된다.In the present invention, an emitter layer is formed on a silicon wafer that has been etched (Saw Damage Etching), and then textured. Since the eye-eye structure is formed, the doping is prevented from being made unevenly on the surface of the silicon wafer during the doping process performed in a subsequent process.
또, 전면전극 형성시 그 끝 부분이 손상되는 것도 방지된다.In addition, it is also possible to prevent the end portion of the front electrode from being damaged.
이하, 본 발명에 의한 모스-아이 표면구조를 가지는 태양전지 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of a solar cell having a moth-eye surface structure and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지를 제조하는 공정 흐름도가 도시되어 있다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 우선 실리콘 웨이퍼를 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 표면 자국을 없애는 식각(Saw damage etching) 공정이 수행된다(s100). Referring to FIG. 2, first, a silicon wafer is cut to a required size, and a etching damage etching process for removing surface marks generated during cutting is performed (S100).
상기 식각 공정이 완료되면, 상기 식각 완료된 실리콘 웨이퍼의 표면(즉, 태양광이 입사되는 면)에 그 실리콘 웨이퍼와 다른 도전성을 가지는 도펀트(dopant)를 확산시켜 도핑층을 형성한다(s102). 상기 도핑층은 상기 실리콘 웨이퍼가 p-타입 실리콘 웨이퍼이면 인(P)이 포함된 화합물을 확산시키고, n-타입 실리콘 웨이퍼 이면 붕소(B)가 포함된 화합물을 확산시켜 형성된다. 상기 도핑은 튜브 퍼니스(Tube furnace)를 이용한 디퓨전 방식, 벨트 퍼니스(belt furnace)를 이용한 디퓨전 방식, 스프레이, 스핀 온 도펀트(SOD : spin on dopant), 플라즈마 도핑(plasma doping) 등의 방법으로 수행한다. 그리고 상기 도핑 공정시 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성되는 얇은 산화막이 생성되는데, 이는 전류 흐름을 차폐하기 때문에 제거하는 것이 좋다(s104). 상기 산화막은 n-타입 에미터인 경우 PSG(Phosphor-Silicate Glass)이고, p-타입 에미터인 경우 BSG(Boro-Silicate Glass)이다. When the etching process is completed, a dopant having a conductivity different from that of the silicon wafer is diffused onto the surface of the etched silicon wafer (that is, the surface where sunlight is incident) (s102). The doped layer is formed by diffusing a compound containing phosphorus (P) when the silicon wafer is a p-type silicon wafer, and by diffusing a compound containing boron (B) on the back surface of the n-type silicon wafer. The doping is performed by a diffusion method using a tube furnace, a diffusion method using a belt furnace, a spray, a spin on dopant (SOD), a plasma doping method, or the like. . In addition, a thin oxide film is formed on the surface of the silicon wafer during the doping process, which is preferably removed because it shields the current flow. The oxide layer is PSG (Phosphor-Silicate Glass) in the case of an n-type emitter, and BSG (Boro-Silicate Glass) in the case of a p-type emitter.
상기 도핑 공정이 완료되면, 다음에는 상기 도핑층위에 실리카 구(Silica Sphere)가 함유된 콜로이드(colloid) 용액을 소정 두께로 코팅한다(s106). 상기 코팅은 스핀 코팅(spin coating), 스프레이(spray), 솔-겔(sol-gel), 디핑(dipping) 방법 등으로 이루어진다. 그리고, 상기 실리카 구(Silica Sphere)가 코팅되면, 상기 코팅된 실리카 구(Silica Sphere)는 상기 도핑층 위에서 스스로 정렬(self- Align)하여 육방 충진(Hexagonal Packing) 구조의 모노-층(Mono-layer)을 형성하게 된다. After the doping process is completed, a colloidal solution containing silica spheres is coated on the doping layer to a predetermined thickness (s106). The coating consists of spin coating, spray, sol-gel, dipping, and the like. When the silica sphere is coated, the coated silica sphere is self-aligned on the doped layer and mono-layer of a hexagonal packing structure. ).
상기 모노-층을 마스크층으로 하여 반응성 이온 식각(RIE) 공정이 수행된다(s108). 상기 RIE 공정 이외에 플라즈마 식각 방법이 이용될 수도 있다. 이때 식각가스는 F 계열 또는 Cl 계열 등의 반응가스가 사용된다. 하지만 상기 식각가스는 상기 실리카 구와 실리콘 웨이퍼간의 식각 선택비(etching selectivity)가 좋은 가스가 사용될 수 있다. 즉 상기 텍스처링시 상기 실리카 구는 식각 마스 크(Mask) 역할을 하여, 실리카 구의 아래 부분에 있는 실리콘 웨이퍼는 식각되지 않고, 반면 상기 실리카 구와 접하지 않은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 대해서만 소정 깊이로 식각이 되도록 하는 식각 선택비(Etching Selectivity)를 가지는 가스면 충분하다. 참고로, 상기 식각 선택비는 두 물질이 식각되는 식각율의 비를 말한다. 그런 방법으로 RIE 공정이 수행되면, 상기 실리카 구가 위치한 부분을 제외한 에미터층 영역만이 식각되고, 상기 에미터층의 표면은 원기둥 모양의 모스-아이(Moth-eye) 형상으로 형성된다. 이후, 상기 실리카 구의 모노-층을 제거한다(s110). 그렇게 되면, 식각 완료된 실리콘 웨이퍼에 RIE방식으로 텍스처링한 경우와 반사율은 거의 동등하게 얻을 수 있고, 아울러 수㎚ 크기의 날카로운 구조(Needle - Like)도 형성되지 않는 표면구조를 얻을 수 있다.A reactive ion etching (RIE) process is performed using the mono-layer as a mask layer (s108). In addition to the RIE process, a plasma etching method may be used. At this time, the etching gas is a reaction gas such as F series or Cl series. However, the etching gas may be a gas having a good etching selectivity between the silica sphere and the silicon wafer. In other words, the silica sphere acts as an etch mask during the texturing so that the silicon wafer under the silica sphere is not etched, while the silicon sphere is etched to a predetermined depth only on the surface of the silicon wafer not contacted with the silica sphere. A gas having an etching selectivity is sufficient. For reference, the etching selectivity refers to a ratio of etching rates at which two materials are etched. When the RIE process is performed in such a manner, only the emitter layer region except for the portion where the silica sphere is located is etched, and the surface of the emitter layer is formed in a cylindrical Moh-eye shape. Thereafter, the mono-layer of the silica sphere is removed (s110). In this case, the reflectivity can be obtained almost the same as when the etched silicon wafer is textured by the RIE method, and a surface structure in which a sharp structure (Needle-like) of several nm size is not formed is obtained.
상기 RIE 공정 다음에는 상기 에미터층에 반사방지막을 형성한다(s112). 상기 반사방지막은 화학기상증착(CVD), 증발(Evaporation), 스퍼터(Sputter) 등의 방법으로 형성되고, 질화규소(SiNX), 산화규소(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화질화물(SiOxNy) 등과 같이 1.1 ~ 2.5 사이의 굴절률을 가지는 유전체 물질이 이용된다. After the RIE process, an anti-reflection film is formed on the emitter layer (s112). The anti-reflection film is formed by chemical vapor deposition (CVD), evaporation, sputter, or the like, and includes silicon nitride (SiN X ), silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and oxynitride Dielectric materials having a refractive index between 1.1 and 2.5, such as (SiO x N y ), are used.
상기 반사방지막이 형성된 다음에는 전극형성공정이 수행된다(s114). 전극형성공정은 상기 반사방지막의 일부를 관통(Firing-Through)하여 상기 에미터층과 접촉되게 전면전극을 형성한다. 상기 전면전극은 스크린 프린팅, 잉크-젯, 에어로졸 젯, 진공증착 등의 방법으로 형성될 수 있고, 그 중 스크린 프린팅, 잉크-젯, 에어 로졸 젯 방법으로 형성할 경우 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등이 함유된 금속물질로 형성한다. 여기서, 상기 전면전극의 저항을 낮추고 실리콘 웨이퍼의 전면에서 종횡비(Aspect Ratio)를 향상시키기 위해 상기 전면전극에 도금이 입혀질 수 있다. 상기 도금물질은 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr) 등 또는 상기 물질들의 혼합물이 사용된다. 그리고 상기 실리콘 에이퍼의 후면(즉, 태양광이 입사되는 반대면)에는 후면전극이 형성된다. 상기 후면전극은 상기 전면전극이 형성되기 전에 형성될 수 있다. After the anti-reflection film is formed, an electrode forming process is performed (s114). The electrode forming process forms a front electrode in contact with the emitter layer by passing through a portion of the anti-reflection film. The front electrode may be formed by screen printing, ink-jet, aerosol jet, vacuum deposition, or the like, and among them, when formed by screen printing, ink-jet, aerosol jet, aluminum (Al), silver (Ag) ), Chromium (Cr), nickel (Ni) and the like is formed of a metallic material. Here, plating may be applied to the front electrode to lower the resistance of the front electrode and to improve an aspect ratio at the front surface of the silicon wafer. The plating material may be copper (Cu), tin (Sn), nickel (Ni), silver (Ag), chromium (Cr), or a mixture of the above materials. In addition, a rear electrode is formed on the rear surface of the silicon aper (ie, the opposite surface to which sunlight is incident). The back electrode may be formed before the front electrode is formed.
상기한 공정과정이 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 모스-아이 표면구조를 가지는 태양전지를 제조하는 과정을 보인 단면도이다.The process described above is illustrated in FIG. 3. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a solar cell having a moth-eye surface structure according to an embodiment of the present invention.
도 3a에는 실리콘 웨이퍼의 절단과정에서 손상을 입은 실리콘 웨이퍼 표면의 절단 손상을 제거하여 기계적 강도를 개선하기 위한 식각(saw damage etching) 완료된 실리콘 웨이퍼(100)가 도시되어 있다. 3A illustrates a saw damage etching-completed
도 3b는 상기 실리콘 웨이퍼(100)와 다른 도전형을 가지는 도펀트를 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 도핑하여 에미터층(102)이 형성된 상태이다. 3B illustrates a state in which an
상기 에미터층(102)이 형성된 상태에서, 그 에미터층(102)위에 실리카 구(Silica Sphere)가 함유된 콜로이드(colloid) 용액을 소정 두께로 코팅한다. 그러면 상기 코팅된 실리카 구(Silica Sphere)는 상기 에미터층 위에서 스스로 정렬(self- Align)하여 육방 충진(Hexagonal Packing) 구조의 모노-층(Mono-layer)(104)을 형성하게 된다. 이 상태는 도 3c에 도시되어 있다. In the state where the
도 3c와 같이 모노-층(104)이 형성된 상태에서, 상기 모노-층(104)을 마스크 층으로 하여 RIE 공정을 수행한다. 그러면 상기 모노-층(104)를 구성하고 있는 실리카 구가 배열되지 않은 부분(A)이 식각되어 도 3d와 같은 표면 구조가 형성된다. In the state in which the mono-
도 3d에서 상기 모노-층(104)을 제거한다. 상기 모노-층(104)이 제거된 상태는 도 3e에 도시되어 있다. 상기 도 3e와 같은 표면 구조를 모스-아이(moth-eye) 구조라고 칭한다. 그래서 상기 표면 구조는 종래 RIE 텍스처링시 형성되는 날카로운 끝(Tip) 부분이 생기지 않고, 이어지는 전면전극 형성 공정시에 상기 끝 부분이 손상되는 것도 방지할 수 있다. The mono-
그와 같이 에미터층(102)의 표면이 모스-아이 구조로 된 다음에는 도 3f에서와 같이 반사방지막(106)을 형성한다.As such, after the surface of the
그리고, 도 3g와 같이 상기 반사방지막(106)의 일부를 관통(Firing Through)하여 상기 에미터층(102)과 접촉되게 전면전극(108)을 형성하고, 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 후면에는 후면전극(110)을 형성하여 태양전지를 완성한다. As shown in FIG. 3G, a portion of the
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 식각((saw damage etching) 완료된 실리콘 웨이퍼(100)에 에미터층(102)을 형성하고 이후에 텍스처링을 하고 있어, 종래 RIE 텍스처링 공정시 실리콘 웨이퍼의 표면이 날카로운 구조(Needle - Like)로 형성되지 않아, 도핑시 실리콘 웨이퍼의 표면에서 불균일하게 이루어지는 것이 방지되며, 또 전면전극 형성시 그 끝 부분이 손상되는 것도 방지된다.As described above, in the present invention, the
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.
즉, 본 실시 예에서는 실리카 구(Silica Sphere)가 함유된 콜로이드(colloid) 용액을 코팅하고 있지만, 실리카 입자(particle)가 포함된 콜로이드 용액을 사용할 수도 있다. That is, in the present embodiment, a colloidal solution containing silica spheres is coated, but a colloidal solution containing silica particles may be used.
도 1은 일반적인 RIE 방식으로 태양전지를 제조하는 흐름도1 is a flowchart of manufacturing a solar cell in a general RIE method
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지를 제조하는 공정 흐름도2 is a process flowchart of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 모스-아이 표면구조를 가지는 태양전지를 제조하는 과정을 보인 단면도3 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a solar cell having a moth-eye surface structure according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 실리콘 웨이퍼 102 : 에미터층100
104 : 모노-층 106 : 반사방지막104: mono-layer 106: antireflection film
108 : 전면전극 110 : 후면전극108: front electrode 110: rear electrode
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |