KR101160114B1 - A fabricating method of buried contact solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 먼저 실리콘 기판(100)의 전면에 일정 모양으로 패터닝된 마스크 층(110')을 형성한 다음 RIE 방법을 이용하여 식각공정을 수행한다. 이때 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 실리콘 기판(100)과의 식각 선택비를 공정 특성에 맞게 적절히 조절하여 식각공정을 수행한다. 그러면, 한 번의 RIE 식각공정으로, 상기 실리콘 기판(100)에는 전면전극용 홈(G)이 형성되고, 상기 패터닝된 마스크 층(110')이 제거되며, 상기 실리콘 기판(100)의 표면 텍스처링이 수행된 실리콘 기판(102)이 형성된다. 그런 다음에는 상기 형성된 전면전극용 홈(G) 주위는 고농도로 도핑하고 상기 표면 텍스처링된 부분은 저농도로 도핑하여 상기 실리콘 기판(102) 상에 선택적 에미터 층(140)을 형성한다. 그리고 상기 형성된 선택적 에미터 층(140) 상부에 반사방지막(150)을 형성한 다음, 상기 전면전극용 홈(G) 내부에는 전면전극(162)을 형성하고 후면에는 후면전극(164)을 형성한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 한 번의 식각공정으로 실리콘 기판(100)에 전면전극용 홈(G) 형성 및 표면 텍스처링을 동시에 수행할 수 있어 전체 공정을 간소화할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a recessed electrode type solar cell. In the present invention, first, the mask layer 110 ′ patterned in a predetermined shape is formed on the entire surface of the silicon substrate 100, and then an etching process is performed using the RIE method. At this time, the etching selectivity between the patterned mask layer 110 ′ and the silicon substrate 100 is appropriately adjusted according to process characteristics to perform an etching process. Then, in one RIE etching process, the front electrode groove G is formed in the silicon substrate 100, the patterned mask layer 110 ′ is removed, and the surface texturing of the silicon substrate 100 is performed. The performed silicon substrate 102 is formed. Thereafter, a high concentration of doped around the formed front electrode groove G and a low concentration of the surface-textured portion are formed to form an optional emitter layer 140 on the silicon substrate 102. After forming the anti-reflection film 150 on the formed selective emitter layer 140, the front electrode 162 is formed inside the front electrode groove G, and the rear electrode 164 is formed on the rear surface. . According to the present invention, it is possible to simultaneously form the front electrode groove G and the surface texturing on the silicon substrate 100 by one etching process, thereby simplifying the overall process.
태양전지, RIE, 홈, 마스크 층, 식각 선택비, 선택적 에미터 Solar cell, RIE, Groove, Mask layer, Etch selectivity, Selective emitter
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 표면에 전면전극용 홈(Groove)을 내고 홈 안에 전극을 형성하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 '태양전지'라 함)를 일컫는다.Recently, as the prediction of depletion of existing energy sources such as oil and coal is increasing, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are particularly attracting attention because they are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution. Solar cells include solar cells that generate steam for rotating turbines using solar heat, and solar cells that convert photons into electrical energy using the properties of semiconductors. Refers to photovoltaic cells (hereinafter referred to as "solar cells").
상기 태양전지는 반도체의 광 기전력 효과를 이용한 것으로서, p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만든다. p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분(pn 접합부)에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 마이너스의 전하(전자)와 플러스의 전하(정공)가 발생한다. 상기 빛 에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 n형 반도체측과 p형 반도체측으로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아진다. 이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부에서 전력으로 이용할 수 있게 된다.The solar cell uses the photovoltaic effect of the semiconductor, and is made by combining a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. When light enters a portion (pn junction) where the p-type semiconductor and the n-type semiconductor come into contact with each other, negative charges (electrons) and positive charges (holes) are generated within the semiconductor by the light energy. The electrons and holes generated by the light energy move to the n-type semiconductor side and the p-type semiconductor side by the internal electric field, and are collected at both electrode portions. Connecting these two electrodes with wires allows the current to flow and can be used as power from the outside.
이러한 태양전지는 전극의 형태에 따라 스크린 프린팅형 태양전지(Screen Printing Solar Cell: 이하 'SPSC'라 약칭함)와 함몰전극형 태양전지(Buried Contact Solar Cell: 이하 'BCSC'라 약칭함)로 구분할 수 있다.Such solar cells can be classified into screen printing solar cells (hereinafter abbreviated as 'SPSC') and buried electrode solar cells (hereinafter abbreviated as 'BCSC') according to the electrode type. Can be.
상기 'SPSC'는 일반적으로 제조하기가 용이하지만 에너지 변환효율이 낮은 편이다. 이는 금속 전극에서의 반사, 후면 전류 흐름에서 기인된 저항 및 일반적으로 깊게 도핑되어 있는 에미터 영역에서의 캐리어들의 높은 재결합률 때문이다. 또한 상기와 같은 이유로 'SPSC'에서는 단락회로전류밀도와 블루우 리스폰스(blue response) 특성이 불량하다.The 'SPSC' is generally easy to manufacture, but the energy conversion efficiency is low. This is due to reflection at the metal electrode, resistance due to back current flow and high recombination rates of carriers in the deeply doped emitter regions. In addition, in the SPSC, the short-circuit current density and blue response characteristics are poor.
반면, 상기 'BCSC'는 상기 'SPSC'에 비해 제조 원가가 비싸고 공정이 복잡한 단점이 있으나, 변환 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점으로 인해 최근에는 'BCSC'에 대한 연구가 이루어지고 있다.On the other hand, although the 'BCSC' has a disadvantage in that the manufacturing cost is more expensive than the 'SPSC' and the process is complicated, the research on 'BCSC' has recently been made due to the advantage of significantly improving the conversion efficiency.
도 1에는 일반적인 'BCSC'의 제조공정도가 도시되어 있다. 설명의 편의상 'BCSC'의 제조 재료인 반도체 기판으로서, 결정질 실리콘(Si) 기판을 예로 들어 설명한다.1 shows a manufacturing process diagram of a general 'BCSC'. For convenience of description, a semiconductor substrate which is a manufacturing material of 'BCSC' will be described taking a crystalline silicon (Si) substrate as an example.
도 1을 설명하면, 먼저 실리콘 기판을 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 실리콘 기판의 표면 결함이나 손상 부분을 제거하는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된다(S10).Referring to FIG. 1, first, a silicon substrate is cut to a required size, and a cutting and etching process for removing surface defects or damages of the silicon substrate generated during cutting is performed (S10).
상기 에칭공정을 마친 실리콘 기판에 대해 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching:RIE) 방법 또는 습식 식각(Wet Etching) 방법을 이용하여 텍스처링(Texturing) 공정을 수행한다(S12). 상기 텍스처링 공정이 수행되면 상기 실리콘 기판의 전면은 입사되는 빛의 반사를 감소시키는 구조로 형성된다.A texturing process is performed on the silicon substrate after the etching process by using a reactive ion etching (RIE) method or a wet etching method (S12). When the texturing process is performed, the entire surface of the silicon substrate is formed to reduce reflection of incident light.
상기 텍스처링 공정된 실리콘 기판과 다른 타입의 불순물(도펀트)을 도핑하여 저농도의 에미터 층을 형성하는 제1도핑공정이 수행된다(S14). 여기서, 만약 상기 에미터 층이 고농도로 도핑되어 형성되는 경우, 표면에 존재하는 고농도의 도펀트들이 실리콘 기판 내에 과잉으로 존재함으로써 응집물이 형성되고, 이로 인해 전하의 수명이 감소되어 태양전지의 작동효율이 저하될 수 있다. 그렇기 때문에 저농도의 에미터 층을 형성하는 것이다.A first doping process is performed to form a low concentration emitter layer by doping the texturized silicon substrate with another type of dopant (dopant) (S14). Here, if the emitter layer is formed by doping at a high concentration, a high concentration of dopants present on the surface is present in the silicon substrate to form agglomerates, thereby reducing the life of the charge to increase the operating efficiency of the solar cell Can be degraded. That is why it forms a low concentration of emitter layers.
상기 저농도 에미터 층이 형성된 다음에는 상기 저농도 에미터 층 형성시 발생하는 부산물을 제거하는 제1부산물제거공정이 수행된다(S16). 상기 부산물은, p형 기판에 n형 도펀트를 확산시키는 경우 생성되는 PSG(Phosphor-Silicate Glass) 또는 n형 기판에 p형 도펀트를 확산시키는 경우 생성되는 BSG(Boro-Silicate Glass)를 말한다. 상기 PSG 또는 BSG는 전지의 전류를 차폐시키는 역할을 하기 때문에 전지효율을 높이기 위해서 식각용액 등을 이용하여 반드시 제거해 주어야 한다.After the low concentration emitter layer is formed, a first by-product removal process for removing by-products generated when the low concentration emitter layer is formed is performed (S16). The by-product refers to Phosphor-Silicate Glass (PSG) generated when the n-type dopant is diffused on the p-type substrate or BSG (Boro-Silicate Glass) generated when the p-type dopant is diffused on the n-type substrate. Since the PSG or BSG serves to shield the current of the battery, it must be removed using an etching solution or the like to increase battery efficiency.
상기 부산물이 제거되면, 상기 저농도 에미터 층 상부에 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막을 형성시키는 공정이 수행된다(S18). 상기 반사방지막은 실리콘 기판의 표면 보호막(Passivation) 역할도 한다.When the by-products are removed, a process of forming an anti-reflection film to prevent solar reflection on the low concentration emitter layer is performed (S18). The anti-reflection film also serves as a surface passivation layer of the silicon substrate.
상기 반사방지막이 형성된 다음에는 실리콘 기판의 전면 내부까지 전면전극용 홈(Groove)를 형성시키는 공정이 수행된다(S20). 상기 홈은, 함몰전극(Buried Contact)이 형성될 공간으로, 레이저(Laser) 또는 절단톱(Dicing Saw)을 이용하여 형성된다.After the anti-reflection film is formed, a process of forming a groove for the front electrode to the inside of the front surface of the silicon substrate is performed (S20). The groove is a space where a buried electrode is to be formed, and is formed using a laser or a cutting saw.
상기 홈이 형성되면 상기 함몰전극과의 접촉저항을 줄이기 위해 홈 표면에 실리콘 기판과 다른 타입의 불순물을 도핑하여 고농도 에미터 층을 형성하는 제2도핑공정을 수행한다(S22). 이와 같이, 상기 제1도핑공정과 제2도핑공정을 통해 서로 다른 농도를 가지는 에미터 층을 형성하는 것을 선택적 에미터(selective emitter) 층으로 칭하고 있다.When the groove is formed, a second doping process is performed to form a high concentration emitter layer by doping a silicon substrate with another type of impurities on the groove surface to reduce contact resistance with the recessed electrode (S22). As such, forming an emitter layer having different concentrations through the first doping process and the second doping process is called a selective emitter layer.
상기 고농도 에미터 층이 형성된 다음에는 상기 고농도 에미터 층 형성시 발생하는 부산물을 제거하는 제2부산물제거공정이 수행된다(S24). 상기 부산물은 상술하였듯이, PSG 또는 BSG를 말한다.After the high concentration emitter layer is formed, a second byproduct removal process for removing the by-products generated when the high concentration emitter layer is formed is performed (S24). The byproduct refers to PSG or BSG, as described above.
이어서, 상기 실리콘 기판의 전면에 형성된 홈 내부 및 후면의 모든 부분에 금속 페이스트를 사용하여 전극을 형성하는 공정이 수행된다(S26). 상기 금속 페이스트는 은(Ag), 알루미늄(Al) 등이 이용될 수 있다. 이때에는 스크린 프린팅 기법 등에 의해 실시된다. 상기 전면에 형성된 전극은 태양광 흡수로 생성된 전자를 수집하는 역할을 하고, 후면에 형성된 전극은 실리콘 기판 후면에서의 광 반사를 높이고 전자의 재결합을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, a process of forming an electrode using a metal paste is performed on all portions of the groove and the rear surface formed on the front surface of the silicon substrate (S26). The metal paste may be silver (Ag), aluminum (Al), or the like. In this case, screen printing may be used. The electrode formed on the front side serves to collect electrons generated by solar absorption, and the electrode formed on the back side increases the light reflection on the back side of the silicon substrate and prevents recombination of electrons.
상기 전?후면에 형성된 전극이 실리콘 기판에 전기적으로 연결되도록 열처 리 공정을 수행한다(S28). 이때, 상기 실리콘 기판의 후면에는 상기 금속 페이스트가 상기 열처리 공정에 의해 소정의 두께만큼 확산되어 후면 전계층(Back Surface Field: BSF)을 형성한다. 상기 'BSF'는 전계를 형성하여 광여기된 전자가 실리콘 기판의 후면으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.A heat treatment process is performed such that the electrodes formed on the front and rear surfaces are electrically connected to the silicon substrate (S28). In this case, the metal paste is diffused by a predetermined thickness on the back surface of the silicon substrate to form a back surface field (BSF). The 'BSF' forms an electric field and prevents photoexcited electrons from moving to the rear surface of the silicon substrate.
한편, 상기 형성된 전면 전극은 그 자체로 전면 전극 기능을 수행할 수도 있지만, 시드층(seed layer)으로도 사용될 수 있다. 이 경우 상기 형성된 전면 전극 상에 도금층을 형성하는 공정이 추가로 실시될 수 있다(S30). 이는 상기 전면 전극의 저항을 감소시키고 완성된 'BCSC' 기판의 종횡비를 높일 수 있다.Meanwhile, the formed front electrode may perform a front electrode function by itself, but may also be used as a seed layer. In this case, a process of forming a plating layer on the formed front electrode may be further performed (S30). This may reduce the resistance of the front electrode and increase the aspect ratio of the completed 'BCSC' substrate.
그러나, 종래의 'BCSC'의 제조방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional manufacturing method of 'BCSC' has the following problems.
먼저, 레이저(Laser) 또는 절단톱(Dicing Saw)을 이용하여 홈을 형성하는 경우에는 실리콘 기판에 물리적인 손상을 유발시킬 수 있다. 특히 레이저(Laser)를 이용하여 홈을 형성하는 경우에는 높은 온도로 인해 기판 표면과 내부에 재결정 현상이 발생한다. 이는 빛을 흡수하여 생성된 캐리어를 재결합시키는 요인이 되어 표면 재결합 속도를 증가시키고 캐리어의 라이프 타임(life time)을 감소시키는 문제점이 있다.First, when the groove is formed using a laser or a cutting saw, physical damage may be caused to the silicon substrate. In particular, when the groove is formed using a laser, recrystallization occurs on the surface and the inside of the substrate due to the high temperature. This causes a recombination of carriers generated by absorbing light, which increases the surface recombination rate and reduces the life time of the carrier.
다음으로, 상기 선택적 에미터 층을 형성하기 위해서는 제1 및 제2도핑공정을 반드시 수행하여야 한다. 이는 선택적 에미터 층을 형성 시 공정이 복잡하고, 이에 따라 공정 비용이 증가하는 문제점이 있다.Next, the first and second doping processes must be performed to form the selective emitter layer. This is a complicated process when forming a selective emitter layer, and thus there is a problem that the process cost increases.
또한, 통상적으로, 도핑공정은 불순물을 실리콘 기판에 디퓨전시키기 위해 열처리공정을 수행하게 되는데, 이러한 고온의 열처리공정은 실리콘 기판의 품질을 저하시키는 원인으로 작용한다. 그런데, 상기 'BCSC'는, 상술한 바와 같이 제1 및 제2도핑공정을 수행하고 있어 실리콘 기판의 품질을 더욱 저하시키는 문제점이 있다.In addition, the doping process typically performs a heat treatment process to diffuse impurities into the silicon substrate, and such a high temperature heat treatment process acts as a cause of lowering the quality of the silicon substrate. However, the 'BCSC', as described above, is performing the first and second doping processes, which causes a problem of further degrading the quality of the silicon substrate.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체기판에 홈 형성 시 캐리어의 라이프 타임(life time)이 감소되는 것을 방지하는 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method of manufacturing a recessed electrode type solar cell which prevents a reduction in the life time of a carrier when grooves are formed in a semiconductor substrate.
본 발명의 다른 목적은 홈 형성공정 및 표면 텍스처링공정을 한 번의 식각공정으로 실시하는 데 있다.Another object of the present invention is to perform the groove forming process and the surface texturing process in one etching process.
본 발명의 또 다른 목적은 선택적 에미터 층의 형성공정을 간소화하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to simplify the process of forming a selective emitter layer.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 반도체 기판의 상부에 마스크 층을 형성하는 마스크 층 형성단계; 상기 형성된 마스크 층의 일부분을 제거하여 패터닝된 마스크 층을 형성하는 마스크 층 패터닝단계; 상기 패터닝된 마스크 층이 형성되면, 식각 가스(Etching Gas)를 이용하여 상기 패터닝된 마스크 층 제거와, 상기 반도체 기판의 표면 텍스처링과, 전면전극용 홈 형성을 동시에 수행하는 식각단계; 상기 식각단계가 완료되면, 상기 반도체 기판 상에 불순물을 도핑하여 에미터 층을 형성하는 에미터 층 형성단계; 상기 형성된 에미터 층 상부에 반사방지막을 형성하는 반사방지막 형성단계; 상기 반사방지막 중 상기 전면전극용 홈과 대응하는 부분에 전면전극을 형성하고, 상기 반도체 기판의 후면 전면적에 후면전극을 형성하는 전극 형성단계; 그리고 상기 형성된 전 면전극 및 후면전극이 상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되도록 열처리하는 열처리단계;를 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a mask layer forming step of forming a mask layer on top of a semiconductor substrate; A mask layer patterning step of removing a portion of the formed mask layer to form a patterned mask layer; An etching step of simultaneously removing the patterned mask layer, surface texturing of the semiconductor substrate, and forming a groove for the front electrode by using an etching gas when the patterned mask layer is formed; An emitter layer forming step of forming an emitter layer by doping impurities on the semiconductor substrate when the etching step is completed; Forming an anti-reflection film on the formed emitter layer; An electrode forming step of forming a front electrode in a portion of the anti-reflection film corresponding to the groove for the front electrode, and forming a rear electrode on a rear front surface of the semiconductor substrate; And a heat treatment step of performing heat treatment such that the formed front and back electrodes are electrically connected to the semiconductor substrate.
상기 마스크 층은 상기 반도체 기판과의 식각 선택비(Etching Selectivity) 조절이 가능한 산화물(Oxide) 계열 또는 질화물(Nidtride) 계열의 유전체 물질이 이용되고, 상기 마스크 층은 화학증착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 증류(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 스핀 코팅(Spin Coating), 잉크젯(Inkjet), 스크린 프린팅, 열 산화(thermal oxidation) 방법 중 어느 하나에 의해 형성된다.The mask layer may be formed of an oxide-based or nitride-based dielectric material capable of controlling etching selectivity with the semiconductor substrate, and the mask layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD). , Evaporation, sputtering, spin coating, inkjet, screen printing, or thermal oxidation.
상기 마스크 층 패터닝단계에서, 상기 마스크 층은, 광식각(Photo-lithography) 방법, 식각 페이스트(Etching Paste)를 이용한 잉크젯(Inkjet) 또는 스크린 프린팅 방법, 레이저를 이용한 패터닝(Laser ablation) 방법 중 어느 하나에 의해 패터닝된다. 또는 상기 반도체 기판의 상부에 상기 마스크 층이 미형성된 상태에서, 일정 모양으로 패터닝된 마스크 층을 상기 반도체 기판 상부에 직접 형성할 수도 있다. 여기서, 상기 패터닝된 마스크 층은 잉크젯(Inkjet) 방법 또는 스크린 프린팅 방법 중 어느 하나를 이용하여 형성된다.In the mask layer patterning step, the mask layer may be any one of a photo-lithography method, an inkjet or screen printing method using an etching paste, and a laser ablation method. Is patterned by Alternatively, in a state in which the mask layer is not formed on the semiconductor substrate, the mask layer patterned in a predetermined shape may be directly formed on the semiconductor substrate. Here, the patterned mask layer is formed using any one of an inkjet method or a screen printing method.
상기 식각단계는, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching: RIE) 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법에 의해 실시되고, 적어도 하나 이상의 식각 가스를 이용하여 실시된다.The etching step is performed by a reactive ion etching (RIE) method or a plasma etching method, and is performed using at least one etching gas.
상기 식각단계에서 하나의 식각 가스를 이용하는 경우, 상기 반도체 기판과 패터닝된 마스크 층이 모두 식각될 수 있도록 식각 선택비(Etching Selectivity)가 낮은 식각 가스를 이용한다.When one etching gas is used in the etching step, an etching gas having a low etching selectivity is used to etch both the semiconductor substrate and the patterned mask layer.
상기 식각단계에서 둘 이상의 식각 가스를 이용하는 경우, 식각 선택비(Etching Selectivity)가 높은 식각 가스 중에서 상기 반도체 기판만이 식각되는 식각 가스와, 상기 패터닝된 마스크 층만이 식각되는 식각 가스를 이용한다.When two or more etching gases are used in the etching step, an etching gas in which only the semiconductor substrate is etched and an etching gas in which only the patterned mask layer is etched are used among etching gases having a high etching selectivity.
상기 식각단계에서 둘 이상의 식각 가스를 이용하는 경우, 상기 반도체 기판만이 식각될 수 있도록 식각 선택비(Etching Selectivity)가 높은 식각 가스와, 상기 반도체 기판과 상기 패터닝된 마스크 층이 모두 식각될 수 있도록 식각 선택비(Etching Selectivity)가 낮은 식각 가스를 이용한다.When two or more etching gases are used in the etching step, an etching gas having a high etching selectivity may be etched so that only the semiconductor substrate may be etched, and the semiconductor substrate and the patterned mask layer may be etched. An etching gas having a low etching selectivity is used.
상기 식각 가스는 F 계열 또는 Cl 계열이다.The etching gas is F series or Cl series.
상기 에미터 층 형성단계는, 상기 전면전극용 홈 내부에 제1불순물을 도포하는 단계;와 상기 제1불순물이 도포되면, 열처리공정에 의해 상기 도포된 제1불순물이 상기 전면전극용 홈 주위로 디퓨전되어 고농도로 도핑되고, 상기 도포된 제1불순물 중 기화되는 불순물에 의해 상기 반도체 기판의 전면이 저농도로 도핑되어 상기 반도체 기판 상에 선택적 에미터 층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1불순물은 상기 제2불순물보다 상대적으로 고농도를 가진다.The emitter layer forming step may include applying a first impurity to the inside of the front electrode groove; and when the first impurity is applied, the first impurity applied by the heat treatment process may be around the front electrode groove. And diffusing doped to a high concentration and doping the entire surface of the semiconductor substrate at a low concentration by impurities vaporized in the applied first impurity to form a selective emitter layer on the semiconductor substrate. Impurities have a relatively higher concentration than the second impurity.
또는 상기 에미터 층 형성단계는, 상기 전면전극용 홈 내부에 제1불순물을 도포하는 단계; 상기 제1불순물이 도포되면, 상기 반도체 기판 전면과 상기 제1불순물의 상부 전체에 제2불순물을 도포하는 단계; 그리고 상기 제2불순물이 도포되면, 열처리공정에 의해 상기 도포된 제1불순물은 상기 전면전극용 홈 주위로 디퓨전되어 고농도로 도핑되고, 상기 도포된 제2불순물은 상기 반도체 기판의 전면으로 디퓨전되어 저농도로 도핑되어 상기 반도체 기판 상에 선택적 에미터 층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1불순물은 상기 제2불순물보다 상대적으로 고농도를 가진다.Alternatively, the emitter layer forming step may include applying a first impurity inside the groove for the front electrode; When the first impurity is applied, applying a second impurity on the entire surface of the semiconductor substrate and the upper part of the first impurity; When the second impurity is applied, the coated first impurity is diffused around the groove for the front electrode to be doped at a high concentration by the heat treatment process, and the applied second impurity is diffused to the front surface of the semiconductor substrate to have a low concentration. Forming a selective emitter layer on the semiconductor substrate, wherein the first impurity has a relatively higher concentration than the second impurity.
상기 식각단계가 완료되면, 상기 반도체 기판 상에 저농도 에미터 층 및 반사방지막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 형성된 반사방지막 중 상기 전면전극용 홈과 대응하는 부분에 고농도의 불순물과 금속 페이스트로 이루어진 전면전극용 페이스트를 도포하고, 상기 반도체 기판의 후면 전면적에 금속 페이스트로 이루어진 후면전극용 페이스트를 도포하는 단계; 그리고 상기 전면전극/후면전극용 페이스트가 도포된 상태에서 열처리 수행하여 상기 전면전극용 페이스트에 포함된 금속 페이스트로 전면전극을 형성하고 후면전극용 페이스트로 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 열처리 수행시 상기 전면전극용 페이스트에 포함된 고농도의 불순물이 상기 반도체 기판 내로 확산되어 상기 전면전극용 홈 주위가 고농도의 에미터 층으로 형성된다.When the etching step is completed, sequentially forming a low concentration emitter layer and an anti-reflection film on the semiconductor substrate; Applying a front electrode paste made of a high concentration of impurities and a metal paste to a portion of the formed anti-reflection film corresponding to the groove for the front electrode, and applying a back electrode paste made of a metal paste to the entire back surface of the semiconductor substrate; ; And forming a front electrode with a metal paste included in the front electrode paste and forming a back electrode with a back electrode paste by performing heat treatment while the front electrode / back electrode paste is coated. When the heat treatment is performed, a high concentration of impurities contained in the front electrode paste is diffused into the semiconductor substrate to form a high concentration of emitter layer around the front electrode groove.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 함몰전극형 태양전지의 제조방법에 따르면, 반도체 기판 상에 일정모양으로 패터닝된 마스크 층을 형성한 상태에서 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching:RIE) 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법에 의해 식각공정을 수행한다. 이때, 상기 식각공정에 사용되는 식각 가스를 동일하게 사용하거나 또는 적어도 두 개 이상의 식각 가스를 순차적으로 변경하여 사용한다. 그러면, 한 번의 식각공정으로, 상기 패터닝된 마스크 층 제거공 정, 반도체 기판의 표면 텍스처링공정 및 홈 형성공정이 동시에 수행된다. 이와 같이, 상기 식각공정은 RIE 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법에 사용되는 식각 가스를 이용하여 실시되기 때문에, 종래와 같이 레이저(Laser)를 이용하여 홈을 형성했을 때 발생하는 캐리어의 라이프 타임(life time) 감소 현상을 방지하는 효과가 있다.According to the method of manufacturing a recessed electrode solar cell of the present invention having such a configuration, a reactive ion etching (RIE) method or a plasma etching method is performed in a state in which a mask layer patterned in a predetermined shape is formed on a semiconductor substrate. The etching process is performed by a plasma etching method. In this case, the etching gas used in the etching process is used in the same or at least two or more etching gases are sequentially used. Then, in one etching process, the patterned mask layer removing process, the surface texturing process of the semiconductor substrate, and the groove forming process are simultaneously performed. As described above, since the etching process is performed using an etching gas used in an RIE method or a plasma etching method, a carrier life time generated when a groove is formed using a laser as in the related art. (life time) is effective in preventing the phenomenon.
더욱이 한 번의 식각공정으로, 패터닝된 마스크 층 제거공정, 반도체 기판의 표면 텍스처링공정 및 홈 형성공정을 동시에 수행하여 공정이 간소화되는 효과가 있다.Furthermore, in one etching process, the patterned mask layer removing process, the surface texturing process of the semiconductor substrate, and the groove forming process may be simultaneously performed, thereby simplifying the process.
또한 도핑공정 시 스크린 프린팅, 오토도핑(Auto-Doping), 셀프도핑(Self-Doping) 중 어느 하나의 방법을 이용함에 따라 한 번의 도핑공정으로 선택적 에미터(selective emitter) 층을 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, by using one of screen printing, auto-doping, and self-doping methods during the doping process, the effect of forming a selective emitter layer in one doping process can be achieved. There is.
따라서, 함몰전극형 태양전지를 제조함에 있어 전체 공정을 간소화할 수 있어 공정 비용이 절감되고, 결국 생산단가를 낮추는 효과를 기대할 수 있다.Therefore, in manufacturing the recessed electrode type solar cell, the entire process can be simplified, thereby reducing the process cost, and eventually, lowering the production cost can be expected.
또 상기 도핑공정 시 스크린 프린팅, 오토도핑(Auto-Doping), 셀프도핑(Self-Doping) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 실시함에 따라 디퓨전공정, 즉 열처리공정을 한 번만 수행하게 되어, 반도체 기판의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, during the doping process, by performing any one of screen printing, auto-doping, and self-doping methods, a diffusion process, that is, a heat treatment process is performed only once, thereby There is an effect that can prevent the degradation of quality.
이하, 본 발명에 의한 함몰전극형 태양전지의 제조방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 태양전지의 제조 재료로 반도체 기판으로서, 결정질 실리콘(Si) 기판을 예로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a depressed electrode solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings. In the embodiment of the present invention, a crystalline silicon (Si) substrate as a semiconductor substrate as a material for manufacturing a solar cell will be described as an example.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 함몰전극형 태양전지의 제조방법의 공정도가 종단면도로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 공정 중 표면 텍스처링과 홈을 형성하는 공정의 다른 실시 예에 따른 공정도가 종단면도로 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 공정 중 표면 텍스처링과 홈을 형성하는 공정의 또 다른 실시 예에 따른 공정도가 종단면도로 도시되어 있고, 도 5에는 도 2의 공정 중 선택적 에미터 층을 형성하는 공정의 다른 실시 예에 따른 공정도가 종단면도로 도시되어 있다.2 is a longitudinal sectional view of the manufacturing method of the recessed electrode solar cell according to the preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a process for forming the surface texturing and groove in the process of Figure 2 according to another embodiment The process diagram is shown in longitudinal section, in FIG. 4 a process diagram in accordance with another embodiment of the process of forming the surface texturing and grooves in FIG. 2 is shown in a longitudinal sectional view, and in FIG. 5 the selective emitter in the process of FIG. A process diagram in accordance with another embodiment of a process for forming a layer is shown in a longitudinal sectional view.
도 2를 참조하면, 먼저 실리콘 기판(100)을 필요한 크기로 자르고 표면의 결합 및 손상을 제거하는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된다. 이는 도 2(a)에 도시되어 있다.Referring to FIG. 2, a saw damage etching process is first performed to cut a
그런 다음, 도 2(b)와 같이, 상기 에칭된 실리콘 기판(100)의 전면 상부에 마스크 층(Mask Layer)(110)을 증착시키는 공정이 수행된다. 상기 마스크 층(110)은 상기 실리콘 기판(100)과의 식각 선택비(Etching Selectivity) 조절이 용이한 , , , 와 같은 산화물(Oxide) 계열 또는 질화물(Nidtride) 계열의 유전체 물질이 사용되는 것이 좋다. 상기 식각 선택비는 식각 작업시 두 물질이 식각되는 식각율의 비를 말한다. 그리고 상기 마스크 층(110)은 화학증착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 증류(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 스핀 코팅(Spin Coating), 잉크젯(Inkjet), 스크린 프린팅, 열 산화(thermal oxidation) 등의 방법에 의해 형성된다.Next, as shown in FIG. 2B, a process of depositing a
상기 마스크 층(110)이 형성되면, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(100)의 전면 중 전면전극용 홈(Groove)이 형성될 부분에 해당하는 마스크 층(110)의 일부분을 제거하여 패터닝(Patterning)된 마스크 층(110')을 형성하는 패터닝공정이 수행된다. 상기 패터닝공정은, 광식각(Photo-lithography) 방법, 식각 페이스트(Etching Paste)를 이용한 잉크젯(Inkjet) 또는 스크린 프린팅 방법, 레이저를 이용한 패터닝(Laser ablation) 방법에 의해 실시될 수 있다.When the
여기서, 상기 패터닝된 마스크 층(110')을 형성하는 공정에 있어, 상술한 바와 같이 상기 실리콘 기판(100) 전면의 모든 영역에 마스크 층(110)을 형성한 상태에서 패터닝공정을 수행할 수도 있지만, 잉크젯(Inkjet) 또는 스크린 프린팅 방법 등을 이용하여 별도의 패터닝공정 없이 일정 모양으로 패터닝된 마스크 층(110')을 직접 상기 실리콘 기판(100) 상부에 형성시킬 수도 있다.Here, in the process of forming the patterned
상기 패터닝된 마스크 층(110')이 형성되면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching: RIE) 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법을 이용하여 식각공정이 수행된다. 본 실시 예에서는 한 번의 식각공정으로 전면전극용 홈(G) 형성공정, 상기 패터닝된 마스크 층(110') 제거공정 및 상기 실리콘 기판(100)의 표면 텍스처링(Texturing)공정을 동시에 수행하게 된다. 이는 세 가지 방법에 의해 수행될 수 있다. 세 가지 방법은 도 2의 (d), 도 3 그리고 도 4에 도시하고 있다.When the patterned
먼저, 도 2(d)를 참조하여 첫 번째 방법을 설명한다. 이 방법은 각각의 공정 에 따라 다른 식각 가스(Etching Gas)를 사용하여 실시되기 때문에 최적화된 식각 공정을 확보할 수 있다. 이때에는 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 실리콘 기판(100) 중 어느 하나만이 식각될 수 있도록 식각 선택비가 높은 식각 가스만을 사용하여 수행된다. 이때 상기 식각 가스는 F 계열 또는 Cl 계열 등의 반응 가스를 이용하는 것이 좋으나, 반드시 그러한 것은 아니고 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 실리콘 기판(100) 중 어느 하나만이 식각될 수 있도록 식각 선택비가 높은 반응 가스이면 상관없다.First, the first method will be described with reference to FIG. 2 (d). This method is performed by using different etching gas (Etching Gas) according to each process to ensure an optimized etching process. In this case, only one of the patterned
도 2(d)를 설명하면, 상기 실리콘 기판(100)만이 식각될 수 있는 식각 가스를 이용하여 식각공정을 개시한다.Referring to FIG. 2 (d), only the
그러면, 도 2(d')와 같이, 상기 실리콘 기판(100)에는 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 비접촉되는 부분만이 선택적으로 식각되면서 전면전극용 홈(G)이 형성된다.Then, as shown in FIG. 2 (d ′), only the portion of the
상기 전면전극용 홈(G)이 원하는 깊이만큼 형성된 다음에는, 도 2(d'')처럼, 상기 패터닝된 마스크 층(110')만이 식각될 수 있는 식각 가스로 변경하여 상기 패터닝된 마스크 층(110')을 제거한다. 물론, 상기 식각 가스의 혼합 비율을 조절하여 수행될 수도 있다.After the groove G for the front electrode is formed to a desired depth, as shown in FIG. 2D, only the patterned
상기 패터닝된 마스크 층(110')이 제거되면, 다시 실리콘 기판(100)을 식각할 수 있는 식각 가스로 변경하여 상기 실리콘 기판(100)의 전면을 텍스처링한다. 그러면, 도 2(d''')에 도시된 바와 같이, 기판 표면적이 증가되고 기판 표면에 입사되는 빛의 반사를 감소시키게 되는 구조로 형성된다. 이하에서는 텍스처링된 실 리콘 기판(102)이라 한다.When the patterned
다음, 도 3을 참조하여 두 번째 방법을 설명한다. 이 방법은 상기 패터닝된 마스크 층(110')이 실리콘 기판(100)과의 식각 선택비를 적절하게 조절할 수 있는 물질로 이루어진 경우에 실시될 수 있다. 이는 첫 번째 방법에 비해 공정시간을 절감시킬 수 있다.Next, a second method will be described with reference to FIG. 3. This method may be implemented when the patterned
도 3을 설명하면, 도 3(l)과 같이 실리콘 기판(100) 상부에 패터닝된 마스크 층(110')이 형성된 상태에서, 일단 실리콘 기판(100)만이 식각될 수 있는 식각 가스를 이용하여 식각공정을 개시한다. 그러면, 상기 실리콘 기판(100)에는 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 비접촉된 부분만이 선택적으로 식각되면서 전면전극용 홈(G')이 형성되기 시작한다. 이때, 상기 전면전극용 홈(G')은, 도 3(m')와 같이 소정 깊이만큼만 형성되도록 한다. 이는 상기 식각 공정이 완료되었을 때 동시에 전면전극용 홈이 원하는 깊이만큼 충분히 형성되어야 하지만, 부족하게 형성될 수도 있기 때문에, 이를 방지하기 위함이다. 이러한 차이는 상기 패터닝된 마스크 층(110')의 식각 정도가 상대적으로 빠르게 진행되어 발생할 수 있다. 상기 식각 정도는 상기 패터닝된 마스크 층(110')의 물질, 두께, 식각 선택비, 식각 속도 등에 의해 달라질 수 있다. 따라서, 상기 소정 깊이를 가지는 전면전극용 홈(G')은 상기 패터닝된 마스크 층(110')의 식각 정도를 고려하여 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, in a state in which a patterned
상기 소정 깊이를 가지는 전면전극용 홈(G')이 형성되면, 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 실리콘 기판(100)이 모두 식각될 수 있도록 식각 선택비가 낮은 식각 가스로 변경하거나 또는 식각 가스의 혼합비율을 조절하여 식각공정을 계속 수행한다. 그러면, 도 3(m'')와 같이 상기 패터닝된 마스크 층(110')은 모두 제거되고, 실리콘 기판(100)에는 깊이가 더 깊어진 전면전극용 홈(G'')이 형성된다.When the groove G 'for the front electrode having the predetermined depth is formed, the etching mask is changed to an etching gas having a low etching selectivity or the etching gas so that both the patterned
상기 패터닝된 마스크 층(110')이 모두 식각되어 제거된 다음에는 현재의 식각 가스를 그대로 이용하여 식각 공정을 조금 더 수행한다. 그러면, 도 3(m''')와 같이, 텍스처링된 실리콘 기판(102)이 형성되면서 이와 동시에 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에는 원하는 깊이를 가지는 전면전극용 홈(G)이 형성된다.After all of the patterned
다음, 도 4를 참조하여 세 번째 방법을 설명한다. 이 방법은 상기 패터닝된 마스크 층(110')이 식각 정도를 고려했을 때 최적으로 형성된 경우에 실시할 수 있는 방법이다. 즉, 상기 패터닝된 마스크 층(110') 제거공정 및 전면전극용 홈(G) 형성공정을 동시에 개시하는 것이다. 따라서, 첫 번째 방법 및 두 번째 방법은 식각 가스를 변경하여 수행되지만, 세 번째 방법은 동일한 식각 가스를 이용하여 식각공정을 수행한다.Next, a third method will be described with reference to FIG. 4. This method can be performed when the patterned
도 4를 설명하면, 먼저, 도 4(n)처럼 실리콘 기판(100) 상부에 패터닝된 마스크 층(110')이 형성된 상태에서, 상기 패터닝된 마스크 층(110')과 실리콘 기판(100)이 모두 식각될 수 있도록 식각 선택비가 낮은 식각 가스를 사용하여 식각공정을 실시한다.Referring to FIG. 4, first, in a state in which a patterned
그러면, 도 4(o)와 같이, 상기 패터닝된 마스크 층(110')이 제거되고, 상기 실리콘 기판(100)의 표면이 텍스처링되면서 원하는 깊이를 가지는 전면전극용 홈(G)이 형성된 실리콘 기판(102)이 형성된다.Then, as shown in FIG. 4 (o), the patterned
이와 같이 본 발명에서는 RIE 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법에 사용되는 식각 가스의 식각 선택비를 이용하여 한 번의 식각 공정으로 상기 패터닝된 마스크 층(110') 제거공정, 표면 텍스처링공정 및 전면전극용 홈(G) 형성공정을 동시에 실시할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the
다시 도 2를 참조하면, 상기 식각 공정이 완료된 다음에는 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102) 상에 선택적 에미터(selective emitter) 층(140)을 형성하는 도핑공정이 수행된다. 상기 선택적 에미터 층(140)은 스크린 프린팅 방법, 오토도핑(Auto-doping) 방법, 셀프도핑(Self-Doping) 방법 중 어느 하나에 의해 실시될 수 있다. 이 중 상기 셀프도핑 방법은 상기 선택적 에미터 층(140)을 형성하는 과정이 상이하여 아래에서 자세하게 설명하기로 한다. 그리고 본 실시 예에서는 설명의 편의상 스크린 프린팅 방법은 생략하고 오토도핑 방법을 이용하여 선택적 에미터 층(140)이 형성되는 과정을 설명하기로 한다.Referring back to FIG. 2, after the etching process is completed, a doping process is performed to form a
먼저, 도 2(e)와 같이 스크린 프린팅, 잉크젯(Inkjet) 등의 방법을 이용하여 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에서 전면전극용 홈(G)이 형성된 영역에만 제1불순물(120)을 도포한다. 이때 상기 제1불순물(120)은 상기 전면전극용 홈(G)의 상부보다 더 높게 도포되는 것이 좋다. 상기 제1불순물(120)은 아래에서 설명하는 제2불순물(130)보다 더 짙은 농도를 가진다. 이를 고농도 불순물이라고도 한다.First, as shown in FIG. 2 (e), the
그리고, 도 2(f)와 같이, 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 전면 및 상기 도포된 제1불순물(120) 상부에 제2불순물(130)을 도포한다. 상기 제2불순물(130)은 상기 제1불순물(120)보다 상대적으로 옅은 농도를 가진다. 이를 저농도 불순물이라 고도 한다. 상기 제2불순물(130)은 스프레이(Spray), 스핀 온 도펀트(Spin on Dopant), 스크린 프린팅, 잉크젯(Inkjet) 등의 방법으로 도포된다.As shown in FIG. 2 (f), a
그런 다음 열처리공정을 수행하면, 도 2(g)에 도시된 바와 같이, 상기 제1불순물(120)은 전면전극용 홈(G) 주위에 디퓨전되어 고농도의 에미터 층(142)이 형성되고, 상기 제2불순물(130)은 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 표면으로 디퓨전되어 저농도의 에미터 층(144)이 형성된다. 이에 따라, 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에는 선택적 에미터 층(140)이 형성된다. 여기서 상기 제2불순물(130)은 상기 제1불순물(120)이 기화되는 현상을 방지하는 역할도 수행하기 때문에, 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에서 제1불순물(120)이 도포된 영역 이외의 주변부가 고농도로 도핑되는 것이 방지된다.Then, the heat treatment process, as shown in Figure 2 (g), the
한편, 상기 제2불순물(130)을 도포하는 공정, 즉 도 2(f)는 반드시 실시될 필요는 없다. 이러한 경우에는, 열처리공정시 상기 제1불순물(120)이 전면전극용 홈(G) 주위로 디퓨전되면서 상기 전면전극용 홈(G) 주위는 고농도로 도핑되고, 이때 기화되는 불순물에 의해 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 표면은 저농도로 도핑되게 된다. 이에 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에는 선택적 에미터 층(140)이 형성된다.On the other hand, the process of applying the
그리고 상기 오토도핑 방법에 의해 형성된 상기 선택적 에미터 층(140)에서, 고농도의 에미터 층(142)은 90옴(ohm)/squar 이상의 면 저항을 가지도록 도핑되고, 저농도의 에미터 층(144)은 40옴(ohm)/squar 이하의 면 저항을 가지도록 도핑되는 것이 좋다.And in the
상기 선택적 에미터 층(140)이 형성된 다음에는, 도면에는 미도시되고 있지만, 상기 선택적 에미터 층(140) 형성시 발생하는 부산물을 제거하는 공정이 수행된다. 상기 부산물은, p형 기판에 n형 도펀트를 확산시키는 경우 생성되는 PSG(Phosphor-Silicate Glass) 또는 n형 기판에 p형 도펀트를 확산시키는 경우 생성되는 BSG(Boro-Silicate Glass)를 말한다. 상기 PSG 또는 BSG는 전지의 전류를 차폐시키는 역할을 하기 때문에 전지효율을 높이기 위해서 반드시 제거해 주어야 한다.After the
상기 부산물이 제거된 다음에는 상기 선택적 에미터 층(140) 상부에 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막(150)을 형성시킨다. 상기 반사방지막(150)은 , , , 등과 같이 1.1 ~ 2.5 사이의 굴절율을 가지는 유전체 물질로 형성하고, 이는 화학증착(CVD), 스퍼터링(sputtering), 열 산화(thermal oxidation), 스프레이(Spray) 등의 방법에 의해 형성된다. 이는 도 2(h)에 도시되어 있다. 이러한 반사방지막(150)은 실리콘 기판의 표면 보호막(Passivation) 역할도 한다.After the by-products are removed, an
이어서, 도 2(i)와 같이, 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 전면에 형성된 전면전극용 홈(G) 내부에는 전면전극(162)을 형성한다. 보다 정확하게는 상기 전면전극용 홈(G) 내부에 형성된 반사방지막(150)의 상부에 전면전극(162)을 형성한다. 그리고 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 후면의 모든 부분에는 후면전극(164)을 형성한다. 상기 전면전극(162) 및 후면전극(164)은 니켈(Ni), 은(Ag), 크로뮴(Cr), 알루미늄(Al) 등의 금속 페이스트가 이용된다. 이때에는 스크린 프린팅, 스텐실(Stencil), 잉크젯(Inkjet), 에어로졸 젯(Aerosol Jet) 등의 방법에 의해 실시된다. 상기 전면전극(162)은 태양광 흡수로 생성된 전자를 수집하는 역할을 하고, 상기 후면전극(164)은 텍스처링된 실리콘 기판(102) 후면에서의 광 반사를 높이고 전자의 재결합을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, as shown in FIG. 2 (i), the
그리고 상기 전면전극(162) 및 후면전극(164)이 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)에 전기적으로 연결되도록 700도 이상의 고온에서 열처리 공정이 수행된다. 그러면, 도 2(j)처럼 상기 전면전극(162) 내의 금속원자가 전면전극용 홈(G) 내부에 형성된 반사방지막(150)으로 침투하여 결국 상기 반사방지막(150)이 전면전극(162')화 되게 된다. 따라서, 전면전극(162')은 실리콘 기판에 접합하게 되어 저항 전극(Ohmic Contact) 형태로 형성되는 것이다. 그리고 상기 후면전극(164)은 상기 후면전극(164)의 금속 페이스트가 소정의 두께만큼 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 후면에 확산되어 후면 전계층(Back Surface Field: BSF)(166)을 형성한다. 상기 후면 전계층(166)은 전계를 형성하여 광여기된 전자가 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 후면으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.The heat treatment process is performed at a high temperature of 700 degrees or more so that the
한편, 상기 저항 전극(Ohmic Contact) 형태로 형성된 전면전극(162')은 그 자체로 전면전극의 기능을 수행할 수도 있지만, 시드층(seed layer)으로도 사용될 수 있다. 이 경우 상기 전면전극(162')의 저항을 낮추고 종횡비를 높이기 위하여 상기 형성된 전면전극(162') 상에 도금 층(170)을 형성하는 도금공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 이때 상기 도금 층(170)은, 도 2(k)에 도시된 바와 같이, 하나의 도금 층(170)으로 형성될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 복수 개로 형성할 수도 있다. 이러한 도금 층(170)은, 구리(Cu), 주석(Sn), 크로뮴(Cr), 은(Ag), 니켈(Ni) 등의 도금 물질 또는 상기 도금 물질의 혼합물이 사용될 수 있다.On the other hand, the
한편, 도 2의 공정 중 선택적 에미터 층은 셀프도핑 방법에 의해 형성될 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서는 선택적 에미터 층을 형성하기 이전의 공정, 즉 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정, 마스크 층 형성공정, 패터닝된 마스크 층 형성공정 및 식각 공정은 도 2에서와 동일하기 때문에, 선택적 에미터 층을 형성하는 공정만을 설명한다.Meanwhile, the selective emitter layer in the process of FIG. 2 may be formed by a self-doping method. This will be described with reference to FIG. Here, the selective emitter layer before forming the selective emitter layer, that is, the saw damage etching process, the mask layer forming process, the patterned mask layer forming process and the etching process are the same as in FIG. Only the process of forming the film will be described.
도 5를 참조하면, 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 전면전극용 홈(G) 및 전면의 모든 부분에 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)과 다른 타입의 불순물을 이용하여 저농도로 도핑하는 공정이 수행된다. 그러면, 도 5(p)와 같이 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 전면전극용 홈(G) 주위 및 전면의 모든 부분에는 균일하게 저농도 에미터 층(210)이 형성된다.Referring to FIG. 5, a process of doping at a low concentration by using impurities of a different type from the
그런 다음, 도 5(q)와 같이 상기 저농도 에미터 층(210) 상부에 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막(220)을 형성시킨다. 상기 반사방지막(220)은 도 2의 반사방지막(150)과 동일하다.Thereafter, as shown in FIG. 5 (q), an
상기 방사방지막(220)이 형성되면, 도 5(r)에 도시된 바와 같이, 상기 방사방지막(220)에서 전면전극용 홈(G)과 대응하는 부분에만 전면전극용 페이스트(232)를 도포하는 공정을 수행한다. 이때 상기 전면전극용 페이스트(232)는 고농도의 불순물과 금속 페이스트가 합쳐진 페이스트를 말한다. 그리고, 상기 텍스처링된 실리 콘 기판(102) 후면의 모든 부분에 후면전극용 금속 페이스트(234)를 도포한다.When the
그런 다음 700도 이상의 고온에서 열처리 공정이 수행되면, 전면전극용 페이스트(232)에 포함된 고농도의 불순물원자 및 금속원자가 전면전극용 홈(G) 내부에 형성된 반사방지막(220)으로 침투되고 결국 상기 고농도의 불순물원자가 전면전극용 홈(G) 주위로 디퓨전되면서 고농도 에미터 층(240)을 형성한다. 그리고, 상기 금속원자에 의해 전면전극용 홈(G) 내부에 형성된 반사방지막이 전면전극(232')화 되게 된다. 즉, 선택적 에미터 층(250)이 형성되는 동시에 전면전극용 홈(G) 내부에는 전면전극(232')이 저항 전극(Ohmic Contact) 형태로 형성되는 것이다. 이때, 상기 텍스처링된 실리콘 기판(102)의 후면에는 후면 전계층(Back Surface Field: BSF)(236)이 형성된다.Then, when the heat treatment process is performed at a high temperature of 700 degrees or more, a high concentration of impurity atoms and metal atoms included in the
한편, 상기 전면전극(232')은, 상술하였듯이, 시드층(seed layer)으로 사용되는 경우 상기 형성된 전면전극(232') 상에 도금 층(260)을 형성하는 도금공정이 추가적으로 수행된다.Meanwhile, as described above, when the front electrode 232 'is used as a seed layer, a plating process of forming the
이와 같이 상기 실시 예에 설명되고 있는 본 발명은 RIE 방법 또는 플라즈마 식각(Plasma Etching) 방법을 이용하여 한 번의 식각 공정으로 전면전극용 홈(G) 형성공정, 실리콘 기판(100)의 표면 텍스처링공정 및 패터닝된 마스크 층(110') 제거공정을 동시에 실시할 수 있고, 오토도핑, 스크린 프린팅, 셀프도핑 방법 중 어느 하나를 이용하여 선택적 에미터 층을 형성하는 바, 전체 공정을 간소화할 수 있어, 공정 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention, which is described in the above embodiment, uses a RIE method or a plasma etching method to form a groove G for the front electrode in a single etching process, a surface texturing process of the
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although described with reference to the illustrated embodiment of the present invention as described above, this is merely exemplary, those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be apparent that other embodiments may be modified and equivalent. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
도 1은 일반적인 함몰전극형 태양전지의 제조방법의 공정도.1 is a process chart of the manufacturing method of a typical recessed electrode solar cell.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 함몰전극형 태양전지의 제조방법의 공정도의 종단면도.Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the process diagram of the manufacturing method of the recessed electrode solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 공정 중 표면 텍스처링과 홈을 형성하는 공정의 다른 실시 예에 따른 공정도의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of a process diagram according to another embodiment of the process of forming the surface texturing and grooves in the process of FIG.
도 4는 도 2의 공정 중 표면 텍스처링과 홈을 형성하는 공정의 또 다른 실시 예에 따른 공정도의 종단면도.4 is a longitudinal sectional view of a process diagram according to another embodiment of the process of forming the surface texturing and grooves in the process of FIG.
도 5에는 도 2의 공정 중 선택적 에미터 층을 형성하는 공정의 다른 실시 예에 따른 공정도의 종단면도.5 is a longitudinal cross-sectional view of a process diagram according to another embodiment of a process for forming a selective emitter layer of the process of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 실리콘 기판 102 : 텍스처링된 실리콘 기판100
110 : 마스크 층(Mask Layer) 110' : 패터닝된 마스크 층110:
G : 전면전극용 홈(Groove) 120 : 고농도 불순물G: Groove for front electrode 120: High concentration impurity
130 : 저농도 불순물 140 : 선택적 에미터 층130: low concentration impurity 140: selective emitter layer
142 : 저농도 에미터 층 144 : 고농도 에미터 층142 low
150 : 반사방지막 162 : 전면전극150: antireflection film 162: front electrode
164 : 후면전극 166 : 후면 전계층(BSF)164
170 : 도금층170: plating layer
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |