KR101187749B1 - Method for forming elctrode of solar cell device - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 선택적 증착법을 이용한 태양전지 소자에서 금속전극배선을 형성하는 방법에 있어서, 층간 포스포러스 확산처리를 형성하는 단계와, 포스포러스 실리케이트 글라스층을 제거하는 단계와, 아아크레이어를 형성하는 단계와 전극형성을 위한 전극부위의 아아크레이어를 제거하는 단계와 어드헤젼 어쎄스(Adhesion Acess)처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착공정을 적용하여 아아크레이어만 제거된부위에만 전극을 형성하는 단계와 이후 어닐링을 하는 단계와 이후 에지 아이솔레이션 공정을 처리하는 방법을 실시하는 선택적증착공정을 적요한 태양전지의 금속전극배선 형성하는 것이 가능하다. In the method of forming a metal electrode wiring in a solar cell device using a selective deposition method, forming an interlayer phosphorus diffusion treatment, removing the phosphorus silicate glass layer, and forming an arc layer And removing only the arc layer by applying the selective deposition process including removing the arc layer on the electrode part for forming the electrode and adhering acess treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, and selective cap deposition. It is possible to form the metal electrode wiring of the solar cell, which requires the selective deposition step of forming the electrode only on the uneven part, followed by annealing, and then an edge isolation process.
Description
본 발명은 태양전지의 전극 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 선택적 증착 공정기술을 이용하여 별도의 소성 공정을 거치지 않고 완전히 금속층으로 매립할 수 있는 고효율, 초 저비용을 실현하는 태양전지의 전극 형성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for forming electrode wirings of a solar cell, and in particular, to a method of forming an electrode of a solar cell, which realizes a high efficiency and ultra low cost that can be completely embedded in a metal layer without a separate firing process using a selective deposition process technology. It is about.
실리콘 태양전지의 금속전극은 현재 실버 페이스트(Silver paste)를 이용한 스크린 프린팅(Screen printing) 기법이 주류를 이루고 있다. 현재 상용화된 태양전지에 널리 쓰이고 있는 스크린 프린팅 기법은 비교적 재료와 단위 공정 장비가 저가이며 다량의 제품을 대기 중에서 대면적으로 빠른 시간 내에 생산할 수 있고, 적합한 전극재료를 선택적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 실버 페이스트 스크린 프린팅 공정은 후속 소성(firing) 공정을 거쳐야 하는 등 3대의 장비를 적용하고 공정시간이 긴 단점을 가지고 있다. 스크린 프린팅에 주로 사용되는 실버 페이스트 적용 스크린 프린팅 기법은 재료의 특성상 열처리 공정 시에 온도, 가스, 압력 등 공정 변수들에 매우 민감하고 프린팅(Printing)한 태양전지의 버스바(Bus bar)나 핑거바(Finger bar)의 디자인(Design)을 최소화할 수 없는 문제가 있다. 또한 전극 재료 자체가 글라스 프릿(Glass frit) 성분을 포함하고 있어 비저항이 매우 크다는 단점으로 인해 효율 향상에 장애 요인이 되고 있다. 또한 에미터(Emitter)의 전면에 스크린 프린팅으로 형성한 은(Ag) 전면 전극은 열처리 공정과정에서 상기 전면 전극과 에미터 표면의 접합 면에서부터 시작하여 기판 쪽으로 확산 침투를 일으키는 현상 때문에 전극 저항이 매우 커질 수 있고 이로 인해 전극 효율 감소가 일어난다. 또한 실리콘 태양전지의 두께가 얇아지면서 실버 스크린 프린팅시 압력에 의하여 기판이 깨지는 불량도 증가되고 있어서 이를 극복하기 위한 새로운 전극형성 방법의 개발이 필요하다. 프린팅 및 고온 소성(Firing)시 실리콘 기판(Wafer)이 얇아지면서 불량 발생이 높아질 위험이 있으며, 은(Ag) 전극 내에 글라스 프릿으로 인한 저항이 높아지면서 고 효율화에 대한 장애요인이 되고 있고, 무엇보다도 원재료인 은의 단가가 급격히 상승하고 있어서 생산비용을 줄이기 위해서는 은(Ag)을 대체할 새로운 재료 및 공정, 장비기술이 절실히 필요한 실정이다.
The metal electrode of the silicon solar cell is now mainly screen-printed using silver paste. The screen printing technique widely used in the commercially available solar cells has the advantages of relatively low cost of materials and unit processing equipment, a large amount of products can be produced in a large amount of time in the air in a short time, and an appropriate electrode material can be selectively applied. have. However, this silver paste screen printing process has a disadvantage in that three equipments are applied and a long process time is required, such as a subsequent firing process. Silver paste applied screen printing technique, which is mainly used for screen printing, is very sensitive to process variables such as temperature, gas, and pressure during heat treatment process due to the nature of materials. (Finger bar) there is a problem that can not minimize the design (Design). In addition, the electrode material itself contains a glass frit component, which is a barrier to improvement in efficiency due to a very high specific resistance. In addition, the Ag front electrode formed by screen printing on the front of the emitter has a very high electrode resistance due to the phenomenon of diffusion penetration into the substrate starting from the bonding surface of the front electrode and the emitter surface during the heat treatment process. It can be large and this leads to a decrease in electrode efficiency. In addition, as the thickness of the silicon solar cell becomes thinner, defects in breaking the substrate due to pressure during silver screen printing are also increasing. Therefore, it is necessary to develop a new electrode formation method to overcome this problem. During printing and high temperature firing, there is a risk that defects will increase as the silicon wafer becomes thinner, and the resistance caused by the glass frit in the Ag electrode becomes a barrier to high efficiency. As the raw material price of silver is rising rapidly, new materials, processes, and equipment technologies are needed to replace silver (Ag) to reduce production costs.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로, 본 발명의 일 목적은 선택적 전극도금공정을 이용한 니켈/구리 전극을 형성하여 저비용, 고효율을 구현함으로써 실리콘 태양전지 전체의 효율적인 측면과 비용적인 측면에서 개선을 가져오는 태양전지의 전극 형성 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실리콘 태양전지의 분야에 있어서 실버 페이스트를 적용한 스크린 프린팅 방법을 대체하여 저비용 고 효율의 실리콘 태양전지를 구현하는 태양전지의 전극 형성 방법을 제공하는 데 있다.
The present invention has been made under the above-described background, and an object of the present invention is to form a nickel / copper electrode using a selective electrode plating process to realize low cost and high efficiency, thereby improving the efficiency and cost of the entire silicon solar cell. The present invention provides a method for forming an electrode of a solar cell.
Another object of the present invention is to provide a method of forming an electrode of a solar cell, which implements a silicon solar cell having low cost and high efficiency by replacing a screen printing method using silver paste in the field of a silicon solar cell.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 형성 방법은, 선택적 증착법을 이용하여 태양전지에 전극을 형성하는 방법으로서,
실리콘 기판 상에 P 타입 또는 N 타입 반도체를 형성하도록 포스포러스 확산층을 형성하고, 상기 포스포러스 확산층의 형성 단계에서 생성된 산화막인 포스포러스실리케이트글라스층을 제거하고, 상기 포스포러스 확산층 위에 광포획을 위하여 셀의 표면의 거칠기를 조정하기 위해 텍스쳐링(Texturing)을 형성하고, 상기 포스포러스확산층 위에 아아크레이어층을 형성하는 단계; 및
전극의 형성을 위해 전극이 형성될 부위의 아아크레이어층을 제거하여 패터닝공정을 수행하고, 이어 상기 아아크레이어층을 세정하고 상기 아아크레이어층을 세정처리하고 어드히전 액세스(Adhesion Access) 처리 후 니켈-구리(Ni/Cu) 전극의 형성을 위해 전처리 처리층을 형성하고, 상기 전처리 처리층 위에 선택적 니켈 증착층을 형성하고, 열처리 단계인 어닐링(Annealing) 단계를 거쳐 선택적 구리 증착층을 형성하고, 상기 선택적 구리 증착층 위에 선택적 캡 레이어층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법을 제공한다.
An electrode forming method of a solar cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, as a method of forming an electrode on the solar cell using a selective deposition method,
Forming a phosphorus diffusion layer to form a P type or N type semiconductor on a silicon substrate, removing the phosphorus silicate glass layer, which is an oxide film produced in the formation of the phosphorus diffusion layer, for light capture on the phosphorus diffusion layer Forming texturing to adjust the roughness of the surface of the cell and forming an arc layer on the phosphor diffusion layer; And
In order to form the electrode, the arc layer of the site where the electrode is to be formed is removed to perform a patterning process.Then, the arc layer is cleaned, the arc layer is washed, and after the Adhersion Access treatment, the nickel- A pretreatment layer is formed to form a copper (Ni / Cu) electrode, a selective nickel deposition layer is formed on the pretreatment layer, and an annealing step of an annealing step is performed to form a selective copper deposition layer. It provides a method for forming an electrode of a solar cell comprising the step of forming a selective cap layer layer on the selective copper deposition layer.
본 발명의 태양전지 전극 형성 방법에 따르면, 별도의 소성 공정을 거치지 않고 무전해 도금법을 실시하여 금속 도금층을 형성할 수 있으며, 전극 형성 기술에 있어서 원재료의 대체 실버 스크린 프린팅 공정을 선택적 전극 형성 니켈-구리(Ni-Cu) 공정으로 대체시 저항 감소 및 전극 면적의 축소로 인해 전극 형성 효율이 향상될 수 있으며 무엇보다 50%이상의 전극형성 생산비용의 절감이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법에 의하면, 아아크레이어의 금속전극 형성부분을 패터닝한 후에, 무전해 도금법을 이용하여 아아크레이어에 니켈 또는 구리층의 형성을 제어하여 금속전극 형성부분만을 선택적 증착함으로써 별도의 포토레지스트 형성공정이 필요 없게 되고, 또한 저항이 낮은 구리를 선택적으로 증착함으로써 태양전지의 전극면적 감소와 저 저항을 통해 전극 형성 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
According to the solar cell electrode forming method of the present invention, a metal plating layer can be formed by performing an electroless plating method without undergoing a separate firing process. When the copper (Ni-Cu) process is replaced, the electrode formation efficiency can be improved due to the reduction of the resistance and the reduction of the electrode area.
Further, according to the electrode forming method of the solar cell of the present invention, after patterning the metal electrode forming portion of the arc layer, by using the electroless plating method to control the formation of the nickel or copper layer on the arc layer, only the metal electrode forming portion is selectively selected. The deposition eliminates the need for a separate photoresist forming process, and by selectively depositing copper having low resistance, the electrode formation efficiency of the solar cell can be improved by reducing the electrode area of the solar cell.
도 1a 내지 도 1l는 각기 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법의 각 프로세스를 단계별로 나타내는 단면도이다.
도 2a 와 도 2b는, 도 1에서 진행된 공정들에 대한 실제 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 2 c와 도 2 d는 이러한 선택적 특성을 확인하기 위하여 AES (Auger Electron Spectrascopy) 분석을 통해 표면 성분 분석을 진행한 결과를 나타낸 도면이다. 1A to 1L are cross-sectional views illustrating respective processes of the method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention, respectively.
2A and 2B are diagrams showing actual experimental results of the processes performed in FIG. 1.
2 c and 2 d show the results of surface component analysis through AES (Auger Electron Spectrascopy) analysis in order to confirm such selective characteristics.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 형성 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면부호를 부여하기로 한다.
도 1a 내지 도 1l는 각기 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법의 각 프로세스를 단계별로 나타내는 단면도이다.
도 1a 와 도 1b 를 참조하면, 도 1a의 실리콘 기판(100)상에 P 타입 또는 N 타입 반도체를 형성하도록 도 1b와 같이 포스포러스 또는 보론 확산층(110)을 형성한다. 포스퍼러스 확산층(P-doped)(110)을 형성하는 단계는 염화포스포릴(POCl3)처리를 하는 방법과 포스퍼러스 확산(P doping)을 실시하는 방법을 사용할 수 있다.
이어, 상기 포스포러스 확산층(110)의 형성 단계에서 생성된 산화막인 도 1c에 도시된 포스포러스실리케이트글라스(PSG)층(120) 제거를 위하여 습식 에칭(Wet etching) 또는 건식 에칭(Dry etching)을 하는데 셀의 특성상 포스포러스실리케이트글라스(PSG)층(120)을 완전히 제거하거나, 10~100A(옹스트롬) 정도 포스포러스실리케이트글라스(PSG)층(120)을 남기는 방법을 사용할 수도 있다.
도 1d와 같이, 상기 포스포러스 확산층(110) 위에 광포획을 위하여 셀의 표면의 거칠기를 조정하기 위한 습식 에칭(Wet etch), 또는 플라즈마 에칭(Plasma etching)을 포함하는 건식 에칭(Dry etching) 공정의 텍스쳐링(Texturing) 공정(130)을 수행한다.
도 1e 를 참조하면, 상기 포스포러스확산층(110) 위에 아아크레이어층(ARC: Anti Reflective Coating;140)의 형성을 위해 실리콘 나이트라이드(SiNx) 증착을 통해 광포획의 효율성을 최대화한다. 아아크레이어를 형성하는 방법으로는 물리 증착법 또는 화학 증착법을 사용할 수 있다. 아아크레이어는 상기 실리콘 나이트라이드에 한정되지 않으며, 예컨대 나이트라이드(SiNx:x=0.1~80), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 또는 실리콘 옥사이드(SiOx)막을 포함할 수 있으나 이는 예 일뿐 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니며 동등하거나 유사한 기능을 발휘하는 것이라면 어느 것이라도 무방하다.
이어서, 도 1f는 증착된 아아크레이어층(140)에 전면 전극을 형성하기 위한 전단계로 실리콘기판과의 콘택 저항을 낮추기 위해 습식 에칭 또는 플라즈마 에칭을 포함하는 건식 에칭, 레이져 스크라이빙을 통하여 패터닝공정(150)을 수행한다. 전극형성을 위한 전극부위의 아아크레이어를 제거하는 방법은 마스크를 적용하여 습식에칭을 하는 방법, 습식 드롭(Wet Drop) 프린팅 방법, 전극 간격에 맞는 슬릿 몰드(Slit Mold)를 적용하여 습식 에칭 방법, 또는 레이져 스크라이빙(Laser Scribing) 방법을 사용할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며 같거나 유사한 기능을 발휘하는 것이라면 어느 것이라도 무방하다.
이어서, 도 1g와 같이 표면 이물 제거 및 개질을 위한 세정공정(160)을 거친다. 전극 패터닝(Patterning) 공정(150) 후, 어드히전 액세스(Adhesion Access) 처리를 곧바로 진행한다.
도 1 h는 니켈-구리(Ni/Cu) 전극을 형성하기 위하여 전처리 공정으로 전처리 처리층(170)을 형성하는 단계로서 다음 공정인 니켈(Ni) 증착층(180)의 밀착(Adhesion)을 높여주는 단계이다. 이러한 어드히전 어쎄스(Adhesion Access) 처리는 패터닝 후에 공정 지체가 있을 경우 불산(DHF:Diluted HF) 처리 단계 후 세정(Cleaning) 처리를 진행한다. 불산(DHF) 처리 성분은 불산 + 초순수(HF+DIwater:Deionized water)로 구성되며 불산(HF)의 농도는 0.05%~20%의 범위로 되며, 처리시간은 1초 ~ 3분이며, 이 공정후 세정(Cleaning)은 DI 수세를 하게 되며 처리 시간은 1초 ~1분이다. 어드히전 액세스 처리에 있어서 적용 용액은 염화팔라듐(PdCl2),DI , 염산(HCl), 황산(H2SO4) 성분을 함유하며, 그 조성은 염화팔라듐(PdCl2) 0.01~3g/L의 범위, 염산(HCl) 1~20ml/L의 범위, 황산(H2SO4) 1~20ml/L의 범위를 갖는다. 어드헤젼 액세스 처리 온도는 -30oC에서 80oC의 범위로 되며 처리 시간은 1초 ~10분이다.
전술한 처리 온도 범위 및 성분 등은 일 실시예로서 전술한 바로 한정되지 않으며 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 다르게 실시할 수 있을 것이다.
도 1i는 전처리 처리층(170) 위에 선택적 니켈(Ni) 증착층(180)을 형성하는 프로세스를 도시하는데, 증착용액은 니켈(Ni) 0.01~10g/L, 인산(H2PO2) 0.5~8%, 암모니아수(NH4OH) 0.1~5%, 염화암모늄(NH4Cl) 0.1~5%로 구성된 용액이며, 선택적 니켈(Ni) 증착의 처리 온도는 -30oC에서 80oC이고, 처리 시간은 1 초~10 분이다. 선택적 니켈층의 두께는 최소의 저항감소 및 구리확산을 방지하기 위한 확산 장벽층의 안정성을 높이기 위해 증착 두께는 50 Å ~ 3um정도의 범위로 증착한다. 선택적 니켈 증착층(180)의 형성 후 곧바로 후속 세정(Cleaning) 공정이 진행되어야 한다. 선택적 증착 공정에 있어서, 선택적 니켈 증착 외에 코발트(Co), 텅스텐(W) 등의 증착도 가능하다. 선택적 니켈 증착 후, 세정처리를 진행 후 열처리를 수행할 수 있다.
도 1j는 열처리 단계를 나타낸다. 어닐링(Annealing) 단계(190)는 상온 - 600oC의 온도에서 1분 - 3시간 열처리를 진행한다. 이때의 수소 환원분위기는 수소(H2)만을 적용할 수도 있고, 수소(H2)+ 아르곤(Ar:1-95%), 수소(H2)+질소(N2:1-95%) 등과 같은 수소혼합기체를 사용할 수도 있다. 아르곤 분위기에서 열처리를 하거나 질소 분위기에서 열처리하는 방법을 사용할 수도 있다. 열처리 공정은 연속공정으로 진행되도록 하며, 니켈 증착 후 세정처리를 진행 후 1초 ~5 분내에서 수행한다.
도 1k는 선택적 니켈 증착후에 선택적 구리증착층(200)을 형성하는 프로세스를 도시한다. 선택적 구리 증착 방법에 있어서 증착 용액은 구리 0.5~10g/L, 수산화나트륨(NaOH) 1~20g/L, 메탄알(HCHO) 0.1~3%, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid) 0.1~2% 조성으로 진행한다. 선택적 구리 증착의 처리는 -10oC에서 90oC의 온도에서 1초 ~60분의 시간 동안 수행한다. 선택적 구리증착층(200)의 증착 두께는 500 Å ~ 10um정도의 범위로 증착하며, 선택적 구리 증착은 20초~10분 범위에서 증착 후 DI 수세 처리 후 다시 20초 ~10분 범위로 증착하는 공정을 1~6회 반복하는 방법으로 수행한다.
또한, 선택적 구리 증착 후, 곧바로 후속 세정 공정이 진행되어야 한다. 선택적 구리 증착 및 세정 처리 후, 열처리는 상온 - 600oC의 온도에서 1분 - 3시간 진행한다. 이때의 수소 환원분위기는 수소만을 적용하거나, 수소+아르곤(1-95%), 수소+질소(1-95%) 등과 같은 수소혼합기체를 사용할 수 있으며, 아르곤분위기에서 열처리를 하거나 질소분위기에서 열처리하는 방법도 가능하다. 열처리 공정은 연속공정으로 진행되도록 하며, 니켈 증착 후 세정처리를 진행 후 1초 ~5 분내에 수행되도록 한다.
도 1l은 최종적으로 선택적 구리증착층(200) 위에 선택적 캡레이어층(210)을 형성하는 프로세스를 도시한다. 선택적 캡레이어층(210) 증착에 있어서 증착 캡 소재로는 은(Ag), 주석(Sn), 은(Ag)-주석(Sn), 납(Pb), 니켈(Ni) 등을 사용할 수 있다.
도 2a 와 도 2b는, 도 1에서 진행된 공정들에 대한 실제 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 2a는 실리콘 웨이퍼에 전극 형성 부분에만 선택적으로 니켈을 증착시킨 것을 나타내는데, 도면에 도시된 바와 같이 아아크레이어에는 니켈이 증착되지 않고 태양전지의 전극 부위인 버스바(Bus bar)와 핑거바(Finger bar)에만 선택적으로 니켈이 증착된 됨을 알 수 있다.
도 2 b는 선택적 증착으로 진행된 구리의 증착 사진을 보여준다.
도면에 도시된 바와 같이, 아아크레이어에는 구리가 증착되지 않고 태양전지의 전극 부위인 버스바와 핑거바에만 선택적으로 구리가 증착되는데, 선택적 니켈 증착 및 선택적 구리 증착에 대한 실증결과를 나타낸 것이다.
도 2 c와 도 2 d는 상기 도 2a와 2b의 선택적 증착 특성을 확인하기 위하여 AES(Auger Electron Spectrascopy) 분석을 통해 표면 성분 분석을 진행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 2c의 위의 사진 부분은 니켈/구리 전극의 이미지를 보여 주는 것이며, 이미지에서 Point#1은 전극부위이며, Point#2는 전극이 형성되지 않은 아아크레이어 부분이다.
도면에 도시된 바와 같이 핑거바 부분에만 전극이 형성되어 있고, 검게 나타난 부분은 실리콘 나이트라이드 부분으로 선택적 전극 형성이 된 것을 확인할 수 있으며, 성분 특성을 확인하기 위해 관찰된 AES 표면 분석결과를 보면, Point#1(전극부분)의 주성분은 구리(Cu), Point#2(비전극부분)의 주성분은 파란색으로 도시된 실리콘 나이트라이드이다. 즉, 웨이퍼 표면에 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 성분 이외에 니켈(Ni), 구리(Cu) 성분이 전극 부분에서 확인되고 비전극 부분에는 전극소재관련 성분이 거의 검출되지 않는 것으로 보아 선택적 니켈 및 선택적 구리 증착이 구현됨을 알 수 있다.
이상 기술한 바와 같은 본 발명의 태양전지 전극 형성 방법에 따르면, 별도의 소성 공정을 거치지 않고 무전해 도금법을 실시하여 금속 도금층을 형성할 수 있으며, 전극 형성 기술에 있어서 원재료의 대체 실버 스크린 프린팅 공정을 선택적 전극 형성 니켈-구리(Ni-Cu) 공정으로 대체시 저항 감소 및 전극 면적의 축소로 인해 전극 형성 효율이 향상될 수 있으며 무엇보다 50%이상의 전극형성 생산비용의 절감이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법에 의하면, 아아크레이어의 금속전극 형성부분을 패터닝한 후에, 무전해 도금법을 이용하여 아아크레이어에 니켈 또는 구리층의 형성을 제어하여 금속전극 형성부분만을 선택적 증착함으로써 별도의 포토레지스트 형성공정이 필요 없게 되고, 또한 저항이 낮은 구리를 선택적으로 증착함으로써 태양전지의 전극면적 감소와 저 저항을 통해 전극 형성 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 형성 방법을 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이와 같은 설명은 예시 목적이지 전술한 바로 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해해야 할 것이며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명이라기보다는 이하의 부속청구범위에 의해 특정되어 지며, 이러한 본 발명의 특허청구범위는 그 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Hereinafter, a method of forming an electrode of a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same or similar reference numerals will be given to the same or similar parts throughout the drawings.
1A to 1L are cross-sectional views illustrating respective processes of the method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention, respectively.
1A and 1B, a phosphorous or
Subsequently, wet etching or dry etching is performed to remove the phosphorus silicate glass (PSG) layer 120 shown in FIG. 1C, which is an oxide film formed in the formation of the
As shown in FIG. 1D, a dry etching process including wet etching or plasma etching to adjust the roughness of the surface of the cell for light capture on the
Referring to FIG. 1E, the efficiency of light capture is maximized through silicon nitride (SiN x ) deposition to form an arc layer (ARC: Anti Reflective Coating) 140 on the
Subsequently, FIG. 1F illustrates a patterning process through dry etching and laser scribing including wet etching or plasma etching to lower contact resistance with a silicon substrate as a preliminary step for forming a front electrode on the deposited
Subsequently, a
FIG. 1h is a step of forming a pretreatment layer 170 by a pretreatment process to form a nickel-copper (Ni / Cu) electrode, thereby increasing adhesion of a nickel (Ni)
The above-described processing temperature range, components, and the like are not limited to those described above as an embodiment, and those skilled in the art will be able to implement them differently without departing from the spirit and scope of the present invention.
FIG. 1I illustrates a process of forming a selective nickel (Ni)
1J illustrates a heat treatment step. The
1K shows a process for forming a selective
In addition, the subsequent cleaning process should proceed immediately after the selective copper deposition. After the selective copper deposition and cleaning treatment, the heat treatment proceeds at room temperature-600 o C for 1 minute-3 hours. At this time, the hydrogen reducing atmosphere may be hydrogen only, or hydrogen mixed gas such as hydrogen + argon (1-95%), hydrogen + nitrogen (1-95%), and the like.The heat treatment may be performed in an argon atmosphere or in a nitrogen atmosphere. You can also do it. The heat treatment process is to be carried out in a continuous process, and after nickel deposition to be carried out within 1 second ~ 5 minutes after the cleaning process.
FIG. 1L finally shows a process for forming an
2A and 2B are diagrams showing actual experimental results of the processes performed in FIG. 1.
FIG. 2A illustrates that nickel is selectively deposited only on an electrode forming portion on a silicon wafer. As shown in the drawing, nickel is not deposited on an arc layer, but a bus bar and a finger bar, which are electrode parts of a solar cell, are illustrated in FIG. It can be seen that only nickel is selectively deposited in bar).
FIG. 2 b shows a photograph of the deposition of copper, which has undergone selective deposition.
As shown in the figure, copper is not selectively deposited on the arc layer, and copper is selectively deposited only on the busbars and fingerbars, which are electrode portions of the solar cell, and shows results of selective nickel deposition and selective copper deposition.
2C and 2D illustrate the results of surface component analysis through AES (Auger Electron Spectrascopy) analysis to confirm the selective deposition characteristics of FIGS. 2A and 2B.
The upper photographic portion of FIG. 2C shows an image of a nickel / copper electrode, in which
As shown in the drawing, the electrode is formed only on the finger bar portion, and the black portion shows that the selective formation of the electrode is a silicon nitride portion, and the observed AES surface analysis results to check the component properties, The main component of Point # 1 (electrode part) is copper (Cu) and the main component of Point # 2 (non-electrode part) is silicon nitride shown in blue. In other words, in addition to the carbon (C), nitrogen (N) and oxygen (O) components on the wafer surface, nickel (Ni) and copper (Cu) components are found in the electrode portion, and electrode material-related components are hardly detected in the non-electrode portion. It can be seen that selective nickel and selective copper deposition are implemented.
According to the solar cell electrode forming method of the present invention as described above, it is possible to form a metal plating layer by performing an electroless plating method without going through a separate firing process, and in the electrode forming technology, alternative silver screen printing process of raw materials Selective Electrode Formation Nickel-Cu (Ni-Cu) process can be replaced by the reduction of the resistance and the electrode area due to the reduction of the electrode formation efficiency can be improved, and above all it is possible to reduce the electrode formation production cost more than 50%.
Further, according to the electrode forming method of the solar cell of the present invention, after patterning the metal electrode forming portion of the arc layer, by using the electroless plating method to control the formation of the nickel or copper layer on the arc layer, only the metal electrode forming portion is selectively selected. The deposition eliminates the need for a separate photoresist forming process, and by selectively depositing copper having low resistance, the electrode formation efficiency of the solar cell can be improved by reducing the electrode area of the solar cell.
So far, a method of forming an electrode of a solar cell according to an embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, but the above description is for illustrative purposes, and it should be understood that the present invention is not limited thereto. Is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, which is intended to cover all such modifications and variations as are derived from their meaning and scope and their equivalent concepts. Should be interpreted as
100: 실리콘기판 110: 포스포러스확산층
120: 포스포러스실리케이트글라스(PSG)층 130: 텍스쳐링공정
140: 아아크레이어층 150: 전극패터닝공정
160: 세정공정 170: 전처리 처리층
180: 선택적 니켈 증착 층 190: 어닐링 단계
200: 선택적 구리 증착층 210: 캡레이어 층100: silicon substrate 110: phosphor diffusion layer
120: phosphorus silicate glass (PSG) layer 130: texturing process
140: arc layer 150: electrode patterning process
160: washing step 170: pretreatment layer
180: selective nickel deposition layer 190: annealing step
200: selective copper deposition layer 210: caplayer layer
Claims (24)
실리콘 기판 상에 P 타입 또는 N 타입 반도체를 형성하도록 포스포러스 확산층을 형성하고, 상기 포스포러스 확산층의 형성 단계에서 생성된 산화막인 포스포러스실리케이트글라스층을 제거하고, 상기 포스포러스 확산층 위에 광포획을 위하여 셀의 표면의 거칠기를 조정하기 위해 텍스쳐링(Texturing)을 형성하고, 상기 포스포러스확산층 위에 아아크레이어층을 형성하는 단계; 및
전극의 형성을 위해 전극이 형성될 부위의 아아크레이어층을 제거하여 패터닝공정을 수행하고, 이어 상기 아아크레이어층을 세정하고 상기 아아크레이어층을 세정처리하고 어드히전 액세스(Adhesion Access) 처리 후 니켈-구리(Ni/Cu) 전극의 형성을 위해 전처리 처리층을 형성하고, 상기 전처리 처리층 위에 선택적 니켈 증착층을 형성하고, 열처리 단계인 어닐링(Annealing) 단계를 거쳐 선택적 구리 증착층을 형성하고, 상기 선택적 구리 증착층 위에 선택적 캡 레이어층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
A method of forming an electrode in a solar cell using a selective deposition method,
Forming a phosphorus diffusion layer to form a P type or N type semiconductor on a silicon substrate, removing the phosphorus silicate glass layer, which is an oxide film produced in the formation of the phosphorus diffusion layer, for light capture on the phosphorus diffusion layer Forming texturing to adjust the roughness of the surface of the cell and forming an arc layer on the phosphor diffusion layer; And
In order to form the electrode, the arc layer of the site where the electrode is to be formed is removed to perform a patterning process.Then, the arc layer is cleaned, the arc layer is washed, and after the Adhersion Access treatment, the nickel- A pretreatment layer is formed to form a copper (Ni / Cu) electrode, a selective nickel deposition layer is formed on the pretreatment layer, and an annealing step of an annealing step is performed to form a selective copper deposition layer. Forming a selective cap layer layer over the selective copper deposition layer.
상기 포스포러스 확산층을 형성하는 단계는 포스포릴 클로라이드 처리를 하는 방법 또는 포스포러스 주입을 실시하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
Forming the phosphor diffusion layer is a method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that for performing a method of performing phosphoryl chloride treatment or phosphorus injection.
상기 포스포러스실리케이트글라스층을 제거하는 단계는 습식에칭 방법을 적용하여 포스포러스 실리케이트 글라스층을 제거하거나, 10~100Å 두께 정도 남기는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
Removing the phosphorus silicate glass layer is a method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that by applying a wet etching method to remove the phosphorus silicate glass layer, or about 10 ~ 100 ~ thickness.
상기 아아크레이어층를 형성함에 있어서 아아크레이어 형성 방법으로는 물리증착법 또는 화학증착법이 가능하며 아아크레이어 층으로는 실리콘 나이트라이드(SiNx:x=0.1~80), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 또는 실리콘 옥사이드(SiOx)막이 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성방법.
The method of claim 1,
In forming the arc layer, an arc layer forming method may be a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method, and the arc layer may include silicon nitride (SiNx: x = 0.1 to 80), silicon oxynitride (SiON), and silicon nitride. (Si 3 N 4 ), or a silicon oxide (SiOx) film comprising a solar cell electrode forming method.
상기 전극의 형성을 위한 부위의 아아크레이어를 제거하는 방법으로 마스크를 적용하여 습식에칭을 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
The method of forming a solar cell electrode, characterized in that the wet etching by applying a mask in a method for removing the arc layer of the portion for forming the electrode.
상기 전극의 형성을 위한 부위의 아아크레이어를 제거하는 방법으로 습식 드롭 (Wet Drop) 프린팅 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
The method of forming a solar cell electrode, characterized in that the wet drop (Wet Drop) printing method is applied as a method for removing the arc of the site for the formation of the electrode.
상기 전극의 형성을 위한 부위의 아아크레이어를 제거하는 방법으로 전극 간격에 맞는 슬릿 몰드(Slit Mold)를 적용하여 습식에칭을 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
The method of forming a solar cell electrode, characterized in that the wet etching by applying a slit mold (Slit Mold) suitable for the electrode spacing as a method for removing the arc of the portion for forming the electrode.
상기 전극의 형성을 위한 부위의 아아크레이어를 제거하는 방법으로 레이져스크라이빙(Laser Scribing)을 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
The method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that the laser scribing (Laser Scribing) by a method of removing the arc of the portion for forming the electrode.
상기 패터닝(Patterning) 공정 후, 어드헤젼 어쎄스(Adhesion Acess)처리 공정에 지체가 있을 경우 불산(DHF:Diluted HF) 처리 후 세정처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
After the patterning process, if there is a delay in the Adhesion Acess treatment process, a method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that to perform a cleaning treatment after hydrofluoric acid (DHF: Diluted HF) treatment.
상기 DHF 처리 조건은 HF+DI로 구성되며 HF의 농도는 0.05%~20%의 범위이고, 처리시간은 1초 ~ 3분이고 이 공정 후 세정은 DI 수세를 하게 되며 1초 ~ 1분의 처리시간으로 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 9,
The DHF treatment condition is composed of HF + DI, the concentration of HF ranges from 0.05% to 20%, the treatment time is 1 second to 3 minutes and the washing after this process is DI water washing and the processing time of 1 second to 1 minute Electrode formation method of a solar cell, characterized in that carried out as.
상기 어드히전 액세스 (Adhesion Access)처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계에 있어서, 어드히전 액세스dp 적용하는 용액은 염화팔라듐(PdCl2), 초순수(DI water), 염산(HCl), 및 황산(H2SO4)성분을 포함하며 이의 조성은 PdCl2 0.01~3g/L의 범위, HCl은 1~20ml/L의 범위, H2SO4는 1~20ml/L의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
In the Adherence Access treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, and selective cap deposition, the solution to which Adherence Access dp is applied is palladium chloride (PdCl 2 ), ultrapure water (DI water), hydrochloric acid (HCl). , And sulfuric acid (H 2 SO 4 ) components, the composition of which is PdCl 2 0.01 ~ 3g / L, HCl is in the range of 1 ~ 20ml / L, H 2 SO 4 has a range of 1 ~ 20ml / L Electrode formation method of a solar cell, characterized in that.
상기 어드헤젼 어쎄스(Adhesion Acess)처리, 선택적 니켈(Ni)증착, 선택적 구리(Cu)증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착 단계에서, 상기 어드히전 액세스 처리 온도는 -30oC 에서 80oC의 온도 범위, 처리 시간은 1초 ~10분의 온도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
12. The method of claim 11,
In an optional deposition step including the Adsorption Acess treatment, selective nickel (Ni) deposition, selective copper (Cu) deposition, and selective cap deposition, the advice access treatment temperature is 80 to -30 o C. o The temperature range of C, the treatment time has a temperature range of 1 second to 10 minutes, the electrode forming method of a solar cell.
상기 어드히전 액세스 처리 후 세정(Cleaning)은 DI 수세를 하게 되며 1 초 ~1분의 처리시간을 갖고 진행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
12. The method of claim 11,
The cleaning after the access access treatment (Cleaning) is DI washing with water, and the electrode forming method of the solar cell, characterized in that having a processing time of 1 second ~ 1 minutes.
상기 어드히전 액세스 처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착 단계에, 선택적 니켈 증착용액은 니켈설페이트(NiSO4), 인산(H2PO2), 수산화나트륨(NH4OH), 염화암모늄(NH4Cl),H2O 성분을 함유하며, 그 조성은 니켈(Ni) 0.01~10g/L의 범위, H2PO2 0.5~8%의 범위, NH4OH 0.1~5%의 범위, NH4Cl 0.1~5%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법. The method of claim 1,
In the selective deposition step including the adjuvant access treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, and selective cap deposition, the selective nickel deposition solution is nickel sulfate (NiSO 4 ), phosphoric acid (H 2 PO 2 ), sodium hydroxide (NH 4 OH), ammonium chloride (NH 4 Cl), H 2 O components, the composition is nickel (Ni) in the range of 0.01 to 10g / L, H 2 PO 2 0.5 to 8%, NH 4 OH 0.1 Method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that having a range of ~ 5%, NH 4 Cl 0.1 ~ 5%.
상기 선택적 니켈(Ni)증착의 처리 온도는 -30oC 에서 80oC의 온도 범위를 가지며 처리 시간은 1초 ~10분의 온도 범위를 가지며, 증착시간은 1초 ~ 10분의 온도 범위를 갖고, 선택적 니켈층의 두께는 최소의 저항감소 및 구리확산을 방지하기 위한 확산장벽층의 안정성을 높이기 위해 증착두께는 50Å ~ 3um정도의 범위로 증착 하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 14,
The treatment temperature of the selective nickel (Ni) deposition has a temperature range of -30 o C to 80 o C and the treatment time has a temperature range of 1 second to 10 minutes, the deposition time is a temperature range of 1 second to 10 minutes The thickness of the selective nickel layer has a deposition thickness in the range of 50 ~ 3um in order to increase the stability of the diffusion barrier layer to reduce the minimum resistance and copper diffusion, electrode formation method of a solar cell.
상기 선택적 니켈 증착후, 곧바로 세정 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 14,
Method for forming an electrode of a solar cell, characterized in that to perform a cleaning process immediately after the selective nickel deposition.
상기 어드히전 액세스 처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착 단계에서, 선택적 코발트(Co) 또는 텅스텐(W)의 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
Forming an electrode of a solar cell comprising the deposition of selective cobalt (Co) or tungsten (W) in the selective deposition step including the adjuvant access treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, selective cap deposition step Way.
상기 열처리 단계는 상온 - 600oC의 온도에서 1분 - 3시간 열처리를 진행하고, 이때의 수소환원분위기는 수소만을 적용하는 경우, 수소+아르곤(1-95%), 수소+질소(1-95%)와 같은 수소혼합기체를 사용하는 경우, 아르곤 분위기에서 열처리를 하는 경우, 질소 분위기에서 열처리하는 경우 중 어느 하나를 포함하고, 열처리 공정은 연속공정으로 진행되도록 하며, 니켈증착후 세정처리를 진행 후 1초 ~5분 내에 진행이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
The heat treatment step is carried out for 1 minute-3 hours heat treatment at a temperature of -600 ° C. At this time, the hydrogen reduction atmosphere is hydrogen + argon (1-95%), hydrogen + nitrogen (1- 95%), the case of using a hydrogen mixture gas, the heat treatment in an argon atmosphere, any one of heat treatment in a nitrogen atmosphere, the heat treatment process is to proceed to a continuous process, and after the nickel deposition cleaning treatment Method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that the progress in 1 second to 5 minutes after the progress.
상기 어드히전 액세스 처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착 단계에서, 선택적 구리증착의 증착용액은 카파설페이트(CuSO4), 수산화나트륨(NaOH), 메탄알(HCHO), EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid), H2O 성분을 포함하며 그 조성은 구리 0.5~10g/L의 범위, 수산화나트륨 1~20g/L의 범위, 메탄알 0.1~3%의 범위, EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)는 0.1~2%의 범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
In the selective deposition step including the adjuvant access treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, and selective cap deposition, the deposition solution of the selective copper deposition is capasulfate (CuSO 4 ), sodium hydroxide (NaOH), methanol (HCHO). ), EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), H 2 O components, the composition is copper 0.5 ~ 10g / L, sodium hydroxide 1 ~ 20g / L, methanol 0.1 ~ 3%, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) ) Is a method for forming an electrode of a solar cell, characterized in that it comprises a 0.1 to 2% range.
상기 선택적 구리증착의 처리 온도 -10oC 에서 90oC의 온도 범위, 처리 시간 1초 ~60분의 범위, 증착시간 1초 ~10분의 온도 범위를 가지며, 선택적 구리층의 증착두께는 500Å ~ 10um정도의 범위이고, 선택적 구리 증착은 20초 ~ 10분 범위에서 증착후 DI 수세 처리후 다시 20초 ~10분 범위로 증착하는 공정을 1~6회 반복하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
20. The method of claim 19,
Treatment temperature of the selective copper deposition has a temperature range of -10 o C to 90 o C, a treatment time of 1 second to 60 minutes, a deposition time of 1 second to 10 minutes, the deposition thickness of the selective copper layer is 500 kW In the range of ~ 10um, the selective copper deposition is a 20 seconds to 10 minutes after the DI water washing process after the deposition process again 20 seconds ~ 10 minutes, the electrode of the solar cell, characterized in that repeated 1 to 6 times Forming method.
상기 선택적 구리 증착후, 곧바로 세정공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
20. The method of claim 19,
After the selective copper deposition, a method of forming an electrode of a solar cell, characterized in that to perform a cleaning process immediately.
상기 어드히전 액세스 처리, 선택적 니켈증착, 선택적 구리증착, 선택적 캡 증착 단계를 포함하는 선택적 증착 단계에서, 선택적 캡 증착 방의 증착 캡 소재로 은(Ag), 주석(Sn), 은(Ag)-주석(Sn), 납(Pb), 또는 니켈(Ni)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
The method of claim 1,
In the selective deposition step including the adjuvant access treatment, selective nickel deposition, selective copper deposition, and selective cap deposition, silver (Ag), tin (Sn), silver (Ag) -tin as the deposition cap material of the selective cap deposition chamber. (Sn), lead (Pb), or nickel (Ni) comprising a method for forming an electrode of a solar cell.
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