KR101254565B1 - Method for texturing substrate for solar cell and mehtod for manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판의 한 면에 제1 식각 가스를 이용하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 텍스처링 표면을 형성하여, 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제2 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하여 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 제3 텍스처링 표면을 갖는 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이로 인해, 기판의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물의 제거도 건식 식각법으로 행해지므로, 텍스처링 표면 형성 시간이 감소하여, 태양 전지의 제조 시간이 줄어든다. The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, wherein the method for manufacturing a solar cell is a plurality of having a first size by using a first etching gas on one side of a substrate containing a first impurity of a first conductivity type. Forming a first texturing surface with protrusions, forming the texturing surface using a second etching gas, and changing the size of the plurality of protrusions from the first size to a second size to form a second texturing surface. Forming a third texturing surface by etching the second texturing surface using a third etching gas to remove a damaged portion of the second texturing surface, and forming a third texturing surface on the substrate having the third texturing surface. Forming an emitter portion for injecting a second impurity of a second conductivity type, and a plurality of emitter portions electrically connected to the emitter portion And a first electrode and the step of forming the substrate and the plurality of second electrodes electrically connected to the. As a result, not only the formation of the texturing surface of the substrate but also the removal of residues remaining on the texturing surface are performed by dry etching, so that the texturing surface formation time is reduced, which reduces the manufacturing time of the solar cell.
태양전지, 건식식각, 플라즈마식각, RIE, 텍스처링 Solar cell, dry etching, plasma etching, RIE, texturing
Description
본 발명은 태양 전지용 기판의 텍스처링 방법 및 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for texturing a solar cell substrate and a method for producing a solar cell.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.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 producing electric energy from solar energy, and are attracting attention because they are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.A typical solar cell includes a substrate and an emitter layer made of semiconductors of different conductive types, such as p-type and n-type, and electrodes connected to the substrate and the emitter, respectively. At this time, p-n junction is formed in the interface of a board | substrate and an emitter part.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.When light is incident on the solar cell, a plurality of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and the generated electron-hole pairs are separated into electrons and holes charged by the photovoltaic effect, respectively, and the electrons and holes are n-type. Move toward the semiconductor and the p-type semiconductor, for example toward the emitter portion and the substrate, and are collected by electrodes electrically connected to the substrate and the emitter portion, which are connected by wires to obtain power.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 줄이는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the manufacturing time of the solar cell.
본 발명의 한 특징에 따른 태양전지용 기판의 텍스처링 방법은 기판의 한 면에 건식 식각법을 이용하여 복수의 돌출부를 구비하는 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 상기 건식 식각법을 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of texturing a substrate for a solar cell, the method including: forming a first texturing surface having a plurality of protrusions on one surface of the substrate by dry etching, and using the dry etching method. Etching the first texturing surface to remove a damaged portion of the second texturing surface.
상기 제1 텍스처링 표면 형성 단계는, 제1 식각 가스를 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 제3 텍스처링 표면을 식각하여 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제4 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the first texturing surface may include etching the first texturing surface using a first etching gas to form a third texturing surface having a plurality of protrusions having a first size, and using the second etching gas. Etching the third texturing surface to change a size of the plurality of protrusions from the first size to a second size to form a fourth texturing surface, and using the third etching gas to form the fourth texturing surface. Etching to remove the damaged portion of the fourth texturing surface.
상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스일 수 있다. The first etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas and oxygen gas, the second etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas, chlorine-based gas and oxygen gas, and the third etching gas may be a fluorine-based gas.
상기 특징에 따른 포함하는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법은 제4 식각 가 스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of texturing a solar cell substrate according to the above feature may further include removing residues on the fourth texturing surface by etching the fourth texturing surface using a fourth etching gas.
상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스일 수 있다. The fourth etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas and chlorine-based gas.
상기 제1 크기는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖고, 상기 제2 크기는 약 100㎚ 내지 약 500㎚의 지름과 높이를 가질 수 있다. The first size may have a diameter and a height of about 300 nm to about 800 nm, and the second size may have a diameter and a height of about 100 nm to about 500 nm.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판의 한 면에 제1 식각 가스를 이용하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 텍스처링 표면을 형성하여, 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제2 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하여 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 제3 텍스처링 표면을 갖는 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including: a first having a plurality of protrusions having a first size on a side of a substrate containing a first impurity of a first conductivity type using a first etching gas; Forming a texturing surface, forming a texturing surface using a second etching gas, and changing a size of the plurality of protrusions from the first size to a second size to form a second texturing surface; Etching the second texturing surface using an etching gas to remove damage to the second texturing surface to form a third texturing surface, the second conductive type second being formed on the substrate having the third texturing surface Forming an emitter portion injecting impurities, and electrically connecting the plurality of first electrodes and the substrate electrically connected to the emitter portion And forming a plurality of second electrodes is determined.
상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스일 수 있다. The first etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas and oxygen gas, the second etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas, chlorine-based gas and oxygen gas, and the third etching gas may be a fluorine-based gas.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제4 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing a solar cell according to the above feature may further include etching the second texturing surface using a fourth etching gas to remove residues present on the second texturing surface.
상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스일 수 있다. The fourth etching gas may be a mixed gas of fluorine-based gas and chlorine-based gas.
이러한 특징에 따르면, 기판의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물의 제거도 건식 식각법으로 행해지므로, 텍스처링 표면 형성 시간이 감소하여, 태양 전지의 제조 시간이 줄어든다. According to this feature, not only the formation of the texturing surface of the substrate but also the removal of residues remaining on the texturing surface is performed by dry etching, so that the texturing surface formation time is reduced, which reduces the manufacturing time of the solar cell.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한 다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. When a part of a layer, film, area, plate, etc. is said to be "on top" of another part, this includes not only when the other part is "right over" but also when there is another part in the middle. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. Also, when a part is formed as "whole" on the other part, it means not only that it is formed on the entire surface (or the front surface) of the other part but also not on the edge part.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.First, a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a partial perspective view of a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the solar cell shown in FIG.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(170)를 구비한다. Referring to FIG. 1, a solar cell 1 according to an exemplary embodiment of the present invention is an incident surface (hereinafter, referred to as a “front surface”) that is a surface of a
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.The
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다.This
이때, 텍스처링 표면에서, 각 돌출부(115)의 하부면 지름(최대 지름)(d1)은 약 100㎚ 내지 약 500㎚이고, 각 돌출부(115)의 높이(d2) 역시 약 100㎚ 내지 약 500㎚이다.At this time, at the texturing surface, the lower surface diameter (maximum diameter) d1 of each
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(120)가 형성되므로, 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면을 갖는다. The
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.Due to this built-in potential difference due to the pn junction, electron-hole pairs, which are charges generated by light incident on the
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.Since the
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.When the
에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. An
복수의 전면 전극(141)은 일부 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.The plurality of
복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.The plurality of
후면 전극(151)은 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 형성되어 있다.The
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.The
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다. The
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.Instead of aluminum (Al), the
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 후면 전계부(170)가 위치한다. 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.The rear
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.A potential barrier is formed due to the difference in the impurity concentration between the
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.The operation of the solar cell 1 according to this embodiment having such a structure is as follows.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. When light is irradiated to the solar cell 1 and incident on the
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 전면 전극(141)과 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.These electron-hole pairs are separated from each other by the pn junction of the
다음, 도 3a 내지 도 3h를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. Next, a method of manufacturing the solar cell 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3H.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.3A to 3H are views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.First, as illustrated in FIG. 3A, a front surface of the
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다. At this time, the
반응성 이온 시각법(RIE)을 이용하여 기판(110)의 입사면을 텍스처링하기 위 해, 먼저, 공정실(도시하지 않음)에 기판(110)을 위치시킨 후, SF6와 O2의 혼합 가스인 식각 가스를 공정실에 주입한다. 그런 다음, 기판(110) 사이에 설치된 두 개의 전극(도시하지 않음)에 해당 크기의 전력을 인가하여, 두 전극 사이의 공간에 원료 가스에 기초한 플라즈마를 생성된다.In order to texture the incident surface of the
생성된 플라즈마는 반응성이 강한 활성종(radical)과 이온(ion)을 구비하고 있다.The generated plasma has reactive radicals and ions.
이때, 식각 가스는 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)가 혼합된 가스(SF6/O2)이다. In this case, the etching gas is a gas (SF 6 / O 2 ) in which fluorine-based gas (SF 6 ) and oxygen gas (O 2 ) are mixed.
혼합 가스(SF6/O2) 중 플루오린계 가스(SF6)는 실리콘(Si) 원자간 결합 거리보다 짧은 이온 반경을 갖고 있어 방위면에 무관하게 실리콘 원자가 결합을 용이하게 끊을 수 있고, 이로 인해, 실리콘(Si)의 식각이 용이하다. The fluorine-based gas (SF 6 ) in the mixed gas (SF 6 / O 2 ) has an ion radius shorter than the bond distance between the silicon (Si) atoms, so that the silicon atoms can be easily broken regardless of the azimuth. , Silicon (Si) is easy to etch.
반면, 산소 가스(O2)는 산소 입자가 부착된 부분의 식각 동작을 방해하는 마스크(mask) 역할을 수행한다. 즉, 산소 가스(O2)는 실리콘(Si)의 식각 동작을 방해한다.On the other hand, the oxygen gas O 2 serves as a mask that prevents the etching operation of the portion to which the oxygen particles are attached. That is, the oxygen gas O 2 interferes with the etching operation of the silicon Si.
이처럼, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)를 혼합한 식각 가스(SF6/O2)를 이용하여 기판(110)의 노출면, 즉 입사면을 식각하면, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)의 서로 다른 식각 특성으로 인해 기판(110)의 입사면에 불규칙적인 형상의 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면이 형성된다. 즉, 산소 입자가 부착된 기판(110) 표면 부분과 산소 입자가 부착되지 않은 기판(110) 표면 부분 사이의 식각 속도가 상이하여 기판(110)의 식각면은 텍스처링 표면이 된다.As such, when the exposed surface of the
이때, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)에 의해 형성된 돌출부(115)의 최대 지름과 높이는 약 300㎚ 내지 800㎚의 크기를 갖는다.In this case, the maximum diameter and height of the
이처럼, SF6/O2의 혼합 가스에 의해, 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면이 기판(110)에 형성될 때, 도 3a에 도시한 것처럼, 돌출부(115)에는 산소 입자(116)가 남아있고, 또한, 산소(O2)와의 화학 반응에 의해 생성되는 산화물 역시 텍스처링 표면에 잔류물(residue)로서 존재한다. As such, when a texturing surface having a plurality of
그런 다음, 공정실에 플루오린계 가스(SF6), 염소계 가스(Cl2) 가스 및 산소(O2) 가스가 혼합된 새로운 식각 가스(SF6/Cl2/O2)를 주입하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 2차로 식각한다.Subsequently, a new etching gas (SF 6 / Cl 2 / O 2 ) in which a fluorine-based gas (SF 6 ), a chlorine-based gas (Cl 2 ) gas, and an oxygen (O 2 ) gas is mixed is injected into the process chamber to form a
위에 기재한 것처럼, 식각 가스는 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2) 이외에 염소계 가스(Cl2)를 더 함유하고 있다. 이때, 염소(Cl)의 이온 반경은 실리콘(Si) 원자간 결합 거리보다 크기 때문에, 플루오린계 가스(SF6)와 염소계 가스(Cl2)를 각각 이용하여 실리콘(Si)을 함유한 막을 식각할 경우, 식각 속도는 서로 다르다. 즉, 실리콘 원자간 결합 거리보다 짧은 이온 반경을 갖고 있는 플루오린 계 가스(SF6)를 이용할 경우의 식각 속도가 염소계 가스(Cl2)를 이용할 때보다 빠르다.As described above, the etching gas further contains a chlorine-based gas (Cl 2 ) in addition to the fluorine-based gas (SF 6 ) and oxygen gas (O 2 ). At this time, since the ion radius of chlorine (Cl) is larger than the bond distance between silicon (Si) atoms, the film containing silicon (Si) may be etched using fluorine-based gas (SF 6 ) and chlorine-based gas (Cl 2 ), respectively. In this case, the etching rates are different. That is, the etching rate when using the fluorine-based gas (SF 6 ) having an ion radius shorter than the bond distance between silicon atoms is faster than when using the chlorine-based gas (Cl 2 ).
따라서 1차로 식각된 기판(110)의 표면을 식각 속도가 상이한 플루오린계 가스(SF6)와 염소계 가스(Cl2)를 혼합한 식각 가스(SF6/Cl2/O2)를 이용하여 2차로 식각할 때, 기판(110)의 식각면은 불규칙하게 복수의 돌출부(115)가 형성된 텍스처링 표면이 된다. Therefore, the surface of the
이때, 2차 식각 시의 식각 가스(SF6/Cl2/O2)에도 산소 가스(O2)가 함유되어 있으므로, 산소 입자의 마스크 작용으로 텍스처링 표면 형성은 더욱 효과적으로 이루어진다.At this time, since the oxygen gas (O 2 ) is also contained in the etching gas (SF 6 / Cl 2 / O 2 ) during the secondary etching, the texturing surface is formed more effectively by the masking action of the oxygen particles.
이미 SF6/O2의 혼합 가스를 이용하여 1차 식각이 완료된 상태이므로, SF6/Cl2/O2의 혼합 가스를 이용하는 식각 시간을 감소시켜도 원하는 크기의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면 형성이 이루어진다. 즉, 본 실시예에 따른 2차 식각 시간은 SF6/O2의 혼합 가스를 이용한 식각 공정없이 (SF6/Cl2/O2)의 혼합가스만을 이용하여 기판의 표면을 식각하는 종래보다 식각 시간이 크게 줄어든다.Since the state is already SF 6 / O 2 1 car etched using a mixed gas of the finished, formed textured surface having an SF 6 / Cl 2 / O 2 in size the
이때, 식각 시간이 종래보다 크게 줄어들기 때문에 산소(O2)로 인한 잔류물(residue)의 생성 역시 크게 줄어든다. At this time, since the etching time is significantly reduced than conventional, the generation of residues due to oxygen (O 2 ) is also greatly reduced.
이때, 텍스처링 표면의 일부가 식각되어 제거되므로, 기판(110)의 두께는 1차 식각 후의 기판(110) 두께 보다 줄어들고, 2차 식각 후 형성된 돌출부(115)의 최대 지름과 높이는 약 100㎚ 내지 500㎚의 크기를 갖게 되어, 1차 식각 시 형성된 돌출부(115)의 지름과 높이보다 작다. At this time, since a portion of the texturing surface is etched and removed, the thickness of the
이미 설명한 것처럼, 도 3b에 도시한 것처럼, 1차 식각 시와 같이 식각을 위한 식각 가스에 산소(O2)가 함유되어 있으므로, 2차 식각 후에도 돌출부(115)에는 산소 입자(116)와 같은 잔류물이 기판(110)의 텍스처링 표면에 남아있다.As described above, as illustrated in FIG. 3B, since oxygen (O 2 ) is contained in the etching gas for etching as in the first etching, the
이처럼, SF6/Cl2/O2의 혼합가스를 이용한 2차 식각 동작이 완료되면, SF6/Cl2의 혼합가스를 이용하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 3차 식각하여, 도 3c에 도시한 것처럼, 기판(110)의 텍스처링 표면에 남아 있는 잔류물을 제거한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면 형상은 유지되고, 단지 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물만 제거되므로 기판(110)의 두께에는 큰 변화가 없다. 이로 인해, 잔류물을 제거하기 전과 비교할 때, 텍스처링 표면에서 입사광의 반사도가 줄어들어, 빛의 입사량이 증가한다. As such, when the secondary etching operation using the mixed gas of SF 6 / Cl 2 / O 2 is completed, the texturing surface of the
그런 다음, 다시 도 3d에 도시한 것처럼, 플루오린계 가스(SF6)만을 이용하여 잔류물이 제거된 텍스처링 표면을 식각하여 플라즈마에 함유된 이온들로 인한 손상 부분을 제거함으로써, 기판(110)의 텍스처링 표면을 완성한다. 이 경우에도 기판(110) 표면에 매우 얇게 존재하는 손상 부분만 제거되므로 기판(110)의 두께 감소는 거의 발생하지 않지만, 도 3d에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면의 완만도가 증가한다. Then, again, as shown in FIG. 3D, by using only the fluorine-based gas SF 6 , the texturing surface from which the residue is removed is etched to remove the damage caused by the ions contained in the plasma, thereby removing the portion of the
즉, 반응성 이온 식각 시, 이온의 물리적인 충돌이 인해 기판(110)의 표면 부근에서 실리콘의 화학적 결합이 끊어지거나 손상되어 비정상적인 결합을 갖는 손상 부분이 발생한다. 이러한 비정상적인 결합은 기판(110)에서 생성된 전자와 정공과 같은 전하와의 재결합으로 인해 태양 전지의 동작 효율을 감소시킨다.That is, during the reactive ion etching, a physical collision of ions causes the chemical bond of silicon to be broken or damaged near the surface of the
따라서, 플루오린계 가스(SF6)를 이용하여 손상 부분이 제거됨으로써, 손상 부분으로 인한 태양 전지(1)의 효율 감소가 줄어든다.Therefore, the damaged portion is removed by using the fluorine-based gas SF 6 , thereby reducing the efficiency reduction of the solar cell 1 due to the damaged portion.
이처럼, 손상 부분을 제거하기 위한 식각 공정 시, 공정실에 인가되는 전력의 크기를 이전 식각 공정 때 인가되는 전력 크기에 비해 크게 감소시켜, 즉 이온 에너지의 크기를 감소시켜, 기판(110) 표면에서의 물리적인 충돌 크기를 크게 줄임으로써, 기판(110) 텍스처링 표면에 손상 부분이 발생하는 것을 방지한다. As such, during the etching process for removing the damaged portion, the amount of power applied to the process chamber is greatly reduced compared to the amount of power applied during the previous etching process, that is, the size of the ion energy is reduced, so that the surface of the
본 실시예의 경우, 이때, 인가되는 전력의 크기는 2차와 3차 식각 시 인가되는 전력 크기의 약 1/10일 수 있다. In this embodiment, at this time, the magnitude of the applied power may be about 1/10 of the magnitude of power applied during the second and third etching.
본 실시예의 경우, 플라즈마 식각을 위한 두 개의 전극에 인가되는 전력 및 식각 가스가 공급되는 장소와 기판(110)과의 거리가 동일한 경우, 식각 시간은 다음과 같다.In the present embodiment, the etching time is as follows when the distance between the
즉, 2차 식각 시간 > 3차 식각 시간 > 4차 식각 시간 > 1차 식각 시간 순으로 식각 시간이 정해진다.That is, the etching time is determined in the order of the second etching time> the third etching time> the fourth etching time> the first etching time.
이미 설명했듯이, 1차 식각 동작으로 기판(110)의 표면에 1차적으로 텍스처링 표면을 형성하므로, 잔류물 발생이 가장 많은 2차 식각 시간이 줄어들어 잔류물의 생성이 줄어들고, 이로 인해 잔류물 제거를 위한 식각 시간 역시 감소하므로, 기판(110)에 텍스처링 표면을 형성하기 위한 전체적인 시간이 줄어든다.As described above, since the first etching operation forms a texturing surface on the surface of the
또한, 본 실시예에서, 기판(110)의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링표면 형성으로 인해 기판(110) 표면 근처에 형성된 손상 부분의 제거까지 모두 식각 가스를 이용한 건식 식각법으로 행해진다. 따라서, 서로 다른 식각법을 이용할 경우 공정실의 이동과 같은 불편함의 발생없이 단지 식각 가스만을 교체하여 원하는 식각 공정이 이루어지므로, 기판(110)의 텍스처링 공정은 신속하고 용이하게 행해진다.In addition, in this embodiment, not only the formation of the texturing surface of the
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부(115)는 원뿔 형상을 갖고, 각 돌출부(115)는 약 100㎚ 내지 약 500㎚의 최대 지름(d1)과 높이(d2)를 갖는다. The plurality of
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한 다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 에미터부(120)를 완성한다. 이때, 기판(110)의 전면은 복수의 돌출부(115)를 갖는 요철면이므로, 기판(110)의 텍스처링 표면에 형성되는 에미터부(120)의 표면 역시 복수의 돌출부를 갖는 요철면을 갖는다. Next, as shown in FIG. 3E, a material containing impurities of pentavalent elements, such as phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and the like, for example, POCl 3 or H 3 PO in the
이미 설명했듯이, 본 실시예에 경우, 에미터부(120)가 형성되기 전에 기판(110)의 텍스처링 표면 형성 시 텍스처링 표면에 형성된 손상 부분은 이미 건식 식각법을 이용하여 제거된다. As described above, in the present embodiment, before the
따라서, 텍스처링 표면을 갖는 기판(110)에 불순물을 확산시켜 에미터부를 형성한 후 습식 식각법을 이용하여 텍스처링 표면에 형성된 손상 부분을 제거하는 종래와 비교할 때, 본 실시예의 경우 다음과 같은 효과가 발생한다.Therefore, in the present exemplary embodiment, the following effects are obtained when diffusing impurities on a
먼저, 식각 가스만을 변경하는 동일한 식각법, 즉, 건식 식각법으로 기판(110)의 텍스처링 표면 형성 공정과 손상 부분 제거 공정이 행해지므로, 식각법을 변경할 필요가 없어 공정 속도가 향상된다.First, the same etching method for changing only the etching gas, that is, the etching process for forming the textured surface of the
습식 식각법을 이용하여 에미터부가 형성된 텍스처링 표면의 손상 부분을 제거하는 종래의 경우, 식각 속도, 식각 두께, 또는 식각 방향 등과 같은 식각 상태의 제어가 곤란하여, 텍스처링 표면의 도출부 형상이나 동작 특성을 변화시키는 문제가 발생한다. 하지만, 본 실시예에서, 습식 식각법보다 식각 상태의 제어가 용이한 건식 식각법을 이용하여 손상 부분을 제거하므로 식각 효율이 향상되므로, 손상 부분의 제거 후 텍스처링 표면의 반사 효율 등과 같은 동작 특성의 변화가 적 다.In the conventional method of removing the damaged portion of the textured surface on which the emitter portion is formed by using wet etching, it is difficult to control the etching state such as etching speed, etching thickness, or etching direction. Problem arises. However, in the present embodiment, since the damaged portion is removed by using a dry etching method, which is easier to control the etching state than the wet etching method, the etching efficiency is improved. Little change.
또한, 종래의 경우, 습식 식각법으로 에미터부의 일부가 제거되고 식각액과의 화학적인 반응에 의해 에미터부의 두께나 특성 등이 변하지만, 본 실시예의 경우 에미터부(120) 형성 후 추가적인 식각 공정이 없으므로, 에미터부(120)의 동작 특성이 유지된다.In addition, in the related art, although the part of the emitter is removed by a wet etching method and the thickness or characteristics of the emitter part are changed by chemical reaction with the etching solution, in the present embodiment, an additional etching process is performed after the
그런 다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다. 이때, 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120)의 표면이 요철면이므로, 반사 방지막(130) 역시 요철면을 갖고 있는다. 이러한 반사 방지막(130)은 필요할 경우, 생략할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3F, an
이때, 손상 부분의 제거 공정시 텍스처링 표면의 완만도가 향상되므로, 반사 방지막(130)의 형성이 용이하게 행해진다, 즉, 완만도의 증가로 인해, 돌출부(115) 사이에 형성된 오목부내에 반사 방지막(130)의 형성이 용이해져, 반사 방지막(130)의 동작 효율이 향상된다.At this time, since the smoothness of the texturing surface is improved during the removal process of the damaged portion, the
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극용 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극 패턴(140)을 형성한다. Next, as shown in Figure 3g, by applying a screen printing method, the front electrode paste containing silver (Ag) to the corresponding portion of the
다음, 도 3h에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120) 위에 후면전극 패턴(150)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3h, the back electrode paste containing aluminum (Al) is applied by screen printing and then dried at about 120 ° C. to about 200 ° C. to emitter
이때, 이들 패턴(140, 150)의 형성 순서는 변경 가능하다.At this time, the formation order of these
그런 다음, 전면전극 패턴(140)과 후면전극 패턴(150)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 에미터부(120)에 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(141), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).Then, the
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 패턴(140)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지막(130)이 관통되어 에미터부(120)와 접촉하고, 전면전극 패턴(140)에 함유된 도전성 물질과 에미터부(120)가 전기적으로 연결됨으로써, 에미터부(120)와 전기적으로 연결되는 복수의 전면 전극(141)이 형성된다. That is, when the heat treatment is performed, the
또한 열처리가 시행되면, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)뿐만 아니라 기판(110)까지 확산되어 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖는 불순물부를 형성하여, 후면전극 패턴(150)은 불순물부를 통해 후면전극 패턴(150)이 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성하고, 불순물부는 후면 전계부(170)가 된다. 이때, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다. 열처리 시, 패턴(140, 150)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.In addition, when the heat treatment is performed, aluminum (Al), which is a content of the
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 건식 식각법을 이용하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 형성할 때, 텍스처링 표면에 발생하는 손상 부분 역시 건식 식각법 으로 제거되어, 기판의 텍스처링 표면 형성 시간이 줄어들어, 태양 전지의 제조 시간이 감소한다. 또한, 손상 부분을 제거한 후 에미터부 형성이 행해지므로, 에미터부의 동작 특성 변화가 없어 태양 전지의 동작 효율이 향상된다. According to this embodiment of the present invention, when forming the texturing surface of the
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.1 is a partial perspective view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 taken along the line II-II.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.3A to 3H are views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
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