KR101302822B1 - Method for fabricating selective emitter structure of solar cell using dry texturing and laser chemical process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식식각에 의해 생성된 요철면을 LCP(laser chemical process) 공정을 통해 국부적으로 평탄화시키고 평탄화된 기판 부위에 고농도 에미터 및 전극을 형성하는 공정을 통해 선택적 에미터를 구현함과 함께 전극 접촉 특성을 개선할 수 있는 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of forming a selective emitter of a solar cell using a dry texturing and LCP process, and more particularly, localized flattening and planarization of the uneven surface produced by dry etching through a laser chemical process (LCP) process The present invention relates to a method for forming a selective emitter of a solar cell using a dry texturing and LCP process that can improve the contact characteristics of the electrode while implementing a selective emitter through the process of forming a high concentration emitter and an electrode on the substrate.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. A solar cell is a core element of solar power generation that converts sunlight directly into electricity. Basically, it is a diode made of p-n junction. When the solar light is converted into electricity by the solar cell, when sunlight is incident on the pn junction of the solar cell, an electron-hole pair is generated, and the electric field moves the electrons to the n layer and the holes to the p layer Photovoltaic power is generated between the pn junctions. At this time, if both ends of the solar cell are connected to each other, current flows and the power can be produced.
한편, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위해 통상, 태양전지 기판 표면 상에 요철을 형성한다. 태양전지 표면의 요철은 태양전지에 입사되는 빛의 난반사를 유도하여 태양전지의 광흡수율을 높여 궁극적으로, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. On the other hand, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, irregularities are usually formed on the surface of the solar cell substrate. The unevenness of the surface of the solar cell induces diffuse reflection of light incident on the solar cell, thereby increasing the light absorption rate of the solar cell, and ultimately, serves to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.
이와 같은 요철을 형성하는 공정을 텍스쳐링(texturing) 공정이라 하며, 텍스쳐링 공정은 습식식각 또는 건식식각을 통해 진행된다. 습식식각을 통한 텍스쳐링은 에천트가 구비된 식각 배쓰(texturing bath)에 기판을 담궈 진행하며, 건식식각을 통한 텍스쳐링은 통상, 반응성 이온 에칭(RIE, reactive ion etching) 공정을 이용한다. 일본공개특허공보 제2002-76404호는 반응성 이온 에칭을 이용한 텍스쳐링 방법에 대해 기술하고 있다. Such a process of forming the unevenness is called a texturing process, and the texturing process is performed by wet etching or dry etching. Texturing through wet etching is performed by dipping a substrate in an etching bath (texturing bath) equipped with an etchant, and texturing through dry etching generally uses a reactive ion etching (RIE) process. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-76404 describes a texturing method using reactive ion etching.
반응성 이온 에칭을 이용한 텍스쳐링 방법이 습식식각에 비해 표면 반사도 특성이 우수하기 때문에 최근 널리 채용되고 있다. 그러나, 반응성 이온 에칭을 통해 기판에 요철을 형성하는 경우, 요철의 깊이가 깊어 션트 저항(shunt resistance)이 낮은 단점이 있으며, 후속의 전극 형성시 전극의 접촉 특성이 나빠져 태양전지의 광전변환효율이 떨어지는 문제점이 있다.
Texturing methods using reactive ion etching have been widely adopted in recent years because of superior surface reflectivity characteristics compared to wet etching. However, in the case of forming irregularities on the substrate through reactive ion etching, there is a disadvantage that the depth of the irregularities is deep, so that the shunt resistance is low. There is a problem falling.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 건식식각에 의해 생성된 요철면을 LCP(laser chemical process) 공정을 통해 국부적으로 평탄화시키고 평탄화된 기판 부위에 고농도 에미터 및 전극을 형성하는 공정을 통해 선택적 에미터를 구현함과 함께 전극 접촉 특성을 개선할 수 있는 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, and localized the uneven surface produced by dry etching through a laser chemical process (LCP) process to form a high concentration emitter and electrode on the planarized substrate site It is an object of the present invention to provide a method of forming a selective emitter of a solar cell using a dry texturing and LCP process that can improve the electrode contact characteristics while implementing a selective emitter through the process.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 표면을 건식식각하여 요철을 형성하는 단계와, LCP 공정을 이용하여 상기 기판의 전면 상에 국부적으로 레이저를 조사함과 함께 제 2 도전형의 불순물 이온을 기판 내부에 주입하여 고농도 에미터를 형성하는 단계 및 확산공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 일정 깊이의 저농도 에미터를 형성함과 함께 상기 고농도 에미터를 활성화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Selective emitter formation method of a solar cell using a dry texturing and LCP process according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a crystalline silicon substrate of the first conductivity type, and dry etching the substrate surface And forming a high concentration emitter by implanting impurity ions of a second conductivity type into the substrate by locally irradiating a laser onto the entire surface of the substrate by using an LCP process. And forming a low concentration emitter of a predetermined depth along the perimeter of the substrate and activating the high concentration emitter.
상기 고농도 에미터와 저농도 에미터가 형성된 상태에서, 기판 측면 및 후면의 저농도 에미터를 식각, 제거하는 단계와, 상기 기판 전면과 후면 상에 각각 패시베이션층을 적층하는 단계와, 상기 기판 전면의 고농도 에미터가 형성된 부위의 패시베이션층 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 기판 후면의 패시베이션층 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 소성하여 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. Etching and removing the low concentration emitters on the side and the rear surface of the substrate, laminating a passivation layer on the front and rear surfaces of the substrate, and the high concentration on the front surface of the substrate, in the state where the high concentration emitter and the low concentration emitter are formed. And screen-printing the conductive paste on the passivation layer of the emitter formed portion, screen-printing the conductive paste on the passivation layer on the back side of the substrate, and then firing to form the front electrode and the back electrode, respectively. have.
이 때, 상기 기판 후면의 패시베이션층의 일부를 식각, 제거하여 기판 후면을 노출시키고, 상기 후면전극이 노출된 부위를 통해 기판 후면과 접촉하도록 할 수 있으며, 상기 건식식각은 반응성 이온 에칭 공정을 이용할 수 있다.
In this case, a portion of the passivation layer on the back side of the substrate may be etched and removed to expose the back side of the substrate, and the back electrode may contact the back side of the substrate through the exposed portion, and the dry etching may use a reactive ion etching process. Can be.
본 발명에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다. The selective emitter formation method of the solar cell using the dry texturing and LCP process according to the present invention has the following effects.
건식 텍스쳐링을 통해 반사도 특성을 향상시킴과 함께, 건식 텍스쳐링에 의해 형성된 요철 일부를 LCP의 레이저를 통해 평탄화함으로써 션트 저항 특성 및 전면전극과의 접촉 특성을 개선할 수 있다. In addition to improving the reflectivity through dry texturing, the unevenness formed by the dry texturing may be planarized by the laser of the LCP to improve the shunt resistance and the contact with the front electrode.
또한, 확산공정 전에 LCP 공정을 통해 고농도 에미터를 형성하고, 후속의 확산공정시 고농도 에미터를 활성화시킴으로써 고농도 에미터의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
In addition, it is possible to improve the electrical reliability of the high concentration emitter by forming a high concentration emitter through the LCP process before the diffusion process, and by activating the high concentration emitter during the subsequent diffusion process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 각 단계에 따른 공정 사진.
도 4는 LCP 공정시 레이저의 강도에 따른 소수캐리어의 수명 특성을 나타낸 그래프. 1 is a flow chart illustrating a method of forming a selective emitter of a solar cell using dry texturing and LCP process according to an embodiment of the present invention.
2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a selective emitter of a solar cell using dry texturing and an LCP process according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are process photographs according to each step of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the life characteristics of minority carriers according to the intensity of the laser during the LCP process.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of forming a selective emitter of a solar cell using dry texturing and an LCP process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 먼저 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(201)을 준비한다(S101). 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형, 제 2 도전형은 n형인 것을 기준으로 한다. 1 and 2A, first, a
기판(201)이 준비된 상태에서, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching) 공정을 이용하여 기판(201) 표면에 대한 텍스쳐링 공정을 진행한다. 상기 텍스쳐링 공정을 통해 기판(201) 표면의 일부가 식각, 제거되어 요철(202)이 형성된다(S102). 도 3a는 반응성 이온 에칭 공정이 적용된 기판(201) 표면을 나타내고 있으며, 기판(201) 표면에 요철(202)이 형성됨을 확인할 수 있다. In a state where the
그런 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이 LCP(laser chemical process) 공정을 진행하여 기판(201) 전면의 내부에 고농도 에미터(203)를 형성한다(S103). LCP 공정은 n형 불순물 이온을 포함한 용액을 기판(201) 상에 공급함과 함께 레이저를 국부적으로 조사함으로써 n형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산되도록 하여 고농도 에미터(203)를 형성하는 공정이다. 상기 LCP 공정에 의해 레이저가 조사된 기판(201) 표면은 요철(202) 부위가 평탄화되며, 요철(202) 부위가 평탄화됨에 따라 션트 저항(shunt resistance)을 증가시키고 후속의 전면전극과의 접촉 특성이 개선된다. 도 3b 및 도 3c는 LCP 공정이 적용된 기판(201) 표면을 나타낸 것으로서, 요철(202) 부위가 LCP에 의해 평탄화됨을 확인할 수 있다. Next, as shown in FIG. 2B, a
또한, LCP 공정 수행시 레이저의 강도에 따라 소수캐리어의 수명(lifetime)이 달라지는 특성이 있다. 도 4를 참고하면, LCP 공정시 레이저의 강도가 커질수록 소수캐리어의 수명이 짧아지는 경향이 있음을 확인할 수 있는데, 이는 레이저 강도가 커지게 되면 기판(201) 표면이 손상되고 결함(defect)이 증가하기 때문인 것으로 유추된다. In addition, there is a characteristic that the lifetime of the minority carrier is changed depending on the intensity of the laser when performing the LCP process. Referring to FIG. 4, it can be seen that the life of the minority carrier tends to be shorter as the intensity of the laser increases in the LCP process. When the laser intensity increases, the surface of the
한편, 본 발명은 고농도 에미터(203)와 저농도 에미터(204)가 구비된 이른 바, 선택적 에미터를 구현하는데, 저농도 에미터(204)는 후속의 확산공정을 통해 형성된다. 본 발명에 있어서, 저농도 에미터(204) 형성 전에 LCP를 통해 고농도 에미터(203)를 형성하는 이유는 LCP를 통해 기판(201) 내부 깊숙이(저농도 에미터(204) 대비) 이온을 주입한 후, 후속의 확산공정에서 실시되는 열처리에 의해 기판(201) 내부 깊숙이 주입된 이온이 활성화되도록 하여 고농도 에미터(203)의 전기적 특성을 안정적으로 확보하기 위함이다. 기판(201) 내부 깊숙이 이온이 주입된 상태에서 열처리를 수행하게 되면 주입된 이온이 실리콘 기판(201)의 격자 사이트(interstitial site 또는 substitutional site)에 안정적으로 결합하게 되어 반도체 특성이 향상된다. Meanwhile, the present invention implements a so-called selective emitter having a
상기 LCP 공정에 의해 고농도 에미터(203)가 형성된 상태에서, 도 2c에 도시한 바와 같이 확산공정을 진행하여 기판(201) 둘레를 따라 일정 깊이의 저농도 에미터(204)를 형성한다(S104). 구체적으로, 챔버 내에 기판(201)을 구비시킨 상태에서, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 기판(201) 내부로 확산되도록 하여 저농도 에미터(204)를 형성한다. 이 때, 상기 확산공정시 진행되는 열처리에 의해 상기 고농도 에미터(203) 역시 활성화된다. 또한, 상기 저농도 에미터(204)는 80∼120Ω/□의 면저항을 갖도록 n형 불순물 이온의 농도를 제어하는 것이 바람직하며, 기판(201) 표면에는 인(P) 이온과 실리콘 기판(201)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 PSG(phosphor-silicate glass)막이 형성된다. 한편, 상기 확산공정은 일정 온도 하에서 진행됨에 따라, 상기 LCP 공정 진행시 유발될 수 있는 기판 표면 상의 결함이 상기 확산공정의 진행으로 인해 치유될 수 있다. In the state where the
상기 고농도 에미터(203) 및 저농도 에미터(204)가 형성된 상태 즉, 선택적 에미터 구조가 완성된 상태에서, 상기 PSG막(205) 및 기판(201) 측면과 후면의 저농도 에미터(204)를 식각하여 제거한다(도 2d 참조). In the state where the high concentration emitter 203 and the
이어, 도 2e에 도시한 바와 같이 상기 기판(201) 전면과 후면 상에 패시베이션층(passivation layer)(206)(207)을 적층한다(S105). 상기 패시베이션층은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성하거나 이들의 이중층으로 형성할 수 있다. 기판(201) 후면에 LBSF(local back-surface field)를 구현하기 위해서 상기 기판(201) 후면의 패시베이션층(207)을 국부적으로 식각하여 기판(201) 후면의 표면을 노출(도 2e의 207a 참조)시킬 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 2E,
최종적으로, 도 2f에 도시한 바와 같이 기판(201) 전면의 고농도 에미터(203)가 형성된 부위 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄함과 함께 기판(201) 후면 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 소성하면 기판(201) 전면에는 고농도 에미터(203)와 전기적으로 연결되는 전면전극(208)이 형성되고, 기판(201) 후면에는 기판(201) 후면과 선택적으로 연결되는 후면전극(209)이 형성되며(S106), 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 완료된다.
Finally, as shown in FIG. 2F, after screen printing the conductive paste on the portion where the
201 : 제 1 결정질 실리콘 기판 202 : 요철
203 : 고농도 에미터 204 : 저농도 에미터
205 : PSG막 206, 207 : 패시베이션층
208 : 전면전극 209 : 후면전극201: First crystalline silicon substrate 202: Unevenness
203: high concentration emitter 204: low concentration emitter
205:
208: front electrode 209: rear electrode
Claims (5)
상기 기판 표면을 건식식각하여 요철을 형성하는 단계;
LCP 공정을 이용하여 상기 기판의 전면 상에 국부적으로 레이저를 조사함과 함께 제 2 도전형의 불순물 이온을 기판 내부에 주입하여 고농도 에미터를 형성하는 단계; 및
확산공정을 실시하여 기판 둘레를 따라 일정 깊이의 저농도 에미터를 형성함과 함께 상기 고농도 에미터를 활성화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
Preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type;
Dry etching the surface of the substrate to form irregularities;
Locally irradiating a laser onto the entire surface of the substrate using an LCP process and implanting impurity ions of a second conductivity type into the substrate to form a high concentration emitter; And
Selective emitter formation of a solar cell using a dry texturing and LCP process comprising the step of performing a diffusion process to form a low concentration emitter of a predetermined depth along the periphery of the substrate and activating the high concentration emitter Way.
기판 측면 및 후면의 저농도 에미터를 식각, 제거하는 단계와,
상기 기판 전면과 후면 상에 각각 패시베이션층을 적층하는 단계와,
상기 기판 전면의 고농도 에미터가 형성된 부위의 패시베이션층 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 기판 후면의 패시베이션층 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 소성하여 각각 전면전극과 후면전극을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 텍스쳐링 및 LCP 공정을 이용한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
The method of claim 1, wherein in the state where the high concentration emitter and the low concentration emitter are formed,
Etching and removing low concentration emitters on the side and back of the substrate,
Stacking a passivation layer on the front and rear surfaces of the substrate, respectively;
Screen printing the conductive paste on the passivation layer of the portion where the high concentration emitter is formed on the front surface of the substrate, screen printing the conductive paste on the passivation layer on the rear surface of the substrate, and then firing to form the front electrode and the rear electrode, respectively. The method of forming a selective emitter of a solar cell using a dry texturing and LCP process, characterized in that further comprises.
The dry texturing and LCP process of claim 2, wherein a portion of the passivation layer on the back side of the substrate is etched and removed to expose the back side of the substrate, and the back electrode contacts the back side of the substrate through the exposed portion. Selective emitter formation method of the used solar cell.
The method of claim 1, wherein the dry etching comprises a reactive ion etching process.
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| KR1020120053641A KR101302822B1 (en) | 2012-05-21 | 2012-05-21 | Method for fabricating selective emitter structure of solar cell using dry texturing and laser chemical process |
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