KR101334590B1 - 태양전지용 기판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일례로, 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계; 잉크가 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 상기 산화실리콘층 상에 프린팅하여, 상기 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계; 제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및 제 2 식각 용액으로, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 기판의 제조방법을 개시한다.
일례로, 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계; 잉크가 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 상기 산화실리콘층 상에 프린팅하여, 상기 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계; 제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및 제 2 식각 용액으로, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 기판의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 태양전지용 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, PERL(Passivated Emitter and Rear Locally diffused) 셀이나 PESC(passivated emitter solar cell)과 같은 고효율 태양전지에서, 실리콘 기판의 상부 표면은 광흡수를 높이기 위해 텍스처링(texturing)되며, 기판의 하부 표면에는 후면 전극이 형성된다.
이와 같은 고효율 태양전지의 텍스처링과 후면 전극을 형성하기 위해서는, 필연적으로 리소그래피와 같은 비교적 고가의 반도체 공정을 거쳐야만 한다. 이와 같이 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정을 통해 태양전지용 기판을 제조할 경우 기판 생산비용을 상승시키는 요인이 된다.
본 발명은, 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정을 거치지 않고, 낮은 비용으로 태양전지용 기판의 표면 텍스처 구조와 선택적으로 도핑 영역을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법은, 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계; 잉크가 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계; 제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및 제 2 식각 용액으로, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 일면에 남은 상기 산화실리콘 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PDMS 스탬프의 형성 방법은, 텍스처 구조의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계; 상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계; 상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계; 상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및 큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법은, 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계; 잉크가 도포된 전극 라인 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계; 제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 산화실리콘 패턴을 마스크로 하여, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면에 불순물을 도핑하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판의 일면에 전극 라인 패턴을 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 일면에 남은 상기 산화실리콘 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PDMS 스탬프의 형성 방법은, 전극 라인 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계; 상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계; 상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계; 상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및 큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법은, 상면에 제 1 산화실리콘층과, 하면에 제 2 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계; 잉크가 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 제 1 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 제 1 산화실리콘층 상에 상기 잉크를 전사하고, 상기 잉크가 도포된 전극 라인 패턴을 갖는 제 2 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 제 2 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계 제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 제 1 산화실리콘층과 상기 제 2 산화실리콘층의 일부를 각각 제거하여, 상기 제 1 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 제 1 산화실리콘 패턴과, 상기 제 2 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 제 2 산화실리콘 패턴을 각각 형성하는 단계; 제 2 식각 용액으로, 상기 제 1 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 상부 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 상면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 산화실리콘 패턴을 마스크로 하여, 상기 제 2 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 하면 일부에 불순물을 도핑하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 제 1 산화실리콘층 및 상기 제 2 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 각각 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판의 상면에 텍스처 구조의 패턴과, 상기 실리콘 기판의 하면에 전극 라인 패턴을 각각 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 상면에 남은 상기 제 1 산화실리콘 패턴과, 상기 실리콘 기판의 하면에 남은 상기 제 2 산화실리콘 패턴을 각각 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 PDMS 스탬프의 형성 방법은, 텍스처 구조의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계; 상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계; 상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계; 상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및 큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 PDMS 스탬프의 형성 방법은, 전극 라인 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계; 상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계; 상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계; 상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및 큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정을 거치지 않고, 낮은 비용으로 태양전지용 기판의 표면 텍스처 구조와, 선택적으로 도핑 영역을 형성하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 마스터의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 PDMS 스탬프의 제조방법을 나타낸 사시도이다.
도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 1d 내지 도 1j는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1k는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 일부를 절취하여 나타낸 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 2b 내지 도 2h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 3b 내지 도 3h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 PDMS 스탬프의 제조방법을 나타낸 사시도이다.
도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 1d 내지 도 1j는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1k는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 일부를 절취하여 나타낸 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 2b 내지 도 2h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 3b 내지 도 3h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서는, 본 발명의 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 설명하기에 앞서, 상기 기판을 제조하기 위한 마스터와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 스탬프를 제조하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 마스터(5)의 구조를 나타낸 사시도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지용 실리콘 기판과 대략 동일한 면적을 갖는 실리콘 웨이퍼를 준비한다.
다음, 준비된 실리콘 웨이퍼를 증류수, 아세톤 및 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA)에 차례로 세정한 후, 건조한다.
다음, 세정 및 건조 과정을 마친 실리콘 웨이퍼에 포토 레지스터를 약 1000rpm으로 30초간 스핀 코팅한 후, 100℃에서 10분간 건조한다. 여기서, 상기 포토 레지스터로 AZ-4620을 사용할 수 있다.
다음, 포토 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼에 텍스처 패턴을 갖는 마스크를 대고 약 300mJ의 에너지로 노광한 후, 현상액으로 약 2분간 현상한다. 여기서, 상기 현상액으로 AZ-300K를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 텍스처 패턴의 폭은 약 0.1 내지 0.2μm이고, 패턴 간 폭은 약 5 내지 10μm일 수 있다. 상기와 같은 현상 과정 이후, 노광되지 않은 영역이 제거됨으로써, 양각의 형태의 구조물들(5a)이 마스터(5)의 텍스처 패턴을 이루게 된다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 PDMS 스탬프(10)의 제조방법을 나타낸 사시도이다.
먼저, 상기와 같은 방법으로 제조된 마스터(5)에 실리콘을 코팅한다. 여기서, 실리콘은 후속의 PDMS 스탬프(10)가 마스터(5)로부터 잘 분리될 수 있도록 작용할 수 있다. 이후, 도 1b의 (a)에 도시된 바와 같이, 준비된 PDMS 용액(10a)을 상기 마스터(5)에 붓는다. 이때, PDMS 용액(10a)을 상기 마스터(5)의 구조물(5a)을 완전히 덮도록 붓는다. 이후, 상기 마스터(5)로 부어진 PDMS 용액(10a)을 상온에서 큐어링(curing)하여 고체화시킴으로써, PDMS 스탬프(10)를 형성한다.
다음, PDMS 스탬프(10)를 상기 마스터(10)로부터 분리한다. 도 1b의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리된 PDMS 스탬프(10)에는 상기 마스터(5)에 형성된 구조물들(5a)과 상보적인 형태를 갖는 텍스처 구조의 패턴(11)이 형성된다.
이하에서 설명하는 제조방법은, PERL(Passivated Emitter and Rear Locally diffused) 셀 또는 PESC(passivated emitter solar cell)과 같은 고효율 태양전지의 제조공정 상에 적용될 수 있으며, 다양한 형태의 고효율 태양전지의 제조공정 상에 적용될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 상기와 같은 방법으로 제조된 PDMS 스탬프(10)를 이용하여 태양전지용 기판을 텍스처링(texturing)하는 방법에 관한 것이며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(100S)을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 태양전지용 기판의 제조방법(100S)은 기판 준비 단계(110S), 잉크 전사 단계(120S), 산화실리콘 패턴 형성 단계(130S), 기판 패터닝 단계(140S), 산화실리콘 패턴 제거 단계(150S)를 포함한다.
도 1d 내지 도 1j는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(100s)을 나타낸 공정 순서도이다.
상기 기판 준비 단계(110S)에서는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 일면에 산화실리콘(SiOX)층(110)이 형성된 태양전지용 실리콘 기판(100)을 준비한다. 이때, 상기 산화실리콘층(110) 상의 적어도 일부분에 중간층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 중간층(미도시)은 Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 Au 또는 Au/Cr 물질이 상기 산화실리콘층(110) 상에 전사됨으로써 형성될 수 있으며, 후술하는 PDMS 스탬프(10)에 의해 전사된 잉크(1)와 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 중간층(미도시)은 후속의 잉크와의 젖음성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 실리콘 기판(100)의 일면은 태양광과 직접적으로 접촉하는 통상의 태양전지의 상면일 수 있으며, 광흡수를 높이기 위해 텍스처링될 부분이 된다.
상기 잉크 전사 단계(120S)에서는, 우선, 미리 준비된 PDMS 스탬프(10)에 잉크(1)를 도포한다. 여기서, 상기 잉크(1)는 PDMS 스탬프(10)에 형성된 텍스처 구조의 패턴(11)에 도포한 후 건조한다. 상기 PDMS 스탬프(10)의 텍스처 구조의 패턴(11)은 대략 정사각형의 음각 패턴과, 상기 음각 패턴을 둘러싸는 테두리 형태의 양각 패턴이 복수 개로 반복적으로 이루어지며, 상기 음각 패턴의 폭(d1)은 대략 약 5 내지 10μm이고, 상기 음각 패턴의 폭(d2)은 0.1 내지 0.2μm로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 잉크(1)가 도포된 PDMS 스탬프(10)를, 수평도 조절이 가능한 프린팅 시스템에 장착한다.
다음, 도 1e 및 도 1f에 도시된 바와 같이, 잉크가 도포된 PDMS 스탬프(10)를 상기 실리콘 기판(100)의 산화실리콘층(110)으로 압력을 가하면서 프린팅(printing)한다. 이후, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 PDMS 스탬프(10)를 실리콘 기판(100)으로부터 분리하면, 상기 PDMS 스탬프(10)의 텍스처 구조의 패턴(11) 중 양각 패턴 상에 도포된 잉크(1)가 상기 산화실리콘층(110) 또는 중간층(미도시)에 그대로 전사된다.
상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(130S)에서는, 도 1h에 도시된 바와 같이, HF 용액을 이용하여 상기 산화실리콘층(110) 가운데 상기 잉크(1)가 전사되지 않은 일부분을 제거한다. 이에 따라, 상기 산화실리콘층(110)은 상기 PDMS 스탬프(10)로부터 전사된 패턴과 동일한 패턴(이하, 산화실리콘 패턴(110)이라고 함)으로 패터닝된다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴(110) 상의 잉크(1)는 제거되지 않거나 일부가 제거될 수 있으며, 후속의 공정을 진행하는 중에 모두 제거될 수도 있다.
상기 기판 패터닝 단계(140S)에서는, EDP(ethylenediamine pyrocatechol) 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판(110)의 상부 표면의 일부를 제거하는 습식 식각 공정을 진행한다. 도 1i에 도시된 바와 같이, 상기 산화실리콘 패턴(110)에 의해 노출된 상기 실리콘 기판(110)의 상부 표면의 일부에 EDP(ethylenediamine pyrocatechol) 용액이 침투함으로써 식각되며, 상기 실리콘 기판(100)의 나머지 일부분은 상기 산화실리콘 패턴(110)에 의해 제거되지 않고 그대로 남아 있게 된다. 이에 따라, 상기 실리콘 기판(100)의 상부 표면에는 텍스처 구조의 패턴(101)이 형성된다.
상기 산화실리콘 패턴 제거 단계(150S)에서는, 도 1j에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(100)에 남아 있는 산화실리콘 패턴(110)을 제거한다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(130S)와 마찬가지로 HF 용액을 이용하여 불필요한 산화실리콘 물질을 제거할 수 있다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴(110) 상에 Au를 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, 약 13.3 mM의 Fe(NO3)3.9H2O와 20mM의 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액을 에천트(etchant)로 하여 상기 Au를 제거할 수 있다. 또한, Au/Cr을 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, Au 성분은 상술한 Fe(NO3)3.9H2O와 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액으로 제거할 수 있으며, Cr 성분은 HF로 제거할 수 있다.
도 1k는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판(100)의 일부를 절취하여 나타낸 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지용 기판(100)에 형성된 텍스처 구조의 패턴(101)은, 상기 PDMS 스탬프(10)의 텍스처 구조의 패턴(11)과 유사하다. 태양전지용 기판(100)에 형성된 텍스처 구조의 패턴(101)은 V자 홈의 음각 패턴과, 상기 음각 패턴을 둘러싸는 테두리 형태의 양각 패턴이 복수 개로 반복적으로 이루어지며, 상기 음각 패턴의 폭(D1)은 대략 약 5 내지 10μm이고, 상기 음각 패턴의 폭(D2)은 0.1 내지 0.2μm로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 따라, 기존의 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정 없이, 프린팅과 습식 식각과 같은 저가의 공정만으로도 실리콘 기판(100)의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 제 2 실시예에는, 제 1 실시예와 같은 방법으로 제조된 PDMS 스탬프(20)를 이용하여 태양전지용 기판에 전극을 형성하기 위한 선택적 도핑 영역을 형성하는 방법에 관한 것이며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 PDMS 스탬프는 제 1 실시예와 달리, 텍스처 구조의 패턴이 형성되어 있는 것이 아니라, 소정의 패턴, 예를 들어 전극 라인의 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 본 발명의 실시예에서 전극 라인의 패턴은 소정의 간격을 두고 형성된 스트라이프 형태를 일례로 하여 설명하지만, 이를 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태의 전극 라인의 패턴으로 실시할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(200S)을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 태양전지용 기판의 제조방법(200S)은 기판 준비 단계(210S), 잉크 전사 단계(220S), 산화실리콘 패턴 형성 단계(230S), 불순물 도핑 단계(240S), 산화실리콘 패턴 제거 단계(250S)를 포함한다.
도 2b 내지 도 2h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(200s)을 나타낸 공정 순서도이다.
상기 기판 준비 단계(210S)에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 일면에 산화실리콘(SiOX)층(210)이 형성된 태양전지용 실리콘 기판(200)을 준비한다. 이때, 상기 산화실리콘층(210) 상의 적어도 일부분에 중간층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 중간층(미도시)은 Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 Au 또는 Au/Cr 물질이 상기 산화실리콘층(210) 상에 전사됨으로써 형성될 수 있으며, 후술하는 PDMS 스탬프(20)에 의해 전사된 잉크(1)와 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 중간층(미도시)은 후속의 잉크와의 젖음성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 실리콘 기판(200)의 일면은 전극이 형성되는 실리콘 기판(200)의 후면을 의미한다.
상기 잉크 전사 단계(220S)에서는, 우선, 미리 준비된 PDMS 스탬프(20)에 잉크(1)를 도포한다. 여기서, 상기 잉크(1)는 PDMS 스탬프(20)에 형성된 전극 라인의 패턴(21)에 도포한 후 건조한다. 상기 PDMS 스탬프(20)의 전극 라인의 패턴(21)은 음각의 스트라이프 패턴과, 상기 스트라이프 패턴을 제외한 평평한 양각 패턴으로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 잉크(1)가 도포된 PDMS 스탬프(20)를, 수평도 조절이 가능한 프린팅 시스템에 장착한다.
다음, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 잉크가 도포된 PDMS 스탬프(20)를 상기 실리콘 기판(200)의 산화실리콘층(210)으로 압력을 가하면서 프린팅(printing)한다. 이후, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 PDMS 스탬프(20)를 실리콘 기판(200)으로부터 분리하면, 상기 PDMS 스탬프(20)의 전극 라인의 패턴(21) 중 양각 패턴 상에 도포된 잉크(1)가 상기 산화실리콘층(210) 또는 중간층(미도시)에 그대로 전사된다.
상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(230S)에서는, 도 2f에 도시된 바와 같이, HF 용액을 이용하여 상기 산화실리콘층(210) 가운데 상기 잉크(1)가 전사되지 않은 일부분을 제거한다. 이에 따라, 상기 산화실리콘층(210)은 상기 PDMS 스탬프(20)로부터 전사된 패턴과 동일한 패턴(이하, 산화실리콘 패턴(210)이라고 함)으로 패터닝된다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴(210) 상의 잉크(1)는 제거되지 않거나 일부가 제거될 수 있으며, 후속의 공정을 진행하는 중에 모두 제거될 수도 있다.
상기 불순물 도핑 단계(240S)에서는, 상기 전극 라인의 패턴이 형성된 산화실리콘 패턴(210)을 마스크로 하여, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 산화실리콘 패턴(210)에 의해 노출된 상기 실리콘 기판(200)의 표면의 일부에 B, P, Ga, Al 등의 불순물을 도핑한다. 이에 따라, 산화실리콘 패턴(210)을 통해 상기 실리콘 기판(200)의 일부분으로 불순물이 확산되며, 상기 실리콘 기판(200)의 표면에는 전극 라인의 패턴으로 도핑 영역(201)이 형성된다. 이후, 상기 실리콘 기판(200)에 형성된 도핑 영역(201) 상에는 전극이 형성될 수 있다.
상기 산화실리콘 패턴 제거 단계(250S)에서는, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(200)에 남아 있는 산화실리콘 패턴(210)을 제거한다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(230S)와 마찬가지로 HF 용액을 이용하여 불필요한 산화실리콘 물질을 제거할 수 있다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴(210) 상에 Au를 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, 약 13.3 mM의 Fe(NO3)3.9H2O와 20mM의 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액을 에천트(etchant)로 하여 상기 Au를 제거할 수 있다. 또한, Au/Cr을 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, Au 성분은 상술한 Fe(NO3)3.9H2O와 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액으로 제거할 수 있으며, Cr 성분은 HF로 제거할 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 따라, 기존의 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정 없이, 프린팅 공정과 같은 저가의 공정만으로도 실리콘 기판(200)의 일면에 도핑 영역을 형성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 제 3 실시예에는, 제 1 실시예와 같은 방법으로 제조된 제 1 PDMS 스탬프(10)와, 제 2 실시예와 같은 방법으로 제조된 제 2 PDMS 스탬프(20)를 각각 이용하여, 태양전지용 기판을 텍스처링(texturing)하고, 선택적으로 도핑 영역을 형성하는 방법에 관한 것이며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(300S)을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 흐름도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 태양전지용 기판의 제조방법(300S)은 기판 준비 단계(310S), 잉크 전사 단계(320S), 산화실리콘 패턴 형성 단계(330S), 기판 패터닝 단계(340S), 불순물 도핑 단계(350S), 및 산화실리콘 패턴 제거 단계(360S)를 포함한다.
도 3b 내지 도 3h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법(300S)을 나타낸 공정 순서도이다.
상기 기판 준비 단계(310S)에서는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상면에 제 1 산화실리콘(SiOX)층(310a)이 형성되고, 하면에 제 2 산화실리콘(SiOX)층(310b)된 태양전지용 실리콘 기판(300)을 준비한다. 이때, 상기 제 1 산화실리콘층(310a) 상의 적어도 일부분과, 상기 제 2 산화실리콘(310b) 상의 적어도 일부분에 중간층(미도시)이 각각 형성될 수 있다. 상기 중간층(미도시)은 Au 또는 Au/Cr 물질이 도포되며, 서로 다른 패턴을 갖는 두 개의 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 Au 또는 Au/Cr 물질을 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘층(310a, 310b) 상에 각각 전사함으로써 형성될 수 있으며, 후술하는 제 1 및 제 2 PDMS 스탬프(30a, 30b)에 의해 각각 전사된 잉크(1)와 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 중간층(미도시)은 후속의 잉크와의 젖음성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 잉크 전사 단계(320S)에서는, 우선, 미리 준비된 제 1 PDMS 스탬프(30a)와 제 2 PDMS 스탬프(30b)에 잉크(1)를 각각 도포한다. 여기서, 제 1 PDMS 스탬프(30a)는 상술한 제 1 실시예에 따른 PDMS 스탬프(10)이며, 제 2 PDMS 스탬프(30b)는 제 2 실시예에 따른 PDMS 스탬프(20)일 수 있다.
다음, 상기 잉크(1)가 도포된 제 1 및 제 2 PDMS 스탬프(30a, 30b)를, 수평도 조절이 가능한 프린팅 시스템에 장착한다. 이때, 제 1 PDMS 스탬프(30a)는 상기 실리콘 기판(300)의 제 1 산화실리콘층(310a)과 대향하도록 배치하고, 제 2 PDMS 스탬프(30b)는 상기 실리콘 기판(300)의 제 2 산화실리콘층(310b)과 대향하도록 배치한다.
다음, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 잉크가 도포된 제 1 및 제 2 PDMS 스탬프(30a, 30b)를 을 상기 실리콘 기판(300)의 제 1 및 제 2 산화실리콘층(310a, 310b)으로 압력을 가하면서 프린팅(printing)한다. 이후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 PDMS 스탬프(30a, 30b)를 실리콘 기판(100)으로부터 각각 분리하면, 상기 제 1 PDMS 스탬프(30a)의 텍스처 구조의 패턴(31a) 중 양각 패턴 상에 도포된 잉크(1)가 상기 제 1 산화실리콘층(310a) 또는 중간층(미도시)에 전사되며, 상기 제 2 PDMS 스탬프(30b)의 전극 라인의 패턴(31b) 중 양각 패턴 상에 도포된 잉크(1)가 상기 제 2 산화실리콘층(310b) 또는 중간층(미도시)에 각각 전사된다.
상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(330S)에서는, 도 3f에 도시된 바와 같이, HF 용액을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘층(310a, 310b) 가운데 상기 잉크(1)가 전사되지 않은 일부분을 제거한다. 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘층(310a, 310b) 상에 각각 중간층(미도시)이 형성되는 경우, 상기 중간층(미도시) 중 상기 잉크(1)가 전사되지 않은 부분은 공정 중에 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘층(310a, 310b)은, 상기 제 1 및 제 2 PDMS 스탬프(30a, 30b)로부터 전사된 패턴들과 동일한 패턴(이하, 제 1 및 제 2 산화실리콘 패턴(310a, 310b)이라고 함)으로 각각 패터닝된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘 패턴(310a, 310b) 상의 잉크(1)는 제거되지 않거나 일부가 제거될 수 있으며, 후속의 공정을 진행하는 중에 모두 제거될 수도 있다.
상기 기판 패터닝 단계(340S)에서는, EDP(ethylenediamine pyrocatechol) 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판(310)의 상부 표면의 일부를 제거하는 습식 식각 공정을 진행한다. 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘 패턴(310a, 310b)에 의해 각각 노출된 상기 실리콘 기판(300)의 상부 표면의 일부에 EDP(ethylenediamine pyrocatechol) 용액이 침투함으로써 식각되며, 상기 실리콘 기판(310)의 나머지 일부분은 상기 제 1 산화실리콘 패턴(310a)에 의해 제거되지 않고 그대로 남아 있게 된다. 이에 따라, 상기 실리콘 기판(300)의 상부 표면에는 텍스처 구조의 패턴(301)이 형성된다.
상기 불순물 도핑 단계(350S)에서는, 상기 전극 라인의 패턴이 형성된 제 2 산화실리콘 패턴(310b)을 마스크로 하여, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 산화실리콘 패턴(310b)에 의해 노출된 상기 실리콘 기판(300)의 하부 표면의 일부에 B, P, Ga, Al 등의 불순물을 도핑한다. 이에 따라, 상기 제 2 산화실리콘 패턴(310b)을 통해 상기 실리콘 기판(300)의 일부분으로 불순물이 확산되며되며, 상기 실리콘 기판(300)의 표면에는 전극 라인의 패턴으로 도핑 영역(302)이 형성된다. 이후, 상기 실리콘 기판(300)에 형성된 도핑 영역(302) 상에는 전극이 형성될 수 있다.
상기 산화실리콘 패턴 제거 단계(360S)에서는, 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(300)에 남아 있는 제 1 및 제 2 산화실리콘 패턴(310a, 310b)을 제거한다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴 형성 단계(330S)와 마찬가지로 HF 용액을 이용하여 불필요한 산화실리콘 물질을 제거할 수 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 산화실리콘 패턴(310a, 310b) 상에 Au를 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, 약 13.3 mM의 Fe(NO3)3.9H2O와 20mM의 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액을 에천트(etchant)로 하여 상기 Au를 제거할 수 있다. 또한, Au/Cr을 포함하는 중간층(미도시)이 존재하는 경우, Au 성분은 상술한 Fe(NO3)3.9H2O와 티오우레아(Thiourea)를 혼합한 수용액으로 제거할 수 있으며, Cr 성분은 HF로 제거할 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 따라, 기존의 리소그래피와 같은 고가의 반도체 공정 없이, 프린팅 및 습식 식각과 같은 저가의 공정만으로도 실리콘 기판(300)에 텍스처 구조의 패턴과, 도핑 영역을 선택적으로 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
5: 마스터
10: PDMS 스탬프
100, 200, 300: 태양전지용 실리콘 기판
110, 210, 310a, 310b: 산화실리콘층
10: PDMS 스탬프
100, 200, 300: 태양전지용 실리콘 기판
110, 210, 310a, 310b: 산화실리콘층
Claims (13)
- 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계;
음각 패턴과 상기 음각 패턴을 둘러싸는 테두리 형태의 양각 패턴을 구비하는 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프의 상기 양각 패턴에 도포된 잉크를 상기 산화실리콘층에 전사하는 단계;
제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및
제 2 식각 용액으로, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 일면에 텍스처 구조의 패턴을 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 일면에 남은 상기 산화실리콘 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 PDMS 스탬프의 형성 방법은,
텍스처 구조의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계;
상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계;
상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및
큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 일면에 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계;
음각의 스트라이크 패턴과 상기 스트라이크 패턴을 제외한 평평한 양각 패턴으로 이루어지는 전극 라인 패턴을 갖는 PDMS 스탬프의 상기 양각 패턴에 도포된 잉크를 상기 산화실리콘층에 전사하는 단계;
제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 산화실리콘층의 일부를 제거하여, 상기 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 산화실리콘 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 산화실리콘 패턴을 마스크로 하여, 상기 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 표면 일부에 불순물을 도핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 일면에 전극 라인 패턴을 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 일면에 남은 상기 산화실리콘 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 PDMS 스탬프의 형성 방법은,
전극 라인 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계;
상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계;
상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및
큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 상면에 제 1 산화실리콘층과, 하면에 제 2 산화실리콘층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계;
잉크가 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 제 1 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 제 1 산화실리콘층 상에 상기 잉크를 전사하고, 상기 잉크가 도포된 전극 라인 패턴을 갖는 제 2 PDMS 스탬프를 이용하여, 상기 제 2 산화실리콘층에 상기 잉크를 전사하는 단계;
제 1 식각 용액으로, 상기 잉크가 전사되지 않은 상기 제 1 산화실리콘층과 상기 제 2 산화실리콘층의 일부를 각각 제거하여, 상기 제 1 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 제 1 산화실리콘 패턴과, 상기 제 2 PDMS 스탬프로부터 전사된 패턴과 동일한 제 2 산화실리콘 패턴을 각각 형성하는 단계;
제 2 식각 용액으로, 상기 제 1 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 상부 표면 일부를 제거하여, 상기 실리콘 기판의 상면에 텍스처 구조의 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 산화실리콘 패턴을 마스크로 하여, 상기 제 2 산화실리콘 패턴에 의해 노출된 상기 실리콘 기판의 하면 일부에 불순물을 도핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 실리콘 기판을 준비하는 단계와 상기 잉크를 전사하는 단계 사이에, Au 또는 Au/Cr 물질이 도포된 텍스처 구조의 패턴을 갖는 PDMS 스탬프를 이용하여 상기 제 1 산화실리콘층 및 상기 제 2 산화실리콘층 상에 Au 또는 Au/Cr 층을 포함하는 중간층을 각각 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 상면에 텍스처 구조의 패턴과, 상기 실리콘 기판의 하면에 전극 라인 패턴을 각각 형성한 이후, HF 용액을 이용하여 상기 실리콘 기판의 상면에 남은 상기 제 1 산화실리콘 패턴과, 상기 실리콘 기판의 하면에 남은 상기 제 2 산화실리콘 패턴을 각각 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 PDMS 스탬프의 형성 방법은,
텍스처 구조의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계;
상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계;
상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및
큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 PDMS 스탬프의 형성 방법은,
전극 라인 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
상기 마스터의 패턴 상에 실리콘을 코팅하는 단계;
상기 실리콘이 코팅된 상기 마스터의 패턴으로 PDMS 용액을 붓는 단계;
상기 마스터의 패턴에 부어진 PDMS 용액을 상온에서 큐어링하는 단계; 및
큐어링된 PDMS를 상기 마스터로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법.
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