KR101351340B1 - 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 비정질화된 침투층 형성단계와, 제1조사단계와, 제2조사단계와, 이동단계를 포함한다. 비정질화된 침투층 형성단계는 결정질 실리콘 기판의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있고, 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층을 형성한다. 제1조사단계는 비정질화된 침투층에 라인 형태의 제1레이저빔을 조사하여 비정질화된 침투층을 제1온도로 히팅한다. 제2조사단계는 비정질화된 침투층에 라인 형태이며 제1레이저빔 일부와 겹치는 제2레이저빔을 조사하여 비정질화된 침투층을 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅한다. 이동단계는 제1조사단계 및 제2조사단계가 동시에 수행되는 동안, 제1레이저빔과 제2레이저빔은 함께 이동되며, 결정질 실리콘 기판에 대하여 제1레이저빔과 제2레이저빔을 상대적으로 이동시킨다. 이를 통해, 비정질화된 침투층 내에서 비정질이었던 실리콘과 제2도전형 불순물이 재결정화되면서 제2도전형 불순물이 도핑되도록 한다.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 비정질화된 침투층을 형성하고 레이저빔을 조사하여 비정질화된 침투층을 재결정화하는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 실리콘 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생하며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있다.
최근 태양전지 기술이 고효율화하면서 기존에 범용적으로 사용하던 p형으로 도핑된 기판을 사용하던 추세와 달리, n형으로 도핑된 기판을 바탕으로 하여 태양전지를 제조하려고 한다. 이것은 p형으로 도핑된 기판의 경우, 소수 캐리어(minority carrier)가 전자라서 라이프 타임(lifetime)이 짧아서 고효율화하는데 한계가 있기 때문이다. n형으로 도핑된 기판을 사용하는 경우는 라이프 타임이 긴 정공이 소수 캐리어이기 때문에, 더 고효율화 시킬 수 있다.
이런 n형 기판을 사용하여 태양전지를 제조하는 경우, 실리콘 기판의 표면에 p형 불순물을 도핑하는 공정을 수행한다. p형의 불순물로 사용되는 원소는 보론(Boron), 알루미늄(Aluminum) 또는 갈륨(Gallium)인데,알루미늄과 갈륨에 비해 원자번호가 작아 임플란터(implanter)를 하기에 용이한 보론이 많이 사용되고 있다. 보론의 임플란트 공정 이후에는 비정질화된 보론 침투층을 결정화하기 위하여 일반적으로 결정질 실리콘 기판을 어닐링하는 공정이 필요한데, 어닐링 공정은 다음과 같은 문제점이 있다.
우선, n형 결정질 실리콘 기판을 챔버 내부에 인입하고, 챔버 내부를 대략 대략 1050℃ 정도의 온도까지 상승시켜 n형 결정질 실리콘 기판 전체를 열처리해야 하므로, 에너지 손실이 크고, 원하는 온도까지 상승하는데 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, n형 결정질 실리콘 기판 내부에 존재하는 금속 불순물인 Fe, Cr, Cu 등이 이 정도의 열처리 온도(>900℃)에서 활성화되면서, n형 결정질 실리콘 기판의 라이프 타임 특성이 나빠지게 된다. 이것은 결국 최종적으로 완성되는 태양전지의 효율이 저하시키는 중요한 요소로 작용하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 형성된 비정질화된 보론 침투층을 재결정화하는 과정에서 침투층이 형성된 부분만을 레이저빔을 이용하여 어닐링함으로써, 어닐링 공정에서의 에너지 손실 및 공정 시간을 줄일 수 있고, 더 나아가 기판 내부의 금속 불순물(Fe, Cr, Cu 등)들의 활성화를 막을 수 있어서, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 제조방법은, 결정질 실리콘 기판의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있고, 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층을 형성하는 비정질화된 침투층 형성단계; 상기 비정질화된 침투층에 라인 형태의 제1레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 제1온도로 히팅하는 제1조사단계; 상기 비정질화된 침투층에, 라인 형태이며 상기 제1레이저빔 일부와 겹치는 제2레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅하는 제2조사단계; 및 상기 제1조사단계 및 상기 제2조사단계가 동시에 수행되는 동안, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 함께 이동되며, 상기 결정질 실리콘 기판에 대하여 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔을 상대적으로 이동시키는 이동단계;를 포함하며, 상기 비정질화된 침투층이 재결정화될 때 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소가 상기 제2도전형 불순물로 치환되면서 도핑층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 제2레이저빔의 조사면적은 상기 제1레이저빔의 조사면적보다 좁으며, 상기 제2레이저빔의 조사면은 상기 제1레이저빔의 조사면에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 제2레이저빔의 파장은 상기 제1레이저빔의 파장보다 짧을 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 제조방법은, 결정질 실리콘 기판의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있고, 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층을 형성하는 비정질화된 침투층 형성단계; 상기 비정질화된 침투층에 라인 형태이며 제1파워를 가지는 레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 제1온도로 히팅하는 제1조사단계; 상기 레이저빔의 파워를 상기 제1파워보다 높은 제2파워로 변환하는 파워 변환단계; 상기 비정질화된 침투층에 상기 제2파워를 가지는 레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅하는 제2조사단계; 및 상기 제1조사단계, 상기 파워 변환단계 및 상기 제2조사단계가 반복적으로 수행되는 동안, 상기 결정질 실리콘 기판에 대하여 상기 레이저빔을 상대적으로 이동시키는 이동단계;를 포함하며, 상기 비정질화된 침투층이 재결정화될 때 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소가 상기 제2도전형 불순물로 치환되면서 도핑층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 결정질 실리콘 기판이 용융되지 않은 상태에서 상기 비정질화된 침투층이 재결정화되도록, 상기 제2온도는 상기 결정질 실리콘 기판의 녹는점 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 제1도전형 불순물은 인(phosphorus) 또는 비소(Arsenic) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2도전형 불순물은 보론(boron) 또는 알루미늄(Aluminium) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 비정질화된 침투층 형성단계에서, 상기 비정질화된 침투층은 이온 주입방식 또는 이온 샤워방식에 의해 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 형성될 수 있다.
본 발명의 태양전지 제조방법에 따르면, 어닐링 공정에서의 에너지 손실 및 공정 시간을 줄일 수 있고, 기판 내부의 불순물 활성화를 억제함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지 제조방법에 따르면, 어닐링 공정의 효율을 향상시키고, 태양전지 기판의 제조공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지 제조방법에 따르면, 제조공정을 구현할 수 있는 설비의 구성을 간소화할 수 있고, 설비 구매 비용 또한 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 순서도이고,
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 n형 결정질 실리콘 기판의 비정질화된 침투층에서 p형 불순물이 함유된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 n형 결정질 실리콘 기판의 재결정화된 불순물층에서 p형 불순물이 도핑된 상태를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 순서도이고,
도 6은 도 5의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 n형 결정질 실리콘 기판의 비정질화된 침투층에서 p형 불순물이 함유된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 n형 결정질 실리콘 기판의 재결정화된 불순물층에서 p형 불순물이 도핑된 상태를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 순서도이고,
도 6은 도 5의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 순서도이고, 도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 n형 결정질 실리콘 기판의 비정질화된 침투층에서 p형 불순물이 함유된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 n형 결정질 실리콘 기판의 재결정화된 불순물층에서 p형 불순물이 도핑된 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 태양전지 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 비정질화된 침투층을 형성하고 레이저빔을 조사하여 비정질화된 침투층을 재결정화하는 것으로서, 비정질화된 침투층 형성단계(S110)와, 제1조사단계(S120)와, 제2조사단계(S130)와, 이동단계(S140)를 포함한다.
상기 비정질화된 침투층 형성단계(S110)는, 결정질 실리콘 기판(11)의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층(12)을 형성한다. 이때, 결정질 실리콘 기판(11)의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있다.
제1도전형 불순물은 n형 불순물인 인(phosphorus) 또는 비소(Arsenic) 중 적어도 하나를 포함하는데, 본 실시예에서 제1도전형 불순물은 인(phosphorus)인 것이 바람직하다. 이와 같이 결정질 실리콘 기판(11)은 내부에 n형 불순물인 인이 도핑되어 있는 n형 결정질 실리콘 기판(11)을 이용할 수 있다.
n형 결정질 실리콘 기판의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지는 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층(12)이 형성된다. 제2도전형 불순물은 p형 불순물인 보론(boron) 또는 알루미늄(Aluminium) 중 적어도 하나를 포함하는데, 본 실시예에서 제2도전형 불순물은 p형 불순물인 보론(boron)인 것이 바람직하다.
n형 결정질 실리콘 기판의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지 형성된 비정질화된 침투층(12)에 제2도전형 불순물이 함유된다는 의미는, 도 3에 도시된 바와 같이, 비정질화된 침투층(12) 내부에서 p형 불순물(30)이 비정질화된 실리콘(20) 사이에 아무렇게나 존재하는 상태를 의미한다.
비정질화된 침투층(12)을 n형 결정질 실리콘 기판의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지 형성하는 방법으로는 이온 주입방식(ion implatation) 또는 이온 샤워방식(ion showering)을 이용하여, p형 불순물(30)을 n형 결정질 실리콘 기판의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지 직접 주입할 수 있다.
상기 제1조사단계(S120)는, 비정질화된 침투층(12)에 라인 형태의 제1레이저빔(L1)을 조사하여 비정질화된 침투층(12)을 제1온도로 히팅한다.
본 실시예에서 비정질화된 침투층(12)에 조사되는 라인 형태의 제1레이저빔(L1)은 다이오드 펌핑 고체 레이저(DPSS Laser, Diode Pumped Solid State Laser)와 같은 비교적 저렴한 가격의 레이저로부터 출력될 수 있다. 고체 레이저로부터 출력된 제1레이저빔(L1)은 다수의 광학부품을 경유하면서 에너지 분포가 균질한 라인 형태의 레이저빔으로 성형될 수 있고, 이러한 라인 형태의 제1레이저빔(L)을 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층(12)에 조사한다.
제1레이저빔(L1)은 적외선 또는 적외선보다 긴 파장(예를 들어, 1064nm, 10640nm 등)을 가지는 것이 바람직하며, 제1레이저빔(L1)이 조사되는 비정질화된 침투층(12)은 약 400도 내지 500도 범위의 제1온도로 히팅된다. 제1조사단계(S120)의 제1온도에서는 비정질화된 침투층(12) 내의 제2도전형 불순물이 재결정화되지는 않고 단지 비정질화된 침투층(12)이 예열되기만 한다.
상기 제2조사단계(S130)는, 비정질화된 침투층(12)에, 라인 형태이며 제1레이저빔(L1) 일부와 겹치는 제2레이저빔(L2)을 조사하여 비정질화된 침투층(12)을 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅한다.
제1레이저빔(L1)과 마찬가지로 비정질화된 침투층(12)에 조사되는 라인 형태의 제2레이저빔(L2)은 다이오드 펌핑 고체 레이저와 같은 비교적 저렴한 가격의 레이저로부터 출력될 수 있다. 고체 레이저로부터 출력된 제2레이저빔(L2)은 다수의 광학부품을 경유하면서 에너지 분포가 균질한 라인 형태의 레이저빔으로 성형될 수 있고, 이러한 라인 형태의 제2레이저빔(L2)을 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층(12)에 조사한다.
제2레이저빔(L2)은 제1레이저빔(L1)의 파장보다 짧은 파장, 구체적으로는 적외선보다 짧은 파장(예를 들어, 532nm, 355nm, 308nm, 248nm 등)을 가지는 것이 바람직하며, 제2레이저빔(L2)이 조사되는 비정질화된 침투층(12)은 제1온도보다 높은 약 1,200도 정도의 제2온도로 히팅된다.
제2조사단계(S130)의 제2온도에서는 결정질 실리콘 기판(11)이 용융되지 않은 상태에서 비정질화된 침투층(12) 내의 제2도전형 불순물은 실리콘이 재결정화될 때 같이 재결정화된다. 결정질 실리콘 기판(11)이 용융되지 않은 상태에서 비정질화된 침투층(12)이 재결정화되기 위해서는, 제2레이저빔(L2)의 조사에 의해 히팅되는 비정질화된 침투층(12)의 제2온도가 결정질 실리콘 기판(11)의 녹는점 이하인 것이 바람직하다. 참고적으로 결정질 실리콘 기판(11)의 녹는점은 약 1,400도 정도인 것으로 알려져 있다.
제2조사단계(S130)에서 제2레이저빔(L2)은 제1레이저빔(L1) 일부와 겹치도록 조사하는데, 제2레이저빔(L2)의 조사면적은 제1레이저빔(L1)의 조사면적보다 좁은 것이 바람직하다. 구체적으로는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 제2레이저빔(L2)의 조사면이 제1레이저빔(L1)의 조사면에 포함되는 것이 바람직하다.
일반적으로 적외선 또는 적외선보다 긴 파장의 레이저빔을 출력하는 레이저는 적외선보다 짧은 파장의 레이저빔을 출력하는 레이저보다 비용이 저렴하다. 본 실시예에서 비정질화된 침투층(12)을 예열하고자 상대적으로 낮은 온도에서 상대적으로 넓은 조사면적을 형성해야 하는 제1레이저빔(L1)의 경우 적외선 또는 적외선보다 긴 파장의 레이저빔을 출력하는 레이저를 이용하고, 비정질화된 침투층(12)을 재결정하고자 상대적으로 높은 온도에서 상대적으로 좁은 조사면적을 형성해야 하는 제2레이저빔(L2)의 경우 적외선보다 짧은 파장의 레이저빔을 출력하는 레이저를 이용함으로써, 태양전지 제조공정을 구현하기 위한 설비에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
상기 이동단계(S140)는, 제1조사단계(S120) 및 제2조사단계(S130)가 동시에 수행되는 동안, n형 결정질 실리콘 기판(11)에 대하여 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)을 상대적으로 이동시키면서 비정질화된 침투층(12) 전체를 어닐링한다. n형 결정질 실리콘 기판(11)에 대하여 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)을 상대적으로 이동시킨다는 의미는, n형 결정질 실리콘 기판(11) 및 레이저빔(L1, L2) 중 어느 하나는 고정시키고, 직선이송유닛(미도시)을 이용하여 다른 하나는 이동시키는 것을 의미한다. 이때, 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)은 함께 이동된다.
이온 주입방식에 의해 p형 불순물을 n형 결정질 실리콘 기판(11)에 넣는 경우, 비정질화된 침투층(12)은 이온의 높은 에너지로 인해 비정질화되면서 p형 불순물(30)을 함유하게 된다. 라인 형태의 제1레이저빔(L1) 및 제2레이저빔(L2)을 이용하여 비정질화된 침투층(12)에 대하여 어닐링을 수행하면, 비정질화된 침투층(12)은 재결정화되면서 비정질화된 침투층(12)에서 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소(20)가 p형 불순물(30)로 치환되면서 도핑이 이루어지고, 이와 같은 도핑이 이루어지면 n형 결정질 실리콘 기판의 표면(11a)으로부터 일정 깊이까지 재결정화된 불순물층(13), 즉 p형 불순물이 재결정화된 불순물층(13)이 형성된다.
여기서, 비정질화된 침투층(12) 내에서 p형 불순물(30)이 '도핑'된다는 의미는, 도 4에 도시된 바와 같이, 비정질화된 침투층(12)에서 실리콘 격자 내의 실리콘 원소(20)가 p형 불순물(30)로 치환(substitutional)된 상태를 의미하며, p형 불순물(30)이 정상적으로 도핑되어 재결정화된 불순물층(13)은 전하의 이동도를 증대시킬 수 있다.
비정질화된 침투층(12) 내부의 제2도전형 불순물이 실리콘과 같이 비정질 상태로 존재하고 있는 상태에서도, 비정질화된 침투층(12)이 제2온도, 즉 결정질 기판(11)의 녹는점보다는 낮지만 재결정을 시키는데 충분한 온도로 히팅되면, 비정질 실리콘이 결정화되고, 이때 실리콘 격자 내의 일부분 실리콘 원소(20)가 p형 불순물(30)로 자연스럽게 치환될 수 있다.
본 실시예에서는 라인 형태의 레이저빔을 비정질화된 침투층(12)에만 집속시켜 열에너지를 공급함으로써, n형 결정질 실리콘 기판(11)의 온도는 전체적으로 상승하지 않는다. 따라서, n형 결정질 실리콘 기판(11) 내부에 존재하는 Fe, Cr, Cu 등과 같은 금속 불순물이 활성화되지 않아, 태양전지 기판의 라이프 타임 특성이 좋아진다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 태양전지 제조방법은, 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 형성된 비정질화된 침투층을 재결정화하는 과정에서 비정질화된 침투층이 형성된 부분만을 레이저빔을 이용하여 어닐링함으로써, 어닐링 공정에서의 에너지 손실 및 공정 시간을 줄일 수 있고, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 태양전지 제조방법은, 예열을 위한 레이저빔과 재결정화를 위한 레이저빔을 별도로 구성하여 어닐링 공정을 수행함으로써, 어닐링 공정의 효율을 향상시키고, 태양전지 기판의 제조공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 순서도이고, 도 6은 도 5의 태양전지 제조방법을 순서대로 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 4에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예의 태양전지 제조방법은, 비정질화된 침투층 형성단계(S210)와, 제1조사단계(S220)와, 파워 변환단계(S230)와, 제2조사단계(S240)와, 이동단계(S250)를 포함한다.
상기 비정질화된 침투층 형성단계(S210)는 도 1에 도시된 실시예의 비정질화된 침투층 형성단계(S110)와 실질적으로 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1조사단계(S220)는, 비정질화된 침투층(12)에 라인 형태의 레이저빔(L3)을 조사하여 비정질화된 침투층(12)을 제1온도로 히팅한다. 이때, 비정질화된 침투층(12)에 조사되는 레이저빔(L3)은 제1파워를 가진다.
본 실시예에서 비정질화된 침투층(12)에 조사되는 제1파워의 레이저빔(L3)은 다이오드 펌핑 고체 레이저와 같은 비교적 저렴한 가격의 레이저로부터 출력될 수 있으며, 에너지 분포가 균질한 라인 형태의 레이저빔으로 성형된 후 비정질화된 침투층(12)에 조사된다.
제1파워의 레이저빔(L3)이 조사되는 비정질화된 침투층(12)은 약 400도 내지 500도 범위의 제1온도로 히팅된다. 제1조사단계(S220)의 제1온도에서는 비정질화된 침투층(12) 내의 제2도전형 불순물이 재결정화되지는 않고 단지 예열되기만 한다.
상기 파워 변환단계(S230)는 레이저빔의 파워를 제1파워보다 높은 제2파워로 변환한다. 후술할 제2조사단계(S240)에서 비정질화된 침투층(12)을 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅하기 위하여, 제2온도를 구현할 수 있는 제2파워로 레이저빔의 파워를 변환한다.
레이저빔의 파워를 제1파워보다 높은 제2파워로 변환하는 방식으로는 다양한 방식이 이용될 수 있다. 레이저빔 펄스의 피크 파워를 높여 제1파워보다 높은 제2파워를 구현할 수도 있고, 레이저빔 펄스의 폭을 넓혀, 즉 레이저빔 펄스의 평균 파워를 높여 제1파워보다 높은 제2파워를 구현할 수도 있다.
상기 제2조사단계(S240)는, 비정질화된 침투층(12)에 제2파워를 가지는 레이저빔(L4)을 조사하여 비정질화된 침투층(12)을 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅한다. 이때, 제2파워를 가지는 레이저빔(L4)은 제1파워를 가지는 레이저빔(L3)과 동일한 레이저로부터 출력된다.
제2파워를 가지는 레이저빔(L4) 역시 에너지 분포가 균질한 라인 형태의 레이저빔으로 성형된 후 비정질화된 침투층(12)에 조사되며, 제2파워를 가지는 레이저빔(L4)이 조사되는 비정질화된 침투층(12)은 제1온도보다 높은 약 1,200도 정도의 제2온도로 히팅된다.
제2조사단계(S240)의 제2온도에서는 결정질 실리콘 기판(11)이 용융되지 않은 상태에서 비정질화된 침투층(12)이 재결정화되며, 제2파워를 가지는 레이저빔(L4)의 조사에 의해 히팅되는 비정질화된 침투층(12)의 제2온도가 결정질 실리콘 기판(11)의 녹는점 이하인 것이 바람직하다.
상기 이동단계(S250)는, 제1조사단계(S220), 파워 변환단계(S230) 및 제2조사단계(S240)가 반복적으로 수행되는 동안, n형 결정질 실리콘 기판(11)에 대하여 레이저빔(L3, L4)을 상대적으로 이동시키면서 비정질화된 침투층(12) 전체를 어닐링한다. n형 결정질 실리콘 기판(11)에 대하여 레이저빔(L3, L4)을 상대적으로 이동시킨다는 의미는, n형 결정질 실리콘 기판(11) 및 레이저빔(L3, L4) 중 어느 하나는 고정시키고, 직선이송유닛(미도시)을 이용하여 다른 하나는 이동시키는 것을 의미한다. 이때, 제1파워를 가지는 레이저빔(L3)의 조사, 제1파워에서 제2파워로의 변환, 제2파워를 가지는 레이저빔(L4)의 조사가 반복적으로 수행된다.
위의 과정을 통해 비정질화된 침투층(12)의 실리콘과 제2도전형 불순물이 재결정화되면서, 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소(20)가 제2도전형 불순물로 치환되면서 재결정화된 불순물층(13)이 형성된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 태양전지 제조방법은, 단일의 레이저 출력부를 이용하면서 예열과 재결정화를 위해 각각 서로 다른 파워를 설정함으로써, 제조공정을 구현할 수 있는 설비의 구성을 간소화할 수 있고, 설비 구매 비용 또한 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
11 : 결정질 실리콘 기판
12 : 비정질화된 침투층
13 : 재결정화된 불순물층
S110 : 비정질화된 침투층 형성단계
S120 : 제1조사단계
S130 : 제2조사단계
S140 : 이동단계
12 : 비정질화된 침투층
13 : 재결정화된 불순물층
S110 : 비정질화된 침투층 형성단계
S120 : 제1조사단계
S130 : 제2조사단계
S140 : 이동단계
Claims (7)
- 결정질 실리콘 기판의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있고, 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층을 형성하는 비정질화된 침투층 형성단계;
상기 비정질화된 침투층에 라인 형태의 제1레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 제1온도로 히팅하는 제1조사단계;
상기 비정질화된 침투층에, 라인 형태이며 상기 제1레이저빔 일부와 겹치는 제2레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅하는 제2조사단계; 및
상기 제1조사단계 및 상기 제2조사단계가 동시에 수행되는 동안, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 함께 이동되며, 상기 결정질 실리콘 기판에 대하여 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔을 상대적으로 이동시키는 이동단계;를 포함하며,
상기 비정질화된 침투층이 재결정화될 때 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소가 상기 제2도전형 불순물로 치환되면서 도핑층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2레이저빔의 조사면적은 상기 제1레이저빔의 조사면적보다 좁으며,
상기 제2레이저빔의 조사면은 상기 제1레이저빔의 조사면에 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2레이저빔의 파장은 상기 제1레이저빔의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 결정질 실리콘 기판의 내부에는 제1도전형 불순물이 도핑되어 있고, 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 제2도전형 불순물이 함유된 비정질화된 침투층을 형성하는 비정질화된 침투층 형성단계;
상기 비정질화된 침투층에 라인 형태이며 제1파워를 가지는 레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 제1온도로 히팅하는 제1조사단계;
상기 레이저빔의 파워를 상기 제1파워보다 높은 제2파워로 변환하는 파워 변환단계;
상기 비정질화된 침투층에 상기 제2파워를 가지는 레이저빔을 조사하여 상기 비정질화된 침투층을 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 히팅하는 제2조사단계; 및
상기 제1조사단계, 상기 파워 변환단계 및 상기 제2조사단계가 반복적으로 수행되는 동안, 상기 결정질 실리콘 기판에 대하여 상기 레이저빔을 상대적으로 이동시키는 이동단계;를 포함하며,
상기 비정질화된 침투층이 재결정화될 때 실리콘 격자 내의 일부 실리콘 원소가 상기 제2도전형 불순물로 치환되면서 도핑층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 결정질 실리콘 기판이 용융되지 않은 상태에서 상기 비정질화된 침투층이 재결정화되도록, 상기 제2온도는 상기 결정질 실리콘 기판의 녹는점 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 제1도전형 불순물은 인(phosphorus) 또는 비소(Arsenic) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2도전형 불순물은 보론(boron) 또는 알루미늄(Aluminium) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 비정질화된 침투층 형성단계에서,
상기 비정질화된 침투층은 이온 주입방식 또는 이온 샤워방식에 의해 상기 결정질 실리콘 기판의 표면으로부터 일정 깊이까지 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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|---|---|
| KR (1) | KR101351340B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017032763A1 (de) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Vorrichtung und verfahren zur bearbeitung eines halbleitersubstrats mittels laserstrahlung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001168363A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 太陽電池の製造方法 |
| JP2004146517A (ja) * | 2002-10-23 | 2004-05-20 | Hitachi Cable Ltd | 結晶薄膜半導体形成装置および形成方法 |
| KR20110008541A (ko) * | 2009-07-20 | 2011-01-27 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2011251317A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜の加工方法、薄膜の加工装置、及び光電変換装置の作製方法 |
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2013
- 2013-10-23 KR KR1020130126517A patent/KR101351340B1/ko not_active IP Right Cessation
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