KR101363141B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 제1 도전형의 불순물이 도핑된 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 과정과; 상기 유전막 중 일부를 제거하여 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역을 노출시키는 과정과; 상기 유전막이 형성된 상기 반도체 기판 전면에 제2 도전형의 불순물을 이온주입 하여 상기 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역의 상기 반도체 기판에는 고농도 도핑층을 형성하고, 상기 유전막이 형성된 영역의 상기 반도체 기판에는 저농도 도핑층을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 제1 도전형의 불순물이 도핑된 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 과정과; 상기 유전막 중 일부를 제거하여 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역을 노출시키는 과정과; 상기 유전막이 형성된 상기 반도체 기판 전면에 제2 도전형의 불순물을 이온주입 하여 상기 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역의 상기 반도체 기판에는 고농도 도핑층을 형성하고, 상기 유전막이 형성된 영역의 상기 반도체 기판에는 저농도 도핑층을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 특히 선택적 에미터를 구비하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신재생 에너지 중에서, 특히, 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있다.
태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 광전변환 소자로서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 유사하다. 태양전지는 일반적으로 소재에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 분류되고, 형태에 따라 기판형과 박막형으로 나뉜다. 현재 태양광 발전용으로 널리 쓰이고 있는 것은 기판형 결정질 실리콘 태양전지로서, 실리콘 기판의 전면에 에미터(emitter)로 작용하는 n형 층을, 후면에 p형 층을 각각 형성하고, 빛의 반사를 최소화하기 위한 실리콘 질화막 또는 산화막 등의 반사방지층을 포함하는 형태이다.
현재 상업용으로 가장 많이 적용되고 있는 태양전지는 스크린 프린팅 기법에 의해 제작되고 있으며, 광전변환 효율은 약 15~18% 정도이다. 그러나 현재의 구조와 공정으로는 더 이상의 높은 효율을 기대하기 어려워, 세계적으로 다양한 구조 및 공정 개발이 활발히 진행되고 있다.
선택적 에미터(selective emitter) 구조는 고효율 태양전지 제작을 위해 접근할 수 있는 기술 중 하나로, 태양전지의 전극부분에만 국부적으로 고농도로 도핑하고 나머지 부분(빛을 흡수하는 부분)은 저농도로 도핑함으로써 고농도 에미터층의 장점과 저농도 에미터층의 장점을 모두 취하는 구조이다.
선택적 에미터를 형성하기 위해 BCSC(Buried contact solar cell)에 적용된 레이저 스크라이빙 기법(laser scribing), PERL(Passivated emitter rear locally diffused cell)에 적용된 사진식각기법(photolithography) 등의 기술이 개발되었으나, 대부분의 기술이 2단계 이상의 고온 공정을 필요로 하기 때문에 공정 단가가 상승하고 생산수율을 감소시키게 된다.
따라서, 복잡한 공정과정을 거치지 않고 양산 가능한 고효율 결정질 실리콘 태양전지 개발이 절실히 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 제한 및 단점에 의해 야기되는 하나 이상의 문제점을 실질적으로 제거할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은, 복잡한 공정과정을 거치지 않고 선택적 에미터를 형성할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은
제1 도전형의 불순물이 도핑된 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 과정과; 상기 유전막 중 일부를 제거하여 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역을 노출시키는 과정과; 상기 유전막이 형성된 상기 반도체 기판 전면에 제2 도전형의 불순물을 이온주입 하여 상기 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역의 상기 반도체 기판에는 고농도 도핑층을 형성하고, 상기 유전막이 형성된 영역의 상기 반도체 기판에는 저농도 도핑층을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예의 태양전지의 제조방법에서, 상기 유전막은 10 내지 30nm 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 태양전지의 제조방법에서, 상기 제2 도전형의 불순물 이온주입은 1~100KeV의 에너지와 1x1015/cm3 ~ 1x1019/cm3 농도로 주입되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
본 발명의 일 실시예의 태양전지의 제조방법에서, 상기 반도체 기판에 상기 유전막을 형성하기 전에 상기 반도체 기판 표면을 식각하여 텍스쳐링을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 의하면, 유전막을 이용한 한 번의 이온주입 공정으로 고농도 도핑층과 저농도 도핑층을 갖는 선택적 에미터를 동시에 형성함으로써 공정이 단순화뿐만 아니라 양산성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 태양전지의 광변환 효율을 증가시킴과 동시에 제조원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 이온주입 과정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 2는 도 1의 이온주입 과정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 도 1의 이온주입 과정(S150)을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, SDR 및 세정공정을 진행하여 웨이퍼 절단시 발생한 결함, 이물질 등을 제거한다(S110). 이때, 반도체 기판 표면에 텍스쳐링을 형성할 수 있으며, 텍스쳐링은 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 반도체 기판의 전면을 식각함으로써 복수의 돌출부를 갖는 텍스쳐링 표면을 형성하는 공정이다. 이러한 텍스쳐링 공정에 의해 표면 반사 손실을 줄이고 빛을 가두어 광 흡수율을 높이며 난반사를 일으켜 입사한 광이 손실되는 것을 최소화할 수 있다.
다음으로, 반도체 기판 전면에 SiO2, SiNx 등의 유전막을 형성한다(S120). 여기서, 유전막은 이후 선택적 에미터 형성을 위한 이온주입 공정시 일부 이온이 투과하여 그 하부의 반도체 기판으로 주입될 수 있을 정도의 두께 예를 들면, 10 내지 30nm 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 이온주입시의 에너지, 도핑 정도에 따라 조절할 수 있다.
다음으로, 상기 유전막 상에 마스크 패턴을 형성한다(S130). 여기서, 마스크 패턴은 이후 유전막 식각을 위한 식각 마스크로 작용하며 선택적 에미터의 고농도 도핑영역 상의 유전막이 노출(오픈) 되도록 마스크 패턴을 형성한다. 또한, 마스크 패턴은 일반적인 포토 리소그래피 공정으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부의 상기 유전막을 식각함으로써 선택적 에미터의 고농도 도핑영역의 반도체 기판이 노출되도록 한다(S140).
다음으로, 상기 반도체 기판과 다른 도전형의 불순물을 1~100KeV의 에너지와 1x1015/cm3 ~ 1x1019/cm3의 농도로 기판 내부에 주입한다(S150). 도 2에 도시된 바와 같이, 유전막(120)으로 덮여있지 않은 영역, 즉, 고농도 도핑영역의 반도체 기판(110)에는 주입되는 이온이 모두 반도체 기판으로 주입되는 것에 비해 유전막으로 덮여있는 영역, 즉, 저농도 도핑영역의 반도체 기판에는 유전막으로 인해 주입되는 이온이 모두 반도체 기판으로 주입되지 않는다. 이에 따라, 한 번의 이온주입 공정으로 고농도 도핑영역(130a) 및 저농도 도핑영역(130b)을 동시에 형성할 수 있다. 또한, 이온주입 에너지와 농도는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 저농도 도핑은 통상 1015/cm3의 오더를 의미하고, 고농도 도핑은 통상 1019 /cm3의 오더를 의미하는 것으로 한다.
다음으로, 이온주입 후 선택적 에미터와 콘택되는 전극을 형성하고(S160) 코-파이어링(Co-firing) 공정을 진행한다. 여기서, 에미터층 일부를 노출시켜 에미터 콘택을 오픈 한 후 콘택 오픈 영역에 Al, Ag, AgAl 등의 금속 패이스트를 금속 스크린 인쇄기법에 의해 도포하여 전극을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 반도체 기판
120 : 유전막
130a : 고농도 도핑영역
130b : 저농도 도핑영역
120 : 유전막
130a : 고농도 도핑영역
130b : 저농도 도핑영역
Claims (4)
- 제1 도전형의 불순물이 도핑된 반도체 기판 상에 유전막을 형성하는 과정과;
상기 유전막 중 일부를 제거하여 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역을 노출시키는 과정과;
상기 유전막이 형성된 상기 반도체 기판 전면에 제2 도전형의 불순물을 이온주입 하여 상기 예정된 선택적 에미터의 고농도 도핑영역의 상기 반도체 기판에는 고농도 도핑층을 형성하고, 상기 유전막이 형성된 영역의 상기 반도체 기판에는 저농도 도핑층을 형성하는 과정; 및
상기 선택적 에미터와 콘택되는 전극을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유전막은
10 내지 30nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제2 도전형의 불순물 이온주입은
1~100KeV의 에너지와 1x1015/cm3 ~ 1x1019/cm3 농도로 주입되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판에 상기 유전막을 형성하기 전에 상기 반도체 기판 표면을 식각하여 텍스쳐링을 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테양전지의 제조방법.
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