KR101382047B1 - 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선택적 에미터 구조를 완성한 상태에서 건식 텍스쳐링 공정을 진행함으로써 우수한 표면 반사도 특성을 담보함과 함께 전기적으로 안정한 선택적 에미터 구조를 구현할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 제 2 도전형의 불순물 이온이 포함된 도핑 페이스트를 기판의 전면전극이 형성될 영역 상에 도포하는 단계와, 상기 기판에 대해 고농도 확산공정을 진행하여, 상기 기판 내부에 고농도 도핑영역을 형성하는 단계 및 건식 텍스쳐링 공정을 진행하여, 상기 고농도 확산공정에 의해 상기 기판 표면에 형성된 확산부산물막을 제거함과 함께 상기 고농도 도핑영역의 일부 두께를 식각, 제거하는 단계를 포함하여 이루어지며, 고농도 확산공정에 의해 형성되는 고농도 도핑영역은, 상기 도핑 페이스트가 구비된 영역에 형성되는 제 2 고농도 도핑영역과, 그 이외의 영역에 형성되는 제 1 고농도 도핑영역으로 구분되며, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해, 상기 제 1 고농도 도핑영역의 일부 두께가 식각, 제거되며, 상기 제 1 고농도 도핑영역은 저농도 에미터로 변환되고, 상기 제 2 고농도 도핑영역은 고농도 에미터의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선택적 에미터 구조를 완성한 상태에서 건식 텍스쳐링 공정을 진행함으로써 우수한 표면 반사도 특성을 담보함과 함께 전기적으로 안정한 선택적 에미터 구조를 구현할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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 있다.
태양전지의 제조는 통상, 텍스쳐링, 확산에 의한 에미터 형성, 전극 형성의 공정 순서로 진행되는데, 반응성 이온 에칭을 통해 텍스쳐링을 진행한 경우, 에미터의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 선택적 에미터 구조의 경우 저농도 에미터(shallow emitter)를 형성해야 하는데, 반응성 이온 에칭이 선행됨으로 인해 저농도 에미터를 안정적으로 형성함에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 선택적 에미터 구조를 완성한 상태에서 건식 텍스쳐링 공정을 진행함으로써 우수한 표면 반사도 특성을 담보함과 함께 전기적으로 안정한 선택적 에미터 구조를 구현할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 제 2 도전형의 불순물 이온이 포함된 도핑 페이스트를 기판의 전면전극이 형성될 영역 상에 도포하는 단계와, 상기 기판에 대해 고농도 확산공정을 진행하여, 상기 기판 내부에 고농도 도핑영역을 형성하는 단계 및 건식 텍스쳐링 공정을 진행하여, 상기 고농도 확산공정에 의해 상기 기판 표면에 형성된 확산부산물막을 제거함과 함께 상기 고농도 도핑영역의 일부 두께를 식각, 제거하는 단계를 포함하여 이루어지며, 고농도 확산공정에 의해 형성되는 고농도 도핑영역은, 상기 도핑 페이스트가 구비된 영역에 형성되는 제 2 고농도 도핑영역과, 그 이외의 영역에 형성되는 제 1 고농도 도핑영역으로 구분되며, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해, 상기 제 1 고농도 도핑영역의 일부 두께가 식각, 제거되며, 상기 제 1 고농도 도핑영역은 저농도 에미터로 변환되고, 상기 제 2 고농도 도핑영역은 고농도 에미터의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 고농도 확산공정은, 상기 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서 챔버 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 포함한 기체를 공급하여 진행하며, 상기 제 2 도전형의 불순물 이온이 기판 내부로 확산하여 제 1 고농도 도핑영역을 형성할 수 있다.
상기 고농도 확산공정시 상기 도핑 페이스트 내에 포함되어 있는 제 2 도전형의 불순물 이온이 기판 내부로 확산하여 제 2 고농도 도핑영역을 형성한다. 또한, 상기 제 1 고농도 도핑영역의 깊이는 0.5∼1㎛이며, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해 제거되는 상기 제 1 고농도 도핑영역의 두께는 전체 대비 5∼15%일 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
선택적 에미터 구조를 완성한 후, 건식 텍스쳐링 공정을 진행함에 따라 텍스쳐링에 의해 에미터의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 건식 텍스쳐링 공정에 의해 PSG막이 함께 제거됨에 따라, 별도의 PSG막 제거 공정이 요구되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3은 일반적인 n형 반도체층의 농도 프로파일.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3은 일반적인 n형 반도체층의 농도 프로파일.
본 발명은 선택적 에미터를 형성함에 있어서, 고농도 에미터와 저농도 에미터로 구성되는 선택적 에미터를 형성한 후, 건식 텍스쳐링을 진행함으로써 건식 텍스쳐링 선행에 의해 선택적 에미터의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지함을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 및 도 2a에 도시한 바와 같이, 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.
그런 다음, 고농도 에미터가 형성될 부위의 기판(201) 상에 제 2 도전형의 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함한 도핑 페이스트(202)(이하, 도핑 페이스트(202)라 함)를 스크린 인쇄하여 도포한다(S102).
고농도 에미터가 형성될 부위의 기판(201) 상에 도핑 페이스트(202)를 도포한 상태에서, 도 2b에 도시한 바와 같이 고농도 확산공정을 진행하여 기판(201) 둘레를 따라 일정 깊이의 고농도 도핑영역(203)을 형성한다(S103). 통상의 선택적 에미터 공정의 경우, 전극이 형성될 이외의 영역에는 저농도 도핑영역을 형성하나, 본 발명의 경우 확산공정을 통해 기판(201) 전체에 걸쳐 고농도 도핑영역(203)을 형성한다.
상기 고농도 확산공정은, 세부적으로 다음과 같은 공정으로 진행될 수 있다. 챔버 내에 기판(201)을 구비시킨 상태에서, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 챔버 내에 공급하여 인(P) 이온이 기판(201) 내부로 확산되도록 하여 고농도 도핑영역(203)을 형성한다. 이 때, 도핑 페이스트(202) 내에 포함된 n형 불순물 원자도 기판(201) 내부로 확산되어 해당 부위에 고농도 도핑영역(203)이 형성된다. 상기 고농도 확산공정에 의해 형성되는 고농도 도핑영역(203)(도 2b의 제 1 고농도 도핑영역(203a) 참조)과 상기 도핑 페이스트(202)가 구비된 영역에 형성된 고농도 도핑영역(203)(도 2b의 제 2 고농도 도핑영역(203b) 참조)은 그 도핑농도가 동일하도록 제어되거나 후자의 고농도 도핑영역(203)의 농도가 높도록 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고농도 확산공정에 의해 상기 도핑 페이스트(202)를 포함한 기판(201) 표면 상에는 확산부산물막인 PSG(phosphor-silicate glass)막이 형성되며, 상기 PSG막(204)은 인(P) 이온과 실리콘 기판(201)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된다. 한편, 후속의 건식 텍스쳐링 공정을 고려하여 상기 고농도 도핑영역(203)의 깊이(d)는 0.5∼1㎛ 정도가 바람직하다.
상기 고농도 확산공정에 의해 기판(201) 표면 내부에 고농도 도핑영역(203)이 형성된 상태에서, 건식 텍스쳐링 공정을 진행한다. 상기 건식 텍스쳐링 공정은 반응성 이온 에칭(reactive ion etching) 공정을 이용할 수 있으며, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해 기판(201) 표면에 형성된 PSG막(204)이 제거됨과 함께 고농도 도핑영역(203)의 일부 두께가 제거되어 요철이 형성된다(S104). 상기 고농도 도핑영역(203)의 일부 두께 정확히는, 고농도 도핑영역(203) 상부의 일부 두께를 제거하는 이유는 데드레이어(dead layer)를 제거하기 위함이다.
통상, 확산공정에 의해 형성되는 도핑영역 즉, n형 반도체층은 도 3에 도시한 바와 같은 농도 프로파일을 갖는다. 즉, 기판(201) 표면에서 인의 농도가 최대값을 가지며 기판(201) 내부로 갈수록 그 농도가 감소되는 경향을 갖는다. 인의 농도가 최대화되면 전면전극과의 전기적 특성은 개선되나, 기판(201) 표면부의 경우 인의 농도가 최대화될 뿐만 아니라 기타 불순물 등도 포함되어 있어 소수캐리어가 기판(201) 표면부의 결함에 재결합되어 태양전지의 광전변환효율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 이와 같이 인의 농도가 최대화되어 소수캐리어의 재결합을 촉진시키는 기판(201) 표면부를 통상, 데드레이어(layer)(도 3의 A 부분)라고 한다.
본 발명에서는 건식 텍스쳐링 공정시 고농도 도핑영역(203)의 데드레이어를 제거하며, 고농도 도핑영역(203)의 일부 두께가 제거됨에 따라 해당 고농도 도핑영역(203)은 저농도 도핑영역 즉, 저농도 에미터(212)로 변환된다. 한편, 상기 건식 텍스쳐링 공정시 도핑 페이스트(202)는 제거되지 않는다. 이에 따라, 도핑 페이스트(202) 하부의 고농도 도핑영역(203)은 그 농도를 그대로 유지하며, 고농도 에미터(211)로서의 역할을 수행한다. 최종적으로, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해, 고농도 에미터(211)와 저농도 에미터(212)로 구성되는 선택적 에미터 구조가 완성된다. 한편, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해 제거되는 고농도 도핑영역(203)의 두께(도 2b의 d1 참조)는 전체 두께의 5∼15%가 바람직하다. 이는, 전체 고농도 도핑영역(203)의 두께가 100이라 하면 데드레이어가 통상 기판(201) 표면에서 10 안팎의 거리에 분포됨을 반영한 것이다.
이어, 세정 공정을 통해 기판(201) 표면에 잔류하는 식각 잔사물, PSG막(204)을 제거한다. 그런 다음, 도면에 도시하지 않았지만 상기 도핑 페이스트(202) 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄함과 함께 기판(201) 후면 상에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 소성하면 기판(201) 전면에는 고농도 에미터(211)와 전기적으로 연결되는 전면전극이 형성되고, 기판(201) 후면에는 기판(201) 후면과 선택적으로 연결되는 후면전극이 형성되며(S105), 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 완료된다.
201 : 제 1 결정질 실리콘 기판 202 : 도핑 페이스트
203 : 고농도 도핑영역 203a : 제 1 고농도 도핑영역
203b : 제 2 고농도 도핑영역 204 : PSG막
211 : 고농도 에미터 212 : 저농도 에미터
203 : 고농도 도핑영역 203a : 제 1 고농도 도핑영역
203b : 제 2 고농도 도핑영역 204 : PSG막
211 : 고농도 에미터 212 : 저농도 에미터
Claims (5)
- 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
제 2 도전형의 불순물 이온이 포함된 도핑 페이스트를 기판의 전면전극이 형성될 영역 상에 도포하는 단계;
상기 기판에 대해 고농도 확산공정을 진행하여, 상기 기판 내부에 고농도 도핑영역을 형성하는 단계 및
건식 텍스쳐링 공정을 진행하여, 상기 고농도 확산공정에 의해 상기 기판 표면에 형성된 확산부산물막을 제거함과 함께 상기 고농도 도핑영역의 일부 두께를 식각, 제거하는 단계를 포함하여 이루어지며,
고농도 확산공정에 의해 형성되는 고농도 도핑영역은, 상기 도핑 페이스트가 구비된 영역에 형성되는 제 2 고농도 도핑영역과, 그 이외의 영역에 형성되는 제 1 고농도 도핑영역으로 구분되며,
상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해, 상기 제 1 고농도 도핑영역의 일부 두께가 식각, 제거되며, 상기 제 1 고농도 도핑영역은 저농도 에미터로 변환되고, 상기 제 2 고농도 도핑영역은 고농도 에미터의 역할을 하며,
상기 고농도 확산공정시 상기 도핑 페이스트 내에 포함되어 있는 제 2 도전형의 불순물 이온이 기판 내부로 확산하여 제 2 고농도 도핑영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고농도 확산공정은, 상기 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서 챔버 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 포함한 기체를 공급하여 진행하며, 상기 제 2 도전형의 불순물 이온이 기판 내부로 확산하여 제 1 고농도 도핑영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 고농도 도핑영역의 깊이는 0.5∼1㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 건식 텍스쳐링 공정에 의해 제거되는 상기 제 1 고농도 도핑영역의 두께는 전체 대비 5∼15%인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
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| KR20100107258A (ko) * | 2009-03-25 | 2010-10-05 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 그 제조방법 |
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2012
- 2012-10-31 KR KR1020120121713A patent/KR101382047B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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