KR101505187B1 - 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 - Google Patents

박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법은, 기판(10)을 제공하는 단계; 기판(10) 상에 하나 또는 다수개가 적층된 박막층(20, 30)을 형성하는 단계 - 기판(10)과 박막층(20) 사이 또는 박막층(20, 30) 사이에는 더미패턴(D: D1, D2)이 형성됨 -; 및 열처리(H)를 수행하여 더미패턴(D) 상부와 접하는 박막층(30)을 더미패턴(D) 형상으로 박리시켜 패터닝 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법{METHOD FOR FORMING PATTERN ON THE BASIS OF PEELING PHENOMENON AND METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL USING THE SAME}
본 발명은 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 층(기판과 박막층 또는 박막층과 박막층) 사이에 다른 물질로 더미패턴을 형성한 후 열처리(특히, 결정화 공정)를 수행하여 더미패턴 상부에 증착된 박막층을 박리시켜 패턴하는 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 평판 디스플레이 및 태양전지 분야에서는 기판 상에 형성되는 비정질 실리콘층(a-Si)의 특성(예를 들면, 전자 이동도)을 향상시키기 위해 폴리 실리콘층(p-Si)으로 결정화시키는 과정을 수행하고 있다. 이러한 결정화 공정은 통상적으로 550℃ 내지 600℃의 고온 열처리(어닐링: Annealing) 과정이 수반된다.
하지만, 기판과 박막층 또는 박막층과 다른 박막층은 그 구성 물질이 서로 상이하기 때문에, 이에 따른 열팽창 계수(CTE: Coefficients of thermal expansion)도 서로 상이하다. 따라서, 고온에 의해 기판에 큰 응력(stress)이 발생되어 층 사이가 박리되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 층 사이에 다른 물질로 일정 패턴을 형성함으로써, 특정 영역에서의 박리 현상을 정밀하게 제어할 수 있어 종래의 패터닝 공정을 대체할 수 있는 방안을 제시하도록 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 특정 영역에서의 박리 현상을 정밀하게 제어함으로써 구현할 수 있는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 패터닝 공정과 결정화 공정을 동시에 수행할 수 있는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 (a) 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상에 하나 또는 다수개가 적층된 박막층을 형성하는 단계 - 상기 기판과 박막층 사이 또는 상기 박막층 사이에는 소정의 더미패턴이 형성됨 -; 및 (c) 열처리를 수행하여 상기 더미패턴 상부와 접하는 상기 박막층을 상기 더미패턴 형상으로 박리시켜 패터닝 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법에 의해 달성된다.
상기 더미패턴 상에 형성되는 박막층은 광전소자층을 포함할 수 있다.
상기 열처리에 의해 상기 패터닝과 동시에 상기 광전소자층을 결정화시킬 수 있다.
상기 더미패턴은 절연성 재질일 수 있다.
상기 절연성 재질은 유기 용제일 수 있다.
상기 유기 용제는 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메탄올(Methanol), HMDS(Hexa methylene disilazane) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에는 상기 유기 용제를 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 (a) 단위셀 영역과 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상의 배선 영역 상에 더미패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상에 하부전도층과 광전소자층을 순차적으로 형성하는 단계; (d) 열처리를 수행하여 상기 더미패턴 상부와 접하는 상기 하부전도층을 박리시킴과 동시에 상기 광전소자층을 패터닝시켜 제1 트렌치를 형성하는 단계; (e) 상기 기판 상의 배선 영역 상에 상기 제1 트렌치의 일측면을 커버하는 측벽 절연층을 형성하는 단계; (f) 상기 기판 상의 전면에 상부전도층을 형성하는 단계; 및 (g) 상기 기판 상의 상기 배선 영역 상에 상기 상부전도층과 상기 광전소자층의 일부를 동시에 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법에 의해서도 달성된다.
상기 더미패턴은 절연성 재질일 수 있다.
상기 절연성 재질은 유기 용제일 수 있다.
상기 유기 용제는 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메탄올(Methanol), HMDS(Hexa methylene disilazane) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 열처리에 의해 상기 패터닝과 동시에 상기 광전소자층을 결정화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 박리 현상을 정밀하게 제어함으로써 별도의 식각 공정 없이도 박막층을 패터닝할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패터닝 공정과 결정화 공정을 동시에 수행할 수 있어 전체 공정을 단축시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 형태의 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 의한 글래스 기판의 표면을 측정한 사진이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 이용한 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(10)을 제공할 수 있다. 이러한 기판(10)은 전도성 재질인 반도체 웨이퍼, 박막 형태의 금속 또는 절연성 재질인 글래스(glass), 플라스틱일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기판을 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 기판(10) 상의 이물을 제거하기 위해 일반적인 세정 공정을 선택적으로 수행할 수도 있다.
이어서, 기판(10) 상에는 하나 또는 다수개가 적층된 제1 박막층(20)을 형성할 수 있다. 이러한 제1 박막층(20)은 공지된 절연층, 도전층 중 적어도 하나일 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 제1 박막층(20) 상부 일부에 소정의 더미패턴(D: D1, D2)을 형성할 수 있다.
더미패턴(D)은 이후 수행되는 열처리 공정(H, 도 4에 도시됨)에 의하여 상부에 형성되는 제2 박막층(30)과의 부착력을 저하시켜 박리시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 제2 박막층(30)에 형성하고자 하는 패턴과 동일한 패턴으로 더미패턴(D)을 형성할 수 있는데, 일 예로 제1 더미패턴(D1)과 같이 도트 형상 또는 제2 더미패턴(D2)과 같이 라인 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상을 제한 없이 사용하여 더미패턴(D)을 형성할 수 있다.
이러한 더미패턴(D)을 형성하는 소재는 인접하는 층[제1 박막층(20), 제2 박막층(30)]과 재질이 다른 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있는데, 박리 현상을 촉진시키기 위해 열팽창 계수가 상이한 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들면, 전기적 불량을 방지하기 위해 절연성 재질을 사용할 수 있는데, 절연성 재질로는 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메탄올(Methanol), HMDS(Hexa Methylene DiSilazane) 중 어느 하나를 포함하는 유기 용제일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 유기 용제는 초순수(DI: DeIonized water)를 용매로 하여 희석한 후 사용할 수 있다. 더미패턴(30)의 형성 방법으로는 노즐로 구성된 헤드를 통하여 소정의 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅법(ink jet printing)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 스크린 인쇄법(screen printing), 롤러 코팅법(roller coating), 포토리소그래피법 등을 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 제1 박막층(20) 상부에 제2 박막층(30)을 형성할 수 있다. 제2 박막층(30)은 더미패턴(D)을 커버하며, 이후 수행되는 열처리 공정(H)에 의해 패터닝된다. 이러한 제2 박막층(30)은 반도체층을 포함할 수 있다.
제2 박막층(30)은 열처리 공정(H)에 의해 패터닝과 동시에 결정화될 수도 있는데, 도 4를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 열처리 공정(H)을 수행하여 제2 박막층(30)을 박리시킴으로써 패터닝 공정을 수행할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 고온의 열처리(H)에 의해 더미패턴(D)이 형성된 영역의 계면 특성이 저하되어 부착력이 약화됨으로써, 더미패턴(D) 상에 접하는 제2 박막층(30)만을 선택적으로 박리시킬 수 있다. 이때, 더미패턴(D)은 제1, 제2 박막층(20)과 열팽창 계수가 차이가 큰 것이 박리를 활성화 하는데 용이할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 패터닝을 위한 열처리 공정(H)을 별도로 진행할 수 있지만, 열처리 공정(H)시에, 패터닝과 동시에 제2 박막층(30)에 포함되는 반도체층을 결정화시킬 수 있다. 예를 들면, 비정질 실리콘층(a-Si)을 포함하는 제2 박막층(30)에 고상 결정화(SPC: Solid Phase Crystallization)를 위한 열처리(H)를 수행하면, 비정질 실리콘층(a-Si)을 다결정 실리콘층(p-Si)으로 결정화시킬 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 패터닝된 제2 박막층(30)에 의해 노출된 더미패턴(D)을 제거하기 위한 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 세정 공정은 공지된 화학적 또는 물리적인 세정 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 화학적인 세정 방법으로는 더미패턴(D)의 재질에 따라 이를 제거할 수 있는 공지된 세정제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 물리적인 세정 방법으로는 더미패턴(D)에 물리적인 접촉[예를 들면, 고압으로 물을 분사하는 워터 제트(water jet)]을 가하는 공지된 방법을 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 도 4에서는 더미패턴(D)이 박막층(20, 30) 사이에 형성된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 층 사이에 형성될 수도 있는데, 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 더미패턴(D)을 형성된 후 박막층(20, 30)을 형성하여도 본 발명의 패턴 형성 방법을 수행할 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법은, 박리 현상을 정밀하게 제어함으로써 별도의 식각 공정 없이도 박막층을 패터닝할 수 있는 효과가 있다. 또한, 패터닝 공정과 결정화 공정을 동시에 수행할 수 있어 공정을 단축시키고 생산성을 향상시킬 수도 있다.
이하에서는 상술된 본 발명의 보다 상세한 이해를 돕기 위해 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.
[실험예]
이하의 실험예에서는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 더미패턴(D) 및 열처리 공정(H)을 수행한 후 더미패턴(D)을 제거하기 전(세정 공정 전)의 기판의 표면을 측정하는 과정을 실시하였다.
먼저, 글래스 기판(10) 상에 이물을 제거하기 위해 세정 공정을 수행하였다.
이어서, 글래스 기판(10) 상에 제1 박막층(20)에 해당하는 TCO(Transparent Conductive Oxide)층을 형성하였다.
이어서, TCO층 상에 유기 용제인 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol)로 소정의 더미패턴(D: D1, D2)을 형성하였다.
이어서, 더미패턴(D)을 건조시키는 공정을 수행하였는데, 자연 건조 후 질소를 블로잉 하여 건조 공정을 마무리하였다.
이어서, 글래스 기판(10) 상에는 더미패턴(D)을 커버하는 제2 박막층(30)에 해당하는 비정질 실리콘층(a-Si)을 형성하였다.
이어서, 600℃ 이상의 온도로 고상 결정화(SPC) 공정(H)을 수행하여, 더미패턴(D)과 접하는 비정질 실리콘층(a-Si)을 박리시켜 패터닝하였다.
한편, 고상 결정화 공정(H)에서 비정질 실리콘층(a-Si)에 가해진 열에 의한 열처리 공정을 동시에 수행하여, 비정질 실리콘층(a-Si)을 다결정 실리콘층(p-Si)으로 결정화하였다.
이어서, 글래스 기판 상에 형성된 패터닝된 다결정 실리콘층(p-Si)을 광학 현미경으로 측정하였는데, 그 결과는 도 7에 의해 확인할 수 있다. 도 7의 (A)를 참조하면, 글래스 기판 상에 도트 형상의 제1 더미패턴(D1)으로 패터닝된 다결정 실리콘층(p-Si)을 명확하게 육안으로 확인할 수 있다. 도 7의 (B)를 참조하면, 글래스 기판 상에 라인 형상의 제2 더미패턴(D2)으로 패터닝된 다결정 실리콘층(p-Si)을 명확하게 육안으로 확인할 수 있다.
따라서, 박리 현상을 이용한 더미패턴(D)으로도 종래의 식각 공정에 의한 패터닝 공정을 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.
박리 현상을 이용한 태양전지의 제조방법
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 일 실시예에 의한 박리 현상을 기반으로 하는 패턴 형성 방법의 이해를 돕기 위해 적용되는 구체적인 일 예로 직렬 방식 태양전지 중 하나를 제시한다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 박막층에 소정의 패턴을 형성하는 반도체 기술 전반에 적용되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서, 단위셀 영역(A) 이란 전극 사이(하부전극과 상부전극 사이)에 광전소자층(반도체층)이 위치하여 실질적으로 태양전지의 광전 변환이 이루어지는 기판 상의 영역을 의미하는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 배선 영역(B) 이란 단위셀 영역(A) 사이에 위치하며 단위셀간을 서로 분리함과 동시에 전기적으로는 연결(예를 들면, 직렬 연결)하는 기능을 수행하는 기판 상의 영역을 의미하는 것으로, 실질적으로 태양전지의 광전 변환이 일어나지 않는 데드 영역(dead region)으로 이해될 수 있다.
이와 같은 하나의 단위셀 영역(A)과 하나의 배선 영역(B)이 모여 단위 태양전지 영역(A, B)을 구성하는데, 이러한 단위 태양전지 영역(A, B) 상에는 본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에 의해 광전 변환과 배선 기능을 모두 수행할 수 있는 단위 태양전지가 형성된다. 일 예로, 기판 상에는 다수개의 단위 태양전지 영역(A, B)은 행과 열 방향으로 배열될 수 있는데, 임의의 행에서 n 번째(n은 자연수) 단위 태양전지 영역은 단위셀 영역(An)과 배선 영역(Bn)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, n 번째 단위 태양전지 영역(An, Bn)과 인접하는 일측 영역에는 n+1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An+1)과 배선 영역(Bn+1)], n+2 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An+2)과 배선 영역(Bn+2)] 순서로 단위 태양전지 영역이 배열될 수 있다. 또한, n 번째 단위 태양전지 영역과 인접하는 타측 영역에는 n-1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An-1)과 배선 영역(Bn-1)], n-2 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An-2)과 배선 영역(Bn-2)] 순서로 1 번째 단위 태양전지 영역까지 배열될 수 있다.
이하의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 기판 상의 다수개의 단위 태양전지 영역 중 n번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An)과 배선 영역(Bn)]을 중심으로 그 단면을 도시하여 설명하도록 한다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 이용한 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 단위셀 영역(A)과 배선 영역(B)으로 구성되는 단위 태양전지 영역(A, B)이 배열되는 기판(100)을 제공한다. 기판(100)의 재질은 투명한 유리 기판을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기판(100)은 빛을 수광하는 방향에 따라 유리, 플라스틱과 같은 투명 재질 또는 실리콘, 금속[예를 들면, SUS(Stainless Steel)]과 같은 불투명 재질을 모두 사용할 수 있다. 이때, 기판(100)의 표면에는 공지된 텍스쳐링(texturing)이 선택적으로 수행될 수도 있다.
이어서, 기판(100) 상의 배선 영역(B) 상의 일부에 소정의 더미패턴(D)을 형성할 수 있다.
이러한 더미패턴(D)은 이후 수행되는 열처리 공정(H)에 의해 기판(100) 상에 형성되는 하부전극(200)과의 부착력을 저하시켜 하부전극(200) 및 하부전극(200) 상에 형성되는 광전소자층(300)을 동시에 박리시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 하부전극(200)에 형성하고자 하는 패턴과 동일한 패턴으로 더미패턴(D)을 형성할 수 있는데, 더미패턴(D)의 재질과 형성 방법을 포함하는 상세한 설명은 앞서 설명된 바와 동일함으로 생략한다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 전도성 재질의 하부전도층(200)을 형성할 수 있다. 하부전도층(200)의 소재는 본 발명의 태양전지가 빛을 수광하는 방향에 따라 투명 또는 불투명한 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전도성 재질인 경우, 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명 전극인 TCO(Transparent Conductive Oxide)을 사용할 수 있는데, 일 예로 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 FTO(SnO2:F) 중 어느 하나 이거나 이들의 조합일 수 있다. 또한, 불투명 재질인 경우, 접촉 저항이 낮으면서 고온 공정을 진행하더라도 전기적 특성이 저하되지 않는 불투명한 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리브덴 텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수도 있다.
하부전도층(200)의 형성 방법으로는 열 증착법(Thermal Evaporation), 전자빔 증착법(E-beam Evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)과 같은 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)을 포함할 수 있다.
이어서, 하부전도층(200)의 상부 전면에 광전소자층(300)이 적층될 수 있다. 이러한 광전소자층(300)의 재질은 공지된 반도체 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
일 예로, 광전소자층(300)은 하부전도층(200) 상에 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층이 순차적으로 적층되거나, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층이 순차적으로 적층된, p, i, n 형, p+, i, n+ 형, n, i, p 형(특히, n+, i, p+), p, p, n 형(특히, p+, p-, n+) 또는 n, n, p 형(특히, n+, n-, p+)의 실리콘층을 가질 수 있다. 여기서, +와 -의 의미는 도핑 농도의 상대적인 차이를 나타내며 +가 -보다 고농도의 도핑 농도를 가짐을 의미한다. 예를 들어, n+가 n- 보다 하이 도핑되어 있음을 의미한다. + 또는 -의 표시가 없는 경우에는 도핑 농도의 특별한 제한이 없음을 의미한다. 또한, p와 n 형 사이에 위치하는 광전소자층은 광 흡수층(예를 들면, i 형)의 기능을 한다.
다른 예로, p 형과 n 형의 광전소자층(300)이 적층될 수 있다.
또 다른 예로, 광전소자층(300)은 하나의 광전소자층 상에 다른 광전소자층이 더 형성된 적층 구조[즉, 탠덤(tandem) 구조]일 수 있다. 즉, 광전소자층(300)은 다결정 광전소자층과 비정질 광전소자층이 적층된 구조, 마이크로결정질 광전소자층과 비정질 광전소자층이 적층된 구조 등을 가질 수 있으나, 이중 이상으로 적층되는 구조를 포괄적으로 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이때, 하나의 광전소자층과 다른 광전소자층 사이에는 투명 전도체인 연결층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 연결층은 적층된 광전소자층 사이[일 예로, 다결정 광전소자층과 비정질 광전소자층 사이]에 오믹 접촉(ohmic contact)이 이루어지게 하여, 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 연결층은 ZnO에 Al이 소량 첨가된 AZO(ZnO:Al)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 ITO, ZnO, IZO, FTO(SnO2:F), BZO 등과 같은 투명 전도성 소재를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
광전소자층(300)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 포함할 수 있는데, 이러한 광전소자층(300)은 이후 공정에 의하여 단위셀 영역(A)에서는 빛을 수광하여 전력을 생산하는 광전소자부(적어도 하나의 광전소자를 포함)의 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 열처리 공정(H)을 수행하여 하부전도층(200) 및 광전소자층(300)을 박리시킴으로써 패터닝 공정을 수행하여 제1 트렌치(T1)를 형성할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 고온의 열처리 공정(H)을 수행하면 더미패턴(D)이 형성된 영역의 계면 특성이 저하되어 부착력이 약화됨으로써, 더미패턴(D) 상에 접하는 하부전도층(200)만을 선택적으로 박리시킬 수 있다. 이때, 하부전도층(200)이 박리되면 상부에 위치하는 광전소자층(300)도 동시에 패터닝되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 더미패턴(D)은 기판(100) 및 하부전도층(200)과 열팽창 계수가 차이가 큰 것이 박리를 활성화 하는데 용이할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 열처리 공정(H)과 동시에 광전소자층(300)을 결정화시킬 수 있다. 예를 들면, 비정질 실리콘층(a-Si)을 고상 결정화(SPC: Solid Phase Crystallization) 방식으로 다결정 실리콘층(p-Si)으로 결정화시킬 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 제1 트렌치(T1)에 의해 노출된 더미패턴(D)을 제거하기 위한 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 세정 공정은 공지된 화학적 또는 물리적인 세정 방법을 제한 없이 사용할 수 있는데, 세정 공정에 관한 상세한 설명은 앞서 설명된 바와 동일함으로 생략한다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 배선 영역(b) 상에 제1 트렌치(T1)의 일측면을 커버하는 측벽 절연층(400)을 형성할 수 있다. 측벽 절연층(400)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx) 중 어느 하나이거나 이들의 적층막일 수 있으며, 이 외에도 레진(resin), 폴리머 등 다양한 공지의 재료일 수 있다. 이러한 측벽 절연층(400)에 의하여 태양전지 단위셀 간의 양호한 전기적 절연 특성을 얻을 수 있다.
측벽 절연층(400)의 형성 방법은 노즐로 구성된 헤드를 통하여 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅법(ink jet printing)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 포토리소그래피법(photolithography) 방식을 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 전도성 재질의 상부전도층(500)을 형성할 수 있다. 상부전도층(500)의 소재는 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전도층인 경우 TCO를 사용할 수 있는데, AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 FTO(SnO2:F) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 불투명 전도층인 경우 통상적인 금속 소재를 사용할 수 있는데, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti) 등의 금속 및 이들의 합금일 수 있다. 또한, 상부전도층(500)은 투명 전도층과 금속층이 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 투명 전도층과 금속층의 소재는 위에서 열거된 재료를 제한 없이 적용할 수 있다. 상부전도층(500)의 형성 방법으로는 하부전도층(200)과 마찬가지로 물리기상 증착법 및 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 기판(100) 상의 배선 영역(B) 상에 위치하는, 패터닝된 광전소자층(300)과 상부전도층(400) 일부를 일괄적으로 식각(즉, P 너비만큼 식각)하여 제2 트렌치(T2)를 형성할 수 있다.
이때, 상부전도층(500)은 단위셀 영역(A)에서 전극 기능을 하며, 배선 영역(B)에서는 단위 태양전지 영역(A, B)을 서로 직렬로 연결해 주는 배선 기능을 한다. 일 예로, 상부전도층(500)의 일단은 n 번째 단위 태양전지 영역(An, Bn)의 단위셀 영역(An) 상의 광전소자층(300)에 접속될 수 있으며, 상부전도층(500)의 타단은 측벽 절연층(400) 상을 커버하면서 배선 영역(Bn) 상에서 제1 트렌치(T1)에 의해 노출된 인접하는 n+1 번째 단위 태양전지 영역(An+1, Bn+1)의 단위셀 영역(An+1) 상의 하부전도층(200)의 측면과 접속될 수 있다.
따라서, n 번째 단위 태양전지(An, Bn)는 인접하는 n+1 번째 단위 태양전지(An+1, Bn+1)와 직렬 연결될 수 있고, 이와 동일하게 인접하는 n-1 번째 단위 태양전지(An-1, Bn-1)와도 직렬 연결되어 직렬 방식의 태양전지가 구현될 수 있다.
이러한 식각 공정(P)의 방법으로는 그린 파장(532nm)의 레이저를 이용한 레이저 스크라이빙법(laser scribing)을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 포토리소그래피법 (photolithography)을 포함하는 식각 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 레이저 스크라이빙법 사용시 레이저의 조사 방향은 도시된 바와 같이 기판(100)의 하측으로부터 조사될 수 있으나 필요에 따라서는 기판(100)의 상측 또는 기판(100)의 상측 및 하측 모두로부터 조사될 수도 있다.
이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10, 100: 기판
20, 30: 박막층
200: 하부전도층
300: 광전소자층(반도체층, 실리콘층)
400: 측벽 절연층
500: 상부전도층

Claims (12)

  1. (a) 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판 상에 하나 또는 다수개가 적층된 박막층을 형성하는 단계 - 상기 기판과 박막층 사이 또는 상기 박막층 사이에는 소정의 더미패턴이 형성됨 -; 및
    (c) 열처리를 수행하여 상기 더미패턴 상부와 접하는 상기 박막층을 상기 더미패턴 형상으로 박리시켜 패터닝 하는 단계
    포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미패턴 상에 형성되는 박막층은 광전소자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열처리에 의해 상기 패터닝과 동시에 상기 광전소자층을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 더미패턴은 절연성 재질인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연성 재질은 유기 용제인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유기 용제는 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메탄올(Methanol), HMDS(Hexa methylene disilazane) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에는 상기 유기 용제를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  8. (a) 단위셀 영역과 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판 상의 배선 영역 상에 더미패턴을 형성하는 단계;
    (c) 상기 기판 상에 하부전도층과 광전소자층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (d) 열처리를 수행하여 상기 더미패턴 상부와 접하는 상기 하부전도층을 박리시킴과 동시에 상기 광전소자층을 패터닝시켜 제1 트렌치를 형성하는 단계;
    (e) 상기 기판 상의 배선 영역 상에 상기 제1 트렌치의 일측면을 커버하는 측벽 절연층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 기판 상의 전면에 상부전도층을 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 기판 상의 상기 배선 영역 상에 상기 상부전도층과 상기 광전소자층의 일부를 동시에 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 더미패턴은 절연성 재질인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연성 재질은 유기 용제인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유기 용제는 이소프로필 알코올(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메탄올(Methanol), HMDS(Hexa methylene disilazane) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 열처리에 의해 상기 패터닝과 동시에 상기 광전소자층을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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