KR101528864B1 - 태양전지용 웨이퍼 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면에 다공질층을 가지고 있어, 해당 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 한층 저감시킬 수 있는 태양전지용 웨이퍼를 제공하는 데 있다. 본 발명의 태양전지용 웨이퍼(100)는, 반도체 웨이퍼(10)의 적어도 한쪽 면(10A)에, 구멍의 직경이 10㎚ 이상 45㎚ 이하이며, 층 두께가 50㎚ 초과 450㎚ 이하인 다공질층(11)을 가지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 첫 번째로, 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법, 태양전지 셀의 제조 방법, 및 태양전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 두 번째로, 태양전지용 웨이퍼, 태양전지 셀 및 태양전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지 셀은, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼를 이용하여 형성된다. 태양전지 셀의 변환 효율을 높이기 위해서는, 태양전지 셀의 수광면에서 반사되어 버리는 광 및 태양전지 셀을 투과해 버리는 광을 저감시킬 필요가 있다. 여기서 예컨대, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 결정계 태양전지를 제작하는 경우, 실리콘 웨이퍼는 광전변환에 기여하는 가시광의 투과율이 낮기 때문에, 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 수광면이 되는 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서의 가시광의 반사 로스를 낮게 억제하고, 입사되는 광을 유효하게 태양전지 내에 밀폐시키는 것을 고려하면 된다.
실리콘 웨이퍼 표면에 있어서의 입사광의 반사 로스를 저감시키는 기술로서는, 표면에 반사방지막을 형성하는 기술과, 표면에 텍스처(texture) 구조라 불리는 미크로한 피라미드형 요철 등의 요철구조를 형성하는 기술이 있다. 후자의 기술 중, 표면에 텍스처 구조를 형성하는 방법은, 단결정 실리콘에 적합한 방법이며, 단결정 실리콘의 표면(100)을 알칼리액으로 에칭하는 방법이 대표적이다. 이것은, 알칼리를 이용한 에칭에서는, (111)면의 에칭 속도가 (100)면, (110)면의 에칭 속도보다 느린 것을 이용하는 것이다. 또한, 후자의 기술로서 최근에는 실리콘 표면을 다공질화함으로써, 표면에 요철구조를 형성하여, 입사광의 반사 로스를 저감시키는 방법이 제안된 바 있다.
특허문헌 1에는, 단결정 실리콘 기판을 양극, Pt를 음극으로 하여 불화수소산 중에서 전류를 흘려보내는 양극 화성 처리에 의해, 표면에 다수의 미세 구멍을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해, 웨이퍼 표면에 수직인 방향의 다수의 규칙적인 구멍으로 이루어진 다공질층을 형성하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 미크론 사이즈의 텍스처 구조가 형성된 실리콘 기판 표면에 더욱 미세한 서브미크론 급(級)의 요철을 형성하기 위해, 해당 표면에 금속입자를 무전해 도금한 후, 기판을 산화제 및 불화수소산의 혼합수용액으로 에칭하는 기술이 기재되어 있다. 구체적으로는, 알칼리 텍스처 처리를 실시한 p형의 단결정 실리콘 기판을 과염소산은과 수산화나트륨을 포함하는 수용액에 침지(浸漬)시켜, 표면에 은 미립자를 형성한다. 이후, 과산화수소수, 불화수소산 및 물의 혼합용액에 침지시켜, 서브미크론 급의 요철을 형성한다.
그러나, 첫 번째로 제조 방법의 관점에서 볼 때, 상기 기술에는 다음과 같은 문제가 있었다. 우선, 특허문헌 1의 양극 화성 처리에 의한 방법에서는, 대형인 동시에 고가인 직류 전원이 필요하며, 또한, 유기용매와 불화수소산의 혼합용액을 사용하기 때문에, 린스(rinse) 처리시의 조작성 및 안전성에 과제가 남는다. 특허문헌 2의 반응성 이온 에칭에 의한 방법에서는, 프로세스 전용의 이온 주입 장치를 확보할 필요가 있어, 비용면에서 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 방법의 경우, 혼합수용액 중에 산화제를 함유시키는 것이 필수적이지만, 산화제는 일반적으로 고가여서, 시약 비용이 높아진다는 문제가 있다. 특히 산화제로서 과산화수소수를 이용할 경우, 폐액 규제로 인해 과산화수소수는 생태계에 대한 영향을 고려한 특수 폐액 처리가 필수적이기 때문에, 비용면 뿐만 아니라, 배수 처리가 복잡해지는 문제도 있다. 이 때문에, 입사광의 반사 로스를 저감시키기 위해 실리콘 표면을 다공질화하는 방법은, 지금까지 실용화되지 않고 있는 실정이다.
실리콘 표면을 다공질화함으로써 입사광의 반사 로스를 저감시키는 방법은, 통상의 텍스처 구조를 형성하는 것 보다 더욱 반사 로스를 저감시킬 수 있을 것으로 기대되기 때문에, 안전면이나 비용면의 문제가 해소된 신규한 다공질화 방법이 요청되고 있다.
또한, 두 번째로 태양전지용 웨이퍼의 관점에서 볼 때, 이러한 다공질화 방법으로 얻은 태양전지용 웨이퍼에서는, 입사광의 반사 로스의 저감 효과가 충분하지 않다. 변환 효율이 보다 높은 태양전지 셀이 요청되고 있는 현 상황에서는, 입사광의 반사 로스를 한층 저감시킬 수 있는 태양전지 웨이퍼가 요청되고 있다.
따라서, 본 발명의 제 1의 목적은, 상기 제 1의 과제를 감안하여, 안전하면서도 저렴하게, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면을 다공질화하여, 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킬 수 있는 태양전지용 웨이퍼를 제조하는 방법, 및, 그 방법을 포함하는 태양전지 셀의 제조 방법과 태양전지 모듈의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 2의 목적은, 상기 제 2의 과제를 감안하여, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면에 다공질층을 가지며, 해당 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 한층 저감시킬 수 있는 태양전지용 웨이퍼, 태양전지 셀 및 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
상기한 제 1의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자가 예의 검토하고, 다양한 다공질화 처리 방법으로 시행 착오를 거듭한 결과, 이하에 기재하는 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼 표면에 서브미크론 급의 요철을 형성하여, 효과적으로 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킬 수 있음을 알아내고, 본 발명의 제 1 발명군을 완성시키기에 이르렀다. 본 발명의 제 1 발명군은, 상기의 지견 및 검토에 근거한 것이며, 그 요지 구성은 다음과 같다.
본 발명의 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법은, 반도체 웨이퍼의 적어도 한쪽 면을 다공질화하여 태양전지용 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 저급 알콜액을 접촉시키는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 금속 이온을 포함하는 불화수소산을 접촉시키는 제 2 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상기 반도체 웨이퍼가 실리콘 웨이퍼이고, 상기 금속 이온이 Si보다 비활성(noble) 금속의 이온인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 제 2 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 상기 금속 이온을 포함하지 않는 불화수소산을 접촉시키는 제 3 공정을 추가로 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 제 2 공정 및/또는 제 3 공정은, 광 조사 환경하에서 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 제 2 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에, 상기 금속 이온으로부터 석출한 금속을 상기 한쪽 면으로부터 제거하는 용액을 접촉시키는 공정을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 금속의 농도가, 10ppm 이상 1000ppm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 제 2 공정에 있어서의 침지시간이, 30분 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지 셀의 제조 방법은, 상기의 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지용 웨이퍼로 태양전지 셀을 제작하는 공정을 추가로 가진다.
본 발명의 태양전지 모듈의 제조 방법은, 상기의 태양전지 셀의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지 셀로부터 태양전지 모듈을 제작하는 공정을 추가로 가진다.
상기한 제 2의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자가 예의 검토하고, 다양한 다공질화 처리 방법으로 시행 착오를 거듭한 결과, 소정 구조의 다공질층을 형성한 태양전지용 웨이퍼에 따르면, 효과적으로 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킬 수 있다는 것을 알아내고, 본 발명의 제 2 발명군을 완성시키기에 이르렀다. 본 발명자의 검토에 따르면, 본 발명의 제 1 발명군의 제조 방법에 의해 얻어지는 태양전지용 웨이퍼 중, 광의 반사 로스를 특히 저감시킬 수 있는 웨이퍼는, 제 2 발명군의 태양전지용 웨이퍼에 해당함을 알수 있다. 본 발명의 제 2 발명군은, 상기의 지견에 근거한 것이며, 그 요지 구성은 다음과 같다.
본 발명의 태양전지용 웨이퍼는, 반도체 웨이퍼의 적어도 한쪽 면에, 구멍의 직경이 10㎚ 이상 45㎚ 이하이며, 층 두께가 50㎚ 초과 450㎚ 이하인 다공질층을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상기 다공질층에 있어서의 구멍이 구불구불한 사행(蛇行)형상인 것이 바람직하다. 또한, 파장 600㎚에 있어서의 표면반사율이 10％ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지 셀은, 상기의 태양전지용 웨이퍼와, 해당 웨이퍼 상에 형성된 전극을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양전지 모듈은, 상기 태양전지 셀을 기판 상에 복수 개 배치하여 이루어진다.
본 발명의 제 1 발명군에 따르면, 직류 전원이나 이온 주입 장치와 같은 대규모의 장치를 필요로 하지 않으며, 또한, 불화수소산을 유기용매와 혼합시키거나, 불화수소산과 함께 산화제를 이용할 필요가 없다. 따라서, 종래 기술에 비해 안전하면서도 저렴하게, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면을 다공질화하여, 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킨 태양전지용 웨이퍼를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 발명군의 태양전지용 웨이퍼에 따르면, 입사광의 반사 로스를 한층 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 제 1 발명군에 따른 대표적인 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2(a)는, 산성 용액에 의한 에칭 후에, 본 발명의 제 1 발명군에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(b)는, 비교예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(c)는, 실시예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(d)는, 실시예 2의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다.
도 3(a)∼(d)는, 각각 도 2(a)∼(d)에 있어서의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상(像)이다.
도 4는, 제 2 공정에 있어서의 Cu농도와 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 5는, 제 2 공정에 있어서의 불화수소산의 농도와 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 6은, 제 2 공정에 있어서의 처리 시간과 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 7은, 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상으로서, (a)는, 실리콘 웨이퍼에 대해 본 발명의 제 1 발명군에 있어서의 제 2 공정까지를 행한 후의 SEM상이고, (b)는, (a)의 시료에 대해 광을 차단하여 제 3 공정을 행한 후의 SEM상이고, (c)는, (a)와 동일한 시료에 대해 광 조사 환경하에서 제 3 공정을 행한 후의 SEM상이다.
도 8은, 본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지용 웨이퍼(100)의 모식적인 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 표면을 SEM에 의해 관찰한 사진이다.
도 10은, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 단면을 TEM에 의해 관찰한 사진이다.
도 2(a)는, 산성 용액에 의한 에칭 후에, 본 발명의 제 1 발명군에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(b)는, 비교예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(c)는, 실시예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(d)는, 실시예 2의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다.
도 3(a)∼(d)는, 각각 도 2(a)∼(d)에 있어서의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상(像)이다.
도 4는, 제 2 공정에 있어서의 Cu농도와 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 5는, 제 2 공정에 있어서의 불화수소산의 농도와 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 6은, 제 2 공정에 있어서의 처리 시간과 실리콘 웨이퍼 표면의 상대반사율 간의 관계를 나타낸 그래프로서, (a)는 파장 600㎚에 있어서의 상대반사율을, (b)는 파장 700㎚에 있어서의 상대반사율을, 세로축으로 한 것이다.
도 7은, 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상으로서, (a)는, 실리콘 웨이퍼에 대해 본 발명의 제 1 발명군에 있어서의 제 2 공정까지를 행한 후의 SEM상이고, (b)는, (a)의 시료에 대해 광을 차단하여 제 3 공정을 행한 후의 SEM상이고, (c)는, (a)와 동일한 시료에 대해 광 조사 환경하에서 제 3 공정을 행한 후의 SEM상이다.
도 8은, 본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지용 웨이퍼(100)의 모식적인 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 표면을 SEM에 의해 관찰한 사진이다.
도 10은, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 단면을 TEM에 의해 관찰한 사진이다.
이하에서는, 도면을 참조하면서 본 발명의 제 1 발명군을 보다 상세히 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제 1 발명군에 따른 대표적인 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법의 흐름도이다. 우선, 본 발명의 제 1 발명군에 이용하는 반도체 웨이퍼는 특별히 한정되지 않지만, 이하에서는, 하나의 실시형태로서, 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고도 함)를 이용하고, 이것들에 다공질화 처리를 실시하여, 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지용 웨이퍼를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
단결정 실리콘 웨이퍼는, 초크랄스키법(CZ법) 등에 의해 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 실톱(wire saw) 등에 의해 슬라이스한 것을 사용할 수 있다. 또한, 웨이퍼 표면의 면 방위에 대해서도, (100), (001) 및 (111) 등, 필요에 따라 선택할 수 있다. 다결정 실리콘 웨이퍼는, 다결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스 가공에 의해 얻을 수 있다.
단결정 실리콘 웨이퍼나 다결정 실리콘 웨이퍼의 어느 경우에도, 잉곳으로부터 잘라낸 웨이퍼 표면에는 슬라이스 가공에 의해 실리콘층으로 도입된 균열(crack)이나 결정 변형(crystal strain) 등의 데미지가 발생되어 있다. 이 때문에, 슬라이스 가공 후, 웨이퍼를 세정하고, 산 또는 알칼리로 웨이퍼 표면에 에칭 처리를 실시하여, 데미지가 발생되어 있는 표면을 제거하는 것이 바람직하다. 슬라이스 가공에 유래한 상기 데미지의 침입 깊이는, 슬라이스 가공 조건에 의해 결정되는 인자(因子)인데, 대략 10㎛ 이하의 깊이이다. 따라서, KOH 등의 알칼리 혹은 불화수소산(HF)/질산(HNO3) 혼합산에 의해 일반적으로 실시되고 있는 에칭 처리로 대응이 가능하다.
본 발명의 제 1 발명군은, 웨이퍼의 적어도 한쪽 면을 다공질화하여 태양전지용 웨이퍼로 하는 방법이다. 즉, 본 명세서에 있어서 「태양전지용 웨이퍼」란, 웨이퍼의 적어도 한쪽 면을 다공질화 처리한 상태의 웨이퍼를 의미하는 것이다. 상기 한쪽 면은, 태양전지 셀에 있어서 수광면이 되는 면이다. 그리고, 본 발명의 제 1 발명군의 특징적인 공정은, 웨이퍼의 적어도 한쪽 면에 저급 알콜액을 접촉시키는 제 1 공정(단계 S1)과, 상기 제 1 공정 후에, 상기 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 금속 이온을 포함하는 불화수소산을 접촉시키는 제 2 공정(단계 S2)을 가지는 것이다.
이하에서는, 상기 특징적 공정을 채용한 것의 기술적 의의를, 작용 효과와 함께 구체적인 예를 들어 설명한다. 상세한 공정은 실시예에서 후술하겠으나, 본 발명자는, 산 에칭 처리 후, 바람에 의해 건조시킨 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 2-프로판올(이소프로필알콜; IPA) 등의 저급 알콜 중에 소정 시간 동안 침지시키고, 이후 구리(Cu)를 용해시킨 불화수소산 중에 소정 시간 동안 침지시킨 바, 외관상 웨이퍼 표면이 검어지고, 가시광 전역의 파장에 있어서 반사율이 낮아짐을 알아내었다. 또한, 웨이퍼 표면의 주사형 전자현미경(SEM) 상(像)을 확인한 바, 수 ㎛ 정도의 요철 표면 상에 더욱 미세한 다수의 요철이 형성되어 있었다. 본 발명자는 이러한 지견에 근거하여, 본 발명의 제 1 발명군을 완성시키기에 이르렀다.
이러한 표면처리에 의해 반도체 웨이퍼 표면을 다공질화할 수 있는 이유는 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명자는 이하와 같은 반응 메커니즘에 의해 다공질화되었다고 추정하고 있다. 제 2 공정에서, Cu를 용해시킨 불화수소산에 웨이퍼를 침지시키면, 웨이퍼 표면의 어떠한 핵을 기점으로 하여, Cu가 미립자로서 다수 석출된다. 이러한 반응은, Cu2 ++2e-→Cu의 환원 반응으로서, 이때의 전하이동에 수반하여, 웨이퍼 표면의 Si로부터 전자를 빼앗겨, Cu미립자의 석출 부분에서는 Si의 용해가 발생된다. 여기서, 불화수소산의 역할에 대해서는, Si의 용해 부분에서 Si가 물과 반응하여 생성된 SiO2를 그때마다 순간적으로 용해하여, 다공질구조를 만드는 모델(Ohmi 모델)과, 불소 이온이 Si를 직접 산화시키는 모델(Chemla 모델)을 고려할 수 있다. 이러한 반응의 상세는, J. Electrochem. Soc. 144, 3275(1997) "The Role of Metal Induced Oxidation for Copper Deposition on Silicon Surface" 및 J. Electrochem. Soc. 144, 4175(1997) "Electrochemical and radiochemical study of copper contamination mechanism from HF solution onto silicon substrates"에 상세히 기재되어 있다. 그리고, 본 발명의 제 1 발명군에 있어서는, 제 1 공정에서 무극성 용매인 저급 알콜로 처리함으로써, 웨이퍼 표면의 표면 전위를 제어하여, 불화수소산 침지시에 금속석출이 진행되기 쉬운 상태로 할 수 있어, 제 2 공정에 있어서의 Si 용해 반응을 균일하게 촉진시킬 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 저급 알콜로 처리함으로써, 웨이퍼 표면의 유기물을 제거하여, 상기 반응이 진행되도록 하는 작용도 있는 것으로 생각된다.
본 발명의 제 1 발명군에서는, 직류 전원이나 이온 주입 장치와 같은 대규모의 장치를 필요로 하지 않으며, 또한, 불화수소산을 유기용매와 혼합시키거나, 불화수소산과 함께 산화제를 이용할 필요가 없다. 따라서, 종래 기술에 비해 안전하면서도 저렴하게, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면을 다공질화하여, 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킨 태양전지용 웨이퍼를 얻는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 제 2 공정 후에, 상기 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 금속 이온을 포함하지 않는 불화수소산을 접촉시키는 제 3 공정(단계 S3)을 추가로 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 2 공정 후의 웨이퍼를, 금속 이온을 포함하지 않는 불화수소산에 소정 시간 동안 침지시킬 수 있다. 상기 공정에 의해, 제 2 공정에서 형성된 표면 요철의 깊이를 제어할 수 있다.
또한, 제 2 공정 및/또는 제 3 공정은, 광 조사 환경하에서 행하는 것이 바람직하다. 제 2 공정을 광 조사 환경하에서 행함으로써, 상기의 반응 메커니즘에 의한 표면의 다공질화가 한층 촉진되기 때문이다. 또한, 제 3 공정을 광 조사 환경하에서 행하고, 상기 조사조건을 제어함으로써 웨이퍼 표면을 원하는 표면상태로 할 수 있기 때문이다. 광 조사 환경은, 구체적으로는 형광등 빛, 할로겐 빛 등을 반응 표면에 조사함으로써 만들어낸다.
또한, 적어도 제 2 공정 후, 본 실시형태에서는 제 3 공정 후에, 상기 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에, 상기 금속 이온으로부터 석출된 금속(미립자)을 상기 한쪽 면으로부터 제거하는 용액을 접촉시키는 공정(단계 S4)을 추가로 행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제 2 공정에서 Cu를 용해시킨 불화수소산을 이용할 경우, 상기 한쪽 면에 잔류한 Cu미립자를 제거하기 위해, 상기 한쪽 면에 질산용액을 접촉시킨다.
이러한 공정에 의해, 웨이퍼 표면에 잔존하여 부착되어 있는 금속입자를 제거할 수 있다.
본 실시형태에서는, 이러한 공정을 거쳐, 웨이퍼 표면이 다공질화된 태양전지용 웨이퍼가 된다. 이하에서는, 각 공정과 관련하여 바람직한 양태에 대해 설명한다. 참고로, 제 1 공정의 저급 알콜 처리, 제 2 공정의 금속 이온 함유 불화수소산 처리, 및 제 3 공정의 금속 이온 비함유 불화수소산 처리를 합하여, 본 명세서에서는 「다공질화 처리 공정」이라 칭한다.
(제 1 공정 : 저급 알콜 처리)
본 명세서에 있어서 「저급 알콜」이란, 탄소수 10이하의 직쇄(直鎖) 또는 분기(分岐)의 임의의 알콜을 의미한다. 탄소수가 10을 초과하면, 알콜의 점성이 높아져, 웨이퍼 표면을 알콜로 코팅해 버리게 된다. 탄소수가 10 이하이면, 점성이 낮은 무극성 용매로서 웨이퍼 표면을 무극성 상태로 할 수 있다. 전형적으로는, 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 글리세린, 벤질알콜, 페닐알콜 등을 들 수 있는데, 독성(毒性)면이나 비용면을 고려할 때, 에탄올 및 2-프로판올(이소프로필알콜 ; IPA)을 이용하는 것이 바람직하다. 처리 시간, 즉 웨이퍼에 저급 알콜액을 접촉시키는 시간(이하, 각 공정에 있어서 처리액과의 접촉 시간을 「처리 시간」이라 함)은, 특별히 제한되지 않지만, 0.5분 이상 10분 이하로 하는 것이 바람직하며, 3분 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 0.5분 이상이면 반사율 저감효과를 충분히 얻을 수 있고, 10분을 초과하여 처리하더라도 반사율 저감효과는 포화되기 때문이다. 저급 알콜액의 온도는, 알콜이 증발 또는 응고되지 않는 온도라면 문제가 없으며, 상온으로 하면 된다.
(제 2 공정 : 금속 이온 함유 불화수소산 처리)
본 실시형태에 있어서, 금속 이온은 Si보다 비활성인(noble) 금속, 예컨대 Cu, Ag, Pt, Au 등의 이온인 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 공정에서, 웨이퍼 표면으로의 금속의 미립자의 석출 및 Si의 용출이 효율적으로 일어나기 때문이다. 비용면을 고려하면, Cu의 이온으로 하는 것이 바람직하다. 반사율 저감효과를 충분히 얻는 관점에서 볼 때 바람직한 조건을 이하에 기재한다. 금속을 용해시킨 불화수소산에 있어서, 금속농도는, 10ppm 이상 1000ppm 이하로 하는 것이 바람직하며, 100ppm 이상 400ppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 불화수소산의 농도는, 2질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 10질량％ 이상 40질량％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 20질량％ 이상 30％ 질량 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 처리 시간은, 바람직하게는 0.5분 이상 30분 이하, 보다 바람직하게는 1분 이상 10분 이하, 더욱 바람직하게는 3분 이하이다. 금속함유 불화수소산의 온도는, 처리 시간이나 증발 손실 등을 고려하여 적절히 선택하면 되며, 상온∼100℃로 하는 것이 바람직하다.
(제 3 공정 : 금속 이온 비함유 불화수소산 처리)
본 실시형태에 있어서, 웨이퍼 표면에 형성된 요철의 깊이를 적절한 깊이까지 확장시키기 위해, 불화수소산의 농도는, 2질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 바람직하며, 20질량％ 이상 30질량％ 이하이면 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서 「금속 이온을 포함하지 않는 불화수소산」이란, 엄밀히 말하면 금속 이온의 함유량이 제로인 경우뿐만 아니라, 불순물로서 10ppm 미만의 금속이 포함되어 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 예컨대 Cu, Ag, Pt, Au 등의 Si보다 비활성인(noble) 금속의 이온이 10ppm 미만이면, 이들의 금속 미립자가 새롭게 석출되어, 웨이퍼 표면에 새로운 요철이 형성되기보다는, 제 2 공정에서 이미 형성된 요철을 보다 깊게 하는 반응이 지배적이게 된다. 처리 시간은, 프로세스 택트 타임(tact time)에 맞추어 설정하면 되며, 0.5분 이상 60분 이하인 것이 바람직하다. 금속 비함유 불화수소산의 온도는, 처리 시간이나 증발 손실 등을 고려하여 적절히 선택하면 되며, 상온∼100℃로 하는 것이 바람직하다.
(금속제거 용액처리)
본 실시형태에 있어서, 제 2 공정에서 금속으로서 Cu를 이용할 경우, Cu 미립자의 제거를 질산(HNO3)용액으로 행할 수 있다. 이때, 질산농도는, 바람직하게는 0.001∼70％의 범위이며, 0.01％∼0.1％의 범위 내이면 더욱 바람직하다. 처리 시간은, 프로세스 택트 타임에 맞추어 설정하면 되며, 0.5분 이상 10분 이하인 것이 바람직하고, 1분 이상 3분 미만이면 더욱 바람직하다. 질산용액의 온도는, 처리 시간이나 증발 손실 등을 고려하여 적절히 선택하면 되며, 상온∼100℃로 하는 것이 바람직하다. 상기 공정에서 이용하는 처리액은 질산에 한정되지 않으며, 제거할 대상의 금속에 맞추어, 이것을 용해가능한 용액을 선택하면 된다. 예컨대, Ag, Pt, Au의 경우는, 왕수(王水; HCl/HNO3)나 요오드화칼륨 용액(KI) 등을 이용할 수 있다. 적합한 농도 및 처리 시간은, Cu의 경우와 동일하다.
각 공정에 있어서, 웨이퍼 표면에 처리액을 접촉시키는 방법으로서는, 예컨대 침지법, 스프레이법을 들 수 있다. 또한, 수광면이 되는 웨이퍼의 한쪽 면에 처리액을 적하(滴下)시키는 캐스트법을 이용해도 좋다.
또한, 다공질화 처리 공정은, 제 1∼제 3 공정 중 적어도 하나의 공정 후에, 물에 의한 세정 공정을 행해도 좋다.
이상, 본 발명의 제 1 발명군의 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법에 대해, 작용 효과도 포함하여 설명하였으나, 상기 제조 방법의 부가적인 효과로서, 이하의 2가지를 들 수 있다. 첫 번째는, 상기 제조 방법이 단결정 실리콘 웨이퍼 뿐만 아니라, 다결정 실리콘 웨이퍼에도 적용이 가능하다는 것이다. 이미 기술한 바대로, 텍스처 구조를 형성하는 방법은, 단결정 실리콘에 적합한 방법이며, 표면에 다양한 면 방위가 출현하는 다결정 실리콘에 대해서는, 웨이퍼 전면(全面)에 균일한 텍스처 구조를 형성하는 것이 곤란하였다. 그러나, 상기 다공질화 처리에 의해, 지금까지의 텍스처 구조보다 미세한 요철을 웨이퍼 표면에 형성할 수 있기 때문에, 다결정 실리콘 웨이퍼의 표면 반사율도 안전하면서 저렴한 방법으로 충분히 억제할 수 있다. 두 번째는, 상기 제조 방법에서는 처리액으로서 과산화수소 등의 산화제를 이용할 필요가 없다는 것이다. 이에 따라, 배수 처리의 복잡함을 회피할 수 있다.
또한, 지금까지 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼로부터 결정계 실리콘 태양전지에 이용하기 위한 태양전지용 웨이퍼를 제조하는 것에 대해 기술하였으나, 본 발명은 결정계 실리콘에 한정되지 않고, 비정질 실리콘(amorphous silicon) 태양전지나 박막계 태양전지에 이용하기 위한 태양전지용 웨이퍼에도 적용이 가능함은 물론이다.
(태양전지 셀의 제조 방법)
본 발명의 제 1 발명군에 따른 태양전지 셀의 제조 방법은, 지금까지 설명한 본 발명의 제 1 발명군에 따른 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지용 웨이퍼로 태양전지 셀을 제작하는 공정을 추가로 가진다. 셀 제작 공정은, 도펀트 확산 열처리로 pn접합을 형성하는 공정과, 전극을 형성하는 공정을 적어도 포함한다. 도펀트 확산 열처리는, p기판에 대해서는 인(燐)을 열확산시킨다.
참고로, pn접합 형성 공정은, 다공질화 처리 공정 전에 행해도 된다. 즉, 슬라이스 가공에 의한 데미지 제거를 위한 에칭 처리 후, 도펀트 확산 열처리로 pn접합을 형성한 웨이퍼의 상태에서, 다공질화 처리를 행한다. 이와 같이 하여 얻은 태양전지용 웨이퍼에 대해 전극을 형성하여, 태양전지 셀로 하는 것도 가능하다.
본 발명의 제 1 발명군에 따른 태양전지 셀의 제조 방법에 따르면, 셀의 수광면에 있어서의 입사광의 반사 로스를 억제하여, 높은 변환 효율의 태양전지 셀을 얻을 수 있다.
(태양전지 모듈의 제조 방법)
본 발명의 제 1 발명군에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법은, 상기 태양전지 셀의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지 셀로부터 태양전지 모듈을 제작하는 공정을 추가로 가진다. 모듈 제작 공정은, 복수의 태양전지 셀을 배열하고, 전극을 배선하는 공정과, 강화 유리기판 상에 배선된 태양전지 셀을 배치하고, 수지와 보호 필름으로 밀봉하는 공정과, 알루미늄 프레임을 조립하고, 단자 케이블을 배선과 전기적으로 접속하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제 1 발명군에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법에 의하면, 태양전지 셀의 수광면에 있어서의 입사광의 반사 로스를 억제하여, 높은 변환 효율의 태양전지 모듈을 얻을 수 있다.
(제 2 발명군 : 태양전지용 웨이퍼)
이하에서는, 도면을 참조하면서 본 발명의 제 2 발명군의 태양전지용 웨이퍼의 실시형태에 대해 설명한다. 도 8은, 본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지용 웨이퍼(100)의 모식적인 단면도이다. 도 8에서는, 반도체 웨이퍼(10)의 두께에 대해 다공질층(11)의 두께 및 구멍(12)의 사이즈를 과장되게 도시하고 있다.
본 발명의 제 2 발명군은, 반도체 웨이퍼의 적어도 한쪽 면에 다공질층을 가지는 태양전지용 웨이퍼이다. 즉, 본 명세서에 있어서 「태양전지용 웨이퍼」란, 반도체 웨이퍼의 적어도 한쪽 면을 다공질화 처리한 상태의 웨이퍼를 의미하는 것이다. 상기 한쪽 면은, 태양전지 셀에 있어서 수광면이 되는 면이다. 즉, 태양전지용 웨이퍼(100)는, 반도체 웨이퍼(10)의 한쪽 면(10A)에 다공질층(11)을 가진다.
반도체 웨이퍼(10)는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 제 1 발명군에서 언급한 바와 같은 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼를 들 수 있다.
태양전지용 웨이퍼(100)의 특징적 구성은, 그 표면(10A)에, 구멍의 직경이 10㎚ 이상 45㎚ 이하이며, 층 두께가 50㎚ 초과 450㎚ 이하인 다공질층(11)을 가지는 것이다. 본 발명자는, 종래의 다공질화 처리 방법에 따라 얻은 태양전지용 웨이퍼보다 입사광의 반사 로스를 더욱 저감시키는 시도를 하여, 상기 소정 구조의 다공질층(11)을 형성한 태양전지용 웨이퍼(100)에 따르면, 표면 외관은 흑색이 되고, 가시광 전역의 파장에 있어서 반사율을 현저히 저감시킬 수 있음을 알아내고, 본 발명의 제 2 발명군을 완성시키기에 이르렀다.
즉, 본 발명자가 검토한 바에 따르면, 다공질층(11)에 있어서의 구멍(12)의 직경이 10㎚ 미만인 경우, 다공질층 내의 구멍 내부에 광이 도달되지 않고, 다공질층 표층 부근에서 광이 반사되기 때문에, 가시광의 반사율을 충분히 저감시킬 수 없고, 45㎚보다 클 경우, 다공질층의 바닥부까지 광이 용이하게 도달하여, 바닥부로부터 표층방향으로 광의 반사가 발생하기 때문에, 역시 가시광의 반사율을 충분히 저감시킬 수 없다. 또한, 반사율을 한층 저감시키는 관점에서 보면, 구멍의 직경은 20∼40㎚의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
다공질층(11)의 층 두께가 50㎚ 이하인 경우, 다공질층의 바닥부까지 광이 용이하게 도달하여, 바닥부로부터 표층방향으로 광의 반사가 발생하기 때문에, 가시광의 반사율을 충분히 저감시킬 수 없고, 450㎚보다 클 경우, 가시광 파장과 동일한 정도의 구멍 깊이가 되기 때문에, 다공질층에서 공명(共鳴)작용이 발생하여, 역시 가시광의 반사율을 충분히 저감시킬 수 없다. 또한, 반사율을 한층 저감시키는 관점에서 보면, 다공질층(11)의 층 두께는 100∼400㎚의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 150∼400㎚의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하며, 250∼350㎚의 범위 내로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 제 2 발명군은, 종래보다 작은 구멍 직경의 미세 구멍을 다수 형성하여 다공질층으로 한 점에 특징이 있다. 특허문헌 1과 같이 양극 산화로 다공질화한 경우, 그 실시예에서 다공질층의 두께가 50㎛ 또는 25㎛로 기재되어 있는 바와 같이, 표면에는 본 발명과는 사이즈가 크게 다른 커다란 구멍의 다공질층이 형성된다. 또한, 특허문헌 3에는 다공질층의 층 두께 및 구멍의 직경이 기재되어 있지 않지만, SEM상으로부터 관찰되는 구멍의 직경은, 본 발명보다 큰 것이다.
여기서 본 명세서에 있어서의 「구멍의 직경」은, 주사형 전자현미경(SEM)으로 태양전지 웨이퍼의 임의의 표면을 관찰하였을 때 표시되는 복수의 구멍에 관한, 반도체 웨이퍼 표면에 있어서의 개구 부분의 직경의 평균으로 한다. 도 9는, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 표면을 SEM에 의해 관찰한 사진이다. 이 경우, 상기 사진 중에 표시된 복수의 구멍에 대해, 각각 개구 부분의 직경을 구하고, 그 평균을 산출함으로써, 구멍의 직경을 구할 수 있다. 도 9 중, (B)는 어떤 특정한 구멍의 직경을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 있어서 「다공질층의 층 두께」란, 투과형 전자현미경(TEM)으로 태양전지 웨이퍼의 임의의 단면을 관찰하였을 때 표시되는 복수의 구멍의 평균 깊이(표면으로부터 구멍 바닥까지의 최단 거리)로 한다. 도 10은, 본 발명의 제 2 발명군의 하나의 실시예에 따른 태양전지용 웨이퍼의 단면을 TEM에 의해 관찰한 사진이다. 이 경우, 상기 사진 중에 표시된 복수의 구멍에 대해, 각각 구멍의 깊이를 구하고, 그 평균을 산출함으로써, 다공질층의 층 두께를 구할 수 있다. 도 10 중, (A)는 어떤 특정한 구멍의 깊이를 나타낸다.
다공질층(11)에 있어서의 구멍(12)은 구불구불한 사행(蛇行)형상인 것이 바람직하다. 광의 흡수는, 광이 구멍 내벽 등의 반도체 웨이퍼 표면에 닿음으로써 발생하기 때문에, 구멍 내로 입사한 광의 반사 횟수가 많을수록, 입사광을 효율적으로 흡수할 수 있고, 반사 로스를 저감시키는 효과가 높다. 여기서, 구멍이 구불구불하게 되어 있을 경우에는, 직선성을 가지는 구멍의 경우보다, 구멍 내로 입사한 광의 반사 횟수가 많아진다. 이 때문에, 동일한 층 두께로 비교했을 경우, 웨이퍼 표면의 반사율을 보다 낮출 수 있다. 직선성의 구멍으로 이루어진 다공질층에 의해 사행성(蛇行性)의 구멍을 가지는 다공질층과 동등한 광 흡수성을 얻기 위해서는, 층 두께를 두껍게 할 필요가 있는데, 구멍의 애스펙트비가 커지고, 구멍의 깊이방향에 대한 가로방향으로의 강도가 저하되기 때문에, 구멍 벽 강도의 문제가 발생한다.
또한, 다공질층(11)에 있어서의 복수의 구멍(12)은, 각각 사행의 방향성이 랜덤이며, 발포 스폰지의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 다공질층(11)의 강도를 충분히 확보할 수 있어, 접촉 등에 의한 외부압력에 대해 다공질층(11)이 쉽게 파괴되지 않는다.
입사광의 반사율 저감 효과를 충분히 얻는 관점에서 보면, 다공질층(11)에 있어서의 구멍(12)의 밀도는, 다공질층 표면에서 바라본 구멍의 개수로서 50∼300(개/㎛2) 정도인 것이 바람직하다.
이러한 태양전지용 웨이퍼(100)에 있어서는, 가시광 전역에 있어서 낮은 반사율을 얻을 수 있는데, 특히 파장 600㎚에 있어서의 표면반사율이 10％ 이하인 것이 바람직하고, 5％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 태양광에는 파장 500∼700㎚인 광이 많이 포함되기 때문에, 태양전지용 웨이퍼로서의 성능 평가에는 이러한 파장영역에서의 반사율을 이용하면 된다.
이와 같은 태양전지용 웨이퍼(100)는, 예컨대 상기 제 1 발명군의 태양전지용 웨이퍼 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
본 발명자의 검토에 따르면, 본 발명의 제 1 발명군의 제조 방법에 의해 얻어지는 태양전지용 웨이퍼에 대해, 다공질층의 구조와 반사율 간의 관계를 상세히 검토한 바, 이러한 태양전지용 웨이퍼 중 상기와 같은 소정 구조의 다공질층을 가지는 태양전지용 웨이퍼에 있어서, 특히 낮은 반사율이 얻어짐을 알아낸 것이다.
제 1 발명군의 제조 방법에 의해 작은 직경의 구멍을 형성할 수 있는 이유는, 반응의 진행에 수반하여, 이미 기술된 환원반응이 웨이퍼 내부에 진행되기 때문에, 결과적으로 반응 구멍이 작은 직경의 구멍으로서 형성되기 때문이다.
(제 1 공정 : 저급 알콜 처리)
제 1 공정의 조건은, 상기 구멍 직경 및 층 두께가 되도록 적절히 설정하면 되며, 예컨대 앞서 기술한 바 대로이다.
(제 2 공정 : 금속 이온 함유 불화수소산 처리)
제 2 공정의 조건도, 상기 구멍의 직경 및 층 두께가 되도록 적절히 설정하면 된다. 여기서, 상기 제 2 공정에서의 처리 시간을 길게 할수록, 구멍의 직경·층 두께가 모두 커진다. 따라서, 다공질층의 구멍의 직경 및 층 두께는, 상기 제 2 공정에서의 처리 시간을 조절하고, 다른 조건은 고정시킴으로써, 제어할 수 있다. 특히, 구멍의 직경은, 상기 제 2 공정에서의 처리 시간 및 금속농도에 의존하는 바, 처리 시간에 의한 제어가 적합하다. 특정 조건에 있어서는, 처리 시간을 0.5분 이상 10분 미만, 바람직하게는 1분 이상 7분 이하로 할 수 있다.
또한, 제 2 공정 후에, 제 1 발명군에서 이미 기술한 제 3 공정을 추가로 행해도 된다. 이러한 공정에 의해, 제 2 공정에서 형성된 구멍의 깊이를 제어할 수 있다.
(제 3 공정 : 금속 이온 비함유 불화수소산 처리)
제 3 공정의 조건도, 상기 구멍의 직경 및 층 두께가 되도록 적절히 설정하면 된다. 처리 시간은 길게 할수록 구멍이 깊어지기 때문에, 목표로 하는 다공질층의 층 두께에 맞추어 설정하면 되며, 일반적으로는 0.5분 이상 60분 이하이다.
이러한 공정 후에, 상기 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 알칼리 용액을 접촉시키는 공정을 추가로 행하고, 다공질화 구조에 경도(輕度)의 에칭을 실시해도 좋다. 이에 따라, 다공질층의 층 두께를 저감시켜, 목표로 하는 다공질층의 층 두께로 설정할 수 있다.
(알칼리 용액 처리)
알칼리의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 무기 알칼리로서는, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 히드라진, 유기 알칼리로서는, 수산화테트라메틸암모늄, 콜린 등의 알칼리를 1종 이상 포함하는 용액이면 된다. 또한, 이러한 알칼리 용액의 pH 및 처리 시간은, 목표로 하는 다공질층의 층 두께가 되도록 에칭하는 두께에 맞추어 설정하면 된다. pH는 예컨대 9.0∼14.0의 범위이며, 보다 바람직하게는 10.0∼12.0의 범위 내이다. 처리 시간은 예컨대 600초 이하, 예컨대, 10∼140초의 범위 내로 하고, 바람직하게는 30초∼120초의 범위 내로 한다.
(제 2 발명군 : 태양전지 셀)
다음으로는, 본 발명의 제 2 발명군의 태양전지 셀의 실시형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제 2 발명군의 태양전지 셀은, 지금까지 설명한 본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지용 웨이퍼와, 상기 웨이퍼 상에 형성된 전극을 가진다. 상기 태양전지 셀은, 상기 태양전지용 웨이퍼에 대해, 셀 제작 공정을 실시함으로써 제조할 수 있다. 셀 제작 공정은 이미 기술한 바대로이다.
본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지 셀에 의하면, 셀의 수광면에 있어서의 입사광의 반사 로스를 한층 저감시킬 수 있다.
(제 2 발명군 : 태양전지 모듈)
다음으로는, 본 발명의 제 2 발명군의 태양전지 모듈의 실시형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제 2 발명군의 태양전지 모듈은, 상기 태양전지 셀을 기판 상에 복수 개 배치하여 이루어진다. 태양전지 모듈은, 이미 기술된 방법에 의해 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 발명군에 따른 태양전지 모듈에 의하면, 태양전지 셀의 수광면에 있어서의 입사광의 반사 로스를 보다 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 대해 설명하였으나, 이는 대표적인 실시형태의 예를 개시한 것이며, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
실시예
(제 1 발명군)
제 1 발명군의 실시예 및 비교예에 대해 설명하면 다음과 같다.
(실험예 1-1 : 저급 알콜 처리)
<시료의 제작>
실시예 1
우선, 20mm 스퀘어(square)의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 100질량％의 2-프로판올(이소프로필알콜; IPA)에 10분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 포함하는 질산구리용액 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 10분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다.
실시예 2
100질량％의 2-프로판올을 대신하여, 마찬가지로 저급 알콜인 99질량％의 에탄올(ETOH)로 한 점 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다.
비교예 1
100질량％의 2-프로판올에 10분간 침지시키는 공정을 행하지 않은 것(본 발명에 있어서의 제 1 공정을 무처리한 것) 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다.
비교예 2
100질량％의 2-프로판올을 대신하여, 저급 알콜이 아닌 30질량％의 과산화수소수로 한 점 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다.
<평가 1 : 외관 사진>
웨이퍼의 피(被)처리면을 육안으로 관찰하였다. 도 2(a)는, 산성 용액에 의한 에칭 후, 본 발명에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(b)는, 비교예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2(c) 및 도 2(d)는, 각각 실시예 1 및 실시예 2의 실리콘 웨이퍼의 표면을 촬영한 사진이다. 여기에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서는 외관상 새까만 상태였다. 이것으로부터, 실시예 1 및 2의 표면에서는 가시광역에서 반사율이 감소되고 있음이 예상된다. 한편, 비교예 1에서는 외관상 거의 변화가 보이지 않았다. 비교예 2(미도시)도 마찬가지였다.
<평가 2 : SEM>
웨이퍼의 피처리면을 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)에 의해 관찰하였다. 도 3(a)∼(d)는, 각각 도 2(a)∼(d)에 있어서의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상이다. 도 3(a)와 같이, 본 발명에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면에는, 수 ㎛ 정도의 요철이 존재하였다. 이것은, 산 에칭 처리에 의해 형성된 요철 형상이다. 비교예 1(도 3(b)) 및 비교예 2(미도시)에서는, 불화수소산에 의해 요철 표면이 다소 거칠어져 있는 모습이 관찰되었다. 한편, 실시예 1(도 3(c)) 및 실시예 2(도 3(d))에서는, 수 ㎛ 정도의 요철 표면 상에 더욱 미세한 다수의 요철구조가 형성되어 있음을 알 수 있다.
<평가 3 : 반사율 측정>
반사율 측정기(시마즈세이사쿠쇼 제조: SolidSpec3700)에 의해, 웨이퍼의 피처리면에 있어서의 반사 스펙트럼을 300∼1200㎚의 범위에서 측정하였다. 태양광에는 파장 500∼700㎚의 광이 많이 포함되기 때문에, 이 파장영역에서 반사율이 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 표 1에 나타내었다. 표 1 중 「as ET」라고 되어 있는 것은, 도 2(a) 및 도 3(a)에 나타낸, 산성 용액에 의한 에칭 후, 본 발명에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면이다.
| 600㎚ 반사율(％) |
700㎚ 반사율(％) |
비고 | |
| - | 26.59 | 25.34 | as ET |
| 비교예 1 | 30.84 | 29.67 | 무처리 |
| 비교예 2 | 28.75 | 27.59 | H2O2 처리 |
| 실시예 1 | 4.20 | 4.01 | IPA 처리 |
| 실시예 2 | 4.44 | 4.49 | ETOH 처리 |
표 1로부터 알 수 있듯이, 비교예 1 및 2는 처리 전에 비해 반사율이 근소하게 증가하였다. 한편, 실시예 1 및 2에서는 처리 전에 비해 현저히 반사율을 저감시킬 수 있었다. 이것은, 도 3(c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 표면을 다공질화한 것에 의한 것이다. 그 결과로부터, 종래보다 안전하면서도 저렴한 상기 방법에 의해 다공질화 처리를 행하면, 입사광의 반사 로스를 저감시킬 수 있으며, 변환 효율이 높은 태양전지를 제작할 수 있음을 알 수 있다.
(실험예 1-2 : 저급 알콜 처리 시간과 반사율 간의 관계)
<시료의 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올(ETOH)에 소정 시간 동안 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 포함하는 질산구리용액 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 10분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 시간을 0분, 1분, 3분, 5분, 10분으로 하여 5종류의 시료를 제작하였다. 참고로, 0분은 해당 공정을 행하지 않음을 의미한다.
<평가 : 반사율 측정>
실험예 1-1과 동일하게 하여, 5종류의 시료의 반사 스펙트럼을 측정하고, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 표 2에 나타내었다.
| 에탄올 처리 시간 (분) |
600㎚ 반사율(％) |
700㎚ 반사율(％) |
비고 |
| 0 | 27.75 | 25.47 | 비교예 |
| 1 | 3.12 | 2.96 | 실시예 |
| 3 | 3.78 | 3.84 | 실시예 |
| 5 | 3.88 | 3.68 | 실시예 |
| 10 | 3.57 | 3.36 | 실시예 |
표 2로부터, 에탄올 처리 시간은 1분이면 충분하며, 10분 이하의 범위에서 반사율 저감 효과는 지속됨을 알 수 있다.
(실험예 1-3 : 금속의 종류와 반사율 간의 관계)
<시료 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올(ETOH)에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, 소정의 금속을 1000ppm 포함하는 질산염용액(Cr의 경우의 크롬산칼륨 용액) 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 3분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정의 금속을, Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu로 하여 7종류의 시료를 제작하였다.
<평가 : 반사율 측정>
실험예 1-1과 동일하게 하여, 7종류의 시료의 반사 스펙트럼을 측정하고, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 표 3에 나타내었다. 참고로, 표 3 중 「as ET」라고 되어 있는 것은, 도 2(a) 및 도 3(a)에 나타낸, 산성 용액에 의한 에칭 후, 본 발명에 의한 다공질화 처리 전의 실리콘 웨이퍼의 표면이다.
| 금속 종류 | 600㎚ 반사율(％) |
700㎚ 반사율(％) |
| as ET | 25.83 | 24.48 |
| Al | 24.96 | 23.59 |
| Cr | 26.18 | 24.79 |
| Mn | 26.61 | 25.27 |
| Fe | 23.37 | 21.95 |
| Co | 22.87 | 21.52 |
| Ni | 24.78 | 23.42 |
| Cu | 3.09 | 3.27 |
표 3으로부터 알 수 있듯이, Cu 이외의 금속의 경우, 반사율 저감 효과는 거의 얻을 수 없었다.
(실험예 1-4 : Cu농도와 반사율 간의 관계)
<시료 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올(ETOH)에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 소정 농도로 용해시킨 질산구리용액 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 3분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 농도(ppm)를 33.3, 83.3, 166.7, 250.0, 333.3, 500.0, 666.7로 하여 7종류의 시료를 제작하였다.
<평가 : 반사율 측정>
실험예 1-1과 동일하게 하여, 7종류의 시료의 반사 스펙트럼을 측정하고, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 각각 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내었다. 도 4(a), (b) 모두, Cu농도가 100∼400ppm의 범위에서 반사율이 최소가 되고, 400ppm을 초과하면 다소 반사율 저감 효과가 작아짐을 알 수 있다. 이것으로부터, Cu농도가 100∼400ppm인 범위에서 특히 높은 반사율 저감 효과가 얻어짐을 알 수 있다.
(실험예 1-5 : 불화수소산의 농도와 반사율 간의 관계)
<시료 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올(ETOH)에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 용해시킨 질산구리용액 5mL와, 소정 농도가 되도록 조합된 불화수소산과, 물과의 혼합액 25mL의 혼합용액에 3분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 농도(질량％)를 1.7, 8.3, 16.7, 25.0, 33.3으로 하여 5종류의 시료를 제작하였다.
<평가 : 반사율 측정>
실험예 1-1과 동일하게 하여, 5종류의 시료의 반사 스펙트럼을 측정하고, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 각각 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내었다. 도 5(a)와 (b) 모두, 불화수소산의 농도가 10％ 이상인 경우에, 특히 높은 반사율 저감 효과가 얻어짐을 알 수 있다.
(실험예 1-6 : 제 2 공정 처리 시간과 반사율 간의 관계)
<시료 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99％의 에탄올(ETOH)에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 용해시킨 질산구리용액 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 소정 시간 동안 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 시간을 0분, 1분, 3분, 5분, 10분, 20분, 30분으로 하여 7종류의 시료를 제작하였다. 참고로, 0분은 해당 공정을 행하지 않음을 의미한다.
<평가 : 반사율 측정>
실험예 1-1과 동일하게 하여, 7종류의 시료의 반사 스펙트럼을 측정하고, 파장 600㎚와 700㎚의 상대반사율을 각각 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내었다. 도 6(a)와 (b) 모두, 처리 시간 1∼30분의 범위에서 0분보다 낮은 반사율을 얻을 수 있었으며, 처리 시간 1∼10분의 범위에서 특히 높은 반사율 저감 효과가 얻어짐을 알 수 있다.
(실험예 1-7 : 제 3 공정(금속 이온 비함유 불화수소산 처리 공정)에 의한 요철 깊이의 제어)
시료 1(실시예)
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 100질량％의 2-프로판올(이소프로필알콜; IPA)에 10분간 침지시켰다. 또한 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 포함하는 질산구리용액 10mL와, 50질량％의 불화수소산 10mL와, 물 10mL의 혼합액에 3분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이 상태의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상을 도 7(a)에 도시하였다. 이것은, 본 발명에 있어서의 다공질화 처리의 제 2 공정까지가 종료된 단계이다.
시료 2(실시예)
시료 1과 동일한 공정 후에, 본 발명에 있어서의 제 3 공정으로서, 상기 웨이퍼를, Cu를 용해시키지 않은 50질량％의 불화수소산 15mL와 물 15mL의 혼합액에 1시간 동안 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 광을 차단하기 위해 암실 내에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 이 상태의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상을 도 7(b)에 나타내었다.
시료 3(실시예)
제 3 공정을 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행한 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법으로 시료 3에 따른 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 이 상태의 실리콘 웨이퍼 표면의 SEM상을 도 7(c)에 나타내었다.
도 7(b) 및 (c)로부터 알 수 있듯이, 제 3 공정(금속 이온 비함유 불화수소산 처리 공정)을 1시간 동안 실시함으로써, 도 7(a)에서 관찰되었던 수 ㎛의 요철에 비해, 웨이퍼 표면에 더욱 미세한 요철구조만을 형성할 수 있었다. 또한, 광 조사 유무에 의해 표면상태를 제어하는 것이 가능하여, 광 조사 조건을 제어한 환경에서 제 3 공정을 행함으로써, 원하는 표면상태로 개질(改質)시키는 것이 가능함을 확인할 수 있었다.
(제 2 발명군)
다음은, 제 2 발명군의 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.
(실험예 2-1)
<시료의 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼(두께: 4.25mm)를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 포함하는 질산구리용액 5mL와, 50질량％의 불화수소산 15mL와, 물 5mL의 혼합액에 소정 시간 동안 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시키고, 이후 질소분위기에서 건조시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 시간을 10초, 1분, 3분, 5분, 7분, 10분으로 하여 6종류의 시료를 제작하였다.
<평가 1 : 전자현미경 관찰>
각 시료에 대해, 웨이퍼의 피처리면을 주사형 전자현미경(SEM) 및 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 관찰한 바, 각 시료 모두, 수 ㎛ 정도의 요철 표면 상에 더욱 미세한 다수의 구멍으로 이루어진 다공질층이 형성되어 있었다. 상기 소정 시간을 3분으로 한 시료에 대해, 웨이퍼 표면을 SEM에 의해 관찰한 사진을 도 9에 나타내고, 웨이퍼 표면 근방의 단면(斷面)을 TEM에 의해 관찰한 사진을 도 10에 나타내었다. 도 9로부터 알 수 있듯이, 도면 중 (B)의 거리를 측정함으로써 구멍의 직경을 구한 바, 20㎚였다. 또한, 도 10으로부터 알 수 있듯이, 도면 중 (A)의 거리를 구함으로써 층 두께를 구한 바, 260㎚였다. 그 밖의 시료에 대해서도 마찬가지로, 구멍의 직경 및 층 두께를 구하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다. 또한, 도 10으로부터 명확히 알 수 있듯이, 다공질층을 구성하는 구멍은 구불구불하게 구부러져 있으며, 그 방향성은 랜덤하였다.
<평가 2 : 반사율 측정>
반사율 측정기(시마즈세이사쿠쇼 제조 : SolidSpec3700)에 의해, 각 시료에 대해 웨이퍼의 피처리면에 있어서의 반사 스펙트럼을 300∼1200㎚의 범위에서 측정하고, 파장 600㎚의 상대반사율을 표 4에 나타내었다. 본 실시예에 따르면, 구멍의 직경을 10㎚ 이상 45㎚ 이하로 하면서, 층 두께를 50㎚ 초과 450㎚ 이하로 할 수 있었다. 그리고, 실시예는 비교예보다 파장 600㎚에 있어서의 반사율을 낮출 수 있어, 10％ 이하의 반사율을 얻을 수 있었다.
| Cu함유 HF용액 처리 시간 |
구멍의 직경 (nm) |
층 두께 (nm) |
600㎚ 반사율(％) |
비고 |
| 10초 | 5 | 70 | 20.5 | 비교예 |
| 1분 | 10 | 180 | 4.91 | 실시예 |
| 3분 | 20 | 260 | 2.95 | 실시예 |
| 5분 | 30 | 350 | 4.78 | 실시예 |
| 7분 | 40 | 390 | 9.11 | 실시예 |
| 10분 | 50 | 520 | 10.32 | 비교예 |
(실험예 2-2)
<시료의 제작>
우선, 20mm 스퀘어의 p형 (100)단결정 실리콘 웨이퍼(두께: 4.25mm)를 준비하고, 50질량％의 불화수소산/70질량％의 질산/물=1:4:5(체적비)로 조합한 산성 용액을 이용하여, 실온에서 3분간 에칭 처리를 실시하고, 이후 웨이퍼를 건조시켰다. 이후의 공정은 모두 실온에서 행하였다. 상기 웨이퍼를 99질량％의 에탄올에 1분간 침지시켰다. 이후, 상기 웨이퍼를, Cu를 1000ppm 포함하는 질산구리용액 5mL와, 50질량％의 불화수소산 15mL와, 물 10mL의 혼합액에 10분간 침지시켰다. 참고로, 상기 공정은, 통상의 실내 환경, 즉 광 조사 환경하에서 행하였다. 이후, 상기 웨이퍼를 0.1질량％의 질산에 5분간 침지시키고, 이후 질소분위기에서 건조시켰다. 그리고, 알칼리 용액 처리로서 0.1질량％의 KOH에 소정 시간 동안 침지시키고, 이후 질소분위기에서 건조시켜, 태양전지용 웨이퍼를 제조하였다. 상기 소정 시간을 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120, 125, 150, 180초로 하여 10종류의 시료를 제작하였다.
<평가>
실험예 2-1과 마찬가지로, 전자현미경사진에 의한 관찰과, 반사율 측정을 행하였다. 각 시료 모두, 수 ㎛ 정도의 요철 표면 상에 더욱 미세한 다수의 구멍으로 이루어진 다공질층이 형성되어 있었다. 각 시료에 관한 구멍의 직경, 층 두께, 파장 600㎚의 상대반사율을 표 5에 나타내었다. 본 실시예에 따르면, 층 두께를 50㎚ 초과 450㎚ 이하로 하면서, 구멍의 직경을 10㎚ 이상 45㎚ 이하로 할 수 있었다. 그리고, 실시예는 비교예보다 파장 600㎚에 있어서의 반사율을 낮출 수 있어, 10％ 이하의 반사율을 얻을 수 있었다.
| 알칼리 용액 처리 시간(초) |
구멍의 직경 (nm) |
층 두께 (nm) |
600㎚ 반사율(％) |
비고 |
| 180 | 25 | 20 | 20.43 | 비교예 |
| 150 | 29 | 50 | 10.36 | 비교예 |
| 125 | 30 | 52 | 9.75 | 실시예 |
| 120 | 31 | 100 | 8.56 | 실시예 |
| 90 | 35 | 200 | 7.00 | 실시예 |
| 60 | 37 | 300 | 3.58 | 실시예 |
| 30 | 40 | 400 | 8.58 | 실시예 |
| 20 | 42 | 420 | 9.78 | 실시예 |
| 10 | 44 | 450 | 9.95 | 실시예 |
| 5 | 50 | 500 | 10.76 | 비교예 |
본 발명의 제 1 발명군에 따르면, 안전하면서도 저렴하게, 실리콘 웨이퍼를 비롯한 반도체 웨이퍼의 표면을 다공질화하여, 표면에 있어서의 광의 반사 로스를 저감시킨 태양전지용 웨이퍼를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 발명군의 태양전지용 웨이퍼에 따르면, 입사광의 반사 로스를 한층 저감시키는 것이 가능해진다.
100 : 태양전지용 웨이퍼
10 : 반도체 웨이퍼
10A : 반도체 웨이퍼의 표면
11 : 다공질층
12 : 구멍
10 : 반도체 웨이퍼
10A : 반도체 웨이퍼의 표면
11 : 다공질층
12 : 구멍
Claims (14)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 반도체 웨이퍼의 적어도 한쪽 면을 다공질화하여 태양전지용 웨이퍼를 제조하는 방법으로서,
상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 저급 알콜액을 접촉시키는 제 1 공정과,
상기 제 1 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 금속 이온을 포함하는 불화수소산을 접촉시키는 제 2 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼가 실리콘 웨이퍼이고,
상기 금속 이온이 Si보다 비활성인(noble) 금속의 이온인 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 제 2 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에 상기 금속 이온을 포함하지 않는 불화수소산을 접촉시키는 제 3 공정을 추가로 가지는 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 제 2 공정 및/또는 제 3 공정은, 광 조사 환경하에서 행하는 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 공정 후에, 상기 반도체 웨이퍼의 적어도 상기 한쪽 면에, 상기 금속 이온으로부터 석출한 금속을 상기 한쪽 면으로부터 제거하는 용액을 접촉시키는 공정을 가지는 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 금속의 농도가, 10ppm 이상 1000ppm 이하인 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 제 2 공정에 있어서의 침지시간이, 30분 이하인 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법. - 제 6항 내지 제 9항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 태양전지용 웨이퍼의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지용 웨이퍼로 태양전지 셀을 제작하는 공정을 추가로 가지는 태양전지 셀의 제조 방법.
- 제 13항에 기재된 태양전지 셀의 제조 방법에 있어서의 공정에 더하여, 상기 태양전지 셀로부터 태양전지 모듈을 제작하는 공정을 추가로 가지는 태양전지 모듈의 제조 방법.
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