KR101564585B1 - 태양전지와 그의 제조를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불순물을 함유한 절연막을 이용하여 P-N 접합을 형성하는 태양전지와 그의 제조를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 태양전지는 제 1 도전형의 기판; 상기 기판 상에 형성된 제 2 도전형의 불순물을 함유한 절연막; 상기 절연막 하부의 상기 기판에 형성된 제 2 도전형의 불순물 영역; 상기 기판의 전면에서, 상기 불순물 영역과 접촉하는 전면전극; 상기 기판의 후면에서, 상기 기판과 접촉하는 후면전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 불순물을 함유한 절연막, 불순물 영역
Description
본 발명은 태양전지와 그의 제조를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 불순물을 함유한 절연막을 이용하여 P-N 접합을 형성하는 태양전지와 그의 제조를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
환경문제와 화석 에너지 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 대체 에너지 자원으로써, 재생가능하고 환경오염에 대한 문제가 없는 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양전지는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 나눌 수 있다. 그 중에서도 빛을 흡수하여 생성된 P 형 반도체의 전자와 N 형 반도체의 정공이 전기 에너지로 변환하는 태양광 전지에 대한 연구가 활발히 행해지고 있다.
반도체의 성질을 이용한 태양전지는 P 형의 반도체와 N 형의 반도체의 접합 형태를 가지는 다이오드(diode)와 동일하다. P 형 반도체와 N 형 반도체가 접한 P-N 접합부에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 일반적으로 반도체에 밴드 갭 에너지 이하의 빛이 들어가면 반도체 내의 전자와 약하게 상호작용하고, 밴드 갭 이상의 빛이 들어가면 공유결합 내의 전자를 여기시켜 캐리어로써 전자 정공쌍을 생성한다. 빛에 의하여 형성된 캐리어들은 재결합과정을 통하여 정상상태로 돌아온다. 빛에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 N 형 반도체과 P 형 반도체로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아지고, 이를 전력으로 이용할 수 있게 된다.
태양전지의 제조에 사용되는 반도체는 단결정 실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 및 화합물반도체 등이 있다. 태양전지의 제조방법은 P 형의 기판을 준비하고, 광 흡수율을 높이기 위하여 P 형 기판의 표면를 조면화시키는 공정을 실시하여 미세한 요철을 형성하고, P-N 접합을 형성하기 위하여 P 형 기판에 N 형의 불순물을 확산시키고, P 형 기판의 표면에 반사방지막으로 실리콘질화막을 형성하고, 기판의 전면 및 후면에 각각 전면전극 및 후면전극을 형성하는 단계로 진행된다.
이와 같은 종래기술의 태양전지 제조방법은, 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1a 내지 도 1e는 종래기술의 태양전지를 제조하기 위한 공정 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘의 잉고트(single crystal ingot)로부터 절단된 결정질의 웨이퍼를 기판(10)으로 준비하고, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식식각에 의해 기판(10) 표면의 손상을 제거한다. 그리고, 편의상 P 형의 기판(100)을 이용하여 태양전지를 제조하는 과정을 설명하기로 한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 태양전지의 광 흡수율을 높이기 위해, 기판(10)의 표면을 미세한 요철의 조면(11)으로 가공하는 조면화 공정(texturing)을 실시한다. 조면(11) 중 철부는 피라미드 형태로 가공하는 것이 바람직하다. 조면화 공정은, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식식각 방법을 이용하거나, 또는 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각(reactive ion etching)방법을 이용할 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, P-N 접합을 형성하기 위하여, 기판(10)에 N 형의 불순물을 확산시킨다. N 형의 불순물로, 인(phosphorous)을 사용하고, 고온확산(thermal diffusion) 방법을 이용하여, 고온의 확산로에 P 형 기판(10)을 안치시키고, POCl3와 같은 N 형 불순물을 함유한 가스를 공급하고, N 형의 불순물이 P 형의 기판(10)의 내부로 확산시켜 N 형의 불순물영역(12)을 형성한다. 확산로에서 기판안치대(도시하지 않음)와 접촉하는 기판(10)의 하부를 제외하고, 기판(10)의 상부 및 측면으로 N 형의 불순물이 확산되어, N 형의 불순물 영역(12)을 형성한다.
이러한 확산공정은 800도 이상의 온도에서 진행되므로, N 형 불순물인 인(phosphorous)과 기판(10)이 반응하여, 기판안치대와 접촉하는 기판(10)의 하면을 제외하고, 기판(10)의 표면에 PSG(phosphor-silicate glass)(도시하지 않음)와 같은 부산물이 형성된다. PSG는 태양전지의 전류를 차폐시키는 역할을 하기 때문에 태양전지의 효율을 높이기 위해서 습식 또는 건식식각 방법을 이용하여 반드시 제거하여야 한다. 동일하게, N 형의 기판(10)을 사용하고, P 형의 불순물로 붕소(boron)을 함유하는 가스를 공급하여 확산시키는 경우에, 붕소와 기판(10)이 반응하여, 기판(10)의 표면에 BSG(boro-slicate glass)와 같은 부산물이 형성된다. BSG는 PSG와 동일한 절연물질이므로, 태양전지의 효율을 저하시키는 기능을 하므로, 반드시 제거하여야 한다.
그리고, 기판(10)의 측면부에도 N 형의 불순물 영역(12)이 형성되어, N 형의 불순물 영역(12)을 통하여, 전면전극과 후면전극이 도통되어 누설전류가 발생될 수 있으므로, 기판(10) 주변부의 N 형의 불순물 영역(12)을 제거하여, 격리영역(13)을 형성하는 격리공정을 수행하여야 한다. 격리공정은 기판(10)의 주변부에 형성된 N 형 불순물 영역(12)을 레이저를 통하여 절단하거나, 습식 또는 건식식각 방법을 통하여 기판(10)의 측면부에 형성된 N 형 불순물 영역(12)을 식각하여, 전면전극과 후면전극이 도통되지 않도록 한다. 그리고, 격리공정은 태양전지를 완성하고 테스트를 수행하기 직전에 진행될 수도 있다.
도 1d에 도시된 바와 같이 N 형 불순물 영역(12)의 상부에 반사방지막(14)으 로 실리콘질화막을 형성한다. 실리콘질화막은 태양광의 흡수율을 높이는 기능과 더불어, 기판(10)의 표면보호막(surface passivation)과 수소보호막(hydrogen passivation)의 역할도 수행한다. 실리콘질화막은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 법을 통해 형성되며, 스퍼터법을 통해서도 증착될 수 있다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 반사방지막(14)을 형성한 후에는 기판(10)의 전면과 후면에 도전물질을 이용하여 전극을 형성하여야 한다. 이를 위해 기판(10)의 전면과 후면에 알루미늄 또는 은을 함유한 도전성 페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 도포하고, 기판(10)을 고온의 퍼니스(furnace)에서 소결(sintering)시킨다. 일정한 패턴의 도전성 페이스트가 소결되면서 기판(10)의 전면과 후면에 각각 전면전극(18)과 후면전극(16)이 형성된다.
알루미늄의 페이스트로 패턴을 형성한 경우, 소결과정에서 기판(10)의 전면에 적층된 알루미늄이 반사방지막(14)을 침투하여, N 형의 불순물 영역(12)과 전기적으로 접촉하는 전면전극(18)이 형성되고, 기판(10)의 후면에 적층된 알루미늄의 페이스트는 소결과정에서 후면전극(16)으로 형성되고, 동시에 알루미늄이 기판(10)의 후면으로 확산되어 P 형 기판(10)보다 높은 농도의 P+ 불순물 영역(15)이 형성된다.
전면전극(18) 및 후면전극(16)을 형성한 후에, 태양전지의 효율을 테스트하 고 그 결과에 따라 분류작업을 수행한다. 테스트를 하기 전에 태양전지의 측면부에서 N 형 불순물 영역(12)에 의해서 전면전극(18)과 후면전극(16)이 도통되어 발생하는 누설전류를 제거하기 위하여 기판(10)의 주변부를 절단 또는 식각하는 격리공정을 진행할 수도 있다. 계속해서, 다수의 태양전지를 연결하는 모듈화 공정을 통해 태양전지모듈을 제조한다.
상기와 같은 종래기술의 태양전지 및 그의 제조방법은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.
첫번째, 반사방지막의 형성과 N 형 또는 P 형의 불순물 확산이 별도의 공정으로 이루어지므로 공정이 복잡해진다. 두번째, P-N 접합을 형성하기 위해, N 형 또는 P 형 불순물을 고온에서 확산시키기 때문에, 기판과 불순물이 반응하여, PSG 또는 BSG와 같은 절연막이 기판 상에 형성되므로, PSG 또는 BSG와 같은 절연막을 제거하기 위한 공정이 수행되어야 한다. 세번째, N 형 또는 P 형의 불순물이 기판의 측면부에 확산되므로, 기판 측면부의 불순물 영역에 의해 전면전극과 후면전극을 도통되어 누설전류를 발생시키므로, 기판 주변부의 불순물 영역을 제거하여 전면전극과 후면전극의 전기적 도통을 방지하기 위한 격리영역을 형성하는 격리공정을 수행하여야 한다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 불순물을 함유한 절연막을 이용하여 P-N 접합을 형성함으로써, 절연막의 형성과 불순물 확산을 일괄 공정으로 진행할 수 있고 전면전극과 후면전극의 도통을 방지하기 위하여 기판 주변부의 불순물 영역을 제거하는 격리공정을 생략하여 공정을 단순화시키는 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 태양전지를 제조하기 위한 조면화 공정, 반사방지막의 형성, 및 불순물 확산 공정을 진공을 단절하지 않고 진행할 수 있도록, 적재챔버, 다수의 공정챔버 및 적하챔버를 연속적으로 배치함으로써, 풋프린트(footprint)를 감소시켜 생산성을 개선할 수 있는 태양전지의 제조를 위한 시스템을 제공하는 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 제 1 도전형의 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제 2 도전형의 불순물을 함유한 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 상기 제 2 도전형의 불순물을 상기 기판으로 확산시켜 제 2 도전형의 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 기판의 전면에서, 상기 불순물 영역과 접촉하는 전면전극과 상기 기판의 후면에서, 상기 기판과 접촉하 는 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 절연막을 형성하는 단계 전에, 상기 기판의 표면을 요철의 조면으로 가공하는 조면화 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 조면화 공정을 수행하는 단계 후에, 상기 제 2 도전형의 불순물 도입하여, 상기 제 2 도전형의 불순물을 상기 기판의 표면에 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 제 1 도전형의 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 및 인듐(In) 중 하나를 선택하여 사용하고, 상기 제 2 도전형은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 납(Pb) 중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 절연막은 상기 인(P)을 함유한 실리콘질화막인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘질화막은 실리콘을 포함한 소스가스, 질소를 포함한 반응가스, 및 상기 인(P)의 소스가스로써, 각각 SiH4, NH3 및 PH3을 공급하고 PECVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘질화막은 700 내지 1000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 제 2 도전형의 불순물 영 역은 800 내지 1000도의 온도에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 제 2 도전형의 불순물 영역은, 상기 절연막과 대응되는 상기 기판의 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 제 1 도전형의 기판; 상기 기판 상에 형성된 제 2 도전형의 불순물을 함유한 절연막; 상기 절연막 하부의 상기 기판에 형성된 제 2 도전형의 불순물 영역; 상기 기판의 전면에서, 상기 불순물 영역과 접촉하는 전면전극; 상기 기판의 후면에서, 상기 기판과 접촉하는 후면전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지에 있어서, 상기 기판의 표면에 다수의 요철을 가지는 조면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지에 있어서, 상기 절연막은 인(P)을 함유한 실리콘질화막인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 태양전지에 있어서, 상기 제 2 도전형의 불순물 영역은, 상기 절연막과 대응되는 상기 기판의 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지를 제조하기 위한 시스템은, 제 1 도전형의 기판이 공급 카세트로부터 공급되고, 대기압과 진공상태가 교번하는 적재챔버; 상기 기판의 표면을 요철을 가지는 조면화 공정을 수행하는 제 1 공정챔버, 상기 기판을 예열시키는 제 2 공정챔버, 및 상기 기판 상에 상기 제 2 도전형의 불순물을 함유한 상기 절연막을 형성하고, 상기 절연막의 상기 제 2 도전형의 불순물을 상기 기판으로 확산시키는 제 3 공정챔버; 상기 제 3 공정챔버의 상기 기판을 수납 카세트로 반출하기 위해, 대기압과 진공상태가 교번하는 적하챔버;로 구성되고, 상기 기판이 상기 적재챔버, 상기 제 1 내지 제 3 공정챔버 및 상기 적하챔버로 진공이 단절되지 않고 이송되도록, 상기 공급 카세트와 상기 적재챔버 사이의 제 1 슬롯밸브, 상기 적재챔버와 상기 제 1 공정챔버 사이의 제 2 슬롯밸브, 상기 제 1 공정챔버와 상기 제 2 공정챔버 사이의 제 3 슬롯밸브, 상기 제 2 공정챔버와 상기 제 3 공정챔버 사이의 제 4 슬롯밸브, 상기 제 3 공정챔버과 상기 적하챔버 사이의 제 5 슬롯밸브, 및 상기 적하챔버와 상기 수납 카세트 사이의 제 6 슬롯밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫번째, 불순물 확산과 절연막의 형성을 별도의 공정으로 진행하는 종래기술과 다르게, 불순물을 함유한 절연막을 형성하고, 일괄적으로 절연막의 불순물을 기판으로 확산시켜, P-N 접합을 형성함으로써 공정이 단순해진다. 두번째, 기판 상에 형성된 절연막에 포함된 불순물을 기판으로 확산시키는 것에 의해, 불순물과 기판의 반응에 의한 PSG 또는 BSG와 같은 절연막이 형성되지 않기 때문에, PSG 또는 BSG와 같은 절연막을 제거하기 위한 공정을 진행하지 않아, 기판의 표면에 손상을 방지함은 물론 공정을 단순화에 기여한다. 세번째, 기판 상에 형성된 절연막에 포 함된 불순물이 기판으로 확산되기 때문에, 절연막이 형성되지 않은 기판의 측면부에는 불순물이 확산되지 않는다. 따라서, 기판 측면부에 형성된 불순물 영역에 의해 전면전극과 후면전극이 도통되어 발생되는 누설전류를 방지하기 위한 격리공정을 생략할 수 있다.
본 발명의 태양전지를 제조하기 위한 시스템은, 조면화 공정, 절연막의 형성, 및 불순물 확산 공정을 진공을 단절하지 않고 진행할 수 있도록, 적재챔버, 다수의 공정챔버 및 적하챔버를 연속적으로 배치함으로써, 풋프린트(footprint)를 감소시켜 생산성을 개선할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 도시한 공정 순서도이고, 도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 도시한 공정 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 시스템의 모식도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 공정챔버를 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 트레이의 사시도이다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 도 2 및 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2의 제 1 단계와 도 3a에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘의 잉고트(single crystal ingot)로부터 절단된 결정질의 웨이퍼를 기판(100)으로 준비하고, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식식각에 의해 기판(100) 표면의 손상을 제거한다. 본 발명의 실시예에서는 편의상 P 형의 불순물로 도핑된 기판(100)을 이용하여 태양전지를 제조하는 과정을 설명하기로 한다. P 형의 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 및 인듐(In) 중 하나를 선택하여 사용한다. 물론 P 형의 기판(100) 대신에 N 형의 기판(100)을 이용할 수 있다.
도 2의 제 2 단계와 도 3b에 도시된 바와 같이, 태양전지의 광 흡수율을 높이기 위해, 기판(100)의 표면을 미세한 요철의 조면(101)으로 가공하는 조면화 공정(texturing)을 실시한다. 조면(101) 중 철부는 피라미드 형태로 가공하는 것이 바람직하다. 조면화 공정은, 염기 또는 산 용액을 이용한 습시식각 방법을 이용하거나, 또는 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각((reactive ion etching)방법을 이용할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 조면화 공정 후에 연속적으로 반응공간에 N 형의 불순물을 도입하여, 기판(100)의 표면에 적층시킬 수 있다. N 형의 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 납(Pb) 중 하나를 선택하여 사용한다. N 형의 불 순물로, 예를 들면 PH3을 도입하여, N 형의 불순물인 인(phosphorus)을 기판(100)의 표면에 적층시킨다. 반응공간이 상온상태이므로, 인은 기판(100)의 내부로 확산되지 않는다.
도 2의 제 3 단계와 도 3c에 도시된 바와 같이, 조면화 공정을 실시하여 균일한 조도의 요철의 조면(101)을 가지는 기판(100) 상에 N 형의 불순물을 포함하는 절연막(102)을 형성한다. 절연막(102)는 700 내지 1000Å의 두께를 가지는 실리콘 질화막(SiNx)이고, 절연막(102)에 함유된 N 형의 불순물은 인(phosphorous)을 사용한다.
실리콘질화막은 반응공간에 실리콘을 포함한 소스가스, 질소를 포함한 반응가스, 및 N 형의 불순물 소스가스로써, 각각 SiH4, NH3 및 PH3을 공급하고 PECVD 방법으로 형성한다. 실리콘질화막에 포함된 인과 기판(100)의 표면에 적층된 인은 기판(100)으로 확산되어 N 형 불순물을 영역을 형성하기 위한 불순물 소스로써 기능한다. 절연막(102)은 N 형 불순물 영역을 형성하기 위한 불순물을 함유하는 기능 외에, 태양광의 흡수율을 높이기 위한 반사방지막(anti-reflective coating layer)과 기판(100)의 표면을 보호하기 위한 표면보호막 및 수소가 기판으로 유입되는 것을 방지하는 수소보호막의 기능을 동시에 수행한다.
도 2의 제 4 단계와 도 3d에 도시된 바와 같이, 800 내지 1000도의 온도에서 절연막(102)에 함유된 N 형의 불순물과 기판(100)의 표면에 적층된 N 형의 불순물을 기판(100)의 내부로 확산시켜 N 형의 불순물 영역(104)을 형성한다. N 형 불순물의 확산깊이는 태양전지의 사양에 따라 다르지만 일반적으로 0.1 내지 0.5㎛이고, 바람직하게는 0.3㎛로 확산시키고, N 형 불순물의 농도는 확산깊이에 따라 1E18 내지 1E22가 되도록 한다. 따라서, N 형 불순물 확산영역(104)과 P 형의 기판(100)에 의해 P-N 접합(junction)이 형성된다.
본 발명에서는 P 형의 기판(100)과 N 형의 불순물 대신에 N 형의 기판을 사용하는 경우, 절연막(102)는 P 형의 불순물인 붕소(boron)을 함유하고, 붕소가 확산되어 기판(100)에 P 형의 불순물 영역을 형성한다. 본 발명에서는 기판(100) 상에 형성된 절연막(102)에 함유된 불순물이 기판으로 확산되므로, N 형 또는 P 형 불순물과 기판의 반응에 의한 PSG 또는 BSG와 같은 절연막이 형성되지 않는다. 따라서, 본 발명은 태양전지의 기능을 저하시키는 PSG 또는 BSG가 형성되지 않으므로, PSG 또는 BSG를 제거하기 위한 식각공정이 필요하지 않아, 기판(100)의 표면에 손상을 방지함은 물론, 태양전지의 제조공정을 단순화할 수 있다.
도 3d를 참조하면, N 형의 불순물을 함유한 절연막(102)은 기판(100)의 측면부에 형성되지 않고, 기판(100)의 상부에만 형성되므로 기판(100)의 측면부에 N 형 불순물 영역(104)이 형성되지 않는다. 따라서, 기판(100)의 측면부에 N 형의 불순 물 영역(104)이 형성되지 않으므로, 전면전극과 후면전극이 N 형의 불순물 영역(104)에 의해서 도통되어 발생하는 누설전류를 방지하기 위해, 기판(100)의 주변부에 위치하는 N 형의 불순물 영역(104)을 식각하는 격리공정을 생략할 수 있다.
도 2의 제 5 단계와 도 3e에 도시된 바와 같이, 절연막(102)의 표면을 습식 또는 건식세정의 방법으로 세정하고, 도 2의 제 6 단계와 도 3f에 도시된 바와 같이, 절연막(102)의 상부와 기판(100)의 후면에 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 함유한 도전성 페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 도포하여, 절연막(102) 상의 제 1 금속패턴(106) 및 기판(100)의 후면 상의 제 2 금속패턴(108)을 형성한다.
도 2의 제 7 단계와 도 3g에 도시된 바와 같이, 알루미늄으로 제 1 및 제 2 금속패턴(106, 108)을 형성한 경우, 반응공간에서 800 내지 1000도의 온도로 열처리하면, 절연막(102) 상에 적층된 제 1 금속패턴(106)은 소결과정에서 절연막(102)으로 침투하여 N 형 불순물영역(104)과 전기적으로 접속되는 전면전극(110)이 형성되고, 제 2 금속패턴(108)은 소결되어 후면전극(112)으로 형성되는 과정에서, 기판(100)의 후면으로 알루미늄이 확산되어, 후면전극(112)과 인접한 기판(100)의 하부에는 P 형의 기판(100)보다 높은 농도를 가진 P+ 확산영역(114)이 형성된다.
P 형 기판(100)의 후면에 P+ 확산영역(114)이 형성되면 기판(100)의 후면에는 후면전계(Back Surface Field)가 형성된다. 후면전계는 P 형 기판(100)의 내부 에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극(112)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(110)쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다.
도 3의 제 8 단계에 도시된 바와 같이, 전면전극(110) 및 후면전극(112)의 공정이 완료된 후에, 태양전지의 효율을 테스트하고, 그 결과에 따라 분류작업을 수행한다. 계속해서 다수의 태양전지를 연결하는 모듈화 공정을 통해 태양전지모듈을 제조한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 시스템의 모식도이다. 인라인(In-Line) 방식으로 기판(100) 또는 트레이(tray)(146)를 이송하는 태양전지를 제조하기 위한 시스템은, 기판(100) 또는 트레이(146)를 적재한 후에 진공의 단절없이 조면화 공정, 반사방지막의 형성, 및 불순물 확산 공정을 진행하는 것으로, 기판(100) 또는 트레이(146)를 공급하기 위한 공급 카세트(119), 기판(100) 또는 트레이를 인입하기 위한 적재챔버(loading chamber)(120), 조면화 공정을 수행하기 위한 제 1 공정챔버(122), 기판을 예열하기 위한 제 2 공정챔버(124), 절연막(102)을 형성하고 불순물을 확산시키기 위한 제 3 공정챔버(126), 기판 또는 트레이를 반출하기 위한 적하챔버(unloading chamber)(128) 및 기판(100) 또는 트레이(146)를 공급받기 위한 수납 카세트(129)로 구성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 공정챔버(122)를 도시한 개략도이다. 제 1 공정챔버(122)은 반응공간을 제공하는 하우징(130), 하우징(130)의 내부에 설치되는 기판안치대(132), 하우징(130)의 상부에 설치되는 상부리드(134)와 이격되어 설치되는 가스분배판(136), 상부리드(134)를 관통하여 가스분배판(136)에 공정가스를 공급하는 가스공급관(138), 및 반응공간의 잔류가스를 배기 및 진공를 유지시키기 위한 배기구(140)를 포함한다. 기판안치대(132)와 가스분배판(136)은 모두 아노다이징 처리된 알루미늄 재질로 제조하는 것이 바람직하다.
가스분배판(136)과 전기적으로 연결된 상부리드(134)는 접지시키고, 기판안치대(132)는 RF 전력을 공급하는 RF 전원(142)에 연결한다. RF 전원(142)과 기판안치대(132)의 사이에는 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합기(144)를 설치한다. 제 1 공정챔버(122)에서 조면화 공정을 수행하기 위하여, 기판(100)을 반입하여 기판안치대(132) 상에 안치하여야 한다. 이때, 기판(100)을 직접 기판안치대(132) 상에 안치시킬 수 있으나, 생산성을 높이기 위하여, 도 6과 같이, 다수의 기판(100)이 적치된 트레이(tray)(146)를 안치할 수 있다. 트레이(146)는 필요에 따라 10 내지 200 개의 기판(100)을 적치할 수 있다.
도 5와 같은, 태양전지를 제조하기 위한 시스템에 있어서, 공급 카세트(119)와 적재챔버(120) 사이의 제 1 슬롯밸브(150), 적재챔버(120)과 제 1 공정챔버(122) 사이의 제 2 슬롯밸브(152), 제 1 공정챔버(122)와 제 2 공정챔버(124) 사 이의 제 3 슬롯밸브(154), 제 2 공정챔버(124)와 제 3 공정챔버(126) 사이의 제 4 슬롯밸브(156), 제 3 공정챔버(126)과 적하챔버(128) 사이의 제 5 슬롯밸브(158), 및 적하챔버(128)과 수납 카세트(129) 사이의 제 6 슬롯밸브(160)가 설치된다.
다수의 기판(100) 또는 트레이(146)가 적재된 공급 카세트(119)로부터 하나의 기판(100) 또는 트레이(146)가 제 1 슬롯밸브(150)를 통하여, 대기압 상태의 적재챔버(120)에 공급되고, 적재챔버(120)는 제 1 공정챔버(122)와 동일한 진공으로 배기된 후에, 제 2 슬롯밸브(152)를 통하여 기판(100) 또는 트레이(146)가 제 1 공정챔버(122)로 공급되고, 제 1 공정챔버(122)에서 조면화 공정을 수행한다.
제 1 공정챔버(122)에서 조면화 공정을 완료한 후에, 제 3 슬롯밸브(154)를 통하여 제 1 공정챔버(122)의 기판(100) 또는 트레이(146)이 제 2 공정챔버(124)로 이송되고, 제 2 공정챔버(124)에서 절연막(102)을 형성하기 위한 온도로 기판(100)을 승온시키는 가열공정을 진행한 후에, 제 4 슬롯밸브(156)를 통하여, 기판(100) 또는 트레이(146)는 제 3 공정챔버(126)로 이송된다. 제 3 공정챔버(126)에서 인(phosphorus)을 함유한 실리콘질화막을 형성하고, 실리콘질화막의 인을 기판(100)으로 확산시켜 N 형의 불순물영역(104)을 형성한 후에, 기판(100) 및 트레이(146)를 제 5 슬롯밸브(158)를 통하여 진공상태의 적하챔버(128)로 이송시킨다. 적하챔버(128)를 대기압으로 만든 후에, 제 6 슬롯밸브(160)를 통하여 기판(100) 또는 트레이(146)를 수납 카세트(129)로 이송시킨다.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 태양전지를 제조하기 위한 시스템은 기판(100)이 적재챔버(120)에 인입되어 조면화 공정, 절연막(102)의 형성, 및 불순물 확산 공정을 진행한 후 적하챔버(128)로부터 수납 카세트(129)로 이송될 때까지 진공이 단절되지 않고 공정을 진행하기 때문에, 기판(100)과 절연막(102)의 계면특성을 저하되는 것을 방지할 수 있다. 조면화 공정 후에 기판(100)이 대기 중에 노출되면, 기판(100)의 산화에 의해, 기판(100)과 절연막(102) 사이의 계면특성이 저하될 수 있다. 또한, 적재챔버(120), 제 1 내지 제 3 공정챔버(122, 124, 126) 및 적하챔버(128)를 연속적으로 배치함으로써, 풋프린트(footprint)를 감소시켜 생산성을 개선할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술의 태양전지를 제조하기 위한 공정 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 도시한 공정 순서도
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 도시한 공정 단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 시스템의 모식도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 공정챔버를 도시한 개략도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 트레이의 사시도
Claims (14)
- 제 1 도전형의 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 제 2 도전형의 불순물을 함유한 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막의 상기 제 2 도전형의 불순물을 상기 기판으로 확산시켜 제 2 도전형의 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 기판의 전면에 제1금속패턴을 형성하고 상기 기판의 후면에 제2금속패턴을 형성하는 단계;열을 가하여 상기 제1금속패턴을 상기 절연막으로 침투시켜 전면전극을 형성하고, 상기 제2금속패턴을 소결시켜 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막을 형성하는 단계 전에, 상기 기판의 표면을 요철의 조면으로 가공하는 조면화 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 조면화 공정을 수행하는 단계 후에,상기 제 2 도전형의 불순물 도입하여, 상기 제 2 도전형의 불순물을 상기 기판의 표면에 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도전형의 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 및 인듐(In) 중 하나를 선택하여 사용하고, 상기 제 2 도전형은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 납(Pb) 중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막은 인(P)을 함유한 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 실리콘질화막은 실리콘을 포함한 소스가스, 질소를 포함한 반응가스, 및 상기 인(P)의 소스가스로써, 각각 SiH4, NH3 및 PH3을 공급하고 PECVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 실리콘질화막은 700 내지 1000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 도전형의 불순물 영역은 800 내지 1000도의 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 도전형의 기판;상기 기판 상에 형성된 제 2 도전형의 불순물을 함유한 절연막;상기 절연막 하부의 상기 기판에 형성된 제 2 도전형의 불순물 영역;상기 기판의 전면에 구비되며, 열처리에 의해 상기 절연막을 침투하여 상기 불순물 영역과 접촉하도록 구비되는 전면전극;상기 기판의 후면에서, 상기 기판과 접촉하는 후면전극; 및상기 기판과 상기 후면전극 사이에는 상기 후면전극의 재질의 농도가 상기 기판보다 높은 P+확산영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,상기 절연막은 인(P)을 함유한 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 도전형의 불순물 영역은, 상기 절연막과 대응되는 상기 기판의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 삭제
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