KR101631711B1 - 확산용 인 페이스트 및 그것을 이용한 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

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나오키 이시카와
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Abstract

본 발명은 스크린 인쇄에 의해 기판에 확산용 인 페이스트를 연속 인쇄할 때에 사용하는 확산용 인 페이스트에 있어서, 주위의 습도에 의한 점도에의 영향이 적으며, 연속 인쇄 횟수를 거듭하여도 증점의 우려가 없는 확산용 인 페이스트를 제공하는 것을 과제로 한다.
기판에 확산층을 형성하기 위해 스크린 인쇄에 의해 기판 상에 도포되는 확산용 인 페이스트로서, 상기 확산용 인 페이스트는, 확산층의 도펀트가 되는 인을 함유하는 도핑제와, 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제(thixotropic agent)와, 유기 용제로 이루어지는 것이며, 도핑제는 유기 인 화합물인 확산용 인 페이스트.

Description

확산용 인 페이스트 및 그것을 이용한 태양 전지의 제조 방법{PHOSPHORUS PASTE FOR DIFFUSION AND METHOD FOR PREPARING SOLAR CELL BY USING THE SAME}
본 발명은 반도체 기판에 확산층을 형성할 때에 스크린 인쇄로 기판 상에 도포되는 확산용 인 페이스트에 관한 것이며, 또한, 상기 확산용 인 페이스트를 사용하여 태양 전지용의 기판에 확산층을 형성하는 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 민간용의 태양 전지를 제조하는 데 있어서, 그 제조 비용의 저감이 중요 과제이며, 일반적으로는 이하와 같은 공정으로 태양 전지를 제조하는 방법이 널리 채용되고 있다. 그 상세는 예컨대 다음과 같다.
우선, 쵸크랄스키(CZ)법에 따라 제작한 단결정 실리콘 잉곳이나 캐스트법에 따라 제작한 다결정 실리콘 잉곳을 멀티와이어법으로 슬라이스함으로써 얻어진 p형 실리콘 기판을 준비한다. 다음에, 알칼리 용액으로 기판 표면의 슬라이스에 의한 손상을 제거한 후, 최대 높이 10 ㎛ 정도의 미세 요철(텍스쳐)을 수광면(受光面)과 이면의 양면에 형성한다. 계속해서, 여러 가지 방법에 따라 기판에 도펀트를 열확 산시켜 n형 확산층을 형성한다. 또한 수광면에는 TiO2 또는 SiN을, 예컨대, 70 ㎚ 정도의 막 두께로 퇴적시켜, 반사 방지막을 형성한다. 다음에 알루미늄을 주성분으로 하는 이면 전극용 페이스트를 이면 전면에 걸쳐 인쇄하고, 소성함으로써 이면 전극을 형성한다. 한편, 수광면 전극은, 은을 주성분으로 하는 수광면 전극용 페이스트를 예컨대 폭 100 ㎛∼200 ㎛ 정도의 빗형상으로 인쇄, 소성함으로써 형성한다.
이러한 방법은, 디바이스를 구성하는 데 있어서 필요한 최소의 공정수로 되어 있음에도 불구하고, 에너지 변환 효율 등 태양 전지의 특성을 높이는 여러 가지 효과를 부여하고 있는 점에서 우수한 방법이다. 예컨대, 기판에 확산층을 형성할 때의 도펀트의 열확산은 겟터링 작용에 의해 벌크 내의 소수 캐리어의 확산 길이를 개선하는 기능이 있다. 또한, 이면 전극을 형성할 때, 이면에 인쇄한 알루미늄의 소성은 전극을 형성함과 동시에 이면에 전계층(BSF: Back Surface Field) 효과가 있는 p+ 고농도층을 형성할 수 있다. 또한, 반사 방지막은 광학적 효과(반사율 저감)와 함께 실리콘 표면 근방에서 발생하는 캐리어의 재결합 속도를 저감하는 기능이 있다.
이러한 필요한 최소 공정수와 몇가지의 유용한 효과에 의해, 민간용 태양 전지는 이전보다 저비용화가 도모되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 우수한 방법에서도, 예컨대 실리콘 단결정 기판을 이용한 태양 전지의 변환 효율은 16％ 정도에서 한계점에 이르며, 변환 효율의 큰 개선은 이 이상 기대할 수 없었다. 이 것도, 수광면 전극의 컨택트 저항을 충분히 낮게 하기 위해서 확산층의 인 등의 도펀트의 표면 농도를 2.0×1020㎝-2∼3.0×1020㎝-2 정도로 함에 따른 것이다. 기판의 표면이 이 정도의 고농도가 되면 표면 준위가 매우 높아지기 때문에, 수광면 근방에서의 캐리어 재결합이 촉진되며, 단락 전류, 개방 전압이 제한되고, 변환 효율이 한계점에 이르게 된다.
그래서, 수광면측에 형성하는 확산층의 표면 농도를 저감함으로써 변환 효율을 개선하는 방법이 제안되어 있다. 예컨대, 이 방법에 따른 발명은 특허문헌 1에서 공지로 되어 있다. 이 문헌에 따르면 확산층의 표면 농도가 1.O×1020㎝-2 정도 혹은 그 이하에서도, 저오믹 접촉을 형성할 수 있다. 이는, 전극용 페이스트에 포함되는 은 필러의 주위에 도펀트를 포함하는 화합물을 첨가해 두는 것에 의한 것으로, 이같이 하여, 전극 소성 시, 도펀트가 전극 직하에 고농도층을 형성한다.
그런데, 이와 같이 전극용 페이스트에 포함되는 은 필러의 둘레에 도펀트를 포함하는 화합물을 첨가하는 방법에서는, 안정적으로 확산층과 전극의 컨택트를 형성할 수 없기 때문에, 필 팩터(fill factor)가 낮으며, 또한, 신뢰성이 낮은 태양 전지가 되어 버린다고 하는 문제가 있다.
또한, 전극 직하에만 도펀트를 고농도로 포함하는 고농도 확산층(에미터층)을 형성하며, 수광면의 다른 부분의 확산층의 표면 농도를 낮추는 것, 즉 2단 에미터를 형성함으로써 변환 효율을 향상시키는 방법으로서, 예컨대 「광전 변환 장치 및 그 제조 방법」이, 특허문헌 2에서 공지로 되어 있다. 이 방법은 특허문헌 3 및 특허문헌 4에서 공지로 되어 있는 매립형 전극 태양 전지의 전극 형성 방법을, 전해 도금법에서 스크린 인쇄법으로 변경한 것이다. 이에 따라, 제조 관리를 용이하게 하며, 아울러 제조 비용도 저감하는 것이 가능하다고 되어 있다.
그러나, 특허문헌 2와 같은 매립형 전극 태양 전지의 제조 방법에서 2단 에미터를 얻기 위해서는, n형 확산층을 형성하는 열처리를 행한 후, 고농도 n형 확산층을 형성하는 열처리를 행하기 때문에, 최저 2회의 도펀트의 열확산을 행할 필요가 있으며, 공정이 번잡하게 되어 제조 비용의 증가를 초래한다.
또한 별도의 2단 에미터를 형성함으로써 변환 효율을 향상시키는 방법으로서는, 예컨대 「태양 전지의 제조 방법」(특허문헌 5)이 공지로 되어 있다. 이 문헌에서는, 잉크제트 방식에 따라 복수의 종류의 도포제의 분할 도포를 동시에 행하며, 도펀트 농도나 도펀트 종류가 다른 영역을 간단한 공정으로 제조하는 것을 제안하고 있다.
그러나, 이러한 잉크제트 방식에서, 도펀트로서 인산 등을 이용하면 부식 대책이 필요하여, 장치가 복잡하게 될 뿐만 아니라, 그 관리도 번잡하게 된다. 또한, 도펀트 농도나 종류가 다른 도포제를 잉크제트로 분할 도포하여도, 1회의 열처리로 확산시키면, 오토 도핑에 의해 원하는 농도차를 얻을 수 없게 되어 버린다.
또한, 전극 직하에만 고농도 확산층을 형성하며, 수광면의 다른 부분의 확산층의 표면 농도를 낮춤으로써 변환 효율을 향상시키는 별도의 방법으로서는, 예컨대 「태양 전지의 제조 방법」(특허문헌 6)이 공지로 되어 있다.
그러나, 이 특허문헌 6에 따른 방법에서는, 저농도 확산층과 고농도 확산층 을 형성하기 위한 확산 열처리를 2회 시행할 필요가 있어, 간편하지 않다. 그렇다고 열처리를 1회로 하면, 오토 도핑에 의해 수광면의 전극 직하 이외의 부분도 도펀트가 고농도가 되며, 고변환 효율을 나타내지 않게 된다.
그래서, 특허문헌 9에서는, p형 기판 상에 인산을 함유한 제1 도포제와, 5산화2인을 포함하는 제2 도포제를 동시에 스크린 인쇄에 의해 도포하여 열확산시켜, 고농도 확산층과 저농도 확산층을 동시에 형성하는 방법이 제안되어 있다.
이에 따라, 확산 마스크 형성 등, 번잡했던 2단 에미터의 형성이 매우 간편하게 되며, 결과적으로 제조 비용이 저감한다. 또한, 고농도 확산층에서는 충분한 표면 농도가 유지되기 때문에, 용이하게 저오믹 접촉을 형성할 수 있으며, 제조 수율을 높은 수준으로 유지하면서 고성능의 태양 전지를 제조할 수 있다.
이와 같이, 2단 에미터를 구축하는 데 있어서, 스크린 인쇄법을 이용하는 이점은, 임의의 패턴 형성이 용이하며, 기판의 표면에 도펀트 농도가 높은 확산제를 1회의 인쇄로 균일한 막 두께로 도포할 수 있고, 또한 그 후의 열처리에서 고농도의 인 유리층에 의해 도펀트의 확산을 효율적으로 행할 수 있는 것이다. 또한, 단시간의 인쇄 처리·열처리에 의해 고농도 확산층을 형성할 수 있는 것도 이점이 된다.
이와 같이 확산층을 형성하기 위한 확산용 페이스트의 도포법은, 특허문헌 9와 같이, 스크린 인쇄법에 따른 방법도 있지만, 스핀 도포법을 이용할 수도 있다. 스핀 도포법은 표면에 균일한 막 두께를 형성하는 데 적합하지만, 스핀 시에 재료의 대부분을 비산시켜 버리기 때문에 낭비가 많다. 스핀 도포용의 확산용 도포액으 로서는, 특허문헌 7의 인 확산용 도포액이나 특허문헌 8의 붕소 확산용 도포액 등이 있다.
이러한 스핀 도포법에 대하여, 특허문헌 9와 같이 스크린 인쇄법은 재료를 낭비하는 일 없이, 단시간의 인쇄 처리로 대부분의 확산제를 기판의 표면에 적층시킬 수 있다.
그러나, 특허문헌 7에도 기재되어 있는 바와 같이, 일반적으로 확산용의 도포제는 인 화합물, 수용성 고분자 화합물, 물을 함유하는 수용성 인 페이스트가 이용되고 있으며, 이 수용성 인 페이스트의 점도는 습도 등에 의한 주위의 환경의 변화를 받기 쉽다. 게다가, 연속 인쇄를 행하면, 점도가 조정된 수용성 인 페이스트를 사용하여도, 인쇄 횟수를 거듭할 때마다 탈습에 의해 증점하여 버리며, 결과로서 스크린 메쉬가 막혀, 수용성 인 페이스트에서는 장시간·다수회의 연속 인쇄성이 불안정하였다.
[특허문헌 1] 미국 특허 제6180869호 명세서
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-273826호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 평성 제8-37318호 공보
[특허문헌 4] 일본 특허 공개 평성 제8-l91152호 공보
[특허문헌 5] 일본 특허 공개 제2004-221149호 공보
[특허문헌 6] 일본 특허 공개 제2004-281569호 공보
[특허문헌 7] 일본 특허 공개 제2007-53353호 공보
[특허문헌 8] 일본 특허 공개 제2007-35719호 공보
[특허문헌 9] 일본 특허 공개 제2006-310373호 공보
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 스크린 인쇄에 의해 기판에 확산용 인 페이스트를 연속 인쇄할 때에 사용하는 확산용 인 페이스트에 있어서, 주위의 습도에 의한 점도에의 영향이 적으며, 연속 인쇄 횟수를 거듭하여도 증점의 우려가 없는 확산용 인 페이스트를 제공하고, 또한 이 확산용 인 페이스트를 이용한 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 기판에 확산층을 형성하기 위해 스크린 인쇄에 의해 기판 상에 도포되는 확산용 인 페이스트로서, 상기 확산용 인 페이스트는 적어도, 상기 확산층의 도펀트가 되는 인을 함유하는 도핑제와, 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제와, 유기 용제로 이루어지는 것이며, 상기 도핑제는 유기 인 화합물인 것을 특징으로 하는 확산용 인 페이스트를 제공한다(청구항 1).
이와 같이, 확산용 인 페이스트가, 유기 인 화합물인 도핑제와, 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제와, 유기 용제로 이루어지는 유기성의 확산용 인 페이스트임으로써, 주위의 습도에 의해 점도에의 영향이 없는 확산용 인 페이스트로 할 수 있다. 그 때문에, 확산층의 소망 패턴이 세선(細線) 패턴이어도, 연속 인쇄 횟수에 의한 페이스트의 증점이 억제된 것이기 때문에, 스크린 제판에 깔린 메쉬의 막힘이 생기기 어려우며, 연속적인 스크린 인쇄에 이용함으로써, 1장의 제판에서의 기판에의 연속 인쇄 가능 횟수를 대폭으로 늘릴 수 있다. 또한, 스크린 메쉬의 막힘이 생기기 어렵기 때문에, 기판 상에 도포된 확산용 인 페이스트는, 소망 확산층 패턴과 비교하여 결함이 적은 것으로 할 수 있다.
또한, 확산용 인 페이스트가 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제를 포함하기 때문에, 간단히 틱소성을 제어할 수 있으며, 이러한 틱소성이 제어된 확산용 인 페이스트는, 인쇄 시의 페이스트의 소망 패턴으로부터의 번짐을 억제할 수 있다.
특히, 유기 바인더를 포함함으로써, 스크린 제판에서의 메쉬 개구부로부터의 빠짐성이 양호한 것으로 할 수 있으며, 고형분을 함유함으로써, 상기 고형분의 함유량을 조정하면 확산용 인 페이스트 인쇄 후의 건조에서의 막 두께의 감소, 소성에서의 수축을 간단히 조정할 수 있다.
이 경우, 상기 유기 인 화합물은 인산기를 갖는 고분자 모노머 및/또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체인 것이 바람직하다(청구항 2).
이와 같이, 도핑제인 유기 인 화합물이 인산기를 갖는 고분자 모노머 및/또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체임으로써, 인산기의 인이, 형성하는 확산층의 도펀트원이 될 뿐만 아니라, 인산기를 갖는 고분자 모노머 및/또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체는 시판품을 이용할 수 있어, 재료를 간단히 입수할 수 있다.
또한, 상기 고형분은 입자형 실리카인 것이 바람직하며(청구항 3), 상기 유 기 바인더는 폴리초산비닐인 것이 바람직하다(청구항 4).
이와 같이, 틱소제의 고형분이 입자형 실리카, 유기 바인더가 폴리초산비닐임으로써, 입자형 실리카는 페이스트 인쇄 후의 건조에서의 막 두께의 감소, 소성에서의 수축을 억제하기 쉬우며, 폴리초산비닐은 메쉬 개구부로부터의 빠짐성을 제어하기 쉽다.
그리고, 상기 유기 용제는 비점이 100℃ 이상의 고비점 용제인 것이 바람직하다(청구항 5).
이와 같이, 확산용 인 페이스트에 포함되는 유기 용제로서, 그 비점이 100℃ 이상의 고비점 용제를 사용한 것임으로써, 통상의 인쇄 환경에서 용제의 휘발에 의한 조성 변화가 없으며, 안정된 인쇄가 가능한 페이스트로 할 수 있다.
또한, 상기 확산용 인 페이스트는 규소알콕시드를 더 포함하는 것으로 할 수 있다(청구항 6).
이와 같이, 확산용 인 페이스트가 규소알콕시드를 포함함으로써, 규소알콕시드는, 도핑제의 유기 인 화합물과, 고형분의 입자형 실리카의 링커(linker)가 되며, 확산 열처리에서, 인 성분과 실리카의 소결을 촉진하는 효과가 있기 때문에, 인의 외측 확산을 더 방지할 수 있다. 또한, 규소알콕시드는 원료가 저렴하며 입수하기 쉬운 점에서 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 확산용 인 페이스트를 이용하여, 스크린 인쇄에 의해 상기 확산용 인 페이스트를 기판에 도포하고, 상기 기판에 열처리를 시행하여 확산층을 형성하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다(청구항 7).
이와 같이, 상기 확산용 인 페이스트를 사용하여 태양 전지를 제조함으로써, 상기 확산용 인 페이스트는 연속 인쇄의 횟수를 종래보다도 대폭으로 개선하는 것이 가능하기 때문에, 수율이 좋으며 고품질의 태양 전지를 제조할 수 있고, 그 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있다. 또한, 상기 유기성의 확산용 인 페이스트를 사용하면, 예컨대 고농도 확산층과 저농도 확산층을 1번의 확산 열처리로 행하는 것이 가능하며, 번잡한 절차로 되지 않고, 간단한 공정으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 확산용 인 페이스트는, 주위의 습도에 의한 점도에의 영향이 적으며, 연속 인쇄 횟수를 거듭하여도 증점의 우려가 없는 확산용 인 페이스트이다.
또한, 본 발명의 확산용 인 페이스트를 사용하여 태양 전지를 제조함으로써, 간단한 절차로 수율이 좋으며 고품질인 태양 전지를 제조할 수 있고, 연속 인쇄에 이용하는 제판의 사용 횟수를 늘릴 수 있기 때문에, 그 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 사용되어 온 스크린 인쇄에서 사용되는 수용성의 확산용 인 페이스트는, 그 점도가 습도에 의한 주위의 환경에 영향을 받기 쉬우며, 점도를 소망 점도로 제어하기 어렵기 때문에, 연속 인쇄의 안정성이 부족하게 되고, 그에 따른 인쇄의 불균일성에 의해 정밀한 반도체 디바이스를 구축할 수 없었다. 또한, 종래의 수용성의 확산용 인 페이스트는 물을 함유하기 때문에, 연속 인 쇄 횟수를 거듭할 때마다 탈습에 의해 증점하여 버려, 이른 단계에서 스크린 메쉬에 막힘이 생기고 있었다. 이와 같이 메쉬에 막힘이 생기면, 인쇄 패턴에 결함이 많아져 인쇄 불능하게 되기 때문에, 스크린 제판의 메쉬에 막힌 수용성의 확산용 인 페이스트를 빈번히 클린 업해야 한다. 그러나, 클린 업을 하기 위해서는, 고화한 수용성의 확산용 인 페이스트를 분해하기 위한 세정액을 사용하기 때문에, 이것이 대량으로 폐액이 되어, 환경으로의 부하의 증대와 함께 제조 수율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하도록, 본 발명자들은 예의 연구를 중첩한 결과, 확산용 인 페이스트의 스크린 인쇄에서, 1장의 스크린 제판으로 연속 인쇄의 횟수를 대폭으로 개선하기 위해서는, 증점에 의한 메쉬의 막힘이 생기기 쉬운 종래의 수용성의 확산용 인 페이스트를 사용하는 것이 아니라, 도핑제로서 유기 인 화합물을 이용하여 유기성의 확산용 인 페이스트로 함으로써, 스크린 인쇄에 사용할 수 있으며, 점도가 습도에 의한 주위의 환경에 영향을 받지 않아 소망 점도로 제어하기 쉽고, 연속 인쇄의 안정성이 우수한 신규의 확산용 인 페이스트가 되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
우선, 본 발명의 유기성의 확산용 인 페이스트의 일 실시형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 확산용 인 페이스트는 기판에 확산층을 형성하기 위해 스크린 인 쇄에 의해 기판 상에 도포될 때에 사용되는 확산용 인 페이스트로서, 적어도, 확산층의 도펀트가 되는 인을 함유하는 도핑제와, 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제와, 유기 용제로 이루어지는 것이다.
특히 본 발명에서는, 확산용 인 페이스트로서 도펀트가 되는 인을 함유하는 도핑제는 유기 인 화합물이다.
이와 같이, 스크린 인쇄에서 사용되는 확산용 인 페이스트가, 수용성이 아니라, 유기성의 확산용 인 페이스트임으로써, 주위의 습도에 의해 점도에의 영향이 없는 확산용 인 페이스트로 할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 유기성의 확산용 인 페이스트를 연속적인 스크린 인쇄에 이용함으로써, 확산층의 소망 패턴이 세선 패턴이어도, 연속 인쇄 횟수에 의해 페이스트의 증점이 억제된 것이기 때문에, 스크린 제판에 깔린 메쉬의 막힘이 생기기 어려우며, 1장의 제판으로의 기판에의 연속 인쇄 가능 횟수를 대폭으로 늘릴 수 있다. 또한, 스크린 메쉬의 막힘이 생기기 어렵기 때문에, 기판 상에 도포된 확산용 인 페이스트는, 소망 확산층 패턴과 비교하여 결함이 적은 것으로 할 수 있다.
또한, 연속 인쇄 가능 횟수가 대폭으로 개선되기 때문에, 스크린 제판의 세정의 횟수가 줄어들며, 디바이스 제조에서의 수율 향상 및 비용 삭감으로 이어진다.
또한, 확산용 인 페이스트가 유기 바인더 및 고형분을 함유하는 틱소제를 포함하기 때문에, 간단히 틱소성을 제어할 수 있으며, 이러한 틱소성이 제어된 확산용 인 페이스트는, 인쇄 시의 페이스트의 소망 패턴으로부터의 번짐을 억제할 수 있다.
특히, 유기 바인더를 포함함으로써, 스크린 제판에서의 메쉬 개구부로부터의 빠짐성이 양호한 것으로 할 수 있으며, 고형분을 함유함으로써, 상기 고형분의 함유량을 조정하면 확산용 인 페이스트 인쇄 후의 건조에서의 막 두께의 감소, 소성에서의 수축을 간단히 조정할 수 있다.
유기성의 확산용 인 페이스트의 도핑제를 구성하는 유기 인 화합물은, 인산기를 갖는 고분자 모노머 및/또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체인 것이 바람직하다. 인산기를 갖는 고분자 모노머의 구체예는, 애시드포스포옥시에틸메타크릴레이트이다.
이에 따라, 인산기의 인이, 형성하는 확산층의 도펀트원이 될 뿐만 아니라, 인산기를 갖는 고분자 모노머 및/또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체는 시판품을 이용할 수 있어, 재료를 간단히 입수할 수 있다.
또한, 유기 인 화합물의 구체예로서는, 하기의 시판품을 들 수 있다.
(A) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OH)2
n=1(애시드포스포옥시에틸메타크릴레이트)
유니케미컬(주); 포스머 M, 니혼카야쿠(주); 카야마 PM-1, 쿄에샤유시(주); 라이트에스테르 P-M, 신나카무라카가쿠(주); NK 에스테르 SA
n=2
유니케미컬(주); 포스머 PE2
n=4∼5(애시드포스포옥시폴리옥시에틸렌글리콜모노메타크릴레이트)
유니케미컬(주); 포스머 PE
n=8
유니케미컬(주); 포스머 PE8
(B) [CH2=C(CH3)COO(C2H4O)n]mP=O(OH)3-m
n=1, m=1과 2의 혼합물
다이하치카가쿠(주); MR-200
(C) CH2=CHCOO(C2H4O)nP=O(OH)2
n=1
유니케미컬(주); 포스머 A, 쿄에샤유시(주); 라이트에스테르 P-A
(D) [CH2=CHCOO(C2H4O)n]mP=O(OH)3-m
n=1, m=1과 2의 혼합물
다이하치카가쿠(주); AR-200
(E) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OC4H9)2
n=1
다이하치카가쿠(주); MR-204
(F) CH2=CHCOO(C2H4O)nP=O(OC4H9)2
n=1
다이하치카가쿠(주); AR-204
(G) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OC8H17)2
n=1
다이하치카가쿠(주); MR-208
(H) CH2=CHCOO(C2H4O)nP=O(OC8H17)2
n=1
다이하치카가쿠(주); AR-208
(I) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OH)(ONH3C2H4OH)
n=1
유니케미컬(주); 포스머 MH
(J) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OH)(ONH(CH3)2C2H4OCOC(CH3)=CH2)
n=1
유니케미컬(주); 포스머 DM
(K) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(OH)(ONH(C2H5)2C2H4OCOC(CH3)=CH2)
n=1
유니케미컬(주); 포스머 DE
(L) CH2=CHCOO(C2H4O)nP=O(O-ph)2(ph: 벤젠 고리를 나타냄)
n=1
다이하치카가쿠(주); AR-260
(M) CH2=C(CH3)COO(C2H4O)nP=O(O-ph)2(ph: 벤젠 고리를 나타냄)
n=1
다이하치카가쿠(주); MR-260
(N) [CH2=CHCOO(C2H4O)n]2P=O(OC4H9)
n=1
다이하치카가쿠(주); PS-A4
(O) [CH2=C(CH3)COO(C2H4O)n]2P=O(OH)
n=1
다이하치카가쿠(주); MR-200, 니혼카야쿠(주); 카야마 PM-2, 니혼카야쿠(주); 카야마 PM-21
(P) [CH2=CHCOO(C2H4O)n]3P=O
n=1
오사카유키(주); 비스코트 3PA
이들 유기 인 화합물은 일반적인 아크릴계 모노머와 마찬가지로, 아크릴산 또는 메타크릴산과 인산화합물에 의한 탈수 반응 또는 에스테르 교환에 의해 합성할 수 있다. 또한, 유기 인 화합물은 몇가지의 화합물을 임의의 비로 혼합하여 이용하여도 좋다. 식 중 에틸렌옥사이드의 쇄(鎖) 길이 n의 수는, 합성 상 n수가 커짐에 따라 순물질을 합성하는 것이 곤란하다. 구체적인 수로서는, n=0, 1, 2, 약 4 ∼5, 약 5∼6, 약 7∼9, 약 14, 약 23, 약 40, 약 50이지만, 이들에 한정되는 것이 아니다.
상기 이외의 유기 인 화합물이어도, 어느 것이라도 인 소스로서 사용 가능하다.
이 도핑제의 유기 인 화합물은, 전체 페이스트의 중량에 대하여 인의 함유량이 3％∼10％인 것이 바람직하며, 또한 4％∼7％인 것이 보다 바람직하다.
이러한 범위가 바람직한 이유는, 금속 전극과의 오믹 접촉이 보다 양호해지며, 태양 전지의 변환 효율이 저하할 우려가 없고, 또한, 아웃 디퓨젼(외측 확산)에 의한 저농도 확산층의 시트 저항의 저하가 적으며, 준위 증가에 따른 단락 전류 저하와 함께 변환 효율을 저하시켜 버릴 우려도 없기 때문이다.
본 실시형태에서 틱소제를 구성하는 고형분은, 특히 한정되지 않지만, 입자형 실리카인 것이 바람직하다. 고형분이 입자형 실리카임으로써, 페이스트 인쇄 후의 건조에서의 막 두께의 감소, 소성에서의 수축을 억제하기 쉬워진다.
틱소제 중 고형분의 입자형 실리카는 확산용 인 페이스트 100 질량부 중 5 질량부∼15 질량부 함유한 것인 것이 바람직하다.
또한, 페이스트 중의 고형분의 비율을 10 질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 확산 페이스트 인쇄 후의 건조에서의 막 두께의 감소, 소성에서의 수축을 억제할 수 있어, 막 두께가 두꺼운 인 유리층을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서 틱소제를 구성하는 유기 바인더는, 확산용 인 페이스트 100 질량부에 대하여 5 질량부∼20 질량부 함유한 것인 것이 바람직하다. 이에 따라, 인쇄에 적절한 점도 특성을 갖는 확산용 인 페이스트를 얻을 수 있다.
또한, 유기 바인더의 중합도는 200∼2000인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 400∼800이다.
유기 바인더의 구체예로서는, 피막성(피막성이란, 화합물을 용매에 용해한 후, 건조시켰을 때에, 균일한 막을 형성하는 성질을 가리킴)을 갖는 선형 유기 폴리머를 들 수 있다.
이러한 선형 유기 폴리머의 예로서는, 아크릴 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, 메타크릴 수지, 폴리스티렌계 수지, 노볼락형페놀계 수지, 폴리에스테르 수지, 합성 고무, 천연 고무를 들 수 있다.
구체예로서는, 아라비아 고무, 카제인, 젤라틴, 전분 유도체, 카르복시메틸셀룰로오스 및 그 나트륨염, 셀룰로오스아세테이트, 알긴산나트륨, 초산비닐-말레산코폴리머류, 스티렌-말레산코폴리머류, 폴리아크릴산류 및 이들의 염, 폴리메타크릴산류 및 이들의 염, 히드록시에틸메타크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 히드록시에틸아크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 히드록시프로필메타크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 히드록시프로필아크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 히드록시메타크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 히드록시부틸아크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머, 폴리에틸렌글리콜류, 히드록시프로필렌폴리머류, 폴리비닐알코올류, 가수 분해도가 60 질량％ 이상, 바람직하게는 80 질량％ 이상인 가수 분해 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐포르말, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐피롤리 돈, 아크릴아미드의 호모폴리머 및 코폴리머, 메타크릴아미드의 호모폴리머 및 코폴리머, N-메틸올아크릴아미드의 호모폴리머 및 코폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 알코올가용성나일론, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판과 에피클로로히드린의 폴리에테르 등을 들 수 있다.
유기 바인더는 단독으로 이용하여도, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 좋지만, 유기 인 화합물과 유기 용제에 상용성이 있는 것이 조건이 된다.
본 실시형태에서 틱소제는, 고형분인 미립자 실리카 및 유기 바인더에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 조합인 것이 바람직하다. 이에 따라, 고전단 응력 발생 시와 저전단 응력 발생 시에서의 페이스트 점도의 비를 크게할 수 있다.
특히 본 실시형태의 유기 바인더는, 폴리초산비닐인 것이 바람직하다. 폴리초산비닐은 메쉬 개구부로부터의 빠짐성을 제어하기 쉽기 때문이다.
또한, 유기 바인더가 폴리초산비닐인 경우, 확산용 인 페이스트 100 질량％에 대하여, 폴리초산비닐은 5 질량％∼30 질량％ 함유하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 스크린 개구부로부터의 빠짐성이 양호하며, 인쇄 패턴의 번짐을 억제할 수 있고, 레벨링성이 양호한 페이스트를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 유기 용제는, 확산용 인 페이스트 100 질량부에 대하여 30 질량부∼60 질량부 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 유기 용제의 비점은 100℃ 이상의 고비점 용제인 것이 바람직하다. 확산용 인 페이스트에 포함되는 유기 용제로서, 그 비점이 100℃ 이상의 고비점 용제를 사용함으로써, 용제의 휘발이 억제되어 페이스트의 조성 변화가 적어지며, 안정된 인쇄를 하는 것이 가능하게 된다.
특히, 적합한 유기 용제의 구체예를 들면, 고비점 용제로서 TPM(Isobutylic Acid 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl Ester)을 이용할 수 있다.
그러나, 고비점 용제로서 사용 가능한 화합물은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 지방족탄화수소계 용제, 카르비톨계 용제, 셀로솔브계 용제, 고급지방산에스테르계 용제, 고급알코올계 용제, 고급지방산계 용제, 방향족탄화수소계 용제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 유동파라핀, 지방족탄화수소계 용제는, 악취가 적기 때문에 적합하게 이용된다.
지방족탄화수소계 용제로서는, 예컨대, 이데미쓰코산 제조 「IP 솔벳(solbet)」, 셸카가쿠샤 제조 「Shellsol D40」(Shellsol은 등록 상표), 「Shellsol D70」, 「Shellsol 70」, 「Shellsol 71」, Exxon사 제조 「Isopar G」, 「Isopar H」, 「Isopar L」, 「Isopar M」, 「Exxol D40」, 「Exxol D80」, 「Exxol D100」,「Exxol D130」(비점: 279℃∼316℃), 「Exxol D140」(비점: 280℃∼320℃), 「Exxol DCS100/140」 등을 들 수 있다.
또한, 카르비톨계 용제로서는 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 부틸카르비톨 등을 들 수 있으며, 셀로솔브계 용제로서는, 에틸셀로솔브, 이소아밀셀로솔브, 헥실셀로솔브 등을 들 수 있다. 또한, 고급지방산에스테르계 용제로서는, 디옥틸프탈레이트, 디부틸호박산이소부틸에스테르, 아디프산이소부틸에스테르, 세바신산디부틸, 세바신산디2에틸헥실 등을 들 수 있으며, 고급알코올계 용제로서는, 메틸헥산올, 올레일알코올, 트리메틸헥산올, 트리메틸부탄올, 테트라메틸노나놀, 2-펜틸노나놀, 2-노닐노나놀, 2-헥실데카놀 등을 들 수 있다. 또한, 고급지방산계 용제로서는, 카 프릴산, 2-에틸헥산산, 올레인산을 들 수 있으며, 방향족탄화수소계 용제로서는, 부틸벤젠, 디에틸벤젠, 디펜틸벤젠, 디이소프로필나프탈렌 등을 들 수 있다.
이들 유기 용제는 단독으로 이용할 수 있지만, 점도의 조정 등, 고형분인 미립자 실리카나 유기 바인더와의 분산성, 텍스쳐를 갖는 실리콘 결정 기판과의 젖음성 등을 조정하기 위해, 적절하게 병용하여 이용할 수 있다. 본 실시형태의 유기성의 확산용 인 페이스트에서는, 유기 바인더인 폴리초산비닐과 상용성이 있는 에스테르계 용제를 병용하여 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 유기성의 확산용 인 페이스트는, 규소알콕시드를 더 포함하는 것으로 할 수 있다. 규소알콕시드는, 도핑제의 유기 인 화합물과, 고형분의 입자형 실리카의 링커가 되며, 확산 열처리에서, 인 성분과 실리카의 소결을 촉진하는 효과가 있기 때문에, 인의 외측 확산을 더 방지할 수 있다. 또한, 규소알콕시드는 원료가 저렴하며 입수하기 쉬운 점에서 바람직하다.
규소알콕시드는 확산용 인 페이스트 100 질량부에 대하여 1 질량부∼20 질량부 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 규소알콕시드로서는, Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4, Si(OC3H7)4, Si(OC4H9)4 등의 규소의 알콕시드 화합물을 이용하는 것이, 원료가 저렴하며 입수하기 쉬운 점에서 바람직하다.
본 실시형태의 유기성의 확산용 인 페이스트는, 또한, 25℃에서, 페이스트의 전단 속도가 20 s-1일 때의 점도가 30 ㎩·s∼100 ㎩·s인 것이 바람직하다. 이에 따라, 고전단 응력 발생 시의 페이스트 점도가 작기 때문에, 스크린 인쇄법에 따라 미세 배선을 형성하는 경우에도, 페이스트에 의한 스크린 메쉬의 막힘이 생기지 않으며, 단선 등의 결함이 없는 배선을 얻을 수 있다.
또한, 25℃에서, 페이스트의 전단 속도가 2 s-1인 저전단 응력 시의 점도는, 전단 속도가 20 s-1일 때의 점도에 대하여, 2배∼5배인 것이 바람직하다. 이에 따라, 스크린 메쉬의 개구부에서, 페이스트가 막히지 않으며, 또한, 인쇄 직후에서의 패턴의 번짐을 억제하고, 고농도 확산층의 형상을 유지할 수 있다.
다음에, 상기 실시형태의 유기성의 확산용 인 페이스트를 이용한 태양 전지의 제조 방법의 실시형태에 대해서, 도 1∼도 3을 참조하면서 이하에 설명한다.
도 1은 제조하는 태양 전지의 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 유기성의 확산용 인 페이스트를 이용한 태양 전지의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 또한, 도 3은 도 2의 흐름의 이미지도이다.
우선, 갈륨 도핑 p형 단결정 실리콘 기판(1)을 준비한다(도 3 좌측 위 참조). 이 실리콘 단결정 기판은 쵸크랄스키(CZ)법 및 플롯존(FZ)법 중 어느 하나의 방법에 따라 제작되어 있어도 상관없다. 기판의 비저항은 예컨대 0.1 Ω·㎝∼20 Ω·㎝가 바람직하며, 특히 0.5 Ω·㎝∼2.0 Ω·㎝인 것이 높은 성능의 태양 전지를 만드는 데 있어서 적합하다.
다음에, 준비한 기판(1)을 수산화나트륨 수용액에 침지하여, 손상층을 에칭으로 제거한다. 이 기판의 손상 제거는, 수산화칼륨 등 강알칼리 수용액을 이용하여도 상관없다. 또한, 불화질산 등의 산수용액으로도 같은 목적을 달성하는 것이 가능하다.
손상 에칭을 행한 기판(1)에 랜덤 텍스쳐를 형성한다.
태양 전지는 통상, 표면에 요철 형상을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 가시광역의 반사율을 저감시키기 위해, 할 수 있는 한 2회 이상의 반사를 수광면에서 행하게 할 필요가 있기 때문이다. 이들 하나 하나의 요철의 사이즈는 1 ㎛∼20 ㎛ 정도면 좋다. 대표적인 표면 요철 구조로서는 V홈, U홈을 들 수 있다. 이들은, 연삭기를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 랜덤인 요철 구조를 만들기 위해서는, 수산화나트륨에 이소프로필알코올을 첨가한 수용액에 침지하여 웨트 에칭하거나, 그 외에는, 산에칭이나 리액티브·이온·에칭 등을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 도 1, 도 3에서는 양면에 형성한 텍스쳐 구조가 미세하기 때문에 생략하고 있다.
다음에, 고농도 확산층(2) 및 저농도 확산층(3)으로 이루어지는 2단 에미터를 형성한다. 고농도 확산층은 상기 유기성의 확산용 인 페이스트(8)를 이용하여, 스크린 인쇄기에 의해 인쇄하여, 베이킹한다(도 3 우측 위 참조). 저농도 확산층은, 5산화2인 및 규소알콕시드를 함유한 스핀 도포용의 확산제(9)를 스핀 도포하여(도 3 좌측 아래 참조), 확산 열처리를 시행함으로써 형성할 수 있다(도 3 우측 아래 참조). 이러한 제조 방법에 따르면, 오믹 접촉을 얻으면서, 전극 이외의 수광면의 표면 재결합 및 에미터 내의 재결합을 억제함으로써, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이 2단 에미터의 형성 방법의 별도의 실시형태로서는, 고농도 확산층 및 저 농도 확산층을 함께 스크린 인쇄에 의해 도포하는 방법이다.
구체적으로는, p형의 반도체 기판에 고농도 확산층을 형성하기 위한 유기성의 확산용 인 페이스트를 복수의 라인 혹은 도트 패턴으로 인쇄하고, 다음에 저농도 확산층을 형성하기 위한 유기성의 확산용 인 페이스트를, 상기 반도체 기판(1) 상에 도포한 고농도 확산층을 형성하기 위한 유기성의 확산용 인 페이스트의 적어도 일부에 접하도록 인쇄한다. 그리고, 이 2종류의 확산용 인 페이스트가 인쇄된 기판에 대하여 열처리를 시행한다.
이때, 고농도 확산층을 형성하기 위한 유기성의 확산용 인 페이스트 중에 포함되는 인의 함유율은, 저농도 확산층을 형성하기 위한 유기성의 확산용 인 페이스트 중에 포함되는 인의 함유율에 대하여 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 중 어느 하나의 방법을 이용함으로써, 고농도 확산층과 저농도 확산층의 표면 농도차를 확실하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 2단 에미터를 형성하는 데 열처리를 1회로 끝낼 수 있기 때문에, 매우 간편한 방법이면서, 고성능의 태양 전지를 얻을 수 있다.
다음에, 플라즈마 에처를 이용하여, 접합 분리를 행한다. 이 프로세스에서는 플라즈마나 라디칼이 수광면이나 이면에 침입하지 않도록, 샘플을 유지하며, 그 상태에서, 단면을 수 미크론 깎는다.
계속해서, 표면에 형성된 인 유리를 플루오르화수소산으로 에칭한 후, 다이렉트 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 에미터층 상에 표면 보호막인 질화막(4)을 퇴적한다. 이 막 두께는, 반사 방지막도 겸하게 하기 위해 70 ㎚에서 100 ㎚가 적합 하다. 다른 반사 방지막으로서 산화막, 이산화티탄막, 산화아연막, 산화주석막 등이 있으며, 대체가 가능하다. 또한, 형성법도 상기 이외에 리모트 플라즈마 CVD법, 코팅법, 진공 증착법 등이 있지만, 경제적인 관점에서, 상기, 질화막을 플라즈마 CVD법에 따라 형성하는 것이 적합하다.
또한, 상기 반사 방지막 상에 전체의 반사율이 가장 작아지게 되는 조건, 예컨대 2불화마그네슘막이라고 하는 굴절율이 1에서 2 사이의 막을 형성하면, 반사율이 더 저감하며, 생성 전류 밀도는 높아진다.
다음에, 스크린 인쇄 장치를 이용하여, 이면에 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 페이스트를 도포하고, 건조시킨다. 또한 표면측도 스크린 인쇄 장치를 이용하며, 빗형 전극 패턴 인쇄판을 이용하여 Ag 전극을 인쇄하고, 건조시킨다. BSF층(5)은 알루미늄 인쇄후의 소성 공정으로 형성된다.
이때, 얼라이먼트 기구를 이용하여, 확산용 인 페이스트를 스트라이프형으로 인쇄한 부분에 빗형 전극이 실리도록 인쇄한다.
그 후, 소정의 열 프로파일에 의해 소성을 행하여, 이면 전극(6) 및 표면 빗형 전극(7)을 형성한다. 이들 전극 형성은 진공 증착법, 스퍼터링법 등, 상기 인쇄법에 따르는 것 뿐만이 아니어도 가능하다.
이에 따라, 도 1에 도시하는 바와 같은 태양 전지를 간단한 방법으로 제조할 수 있다.
상기한 바와 같은 태양 전지를 한번에 대량으로 제조하는 방법에서는, 확산용 페이스트의 도포는 차례차례 연속적으로 기판에 인쇄된다.
이와 같이 연속적으로 인쇄하기 위해 사용되는 스크린 제판은, 사용 횟수를 거듭하면 거듭할수록, 메쉬 개구부의 막힘이 많아지지만, 본 발명의 상기 유기성 확산용 인 페이스트를 사용하면, 점도가 습도에 의한 주위의 환경에 영향을 받지 않고 원하는 점도로 제어되며, 연속 인쇄의 안정성이 우수한 유기성 확산용 인 페이스트이기 때문에, 1장의 스크린 제판에서의 연속 인쇄의 횟수를 대폭으로 개선할 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
<확산용 인 페이스트의 제작>
이하의 재료를 배합하여 유기성의 확산용 인 페이스트를 제작하였다.
○ 도핑제(인을 포함함)
포스머 M(유니케미컬샤 제조) 및 포스머 M 유도체: 200 g
○ 틱소제(고형분)
미립자 실리카(사이즈는 약 1.5 ㎛): 75 g
○ 틱소제(유기 바인더)
폴리초산비닐(중합도 약 500): 100 g
○ 유기 용제
TPM(Isobutylic Acid 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl Ester)(비점 244℃): 320 g
이와 같이 제작한 실시예 1의 유기성의 확산용 인 페이스트의 점도를 점도계(BLOOKFIELD사 제조)로 계측한 결과, 25℃에서의 페이스트의 전단 속도가 20 s-1일 때, 그 점도는 약 50 ㎩·s이며, 또한, 25℃에서의 페이스트의 전단 속도가 2 s-1일 때, 그 점도는 약 130 ㎩·s였다.
(실시예 2)
<태양 전지의 제조>
실시예 1에서 배합한 유기성의 확산용 인 페이스트를 사용하여, 상기 태양 전지의 제조 방법의 실시형태에서 설명한 방법으로 태양 전지를 제조하였다.
이때, 준비한 기판은, 결정면 방위 (100), 15.65 ㎝각 200 ㎛두께, 애즈 슬라이스 비저항 2 Ω·㎝(도펀트 농도 7.2×1015 ㎝-3) 갈륨 도핑 p형 단결정 실리콘 기판이다.
또한, 2단 에미터를 형성하는 방법으로서는 상기 수단을 채용하였다.
그 상세는, 우선, 실시예 1의 유기성의 확산용 인 페이스트를 스크린 인쇄 장치에 의해 인쇄하였다. 이때의 인쇄 패턴은 2 ㎜피치, 150 ㎛폭 라인으로 하였다. 인쇄한 것은 700℃∼800℃에서 5분간 베이킹하고, 그 후, 5산화2인 및 규소알콕시드를 함유한 스핀 도포용의 확산제를 동일면 상에 5000 rpm, 15초의 조건에서 스핀 도포하였다. 이것을 열처리로에 넣어, 880℃에서 40분간 유지한 후, 꺼내었다.
실시예 2에서 제작된 태양 전지의 저농도 에미터인 확산 페이스트 인쇄부 이외의 부분의 시트 저항을 측정한 바, 80 Ω/sq∼110 Ω/sq였다.
또한, 태양 전지를 25℃의 분위기 중, 솔라 시뮬레이터(광강도: 1 ㎾/㎡, 스펙트럼: AM 1.5 글로벌) 하에서 전류 전압 특성을 측정한 결과, 표 1과 같은 결과가 되었다. 표 1은 100개의 태양 전지를 제조하여, 특성을 측정한 평균값이다.
(실시예 3)
또한, 실시예 1에서 배합한 유기성 확산용 인 페이스트를 사용한 실시예 2의 공정에서 대량의 기판으로부터 연속적으로 태양 전지의 제조를 행하였다.
그 결과, 연속적으로 스크린 인쇄하는 공정에서, 스크린 제판을 1번도 클리닝하는 일 없이, 스크린 제판의 수명인 30000회까지 확산용 인 페이스트를 인쇄할 수 있었다.
(비교예 1)
<확산용 인 페이스트의 제작>
인산: 50 g, 폴리비닐알코올: 100 g, 실리카: 100 g, 에탄올: 200 g, 물: 30 g을 배합하여, 수용성의 확산용 인 페이스트를 제작하였다.
이와 같이 제작한 비교예 1의 수용성 확산용 인 페이스트의 점도를 점도계(BLOOKFIELD사 제조)로 계측한 결과, 25℃에서의 페이스트의 전단 속도가 20 s-1일 때, 그 점도는 약 40 ㎩·s이며, 또한, 25℃에서의 페이스트의 전단 속도가 2 s-1일 때, 그 점도는 약 100 ㎩·s였다.
(비교예 2)
<태양 전지의 제조>
비교를 위해, 비교예 1에서 제작한 확산용 인 페이스트를 고농도 확산층을 형성하기 위해 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지의 방법으로, 태양 전지의 제조를 행하였다.
비교예 2에서 제작된 태양 전지의 저농도 에미터인 확산 페이스트 인쇄부 이외의 부분의 시트 저항을 측정한 바, 80 Ω/sq∼110 Ω/sq였다.
또한, 태양 전지를 25℃의 분위기 중, 솔라 시뮬레이터(광강도: 1 ㎾/㎡, 스펙트럼: AM 1.5 글로벌) 하에서 전류 전압 특성을 측정한 결과, 표 1과 같은 결과가 되었다. 표 1은 100개의 태양 전지를 제조하여, 특성을 측정한 평균값이다.
(비교예 3)
또한, 비교예 1에서 배합한 수용성 확산용 인 페이스트를 사용한 비교예 2의 공정에서의 대량의 기판으로부터 연속적으로 태양 전지의 제조를 행하였다.
그 결과, 연속적으로 스크린 인쇄하는 공정에서, 스크린 제판은 2500회 정도의 인쇄 횟수에서 메쉬 개구부의 막힘이 현저하게 되어, 클리닝하지 않으면 사용할 수 없는 상태가 되었다.
개방 전압(V) 단락 전류 밀도(㎃/㎠) 변환 효율(％) 필 팩터
실시예 2(실시예 1의 유기성 인 페이스트 사용) 0.638 36.2 18.2 0.789
비교예 2(비교예 2의 수용성 인 페이스트 사용) 0.632 36.5 18.2 0.791
상기와 같은 표 1의 결과에서, 실시예 2와 비교예 2에서 제조된 태양 전지의 여러 가지 특성에 큰 성능차를 볼 수 없다. 한편, 실시예 3, 비교예 3을 비교하기 위해, 도 4에 연속 인쇄 횟수에 대한 페이스트 점도의 관계를 나타낸다. 초기 점도가 같은 정도의 수용성 인 페이스트와 유기 인 페이스트는 판 상에서 연속적으로 인쇄하면, 수용성 인 페이스트 쪽이 탈습에 의해 증점하여 약 2500회에서 인쇄 불능하게 되지만, 유기 인 페이스트는 점도 변화가 작으며, 항구적인 인쇄가 가능하다.
도 4에서, 본 발명의 유기성 확산용 인 페이스트를 사용한 쪽이, 인쇄 가능 횟수가 압도적으로 많은 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1에 따라 제작한 본 발명에 따른 유기성의 확산용 인 페이스트를 태양 전지의 제조 공정에 이용함으로써, 제조 수율은 향상되며, 우수하다고 할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 시장에서 경쟁력이 강한 제품을 만들어 낼 수 있다.
또한, 상기에서는 반도체 장치의 하나인 태양 전지에 대해서 서술하였지만, 본 발명은 태양 전지에만 한정되는 것이 아니며, 면 내에 표면 농도가 다른 확산층을 갖는 다른 반도체 장치에 대해서도, 본 발명의 유기성의 확산용 인 페이스트를 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 마찬가지의 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술 범위에 포함된다.
도 1은 제조하는 태양 전지의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성의 확산용 인 페이스트를 이용한 태양 전지의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 흐름의 이미지도이다.
도 4는 실시예 3 및 비교예 3에서의 연속 인쇄 횟수에 대한 페이스트 점도의 관계를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
1…기판
2…고농도 확산층
3…저농도 확산층
4…패시베이션막 겸 반사 방지막
5…BSF층
6…이면 전극
7…수광면 빗형 전극
8…유기성 확산용 인 페이스트(스크린 인쇄용)
9…확산제(스핀 도포용)

Claims (7)

  1. 기판에 확산층을 형성하기 위해 스크린 인쇄에 의해 기판 상에 도포되는 확산용 인 페이스트로서, 상기 확산용 인 페이스트는 적어도,
    상기 확산층의 도펀트가 되는 인을 함유하는 도핑제와,
    유기 바인더로서의 폴리초산비닐 및 고형분으로서의 입자형 실리카를 함유하는 틱소제(thixotropic agent)와,
    비점이 100℃ 이상의 고비점 유기 용제로 이루어지는 것이며,
    상기 도핑제는 유기 인 화합물인 것을 특징으로 하는 확산용 인 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 인 화합물은 인산기를 갖는 고분자 모노머, 또는 인산기를 갖는 고분자 모노머 유도체, 또는 상기 고분자 모노머와 상기 고분자 모노머 유도체인 것을 특징으로 하는 확산용 인 페이스트.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 확산용 인 페이스트는 규소알콕시드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산용 인 페이스트.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 확산용 인 페이스트를 이용하여, 스크린 인쇄에 의해 상기 확산용 인 페이스트를 기판에 도포하고, 상기 기판에 열처리를 시행하여 확산층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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