KR101668729B1 - 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판 - Google Patents

실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판 Download PDF

Info

Publication number
KR101668729B1
KR101668729B1 KR1020127004972A KR20127004972A KR101668729B1 KR 101668729 B1 KR101668729 B1 KR 101668729B1 KR 1020127004972 A KR1020127004972 A KR 1020127004972A KR 20127004972 A KR20127004972 A KR 20127004972A KR 101668729 B1 KR101668729 B1 KR 101668729B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon substrate
inverted pyramid
textured
plasma
frequency plasma
Prior art date
Application number
KR1020127004972A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120051047A (ko
Inventor
아이 카바로카스 페레 로카
마리오 모레노
디미트리 다이네카
Original Assignee
에꼴레 폴리테크닉
토탈 마케팅 서비스
썽뜨르 나쇼날르 드 라 르쉐르쉐 씨엉띠삐끄
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에꼴레 폴리테크닉, 토탈 마케팅 서비스, 썽뜨르 나쇼날르 드 라 르쉐르쉐 씨엉띠삐끄 filed Critical 에꼴레 폴리테크닉
Publication of KR20120051047A publication Critical patent/KR20120051047A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101668729B1 publication Critical patent/KR101668729B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 기체 상에서 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판을 제공한다. 상기 방법은 적어도 하나의, 상기 표면을 2분 내지 30분 범위의 시간 동안 SF6/O2 비가 2 내지 10 범위인 SF6/O2 고주파 플라즈마에 노출시켜 피라미드 구조를 나타내는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하는 단계 a)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 역전된 형의 피라미드 구조를 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하기 위하여 상기 고주파(radiofrequency) 플라즈마에 의해 발생 되는 출력 밀도(power density)는 2500 mW/cm2 이상이고, 상기 반응 챔버 내의 SF6/O2 의 압력은 100 mTorr 이하이다.

Description

실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판{Method for Texturing the Surface of a Silicon Substrate, and Textured Silicon Substrate for a Solar Cell}
본 발명은 기체 상에서 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는(texturing) 방법 및 상기 방법을 사용하여 얻어진 태양 전지(solar cell)용 텍스처화된(textured) 실리콘 기판에 관한 것이다.
이러한 텍스처화된 기판은 이어서 태양 전지용 이형 접합의 제조에 사용된다.
결정성 c-Si (100) 실리콘 기판을 텍스처링하는 것은 고 효율 실리콘 태양 전지를 제조하기 위하여 널리 사용된다.
결정성 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 것은 기판의 표면에서의 광의 반사율(reflectivity)을 감소시키고, 광 트래핑(trapping)을 향상시키며, 생산된 전류를 증가시키고, 따라서 태양 전지의 효율성을 증가시킬 수 있다.
텍스처링 방법은 기판 표면에 피라미드 모양으로 구조를 형성시키는 것으로 구성된다. 상기 피라미드는 임의로 역전될 수 있다(inverted).
마틴 에이 그린(Martin A Green), 지앙후아 자오(Jianhua Zhao), 아이후아 왕(Aihua Wang), 및 스튜어트 알. 웬함(Stuart R. Wenham)의 문헌[IEEE Transactions on Electronic Devices, vol 46, No 10, pp 1940-1947(1999)]에는 표면에 역전된 피라미드 형태의 구조를 갖는 c-Si (100) 실리콘 기판을 제조할 수 있는 포토리소그래피 및 습식 에칭(wet etching) 방법이 개시되어 있다.
상기 방법은 8% 크기의 낮은 반사율 및 24.7%의 효율성을 얻기 위하여 사용될 수 있다.
그러나, 상기 방법은 탈이온수 및 재순환되어야 하는 KOH 또는 NaOH 용액과 같은 화학적 용액의 많은 양을 사용하는 것을 요구하기 때문에 길고, 어렵고, 오염시키는 면이 있다.
또한, 텍스처링은 기판의 단일 면에서 수행될 뿐만 아니라 그의 뒷면에서 수행되어, 패시베이션(passivation)의 질을 감소시킨다.
이들 문제를 극복하기 위해서, 제이. 유(J. Yoo), 김경해, 엠. 타밀셀반(M. Thamilselvan), 엔. 락시미나라얀(N. Lakshminarayan), 김용국(Young Kuk Kim), 이재형(Jaehyeong Lee), 유권종(Kwon Jong Yoo), 및 이준신(Junsin Yi)은 문헌[Journal of Physics D: Applied Physics, pp 1-7 (2008)]에서 c-Si (100) 결정성 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하기 위하여 SF6/O2 플라즈마를 사용하는 건식 에칭 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 기체의 존재하에서 고주파(radiofrequency) 플라즈마를 발생할 수 있는 반응성 이온 에칭(RIE) 장치에서 수행된다.
텍스처화된 실리콘 기판은 265 mTorr [밀리토르]의 SF6/O2 압력을 사용하고, 100 W[와트]의 RF 출력으로 5 분 내지 20분 동안 고주파 플라즈마를 적용하여 얻어졌다.
이 텍스처링 방법은 도 1에 예시되는 바와 같이 실리콘 기판의 표면에 다수의 바늘(needle)-모양의 구조(5)를 생성한다. 얻어진 반사율 및 효율은 습식 방법으로 얻어진 것과 비교할만하다.
그러나, 피크 또는 바늘을 갖는 이러한 표면은 텍스처화된 기판을 태양 전지의 제조에서 사용할 수 없게 한다. 사실, 이어서 불가능하지는 않더라도 균일한 방법으로 실리콘의 또 다른 층을 증착시키는(deposit) 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 태양 전지의 제조에서 사용하기 위해 매우 양호한 반사율(6% 미만)을 갖고, 바늘-모양의 구조가 없는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조할 수 있는 기체 상 텍스처링하는 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 적어도 다음 단계를 포함하는, 실리콘 기판의 표면을 기체 상(gas phase) 텍스처링하는 방법을 제공하는 것이다:
a) 상기 표면을 2분 내지 30분 범위의 시간 동안 반응 챔버에서 SF6/O2 고주파 플라즈마에 노출시켜 피라미드 구조를 나타내는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하는 단계로서, SF6/O2 비가 2 내지 10 범위인 단계.
본 발명에 따르면:
Figure 112012015433991-pct00001
단계 a) 동안, 역전된 형의 피라미드 구조를 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하기 위하여, 고주파(radiofrequency) 플라즈마에 의해 발생 되는 출력 밀도(power density)는 2500 mW/cm2 이상[제곱 센티미터당 밀리와트]이고, 반응 챔버 내의 SF6/O2 의 압력은 100 mTorr 이하이다.
다양한 가능한 실행에서, 본 발명은 또한 각각 특이한 이 점을 제공하는, 단독 또는 기술적으로 실현 가능한 조합으로 고려될 수 있는 다음 특징들을 제공한다:
Figure 112012015433991-pct00002
실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법은, 단계 a) 전에, 상기 표면을 산소 고주파 플라즈마에 8분 이하의 시간 동안 노출시키는 단계 a')를 포함한다;
Figure 112012015433991-pct00003
단계 a') 동안, 고주파 플라즈마에 의해 발생되는 출력 밀도는 500 mW/cm2 내지 4000 mW/cm2이고, 반응 챔버 내의 산소의 압력은 50 mTorr 내지 150 mTorr이다;
Figure 112012015433991-pct00004
단계 a) 및 a') 동안, 고주파 플라즈마에 의해 발생되는 출력 밀도는 3000 mW/cm2 이다;
Figure 112012015433991-pct00005
단계 a) 동안, 반응 챔버 내의 SF6/O2 압력은 100 mTorr 이고, SF6/O2 비는 3이며, 플라즈마 노출 시간은 15분이다;
Figure 112012015433991-pct00006
단계 a) 및/또는 a')동안, 고주파 플라즈마의 출력은 점진적으로 증가된다;
Figure 112012015433991-pct00007
단계 a')의 시간은 5분이다; 및
Figure 112012015433991-pct00008
단계 a) 및 a')는 반응성 이온 에칭 장치에서 수행된다.
본 발명은 또한 역전된 형의 피라미드 구조 및 0.5 Ω.cm [옴- 센티미터] 내지 30 Ω.cm 범위의 저항을 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판을 제공한다.
본 발명에 따르면, 역전된 피라미드 구조의 폭은 200 nm[나노미터] 내지 3 ㎛ [마이크로미터]이고, 깊이는 200 nm 내지 1 ㎛이다.
다양한 가능한 실시형태에서, 본 발명은 또한 특정한 이 점을 제공하는 다음 특성화 특징을 제공한다:
Figure 112012015433991-pct00009
실리콘 기판의 텍스처화된 표면은 큰 역전된 피라미드 형태의 구조 및 작은 역전된 피라미드 형태의 구조를 갖고, 큰 역전된 피라미드 형태의 구조의 폭은 1 ㎛ 내지 5 ㎛이고 작은 역전된 피라미드 형태의 구조의 폭은 200 nm 내지 1 ㎛ 범위이다.
따라서, 본 발명은 태양 전지 또는 광학 센서의 제조에서 사용하기 위한, 바늘-모양의 구조를 갖지 않는 텍스처화된 표면과 함께 매우 양호한 반사율(6% 미만)을 갖는 실리콘 기판을 제조하는데에 사용될 수 있는 기체 상 텍스처링 방법을 제공한다.
표면 거칠음은 접합 또는 접합 또는 이형 접합의 형성을 위한 도프된(doped) 실리콘의 박층을 증착하는 것과 조화될 수 있다.
국소적으로, 텍스처화된(textured) 표면의 거칠음은 선행 기술의 것보다 작다.
이러한 텍스처화된 표면에 균일한 실리콘 증착을 생성하는 것이 가능하다. 상기 증착은 고유하거나 도프되어(p- 또는 n-형) 이형 접합을 형성하는 a-Si:H의 균일한 층 또는 동질 접합을 형성하는 에피택시얼 실리콘의 층일 수 있다.
이 간단한 텍스처링 방법은 제조 과정에서 단계들을 감소시키고, 따라서 태양 전지 제조 시간 및 비용 및 환경에 대한 영향을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 또한 적은 물질이 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 방법은 쉽게 생산 라인에 통합될 수 있다.
본 발명의 방법으로 얻어진 반사율은 공지된 습식 기술에 얻어진 것보다 작다.
상기 반사율은 태양 전지의 작업 범위(400 nm 내지 1000 nm)에서 낮다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 보다 상세히 기술된다.
도 1은 선행 기술 텍스처링 방법으로 얻어진 텍스처화된 실리콘 기판을 나타내고;
도 2는 본 발명의 다양한 실행에 따라 상이한 RF 출력을 갖고 얻어진 텍스처화된 실리콘 기판의 4개의 단면을 나타내며;
도 3은 상이한 RF 출력(powers) 및 상이한 SF6/O2 비 경우 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 얻어진 텍스처화된 실리콘 기판의 사진이고;
도 4는 AFM에 의해 제조된 텍스처화된 실리콘 샘플의 이미지 및 표면 프로파일을 나타내며; 및
도 5는 상이한 RF 출력에서 텍스처화된 실리콘 기판에 대한 반사율 곡선을 나타낸다.
본 발명의 한 실행에 따르면, 실리콘 기판의 표면을 기체 상 텍스처링하는 방법은 반응 챔버에서 SF6/O2 고주파 플라즈마를 2분 내지 30분 범위의 시간 동안 생성하여 피라미드 구조를 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 형성하게 되는 단계 a)를 포함한다. SF6/O2 비는 2 내지 10의 범위이고, 반응 챔버 내의 SF6/O2 압력은 50 mTorr 내지 150 mTorr 범위이다.
단계 a)의 시간은 바람직하게는 2분 내지 30분이다.
실리콘 기판은 밀리미터 차원의 입자 크기를 갖는 단결정 또는 다결정일 수 있다. 실리콘 기판은 예를 들어 c-Si (100) 타입의 기판일 수 있다. 이는 0.5 Ω.cm 내지 30 Ω.cm 범위의 저항을 갖는다. 실리콘 기판은 n- 또는 p- 도프될 수 있다.
SF6/O2 고주파 플라즈마를 생성하는 단계 a)에 대해 기판의 표면을 산소 고주파 플라즈마에 대해 8분 이하 동안 노출시키는 단계 a')가 선행될 수 있다.
텍스처링 방법은 산소 플라즈마가 있거나 없이 기능을 할 수 있다. 그러나, 단계 a')는 기판 텍스처의 균일성을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
단계 a) 및 a')는 기체의 존재하에서 고주파 플라즈마를 발생할 수 있는 같은 통상적인 반응성 이온 에칭 장치에서 수행된다. 반응성 이온 에칭 장치의 주파수는 13.56 MHz [메가헤르츠]이다.
단계 a)동안, 고주파 플라즈마의 출력은 500 mW/cm2이상, 바람직하게는 2500 mW/cm2 이상의 출력 밀도에 상응하게 25 W 보다 높다.
반응 챔버 내의 SF6/O2 압력은 역전된 형의 피라미드 구조를 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하기 위하여 100 mTorr 이하이다.
단계 a')동안, 고주파 플라즈마의 출력은 500 mW/cm2 의 출력 밀도에 상응하는, 25 W 내지 4000 mW/cm2 의 출력 밀도에 상응하는, 200 W 범위이다. 이들 단계 동안 발생된 플라즈마는 저온 플라즈마(200℃ 이하)이다.
바람직하게는, 단계 a') 동안, 산소 고주파 플라즈마는 150 W의 고주파 (RF) 출력으로, 즉 3000 mW/cm2 의 출력 밀도로 5분 동안 발생 된다.
다음으로, 단계 a)동안, 바람직하게는 SF6/O2 고주파 플라즈마가 99 cm3/s [초당 큐빅 센티미터]의 SF6 유동 속도, 및 33 cm3/s의 O2 유동 속도에 상응하여, 100 mTorr의 SF6/O2 압력, 및 3의 SF6/O2 비로 15분 동안 발생 된다. RF 플라즈마의 출력은 150 W,즉, 3000 mW/cm2 의 출력 밀도이다.
최적화된 조건에서, 실리콘 기판 c-Si(100)은 도 2 내지 4에 예시된 바와 같이 200 nm 내지 3 ㎛ 범위의 크기 분포를 갖는 다수의 역전된 피라미드를 포함하는 텍스처화된 표면과 함께 얻어진다.
SF6 기체에 산소 기체의 첨가는 플라즈마에서 중요한 역할을 한다.
기판의 표면에, 두 개의 대립된(opposed) 효과가 SF6/O2 플라즈마에서 일어난다: 실리콘을 에칭하는데에 매우 효과적인 플루오르(fluorine) 라디칼에 기인한 에칭 공정, 및 마스킹(masking) 효과를 생성하는 SiOxFy의 잔류 라디칼에 기인한 재증착의 공정. 이들 마이크로-마스크는 c-Si 기판의 표면의 텍스처링을 증가시킨다.
SF6/O2 비는 마이크로-마스크의 밀도를 결정하고, 3의 비는 실리콘 웨이퍼에 생성된 구조의 밀도를 개선시킨다. 더욱이, RF 플라즈마의 출력은 생성된 구조의 모양을 결정한다. RF 출력을 다양화시키고, 최적화된 기체 비(SF6/O2 =3)를 사용하여, 매우 상이한 구조들(정상 또는 역전된 피라미드)을 생성하는 것이 가능하다.
도 3은 50 W, 100 W 및 150 W의 RF 출력, 및 2 및 3의 SF6/O2 비, 및 100 mTorr의 SF6/O2 혼합물의 압력 경우 주사 전자 현미경(SEM)으로 얻어진 텍스처화된 실리콘 기판의 사진을 보여준다.
이 도 3은 가장 양호한 텍스처링이 3의 SF6/O2 비 및 150 W의 RF 출력에서 얻어진다는 것을 보여준다.
도 2는 상이한 RF 출력으로 얻어진 텍스처화된 실리콘 기판의 4 개의 단면을 나타낸다. 즉, 기판 A는 25 W에서 얻어지고, 기판 B는 50 W에서 얻어지며, 기판 C는 100 W에서 얻어지고, 기판 D는 150 W에서 얻어진다. SF6/O2 비는 3이다.
25 W(기판 A)의 RF 플라즈마 출력 경우, 50 nm 내지 100 nm 범위의 크기를 갖는 작은 텍스처화된 도트들(6)의 밀도를 관찰하는 것이 가능하다.
50 W(기판 B)로의 RF 출력을 증가시키는 것은 200 nm 내지 500 nm 범위의 크기를 갖는 구조의 정상 피라미드(7)의 보다 높은 밀도를 가져온다.
RF 출력을 100 W로 증가시키는 것은 외부 텍스처(기판 C)에서 놀라운 변화를 일으킨다. 피라미드는 200 nm 내지 800 nm 범위의 크기 분포를 갖는 피트들(8)의 형태의 구조로 대체된다.
마지막으로, 150 W(기판 D)에서, 역전된 피라미드(3)의 높은 밀도가 200 nm 내지 3 ㎛ 범위의 입자 범위로 생성된다. 작은 피라미드(4)는 큰 피라미드(3)위에 겹쳐진다.
도 5는 300 nm 내지 1000 nm 파장 범위에서 텍스처화된 c-Si 기판에 대한 반사율 곡선을 보여준다.
가로 좌표(1)는 nm으로의 파장을 나타내고, 세로 좌표(2)는 반사율을 %로 나타낸다.
도 2(RF 출력 50 W)의 기판 B의 경우, 도 5의 반사율 곡선(10)은 평균 반사율이 18%인 것을 보여준다.
피트(8)(RF 출력 100 W) 형태의 구조를 갖는 도 2의 기판 C 경우, 반사율 곡선(9)은 반사율이 29%인 것을 보여준다.
반사율에서의 보다 흥미로운 감소는 역전된 피라미드(3)를 나타내고, 6%(반사율 곡선 (11))의 평균 반사율을 갖는 기판(D)에서 얻어진다.
정상 피라미드로부터 역전된 피라미드로의 모양으로 변화는 또한 원자 힘 현미경(AFM)에 의해 관찰된다.
도 4는 AFM을 사용하여 생성된, 텍스처화된 실리콘 기판에 대한 이미지 E 및 F 및 프로파일 E' 및 F'를 나타낸다.
이미지 E는 정상 피라미드(7)의 3차원적 방식이고, 이미지 E'는 이들 구조의 프로파일을 보여준다. 정상 피라미드(7)의 폭은 400 nm 내지 600 nm이고, 높이는 100 nm 내지 150 nm 범위이다.
이미지 F는 역전된 피라미드(3)의 3차원적 이미지이고, 한편 이미지 F'는 이들 구조를 확인하는 프로파일을 보여준다.
구조들은 큰 역전된 피라미드(3)와 큰 피라미드(3) 안에 형성된 작은 역전된 피라미드(4)로 구성된다. 큰 역전된 피라미드(3)의 폭은 대략 3 ㎛(1 ㎛ 내지 5 ㎛)이다. 작은 피라미드(4)의 폭은 200 nm 내지 1 ㎛ 범위이다. 이들 구조의 깊이는 300 nm 내지 500 nm 범위이다.
도 2 및 3은 RF 출력의 함수로서 피라미드 구조에서의 변화를 설명할 수 있다.
낮은 RF 출력(P = 25 W)에서, 작은 백색 도트들(6)이 실리콘 기판의 표면에 형성된다. 이들 작은 백색 도트들(6)은 SF6/O2 플라즈마에 의한 에칭으로부터의 잔류물인, SiOxFy 라디칼로 구성된 마이크로-마스크에 의해, 플라즈마 에칭에 대해 보호된다. 그러나, 이 플라즈마는 보다 텍스처화된 표면을 생성하기에 충분히 강하지 않다.
RF 출력이 보다 높을 때(P = 50 W), SiOxFy 마이크로-마스크는 여전히 그 아래에 위치한 실리콘을 보호한다(도 2, 기판 B). 작은 백색 도트(7')는 각 피라미드(7)에서 관찰될 수 있다.
보다 높은 RF 출력에서, 피라미드는 완전히 제거되어, 평평함에 가까운 실리콘 기판 표면을 가져온다. 그러나, RF 출력이 대략 100 W일 때, 표면은 장기간 평평하게 남아있지 않으며, 그 이유는 표면이 다시 텍스처되어, 실리콘 기판의 표면 에 피트(8)가 나타나기 때문이다.
마지막으로, RF 출력이 150W에 도달할 때, 피트 모양의 구조가 보다 깊어지고, 넓어져, 역전된 피라미드(3)에 유사하게 된다. 다양한 크기의 구조들이 얻어진다.
고주파 플라즈마의 출력은 바람직하게는 단계 a) 및 a') 동안 고정된다.
한 가능한 실행에 따라, 단계 a) 및/또는 a') 동안 고주파 플라즈마의 출력은 점진적으로 증가된다.
본 발명의 방법은 본 발명의 기체 상에서의 실리콘 기판 텍스처링이 수행되는 이온 에칭 챔버, 및 하나 이상의 실리콘 증착 단계가 태양 전지를 얻기 위하여 수행되는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 위한 적어도 하나의 다른 챔버를 포함하는 다양한 챔버들을 포함하는 장치 안에서 수행될 수 있다.
단일 장치를 사용한다는 것은 다양한 반응 챔버 사이에서 운반되는 동안 기판이 오염되는 것이 피해질 수 있다는 것을 의미한다. 이는 시간을 절약하고, 제조 비용을 감소시킨다.
이어서 본 발명의 방법을 사용하여 텍스처화된 기판의 표면은 표면 세정 및 패시베이션과 같은 다른 처리를 받는다.
본 발명의 방법은 실리콘 기판의 하나 또는 마주보는 두 면에 독립적으로 적용될 수 있다.
기체 상 도프된 실리콘 증착은 태양 전지의 이종 접합을 얻기 위하여 이들 면의 각각에 수행될 수 있다.
(1): 가로 좌표
(2): 세로 좌표
(3): 큰 피라미드
(4): 작은 피라미드
(5): 바늘-모양의 구조
(6): 도트
(7): 정상 피라미드
(8): 피트
(9): 반사율 곡선
(10): 반사율 곡선
(11): 반사율 곡선

Claims (10)

  1. 기체 상(gas phase)에서 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법으로서, 적어도 하나의, 상기 표면을 2분 내지 30분 범위의 시간 동안 반응 챔버에서 SF6/O2 비가 2 내지 10 범위인 SF6/O2 고주파 플라즈마에 노출시켜 피라미드 구조를 나타내는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하는 단계 a)를 포함하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법에 있어서,
    Figure 112016024379501-pct00016
    단계 a) 동안, 역전된 피라미드 구조를 갖는 텍스처화된 표면을 갖는 실리콘 기판을 제조하기 위하여, 상기 고주파(radiofrequency) 플라즈마에 의해 발생되는 출력 밀도(power density)는 2500 mW/cm2 이상이며, 상기 출력 밀도에 상응하는 고주파 플라즈마의 출력은 125 W 이상이고, 상기 SF6/O2 의 비는 3이고, 상기 반응 챔버 내의 SF6/O2 의 압력은 100 mTorr 이하이고,
    상기 실리콘 기판의 텍스처화된 표면은 큰 역전된 피라미드 형태의 구조(3) 및 작은 역전된 피라미드 형태의 구조(4)를 갖고, 큰 역전된 피라미드 형태의 구조(3)의 폭은 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고, 작은 역전된 피라미드 형태의 구조(4)의 폭은 200 nm 내지 1 ㎛ 범위이고,
    상기 실리콘 기판의 텍스처화된 표면은 6% 미만의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 a) 전에, 상기 표면을 산소 고주파 플라즈마에 8분 이하의 시간 동안 노출시키는 단계 a')를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 단계 a')의 시간이 5분인 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 단계 a') 동안, 고주파 플라즈마에 의해 발생되는 출력 밀도는 500 mW/cm2 내지 4000 mW/cm2 범위이며, 상기 출력 밀도에 상응하는 고주파 플라즈마의 출력은 25 W 내지 200 W 범위이고, 상기 반응 챔버 내의 산소의 압력은 50 mTorr 내지 150 mTorr인 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 플라즈마에 의해 발생되는 출력 밀도는 3000 mW/cm2이며, 상기 출력 밀도에 상응하는 고주파 플라즈마의 출력은 150 W인 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a) 동안, 상기 반응 챔버 내의 SF6/O2 압력은 100 mTorr 이고, SF6/O2 비는 3이며, 플라즈마 노출 시간은 15분인 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 단계 a) 및/또는 a')동안, 상기 고주파 플라즈마의 출력은 점진적으로 증가 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 단계 a) 및 a')는 반응성 이온 에칭 장치에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어지고, 역전된 피라미드 구조 및 0.5 Ω.cm 내지 30 Ω.cm 범위의 저항을 갖는 텍스처화된 표면을 가지며, 상기 역전된 피라미드 구조의 폭은 200 nm 내지 3 ㎛ 이고, 깊이는 200 nm 내지 1 ㎛이고,
    상기 실리콘 기판의 텍스처화된 표면은 큰 역전된 피라미드 형태의 구조(3) 및 작은 역전된 피라미드 형태의 구조(4)를 갖고, 큰 역전된 피라미드 형태의 구조(3)의 폭은 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위이고, 작은 역전된 피라미드 형태의 구조(4)의 폭은 200 nm 내지 1 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 실리콘 기판.
  10. 삭제
KR1020127004972A 2009-08-24 2010-08-23 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판 KR101668729B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0955767A FR2949276B1 (fr) 2009-08-24 2009-08-24 Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium et substrat de silicium texture pour cellule solaire
FR0955767 2009-08-24
PCT/FR2010/051756 WO2011023894A2 (fr) 2009-08-24 2010-08-23 Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium et substrat de silicium texture pour cellule solaire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120051047A KR20120051047A (ko) 2012-05-21
KR101668729B1 true KR101668729B1 (ko) 2016-10-24

Family

ID=42110315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127004972A KR101668729B1 (ko) 2009-08-24 2010-08-23 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판

Country Status (13)

Country Link
US (1) US8592949B2 (ko)
EP (1) EP2471103B1 (ko)
JP (1) JP5661771B2 (ko)
KR (1) KR101668729B1 (ko)
CN (1) CN102625955B (ko)
AU (1) AU2010288393B2 (ko)
BR (1) BR112012004116A2 (ko)
ES (1) ES2716503T3 (ko)
FR (1) FR2949276B1 (ko)
MX (1) MX2012002246A (ko)
MY (1) MY153996A (ko)
WO (1) WO2011023894A2 (ko)
ZA (1) ZA201201410B (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009005168A1 (de) * 2009-01-14 2010-07-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Siliziumsubstrat
JP5297543B2 (ja) * 2011-03-30 2013-09-25 パナソニック株式会社 テクスチャ形成面を有するシリコン基板、およびその製造方法
FR2984769B1 (fr) * 2011-12-22 2014-03-07 Total Sa Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium, substrat structure et dispositif photovoltaique comportant un tel substrat structure
US20140004648A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-02 International Business Machines Corporation Transparent conductive electrode for three dimensional photovoltaic device
JP5858889B2 (ja) * 2012-09-24 2016-02-10 三菱電機株式会社 太陽電池用基板、その製造方法、太陽電池及びその製造方法
WO2014064929A1 (ja) * 2012-10-23 2014-05-01 三洋電機株式会社 太陽電池
JP6074560B2 (ja) * 2014-03-21 2017-02-08 ナルックス株式会社 光学素子の製造方法及び光学素子用成型型の製造方法
EP2933843A1 (en) 2014-04-17 2015-10-21 Total Marketing Services Solar cell and method for manufacturing such a solar cell
DE102014110608B4 (de) 2014-07-28 2020-10-08 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Anschlussprozessierung einer Siliziumschicht
EP3038164B1 (en) 2014-12-22 2018-12-12 Total S.A. Opto-electronic device with textured surface and method of manufacturing thereof
EP3550611A1 (en) 2018-04-06 2019-10-09 Total Solar International Method for manufacturing a photovoltaic device
EP3579285A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Total SA Method to obtain a photovoltaic device
EP3579284A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Total SA Method to obtain a photovoltaic device
EP3648174A1 (en) 2018-10-31 2020-05-06 Total SA Photovoltaic assembly

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003273382A (ja) 2002-03-12 2003-09-26 Kyocera Corp 太陽電池素子
JP2005303255A (ja) 2004-03-17 2005-10-27 Shinryo Corp 太陽電池用シリコン基板の低反射率加工方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002164555A (ja) * 2000-11-27 2002-06-07 Kyocera Corp 太陽電池およびその形成方法
FR2865420B1 (fr) * 2004-01-28 2007-09-14 Saint Gobain Procede de nettoyage d'un substrat
KR100789987B1 (ko) * 2005-05-24 2008-01-02 성균관대학교산학협력단 실리콘 건식식각을 이용한 웨이퍼 표면의 나노 피라미드 구조 형성방법 및 이 구조를 이용한 게이트 메모리
JP4587988B2 (ja) * 2006-06-13 2010-11-24 京セラ株式会社 太陽電池素子の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003273382A (ja) 2002-03-12 2003-09-26 Kyocera Corp 太陽電池素子
JP2005303255A (ja) 2004-03-17 2005-10-27 Shinryo Corp 太陽電池用シリコン基板の低反射率加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011023894A3 (fr) 2012-05-03
CN102625955A (zh) 2012-08-01
MY153996A (en) 2015-04-30
US8592949B2 (en) 2013-11-26
BR112012004116A2 (pt) 2016-03-15
ES2716503T3 (es) 2019-06-12
FR2949276A1 (fr) 2011-02-25
WO2011023894A2 (fr) 2011-03-03
AU2010288393A1 (en) 2012-03-15
ZA201201410B (en) 2012-10-31
MX2012002246A (es) 2012-12-17
KR20120051047A (ko) 2012-05-21
AU2010288393B2 (en) 2014-09-18
CN102625955B (zh) 2015-11-25
FR2949276B1 (fr) 2012-04-06
JP2013502737A (ja) 2013-01-24
US20120146194A1 (en) 2012-06-14
JP5661771B2 (ja) 2015-01-28
EP2471103A2 (fr) 2012-07-04
EP2471103B1 (fr) 2019-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101668729B1 (ko) 실리콘 기판의 표면을 텍스처링하는 방법 및 태양 전지용 텍스처화된 실리콘 기판
Moreno et al. Plasma texturing for silicon solar cells: From pyramids to inverted pyramids-like structures
Moreno et al. A comparative study of wet and dry texturing processes of c-Si wafers for the fabrication of solar cells
JP2004235274A (ja) 多結晶シリコン基板およびその粗面化法
JP2010258456A (ja) 周期構造を有するシリコン基板
JP2012222300A (ja) テクスチャ形成面を有するシリコン基板、およびその製造方法
Addonizio et al. Plasma etched c-Si wafer with proper pyramid-like nanostructures for photovoltaic applications
Lee et al. Study of metal assisted anisotropic chemical etching of silicon for high aspect ratio in crystalline silicon solar cells
JP2022545188A (ja) ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイス
Dutta et al. Understanding temporal evolution of microstructures on metal-assisted chemically etched Ge surface and its applications
JP2007134667A (ja) アンチリフレクション層を具える基板及びその製作方法
Zhang et al. Morphology evolution of the light trapping structure using atmospheric plasma textured c-Si wafer for silicon solar cells
Ramos et al. A new passivation scheme for the performance enhancement of black silicon solar cells
AU2012357017B2 (en) Process for texturing the surface of a silicon substrate, structured substrate and photovoltaic device comprising such a structured substrate
CN206697513U (zh) 具有纳米微米复合图形的蓝宝石衬底
KR101718630B1 (ko) 태양전지용 실리콘 기판의 표면처리방법
Joshi et al. Black Silicon Photovoltaics: Fabrication methods and properties
Li et al. Facile fabrication of Si nanowire arrays for solar cell application
KR100543504B1 (ko) 플라즈마 국부 밀도 조절에 의한 저반사, 고효율 단결정및 다결정 실리콘 태양전지 제조방법 및 그에 따른제조장치
Al-Thani et al. The influence of texturing bath conditions on the morphology and optical properties of crystalline silicon
Das et al. Growth of highly aligned vertical Si-Nanorods and random Si-Nanowires by ICP-Plasma chemical etching of c-Si wafers
US20140246092A1 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
Liu et al. A mask-less scheme to generate nano-honeycomb-textured structures for solar cells
Li et al. Tuning of photonic bandgap via dimensional control of nano‐pillars
Li et al. One Step Process as a Route for Effective Light Trapping in Thin Film Solar Cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 4