KR101669530B1 - 태양 전지의 제조 방법 및 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

태양 전지의 제조 방법은 불순물 주입 공정 S20의 처리에 대한 기준 위치로 기판 센터 위치를 설정하는 제 1 센터 정렬 공정 S10과 전극 형성 공정 S40의 처리에 대한 기준 위치로 기판 센터 위치를 설정하는 제 2 센터 정렬 공정 S30을 갖는다.

Description

태양 전지의 제조 방법 및 태양 전지 {Solar Cell Manufacturing Method, And Solar Cell}
본 발명은 태양 전지의 제조 방법 및 태양 전지에 관한 것이다.
본원은 2011년 11월 29일에 출원된 특허출원 제2011-260064호에 기반한 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
기존 단결정 실리콘 기판 또는 다결정 실리콘 기판에, 인이나 비소등의 불순물을 도입하여 pn 접합을 하여 태양 전지를 형성하는 기술들이 알려져 있다. 이러한 태양 전지는 pn 접합에서 형성된 전자와 정공이 재결합하면 변환 효율(발전 효율)이 저하하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이 때문에 불순물의 도입 시 표면 전극(front electrode)과 접촉하는 부분에 도입되는 불순물의 농도를 다른 부분보다 높게 하여 전극이 없는 부분에서 방출층을 국소적으로 높은 저항하는 선택 에미터 구조(selective emitter structure)가 제안되고 있다. 이 선택 에미터 구조의 불순물의 도입으로 반도체 소자의 제조에 사용되는 이온 주입을 이용하여 불순물 주입 영역(impurity-implanted region, 이온 조사 영역)을 마스크(mask)로 설정할 수 있다.
또한 선택 에미터 구조를 형성하기 위해 표면 전극을 형성하는데, 이 표면 전극은 변환 효율(conversion efficiency)을 저하시키지 않기 위하여, 이온 주입한 불순물 영역에 마련된다.
따라서 이러한 처리에서 기판의 위치 선정을 위한 정렬이 필요하며, 적어도 기판의 두 면을 이용하여 그 위치를 맞추는 기법이 알려져 있다.
또한 기판 주위를 접촉시키는 것 등으로 정렬을 할 수 있다(특허 문헌 1).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 - 특표 2010-539684호 공보
그러나 태양 전지 생산 용 기판은 반도체 기판과 달리 그 외형 규격의 한 변이 156 mm 정도의 사각형인데 반해 실제로는 ±500 ㎛ 정도로 큰 오차를 갖는 경우가 많다.
또한 이와 같이 실질적으로 사각형 기판의 인접하는 두 변의 각도는 직각이어야 하나, 정확히 90°는 아니며 ±0.3°의 치수 공차가 크다.
따라서 불순물 주입 영역(이온 주입 영역)과 표면 전극을 형성하는 공정에서 상기 500 ㎛의 두 배의 1000 ㎛ 정도나 그 이상의 오차가 발생할 수 있다. 표면 전극이 이온 주입 영역에서 벗어나지 않도록 하기 위해 이온 주입 영역보다 훨씬 작게 표면 전극을 형성하거나 이온 주입 영역을 표면 전극보다 훨씬 크게 형성하게 된다. 이 경우 전극이 과도하게 가늘어지거나 불필요한 이온 주입 영역이 증가 등에 따라 변환 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이 문제를 해결하기 위해 기판상에 정렬 마크를 두 개 이상 설치하여 이온 주입과 표면 전극 형성 공정의 두 단계에서 이 정렬 마크를 기준으로 처리 할 수도 있다. 그러면 50 ㎛ 이하의 정밀도로 정렬할 수 있지만, 정렬 마크를 형성하는 공정이 증가하고 결과적으로 가장 피하고 싶은 제조 비용의 증가를 초래하는 문제점이 있다.
또한 외형 규격으로는 한 변이 156 mm와 다른 변이 125 mm 정도의 것도 있어, 기판 주변을 기준으로 정렬한 경우에는 처리 위치가 다른 기판에 대응할 수 없다는 문제가 있다. 이러한 다른 규격의 기판에 대응하여 동일한 작업을 수행하려는 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 목적을 달성하고자 하는 것이다.
1. 제조 비용의 증가를 피하면서 여러 공정 간의 정렬의 정확성 향상을 도모한다.
2. 외형(윤곽) 형상의 치수 차이가 큰 태양 전지용 기판에도 정렬의 정확성을 유지하고 여러 공정 간의 처리를 가능하게 한다.
3. 불순물 영역과 표면 전극 형성에 의한 변환 효율의 저하를 방지한다.
4. 다른 크기를 가진 표준 기판에 대응 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 일 양태인 태양 전지의 제조 방법은 실질적으로 사각형의 실리콘 기판에 설치한 불순물 영역과 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 전극을 가진 태양 전지의 제조 방법으로서, 상기 불순물 영역을 형성하는 불순물 주입 공정(impurity implanting step), 상기 전극을 형성하는 전극 형성 공정(electrode forming step), 상기 불순물 주입 공정 처리에 대한 기준 위치(reference position)로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 1 센터 정렬 공정(first center alignment step), 및 상기 전극 형성 공정 처리에 대한 기준 위치로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 2 센터 정렬 공정(second center alignment step)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 처리면(processing surface)과 반대쪽에 있는 촬영 수단(imaging unit)에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산할 수 있다.
또한, 상기 불순물 주입 공정에서는 이온 주입에 의해 불순물을 주입할 수 있다.
또한, 상기 전극 형성 공정에서는 인쇄 법에 의해 상기 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 외형의 인접한 두 면의 소정 부분을 연장하여 정점(vertex)을 구하는 동시에 그 대각선 위치의 정점을 동일하게 하여 구하고, 두 정점을 연결한 직선에 대각선의 중점(midpoint)을 기판 센터 위치로 결정하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 기판 외형의 인접한 두 면의 소정 부분을 연장한 정점을 구할 뿐만 아니라 이 정점과 인접한 정점을 구해 이 인접한 두 개의 정점을 맺은 중점을 정하는 동시에 나머지 두 정점으로부터도 상기 중점에 대응되도록 대향하는 변의 중점을 구하고, 마찬가지로, 나머지 대향하는 두 변의 중점을 계산하여, 상기 대향하는 두 변의 중점이 되는 두 점 사이의 직선끼리의 교차하는 점을 기판의 중앙 위치로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 실리콘 기판 외형의 인접한 두 면과 상기 대각선으로의 교차 각도를 45 °로 간주할 수 있다.
또한, 상기 제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판 외형을 상기 기판이 위치하는 지지대를 관통하는 촬영 구멍(imaging hole)을 통해 촬영하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태인 태양 전지는 상기 언급된 방법 중 하나로 제조할 수 있다.
본 발명의 일 양태인 태양 전지의 제조 방법은 실질적으로 사각형의 기판에 설치한 불순물 영역과 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 전극을 가진 태양 전지의 제조 방법으로서, 상기 불순물 영역을 형성하는 불순물 주입 공정, 상기 전극을 형성하는 전극 형성 공정, 상기 불순물 주입 공정 처리에 대한 기준 위치로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 1 센터 정렬 공정, 및 상기 전극 형성 공정 처리에 대한 기준 위치로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 2 센터 정렬 공정을 가진다.
이를 통해 불순물 주입 공정 및 전극 형성 공정 사이에서 불순물 영역과 전극 형성 위치를 정밀하게 제어할 수 있게 된다. 따라서 기판 외형의 오차가 발생하더라도 이에 영향을 받지 않고 불순물 영역에서 나오지 않도록 전극을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 이를 통해 50 ~ 500 ㎛ 정도의 폭을 갖는 불순물 영역에 대해 실질적으로 동일한 폭 치수인 전극을 정확하게 형성할 수 있다. 따라서 변환 효율의 저하를 초래하지 않고 규격이 다른 크기를 갖는 기판에 대응하고 동일한 장비에서 태양 전지 제조가 가능해진다.
상기 불순물 주입 공정에 대한 제 1 센터 정렬 공정에서는 기판의 처리면(processing surface)과 반대쪽에 있는 촬영 수단(imaging unit)에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산한다. 이를 통해 불순물 주입에 사용 마스크에 근접한 주입 측의 기판 면에 대해 기판의 반대편에 있는 촬영 수단(CCD, 디지털 카메라 등)에 의해 촬영할 수 있다. 따라서 기판 전체에 정확한 불순물 주입 처리를 할 수 있으며, 기판 센터 위치를 설정하여 처리 위치를 정확하게 결정하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 전극 형성 공정에 대한 제 2의 센터 정렬 공정에서는 기판의 처리 표면 측에 위치하는 촬영 수단에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산한다. 이를 통해 기판 센터 위치를 구한 후, 전극을 형성할 마스크(스크린) 등에 대하여 마스크와 평행, 즉, 기판 표면과 평행한 방향으로 기판을 소정의 양(거리, 방향, 각도 등)만큼 이동할 수 있다. 이를 통해 전극 형성의 위치를 정확히 하고, 50 ~ 500 ㎛ 정도의 폭을 갖는 불순물 영역에 대해 실질적으로 동일한 폭 치수, 엄격히, 불순물 영역의 폭 치수보다 10 ㎛ 정도 작은 폭 치수 전극을 정확하게 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 불순물 주입 공정에서는 이온 주입에 의해 불순물이 주입 된다. 구체적으로, 상기 불순물 이온의 도입이 이온 건(ion gun)에서 불순물 이온의 조사에 의해 행해지고, 이온 건은 이온 조사면(ion irradiation surface)이 처리 위치에 배치된 기판에 대향하도록 설치되고, 상기 기판 센터 위치를 기준 위치로 이온 조사를 실시한다. 이때 기판에 실질적으로 직교하는 방향에서 불순물 이온을 조사 되도록 구성하여, 표출 현상에 의해 기판 표면에서 어떤 깊이 위치까지 불순물의 이온을 도입할 수 있다. 따라서 도포 확산법(coating and diffusing method)을 이용하는 경우와 비교했을 때 보다 공정 수가 적고, 게다가 기판에 도입한 불순물을 열 확산시키는 어닐링(annealing) 처리 시간이 단축 되어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 불순물 이온을 도입할 때 질량 분리기 나 가속기 등을 필요로 하지 않게 되어 비용을 절감할 수 있다.
또한, 이온 조사면에서 기판으로 향하는 면을 아래로 정의할 때 이온 건은 불순물의 이온을 포함하는 플라즈마(plasma)를 발생할 수 있는 플라즈마 발생실(plasma generation chamber)과, 이 플라즈마 발생실의 하단부에 설치된 이온 조사면을 구성하는 격자 판을 구비하고, 이 격자 판에 여러 관통구(through-hole)가 형성되고, 이 관통구가 형성된 영역은 기판 면적보다 크고, 이 격자 판을 소정의 전압으로 유지하여 플라즈마 발생실내에서 발생시킨 플라즈마 불순물 이온이 각 관통구를 통해 아래로 도출하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이에 따르면, 격자판(grid plate)에 인가되는 전압을 제어하는 것만으로, 기판에서의 불순물의 깊이와 농도를 정밀하게 제어할 수 있다. 게다가, 격자판의 관통구가 형성된 영역을 기판 면적보다 크게 하여 기판 전체에 균일하게 불순물 이온이 조사되기 때문에 기판 표면에 이온 빔을 주사(scan)하는 것과 비교할 때, 처리 시간을 단축할 수 있어, 비용 절감이 가능하다. .
또한, 본 발명의 다른 측면에 있어서는, 이온 조사면과 기판 사이에 위치하여 기판을 국소적으로 차단하는 마스크와, 마스크와 이온 조사면에 대해 기판의 위치를 임의의 위치로 이동시키고, 회전 가능하게 이동하는 이송 수단 (movement unit)을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따르면 기판을 마스크에 대해 적절히 이동시킬 뿐만 아니라 기판에 국소적인 불순물 이온의 도입이 가능하며, 선택 에미터 구조의 불순물의 도입에 특히 유리하다. 이는 기판 표면에 마스크를 형성하고, 이 마스크를 제거하는 등의 공정이 불필요하므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 태양 전지용 기판에 대해, 이 기판에 대향 배치된 이온간의 이온 조사면에서, P, As , Sb , Bi , B , Al , Ga 및 In 중에 선택된 불순물의 이온을 조사하는 이온 조사 처리 공정과 이온 조사 처리 공정으로 기판에 발생한 결함을 어닐링에서 결함 복구 수리 공정과, 이 어닐링 처리에 의해 불순물을 확산시키는 불순물 확산 공정을 포함 할 수 있다. 여기서, 상기 기판에 불순물 이온이 조사되는 표면에 텍스처 구조를 갖는 것이 포함된다.
본 발명의 실시예에 따르면 채널링 현상(channeling phenomenon)에 의해 기판 표면에 임의적 깊이까지 불순물 이온이 도입되므로 더 낮은 에너지로 불순물의 이온을 주입할 수 있다. 이렇게 하면 결함 복구(즉, 재결정 화)용 어닐링 시간이 단축되며, 또한 불순물을 확산시키기 위한 어닐링 시간도 단축되어, 태양 전지의 생산성을 향상 할 수 있다.
또한, 상기 전극 형성 공정에서는 인쇄 법에 의해 전극이 형성된다. 이를 통해 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 인쇄(inkjet printing) 등의 저비용 방법으로 전극을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 인쇄 위치에 대해 기판 표면과 평행한 방향으로 이동한 위치에서 기판 센터 위치를 설정하고 소정의 거리 및/또는 소정 각도 만큼 이동하여 인쇄 위치를 설정하는 것으로, 인쇄 처리시 기판 센터 위치 설정을 할 수 있다.
따라서 다른 처리 수단(처리 장치)에서 실시된 불순물 주입(이온 주입)과 전극 형성(스크린 인쇄)의 여러 공정에서, 각 기판 센터 위치를 설정하여 정확하게 정렬할 수 있고, 처리 위치의 정확성을 담보할 수 있다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 실리콘 기판 외형의 인접한 두 면의 소정의 부분을 연장한 정점을 계산하는 동시에 그 대각선 위치의 정점을 동일하게 하여 구하고, 이 두 정점을 연결한 직선이다 대각선의 중점을 기판 센터 위치로 정한다. 이에 따라 모서리가 부서진 것처럼 코너를 갖지 않는 기판에도 그 정점을 연산하여 센터 위치를 설정하고 기판 센터 위치로 정렬을 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 실리콘 기판 외형의 인접한 두 면과 상기 대각선으로의 교차 각도를 45°로 간주한다. 이를 통해 기판 외형이 정확한 사각형(직사각형 또는 정사각형)이 아닌 경우, 즉, 사각형의 넷 면이 왜곡된 사각형이어도 기판 센터(중심) 위치에 대한 회전 위치를 정확하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 제 1 또는 제 2의 센터 정렬 공정에서는 상기 실리콘 기판 외형의 인접한 두 면의 소정 부분을 연장한 정점을 구할 뿐만 아니라 이 정점과 인접한 정점을 구해 이 인접한 두 개의 정점을 맺는 중점을 정하는 동시에 나머지 두 꼭지점에서도 상기 중간에 대응되도록 대향하는 변의 중점을 구하고, 마찬가지로, 나머지 대향하는 두 변의 중점을 구하고, 이러한 대향하는 두 변의 중점이 되는 두 점 사이의 직선끼리의 교차하는 점을 기판의 중앙 위치로 정한다. 이를 통해 사다리꼴의 기판에서도 정렬을 가능하게 할 수 있다. 이 경우, 상기 인접한 두 개의 정점을 연결한 직선과 상기 실리콘 기판 외형에 인접한 두 면에 위한 각도를 0°로 간주할 수 있다. 이는 기판 외형이 정확한 사각형(직사각형 또는 정사각형)이 아닌 경우, 즉, 사각형의 네면이 왜곡된 사각형에서도 기판 센터(중심) 위치에 대한 회전 위치를 정확하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 불순물 주입 공정에 대한 제 1 센터 정렬 공정에 있어서, 상기 실리콘 기판 외형을 상기 기판이 위치하는 지지대를 관통하는 촬영 구멍(imaging hole)을 통해 촬영하여, 처리면의 반대쪽에 설치한 영상 장치는 지지대에 위치된 기판에도 그 센터를 설정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 마스크에 근접한 주입 처리 할 처리 위치에서 기판 센터 위치 및 기판의 센터에 대한 회전 위치를 확인하여 정확한 위치 설정을 할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 기재된 방법으로 태양 전지를 제조함으로써 제조 비용의 증가 없이 변환 효율이 높은 태양 전지를 제조 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제조 비용의 증가를 방지하면서 여러 공정 간의 정렬의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 외형 형상의 치수 차이가 큰 태양 전지용 기판에도 정렬의 정확성을 유지하고 여러 공정 간의 처리가 가능해진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 불순물 영역과 표면 전극 형성에 의한 변환 효율의 저하를 방지 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다른 크기를 가진 표준 기판에 대응할 수 있다.
도 1은 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따른 기판과 기판 센터 위치 연산 방법을 나타내는 평면도이다.
도 2는 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따른 공정을 나타내는 흐름도(flowchart)이다.
도 3은 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에서 이용하는 이온 주입 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 지지대를 나타내는 평면도이다.
도 5A는 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따른 공정을 나타내는단면도이다.
도 5B는 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따른 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5C는 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따른 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에서 이용하는 스크린 인쇄 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에 따라 제조 된 태양 전지의 예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 태양 전지의 제조 방법의 하나의 실시예에서 제조된 태양 전지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 기판과 기판 센터 위치 연산 방법의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법의 실시예를 도면에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명의 태양 전지용 기판을 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 공정을 나타내는 흐름도이다.
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서는 도 1과 도 7에서와 같이 기판 S의 코너를 갖지 않는 부분의 길이 Sy가 20 mm 정도 되는 모서리가 부서진 것 같은 외형의 단결정 또는 다결정 실리콘 기판을 사용한다. 이 기판에 인 또는 붕소를 도입하여 선택 에미터 구조의 태양 전지를 제조할 수 있다.
또한, 도 7에서는 태양 전지의 전체 구조를 설명하는데 있어, 편의상, 태양 전지의 외부 표면에 형성되는 요철 형상의 텍스처 및 태양 전지의 수광면(light-receiving surface)과 이에 대향하는 뒷면 이외의 측면을 덮는 막은 도시되어 있지 않다. 태양 전지(100)은 선택 에미터 구조의 태양 전지이고, 도 7 에 도시된 바와 같이 반도체 기판으로 사각형 판 모양의 실리콘 기판 S의 태양의 수광면 인 표면 Sa에 기판 S의 두께 방향으로 소정의 깊이만큼 불순물 원소의 확산 영역인 불순물 영역(101)이 형성되고, 불순물 영역(101)이 외부에 연결되는 표면 전극 (전극, front surface, 103)가 연결되어 있고 뒷면 Sb 전역이 외부에 연결되는 후면 전극(rear surface, 104)이 연결되어 있다.
불순물 영역(101)은 스트라이프(stripe) 형상으로 되어 있고, 예를 들면 N형으로, 두 번째 도전(conductivity)형의 불순물 원소인 인(P) 및 비소(As) 등의 원소를 포함할 수 있다. 후면 전극(104)에 접하는 기판 S는 적어도 후면 측이 불순물 영역으로 이 불순물 영역은 첫 번째 도전형의 불순물 원소 인 붕소(B), 안티몬(Sb) 및 비스무트(Bi) 등의 원소를 포함할 수 있다.
불순물 영역(101)은 알루미늄이나 은 등으로 이루어진 전극(핑거 전극, finger electrode, 103)이 실리콘 기판 S의 표면 Sa에서 돌출되도록 형성되어 있다. 불순물 영역(101) 및 기판 S 뒷면 측에서 실리콘 기판 S의 수광면 Sa에 입사한 빛이 전력으로 변환된다.
이 전력은 각 불순물 영역(101)에 연결된 표면 전극(103)과 외부 부하 또는 축전 장치에 연결된 후면 전극(104)에서부터 도출된다.
상기 실리콘 기판 S의 전체 표면은 적어도 전극(103)의 상단과 후면 전극 (104)의 표면 일부를 노출시키도록 실리콘 산화막과 이 실리콘 산화막을 덮고 있는 실리콘 질화막에 의해 덮여 있다. 실리콘 질화막의 수광면 Sa 쪽은 빛의 반사를 억제하는 반사 억제부(reflection suppressing portion)로 기능한다. 그리고 태양 전지(100)의 앞 표면 측에 조사되는 빛은 반사 억제 부의 반사 억제 기능에 의해서 실리콘 기판 S에 쉽게 채워진다. 또한 실리콘 기판 S에 받아 들여진 빛은 수광면 Sa에 형성된 텍스처에 의해 쉽게 갇혀진다. 그리고 실리콘 기판 S에 받아 들여진 빛이나 갇혀진 빛은 불순물 영역(101) 및 불순물 영역인 기판 뒷면 측의 광전 변환 작용에 의해 전력으로 변환된다. 또한 이 반사 억제부를 포함한 상기 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막에 의해 실리콘 기판 S에 수분 등의 불순물의 침입이나 실리콘 기판 S의 외부 표면의 기계적인 손상 등을 억제하는 패시베이션 막(passivation film)이 구성되어 있다
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 후술하는 불순물 주입 공정 S20에서 도 3, 도 4의 이온 주입 장치(10)를 이용하여 불순물 주입 처리된다.
이온 주입 장치(10)는 도 3과 같이 처리실(11)내에서 처리 기판 S를 배치하는 지지대(12), 이 지지대(12)에 적재된 기판 S에 도시하지 않은 이온 건에서 이온을 조사하는 이온 조사 수단이 이온을 기판 S에 조사하는 조사 영역을 규정하는 마스크(13), 지지대(12)를 X-Y-Z 방향 및 지지대(12)를 지지하는 지지 축(14)을 중심으로 각도 θ 만큼 회전 가능한 지지대 위치 설정 수단(support pedestal positioning unit, 15), 지지대(12)를 사이에 두고 마스크(13)와 반대편에 있는 여러 디지털 카메라(촬영 장치, 16a, 16b) 및 이 디지털 카메라(16a, 16b)가 처리 실내를 촬영 가능하도록 설치된 창문부(17)가 있다.
지지대(12)에는 도 3, 도 4 에서와 같이 기판 S를 적재하는 바닥을 관통하는 적어도 두 개의 영상 구멍(12a, 12b)이 설치되어 있다.
영상 구멍(12a, 12b)는 기판 S의 대각선 위치에 있는 모서리 Sc, Sd 주변과 대응하는 부분에 설치된 마스크(13) 근방에 기판 S가 있으며, 이온 주입 처리할 수 있는 상태로, 후술하는 바와 같이 실리콘 기판 S의 모서리 외형(윤곽)을 지지대(12)를 관통한 영상 구멍(12a,12b)을 통해 촬영 가능하도록 위치되어 있다. 또한 영상 구멍(12a, 12b)는 식별변(identified sides) Sg , Sh , Sj , Sk 를 모두 촬영 가능한 크기로 설정되어 있다.
지지대(12)는 그 중심부에서 지지축(14)에 의해 지지되고, 지지축(14)는 지지대(12)를 X-Y-Z 방향 및 θ 회전 가능한 지지대 위치 설정 수단(15)에 의해 구동 가능하도록 되어 있다.
마스크(13)는 실리콘 판(13a)에 알루미나 등의 차폐막(13b)이 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 소정의 막 두께로 형성되고, 차폐막(13b)에 선택 에미터 구조에 따라 에칭(etching) 등에 의해 소정의 간격으로 선형상(line-like)의 개구(13c)를 마련해 개구(13c)에 통하는 통구(13d)를 판(13a)에 설치한 것이 사용된다. 이 마스크(13)는 처리실(11)를 형성하는 상부 격벽에 고정된다. 이온 조사 시에는 마스크(13)에 대한 지지대(12)의 위치가 지지대 위치 설정 수단(15)에 의해 조정된다.
CCD 카메라 등의 디지털 카메라(촬영 수단, 16a, 16b)는 영상 구멍(12a, 12b) 및 창부(17)를 통해 기판 S를 촬영하는 것이며, 촬영 구멍(12a, 12b)에 대응하여 각각 한 개씩이 처리실(11)에 위치를 고정하도록 처리실 외부에 설치되어 있다.
본 실시예의 태양 전지의 제조 방법은 후술하는 전극 형성 공정 S40에서 도 6에 나타난 스크린 인쇄기(20)에 의해 공지된 스크린 인쇄 법을 이용하여 Ag로 이루어진 표면 전극(103)을 형성하는 전극 형성 처리가 이루어 진다..
스크린 인쇄기(20)은 도 6과 같이 화면 (23)와 이 스크린(23)에 인쇄할 인쇄 위치(점선)과 정렬 위치(실선) 사이에서 이동 가능한 지지대(22)와 CCD 카메라 등의 디지털 카메라 (촬영 수단, 26)가 있다. 스크린 인쇄기(20)는 기판 S를 적재하는 지지대(22)를 인쇄 위치(점선)과 정렬 위치(실선)사이에서 이동 가능하고, 정렬 위치에서 디지털 카메라(26)에 의해 촬영된 정보를 내부 지지대(22)의 위치를 기판 면내(in-plane direction) 방향 및 각도를 수정 가능한 지지대 구동 수단을 포함한다.
또한 디지털 카메라 (촬영 수단, 26)는 지지대(22)에 대해 스크린(23)과 동일한 면에 위치하고 있다.
본 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 도 2와 같이 전처리 공정 S00과 (제 1) 센터 정렬 공정 S10로 기판 배치 공정 S11, 기판 촬영 공정 S12, 센터 연산 공정 S13, 처리 정렬 공정 S14, 불순물 주입 공정 S20, (제 2) 센터 정렬 공정 S30로 기판 배치 공정 S31, 기판 촬영 공정 S32, 센터 연산 공정 S33, 처리 정렬 공정 S34, 전극 형성 공정 S40, 및 후처리 공정 S50을 갖는다. 다음은 공정에서 수행되는 작업을 상세히 설명한다.
도 2 전처리 공정 S00은 불순물 주입에 앞서 필요한 모든 공정, 예를 들면 기판의 세정 등의 표면 처리, 반사 방지막, 텍스처 형성, 패시베이션 막의 형성 등을 포함한다.
구체적으로는 실리콘 기판 S의 수광면 Sa 및 이면 Sb가 각각 따로 수산화 칼륨(KOH) 수용액 등의 웨트 에칭(wet etching)용 에칭 용액에 담기게 된다. 따라서 실리콘 기판 S 의 수광면 Sa 및 이면 Sb 에 요철 형상의 텍스처가 형성된다. 이어 실리콘 기판 S는 소둔로(annealing furnace)에서 산소와 함께 가열된다. 산소와 함께 가열하여 두께 10nm 정도의 실리콘 산화막이 실리콘 기판 S의 외부 표면 전체를 덮도록 형성된다. 그리고 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 기판 S는 소둔로에서 질소와 함께 가열된다. 그러면 두께 20nm 정도의 실리콘 질화막이 실리콘 산화막의 외부 표면 전체를 덮도록 형성된다.
이어 실리콘 기판 S의 수광면 Sa측이 실리콘 질화막을 형성할 수 있는 플라즈마에 노출된다. 그러면 먼저 실리콘 질화막 가운데 실리콘 기판 S의 수광면 Sa측에만 실리콘 질화물이 적층되어 상술한 반사 억제 부가 형성된다. 또한, 반사 억제 부에서 실리콘 질화물의 두께는 외부에서 입사되는 태양 광의 반사를 실리콘 질화물의 표면에 억제하는 막 두께이고, 70 nm ~ 80 nm에 해당하는 범위를 가진다.
도 2 의 센터 정렬 공정 S10은 불순물 주입 공정 S20의 처리에 대한 기준 위치로 기판 센터(중심) 위치 Sc를 설정하기 위한 공정이며, 기판 배치 공정 S11, 기판 촬영 공정 S12, 센터 연산 공정 S13 및 처리 위치 조정 공정 S14을 갖는다.
도 2 의 기판 배치 공정 S11에서는 이온 주입 장치(10)의 지지대(12)에 기판 S를 적재한다. 이때, 기판 센터 위치 Ss을 연산 가능하기 위해 대각선 위치에 있는 기판 모서리 Sc, Sd를 촬영 구멍(12a, 12b)을 통해 아래쪽에서 디지털 카메라(16)에 의해 촬영 가능한 위치에 설정하여 보드 S가 적재된다. 구체적으로 도 4와 같이 영상 구멍(12a)에 모서리 Sc가 있으며 영상 구멍(12b)에 모서리 Sd가 위치하도록 적재할 수 있다. 또한 지지대(12)는 도 3에 실선으로 나타난 바와 같이, 마스크(13)에 이격된 위치에 하강한 기판 적재 추출 위치(substrate placing and extraction position)에 위치한다.
도 2 의 기판 촬영 공정 S12에서는 이온 주입 장치(10)의 지지대(12)에 적재된 기판 S를 여러 디지털 카메라(촬영 수단, 16a, 16b)에 의해 촬영한다. 구체적으로 영상 구멍(12a)에 위치한 모서리 Sc를 하나의 디지털 카메라(촬영 수단, 16a)에 의해 촬영하고, 영상 구멍(12b)에 위치한 모서리 Sd를 다른 디지털 카메라(촬영 수단, 16b)에 의해 촬영한다. 또한, 영상 처리를 위해 촬영에 앞서 지지대(12)는 그림 3에 점선으로 나타낸 바와 같이, 마스크(13)에 근접한 이온 주입 위치로 상승한다.
도 2의 센터 연산 공정 S13에서는 도 1 과 같이 디지털 카메라(16a, 16b)에서 촬영된 영상 자료 처리, 영상 자료에서 기판 S 의 외형(윤곽)을 확인하고 다음과 같이 기판 센터 위치 Ss 을 연산한다.
먼저 개별적으로 촬영된 대각선 위치에 있는 두 모서리 Sc , Sd 각각의 영상을 디지털 카메라(16a , 16b) 위치 정보를 바탕으로 합성한다.
그런 다음, 합성된 영상에서 대각선 위치에 있는 두 모서리 Sc, Sd에서 각각 사각형의 네 변 중 인접한 두 변을 확인하고 이 중 모서리 Sc 에 근접한 식별변 Sg 및 식별변 Sh를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점(정점) Sm을 구한다. 마찬가지로 모서리 Sd 에 근접한 식별된 변 Sj 및 근접한 식별된 변 Sk를 직선으로 인식한다. 이 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점(정점) Sn을 구한다.
또한, 식별변 Sg, Sh, Sj, Sk는 모두 가상 정점 Sm, Sn을 연산 가능한 정도의 길이를 가지고 있으면 된다.
이어 이 가상 정점 Sm, Sn을 연결한 직선SL을 산출하고, 이 직선 SL의 중점을 기판 센터 위치 Ss로 설정한다. 또한 대각선인 직선 SL은 기판 S의 4변 Sg, Sh, Sj, Sk와 모두 45°로 교차하는 것으로 간주한다.
도 2에 나타난 처리 위치 조정 공정 S34에서는 산출한 기판 센터 위치 Ss가 마스크(13)의 위치에 따라 규정되는 미리 설정된 처리 센터에 어긋나 있는지를 판별한 후, 이 기판 센터 위치 Ss 처리 중심과 일치하도록 지지대(12)의 위치를 면내 방향으로 조정한다. 마찬가지로 대각선 SL이 마스크(13)의 위치에 따라 규정되는 미리 설정된 처리 방향에 어긋나 있는지를 판별한 후, 이 대각선 SL 처리 방향과 일치하도록 지지대(12)의 위치를 θ 방향으로 회전하여 조정한다.
이상의 조작으로 이온 주입 공정 S20에 대한 정렬 공정 S10을 완료한다.
또한, 기판 S 정렬 방법으로 기판 센터 위치 Ss의 산출 방법은 상기에 한정되는 것이 아니라 공지된 기판 정렬 방법을 사용할 수 있다.
센터 정렬 공정 S10을 완료하여 이온 주입이 가능한 위치에 기판 S가 설정된 후 도 2 와 같이 불순물 주입 공정 S20으로 이온 주입 처리 된다.
불순물 주입 공정 S20에서 처리실(11)을 진공 등과 같은 처리 분위기로 설정하고, 마스크(13)를 통해서 인(P) 이온의 도입(이온 조사 처리)이 기판 S에 행해진다. 여기서, 이온 소스(source)로서 플라즈마(plasma) 소스에 도입되는 가스로 인을 함유한 PH3(phosphine, 포스핀)을 사용하는 경우, 이온 조사 조건은 가스 유량이 0.1 ~ 20 sccm, 안테나(antenna)에 투입하는 교류 전력(AC power)은 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력으로 20 ~ 1000 W, 격자판에 인가되는 전압은 30 kV로 설정 되고, 조사 시간은 0.1 ~ 3.0 sec로 설정 된다. 그러면 도 5A와 같이 마스크(13)의 개구(13c) 및 관통구(13d)를 통해서 기판 S의 전극 형성 영역에 인 이온이 도입된 불순물 영역( n+ 층, 101)이 형성된다.
위와 같이 기판 S에 불순물 영역(n+ 층)층(101)이 형성되면 마스크(13)를 후퇴 위치로 이동시키고, 이온 조사 위치에 있는 기판 S와 이온 조사 원의 격자판 사이에 마스크(13)가 없는 상태로 만든다. 그리고 기판 S의 전면에 균일하게 인 이온을 조사한다. 이 경우 격자판에 인가된 전압이 5 kV ~ 10 kV, 이온 조사 시간이 0.1 ~ 3.0 sec로 변경된다. 그러면 도 5B와 같이 기판 S의 얕은 위치에 n 층(102)가 형성된다.
이어 기판 S는 도시하지 않은 소둔로에 반송되어 어닐링 처리된다. 이 경우, 예를 들어, 기판 온도를 900 ℃, 처리 시간을 2 분으로 설정하여 어닐링 처리된다. 이에 이온 조사에 의해 기판 S에 생긴 결함이 수정 된다(즉, 재결정화 된다).
도 2의 센터 정렬 공정 S30은 전극 형성 공정 S40의 처리에 대한 기준 위치로 기판 센터 위치 Ss을 설정하기 위한 공정이며, 기판 배치 공정 S31, 기판 촬영 공정 S32, 센터 연산 공정 S33, 및 처리 정렬 공정 S34을 갖는다.
도 2의 기판 배치 공정 S31에서는 스크린 인쇄기(20)의 도(drawing)의 왼쪽 실선으로 나타낸 정렬 위치에 있는 지지대(22)에 기판 S를 적재한다.
계속해서, 도 2에 나타난 기판 촬영 공정 S32에서는 정렬 위치에 있는 지지대(22)에 적재된 기판 S의 전체 디지털 카메라(촬영 수단, 26)에 의해 촬영한다. 또한, 영상 처리를 위해 촬영에 앞서 지지대(22)는 도 6에 실선으로 나타낸 바와 같이, 마스크(23)와 이격된 정렬 위치에 대피하고 있기 때문에, 마스크(23)가 촬영을 방해하지 않는다.
도 2의 센터 연산 공정 S33에서는 도 1과 같이 디지털 카메라(26)에서 촬영한 영상 데이터 처리, 영상 데이터에서 기판 S의 외형(윤곽)을 확인하고 다음과 같이 기판 센터 Ss을 연산한다.
먼저 디지털 카메라(26)에서 촬영한 기판 S의 전체 영상 데이터에서 대각선 위치에 있는 두 모서리 Sc, Sd에서 각각 사각형의 네 변 중 인접한 두 변을 확인하고 이 중 모서리 Sc 인근 식별변 Sg 및 식별변 Sh를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점 (정점) Sm을 구한다. 마찬가지로 모서리 Sd 인근 식별변 Sj 및 식별변 Sk를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점 (정점) Sn을 구한다. 또한, 식별변 Sg, Sh, Sj, Sk는 모두 가상 정점 Sm, Sn을 연산 가능한 정도의 길이를 가지고 있으면 된다.
이어 이러한 가상 정점 Sm, Sn을 연결한 직선 SL을 산출하고, 이 직선 SL의 중점을 기판 센터 위치 Ss로 설정한다. 또한 대각선인 직선 SL은 기판 S의 네 변 Sg, Sh, Sj, Sk와 모두 45°로 교차하는 것으로 간주한다.
도 2에 나타낸 처리 위치 조정 공정 S34에서 산출한 기판 센터 위치 Ss가 마스크(23)의 위치에 따라 규정되는 미리 설정된 처리 센터에 어긋나 있는지를 판별한 후, 이 기판 센터 위치 Ss 처리 중심과 일치하도록 지지대 (22)의 위치를 면내 방향으로 조정한다. 또한 대각선 SL이 마스크(23)의 위치에 따라 규정되는 미리 설정된 처리 방향에 어긋나 있는지를 판별한 후, 이 대각선 SL 처리 방향과 일치하도록 지지대(22)의 위치를 θ 방향으로 회전하여 조정한다.
이상의 조작으로, 전극 형성 공정 S40에 대한 정렬 공정 S30을 완료한다.
또한, 기판 S 정렬 방법으로 기판 센터 위치 Ss의 산출 방법은 상기에 한정되는 것이 아니라 공지된 기판 정렬 방법을 사용할 수 있다.
도 2의 전극 형성 공정 S40에서는 이온 주입 처리를 한 기판 S에 공지된 스크린 인쇄 법을 이용하여 Ag로 이루어진 표면 전극(103)을 형성한다.
이 공정에서는 도 6과 같이 기판 S를 적재한 지지대(22)가 도시하지 않은 지지대 구동 수단에 의해 정렬 위치(실선)에서 인쇄 위치(점선)로 이동되어 스크린(23)에 의해 규정되는 패턴에 따라 Ag 등으로 이루어지는 표면 전극(103)이 형성된다.
도 2의 후 처리 공정 S50에서 기판 S의 이면 Sb에 Al 등으로 이루어지는 이면 전극(104)을 형성하여 도 5C와 같이 선택 에미터 구조의 태양 전지를 얻을 수 있다.
또한 후 처리 공정 S50은 전극 형성 후 필요한 모든 처리를 포함한다.
본 실시예에 있어서는, 불순물 주입 공정 S20 및 전극 형성 공정 S40 각각의 처리 전에 센터 정렬 공정 S10 및 센터 정렬 공정 S30에 의해 기판 센터 위치 Ss를 연산함으로써 처리 위치를 설정하기 때문에 불순물 영역(101)과 전극(103)의 형성 위치를 정밀하게 제어할 수 있게 된다. 이는 기판 S의 외형의 오차가 발생하더라도 이에 영향을 받지 않고 불순물 영역(101) 나오지 않도록 전극(103)을 형성할 수 있게 된다. 또한 50~500 ㎛ 정도의 폭을 갖는 불순물 영역에 대해 실질적으로 동일한 폭 치수, 엄격하게는, 불순물 영역(101)의 폭 치수에 비해 10 ㎛ 이하 정도로 작은 폭 치수인 전극(103)을 정확하게 형성 수 있게 된다. 따라서 변환 효율의 저하 없이 크기 규격이 다른 기판 S에 대응하고 태양 전지 제조가 가능해 진다.
본 실시예의 센터 정렬 공정 S10에서는 기판 S의 처리면 Sa과 반대측의 이면 Sb 측에 위치하는 촬영 수단(16a, 16b)에 의해 기판 S의 외형(윤곽)을 촬영하여 얻어진 영상 데이터 에서 기판 센터 위치 Ss을 연산한다. 이를 통해 불순물 주입에 사용 마스크(13)에 기판 S가 근접한 상태에서 기판 S의 모서리 Sc, Sd만 촬영하여 기판 센터 위치 Ss을 설정할 수 있기 때문에 기판 S의 위치를 정확하게 산정할 수 있다. 따라서 처리 위치를 정확하게 결정할 수 있고, 기판 S 전면에 정확한 불순물 주입 처리를 할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 센터 정렬 공정 S30에서는 기판 S의 표면 Sa 측에 위치하는 촬영 수단(26)에 의해 기판 S의 외형(윤곽)을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치 Ss을 연산하고 기판 센터 위치를 구한다. 그 후, 전극 형성 할 스크린(23)에 대한 스크린 (23)과 평행, 즉, 기판 S의 표면 Sa과 평행한 면 내 방향으로 기판 S를 소정의 양(거리, 방향, 각도 등) 이동시킨다. 이를 통해 전극 형성의 위치를 정확하게 할 수 있기 때문에 50~500 ㎛ 정도의 폭을 갖는 불순물 영역(101)에 대해 실질적으로 동일한 폭 치수, 엄격하게, 불순물 영역(101)의 폭 치수보다 10 ㎛ 정도 작은 폭 치수 전극(103)을 정확하게 형성하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시예에 있어서는, 센터 정렬 공정 S1과 센터 정렬 공정 S30에서 동일한 기판 센터 위치 Ss을 기준으로 정렬을 위해 주입 위치와 전극을 형성하는 위치를 100 ㎛ 이내에서 쉽게 맞출 수 있다. 게다가 정렬 마크(mark)를 기판에 설치할 필요가 없기 때문에 그 만큼 제조 공정을 할 필요가 없고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 두 개의 가상 정점들을 구했지만, 네 개의 정점(Sc, Sd, Se, Sf)으로도 좋고, 이 경우 정렬 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때 대각선이 되는 직선 SL 어울리는 또 하나의 대각선에서 기판 센터 위치 Ss를 구할 수 있습니다. 또한 이러한 네 정점에서 여러 중점을 구하고, 이 중점에서 기판 센터 위치 Ss를 구할 수 있다.
후자의 경우, 센터 연산 공정 S13에서, 도 9와 같이 디지털 카메라(16a, 16b)에서 촬영된 영상 데이터 처리, 영상 데이터에서 기판 S의 외형(윤곽)을 판별한 후 기판 센터 위치 Ss을 다음과 같이 연산할 수 있다.
먼저 개별적으로 촬영된 인접한 위치에 있는 두 모서리 Sc, Se 각각의 영상을 디지털 카메라(16a, 16b)의 위치 정보를 바탕으로 합성한다.
이어 두 모서리 Sc, Se의 합성 영상에서 사각형의 네 변 중 인접한 두 변 을 확인한다. 모서리 Sc 부근에서는 식별변 Sg 및 식별변 Sh를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점(정점) Sm을 구한다. 마찬가지로 모서리 Se 부근에서는 식별변 Su1 및 식별변 Sv1를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점 (정점) Sp를 구한다.
마찬가지로 나머지 두 정점 중 모서리 Sd 인근 식별변 Sj 및 식별변 Sk를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점 (정점) Sn을 구한다. 동시에 모서리 Sf 인근 식별변 Su2 및 식별변 Sv2를 직선으로 인식한다. 이러한 직선을 연장하고 그 교점으로 가상 정점(정점) Sq를 구한다.
이어 가상 정점 Sm, Sp을 연결한 직선의 중점 Sr1을 산출하고, 가상 정점 Sq, Sn을 연결 한 직선의 중점 Sr2를 산출한다. 또한 대향하는 두 변의 중점 Sr1, Sr2을 연결한 직선 SL1의 중점을 기판 센터 위치 Ss로 설정합니다.
또한, 식별변 Sg, Sh, Sj, Sk, Su1, Sv1, Su2 및 Sv2은 모두 가상 정점 Sm, Sn, Sp, Sq를 연산 가능한 정도의 길이를 가지고 있으면 된다.
또한 대각선인 직선 SL1은 기판 S의 두 변 Sg (Su1), Sk (Su2)에 모두 90°를 이루는, 즉 직교하고 있는 것으로 간주한다.
또한, 네 정점에서 나머지 두 변에 해당하는 중점 St1, St2를 구하고, 이 중점 St1, St2을 연결한 직선 SL2의 중점을 기판 센터 위치 Ss로 설정할 수도 있다.
또한 대향하는 두 변의 중점 Sr1, Sr2을 연결한 직선 SL1 과 중점 St1, St2을 연결한 직선 SL2과의 교점을 기판 센터 위치 Ss로 설정할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 태양 전지의 제조 방법은 기판 S의 표면 Sa에 불순물을 주입하여 n+ 층(101)을 형성하고 그 위에 표면 전극(103)을 형성하고, 후면 Sb의 거의 전면에 후면 전극(104)을 형성한 태양 전지(100)의 제조에 적용되지만, 이외에도 백컨택트(back-contact) 태양 전지 제조에 적용 할 수 있다.
구체적으로는 도 8과 같이 태양 전지(80)는 반도체 기판으로 사각형 판모양의 실리콘 기판(81)의 뒷면(81b) 외부에 연결되는 전극(82)이 연결된 소위 백컨택트 형 태양 전지이다.
더 자세한 내용은 도 8에 나타낸 바와 같이, 태양 전지(80)의 실리콘 기판(81)에는 태양의 수광면(81a)과 그 수광면(81a)에 대향하는 이면(81b)에는 요철 형상의 요철이 형성되어 있다. 이러한 실리콘 기판(81)는 단결정 실리콘으로 이루어진 기판과 다결정 실리콘으로 이루어진 기판 중 하나가 될 수 있다.
실리콘 기판(81)의 뒷면(81b), 이 뒷면(81b)에서 실리콘 기판(81)의 두께 방향으로 소정의 깊이 만큼 불순물 원소의 확산 영역인 P형 불순물 영역(81p) 및 N형 불순물 영역(81n)가 교대로 형성 되어 있다. P형 불순물 영역(81p)는 첫 도전형의 불순물 원소인 붕소(B), 안티몬(Sb) 및 비스무트(Bi) 등의 원소를 포함 한다. 한편, N형 불순물 영역(81n)은 두 번째 도전형의 불순물 원소인 인(P )및 비소(As)등의 원소를 포함한다. P형 불순물 영역(81p) 및 N형 불순물 영역(81n)에는 알루미늄 이나 은 등으로 이루어진 전극(82)이 실리콘 기판 (81)의 뒷면(81b)에서 돌출 되도록 형성되어 있다. P형 불순물 영역(81p) 및 N형 불순물 영역(81n)에서는 실리콘 기판(81)의 수광면(81a)에서 입사한 빛이 전력으로 변환된다. 그리고, 이 전력은 각 불순물 영역(81p , 81n)에 연결된 전극(82)에서 외부 부하와 축전 장치로 도출된다.
상기 실리콘 기판(81) 전체는 적어도 전극(82)의 돌출면(82a)의 일부를 노출 시키도록 실리콘 산화막( 83)과 이 실리콘 산화막(83)을 덮는 실리콘 질화막(84)에 의해 덮여 있다. 실리콘 질화막(84)의 수광면(81a)측은 뒷면(81b)측보다 두께가 두껍고, 수광면(81a) 측에서 빛의 반사를 억제하는 반사 억제부(84a)로 작동한다. 그리고 태양 전지(80)의 표면 측에 조사되는 빛은 반사 억제부(84a)의 반사 억제 기능에 의해 실리콘 기판(81)에 쉽게 채워진다. 또한 실리콘 기판(81)에 받아 들여진 빛은 수광면(81a) 및 뒷면(81b)에 형성되는 텍스처에 의해 쉽게 갇혀진다. 그리고 실리콘 기판(81)에 받아 들여진 빛이나 갇혀진 빛은 P형 불순물 영역(81p) 및 N형 불순물 영역(81n)의 광전 변환 작용에 의해 전력으로 변환된다. 또한 이 반사 억제부(84a)를 포함한 상기 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막 (84)에 의해 실리콘 기판(81)의 수분 등의 불순물 침입이나 실리콘 기판 (81) 외부 표면의 기계적인 손상 등을 억제하는 패시베이션 막이 구성되어 있다.
이러한 구조의 태양 전지(80)의 제조에도 상술한 불순물 주입 공정 S20에 대응하여 P형 불순물 영역(81p) 및 N형 불순물 영역(81n)을 형성하는 공정 전에 센터 정렬 공정 S10에 대응하여 기판 센터 위치 Ss을 연산 할 수 있고, 상술한 전극 형성 공정 S40에 대응한 전극(82)을 형성하는 전극 형성 공정 전에 센터 정렬 공정 S30에 대응하여 기판 센터 위치 Ss을 연산할 수 있다. 따라서 전극 및 불순물 영역의 형성 위치를 정확하게 설정하는 것이 가능해진다.
N형의 불순물 원소와 P형 불순물 원소는 실리콘 산화막(83)과 실리콘 질화막 (84)을 통해 실리콘 기판 (81)의 뒷면 81b에 주입된다. 그러므로 불순물 원소를 실리콘 기판 (81)에 확산시키기 위해 별도의 구멍(관통구, through-hole)을 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)에 형성할 필요가 없다. 따라서 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)에 관통 구멍을 형성하는 방법과 비교하여 태양 전지(80)을 제조하기 위한 공정 수를 줄이는 것이 가능하다.
실리콘 기판(81) 전체에 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)가 형성되는 한편, 불순물 원소가 주입되는 뒷면(81b)는 실리콘 질화물의 두께를 상대적으로 얇게 하여 패시베이션 막 두께를 상대적으로 얇게 했다. 따라서 불순물 원소의 주입에 필요한 가속 전압을 낮게 할 수 있으며, 실리콘 기판(81)의 수광면(81a)에서는 패시베이션 막 기능을 안정적으로 발현시키는 것이 가능하다.
실리콘 기판(81)의 외표면 전체에 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)을 형성한 후 수광면(81a) 측에 만 실리콘 질화물을 적층하여 패시베이션 막 두께를 뒷면(81b)에서 상대적으로 얇게되도록 했다. 여기에 불순물을 확산시키기 위한 관통 구멍을 패시베이션 막으로 형성하기 위해서는 관통 구멍 이외의 영역이 엷게되는 억제 마스크를 형성하는 공정, 패시베이션 막에 관통 구멍을 형성하는 공정과 같이 적어도 두 개 이상의 공정이 필요하게 된다. 이에 대해 패시베이션 막 형성 공정이 반사 억제부(84a)를 포함한 위와 같은 방법에서도 단순히 패시베이션 막 형성 공정이 늘어날 뿐이다. 따라서, 상술한 방법에도 관통 구멍을 패시베이션 막 형성 방법과 비교하여 제조 공정 수를 줄이는 것이 가능하다.
뒷면(81b)에 형성되는 실리콘 산화막(83)의 두께 및 실리콘 질화막(84)의 두께 합을 30nm로 했다. 따라서 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)을 통해서 실리콘 기판(81)에 불순물 원소의 주입을 보다 확실하게 할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시예는 다음과 같이 적절하게 변경하여 실시 할 수도있다.
상기 뒷면(81b) 측의 패시베이션 막 두께, 즉, 실리콘 산화막(83)의 두께 및 실리콘 질화막(84)의 두께의 합을 30 nm로 했다. 이에 한정되지 않고, 뒷면(81b) 측의 패시베이션 막 두께는 5 nm 이상 내지 50 nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 뒷면(81b)의 패시베이션 막 두께는 5 nm 이상 내지 20 nm 이하로 하는 것이 특히 바람직하다. 뒷면(81b)의 패시베이션 막 두께가 이 범위에 있으면, 뒷면(81b)를 기계적 화학적 최소한의 보호, 즉 태양 전지(80)로 충분한 변환 효율이 유지되는 만큼 뒷면(81b)를 보호할 수 있다. 또한, 이온 빔에 의해 이온 주입을 받는 패시베이션 막 두께를 바람직한 두께 범위 안에서 상대적으로 얇게 할 수 있기 때문에 실리콘 기판(81)의 이온 주입량을 상대적으로 많이 할 수 있다. 이는 상대적으로 짧은 이온 주입 처리 시간에 충분한 이온 주입량을 확보할 수 있기 때문에 태양 전지(80)의 제조에 소요되는 사이클 타임을 단축할 수 있다.
또한 패시베이션 막 두께를 20 nm 이상으로 하면, 뒷면(81b)를 기계 화학적으로 더욱 안정적으로 보호할 수 있다. 또한, 패시베이션 막 두께를 50 nm 이하로 하면, 이온 빔 조사에 의한 실리콘 기판(81)의 데미지가 태양 전지(80)의 변환 효율에 영향을 미칠 정도로 커지는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
실리콘 기판(81)을 대신하여, 갈륨 비소(GaAs) 기판, 황화 카드뮴(CdS) 기판, 카드뮴 텔루르(CdTe) 기판, 셀레늄 구리 인듐(CuInSe) 기판 등의 화합물 반도체 기판 및 유기 반도체 기판을 이용할 수도 있다.
상기 실시예에서, 실리콘 산화막(83) 및 실리콘 질화막(84)이 실리콘 기판(81) 전체에 형성한 후, N형 불순물 영역(81n) 과 P형 불순물 영역(81p)이 형성된다. 이에 한정되지 않고, 패시베이션 막으로 실리콘 산화막(83)의 형성에 따라, 상기 각 불순물 영역(81n, 81p)을 형성한 후, 다른 패시베이션 막으로 실리콘 질화막(84)을 형성하도록 하여도 좋다.
100, 80 ...태양 전지, S, 81...실리콘 기판, Sa, 81a ... 수광면, Sb, 81b ... 뒷면 101 ... 불순물 영역, 81p ...P형 불순물 영역(불순물 영역), 81n ... N형 불순물 영역(불순물 영역) 82, 103, 104 ...전극, 83 ...실리콘 산화막, 84 ...실리콘 질화막, 84a...반사 억제부, 13..마스크 23 ...스크린 마스크, 16, 26 ...디지털 카메라(촬영 수단 ), Ss ...기판 센터 위치.

Claims (17)

  1. 제 1 변, 상기 제 1 변에 인접한 제 2 변, 상기 제 2 변에 인접하고 상기 제 1 변과는 다른 제 3 변, 및 상기 제 3 변에 인접하고 상기 제 2 변과는 다른 제 4 변으로 구성된 사각 형상이며, 상기 제 1 변 및 상기 제 2 변이 만나는 부근의 제 1 코너부, 상기 제 2 변 및 상기 제 3 변이 만나는 부근의 제 2 코너부, 상기 제 3 변 및 상기 제 4 변이 만나는 부근의 제 3 코너부, 및 상기 제 4 변 및 상기 제 1 변이 만나는 부근의 제 4 코너부를 포함하는 사각 형상을 갖는 실리콘 기판에 설치한 불순물 영역과 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 전극을 가진 태양 전지의 제조 방법으로서,
    상기 불순물 영역을 형성하는 불순물 주입 공정(impurity implanting step), 상기 전극을 형성하는 전극 형성 공정(electrode forming step), 상기 불순물 주입 공정 처리에 대한 기준 위치(reference position)로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 1 센터 정렬 공정(first center alignment step), 및 상기 전극 형성 공정 처리에 대한 기준 위치로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 2 센터 정렬 공정(second center alignment step)을 포함하고,
    상기 제 1 또는 제 2 센터 정렬 공정에서는,
    (1) 상기 제 1 변과 상기 제 2 변을 식별하고, 상기 제 1 변에서 제 1 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 2 변에서 제 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 1 정점으로 구하고,
    (2) 상기 제 3 변과 상기 제 4 변을 식별하고, 상기 제 3 변에서 제 3 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 4 변에서 제 3 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 3 정점으로 구하며,
    (3) 상기 제 1 정점과 상기 제 3 정점을 연결한 직선인 대각선의 중점을 기판 센터 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 처리면(processing surface)과 반대쪽에 있는 촬영 수단(imaging unit)에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 처리 표면 측에 위치하는 촬영 수단에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 불순물 주입 공정에서는 이온 주입에 의해 불순물이 주입되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 형성 공정에서는 인쇄 법에 의해 상기 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 센터 정렬 공정에서는 상기 기판 외형의 인접한 제 1 변 및 제 2 변, 제 3 변 및 제 4 변과, 상기 대각선의 교차 각도를 45°로 간주하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판 외형을 상기 기판이 위치하는 지지대를 관통하는 촬영 구멍(imaging hole)을 통해 촬영하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제 1항에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 태양 전지로서,
    상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 상기 전극의 폭은, 상기 불순물 영역의 폭보다 작고, 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 상기 전극의 폭과 상기 불순물 영역의 폭의 차이는 10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  11. 제 1 변, 상기 제 1 변에 인접한 제 2 변, 상기 제 2 변에 인접하고 상기 제 1 변과는 다른 제 3 변, 및 상기 제 3 변에 인접하고 상기 제 2 변과는 다른 제 4 변으로 구성된 사각 형상이며, 상기 제 1 변 및 상기 제 2 변이 만나는 부근의 제 1 코너부, 상기 제 2 변 및 상기 제 3 변이 만나는 부근의 제 2 코너부, 상기 제 3 변 및 상기 제 4 변이 만나는 부근의 제 3 코너부, 및 상기 제 4 변 및 상기 제 1 변이 만나는 부근의 제 4 코너부를 포함하는 사각 형상을 갖는 실리콘 기판에 설치한 불순물 영역과 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 전극을 가진 태양 전지의 제조 방법으로서,
    상기 불순물 영역을 형성하는 불순물 주입 공정(impurity implanting step), 상기 전극을 형성하는 전극 형성 공정(electrode forming step), 상기 불순물 주입 공정 처리에 대한 기준 위치(reference position)로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 1 센터 정렬 공정(first center alignment step), 및 상기 전극 형성 공정 처리에 대한 기준 위치로 상기 기판의 센터 위치를 설정하는 제 2 센터 정렬 공정(second center alignment step)을 포함하고,
    상기 제 1 또는 제 2 센터 정렬 공정에서는,
    (가1) 상기 제 1 변과 제 2 변을 식별하고, 상기 제 1 변에서 제 1 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 2 변에서 제 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 1 정점으로 구하고,
    (가2) 상기 제 2 변과 상기 제 3 변을 식별하고, 상기 제 2 변에서 제 2 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 3 변에서 제 2 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 2 정점으로 구하며,
    (가3) 상기 제 3 변과 상기 제 4 변을 식별하고, 상기 제 3 변에서 제 3 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 4 변에서 제 3 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 3 정점으로 구하고,
    (가4) 상기 제 4 변과 상기 제 1 변을 식별하고, 상기 제 4 변에서 제 4 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선과, 상기 제 1 변에서 제 4 코너부 부근의 직선 부분을 연장하여 얻어지는 직선의 교점을 제 4 정점으로 구하며;
    (나1) 상기 제 1 정점과 상기 제 2 정점을 연결한 직선의 중점을 제 1 중점으로 정하고,
    (나2) 상기 제 2 정점과 상기 제 3 정점을 연결한 직선의 중점을 제 2 중점으로 정하며,
    (나3) 상기 제 3 정점과 상기 제 4 정점을 연결한 직선의 중점을 제 3 중점으로 정하고,
    (나4) 상기 제 4 정점과 상기 제 1 정점을 연결한 직선의 중점을 제 4 중점으로 정하며,
    (다) 상기 제 1 중점과 상기 제 3 중점을 연결한 직선과, 상기 제 2 중점과 상기 제 4 중점을 연결한 직선과의 교점을 기판 센터 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 처리면(processing surface)과 반대쪽에 있는 촬영 수단(imaging unit)에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 센터 정렬 공정에서는 상기 기판의 처리 표면 측에 위치하는 촬영 수단에 의해 기판 외형을 촬영하여 얻은 영상에서 기판 센터 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 불순물 주입 공정에서는 이온 주입에 의해 불순물이 주입되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 전극 형성 공정에서는 인쇄 법에 의해 상기 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 센터 정렬 공정에서는 상기 기판 외형을 상기 기판이 위치하는 지지대를 관통하는 촬영 구멍(imaging hole)을 통해 촬영하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제 11항에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 태양 전지로서,
    상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 상기 전극의 폭은, 상기 불순물 영역의 폭보다 작고, 상기 불순물 영역에 겹쳐 설치한 상기 전극의 폭과 상기 불순물 영역의 폭의 차이는 10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
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