KR101797117B1 - 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 도핑 소스층을 코팅하는 단계, 상기 도핑 소스층을 패터닝하는 단계, 상기 패터닝된 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계, 상기 패터닝된 도핑 소스층을 제거하는 단계, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계 및 상기 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저온 및 비진공 상태에서 초박형 실리콘 상에 도펀트를 주입하여 태양 전지를 제조할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 태양전지(silicon photovoltaic) 산업에 있어서, 실리콘 웨이퍼 단가는 최종 모듈 가격의 40% 이상을 차지하기 때문에 더 얇은 두께를 갖는 실리콘 기판이 요구되고 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 두께를 100 ㎛ 미만으로 낮추면서, 이러한 박형 실리콘의 광포집 효율 및 표면 패시베이션 특성을 우수하게 유지하면 종래 200 ㎛ 두께의 태양전지와 비슷하거나 또는 더 높은 효율을 얻을 수 있게 되고, 그러한 경우, 두께 감소로 더 적은 양의 실리콘 웨이퍼 사용으로 발전 단가를 크게 저감할 수 있는 효과가 있다. 그러나, 100 ㎛ 미만 두께의 얇은 실리콘 기판은 웨이퍼 핸들링시에 쉽게 부러지거나 금이 갈 수 있기 때문에 태양 전지 제조 라인에서 수율 감소의 원인이 된다. 따라서 태양 전지 제조 공정 중 얇은 두께의 실리콘 웨이퍼를 핸들링할 수 있는 해결 방안이 요구되고 있다.
종래, 이를 해결하기 위하여 다음과 같은 공정들이 제안되었다.
첫째로, 성장 기판의 표면을 전기 화학적으로 다공질화(porosified)한 후, 다공성 웨이퍼 상에 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키고 연속적으로 표면을 패시베이션(passivation)하고, 이후, 실리콘 웨이퍼를 성장 기판에서 분리하여 모듈 유리와 같은 캐리어에 접합시키는 방법이 있다. 모듈 유리는 후속 직렬 연결을 위하여 구조적인 금속화 과정을 거칠 수 있다. 상기 에피택셜 성장된 박막 실리콘 웨이퍼를 복수 개 접합하고 후속 공정을 통하여 태양전지 모듈을 완성할 수 있다. 이때, p-n 접합은 비정질 실리콘을 성막하여 형성하고 후면 전극은 레이저 도핑을 이용하여 형성할 수 있다.
둘째로, 200 ㎛ 이상의 두께를 갖는 n형 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 텍스쳐를 형성하고 상기 실리콘 웨이퍼 상에 금속 후막을 증착한 후 열처리하여 금속 후막과 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수 차이에 의해서 초박형 실리콘으로 박리하는 방법이 있다. 이후, 상기 초박형 실리콘 상에 p형 진성 수소화 비정질 실리콘(intrinsic hydrogenated amorphous silicon)을 증착하여 p-n 접합을 형성할 수 있다.
셋째로, 다공성 실리콘 기판 위에 실리콘을 에피택셜 성장시킨 후, 고온에서 에미터(emitter) 형성을 위한 도핑을 수행하고 상기 실리콘을 박리하여 스테인레스 철 기판 상에 부착한 후 전면 공정을 진행하는 방법이 있다.
그러나, 상기 방법들은 고진공의 플라즈마 공정 또는 고온 공정을 이용하여 에미터와 베이스 접합 구조를 제조하므로 그 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 저비용으로 저온 공정에서 초박형 실리콘 웨이퍼 기반의 태양전지를 제조하는 방법의 개발이 요구된다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 비진공 공정으로 저온에서 초박형 실리콘 웨이퍼 기반의 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 도핑 소스층을 패터닝한 후 플래쉬 램프를 이용하여 도펀트를 실리콘 상에 확산함으로써 저온 및 비진공 상태에서 고속으로 태양전지를 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지 제조방법은, 핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계; 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 도핑 소스층을 코팅하는 단계; 상기 도핑 소스층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계; 상기 패터닝된 도핑 소스층을 제거하는 단계; 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및 상기 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 도펀트는 n형 도펀트일 수 있다.
일 예로, 상기 n형 도펀트는 인(phosphorus)이고, 상기 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)일 수 있다.
일 예로, 상기 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다.
일 예로, 상기 p형 도펀트는 붕소(boron)이고, 상기 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)일 수 있다.
일 예로, 상기 도핑 소스층을 코팅하는 것은 스핀 코팅, 스크린 코팅 및 스프레이 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지 제조방법은, 핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계; 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제1 도핑 소스층을 코팅하는 단계; 상기 제1 도핑 소스층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제1 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 제1 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계; 상기 패터닝된 제1 도핑 소스층을 제거하는 단계; 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제2 도핑 소스층을 코팅하는 단계; 상기 제2 도핑 소스층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 제2 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계; 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층을 제거하는 단계; 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역 이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층은 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 도펀트가 확산된 영역과 이격되어 배치될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 도펀트는 n형 도펀트이고, 상기 제2 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 도펀트는 p형 도펀트이고, 상기 제2 도펀트는 n형 도펀트일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 도펀트는 인(phosphorus)이고, 상기 제1 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)이고, 상기 제2 도펀트는 붕소(boron)이고, 상기 제2 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 도펀트는 붕소(boron)이고, 상기 제1 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)이고, 상기 제2 도펀트는 인(phosphorus)이고, 상기 제2 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 및 제2 도핑 소스층을 코팅하는 것은 스핀 코팅, 스크린 코팅 및 스프레이 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 플래쉬 램프의 펄스는 1 ms 미만일 수 있다.
일 예로, 상기 플래쉬 램프로 빛을 조사하는 것은 산소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기의 확산로(diffusion furnace) 또는 벨트로(belt furnace)에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 플래쉬 램프에 의하여 초박형 웨이퍼의 표면만 가열하여 비진공 상태에서 도펀트를 주입함으로써 초박형 실리콘 태양전지 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 또한 비진공 상태에서 제조되므로 고속 공정이 가능한 효과가 있다. 그러나, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조된 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조된 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조된 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법은 핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계(S1a), 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 도핑 소스층을 코팅하는 단계(S2a), 상기 도핑 소스층을 패터닝하는 단계(S3a), 상기 패터닝된 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 도펀트를 상기 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계(S4a), 상기 패터닝된 도핑 소스층을 제거하는 단계(S5a), 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계(S6a) 및 상기 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계(S7a)를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다. 구체적으로, 도 2a 내지 도 2g의 제조 공정을 사용하여 후면 전계층(back surface field layer)이 형성된 태양 전지를 제조할 수 있다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, S1a 단계에서, 핸들 웨이퍼(130) 상에 초박형 실리콘 웨이퍼(110)를 접합층(120)에 의해 접합할 수 있다. 초박형 실리콘 웨이퍼(110)는, 예를 들어, 50 ㎛ 미만의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110)를 태양 전지의 제조 공정상 용이하게 다루기 위하여 핸들 웨이퍼(130)에 접합하여 취급할 수 있다. 핸들 웨이퍼(130)는 초박형 실리콘 웨이퍼(110)를 지지하는 것으로서 저가의 기판을 사용함으로써 제조 비용을 절감시킬 수 있다. 구체적으로 상기 핸들 웨이퍼(130)는 유리, 스테인레스 철, 또는 플라스틱 물질로 이루어진 것일 수 있다. 핸들 웨이퍼(130)의 열손상을 저감시키기 위하여 핸들 웨이퍼(130)를 수랭할 수 있다.
상기 접합층(120)은 금속 바인더 또는 유기 고분자로 이루어진 점착제일 수 있다. 상기 금속 바인더 또는 점착제는 대부분 고온에 취약한 특성이 있어서 후속 공정이 저온에서 처리되어야 한다. 따라서, 도펀트를 주입하기 위하여 접합층(120)까지 800 ~ 900 ℃와 같은 고온으로 가열되는 도핑 공정은 적용되기 곤란하다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, S2a단계에서, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110) 상에 도핑 소스층(170)을 코팅할 수 있다. 도핑 소스층(170)을 코팅하는 것은 스핀 코팅(spin coating), 스크린 코팅(screen coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)과 같은 저비용 습식 코팅법에 의해 수행될 수 있다.
상기 도핑 소스층(170)은 후속 공정에서 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 선택된 상부 영역 상에 도펀트를 확산시키는 소스 역할을 할 수 있다. 상기 도펀트는 n형 도펀트일 수 있으며, 구체적으로 5족 원소일 수 있으며, 더욱 구체적으로 인(phosphrous)일 수 있다. 상기 도펀트가 인인 경우, 상기 도핑 소스층(170)은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass, PSG)일 수 있다. 또한, 상기 도펀트는 p형 도펀트일 수 있으며, 구체적으로 3족 원소일 수 있으며, 더욱 구체적으로 붕소(boron)일 수 있다. 상기 도펀트가 붕소인 경우, 상기 도핑 소스층(170)은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass, BSG)일 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, S2a 단계 후에, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 선택된 영역 상에 도펀트를 확산시키기 위하여 패턴이 형성된 포토 레지스트층(180)을 형성할 수 있다. 상기 포토 레지스트층(180)은 초박형 실리콘 웨이퍼(110) 상의 도펀트가 확산될 영역이 노출되지 않도록 패턴이 형성될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 포토 레지스트층(180)의 패턴은 상기 패턴에 따라 포토 마스크가 형성된 유리 기판을 통하여 UV광을 조사함으로써 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, S3a 단계에서, 포토 레지스트층(180, 도 2c 참조)을 마스크로 하여 도핑 소스층(170, 도 2c 참조)을 식각함으로써 도핑 소스 패턴(170P)을 형성할 수 있다. 상기 식각은 저비용의 습식 식각에 의하여 수행될 수 있다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, S4a 단계에서, 도핑 소스 패턴(170P) 상에 플래쉬 램프(flash lamp)(190)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110) 내부로 도펀트를 확산시킬 수 있다. 플래쉬 램프(190)는 넓은 파장 범위를 갖는 빛을 조사할 수 있는 것으로서, 구체적으로 제논(Xe) 램프일 수 있다. 플래쉬 램프(190)를 사용하여 매우 짧은 펄스(pulse)를 갖는 빛을 조사하는 경우, 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 표면 온도를 예를 들어 800~900 ℃ 정도로 매우 높게함으로써 도핑 소스 패턴(170P)로부터 도펀트가 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 내부로 확산되어 도핑 영역(140)을 형성할 수 있다. 그러나, 매우 짧은 펄스로 인하여 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 표면 온도만 상승하고 그 내부의 온도까지 상승하지는 않게 되므로 고온에 의하여 접합층(120)이 손상되지 않을 수 있다. 구체적으로, 플래쉬 램프(190)에 의하여 가열되는 시간은 펄스에 의하여 제한되므로 초박형 실리콘 웨이퍼(110) 내부로 열이 확산되는 시간은 조사되는 빛의 펄스와 유사할 수 있다. 그러므로 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 표면만 가열될 수 있다.
상기 플래쉬 램프(190)의 펄스는 1 ms 미만일 수 있으며, 상기 플래쉬 램프(190)로 빛을 조사하는 것은 산소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기의 확산로(diffusion furnace) 또는 벨트로(belt furnace)에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 플래쉬 램프(190)의 후면에 반사판(195)이 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2f를 참조하면, S6a 단계 전에 도핑 소스 패턴(170P)(도 2d 참조)이 제거되고, S6a 단계에서 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110) 상에 패시베이션층을 형성하고 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(110)의 도핑 영역(140)이 노출되도록 패시베이션 패턴층(160)을 형성할 수 있다. 도핑 소스 패턴(170P)(도 2d 참조)을 제거하는 것은 습식 식각에 의하여 수행될 수 있으며, 구체적으로, 불산(hydrofluoric acid) 또는 BOE(buffered oxide etchant)를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 패시베이션 패턴층(160)을 형성하는 것은 동일한 방법의 습식 식각에 의해 수행될 수 있다. 상기 패시베이션 패턴층(160)은 알루미늄옥사이드(AlOx), 알루미늄나이트라이드(AlN), 실리콘옥사이드(SiOx), 실리콘나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘옥시나이트라이드(SiON)일 수 있다.
도 1 및 도 2g를 참조하면, S7a 단계에서, 상기 도피 영역(140) 상에 전극(150)을 형성할 수 이다. 상기 전극(150)은 상기 패시베이션 패턴층(160)에 의해 도핑 영역(140)을 제외한 초박형 실리콘 웨이퍼(110)와 절연될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 방법은 핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계(S1b), 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제1 도핑 소스층을 코팅하는 단계(S2b), 상기 제1 도핑 소스층을 패터닝하는 단계(S3b), 상기 패터닝된 제1 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 상기 제1 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계(S4b), 상기 패터닝된 제1 도핑 소스층을 제거하는 단계(S5b), 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제2 도핑 소스층을 코팅하는 단계(S6b), 상기 제2 도핑 소스층을 패터닝하는 단계(S7b), 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층 상에 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 상기 제2 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계(S8b), 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층을 제거하는 단계(S9b), 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계(S10b) 및 상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계(S11b)를 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 구현예에 따른 초박형 실리콘 태양전지의 제조 공정상의 각 단계별 단면도이다. 구체적으로, 도 4a 내지 도 4h의 제조 공정을 사용하여 집적된 후면 접촉(integrated backside contact) 구조가 형성된 태양 전지를 제조할 수 있다.
도 3의 S1b 내지 S2b 단계는, 도 1에 도시된 S1a 내지 S1a 단계 및 도 2a 내지 도 2b에 도시된 공정 단계와 동일한 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, S2b 단계 후에, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 선택된 영역 상에 도펀트를 확산시키기 위하여 패턴이 형성된 제1 포토 레지스트층(280)을 형성할 수 있다. 상기 제1 포토 레지스트층(280)은 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 상의 도펀트가 확산될 영역이 노출되지 않도록 패턴이 형성될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 포토 레지스트층(280)의 패턴은 상기 패턴에 따라 포토 마스크가 형성된 유리 기판을 통하여 UV광을 조사함으로써 형성할 수 있다.
도 4a의 초박형 실리콘 웨이퍼(210), 접합층(220), 핸들 웨이퍼(230) 및 제1 포토 레지스트층(280)은 각각 도 2c에 도시된 초박형 실리콘 웨이퍼(110), 접합층(120), 핸들 웨이퍼(130) 및 포토 레지스트층(180)과 동일한 물질일 수 있으며, 동일한 기능을 수행하는 것일 수 있다.
도 4a의 제1 도핑 소스층(270)은 후속 공정에서 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 선택된 상부 영역 상에 제1 도펀트를 확산시키는 소스 역할을 할 수 있다. 상기 제1 도펀트는 n형 도펀트일 수 있으며, 구체적으로 5족 원소일 수 있으며, 더욱 구체적으로 인(phosphrous)일 수 있다. 상기 제1 도펀트가 인인 경우, 상기 제1 도핑 소스층(270)은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass, PSG)일 수 있다. 또한, 상기 제1 도펀트는 p형 도펀트일 수 있으며, 구체적으로 3족 원소일 수 있으며, 더욱 구체적으로 붕소(boron)일 수 있다. 상기 제1 도펀트가 붕소인 경우, 상기 제1 도핑 소스층(270)은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass, BSG)일 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, S3b 단계에서, 제1 포토 레지스트층(280, 도 4a 참조)을 마스크로 하여 제1 도핑 소스층(270, 도 4a 참조)을 식각함으로써 제1 도핑 소스 패턴(270P)을 형성할 수 있다. 상기 식각은 저비용의 습식 식각에 의하여 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, S4b 단계에서, 제1 도핑 소스 패턴(270P) 상에 플래쉬 램프(flash lamp)(190)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 내부로 제1 도펀트를 확산시킬 수 있다. 플래쉬 램프(190)는 도 2e에 도시된 것과 동일한 것일 수 있다. 플래쉬 램프(190)로 빛을 조사함으로써 제1 도핑 소스 패턴(270P)로부터 제1 도펀트가 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 내부로 확산되어 제1 도핑 영역(240)을 형성할 수 있다. 그러나, 매우 짧은 펄스로 인하여 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 표면 온도만 상승하고 그 내부의 온도까지 상승하지는 않게 되므로 고온에 의하여 접합층(220)이 손상되지 않을 수 있다.
도 3을 참조하면, S5b 단계에서, 제1 도핑 소스 패턴(270P)(도 4b 참조)이 제거될 수 있다. 제1 도핑 소스 패턴(270P)(도 4b 참조)을 제거하는 것은 습식 식각에 의하여 수행될 수 있으며, 구체적으로, 불산(hydrofluoric acid) 또는 BOE(buffered oxide etchant)를 사용하여 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4d를 참조하면, S6b 단계에서, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 상에 제2 도핑 소스층(275)을 코팅할 수 있다. 제2 도핑 소스층(275)을 코팅하는 것은 도 2b의 도핑 소스층(170)을 코팅하는 것과 동일한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
제2 도핑 소스층(275)은 후속 공정에서 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 선택된 상부 영역 상에 제2 도펀트를 확산시키는 소스 역할을 할 수 있다. 상기 제2 도펀트는 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우 p형 도펀트일 수 있으며, 제1 도펀트가 p형 도펀트인 경우 n형 도펀트일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 도펀트가 인(phosphorus)이고 상기 제1 도핑 소스층(270)(도 4a 참조)이 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass, PSG)인 경우, 제2 도펀트는 붕소(boron)이고 제2 도핑 소스층(275)은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass, BSG)일 수 있으며, 상기 제1 도펀트가 붕소이고 상기 제1 도핑 소스층(270)(도 4a 참조)이 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass, BSG)인 경우, 제2 도펀트는 인(phosphorus)이고 제2 도핑 소스층(275)은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass, PSG)일 수 있다.
또한, S6b 단계 후에, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 선택된 영역 상에 제2 도펀트를 확산시키기 위하여 패턴이 형성된 제2 포토 레지스트층(285)을 형성할 수 있다. 상기 제2 포토 레지스트층(285)은 제2 도펀트가 제1 도핑 영역(240)으로 확산되지 않으면서 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 내부로 확산되도록 패터닝될 수 있다. 다시 말해서, 제1 도핑 영역(240)과 패터닝된 제2 포토 레지스트층(285)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4e를 참조하면, S7b 단계에서, 제2 포토 레지스트층(285, 도 4d 참조)을 마스크로 하여 제2 도핑 소스층(275, 도 4d 참조)을 식각함으로써 제2 도핑 소스 패턴(275P)을 형성할 수 있다. 상기 식각은 저비용의 습식 식각에 의하여 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4f를 참조하면, S8b 단계에서, 제2 도핑 소스 패턴(275P) 상에 플래쉬 램프(flash lamp)(190)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 내부로 제2 도펀트를 확산시킬 수 있다. 플래쉬 램프(190)는 도 2e에 도시된 것과 동일한 것일 수 있다. 플래쉬 램프(190)로 빛을 조사함으로써 제2 도핑 소스 패턴(275P)로부터 제2 도펀트가 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 내부로 확산되어 제2 도핑 영역(245)을 형성할 수 있다. 제2 도핑 영역(245)은 제1 도핑 영역(240)과 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4g를 참조하면, S10b 단계 전에 제2 도핑 소스 패턴(275P)(도 4f 참조)이 제거되고, S10b 단계에서 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210) 상에 패시베이션층을 형성하고 상기 초박형 실리콘 웨이퍼(210)의 상기 제1 도핑 영역(240) 및 제2 도핑 영역(245)이 노출되도록 패시베이션 패턴층(260)을 형성할 수 있다. 제2 도핑 소스 패턴(275P)(도 4f 참조)을 제거하는 것은 습식 식각에 의하여 수행될 수 있으며, 구체적으로, 불산(hydrofluoric acid) 또는 BOE(buffered oxide etchant)를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 패시베이션 패턴층(260)을 형성하는 것은 동일한 방법의 습식 식각에 의해 수행될 수 있다. 상기 패시베이션 패턴층(260)은 도 2f에 도시된 패시베이션 패턴층(160)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4h를 참조하면, S11b 단계에서, 상기 제1 및 제2 도피 영역(240, 245) 상에 전극(250)을 형성할 수 이다. 상기 전극(250)은 상기 패시베이션 패턴층(260)에 의해 제1 및 제2 도핑 영역(240, 245)을 제외한 초박형 실리콘 웨이퍼(210)와 절연될 수 있다..
본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
Claims (15)
- 초박형 실리콘 웨이퍼 기반의 태양전지를 제조하는 방법에 있어서,
핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계;
상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 도핑 소스층을 코팅하는 단계;
상기 도핑 소스층을 패터닝하는 단계;
상기 핸들 웨이퍼를 수랭하고, 상기 패터닝된 도핑 소스층 상에 후면에 반사판을 구비한 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 표면 온도를 상승시켜 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계;
상기 패터닝된 도핑 소스층을 제거하는 단계;
상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및
상기 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도펀트는 n형 도펀트인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 n형 도펀트는 인(phosphorus)이고, 상기 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도펀트는 p형 도펀트인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 p형 도펀트는 붕소(boron)이고, 상기 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도핑 소스층을 코팅하는 것은 스핀 코팅, 스크린 코팅 및 스프레이 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 초박형 실리콘 웨이퍼 기반의 태양 전지를 제조하는 방법에 있어서,
핸들 웨이퍼 및 초박형 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계;
상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제1 도핑 소스층을 코팅하는 단계;
상기 제1 도핑 소스층을 패터닝하는 단계;
상기 핸들 웨이퍼를 수랭하고, 상기 패터닝된 제1 도핑 소스층 상에 후면에 반사판을 구비한 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 표면 온도를 상승시켜 제1 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계;
상기 패터닝된 제1 도핑 소스층을 제거하는 단계;
상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 제2 도핑 소스층을 코팅하는 단계;
상기 제2 도핑 소스층을 패터닝하는 단계;
상기 핸들 웨이퍼를 수랭하고, 상기 패터닝된 제2 도핑 소스층 상에 후면에 반사판을 구비한 플래쉬 램프(flash lamp)로 빛을 조사하여 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 표면 온도를 상승시켜 제2 도펀트를 상기 초박형 실리콘 웨이퍼 내부로 확산시키는 단계;
상기 패터닝된 제2 도핑 소스층을 제거하는 단계;
상기 초박형 실리콘 웨이퍼 상에 패시베이션층을 형성하고, 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 도펀트가 확산된 영역 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 패터닝된 제2 도핑 소스층은 상기 초박형 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 도펀트가 확산된 영역과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 n형 도펀트이고, 상기 제2 도펀트는 p형 도펀트인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 p형 도펀트이고, 상기 제2 도펀트는 n형 도펀트인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 인(phosphorus)이고,
상기 제1 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)이고,
상기 제2 도펀트는 붕소(boron)이고,
상기 제2 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 도펀트는 붕소(boron)이고,
상기 제1 도핑 소스층은 붕소 실리케이트 유리(boro-silicate glass)이고,
상기 제2 도펀트는 인(phosphorus)이고,
상기 제2 도핑 소스층은 인 실리케이트 유리(phosphorus silicate glass)인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도핑 소스층을 코팅하는 것은 스핀 코팅, 스크린 코팅 및 스프레이 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 플래쉬 램프의 펄스는 1 ms 미만인 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 플래쉬 램프로 빛을 조사하는 것은 산소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기의 확산로(diffusion furnace) 또는 벨트로(belt furnace)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 초박형 실리콘 태양전지 제조 방법.
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2015
- 2015-09-22 KR KR1020150133469A patent/KR101797117B1/ko active IP Right Grant
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| KR20170035009A (ko) | 2017-03-30 |
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