KR101811077B1 - 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법 - Google Patents

배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법이 기술되어 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계, 얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층을 형성하는 단계, 폴리실리콘 층 상에 고체 상태 p-형 도펀트 소스를 형성 및 패턴화하는 단계, 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 위에 그리고 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 위에 n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계, 및 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에서 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하기 위해 기판을 가열하는 단계를 포함한다.

Description

배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법{Method of Forming Contacts for a Back-Contact Solar Cell}
본 명세서에 기술된 발명은 미국 에너지부에 의해 지급되는 계약 번호 DE-FC36-07GO17043 하에서의 정부 지원을 받아 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 소정의 권리를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예는 재생 에너지의 분야이고, 특히 배면-접점 태양 전지(back-contact solar cell)의 접점을 형성하는 방법이다.
태양 전지로서 통상적으로 알려진 광전지(photovoltaic cell)는 태양 방사선을 전기 에너지로 직접 변환하기 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 기판의 표면 근방에 p-n 접합을 형성하기 위해 반도체 가공 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에 제조된다. 기판의 표면 상에 충돌하여 기판 내로 들어가는 태양 방사선은 기판의 벌크에서 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판에서의 p-도핑된 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동하고, 이에 의해 도핑된 영역들 사이에 전압차를 발생시킨다. 도핑된 영역들은, 전지로부터의 전류를 전지에 결합된 외부 회로로 보내기 위해, 태양 전지 상의 전도성 영역들에 연결된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법에서의 작업을 나타내는 흐름도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(102) 및 도 3의 흐름도의 작업(302)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지(stage)의 단면도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(104) 및 도 3의 흐름도의 작업(304)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(106) 및 도 3의 흐름도의 작업(306)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2d는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(108) 및 도 3의 흐름도의 작업(308)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2e는 본 발명의 실시예에 따른, 도 3의 흐름도의 작업(308, 310)들에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2f는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(110) 및 도 3의 흐름도의 작업(314)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2g는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(112) 및 도 3의 흐름도의 작업(316)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2h는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(114) 및 도 3의 흐름도의 작업(318)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2i는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(116) 및 도 3의 흐름도의 작업(320)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2j는 본 발명의 실시예에 따른 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2k는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 흐름도의 작업(118) 및 도 3의 흐름도의 작업(322)에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 2l은 본 발명의 실시예에 따른 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 일 스테이지의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법에서의 작업을 나타낸 흐름도.
배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법이 본 명세서에서 기술된다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 실시예에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 특정의 공정 흐름 작업과 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 기재된다. 당업자에게는 이들 구체적인 상세 사항 없이 본 발명의 실시예가 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 실시예를 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 리소그래피 및 패턴화 기법과 같은 잘 알려진 제조 기법이 상세히 기술되지는 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예가 예시적인 표현이고 반드시 축척대로 그려져 있지 않다는 것을 이해할 것이다.
배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법이 본 명세서에서 개시된다. 일 실시예에서, 방법은 기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층이 형성된다. 고체 상태 p-형 도펀트 소스가 폴리실리콘 층 상에 형성 및 패턴화된다. 패턴화는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이의 폴리실리콘 층의 영역들을 노출시킨다. 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 위에 n-형 도펀트 소스 층이 형성된다. n-형 도펀트 소스를 형성하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층으로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층의 노출된 영역 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 포함한다. 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하도록 기판이 가열된다.
다른 실시예에서, 방법은 또한 먼저 기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층이 형성된다. 고체 상태 p-형 도펀트 소스가 폴리실리콘 층 상에 형성 및 패턴화된다. 패턴화는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이의 폴리실리콘 층의 영역들을 노출시킨다. 기판이 반응 챔버 내에 로딩되고, 반응 챔버로부터 기판을 제거함이 없이, 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 위에 그리고 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 위에 n-형 도펀트 소스 층이 형성된다. 또한, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들을 형성하기 위해, 도펀트가 n-형 도펀트 소스 층으로부터 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 내로 적어도 부분적으로 강제 주입된다. 기판이 반응 챔버로부터 제거된다. 그 후에, 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하도록 기판이 가열된다.
배면-접점 태양 전지의 접점의 형성은, 태양 전지의 배면측에서 p-형 및 n-형 도핑된 영역들의 어레이 위에 형성된 반사 방지 코팅(anti-reflective coating, ARC) 층을 관통하는 구멍 또는 개구를 형성하기 위해, 레이저 융삭을 사용하여 수행될 수 있다. 이어서, p-형 및 n-형 도핑된 영역들의 어레이와의 전기적 결합을 제공하기 위해 금속 접점과 같은 전도성 접점이 개구 내에 형성될 수 있다. 그러나, 빠르고 신뢰할 수 있는 레이저 융삭 공정을 용이하게 하기 위해, p-형 및 n-형 도핑된 영역들 위에서의 총 유전체 두께가 얇고 p-형 및 n-형 도핑된 영역들 둘 모두의 위에서 비교적 동일한 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 총 유전체 두께는 ARC 층에, 붕소 규산염 유리(borosilicate glass, BSG) 및 인 규산염 유리(phosphosilicate glass, PSG)(사용되는 경우)처럼 고체 상태 도펀트 소스 막과 같은 p-형 및 n-형 도핑된 영역들 위에 형성된 임의의 다른 유전체 층을 더한 두께를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, PSG 고체 상태 도펀트 소스를 사용한 n-형 도핑된 영역에 대한 도핑 작업이 POCl3 침착 작업으로 대체되어, O2와의 혼합 시에 P2O5의 층을 형성한다. 이러한 도핑 작업의 수정은 p-형 및 n-형 도핑된 영역들의 어레이를 형성하는 데 필요한 공정 작업들의 총 개수를 감소시킬 수 있고, p-형 및 n-형 도핑된 영역들 위의 총 유전체 두께가 얇고 p-형 및 n-형 도핑된 영역들 둘 모두 위에서 비교적 동일한 것을 보장하기 위해 강제 주입을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 도핑 소스 침착 및 적어도 부분적인 강제 주입이 공정 도구의 단일 챔버에서 공정 챔버 내로의 단일 도입만으로 수행된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법에서의 작업을 나타내는 흐름도(100)를 도시한다. 도 2a 내지 도 2l은 본 발명의 실시예에 따른, 흐름도(100)의 작업들에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 다양한 스테이지들의 단면도를 도시한다.
흐름도(100)의 작업(102) 및 대응하는 도 2a를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 기판(200) 상에 얇은 유전체 층(202)을 형성하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 얇은 유전체 층(202)은 이산화규소로 구성되고, 대략 5 내지 50 옹스트롬의 범위에 있는 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 얇은 유전체 층(202)은 터널링(tunneling) 산화물 층으로서 작용한다. 소정 실시예에서, 기판(200)은 n-형 도핑된 단결정 규소 기판과 같은 벌크 단결정 기판이다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 기판(200)은 태양 전지 기판 전체 상에 배치된 다결정 규소 층을 포함한다.
흐름도(100)의 작업(104) 및 대응하는 도 2b를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 얇은 유전체 층(202) 상에 폴리실리콘 층(204)을 형성하는 단계를 포함한다. 폴리실리콘 층이라는 용어의 사용이 또한 비정질- 또는 α-규소로서 기술될 수 있는 물질을 포함하고자 하는 것임을 이해할 것이다.
흐름도(100)의 작업(106) 및 대응하는 도 2c를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 폴리실리콘 층(204) 상에 고체 상태 p-형 도펀트 소스(206)를 형성 및 패턴화하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 패턴화는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 사이의 폴리실리콘 층(204)의 영역(208)들을 노출시킨다. 일 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스(206)를 형성 및 패턴화하는 단계는 붕소 규산염 유리(BSG)의 층을 형성 및 패턴화하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, BSG 층이 균일한 블랭킷 층(blanket layer)으로서 형성되고, 이어서 리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패턴화된다. 다른 특정 실시예에서, 패턴을 이미 가지고 있는 BSG 층이 침착되고, 따라서 형성 및 패턴화가 동시에 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 패턴화된 BSG 층은 잉크젯 인쇄 접근법 또는 스크린 인쇄 접근법에 의해 형성된다. 고체 상태 p-형 도펀트 소스가 도펀트 불순물 원자를 포함하고 기판 위에 침착될 수 있는 막의 층이라는 것을 이해할 것이다. 이는 이온 주입 접근법과 대조적이다.
흐름도(100)의 작업(108) 및 대응하는 도 2d를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 폴리실리콘 층(204)의 노출된 영역(208) 위에 그리고 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 위에 n-형 도펀트 소스 층(210)을 형성하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 도 2e를 참조하면, 형성하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층(210)으로부터 폴리실리콘 층(204)의 노출된 영역(208) 내로 도펀트를 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 포함한다. 소정 실시예에서, 도 2e를 다시 참조하면, n-형 도펀트 소스 층(210)을 형성하는 단계는 영역(214)을 형성하기 위해 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들로부터 폴리실리콘 층(204) 내로 도펀트를 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계는 P2O5의 층을 형성하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, n-형 도펀트 소스 층(210)이 제거될 수 있다.
흐름도(100)의 작업(110) 및 대응하는 도 2f를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들과 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 및 대응하는 영역(214)들 사이에 트렌치(216)를 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다.
소정 실시예에서, 트렌치(216)는 폴리실리콘 층(204)에, 얇은 유전체 층(202)에, 그리고 부분적으로 기판(202)에 형성된다. 일 실시예에서, 트렌치(216)는 리소그래피 및 에칭 공정을 사용함으로써 형성된다. 특정의 실시예에서, 폴리실리콘 층(204)을 그리고 이어서 기판(200)을 패턴화하기 위해 상이한 에칭 작업들이 사용된다.
흐름도(100)의 작업(112) 및 대응하는 도 2g를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 트렌치(216)를 형성하는 단계 이후에, 트렌치(216)에 의해 노출되는 기판(200)의 부분(218)을 텍스처화하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다.
소정 실시예에서, 텍스처화하는 단계는 랜덤한 텍스처 패턴을 제공한다. 랜덤한 텍스처화 패턴은 기판(200)의 노출된 영역에 비등방성 에칭 공정을 적용함으로써 형성될 수 있고, 따라서 기판(200)의 결정면, 예를 들어 단결정 규소면에 의해 결정될 수 있다. 소정 실시예에서, 트렌치(216)를 형성하는 단계와 기판(200)을 텍스처화하는 단계 사이에 경화 작업을 수행함이 없이 트렌치(216)를 형성하는 단계 및 기판(200)을 텍스처화하는 단계가 수행된다. 그러한 경화 작업은 가열 작업, 적외(IR) 방사선에의 노출, 또는 자외(UV) 방사선에의 노출을 포함할 수 있다.
흐름도(100)의 작업(114) 및 대응하는 도 2h를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들을 제거하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들이 수성 불화수소산 또는 다른 HF 소스를 포함하는 습식 용액을 도포함으로써 습식 에칭 기법을 사용함으로써 제거된다. 소정 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들은 플라즈마 에칭에 의해 제거된다.
흐름도(100)의 작업(116) 및 대응하는 도 2i를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들을 제공하기 위해 기판(200)을 가열하는 단계(299)를 포함한다.
소정 실시예에서, 기판(200)을 가열하는 단계는 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들을 형성하기 위해 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들 내의 도펀트를 활성화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 활성화시키는 단계는 폴리실리콘 층(204) 내에서 도펀트의 적어도 일부의 혼입을 침입형(interstitial)에서 치환형(substitutional)으로 변경시키는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 활성화시키는 단계는 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대략 50 내지 300 오옴/스퀘어(ohm per square)의 범위에 있는 낮은 표면 저항(sheet resistance)을 제공하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 기판(200)을 가열하는 단계는 또한 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들로부터 나오는 도펀트를 폴리실리콘 층(204) 내로 강제 주입시키는 것을 촉진시키는 단계, 및 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들을 제공하기 위해 폴리실리콘 층(204) 내의 도펀트를 활성화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 활성화시키는 단계는 폴리실리콘 층(204) 내에서 도펀트의 적어도 일부의 혼입을 침입형에서 치환형으로 변경시키는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 활성화시키는 단계는 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대략 50 내지 300 오옴/스퀘어의 범위에 있는 낮은 표면 저항을 제공하는 단계를 포함한다.
도 2j를 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들, 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들, 및 기판(200)의 노출된 부분들 위에 유전체 층(224)을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 유전체 층(224)의 하부 표면이 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들, 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들, 및 기판(200)의 노출된 부분들과 정합하도록 형성되는 반면, 도 2j에 도시된 바와 같이, 유전체 층(224)의 상부 표면은 실질적으로 평탄하다. 특정 실시예에서, 유전체 층(224)은 반사 방지 코팅(ARC) 층이다.
흐름도(100)의 작업(118) 및 대응하는 도 2k를 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 레이저 융삭에 의해, 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대한 그리고 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대한 복수의 접점 개구(226)들을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 도 2k에 도시된 바와 같이, n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대한 접점 개구(226)는 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대한 접점 개구와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다.
도 2l을 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 접점 개구(226)들에 있고 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 그리고 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 결합되는 전도성 접점(228)들을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 전도성 접점(228)은 금속으로 구성되고, 침착, 리소그래피, 및 에칭 접근법에 의해 형성된다.
본 발명의 다른 태양에서, n-형 도펀트 소스가 폴리실리콘 층 및 p-형 도펀트 소스 위에 형성되고, 이어서, 반응 챔버로부터 대응하는 하부 기판을 결코 제거함이 없이, n-형 및 p-형 도펀트들이 폴리실리콘 층 내로 강제 주입된다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법에서의 작업을 나타내는 흐름도(300)를 도시한다. 도 2a 내지 도 2l은 본 발명의 실시예에 따른, 흐름도(300)의 작업들에 대응하는, 배면-접점 태양 전지의 제조에서의 다양한 스테이지들의 단면도를 도시한다.
흐름도(300)의 작업(302) 및 대응하는 도 2a를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 기판(200) 상에 얇은 유전체 층(202)을 형성하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 얇은 유전체 층(202)은 이산화규소로 구성되고, 대략 5 내지 50 옹스트롬의 범위에 있는 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 얇은 유전체 층(202)은 터널링 산화물 층으로서 작용한다. 소정 실시예에서, 기판(200)은 n-형 도핑된 단결정 규소 기판과 같은 벌크 단결정 기판이다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 기판(200)은 태양 전지 기판 전체 상에 배치된 다결정 규소 층을 포함한다.
흐름도(300)의 작업(304) 및 대응하는 도 2b를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 얇은 유전체 층(202) 상에 폴리실리콘 층(204)을 형성하는 단계를 포함한다. 폴리실리콘 층이라는 용어의 사용이 또한 비정질- 또는 α-규소로서 기술될 수 있는 물질을 포함하고자 하는 것임을 이해할 것이다.
소정 실시예에서, 패턴화는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 사이의 폴리실리콘 층(204)의 영역(208)들을 노출시킨다. 일 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스(206)를 형성 및 패턴화하는 단계는 붕소 규산염 유리(BSG)의 층을 형성 및 패턴화하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, BSG 층이 균일한 블랭킷 층으로서 형성되고, 이어서 리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패턴화된다. 다른 특정 실시예에서, 패턴을 이미 가지고 있는 BSG 층이 침착되고, 따라서 형성 및 패턴화가 동시에 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 패턴화된 BSG 층은 잉크젯 인쇄 접근법 또는 스크린 인쇄 접근법에 의해 형성된다. 고체 상태 p-형 도펀트 소스가 도펀트 불순물 원자를 포함하고 기판 위에 침착될 수 있는 막의 층이라는 것을 이해할 것이다. 이는 이온 주입 접근법과 대조적이다.
흐름도(300)의 작업(308) 및 대응하는 도 2d와 도 2e를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 기판(200)을 반응 챔버 내에 로딩하는 단계를 포함한다. 반응 챔버로부터 기판(200)을 제거함이 없이, 폴리실리콘 층(204)의 노출된 영역(208)들 위에 그리고 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 위에 n-형 도펀트 소스 층(210)이 형성된다. 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층(210)으로부터의 도펀트가 폴리실리콘 층(204)의 노출된 영역(208) 내로 적어도 부분적으로 강제 주입된다.
소정 실시예에서, 도 2e를 다시 참조하면, n-형 도펀트 소스 층(210)을 형성하는 단계는 영역(214)을 형성하기 위해 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들로부터 폴리실리콘 층(204) 내로 도펀트를 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계는 P2O5의 층을 형성하는 단계를 포함한다. 영역(214)들을 형성하기 위해 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층(204) 내로 강제 주입(또는 더 멀리까지 강제 주입)시키는 것이, n-형 도펀트 소스 층(210)만을 형성하는 것에 더하여, 공정 챔버에서 추가의 작업을 필요로 한다는 것이 사실일 수 있음에 주목한다. 예를 들어, 흐름도(300)의 선택적인 작업(310)에 관련되는 실시예에서, 이 방법은 기판(200)이 여전히 반응 챔버 내에 로딩되어 있는 동안, 영역(214)들을 형성하거나 그의 형성을 촉진시키기 위해 고체 상태 p-형 도펀트 소스로부터의 도펀트가 폴리실리콘 층(204) 내로 적어도 부분적으로 강제 주입되는 별도의 작업을 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 작업(310)은 작업(308)과 관련하여 기술된 작업 온도보다 초과하여 기판(200)을 가열하는 단계를 포함한다.
흐름도(300)의 작업(312)을 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한, 반응 챔버 내로의 기판(200)의 단일 도입에서 상기 공정 작업들이 수행된 후에, 기판(200)을 반응 챔버로부터 제거하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, n-형 도펀트 소스 층(210)이 제거될 수 있다.
흐름도(300)의 작업(314) 및 대응하는 도 2f를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들과 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들 및 대응하는 영역(214)들 사이에 트렌치(216)를 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다.
소정 실시예에서, 트렌치(216)는 폴리실리콘 층(204)에, 얇은 유전체 층(202)에, 그리고 부분적으로 기판(202)에 형성된다. 일 실시예에서, 트렌치(216)는 리소그래피 및 에칭 공정을 사용함으로써 형성된다. 특정의 실시예에서, 폴리실리콘 층(204)을 그리고 이어서 기판(200)을 패턴화하기 위해 상이한 에칭 작업들이 사용된다.
흐름도(300)의 작업(316) 및 대응하는 도 2g를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 트렌치(216)를 형성하는 단계 이후에, 트렌치(216)에 의해 노출되는 기판(200)의 부분(218)을 텍스처화하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다.
소정 실시예에서, 텍스처화하는 단계는 랜덤한 텍스처 패턴을 제공한다. 랜덤한 텍스처화 패턴은 기판(200)의 노출된 영역에 비등방성 에칭 공정을 적용함으로써 형성될 수 있고, 따라서 기판(200)의 결정면, 예를 들어 단결정 규소면에 의해 결정될 수 있다. 소정 실시예에서, 트렌치(216)를 형성하는 단계와 기판(200)을 텍스처화하는 단계 사이에 경화 작업을 수행함이 없이 트렌치(216)를 형성하는 단계 및 기판(200)을 텍스처화하는 단계가 수행된다. 그러한 경화 작업은 가열 작업, 적외(IR) 방사선에의 노출, 또는 자외(UV) 방사선에의 노출을 포함할 수 있다.
흐름도(300)의 작업(318) 및 대응하는 도 2h를 참조하면, 일 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들을 제거하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들이 수성 불화수소산 또는 다른 HF 소스를 포함하는 습식 용액을 도포함으로써 습식 에칭 기법을 사용함으로써 제거된다. 소정 실시예에서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들은 플라즈마 에칭에 의해 제거된다.
흐름도(300)의 작업(320) 및 대응하는 도 2i를 참조하면, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 또한 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들을 제공하기 위해 기판(200)을 가열하는 단계(299)를 포함한다.
소정 실시예에서, 기판(200)을 가열하는 단계는 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들을 형성하기 위해 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역(212)들 내의 도펀트를 활성화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 활성화시키는 단계는 폴리실리콘 층(204) 내에서 도펀트의 적어도 일부의 혼입을 침입형에서 치환형으로 변경시키는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 활성화시키는 단계는 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대략 50 내지 300 오옴/스퀘어의 범위에 있는 낮은 표면 저항을 제공하는 단계를 포함한다.
소정 실시예에서, 기판(200)을 가열하는 단계는 또한 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역(206)들로부터 나오는 도펀트를 폴리실리콘 층(204) 내로 강제 주입시키는 것을 촉진시키는 단계, 및 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들을 제공하기 위해 폴리실리콘 층(204) 내의 도펀트를 활성화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 활성화시키는 단계는 폴리실리콘 층(204) 내에서 도펀트의 적어도 일부의 혼입을 침입형에서 치환형으로 변경시키는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 활성화시키는 단계는 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대략 50 내지 300 오옴/스퀘어의 범위에 있는 낮은 표면 저항을 제공하는 단계를 포함한다.
도 2j를 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들, 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들, 및 기판(200)의 노출된 부분들 위에 유전체 층(224)을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 유전체 층(224)의 하부 표면이 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들, 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들, 및 기판(200)의 노출된 부분들과 정합하도록 형성되는 반면, 도 2j에 도시된 바와 같이, 유전체 층(224)의 상부 표면은 실질적으로 평탄하다. 특정 실시예에서, 유전체 층(224)은 반사 방지 코팅(ARC) 층이다.
흐름도(300)의 작업(322) 및 대응하는 도 2k를 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 레이저 융삭에 의해, 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대한 그리고 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대한 복수의 접점 개구(226)들을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 도 2k에 도시된 바와 같이, n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 대한 접점 개구(226)는 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 대한 접점 개구와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다.
도 2l을 참조하면, 소정 실시예에서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법은 복수의 접점 개구(226)들에 있고 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들에 그리고 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 결합되는 전도성 접점(228)들을 형성하는 단계를 선택적으로 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 전도성 접점(228)은 금속으로 구성되고, 침착, 리소그래피, 및 에칭 접근법에 의해 형성된다.
따라서, 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 폴리실리콘 층 상에 고체 상태 p-형 도펀트 소스를 형성 및 패턴화하는 단계를 포함하고, 패턴화하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에서 폴리실리콘 층의 영역들을 노출시킨다. 이 방법은 또한 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 상에 n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계를 포함하고, 형성하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층으로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층의 노출된 영역 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하도록 기판을 가열하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 또한 n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계 이후에 그리고 기판을 가열하는 단계 이전에, 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들과 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 트렌치를 형성하는 단계를 포함하고, 트렌치는 폴리실리콘 층에, 얇은 유전체 층에, 및 부분적으로 기판에 형성된다.

Claims (22)

  1. 배면-접점 태양 전지(back-contact solar cell)의 접점을 형성하는 방법으로서,
    기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계;
    얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층을 형성하는 단계;
    폴리실리콘 층 상에 고체 상태 p-형 도펀트 소스를 형성 및 패턴화하는 단계 - 패턴화하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에서 폴리실리콘 층의 영역들을 노출시킴 - ;
    폴리실리콘 층의 노출된 영역들 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 상에 n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계 - 형성하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층으로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층의 노출된 영역 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 포함함 - ; 및 그 후에,
    폴리실리콘 층의 도펀트를 활성화시킴으로써 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하도록 기판을 가열하는 단계를 포함하고,
    가열하는 단계 이전에, n-형 도펀트 소스 층 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계 이후에 그리고 기판을 가열하는 단계 이전에, 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들과 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 트렌치(trench)를 형성하는 단계 - 트렌치는 폴리실리콘 층에, 얇은 유전체 층에, 그리고 부분적으로 기판에 형성됨 - ; 및
    트렌치를 형성하는 단계 이후에 그리고 기판을 가열하는 단계 이전에, 트렌치에 의해 노출된 기판의 부분을 텍스처화(texturizing)하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 트렌치를 형성하는 단계 및 텍스처화하는 단계는 트렌치를 형성하는 단계와 텍스처화하는 단계 사이에 경화 작업 없이 수행되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 기판을 가열하는 단계는 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들에서의 도펀트를 활성화시키는 단계, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들로부터 나오는 도펀트를 폴리실리콘 층 내로 강제 주입시키는 것을 촉진시키는 단계, 및 폴리실리콘 층에서 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들의 도펀트를 활성화시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 고체 상태 p-형 도펀트 소스를 형성 및 패턴화하는 단계는 붕소 규산염 유리(BSG)의 층을 형성 및 패턴화하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, n-형 도펀트 소스 층을 형성하는 단계는 P2O5의 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 레이저 융삭에 의해, 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 및 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들에 대한 복수의 접점 개구들을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 배면-접점 태양 전지의 접점을 형성하는 방법으로서,
    기판 상에 얇은 유전체 층을 형성하는 단계;
    얇은 유전체 층 상에 폴리실리콘 층을 형성하는 단계;
    폴리실리콘 층 상에 고체 상태 p-형 도펀트 소스를 형성 및 패턴화하는 단계 - 패턴화하는 단계는 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에서 폴리실리콘 층의 영역들을 노출시킴 - ;
    기판을 반응 챔버 내에 로딩(loading)하고, 반응 챔버로부터 기판을 제거함이 없이, 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 상에 n-형 도펀트 소스 층을 형성하고, 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들 사이에 복수의 n-형 도펀트-함유 폴리실리콘 영역들을 형성하기 위해, n-형 도펀트 소스 층으로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층의 노출된 영역들 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계;
    반응 챔버로부터 기판을 제거하는 단계; 및 그 후에,
    폴리실리콘 층의 도펀트를 활성화시킴으로써 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 사이에 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들을 제공하도록 기판을 가열하는 단계를 포함하고,
    가열하는 단계 이전에, n-형 도펀트 소스 층 및 고체 상태 p-형 도펀트 소스의 복수의 영역들을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 기판이 반응 챔버 내에 로딩된 동안에, 고체 상태 p-형 도펀트 소스로부터의 도펀트를 폴리실리콘 층 내로 적어도 부분적으로 강제 주입시키는 단계; 및
    레이저 융삭에 의해, 복수의 n-형 도핑된 폴리실리콘 영역들 및 복수의 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역들에 대한 복수의 접점 개구들을 형성하는 단계 - n-형 도핑된 폴리실리콘 영역에 대한 접점 개구가 p-형 도핑된 폴리실리콘 영역에 대한 접점 개구와 동일한 높이를 가짐 - 를 추가로 포함하는 방법.
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