KR101872785B1 - 태양 전지의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 광전 변환부와 전극을 포함하는 태양 전지의 제조 방법으로서, 광전 변환부 위에 전극 물질층을 형성하는 단계; 상기 전극 물질층 위에 노출부를 구비하는 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 스프레이 방법으로 상기 노출부를 통하여 노출된 상기 전극 물질층의 부분에 식각 용액을 제공하여 해당 부분을 식각하는 식각 공정을 포함하여 전극을 형성하는, 전극 형성 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정을 포함하는 박리 단계를 포함한다.

Description

태양 전지의 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 전극을 원하는 형상으로 패터닝할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극을 형성하기 위하여 복잡한 제조 공정을 사용하여야 하며, 제조 공정 중에 다양한 층 또는 전극의 특성이 의도치 않게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 다양한 층 및 전극을 포함하는 태양 전지의 특성을 향상할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 장치를 사용하는 것이 요구된다. 특히, 효율을 향상하기 위하여 태양 전지의 구조가 개선됨에 따라 이에 맞는 태양 전지의 제조 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명은 태양 전지의 특성을 우수하게 유지할 수 있으며 제조 공정을 단순화할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 광전 변환부와 전극을 포함하는 태양 전지의 제조 방법으로서, 광전 변환부 위에 전극 물질층을 형성하는 단계; 상기 전극 물질층 위에 노출부를 구비하는 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 스프레이 방법으로 상기 노출부를 통하여 노출된 상기 전극 물질층의 부분에 식각 용액을 제공하여 해당 부분을 식각하는 식각 공정을 포함하여 전극을 형성하는, 전극 형성 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정을 포함하는 박리 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치는, 광전 변환부 및 전극을 포함하는 태양 전지를 제조하며 레지스트 패턴을 이용하여 전극 물질층을 패터닝하여 상기 전극을 형성하는 태양 전지의 제조 장치로서, 스프레이 방법으로 분사하여 상기 레지스트 패턴의 노출부를 통하여 노출된 상기 전극 물질층의 부분에 식각 용액을 제공하여 해당 부분을 식각하는 식각 공정을 수행하는 식각 장치를 포함하는 식각부; 및 상기 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정을 수행하는 박리 장치를 포함하는 박리부를 포함한다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 레지스트 패턴을 이용하여 전극 물질층을 패터닝할 때 스프레이 방법을 사용하여 전극 물질층을 효과적으로 식각하여 미식각 또는 과식각의 발생을 방지하여 태양 전지의 특성을 향상할 수 있다. 그리고 전극 물질층을 식각하는 식각 공정 및 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정이 차례로 인라인 공정에 의하여 수행되므로 태양 전지의 제조 방법 및 장치에서 공정 및 구조를 단순화할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시한 태양 전지의 제조 장치에 포함되는 스프레이 부재의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 5에 도시한 태양 전지의 제조 장치에 포함되는 용액 낙하 부재의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치의 제2 세정 장치를 도시한 개략도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면(이하 "후면") 위에 형성되는 도전형 영역(32, 34)과, 도전형 영역(32, 34)에 전기적으로 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 여기서, 반도체 기판(10)과 도전형 영역(32, 34) 사이에 도펀트 제어 패시베이션막(또는 산화막)(이하 "패시베이션막")(20)이 위치할 수 있다. 도전형 영역(32, 34)은 패시베이션막(20) 위에서 함께 위치하는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)을 구비하고, 전극(32, 34)은 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)을 구비한다. 그리고 태양 전지(100)는 반도체 기판(10)의 전면 위에 위치하는 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26), 후면 패시베이션막(40) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)은 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 한 태양 전지(100)은 전기적 특성이 우수하다.
제2 도전형은 p형 또는 n형일 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)이 n형을 가지면, 베이스 영역(110)과 광전 변환에 의하여 캐리어를 형성하는 접합(일 예로, 패시베이션막(20)을 사이에 둔 pn 접합)을 형성하는 p형의 제1 도전형 영역(32)을 넓게 형성하여 광전 변환 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는 넓은 면적을 가지는 제1 도전형 영역(32)이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 반도체 기판(10)은 반도체 기판(10)의 타면(이하 "전면") 쪽에 위치하는 전면 전계 영역(또는 전계 영역)(130)을 포함할 수 있다. 일 예로, 전면 전계 영역(130)은 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가지는 도핑 영역으로 구성되어 반도체 기판(10)의 일부를 구성할 수 있다. 또는, 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)과 다른 별개의 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층)에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수도 있다. 또는, 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)에 인접하여 형성된 층(예를 들어, 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26))의 고정 전하에 의하여 도핑된 것과 유사한 역할을 하는 전계 영역으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 베이스 영역(110)이 n형인 경우에는 전면 패시베이션막(24)이 고정 음전하를 가지는 산화물(예를 들어, 알루미늄 산화물)로 구성되어 베이스 영역(110)의 표면에 반전 영역(inversion layer)를 형성하여 이를 전계 영역으로 이용할 수 있다. 이 경우에는 반도체 기판(10)이 별도의 도핑 영역을 구비하지 않고 베이스 영역(110)만으로 구성되어, 반도체 기판(10)의 결함을 최소화할 수 있다. 그 외의 다양한 방법에 의하여 다양한 구조의 전면 전계 영역(130)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 반도체 기판(10)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상)을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다.
그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 함께 형성되는 경우에는 반도체 기판(10)의 후면의 특성에 따라 태양 전지(100)의 특성이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 후면에는 텍스쳐링에 의한 요철을 형성하지 않아 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성을 향상할 수 있다. 그러나 경우에 따라 반도체 기판(10)의 후면에 텍스쳐링에 의한 요철을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.
반도체 기판(10)의 후면 위에는 패시베이션막(20)이 형성될 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면 패시베이션막(20)을 패터닝 없이 쉽게 형성할 수 있고 구조를 단순화할 수 있으며 캐리어가 안정적으로 이동할 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(10)과 도전형 영역(32, 34) 사이에 위치한 패시베이션막(20)은 도전형 영역(32, 34)의 도펀트가 반도체 기판(10)으로 확산하는 것을 방지하는 도펀트 제어 역할 또는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 패시베이션막(20)은 도펀트를 제어할 수 있으며 다수 캐리어를 전달할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션막(20)은 산화막일 수 있고, 특히, 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 원활한 막이기 때문이다.
터널링 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 패시베이션막(20)이 얇은 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(20)의 두께가 5nm 이하(좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 패시베이션막(20)의 두께(T)가 5nm를 초과하면 터널링이 원활하게 일어나지 않아 태양 전지(100)가 작동하지 않을 수 있고, 패시베이션막(20)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 패시베이션막(20)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 터널링 효과를 좀더 향상하기 위해서는 패시베이션막(20)의 두께가 2nm 이하(좀더 구체적으로 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 이때, 터널링 효과를 좀더 향상할 수 있도록 패시베이션막(20)의 두께가 0.5nm 내지 1.5nm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(20)의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다.
패시베이션막(20) 위에는 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30)이 위치할 수 있다. 일 예로, 반도체층(30)은 패시베이션막(20)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화하고 캐리어가 쉽게 전달되도록 할 수 있다.
본 실시예에서 반도체층(30)은, 제1 도전형 도펀트를 가져 제1 도전형을 나타내는 제1 도전형 영역(32)과, 제2 도전형 도펀트를 가져 제2 도전형을 나타내는 제2 도전형 영역(34)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 패시베이션막(20) 위에서 연속적으로 형성된 반도체층(30) 내에 함께 위치하여 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들과 동일 평면 상에 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다.
제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 패시베이션막(20)을 사이에 두고 pn 접합(또는 pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다. 제2 도전형 영역(34)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(10)의 후면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계 영역을 구성한다.
이때, 제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 반대되는 제1 도전형 도펀트를 포함하는 반도체(일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(34)은 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형 도펀트를 포함하되 그 도핑 농도가 베이스 영역(110)보다 높을 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 패시베이션막(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 구성된다. 이에 따라 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 형성될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 다결정 반도체를 가지면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트는 반도체층(30)을 형성하는 공정에서 반도체층(30)에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층(30)을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층(30)에 포함될 수도 있다.
이때, 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 반도체층(30)에 도핑되어 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 도펀트 중 하나가 보론(B)이고 다른 하나가 인(P)일 수 있다.
그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)이 위치하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 서로 이격시킨다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 접촉하는 경우에는 션트(shunt)가 발생하여 태양 전지(100)의 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)을 위치시켜 불필요한 션트를 방지할 수 있다.
배리어 영역(36)으로 도핑되지 않은(즉, 언도프트) 절연 물질(일례로, 산화물, 질화물) 등을 사용할 수 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 진성(intrinsic) 반도체를 포함할 수도 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 배리어 영역(36)은 서로 측면이 접촉되면서 연속적으로 형성되는 동일한 반도체(일례로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 다결정 실리콘)로 구성되되, 배리어 영역(36)은 실질적으로 도펀트를 포함하지 않는 i형(진성) 반도체 물질일 수 있다. 일 예로, 반도체 물질을 포함하는 반도체층을 형성한 다음, 반도체층의 일부 영역에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 도전형 영역(32)을 형성하고 다른 영역 중 일부에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 제2 도전형 영역(34)을 형성하면, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 형성되지 않은 영역이 배리어 영역(36)을 구성하게 될 수 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)의 제조 방법을 단순화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 배리어 영역(36)을 다양한 방법에 의하여 형성하여 다양한 두께를 가질 수 있으며 다양한 형상을 가질 수도 있다. 배리어 영역(36)이 빈 공간인 트렌치로 구성될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 그리고 도면에서는 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이를 전체적으로 이격하는 것을 예시하였다. 그러나 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분의 일부만을 이격시키도록 형성될 수도 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 형성되지 않아 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계가 서로 접촉할 수도 있다.
반도체 기판(10)의 후면에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36) 위에 후면 패시베이션막(40)이 형성될 수 있다. 일 예로, 후면 패시베이션막(40)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화할 수 있다.
후면 패시베이션막(40)은, 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 42)의 전기적 연결을 위한 컨택홀(46)을 구비한다. 컨택홀(46)은, 제1 도전형 영역(32)과 제1 전극(42)의 연결을 위한 제1 컨택홀(461)과, 제2 도전형 영역(34)과 제2 전극(44)의 연결을 위한 제2 컨택홀(462)를 구비한다. 이에 의하여 후면 패시베이션막(40)은 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 연결되어야 하지 않을 전극(즉, 제1 도전형 영역(32)의 경우에는 제2 전극(44), 제2 도전형 영역(34)의 경우에는 제1 전극(42))과 연결되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 후면 패시베이션막(40)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및/또는 배리어 영역(36)을 패시베이션하는 효과를 가질 수 있다.
그리고 반도체 기판(10)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 전면 전계 영역(130) 위)에 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)이 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 전계 영역(130) 위에 다른 적층 구조의 절연막이 형성될 수도 있다.
전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 그리고 후면 패시베이션막(40)은 컨택홀(46)을 제외하고 반도체층(30)의 후면 위에 전체적으로 형성될 수 있다.
전면 패시베이션막(24) 또는 후면 패시베이션막(40)은 반도체 기판(10) 또는 반도체 기판(30)에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(10) 또는 반도체층(30)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(26)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다.
전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 또는 패시베이션막(40)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 전면 패시베이션막(24)이 반도체 기판(10) 위에 형성되며 실리콘 산화막일 수 있고, 반사 방지막(26)이 반도체 기판(10) 위 또는 전면 패시베이션막(24) 위에 차례로 위치하는 제1 실리콘 질화막(26a) 및 제2 실리콘 탄화막(26b)의 적층 구조를 가지고, 후면 패시베이션막(40)이 반도체 기판(10) 위에 차례로 위치하는 제1 실리콘 질화막(40a) 및 제2 실리콘 탄화막(40b)의 적층 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 전면 쪽의 외면에 반사 방지막(26)의 제1 실리콘 탄화막(26b)이 위치할 수 있고, 반도체 기판(10)의 후면 쪽의 외면에 후면 패시베이션막(40)의 제2 실리콘 탄화막(40b)이 위치할 수 있으며, 반도체 기판(10)의 측면 쪽의 외면에 반사 방지막(26) 및/또는 후면 패시베이션막(40)의 제1 실리콘 탄화막(26b) 및/또는 제2 실리콘 탄화막(40b)이 위치할 수 있다. 도면에서는 반도체 기판(10)의 측면에 반사 방지막(26)의 제1 실리콘 질화막(26a) 및 제2 실리콘 탄화막(26b)이 차례로 위치하고, 그 위에 후면 패시베이션막(40)의 제2 실리콘 질화막(40a) 및 제2 실리콘 탄화막(40b)이 차례로 위치하는 것을 예시하였다. 이는 반사 방지막(26)을 형성한 후에 후면 패시베이션막(40)을 형성한 것을 예시로 한 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반대 순서로 적층될 수도 있다. 또한 도면에서는 반도체 기판(10)의 측면 쪽에 전면 패시베이션막(24)이 위치하지 않는 것으로 도시하였으나, 반도체 기판(10)의 측면에 전면 패시베이션막(24)이 위치할 수도 있다.
일 예로, 본 실시예에서 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26), 후면 패시베이션막(40)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)은 패시베이션막(20)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이에 의하여 절연 특성 및 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 후면 패시베이션막(40)의 제1 컨택홀(461)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 후면 패시베이션막(40)의 제2 컨택홀(462)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다.
이하에서는 도 1의 확대원을 참조하여 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 적층 구조를 상세하게 설명한 다음, 도 2를 참조하여 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 평면 구조를 상세하게 설명한다. 도 1의 확대원에서는 제1 전극(42)을 확대하여 도시하였으나, 제2 전극(44)도 이와 동일한 적층 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 이하에서는 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)을 도전형 영역(32, 34)으로, 이에 연결되는 제1 또는 제2 전극(42)을 전극(42, 44)으로 지칭하여 설명한다.
도 1의 확대원을 참조하면, 전극(42, 44)은, 도전형 영역(32, 34) 위에 위치하는 복수의 전극층(422, 424, 426, 428)을 포함한다. 일 예로, 본 실시예에서 전극(42, 44)은 도전형 영역(32, 34) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제1 전극층(422)을 포함하고, 제1 전극층(422) 위에 위치하는 제2 전극층(424), 제3 전극층(426) 및 제4 전극층(428)을 포함할 수 있다.
제1 전극층(422)은 제2 내지 제4 전극층(424, 426, 428)(특히, 제2 전극층(424))의 금속 물질이 도전형 영역(32, 34)으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 제1 전극층(422)이 내화 금속을 포함하여(일 예로, 내화 금속층으로 이루어져서) 고온 공정에서 도전형 영역(32, 34)으로 원하지 않는 금속 물질이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 제1 전극층(424)은 도전형 영역(32)과 제2 전극층(424) 사이의 특성 차이를 줄여 접촉 특성을 향상하는 역할도 할 수 있다. 일 예로, 제1 전극층(422)의 열팽창 계수가 도전형 영역(32, 34)의 열팽창 계수와 제2 전극층(424)의 열팽창 계수의 사이 값을 가질 수 있다. 이에 의하여 열팽창 계수가 큰 차이를 가져서 발생될 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극층(422)은 티타늄, 몰리브덴, 또는 텅스텐 등을 포함할 수 있고, 제2 전극층(424)이 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 등을 포함할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 제1 전극층(422)은 전도성을 가지면서도 광이 투과할 수 있는 투과성(예를 들어, 50% 내지 100%의 투과도, 일 예로, 80% 내지 100%)를 가지는 금속 투과막 또는 금속 반투과막으로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 전극층(422)이 투과도를 가지면, 제1 전극층(422)을 통과한 광을 제1 전극층(422) 위에 형성되는 제2 전극층(424)에서 반사시켜 다시 반도체 기판(10)의 내부로 향할 수 있도록 한다. 이에 따라 반도체 기판(10)에 존재하는 광의 양 및 잔류 시간을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
이를 위하여 제1 전극층(422)의 두께는 제2 내지 제4 전극층(424, 426, 428)의 두께보다 각기 작을 수 있다. 구체적으로, 제1 전극층(422)의 두께는 50nm 이하(예를 들어, 2nm 이상, 일 예로, 2nm 내지 15nm)일 수 있다. 이와 같은 얇은 두께에서 제1 전극(422)이 투과성을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극층(422)의 두께가 물질, 공정 조건 등에 따라 변화될 수도 있다.
제1 전극층(422) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제2 전극층(424)은 낮은 저항을 가지며 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제2 전극층(424)이 구리, 알루미늄, 은, 금 등을 포함할 수 있다. 특히, 제2 전극층(424)이 알루미늄을 포함하여 반사 특성을 향상할 수 있다.
제2 전극층(424) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제3 전극층(426)은 제2 전극층(424)의 금속 물질이 제4 전극층(428)으로 확산하는 것을 방지하는 배리어 역할을 할 수 있다. 제2 전극층(424)의 금속 물질이 제4 전극층(428)의 금속 물질과 반응하여 형성된 합금에 의하여 저항이 증가할 수 있는데, 이를 제3 전극층(426)이 방지할 수 있다. 제3 전극층(426)은 제1 전극층(424)과 동일한 물질(즉, 내화 금속, 일 예로, 티타늄, 몰리브덴, 또는 텅스텐)을 가질 수 있다.
제3 전극층(426) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제4 전극층(428)은 다른 태양 전지(100) 또는 외부와의 연결을 위한 리본과 연결되는 부분으로서, 리본과의 연결 특성이 우수한 물질을 포함할 수 있다.
제4 전극층(428)은 주석(Sn) 또는 니켈-바나듐 합금(NiV)를 포함할 수 있다. 주석은 리본 또는 이와의 연결을 위한 페이스트 등과의 접합 특성이 우수한 장점이 있다. 그리고 니켈-바나듐 합금은 리본 또는 이와의 연결을 위한 페이스트와의 접합 특성이 우수하다. 좀더 구체적으로, 주석과 비스무스를 포함하는 페이스트의 경우에, 페이스트의 주석과 니켈-바나듐 합금의 니켈의 접합 특성이 매우 우수하다. 그리고 니켈-바나듐 합금은 융점이 약 1000℃ 이상으로 매우 높은 수준이므로, 제1 내지 제3 전극층(422, 424, 426)보다 높은 융점을 가진다. 이에 의하여 리본과의 접합 공정 또는 태양 전지(100)의 제조 공정 중에 변형되지 않으며 제1 내지 제3 전극층(422, 424, 426)을 보호하는 캡핑막의 역할을 충분하게 수행할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제4 전극층(428)이 다양한 전도성 물질(일 예로, 다양한 금속)으로 구성될 수 있다.
이때, 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)은 스퍼터링에 의하여 적층된 순수한 금속(불가피한 불순물 외에 나머지 잔부가 금속)으로 이루어진 금속막으로 구성될 수 있다. 이에 따라 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)은 앞서 설명한 금속을 99.9 wt% 이상(좀더 구체적으로는 99.99 wt% 이상)으로 포함하는 금속막일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428) 내의 전극 물질(또는 금속 물질)의 함량은 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)의 제조 방법, 공정 조건 등에 따라 달라질 수 있다.
제2 전극층(424)은 제1 전극층(422), 제3 전극층(426) 및/또는 제4 전극층(428)보다 큰 두께를 가질 수 있고, 일 예로, 50nm 내지 400nm의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 전극층(424)의 두께가 100nm 내지 400nm(좀더 구체적으로는 100nm 내지 300nm)일 수 있다. 제2 전극층(424)의 두께가 50nm 미만이면, 배리어층 및 반사 전극층의 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 제2 전극층(424)의 두께가 400nm를 초과하면, 반사 특성 등이 크게 향상되지 못하면서도 제조 비용은 증가할 수 있다. 제2 전극층(424)의 두께가 100nm 이상이면, 저항을 좀더 저하시킬 수 있다. 제2 전극층(424)의 두께가 300nm를 이하이면, 저항은 낮게 유지되면서 열적 스트레스가 증가에 따른 박리 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극층(424)의 두께는 달라질 수 있다.
제3 전극층(426)은 제2 전극층(424) 및 제4 전극층(428) 각각보다 작은 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 제3 전극층(426)의 두께가 50nm 이하(일 예로, 5nm 내지 50nm)일 수 있다. 이러한 두께는 제3 전극층(426)의 효과를 고려하여 한정된 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 전극층(428)은 나노 수준의 두께, 예를 들어, 50nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 제4 전극층(428)의 두께가 50nm 미만이면 리본과의 접합 특성이 저하될 수 있고, 300nm를 초과하면 제조 비용이 증가할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제4 전극층(428)의 두께 등은 다양하게 변화될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 제1 전극층(422), 제2 전극층(424), 제3 전극층(426) 및 제4 전극층(428)이 서로 접촉하도록 형성될 수 있다. 그러면, 전극(42, 44)의 특성을 향상하면서도 전극(42, 44)의 적층 구조를 단순화할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서 전극(42, 44)이 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)을 구비하는 4층의 적층 구조를 가질 수 있다. 이에 의하면 전극(42, 44)의 적층 구조를 최대한 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전극(42, 44)이 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)의 사이 또는 그 위에 별도의 층을 구비할 수도 있다. 또한, 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428) 중 적어도 하나의 전극층을 포함하지 않을 수도 있다.
본 실시예에서는 스퍼터링 등에 의하여 후면 패시베이션막(40)의 컨택홀(46)을 채우도록 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428)에 해당하는 전극 물질층(도 4b의 참조부호 420)을 전체적으로 형성한 후에, 이들을 패터닝하는 것에 의하여 전극(42, 44)을 형성할 수 있다. 이러한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지의 제조 장치(도 5의 참조부호 200, 이하 동일)에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
전극(42, 42)은 컨택홀(46)의 폭보다 큰 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 전극(42, 44)의 폭(전극(42, 44)을 구성하는 부분의 폭 중 가장 넓은 폭)을 충분하게 확보하여 전극(42, 44)의 저항을 저감하기 위함이다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34), 배리어 영역(36), 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)의 평면 형상의 일 예를 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에서는, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 서로 이격된 복수의 제1 도전형 영역(32)이 일측 가장자리에서 서로 연결될 수 있고, 서로 이격된 복수의 제2 도전형 영역(34)이 타측 가장자리에서 서로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제1 도전형 영역(32)의 면적이 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 클 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(32)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(34)의 폭(W2)보다 클 수 있다.
그리고 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 컨택홀(도 1의 참조부호 46, 이하 동일)이 제1 및 제2 전극(42, 44)의 일부만을 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)에 각기 연결하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 컨택홀(46)이 복수 개의 컨택홀로 구성될 수 있다. 또는, 컨택홀(46) 각각이 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 전체 길이에 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44)과 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 그리고 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(42)이 일측 가장자리에서 서로 연결되어 형성되고, 제2 전극(44)이 타측 가장자리에서 서로 연결되어 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32) 사이에 형성된 pn 접합에서의 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자는 패시베이션막(20)을 통과하여 각기 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)로 이동한 후에 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다.
본 실시예에와 같이 반도체 기판(10)의 후면에 전극(42, 44)이 형성되고 반도체 기판(10)의 전면에는 전극이 형성되지 않는 후면 전극 구조의 태양 전지(100)에서는 반도체 기판(10)의 전면에서 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 패시베이션막(20)을 사이에 두고 반도체 기판(10) 위에 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
이하에서는 상술한 태양 전지(100)의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지의 제조 장치(200)를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이고, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 공정도들이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법은, 광전 변환부를 형성하는 단계(ST10), 전극 물질층을 형성하는 단계(ST20), 레지스트 패턴을 형성하는 단계(ST30), 전극 물질층(420)을 식각하는 식각 공정(ST41)을 포함하는 전극 형성 단계(ST40) 및 레지스트 패턴(430)을 박리하는 박리 공정(ST51, 53)을 포함하는 박리 단계(ST50)를 포함한다. 이때, 전극 형성 단계(ST40)는 식각 공정(ST41) 후에 세정 공정(ST42)를 더 포함할 수 있고, 박리 단계(ST50)는 박리 공정(ST51, 53)으로 제1 박리 공정(ST51) 및 이러한 제1 박리 공정(ST51)의 이후에서 시간 간격(일 예로, 제1 세정 공정(ST52)을 두고 수행되는 제2 박리 공정(ST53)을 포함하고, 제1 박리 공정(ST51) 이후(좀더 정확하게는, 제1 박리 공정(ST51)과 제2 박리 공정(ST53) 사이)에 제1 세정 공정(ST52)를 더 포함하고, 제2 박리 공정(ST53) 이후에 제2 세정 공정(ST54)를 더 포함할 수 있다. 그리고 박리 단계(ST50) 이후에 건조 단계(ST60)를 더 포함할 수 있다. 이를 도 4a 내지 도 4e와 함께 상세하게 설명한다.
참조로, 본 명세서에서 명확한 구별을 위하여 전극 물질층(420) 또는 전극(42, 44)이 형성되기 전까지를 광전 변환부(100a)로, 전극 물질층(420) 또는 전극(42, 44)이 형성된 후를 태양 전지(100)로 칭한다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 광전 변환부를 형성하는 단계(ST10)에서는 반도체 기판(10) 위에 패시베이션막(20), 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30), 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26), 그리고 컨택홀(46)을 구비하는 후면 패시베이션막(40)을 형성하여, 전극(42, 44)을 제외한 광전 변환부(100a)를 형성한다. 이때, 반도체 기판(10)은 베이스 영역(110)과 전면 계 영역(130)을 구비할 수 있다. 이때, 패시베이션막(20), 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)을 형성하는 공정으로는 알려진 다양한 공정이 적용될 수 있다.
여기서, 광전 변환부(100a)의 전면, 후면 및 측면에서는 외면에 반사 방지막(26)의 제1 실리콘 탄화막(26b) 또는 후면 패시베이션막(40)의 제2 실리콘 탄화막(40b)이 위치할 수 있고, 특히, 광전 변환부(100a)의 측면은 반사방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40) 중 적어도 하나에 의해 덮일 수 있다.
이어서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 전극 물질층을 형성하는 단계(ST20)에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 후면 패시베이션막(40) 위에 전체적으로 전극 물질층(420)을 형성한다. 전극 물질층(420)은 컨택홀(46) 내에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 위에도 형성(일 예로, 접촉)된다.
본 실시예에서 전극 물질층(420)은 복수의 전극층(도 1의 제1 내지 제4 전극층(422, 424, 426, 428))에 각기 대응하는 금속을 포함하는 복수의 전극 물질층(4220, 4240, 4260, 4280)을 포함할 수 있다. 복수의 전극 물질층(4220, 4240, 4260, 4280)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 복수의 전극 물질층(4220, 4240, 4260, 4280)이 각기 스퍼터링에 의하여 형성되어 전체적으로 균일한 두께(10% 이내의 오차를 가지는 두께)를 가질 수 있다.
이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴을 형성하는 단계(ST30)에서는 전극 물질층(420) 위에 레지스트 패턴(430)을 형성한다. 레지스트 패턴(430)은 전극(도 4e의 참조부호 42, 44, 이하 동일)에 대응하는 패턴을 가지고, 식각 공정(ST41)에서 제거되어야 할 부분에 대응하여 전극 물질층(420)을 노출하는 노출부(432)를 구비할 수 있다.
이러한 레지스트 패턴(430)은 다양한 방법으로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 인쇄(일 예로, 스크린 인쇄)에 의하여 형성되어 원하는 패턴을 가지는 상태로 도포되어 형성될 수 있다. 레지스트 패턴(430)은 식각 공정(ST41)에서 식각 용액(도 5의 참조부호 212a)에 의하여 식각되지 않고 박리 공정(ST51, ST53)에서 박리 용액(도 5의 참조부호 222a)에 의하여 박리될 수 있는 다양한 물질로 구성될 수 있다.
이어서, 도 4d에 도시한 바와 같이 전극 형성 단계(ST40)에서 레지스트 패턴(430)이 형성되지 않은 부분의 전극 물질층(420)을 식각하고, 도 4e에 도시한 바와 같이 박리 단계(ST50)에서 레지스트 패턴(430)을 박리하여 일정한 패턴을 가지는 전극(42, 44)을 형성한다.
본 실시예에서 전극 형성 단계(ST40) 및 박리 단계(ST50)는 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치(200)에 의하여 연속적인 인라인(in-line) 공정에 의하여 수행될 수 있다. 전극 형성 단계(ST40) 및 박리 단계(ST50)를 도 3, 도 4d 및 도 4e와 함께 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다. 간략한 도시 및 명확한 설명을 위하여 도 5에서 태양 전지(100)에 대해서는 반도체 기판(10)과 전극 물질층(420) 또는 전극(42, 44)만을 도시하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치(200)를 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치(200)는, 전극 물질층(420)을 식각하는 식각 공정(ST41)을 수행하는 식각 장치(212)를 포함하는 식각부(210) 및 이의 이후에 배치되며 레지스트 패턴(430)을 박리(strip)하는 박리 공정(ST51, ST53)을 수행하는 박리 장치(222)를 포함하는 박리부(220)를 포함하고, 박리부(220) 이후에 위치하여 건조 공정(ST60)을 수행하는 건조부(230)를 포함할 수 있다. 그리고 식각부(210)는 식각 장치(212) 이후에 배치되어 세정 공정(ST42)를 수행하는 세정 장치(또는 식각 후 세정 장치)(214)를 포함하고, 박리부(220)는 박리 장치(222) 이후에 배치되어 세정 공정(ST52, ST54)를 수행하는 세정 장치(또는 박리 후 세정 장치)(224)를 포함할 수 있다. 그리고 태양 전지(100)가 식각부(210), 박리부(220) 및 건조부(230)를 연속적으로 통과하도록 이동 부재(240)가 위치할 수 있다. 태양 전지(100)는 태양 전지(100)의 전면 쪽이 이동 부재(240) 상에 위치하여 태양 전지(100)의 후면 쪽이 노출된 상태로 이동할 수 있다. 그리고 이동 부재(240)로부터 멀리 위치한 태양 전지(100)의 면(즉, 태양 전지(100)의 후면 쪽) 위에 상부 가이드 부재(250)가 위치하여 태양 전지(100)가 좀더 안정적으로 이동 부재(240) 위에서 이동할 수 있도록 한다. 도면에서는 이동 부재(240) 및 상부 가이드 부재(250)로 복수의 롤러(240a, 250a)를 사용한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 이동 부재(240)로 컨베이어 벨트 등의 다양한 구조, 형상 등이 적용될 수 있으며 상부 가이드 부재(250)로 다양한 구조, 형상 등이 적용될 수 있다.
식각 장치(212)는 식각 용액(212a)을 스프레이하는 스프레이 부재(2122)를 포함하고, 식각 용액(212a)이 저장되며 스프레이 부재(2122)에 연결되는 저장 부재(2120)를 포함할 수 있다. 스프레이 부재(2122)는 이동 부재(240)의 상부에서 식각 용액(212a)을 스프레이하고 저장 부재(2120)는 이동 부재(240)의 하부에 위치하여 스프레이된 식각 용액(212a)을 모아서 저장할 수 있다. 그러면, 식각 용액(212a)이 원하는 분사 압력을 가지면서 태양 전지(100)의 후면에 위치한 전극 물질층(420)에 도달할 수 있고, 분사된 식각 용액(212a)이 하부에 위치한 저장 부재(2120)로 떨어져서 다시 저장된 후에 스프레이 부재(2122)로 제공되어 재사용될 수 있다. 이와 같이 식각 용액(212a)을 재사용하여 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
식각 용액(212a)은 레지스트 패턴(430)을 식각하지 않으며 전극 물질층(420)을 식각할 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 식각 용액(212a)이 질산을 포함할 수 있다.
식각 장치(212)는 저장 부재(2120)에 저장된 식각 용액(212a)을 가열하는 가열 부재(2124)를 더 포함할 수 있다. 가열 부재(2124)는 필요에 따라 식각 용액(212a)을 가열하여 식각 용액(212a)이 식각에 적합한 온도를 가질 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 식각 용액(212a)을 상온 상태로 사용하여 별도의 가열 부재(2124)가 구비되지 않을 수도 있다. 도면에서는 가열 부재(2124)가 저장 부재(2120) 내부에 식각 용액(212a)에 접촉하여 이를 직접 가열하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
스프레이 부재(2122)는 식각 용액(212a)을 분사할 수 있는 다양한 구조를 구비할 수 있다. 예를 들어, 스프레이 부재(2122)가 플랫 타입(plat type) 또는 콘 타입(cone type)을 가질 수 있다. 그리고 스프레이 부재(2122)는 상하좌우 위치, 분사 각도 등이 조절될 수 있다. 일 예로, 스프레이 부재(2122)가 좌우로 왕복 이동하여 식각 용액(212a)의 분사 시간(공정 시간) 등을 자유롭게 조절할 수 있다. 스프레이 부재(2122)의 위치 및/또는 분사 각도를 조절하는 구조, 방식 등으로 알려진 구조, 방식 등이 적용될 수 있다.
스프레이 부재(2122)의 일 예를 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6은 도 5에 도시한 태양 전지의 제조 장치(200)에 포함되는 스프레이 부재(2122)의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 6을 참조하면, 스프레이 부재(2122)는 스프레이 노즐(2122a, 2122b)이 제1 방향(도면의 x축 방향) 일정 간격을 두고 복수 개 고정되는 프레임 부분(2122c, 2122d)을 포함할 수 있다. 그리고 프레임 부분(2122c, 2122d)이 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 일정 간격을 두고 복수 개 위치할 수 있다. 이에 의하면 스프레이 노즐(2122a, 2122b)이 하나 또는 복수의 태양 전지(100)에 대응하는 복수 개수로 고르게 위치하여 전극 물질층(420)을 고르게 식각할 수 있다.
프레임 부분(2122c, 2122d)는, 제1 방향에서 일정 간격을 두고 제1 위치에 위치하는 제1 스프레이 노즐(2122a)이 고정되는 제1 프레임 부분(2122c)과, 제1 방향에서 일정 간격을 두고 제1 위치와 다른 제2 위치에 위치하는 제2 스프레이 노즐(2122b)이 고정되는 제2 프레임 부분(2122d)을 포함할 수 있다. 제1 프레임 부분(2122c)과 제2 프레임 부분(2122d)이 제2 방향에서 서로 교번하여 위치하여, 이웃한 제1 및 제2 프레임 부분(2122c, 2122d)의 스프레이 노즐(2122a, 2122b)이 제1 방향에서 서로 어긋난 위치에 위치하여 지그재그 형상을 가지도록 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 스프레이 노즐(2122a) 사이의 간격과 제2 스프레이 노즐(2122b) 사이의 간격이 서로 동일하고, 제1 방향으로 볼 때 이웃한 두 개의 제1 스프레이 노즐(2122a) 사이의 중심에 대응하는 위치에 제2 스프레이 노즐(2122b)이 위치할 수 있다. 이에 의하여 이웃한 제1 프레임 부분(2122c)과 제2 프레임 부분(2122d)에 위치하여 서로 인접한 두 개의 제1 스프레이 노즐(2122a)과 한 개의 제2 스프레이 노즐(2122b)이 이등변 삼각형의 꼭지점 위치에 위치할 수 있다. 이러한 배치에 의하여 전극 물질층(420)을 균일하고 고르게 식각할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 스프레이 노즐(2122a, 2122b)의 배치 등은 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 복수의 프레임 부분(2122c, 2122d)의 양단 각각에는 복수의 프레임 부분(2122c, 2122d)을 연결하는 연결 부분(2122e)가 위치할 수 있다. 연결 부분(2122e)에 의하여 복수 개의 스프레이 노즐(2122a, 2122b)를 구비하는 복수의 프레임 부분(2122c, 2122d)을 일체화하여 구조를 단순화할 수 있다.
도면에서 스프레이 노즐(2122a, 2122b)은 프레임 부분(2122c, 2122d)에 고정되어, 상하 또는 좌우로 이동하거나 스프레이 각도가 변화하지 않도록 위치한 것으로 도시하였다. 이에 의하여 간단한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 스프레이 노즐(2122a, 2122b) 또는 프레임 부분(2122c, 2122d)가 이동하거나 각도가 변화하는 등 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 프레임 부분(2122c, 2122d) 및/또는 연결 부분(2122e)의 내부가 빈 공간으로 구성되어 이 부분을 통하여 식각 용액(212a)이 이동하여 스프레이 노즐(2122a, 2122b)을 통하여 제공될 수 있다. 이에 의하면 간단한 구조에 의하여 쉽게 식각 용액(212a)을 제공할 수 있다. 도면에서는 각 스프레이 노즐(2122a, 2122b)이 하나의 토출부를 구비하여 식각 용액(212a)을 제공하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 각 스프레이 노즐(2122a, 2122b)에 복수 개의 토출구를 구비할 수도 있고 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
다시 도 5를 참조하면, 이동 부재(240) 위에 태양 전지(110)의 전면 쪽이 위치하도록 하여 이동 부재(240)의 반대쪽(도면의 상부)으로 태양 전지(100)의 후면이 노출된 상태에서 이동 부재(240)의 상부에 위치한 스프레이 부재(2122)에 의하여 식각 용액(212a)을 스프레이한다. 이에 의하여 반도체 기판(10)의 후면에서 레지스트 패턴(430)의 노출부(432)에 의하여 노출된 전극 물질층(420)의 부분에 식각 용액(212a)이 도달하여 해당 부분을 식각한다.
이와 같이 스프레이 방법을 사용하면 전극 물질층(420)이 짧은 시간 동안 최소화된 양의 식각 용액(212a)에만 노출된다. 이에 의하여 전극 물질층(420)이 오랜 시간 동안 많은 양의 식각 용액(212a)에 노출되는 디핑(dipping) 공정을 적용할 경우에 발생할 수 있는 문제, 일 예로, 언더컷(under-cut) 현상 등을 방지할 수 있다. 참조로, 디핑 공정은 전극 물질층 및 레지스트 패턴을 구비하는 태양 전지를 식각 용액 내에 전체적으로 담궈 식각하는 것이며, 언더컷은 디핑 공정에서 등방성 식각에 의하여 전극의 측면이 의도치 않게 더 많이 식각되어 나타나는 구조이다. 또한, 디핑 공정에서는 태양 전지를 식각 용액 내에 침지시켜 일정 위치에서 위치시킨 후에 다시 꺼내기 위하여 태양 전지를 고정하거나 잡기 위한 고정 장치(일 예로, 카세트, 캐리어 등) 등을 구비하는데, 이러한 고정 장치가 전극 물질층과 겹쳐지는 부분(일 예로, 캐리어 투쓰(carrier tooth))이 존재하게 된다. 이에 따라 고정 장치가 위치한 부분에서 전극 물질층이 충분하게 식각되지 않아 미식각 부분이 남을 수 있다. 반면, 본 실시예에서는 이동 부재(240)의 위에서 전극 물질층(420)이 형성된 반도체 기판(10)의 후면 쪽이 전체적으로 노출된 상태로 식각 용액(212a)가 제공되므로 미식각 부분의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 스프레이 방법에 의하면 분사되는 압력에 의하여 식각 속도를 증가시킬 수 있어 짧은 시간 내에서 충분한 식각이 이루어질 수 있다.
스프레이 부재(2122)에 의하여 분사되는 식각 용액(212a)의 분사 압력이 0.5 내지 2 bar일 수 있고, 식각 용액(212a)의 온도가 20도씨 내지 40도씨일 수 있으며, 분사 시간(또는 공정 시간)이 30초 내지 200초일 수 있다. 상술한 분사 압력, 식각 용액(212a)의 온도 및 분사 시간은 원하지 않는 전극 물질층(420)의 과식각 또는 미식각을 방지할 수 있는 범위로 한정된 것이다. 그러나 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 전극 물질층(420)이 복수의 전극 물질층(4220, 4240, 4260, 4280)을 포함하는데, 한 번의 스프레이 공정에 의하여 복수의 전극 물질층(4220, 4240, 4260, 4280)을 한번에 일괄 식각하여 패터닝할 수 있다. 이에 의하여 공정을 단순화할 수 있다.
특히, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(도 1의 참조부호 42, 44, 이하 동일)가 반도체 기판(10)의 일면에 위치하므로, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 형성되는 일면 쪽에 식각 용액(212a)을 분사하는 것에 의하여 간단한 공정으로 제1 및 제2 전극(42, 44)을 함께 식각 또는 패터닝할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지(100)에 단면 에칭 방법인 스프레이 방법을 적용하여 공정을 단순화할 수 있다.
이때, 태양 전지(100)에서 반도체 기판(10)의 전면 쪽 외면은 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)에 의하여, 반도체 기판(10)의 후면 쪽에서 식각되지 않아야 할 부분의 외면은 후면 패시베이션막(40)에 의하여, 반도체 기판(10)의 측면 쪽 외면은 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및/또는 후면 패시베이션막(40)에 의하여 덮인 상태일 수 있다. 이때, 상술한 실시예에서와 같이 태양 전지(100)의 외면이 제1 또는 제2 실리콘 탄화막(26b, 40b)에 의하여 커버되면, 식각 용액(212a)으로부터 원하지 않는 부분이 식각되거나 손상되는 것을 방지하여 태양 전지(100)를 보호할 수 있다. 이에 따라 식각을 방지하기 위한 별도의 에칭 방지층을 형성하지 않아도 되므로 공정을 단순화할 수 있다.
세정 장치(214)에서는 세정 용액(214a)을 태양 전지(100)에 제공하여 식각 용액(212a)을 제거하여 태양 전지(100)를 세정한다. 일 예로, 세정 장치(214)에서도 스프레이 방법을 사용하여 태양 전지(100)를 세정할 수 있다. 세정 용액(214a)으로는 알려진 다양한 용액을 사용할 수 있다. 일 예로, 초순수(de-ionized water, DI water)를 세정 용액(214a)으로 사용할 수 있다. 세정 장치(214)의 세정 부재(2140)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부에 각기 위치하여 태양 전지(100) 및 이동 부재(240)를 좀더 효과적으로 세정할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 세정 부재(2140)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부 중 하나에만 위치할 수도 있다. 도면에서는 세정 부재(2140)가 스프레이 부재(2122)와 다른 형상을 가진 것으로 도시하였으나, 스프레이 부재(2122)와 동일한 형상을 가질 수도 있다.
본 실시예에서 박리부(220)의 박리 장치(222)에서는 레지스트 패턴(430)을 박리하는 박리 용액(222a)을 태양 전지(100)에 제공하여 레지스트 패턴(430)을 박리한다.
일 예로, 박리 장치(222)는 디핑 공정에 의하여 레지스트 패턴(430)을 박리할 수 있다. 다만, 박리 장치(222)에서 수행되는 박리 공정이 식각 공정, 세정 공정 등과 인라인 공정에 의하여 수행될 수 있도록, 태양 전지(100)가 이동 부재(240) 위에 위치한 상태에서 이동 부재(240)에 의하여 이동하면서 디핑 공정이 수행될 수 있다.
일 예로, 박리 장치(222)가 이동 부재(240)의 상부에 위치하며 태양 전지(100)의 후면에 박리 용액(222a)을 제공하는 용액 낙하 부재(2222)를 포함하고, 이동 부재(240)의 하부에서 떨어지는 박리 용액(222a)을 수용하는 저장 부재(2220)가 위치할 수 있다. 용액 낙하 부재(2222)에서 떨어지는 박리 용액(222a)에 의하여 저장 부재(2220)에는 태양 전지(100)가 살짝 잠길 정도의 높이로 박리 용액(222a)이 위치하고 있고, 저장 부재(2220)는 이동 부재(240) 및/또는 이 위에 위치한 태양 전지(100)가 통과하여 이동할 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 저장 부재(2220)에서 이동 부재(240)의 이동 방향에 위치하지 않는 측면에는 박리 용액(222a)이 수용될 수 있도록 측벽이 위치하고, 이동 부재(240)의 이동 방향에서의 양측면에는 이동 부재(240) 및/또는 태양 전지(100)가 이동할 수 있는 통로가 구비되거나 측벽이 구비되지 않아 이동 부재(240)가 이동할 수 있도록 한다. 용액 낙하 부재(2222)는 식각 용액(212a)보다 작은 압력으로 일정 간격을 가지면서 간헐적으로 박리 용액(222a)을 제공할 수 있다. 용액 낙하 부재(2222)는 저장 부재(2220)를 통하여 이동 부재(240)가 이동하는 중에 태양 전지(100)의 후면이 안정적으로 박리 용액(222a)에 잠기거나 태양 전지(100)의 후면에 박리 용액(222a)이 도달할 수 있도록 한다. 레지스트 패턴(430)은 박리 용액(222a)에 의하여 쉽게 박리될 수 있으므로 식각 공정보다 낮은 압력으로 간헐적으로 박리 용액(222a)을 제공하여 레지스트 패턴(430)을 박리한다. 이에 의하여 태양 전지(100)를 손상하지 않으면서 레지스트 패턴(430)을 제거할 수 있다.
용액 낙하 부재(2222)의 일 예를 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 7은 도 5에 도시한 태양 전지의 제조 장치(200)에 포함되는 용액 낙하 부재(2222)의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 용액 낙하 부재(2222)는 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)이 제1 방향(도면의 x축 방향) 일정 간격을 두고 복수 개 고정되는 프레임 부분(2222c, 2222d)을 포함할 수 있다. 그리고 프레임 부분(2222c, 2222d)이 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 일정 간격을 두고 복수 개 위치할 수 있다. 이에 의하면 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)이 하나 또는 복수의 태양 전지(100)에 대응하는 복수 개수로 고르게 위치하여 레지스트 패턴(430)을 박리하는 박리 용액(222a)을 고르게 제공할 수 있다.
프레임 부분(2222c, 2222d)는, 제1 방향에서 일정 간격을 두고 제1 위치에 위치하는 제1 용액 낙하 부분(2222a)이 고정되는 제1 프레임 부분(2222c)과, 제1 방향에서 일정 간격을 두고 제1 위치와 다른 제2 위치에 위치하는 제2 용액 낙하 부분(2222b)이 고정되는 제2 프레임 부분(2222d)을 포함할 수 있다. 제1 프레임 부분(2222c)과 제2 프레임 부분(2222d)이 제2 방향에서 서로 교번하여 위치하여, 이웃한 제1 및 제2 프레임 부분(2222c, 2222d)의 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)이 제1 방향에서 서로 어긋난 위치에 위치하여 지그재그 형상을 가지도록 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 용액 낙하 부분(2222a) 사이의 간격과 제2 용액 낙하 부분(2222b) 사이의 간격이 서로 동일하고, 제1 방향으로 볼 때 이웃한 두 개의 제1 용액 낙하 부분(2222a) 사이의 중심에 대응하는 위치에 제2 용액 낙하 부분(2222b)이 위치할 수 있다. 이에 의하여 이웃한 제1 프레임 부분(2222c)과 제2 프레임 부분(2222d)에 위치하여 서로 인접한 두 개의 제1 용액 낙하 부분(2222a)과 한 개의 제2 용액 낙하 부분(2222b)이 이등변 삼각형의 꼭지점의 위치에 위치할 수 있다. 이러한 배치에 의하여 레지스트 패턴(430)을 박리하는 박리 용액(222a)을 균일하고 고르게 제공할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)의 배치 등은 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 복수의 프레임 부분(2222c, 2222d)의 양단 각각에는 복수의 프레임 부분(2222c, 2222d)을 연결하는 연결 부분(2222e)가 위치할 수 있다. 연결 부분(2222e)에 의하여 복수 개의 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)를 구비하는 복수의 프레임 부분(2222c, 2222d)을 일체화하여 구조를 단순화할 수 있다.
도면에서 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)은 프레임 부분(2222c, 2222d)에 고정되어, 상하 또는 좌우로 이동하거나 용액 낙하 각도가 변화하지 않도록 위치한 것으로 도시하였다. 이에 의하여 간단한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 용액 낙하 부분(2222a, 2222b) 또는 프레임 부분(2222c, 2222d)가 이동하거나 용액 낙하 각도가 변화하는 등 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 프레임 부분(2222c, 2222d) 및/또는 연결 부분(2222e)의 내부가 빈 공간으로 구성되어 이 부분을 통하여 박리 용액(222a)이 이동하여 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)을 통하여 제공될 수 있다. 이에 의하면 간단한 구조에 의하여 쉽게 박리 용액(222a)을 제공할 수 있다. 이때, 도면에는 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)은 별도로 제조되어 프레임 부분(2222c, 2222d)에 부착 또는 고정되는 것이거나 프레임 부분(2222c, 2222d)의 하면에서 돌출된 부분으로 구성되는 부분인 것으로 도시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 용액 낙하 부분(2222a, 2222b)가 프레임 부분(2222c, 2222d)의 하면에 형성된 개구부 또는 홀 등으로 구성될 수도 있다.
다시 도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 저장 부재(2220)에 수용된 용액을 용액 낙하 부재(2222)로 다시 제공하여 박리 용액(222a)을 재사용할 수 있다. 또는, 저장 부재(2220)에서 흘러 나온 박리 용액(222a)을 다시 저장하는 또 다른 저장 부재를 더 포함하고, 또 다른 저장 부재에 저장된 박리 용액(222a)을 용액 낙하 부재(2222)로 제공하여 재사용할 수도 있다. 이와 같이 박리 용액(222a)을 재사용하면 제조 비용을 절감할 수 있다.
박리 용액(222a)으로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있는데, 일 예로, 일정 비율로 희석된 수산화 포타슘(KOH) 등을 사용할 수 있다. 그리고 박리 용액(222a)은 상온의 온도(일 예로, 10도씨 내지 30도씨)로 제공될 수 있으며, 이에 의하여 박리 장치(222)가 박리 용액(222a)을 가열하는 별도의 공정, 장치 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 박리 장치(222)가 박리 용액(222a)을 가열하는 가열부를 구비할 수도 있다.
특히, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(도 1의 참조부호 42, 44, 이하 동일)가 반도체 기판(10)의 일면에 위치하므로, 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성하기 위한 레지스트 패턴(430)도 일면 쪽에만 위치하여 이 부분에 박리 용액(222a)을 제공하는 것에 의하여 간단한 공정으로 레지스트 패턴(430)을 박리할 수 있다.
이때, 태양 전지(100)에서 반도체 기판(10)의 전면 쪽 외면은 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)에 의하여, 반도체 기판(10)의 후면 쪽에서 식각되지 않아야 할 부분의 외면은 후면 패시베이션막(40)에 의하여, 반도체 기판(10)의 측면 쪽 외면은 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및/또는 후면 패시베이션막(40)에 의하여 덮인 상태일 수 있다. 이때, 상술한 실시예에서와 같이 태양 전지(100)의 외면이 제1 또는 제2 실리콘 탄화막(26b, 40b)에 의하여 커버되면, 박리 용액(222a)으로부터 원하지 않는 부분이 손상되는 것을 방지하여 태양 전지(100)를 보호할 수 있다. 이에 따라 손상을 방지하기 위한 별도의 보호층을 형성하지 않아도 되므로 공정을 단순화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 박리 장치(222)가 박리 용액(222a)을 스프레이 방법으로 태양 전지(100)에 제공할 수도 있다. 이 경우에 박리 장치(222)는 식각 장치(212)와 동일 또는 유사한 구조를 가지되, 식각 용액(212a) 대신 박리 용액(222a)을 태양 전지(100)에 제공한다.
세정 장치(224)에서는 세정 용액(224a)을 태양 전지(100)에 제공하여 박리 용액(224a)을 제거하여 태양 전지(100)를 세정한다. 일 예로, 세정 장치(224)에서도 스프레이 방법을 사용하여 태양 전지(100)를 세정할 수 있다. 세정 용액(224a)으로는 알려진 다양한 용액을 사용할 수 있다. 일 예로, 초순수를 세정 용액(224a)으로 사용할 수 있다. 세정 장치(224)의 세정 부재(2240)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부에 각기 위치하여 태양 전지(100) 및 이동 부재(240)를 좀더 효과적으로 세정할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 세정 부재(2240)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부 중 하나에만 위치할 수도 있다. 도면에서는 세정 부재(2240)가 스프레이 부재(2122)와 다른 형상을 가진 것으로 도시하였으나, 스프레이 부재(2122)와 동일한 형상을 가질 수도 있다.
이때, 박리부(220)가 복수로 구비되어 박리 장치(222) 및 세정 장치(224)가 복수로 구비될 수 있다. 그러면 식각 장치(212)에서 수행되는 식각 공정(ST41)의 총 횟수보다 박리 장치(222)에서 수행되는 박리 공정(ST51, ST53)의 총 횟수가 더 많을 수 있다. 박리 공정(ST51, ST53)을 한 번에 오랜 공정 시간으로 수행하는 것보다, 복수의 박리 공정(ST51, ST53)으로 나누어 수행하면 총 공정 시간을 줄이면서도 레지스트 패턴(430)을 효과적으로 박리할 수 있기 때문이다.
일 예로, 박리부(220)가 두 개 구비되어, 제1 박리 장치(222b), 제1 세정 장치(224b), 제2 박리 장치(222c), 제2 세정 장치(224d)의 배치를 가질 수 있다. 참조로, 식각부(210)는 한 개 구비되어 식각 장치(212) 및 세정 장치(214)의 배치를 가질 수 있다. 이때, 제1 박리 장치(222b) 내에서의 제1 박리 공정(ST51)의 공정 시간이 제2 박리 장치(222c) 내에서의 제2 박리 공정(ST53)의 공정 시간보다 길 수 있다. 이에 의하면 제1 박리 장치(222b)에서 레지스트 패턴(430)을 전체적으로 박리하고, 제1 박리 장치(222b)에서 박리되지 않은 레지스트 패턴(430)을 제2 박리 장치(222c)에서 완전하게 박리할 수 있다.
일 예로, 0.5% 수산화 포타슘 용액을 이용하여, 제1 박리 장치(222b)에서 제1 박리 공정(ST51)을 40 내지 60초, 제2 박리 장치(222c)에서 제2 박리 공정(ST52)을 10초 내지 20초 동안 수행할 수 있다. 이러한 범위 내에서 레지스트 패턴(430)을 효과적으로 박리할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 수산화 포타슘 농도, 제1 및 제2 박리 장치(222b, 222c) 내에서의 공정 시간이 다양하게 변화될 수 있다.
이때, 박리 장치(222) 내에서의 박리 공정(ST51, ST53)의 총 공정 시간은 식각 장치(212) 내에서의 식각 공정(ST41)의 총 공정 시간보다 짧을 수 있다. 전극 물질층(420)을 식각하는 것보다 레지스트 패턴(430)의 박리가 좀더 쉽게 일어날 수 있음을 고려한 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5에서는 제2 세정 장치(224d)가 하나의 세정부로 구성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예를 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 장치의 제2 세정 장치를 도시한 개략도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 박리 용액(222a)을 효과적으로 세정하기 위하여 제2 세정 장치(222d)가 두 개 이상의 세정부(2241d, 2242d)를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 세정 장치(222d)가, 제1 세정부(2241d)와, 제1 세정부(2241d) 이후에 위치하는 제2 세정부(2242d)를 구비할 수 있다. 이와 같이 두 개 이상의 세정부(2241d, 2242d)를 구비하면 최종으로 수행되는 제2 세정 공정(ST54)의 공정 시간을 증가시켜 박리 용액(222a)를 효과적으로 제거하여 태양 전지(100)를 효과적으로 세정할 수 있다.
이때, 제1 세정부(2241d)에서는 세정 부재(2240)가 태양 전지(100)의 상부에만 위치하고 하부에는 위치하지 않으며, 제2 세정부(2241d)에서는 세정 부재(2240)가 태양 전지(100)의 상부 및 하부에 각기 위치할 수 있다. 제1 세정부(2241d)에서 박리 용액(도 5의 참조부호 222a)이 반응한 태양 전지(100)의 상부(즉, 태양 전지(100)의 후면)에서 세정 용액(224a)을 제공하는 공정을 추가하여 태양 전지(100)의 상부에서의 세정 시간을 좀더 효과적으로 증가시킬 수 있기 때문이다.
일 예로, 제2 세정부(2242d)에서 사용된 세정 용액(224a)을 모아서 이를 제1 세정부(2241d)에 전달하여 재활용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 구조로는 알려진 다양한 구조, 방식 등이 적용될 수 있다. 이와 같이 세정 용액(224a)을 재활용하여 복수의 세정부(2241d, 2242d)를 가지는 경우에도 세정 용액(224a)이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 5를 참조하면, 건조부(230)에서는 태양 전지(100)를 건조시킨다. 건조부(230)로는 다양한 구조, 방식이 적용될 수 있는데, 일 예로, 고온의 공기(230a)를 태양 전지(100)에 제공하는 방식이 적용될 수 있다. 건조부(230)의 건조 부재(2300)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부에 각기 위치하여 태양 전지(100)를 효과적으로 건조할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 건조 부재(2230)가 이동 부재(240)의 상부 및 하부 중 하나에만 위치할 수도 있다.
이와 같은 태양 전지의 제조 장치(200)에서는, 이동 부재(240) 위에 태양 전지(100)의 전면이 위치하여 태양 전지(100)의 후면이 노출되도록 태양 전지(100)를 위치시키고, 이동 부재(240)가 이동하면서 태양 전지(100)가 식각부(210), 박리부(220) 및 건조(230)를 차례로 통과한다. 그러면, 식각부(210)의 식각 장치(212)에 의하여 식각 공정(ST41)이 수행되고, 식각부(210)의 세정 장치(214)에 의하여 세정 공정(ST42)이 수행되고, 박리부(220)의 제1 박리 장치(222b)에 의하여 제1 박리 공정(ST51)이 수행되고, 박리부(220)의 제1 세정 장치(224b)에 의하여 제1 세정 공정(ST52)이 수행되고, 박리부(220)의 제2 박리 장치(222c)에 의하여 제2 박리 공정(ST53)이 수행되고, 박리부(220)의 제2 세정 장치(224c)에 의하여 제2 세정 공정(ST54)이 수행되며, 건조(230)에 의하여 건조 공정(ST60)이 수행될 수 있다. 이러한 공정들이 차례로 인라인 공정에 의하여 수행되므로 레지스트 패턴(430)을 사용하여 전극 물질층(420)을 식각하는 태양 전지(100)의 제조 방법 및 태양 전지의 제조 장치(200)에서 공정 및 구조를 단순화할 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지
100a: 광전 변환부
42: 제1 전극
44: 제2 전극
420: 전극 물질층
200: 태양 전지의 제조 장치
210: 식각부
212: 식각 장치
214: 세정 장치
220: 박리부
222: 박리 장치
224: 세정 장치
230: 건조부

Claims (20)

  1. 광전 변환부와 전극을 포함하는 태양 전지의 제조 방법에 있어서,
    광전 변환부 위에 전극 물질층을 형성하는 단계;
    상기 전극 물질층 위에 노출부를 구비하는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    식각 용액에 잠기지 않는 상기 광전 변환부에 스프레이 부재를 이용해 스프레이 방법으로 상기 노출부를 통하여 노출된 상기 전극 물질층의 부분에 상기 식각 용액을 제공하여 해당 부분을 식각하는 식각 공정을 포함하여 전극을 형성하는, 전극 형성 단계; 및
    상기 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정을 포함하는 박리 단계
    를 포함하고,
    상기 광전 변환부의 측면은 반사 방지막 및 후면 패시베이션막 중 적어도 하나에 의해 덮이고,
    상기 스프레이 부재는 좌우로 왕복 이동하며,
    상기 박리 공정은 상기 광전 변환부의 전면이 박리 용액에 잠기고 상기 광전 변환부의 후면에 상기 박리 용액이 낙하하고,
    상기 낙하하는 상기 박리 용액은 상기 스프레이 방법으로 분사되는 상기 식각 용액보다 낮은 압력으로 간헐적으로 제공되며,
    상기 식각 공정은 분사된 상기 식각 용액을 가열하여 다시 분사하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 형성 단계와 상기 박리 단계가 연속적인 인라인(in-line) 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 물질층이 상기 광전 변환부의 일면 위에 위치하고,
    상기 전극이 상기 광전 변환부의 상기 일면에서 서로 이격하여 형성되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 식각 공정에서 상기 스프레이 방법에 의하여 상기 전극 물질층을 식각하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 함께 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 물질층이 복수의 전극 물질층을 포함하고,
    상기 식각 공정에서 상기 복수의 전극 물질층이 동시에 식각되는 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 형성 단계는 상기 식각 공정 이후에 상기 식각 용액을 제거하는 세정 공정을 더 포함하고,
    상기 박리 단계는 상기 박리 공정 이후에 상기 박리 용액을 제거하는 또 다른 세정 공정을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 식각 공정의 총 횟수보다 상기 박리 공정의 총 횟수가 더 많은 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 박리 공정이 복수 횟수로 수행되는 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박리 공정이 제1 박리 공정 및 상기 제1 박리 공정 이후에서 시간 간격을 두고 수행되는 제2 박리 공정을 포함하고,
    상기 제1 박리 공정의 공정 시간이 상기 제2 박리 공정의 공정 시간보다 긴 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 식각 공정의 총 공정 시간이 상기 박리 공정의 총 공정 시간보다 긴 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 식각 공정에서 상기 식각 용액의 분사 압력이 0.5 내지 2 bar이고, 상기 식각 용액의 온도가 20도씨 내지 40도씨이고, 공정 시간이 30초 내지 200초인 태양 전지의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 박리 단계 이후에 상기 태양 전지를 건조하는 건조 단계를 더 포함하고,
    상기 건조 단계, 상기 박리 단계 및 상기 건조 단계가 연속적인 인라인 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부가 상기 광전 변환부의 외면에 위치하는 실리콘 탄화막을 더 포함하고,
    상기 식각 공정에서 상기 실리콘 탄화막이 에칭 방지층으로 사용되는 태양 전지의 제조 방법.
  14. 측면이 반사 방지막 및 후면 패시베이션막 중 적어도 하나에 의해 덮인 광전 변환부 및 전극을 포함하는 태양 전지를 제조하며 레지스트 패턴을 이용하여 전극 물질층을 패터닝하여 상기 전극을 형성하는 태양 전지의 제조 장치에 있어서,
    식각 용액에 잠기지 않는 상기 광전 변환부에 스프레이 방법으로 분사하여 상기 레지스트 패턴의 노출부를 통하여 노출된 상기 전극 물질층의 부분에 상기 식각 용액을 제공하여 해당 부분을 식각하는 식각 공정을 수행하는 식각 장치를 포함하는 식각부; 및
    상기 레지스트 패턴을 박리하는 박리 공정을 수행하는 박리 장치를 포함하는 박리부를 포함하며,
    상기 식각 장치는 상기 식각 용액을 분사하는 스프레이 부재를 포함하고,
    상기 스프레이 부재는 좌우로 왕복 이동하며,
    상기 박리 공정은 상기 광전 변환부의 전면이 박리 용액에 잠기고 상기 광전 변환부의 후면에 상기 박리 용액이 낙하하고,
    상기 낙하되는 박리 용액은 상기 스프레이 방법으로 분사되는 상기 식각 용액보다 낮은 압력으로 간헐적으로 제공되며,
    상기 식각 장치는 상기 식각 용액에 접촉하여 직접 가열하는 가열부재를 더 포함하고,
    상기 식각부 및 상기 박리부를 통과하도록 상기 광전 변환부를 이동시키는 이동 부재; 및
    상기 이동 부재 상에 배치되고 롤러를 포함하는 상부 가이드를 포함하는 태양 전지의 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식각 공정 및 상기 박리 공정이 연속적인 인라인(in-line) 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 식각부는 상기 식각 장치 이후에 배치되는 세정 장치를 더 포함하고,
    상기 박리부는 상기 박리 장치 이후에 배치되는 또 다른 세정 장치를 더 포함하는 태양 전지의 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 박리부가 복수로 구비되어, 상기 박리 장치 및 상기 또 다른 세정 장치가 복수로 구비되는 태양 전지의 제조 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 박리부 이후에 배치되어 상기 태양 전지를 건조하는 건조 공정을 수행하는 건조부를 더 포함하고,
    상기 식각 공정, 상기 박리 공정 및 상기 건조 공정이 상기 이동 부재에 의하여 연속적인 인라인 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 식각 장치는, 이동 부재의 하부에 위치하여 상기 식각 용액을 저장하며 상기 식각 용액을 상기 스프레이 부재에 제공하는 저장 부재를 포함하는 태양 전지의 제조 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 박리 장치는, 상기 이동 부재 위에 위치한 상기 태양 전지가 통과하도록 하는 저장 부재를 포함하는 태양 전지의 제조 장치.

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JP2010073875A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Hitachi Ltd 電極形成装置

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