KR101875747B1 - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
태양 전지의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101875747B1 KR101875747B1 KR1020110136215A KR20110136215A KR101875747B1 KR 101875747 B1 KR101875747 B1 KR 101875747B1 KR 1020110136215 A KR1020110136215 A KR 1020110136215A KR 20110136215 A KR20110136215 A KR 20110136215A KR 101875747 B1 KR101875747 B1 KR 101875747B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- impurity
- type
- emitter
- chamber
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 156
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 151
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 29
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 20
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical class N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1864—Annealing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
- H01L31/206—Particular processes or apparatus for continuous treatment of the devices, e.g. roll-to roll processes, multi-chamber deposition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 제조 방법의 한 예는 제1 도전성 타입을 갖는 기판을 제1 챔버에 위치시킨 후, 이온 주입법으로 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입의 제1 불순물을 상기 기판에 주입하여 상기 기판에 제1 불순물부를 형성하는 단계, 상기 제1 불순물부를 구비한 상기 기판을 제2 챔버에 위치시킨 후, 이온 주입법으로 상기 제1 도전성 타입의 제2 불순물을 상기 기판에 주입하여 제2 불순물부를 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 불순물부를 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 제1 및 제2 불순물부를 활성화시켜, 제1 불순물부를 에미터부로 형성하고 제2 불순물부를 전계부로 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 전계부에 연결된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductivity type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, p-n 접합에 의해 생성된 전자와 정공은 n형 반도체부와 p형 반도체부 쪽으로 각각 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형 반도체부와 n형 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 감소하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판을 제1 챔버에 위치시킨 후, 이온 주입법으로 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입의 제1 불순물을 상기 기판에 주입하여 상기 기판에 제1 불순물부를 형성하는 단계, 상기 제1 불순물부를 구비한 상기 기판을 제2 챔버에 위치시킨 후, 이온 주입법으로 상기 제1 도전성 타입의 제2 불순물을 상기 기판에 주입하여 제2 불순물부를 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 불순물부를 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 제1 및 제2 불순물부를 활성화시켜, 제1 불순물부를 에미터부로 형성하고 제2 불순물부를 전계부로 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 전계부에 연결된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 불순물부는 상기 기판의 제1 면에 형성되고, 상기 제2 불순물부는 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면에 형성될 수 있다.
상기 기판의 제1 면과 상기 제2 면은 빛이 입사되는 입사면일 수 있다.
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부는 상기 기판의 동일한 면에 형성될 수 있다.
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부는 빛이 입사되는 상기 기판의 입사면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 면에 형성될 수 있다.
상기 제1 불순물부 형성 단계는 상기 제1 챔버에서 제1 마스크를 통해 노출된 상기 기판의 부분에 상기 이온 주입법으로 상기 불순물을 주입하여 상기 제1 불순물부를 형성할 수 있고, 상기 제2 불순물부 형성 단계는 상기 제2 챔버에서 상기 제1 마스크와 다른 패턴을 갖는 제2 마스크를 통해 노출된 상기 기판의 부분에 상기 이온 주입법으로 상기 불순물을 주입하여 상기 제2 불순물부를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 불순물부 활성화 단계는 질소 분위기에서 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 행해질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부를 정해진 두께만큼 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따라, 서로 다른 챔버에서 각각의 이온 주입법을 이용하여 제1 불순물부와 제2 불순물부를 형성하므로, 제1 불순물부와 제2 불순물부의 형성 시간이 감소한다. 또한, 한번의 활성화 공정을 통해 제1 불순물부와 제2 불순물부를 에미터부와 전계부로 각각 형성하므로, 태양 전지의 제조 시간 또한 단축된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지에서 기판의 후면에 형성된 제1 전극부와 제2 전극부의 배열 형태의 한 예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지를 제조하는 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5의 (a)와 (b)는 각각 에미터부와 후면 전계부를 각각 형성하기 위한 제1 마스크와 제2 마스크를 개략적으로 평면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지에서 기판의 후면에 형성된 제1 전극부와 제2 전극부의 배열 형태의 한 예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지를 제조하는 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5의 (a)와 (b)는 각각 에미터부와 후면 전계부를 각각 형성하기 위한 제1 마스크와 제2 마스크를 개략적으로 평면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 것처럼, 본 실시예에 따른 태양 전지는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)(제1 면)'이라 함] 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 보호부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)(제2 면)'이라 함] 위에 위치하는 복수의 에미터부(emitter region)(121), 기판(110)의 후면 위에 위치하고 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부[back surface field (BSF) region](172)], 복수의 에미터부(121)와 연결되어 있는 제1 전극부(140)와 후면 전계부(172)와 연결되어 있는 제2 전극부(150)를 구비한다.
일반적으로 기판(110)의 후면을 통해 빛은 입사되지 않지만, 경우에 따라 기판(110)의 후면으로 빛이 입사될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 후면을 통해 입사되는 빛의 양은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 양보다 훨씬 적다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어진 기판이다. 이때, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
하지만 이와는 달리, 기판(110)은 p형의 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 기판(110)은 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 티타늄(Ti) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링 공정(texturing process)을 통해 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 구비한 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 편의상 도 1에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 텍스처링 표면으로 도시하여 그 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 텍스처링 표면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다. 대안적인 예에서, 기판(110)의 전면뿐만 아니라 후면에도 텍스처링 표면을 가질 수 있다.
이러한 텍스처링 표면에 의해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191)는 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H)이나 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H) 등으로 이루어질 수 있다.
이때, 전면 보호부(191)는 기판(110)의 전면에 전체적으로 위치하거나 기판(110) 전면의 가장 자리 부분을 제외한 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다.
전면 보호부(191)는 전면 보호부(191)에 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
전면 보호부(191) 위에 위치한 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입인 제1 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 함유된 불순물부, 예를 들어, n+부이다. 이러한 전면 전계부(171)는 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si)으로 이루어질 수 있다.
따라서, 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 전면 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 전면 전계 기능을 수행한다. 따라서, 전면 전계부(171)에 의해 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공이 전위 장벽에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 되는 전면 전계 효과가 얻어지고, 이로 인해, 기판(110)의 후면을 통해 외부 장치로 출력되는 정공의 출력량이 증가하게 되고 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H)이나 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 등으로 이루어져 있다. 반사 방지부(130)는 태양 전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다. 본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 기판(110)의 전면에 위치한 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 중 적어도 하나는 생략 가능하다.
기판(110)의 후면 내에 위치하는 복수의 에미터부(121)는 서로 이격되어 있고, 서로 나란하게 정해진 방향(예, 제1 방향)으로 뻗어 있다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 불순물(p++)이 고농도로 함유되어 있어, 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다. 따라서, 에미터부(121)는 3가 원소의 불순물을 포함한다.
이러한 에미터부(121)는 제2 도전성 타입(예, p형)의 불순물을 이온 주입(ion implantation)법을 이용하여 기판(110)보다 높은 농도로 기판(110) 내로 주입시켜 형성될 수 있다.
기판(110)의 후면 내에 위치하는 후면 전계부(172)는 에미터부(121)와 분리되어 있고, 서로 평행하게 에미터부(121)와 동일한 방향으로 뻗어 있다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에서 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 교대로 위치한다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물, 예를 들어 n++ 부이다.
이러한 후면 전계부(172)는 제1 도전성 타입(예, n형)의 불순물을 이온 주입법을 이용하여 기판(110)보다 높은 농도로 기판(110) 내로 주입시켜 형성될 수 있다.
이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 후면 전계부(172)쪽으로 이동한 정공이 제2 전극(151)쪽으로 이동하는 것이 방해되어, 제2 전극(151)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.
또한, 기판(110)과 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공은 각각 n형 반도체부 쪽과 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(121)가 p형일 경우, 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동하고 전자는 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)은 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
후면 보호부(192)는 기판(110)의 후면 위에 위치하고, 에미터부(121)의 일부를 드러내는 개구부와 후면 전계부(172)의 일부를 드러내는 개구부를 구비하고 있다. 이로 인해, 후면 보호부(192)는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 위치하지 않는 기판(110)의 후면 바로 위, 에미터부(121)의 일부 위 그리고 후면 전계부(172)의 일부 위에 위치한다.
이때, 에미터부(121)의 일부를 드러내는 개구부는 에미터부(121)의 위에서 에미터부(121)의 연장 방향(즉, 제1 방향)으로 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고 있고, 후면 전계부(172)의 일부를 드러내는 개구부는 후면 전계부(172) 위에서 후면 전계부(172)의 연장 방향으로 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있다.
후면 보호부(192)은 전면 보호부(191)과 동일하게, 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 또는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H) 등으로 이루어지고 기판(110) 후면 및 그 근처에 존재하는 결함을 안정한 결합으로 바꾸어, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시킨다.
제1 전극부(140)는, 도 3에 도시한 것처럼, 에미터부(121)와 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 제1 버스바(142)를 구비한다.
복수의 제1 전극(141)은 해당 개구부를 통해 노출된 에미터부(121)와 물리적 및 전기적으로 연결되어 있고, 에미터부(121) 위에서 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있다.
이러한 복수의 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제1 버스바(142)는, 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 방향(예, 제2 방향)으로 나란하게 뻗어 있고 교차하는 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있다. 따라서 도 3에 도시한 것처럼, 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 전극(141)은 제2 방향으로 뻗어 있는 각 제1 버스바(142)로부터 연장되어 있다.
복수의 제1 버스바(142)는 복수의 제1 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
이때, 복수의 제1 버스바(142)는 교차하는 복수의 제1 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 제1 버스바(142)의 폭은 각 제1 전극(141)의 폭보다 크다.
제2 전극부(150)는 후면 전계부(172)와 각각 연결되어 있는 복수의 제2 전극(151)과 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 제2 버스바(152)를 구비한다.
복수의 제2 전극(151)은 해당 개구부를 통해 노출된 후면 전계부(172)와 물리적 및 전기적으로 연결되어 있고, 후면 전계부(172) 위에서 후면 전계부(172)를 따라서 연장되어 있다.
이러한 복수의 제2 전극(151)은 해당 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 버스바(142)과 유사하게, 복수의 제2 버스바(152)는, 도 3에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 제2 전극(151)과 교차하는 방향(예, 제2 방향)으로 나란하게 뻗어 있고 교차하는 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있다. 따라서 도 3에 도시한 것처럼, 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제2 전극(151) 역시 제2 방향으로 뻗어 있는 각 제2 버스바(152)로부터 연장되어 있다.
복수의 제2 버스바(152)는 복수의 제2 전극(151)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
이러한 복수의 제1 버스바(142)와 복수의 제2 버스바(152)는 리본(ribbon)과 같은 도전성 필름 등을 통해 외부 장치와 연결되어 수집된 전하를 외부 장치로 출력된다.
제1 버스바(142)와 동일하게, 각 제2 버스바(152)의 폭은 각 제2 전극(151)의 폭보다 크다.
또한, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)의 폭은 동일할 수 있고, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)의 폭은 동일할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 버스바(142, 152)의 폭은 도전성 필름의 폭과 동일하거나 클 수 있다.
본 예에서, 각 제1 전극(141) 및 각 제2 전극(151)의 폭은 약 60㎛ 내지 3000㎛일 수 있고, 각 제1 버스바(142)와 각 제2 버스바(152)의 폭은 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다. 또한, 도전성 필름의 폭은 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
본 예와 달리, 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 폭은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 전자보다 이동도가 낮은 정공은 수집하는 전극[예를 들어, 제1 전극(141)]의 폭이 전자를 수집하는 전극[예를 들어, 제2 전극(151)]의 폭보다 클 수 있다. 이럴 경우에도, 제1 및 제2 전극(141, 151)의 각 폭은 약 60㎛ 내지 3000㎛일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151) 사이에는 절연 물질로 이루어진 후면 보호부(192)가 위치하므로, 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 서로 전기적으로 분리되어 있다.
따라서, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)간의 단락(short) 현상을 방지하여 전하의 누설을 방지하며, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭에 의한 전하의 손실 또한 방지한다. 이로 인해, 태양 전지의 누설 전류의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2와는 달리, 각 에미터부(121)와 연결된 각 제1 전극(141)은 인접한 후면 보호부(192) 위에 일부 위치하여 후면 보호부(192)와 일부 중첩할 수 있고, 각 후면 전계부(172)와 연결된 각 제2 전극(151) 역시 인접한 후면 보호부(192) 위에 일부 위치하여 후면 보호부(192)와 일부 중첩할 수 있다. 이럴 경우, 제1 및 제2 전극(141, 151)의 설계 여유도가 증가하므로 태양 전지의 제조가 좀더 용이해진다.
이러한 후면 보호부(192)는 생략 가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지의 동작은 다음과 같다.
태양 전지로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 전면 전계부(171)) 및 전면 보호부(191)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 텍스처링 표면과 반사 방지부(130)에 의해 기판(110) 전면에서의 입사 면적이 증가하고 빛 반사도가 감소하고, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지의 효율이 향상된다. 이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(151)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 입사면(즉, 전면)의 반대편인 기판(110)의 후면에 위치하므로, 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 기판(110)의 전면에 위치할 때보다 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 이로 인해, 태양 전지의 효율이 향상된다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면 각각 전면 보호부(191)와 후면 보호부(192)가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 표면 근처에 존재하는 불안정한 결합으로 인해 기판(110)의 표면 근처에서 전하가 손실되는 양이 줄어들고, 또한, 기판(110)의 전면과 후면에 전면 전계부(171)와 후면 전계부(172)가 각각 위치하므로, 기판(110)의 전면과 후면으로의 정공 이동이 방해된다. 이로 인해, 기판(110)의 후면과 전면에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양과 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 줄어들어, 태양 전지의 효율은 더욱더 향상된다.
이러한 태양 전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법이나 습식 식각법을 이용하여 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부(11)와 복수의 오목부(12)를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다. 이때, 각 돌출부(11)의 돌출 높이(H1)와 폭(H2)은 다양한 크기를 가질 수 있다.
다음, 도 4b에 도시한 것처럼, 이온 주입법을 이용하여 기판(110)의 후면 일부에 기판(110)과 반대의 도전형인 제2 도전형의 불순물, 예를 들어, p형 불순물(제1 불순물)의 이온(즉, p형 불순물 이온)을 주입하여 기판(110)의 일부에 제2 도전성 타입(예, p형)의 불순물부인 제1 불순물부(120)를 형성한다.
다시, 도 4c에 도시한 것처럼, 이온 주입법을 이용하여 기판(110)의 후면 일부에 기판(110)과 동일한 제1 도전형의 불순물, 예를 들어, n형 불순물(제2 불순물)의 이온(즉, n형 불순물 이온)을 주입하여 기판(110)의 일부에 제2 도전성 타입(예, n형)의 불순물부인 제2 불순물부(170)를 형성한다.
따라서, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)는 기판(110) 속으로 p형 불순물 이온과 n형 불순물 이온이 주입된 부분이므로, 기판(110)의 후면으로부터 정해진 두께를 갖는다.
이때, 이온 주입 장비에 부착된 제1 및 제2 마스크(41, 42)를 이용하여, 서로 다른 기판(110)의 후면 위치에 제1 및 제2 불순물부(120, 170)을 형성한다.
예를 들어, 이미 도 3에 도시한 것처럼, 각 에미터부(121)와 각 후면 전계부(172)가 스트라이프 형상을 가질 경우, 제1 불순물부(120)를 형성하기 위한 제1 마스크(41)는 도 5의 (a)에 도시한 것처럼, 각 에미터부(121)가 형성되는 기판(110)의 후면 부분을 개구한 제1 개구부(411)를 구비하고 있고, 제1 불순물부(120)을 형성하기 위한 제2 마스크(42)는 도 4의 (c)에 도시한 것처럼, 각 후면 전계부(172)가 형성되는 기판(110)의 후면 부분을 개구한 개구부(421)를 구비하고 있고, 이때, 제2 개구부(421) 역시 후면 전계부(172)의 형상과 같이 스트라이프 형상을 갖고 있다.
이와 같이, 제1 마스크(41)과 제2 마스크(42)의 개구부 형성 위치는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 형성 위치에 대응되고, 이로 인해, 제1 마스크(41)의 제1 개구부(411)과 제2 마스크(42)의 제2 개구부(421)의 위치는 서로 중첩되지 않는다. 따라서, 제1 마스크(41)와 제2 마스크(42)는 서로 다른 패턴을 갖고 있다.
본 예에서, 제1 버스바(142)와 접해 있는 기판(110)의 후면 부분에도 에미터부(121)가 위치하고 제2 버스바(152)와 접해 있는 기판(110)의 후면 부분에도 후면 전계부(172) 가 위치한다.
따라서, 제1 및 제2 마스크(41, 42)에서, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)의 형성 부분에 각각 대응되는 가장 자리 부분(예, 도 5의 (a)에서 좌측 가장자리 부분과 도 5의 (b)에서 우측 가장자리 부분)에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 개구부(411, 421) 부분이 형성된다.
하지만, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)와 접하는 기판(110)의 후면 부분에 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 위치하지 않을 경우, 제1 마스크(41) 는 에미터부(121)를 위해 제1 마스크(41)의 가운데 부분에서 서로 이격되게 동일한 방향(제1 방향)으로 길게 뻗어 있는 복수의 개구부(411)만을 구비하고 있고, 제2 마스크(42)는 후면 전계부(172)를 위해 제2 마스크(42)의 가운데 부분에서 서로 이격되게 동일한 방향(제1 방향)으로 뻗어 있는 복수의 개구부(421)만을 구비할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)는 이온 주입 장비가 각각 설치된 서로 다른 챔버(chamber), 즉 p형 챔버와 n형 챔버에서 형성된다.
따라서, 기판(110)이 이송 롤러(roller) 등의 동작에 의해 진공 상태인 p형 챔버 내로 이동하면, 제1 마스크(41)가 부착된 제1 이온 주입 장비에 의해 기판(110)의 후면 해당 부위에 p형의 불순물이 주입되어 제1 불순물부(120)가 형성되고, 다시 이송 롤러 등의 동작에 의해 기판(110)은 바로 인접한 n형 챔버 내로 이동한다. 따라서, n형 챔버 내에서 제2 마스크(42)가 부착된 제2 이온 주입 장비에 의해 기판(110)의 후면 해당 부위에 n형의 불순물이 주입되어 제2 불순물부(170)가 형성된다.
이때, 서로 인접해 있는 p형 챔버와 n형 챔버는 개폐문에 의해 서로 분리되어 있다. 또한, p형 챔버의 상태와 n형 챔버의 상태는 진공 상태이므로, p형 챔버 바로 이전에 로드락(load lock chamber)가 위치하여 챔버 상태를 진공으로 전환하고, n형 챔버 바로 이후에는 언로드락(unload lock chamber)가 위치하여 챔버의 진공 상태를 해제할 수 있다.
이때, p형 챔버와 n형 챔버의 형성 순서는 서로 바뀔 수 있고, p형 챔버와 n형 챔버의 형성 순서에 따라 p형 불순물부인 제1 불순물부(120)와 n형 불순물부인 제2 불순물부(170)의 형성 순서가 정해진다.
이와 같이, 본 예의 경우, p형 불순물부(120)와 n형 불순물부(170)를 형성하기 위해 두 개의 챔버, 즉, p형 챔버와 n형 챔버가 존재한다.
따라서, 하나의 챔버를 이용하여 p형 불순물부(120)와 n형 불순물부(170)를 형성할 경우, 챔버 내로 이동한 기판의 해당 면 위에 원하는 형상을 갖는 마스크[예, 제1 및 제2 마스크(41, 42)]를 위치시킨 후 p형의 불순물을 주입하여 p형 불순물부(120)를 형성한 후, 다시 챔버에 존재하는 p형 불순물을 모두 제거한 후 챔버의 상태를 진공 상태로 만든 후 기판의 해당 면 위에 원하는 형상의 마스크를 위치시킨 후 n형의 불순물을 주입하여 n형 불순물부(170)를 형성한다.
이와 같이, p형 불순물과 n형 불순물을 하나의 챔버에서 주입할 경우, 원하는 불순물의 주입하기 전에 이전의 불순물을 완전히 제거해야 하는 공정과 챔버의 상태를 진공 상태로 만들어야 하는 공저이 필요하므로 제1 및 제2 불순물부(120, 170)의 제조 시간이 오래 걸린다. 또한, p형 불순물부(120)와 n형 불순물부(170)를 위한 해당 마스크의 형성 및 제거 공정 역시 추가로 필요하여, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)의 제조 시간 또한 증가한다.
또한, 사진 식각 공정을 통한 감광막을 이용하여 p형 불순물부(120)와 n형 불순물부(170)를 형성할 경우, 감광막과 포토 마스크(photo mask) 등을 이용하여 기판(110)의 후면에 원하는 형성을 갖는 제1 마스크층을 형성한 후 이 제1 마스크층을 이용하여 원하는 부분에 p형 불순물부(120)를 형성한 후, 다시 감광막과 포토 마스크 등을 이용하여 기판(110)의 후면에 원하는 형성을 갖는 제2 마스크층을 형성한 후 제2 마스크층을 이용하여 원하는 부분에 p형 불순물부(170)를 형성한 다음 제2 마스크층을 제거해야 하는 공정이 필요하다.
하지만, 본 예와 같이, p형 불순물부(120)를 위한 별도의 p형 챔버와 n형 불순물부(170)를 위한 별도의 n형 챔버가 각각 존재하므로, p형 챔버와 n형 챔버의 분위기를 교체하는 공정이 불필요하다. 또한, p형 챔버와 n형 챔버에 각각 전용 마스크[예, 제1 및 제2 마스크(41, 42)]가 설치되어 있으므로, p형 불순물부(120)와 n형 불순물부(170)를 위한 제1 및 제2 마스크층 형성 및 제거 공정이나 마스크의 교체 작업이 필요하지 않다.
이와 같이, p형 챔버와 n형 챔버 각각에서 p형 불순물부인 제1 불순물부(120)와 n형 불순물부인 제2 불순물부(170)가 형성된 다음, 질소(N2) 분위기나 산소 분위기(O2)에서 제1 및 제2 불순물부(120, 170)를 구비한 기판(110)을 열처리하여, 제1 불순물부(120)와 제2 불순물부(170)를 활성화시켜 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 각각 형성한다.
즉, 열처리로 인한 활성화 공정에 의해, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)에 침입형 상태(interstitial sate)로 기판(110) 속에 각각 주입된 p형 불순물 이온과 n형 불순물 이온이 치환형 상태(substitutional state)로 바뀌어 실리콘과 p형 및 n형 불순물 이온의 재배열이 이루어져, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)는 각각 p형의 에미터부(121)와 n형의 후면 전계부(172)로 기능하게 된다.
이때, 열처리 공정으로 인해, 제1 및 제2 불순물부(120, 170)에 함유된 p형 및 n형 불순물 이온은 좀더 기판(110) 속으로 확산되므로 활성화된 불순물부인 에미터부(121)의 두께(즉, 깊이), 즉 불순물 도핑 두께와 후면 전계부(172)의 두께(즉, 깊이), 즉 불순물 도핑 두께는 제1 및 제2 불순물부(120, 170)보다 각각 증가한다. 이때, 열처리 온도는 약 800℃ 내지 1500℃일 수 있다.
이와 같이, 한번의 열처리 공정에 의해 제1 및 제2 불순물부(120, 170)의 활성화 공정이 동시에 행해지므로, 태양 전지의 제조 시간은 더욱 줄어든다.
일반적인 불순물의 이온이 기판(110) 내부로 주입될 경우, 기판(110) 표면에서의 이온 충돌에 의해 기판(110)의 정상적인 실리콘 결합 등이 손상되는 손상부가 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다. 따라서, 대안적인 예에서, 활성화 공정이 행해지기 전에 또는 활성화 공정이 행해진 후 바로 기판(110)의 후면으로부터 정해진 두께만큼 기판(110)의 후면 일부를 습식 식각법 등으로 제거하여 제1 및 제2 불순물부(120, 170) 형성 시 발생한 손상부를 제거할 수 있다.
이럴 경우, 손상부가 제거됨에 따라 손상부에서 발생하는 전하 손실량이 크게 줄어든다.
다음, 도 4e에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면과 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 형성된 기판(110)의 후면 위에 수소화된 실리콘 산화물이나 수소화된 실리콘 질화물로 이루어진 전면 보호부(191)와 후면 보호부(192)를 형성한다.
이때, 전면 보호부(191)와 후면 보호부(192)는 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced vapor deposition, PECVD) 등과 같은 막 적층 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191) 위에, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 이용하여 플라즈마 기상 증착법(PECVD) 등과 같은 화학 기상 증착법으로 전면 전계부(171)를 형성하고(도 4f), 전면 전계부(171) 위에 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어진 반사 방지부(130)를 플라즈마 화학 기상 증착법이나 스퍼터링법(sputtering) 등으로 형성한다(도 4g).
그런 다음, 도 4h에 도시한 것처럼, 후면 보호부(192) 위의 원하는 부분에 에칭 페이스트(etching paste)를 선택적으로 도포하여 에칭 페이스트가 도포된 부분의 후면 보호부(192)를 식각한 후, 물 등을 이용하여 남아있는 에칭 페이스트를 제거하여, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 각각 드러내는 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 후면 보호부(192)에 형성한다.
또한, 대안적인 예에서, 식각 방지막을 후면 보호부(192) 위에 선택적으로 적층한 후 식각 방지막을 마스크로 하여 노출된 후면 보호부(192)를 제거하여 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 각각 드러내는 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 형성할 수 있다.
도 4h에 도시되지 않았지만, 제1 및 제2 개구부(181, 182) 각각은 제1 및 제2 버스바의 형성 위치에 위치하는 에미터부(121) 부분과 후면 전계부(172) 부분에 형성되어 제1 및 제2 버스바의 형성 위치에 대응하는 에미터부(121) 부분과 후면 전계부(172) 부분을 드러낼 수 있다.
다음, 제1 및 제2 개구부(181, 182)를 통해 드러난 에미터부(121) 부분과 후면 전계부(172) 부분 위에 알루미늄(Al) 파우더와 은(Ag) 파우더 중 적어도 하나를 포함된 금속 페이스트(metal paste)를 스크린 인쇄법을 이용하여 도포한 후 열처리하여 에미터부(121)와 연결된 복수의 제1 전극(141), 후면 전계부(172)와 연결된 복수의 제2 전극(151), 복수의 제1 전극(141)에 연결된 제1 버스바(142) 및 복수의 제2 전극(151)에 연결된 제2 버스바(152)를 동시에 형성하여, 태양 전지를 완성한다(도 1 및 도 2).
이와 같이 p형 챔버와 n형 챔버과 같은 2개의 챔버에서 각각 이온 주입법을 이용하여 기판(110)에 p형 불순물부와 n형 불순물부를 형성하여 제2 도전성 타입(예, p형)의 에미터부(121)와 제1 도전성 타입의 후면 전계부(172)를 형성하는 방법은
제1 및 제2 전극(141, 151)이 입사면의 반대편인 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 접촉형 태양 전지 이외에도 다른 구조의 태양 전지에도 적용될 수 있다.
다음, 도 6를 참고로 하여, 두 개의 챔버를 이용한 이온 주입법으로 에미터부와 후면 전계부를 형성한 태양 전지를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 태양 전지는 기판(110)의 전면뿐만 아니라 기판(110)의 후면에도 빛이 입사되는 양면 수광형 태양 전지이다.
따라서, 도 6에 도시한 것처럼, 본 예의 태양 전지는 기판(110)의 제1 면인 전면에 위치한 에미터부(121a), 에미터부(121a) 위에 위치한 전면 보호부(191), 전면 보호부(191) 위에 위치한 반사 방지부(130), 반사 방지부(130)와 전면 보호부(191)를 관통하여 에미터부(121a)와 연결되어 있는 복수의 전면 전극(복수의 제1 전극)(141a), 기판(110)의 제2 면인 후면에 위치한 후면 전계부(172a), 후면 전계부(172a) 위에 위치한 후면 보호부(192), 후면 보호부(192)를 관통하여 후면 전계부(172)와 연결되어 있는 복수의 후면 전극(복수의 제2 전극)(151a)를 구비한다.
도 6에서, 비록 복수의 전면 전극(141a)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(복수의 제1 버스바)와 복수의 후면 전극(151a)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(복수의 제2 버스바)는 도시되지 않았지만, 태양 전지는 복수의 전면 전극(141a)과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 복수의 전면 전극(141a)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바와 복수의 후면 전극(151a)과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 복수의 후면 전극(151a)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바를 더 포함할 수 있다. 따라서 복수의 전면 전극(141a)과 복수의 제1 버스바는 전면 전극부를 형성하고, 복수의 후면 전극(151a)과 복수의 제2 버스바는 후면 전극부를 형성한다.
도 6에 도시한 에미터부(121a)는 기판(110)의 전면 전체에 위치하고, 후면 전계부(172a)는 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
따라서, 도 1 및 도 2의 태양 전지의 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 비교할 때, 에미터부(121a)와 후면 전계부(172a)는 그 형성 위치와 형상만 상이할 뿐 동일한 기능을 수행한다.
또한, 복수의 전면 전극(141a) 및 복수의 후면 전극(151a) 역시 복수의 제1 전극(141) 및 복수의 제2 전극(151)과 서로 다른 위치에 위치하는 것을 제외하면, 동일하다.
이러한 태양 전지를 제조하는 방법은 다음과 같다.
즉, 기판(110)이 n형일 경우, 진공 상태의 p형 챔버에 기판(110)을 위치시킨 후 p형 챔버에 장착된 이온 주입 장비를 이용하여 기판(110)의 전면에 p형 불순물부(제1 불순물부)를 형성한다. 그런 다음, 기판(110)을 p형 챔버와 n형 챔버 사이에 위치한 개폐문을 이용하여 p형 챔버 옆에 위치에 n형 챔버로 기판(110)을 위치시킨다. 이때, n형 챔버(110)에 배치된 기판(110)는 p형 챔버의 경우에 비해 뒤집히게 위치한다.
따라서, p형 챔버에서 기판(110)의 전면이 이온 주입 장비에 노출되도록 위치하면 n형 챔버에서는 기판(110)의 후면이 이온 주입 장비에 노출되게 위치한다.
이때, 기판(110)의 전면 전체와 후면 전체에 p형 불순물부와 n형 불순물부가 형성되므로, p형 챔버와 n형 챔버에는 별도의 마스크가 장착되지 않을 수 있다.
그런 다음, n형 챔버에 장착된 이온 주입 장비를 이용하여 기판(110)의 후면에 n형 불순물부(제2 불순물부)를 형성한다.
이때, p형 챔버와 n형 챔버의 위치 순서는 변경 가능하면, p형 불순물부와 n형 불순물부의 형성 순서 역시 변경 가능하다.
이와 같이, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 p형 불순물부와 n형 불순물부이 형성되면 기판(110)을 열처리하여 활성화 공정을 실시하여, p형 불순물부와 n형 불순물부 각각을 에미터부(121a)와 후면 전계부(172a)로 형성한다.
이미 설명한 것과 같이, 제1 및 제2 불순물부의 활성화 공정 전에 또는 제1 및 제2 불순물부의 활성화 공정 완료 직후에 식각법을 이용하여 기판(110)의 전면과 후면의 일부를 각각 정해진 두께만큼 제거하여 이온 주입 공정 시 발생한 결함부를 제거할 수 있다.
그런 다음, 에미터부(121a)와 후면 전계부(172a) 위에 PECVD법 등을 이용하여 전면 및 후면 보호부(191, 192)를 형성하고, PECVD법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 전면 보호부(191) 위에 반사 방지부(130)를 형성한다.
그런 다음, 반사 방지부(130) 위와 후면 보호부(192) 위에 각각 스크린 인쇄법을 이용하여 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 함유한 금속 페이스트를 해당 위치에 도포한 후 건조시켜 전면 전극 패턴을 포함한 전면 전극부 패턴과 후면 전극 패턴을 포함한 후면 전극부 패턴을 형성한다. 이때, 전면 전극부 패턴은 복수의 전면 버스바를 위한 전면 버스바 패턴을 포함할 수 있고, 후면 전극부 패턴은 복수의 후면 버스바를 위한 후면 버스바 패턴을 포함할 수 있다.
그런 다음, 전면 전극부 패턴과 후면 전극부 패턴을 열처리하여, 반사 방지부(130)와 전면 보호부(191)를 관통하여 에미터부(121a)과 전기적 및 물리적으로 연결된 복수의 전면 전극(141a)을 형성하고, 후면 보호부(192)를 관통하여 후면 전계부(172a)와 전기적 및 물리적으로 연결된 복수의 후면 전극(151a)을 형성하여, 태양 전지를 완성한다(도 6). 이때, 전면 전극 패턴은 복수의 전면 전극(141a)이 되고 후면 전극 패턴은 복수의 후면 전극(151a)이 된다. 또한, 전면 전극부 패턴과 후면 전극부 패턴이 각각 전면 버스바 패턴과 후면 버스바 패턴을 구비할 경우, 전면 버스바 패턴은 복수의 전면 버스바가 되고 후면 버스바 패턴은 복수의 후면 버스바가 된다.
이미 도 4a 내지 도 4h를 참고로 하여 설명한 것처럼, p형 챔버와 n형 챔버에서 각각 이온 주입법을 이용하여 p형 불순물부와 n형 불순물부를 형성한 후 한번의 활성화 공정을 통해 에미터부(121a)와 후면 전계부(172a)를 형성하므로, 에미터부(121a)와 후면 전계부(172a)의 제조 시간이 크게 단축되어 태양 전지의 제조 시간 역시 줄어든다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (8)
- 서로 다른 극성을 갖는 불순물을 함유하는 제1 불순물부와 제2 불순물부를 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면의 서로 다른 영역에 각각 형성하되,
상기 제1 불순물부에 대응하는 위치에 개구부 패턴이 형성된 제1 마스크를 구비한 제1 챔버로 상기 기판을 이송한 후, 상기 제1 불순물부를 형성하기 위한 제1 불순물을 상기 제1 마스크의 개구부 패턴을 통해 상기 기판의 제1 면의 제1 영역에 이온 주입하여 상기 제1 불순물부를 형성하는 단계,
상기 제2 불순물부에 대응하는 위치에 개구부 패턴이 형성된 제2 마스크를 구비한 제2 챔버로 로드락 챔버를 통해 상기 기판을 이송한 후, 상기 제2 불순물부를 형성하기 위한 제2 불순물을 상기 제2 마스크의 개구부 패턴을 통해 상기 기판의 제1 면의 상기 제1 영역과는 다른 제2 영역에 이온 주입하여 상기 제2 불순물부를 형성하는 단계, 및
상기 제1 및 제2 불순물부를 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 제1 및 제2 불순물부를 활성화시켜, 제1 불순물부를 에미터부로 형성하고 제2 불순물부를 전계부로 형성하는 단계, 그리고
상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 전계부에 연결된 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부는 빛이 입사되는 상기 기판의 입사면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 면에 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에서,
상기 제1 및 제2 불순물부 활성화 단계는 질소 분위기에서 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 행해지는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부를 정해진 두께만큼 제거하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110136215A KR101875747B1 (ko) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 태양 전지의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110136215A KR101875747B1 (ko) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 태양 전지의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130068821A KR20130068821A (ko) | 2013-06-26 |
| KR101875747B1 true KR101875747B1 (ko) | 2018-07-06 |
Family
ID=48864367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110136215A KR101875747B1 (ko) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 태양 전지의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101875747B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1084125A (ja) * | 1996-07-08 | 1998-03-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置およびその製造方法 |
| KR20100136478A (ko) * | 2008-03-05 | 2010-12-28 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 솔라 셀들에서의 연쇄 주입들의 이용 |
| JP2011035252A (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-17 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| KR101027829B1 (ko) * | 2010-01-18 | 2011-04-07 | 현대중공업 주식회사 | 후면전극형 태양전지의 제조방법 |
| KR101088383B1 (ko) * | 2010-12-06 | 2011-12-01 | 주식회사 신성솔라에너지 | 프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지 |
-
2011
- 2011-12-16 KR KR1020110136215A patent/KR101875747B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1084125A (ja) * | 1996-07-08 | 1998-03-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置およびその製造方法 |
| KR20100136478A (ko) * | 2008-03-05 | 2010-12-28 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 솔라 셀들에서의 연쇄 주입들의 이용 |
| JP2011035252A (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-17 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| KR101027829B1 (ko) * | 2010-01-18 | 2011-04-07 | 현대중공업 주식회사 | 후면전극형 태양전지의 제조방법 |
| KR101088383B1 (ko) * | 2010-12-06 | 2011-12-01 | 주식회사 신성솔라에너지 | 프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130068821A (ko) | 2013-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101729304B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101745683B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101699312B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101714779B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101755624B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101729311B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101875747B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101798967B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR20140140201A (ko) | 태양 전지의 제조 방법 및 불순물 영역의 형성 방법 | |
| KR101680384B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR20110135609A (ko) | 태양 전지 제조 방법 | |
| KR101612960B1 (ko) | 태양 전지, 태양 전지의 패턴 형성용 전사 필름 및 이 필름을 이용한 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101788163B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR20120082664A (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR102126851B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR20120041437A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101199214B1 (ko) | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101239793B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101199649B1 (ko) | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101833936B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101760011B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR102044464B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101741181B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101715386B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101699297B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |