KR101915161B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저히 감소시키고 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 텍스쳐링 장치에서, 반도체 기판의 일면을 식각하여 상기 기판의 일면에 요철구조를 형성하는 텍스쳐링 단계; 상기 텍스쳐링 단계에서 상기 반도체 기판의 일면의 소정 영역에 형성된 제1 부산물을 둘러싸도록 상기 반도체 기판의 일면의 상부에 임시층을 형성하는 임시층 형성단계; 및 도핑장치에서 상기 반도체 기판의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여, 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층을 형성하는 도핑단계;를 포함하고, 상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

태양전지의 제조방법{Method for manufacturing Solar Cell}
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 습식 식각 공정에 의해 배출되는 폐수의 양을 현저히 감소시키고 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 박막형 태양전지와 기판형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.
이하에서는, 도면을 참고하여 종래의 기판형 태양전지에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기판형 태양전지는 P형 반도체층(10), N형 반도체층(20), 반사방지층(30), 전면전극(40), P+형 반도체층(50) 및 후면전극(60)으로 이루어진다.
상기 P형 반도체층(10) 및 상기 P형 반도체층(10) 위에 형성된 N형 반도체층(20)은 태양전지의 PN 접합 구조를 이룬다.
상기 반사방지층(30)은 상기 N형 반도체층(20)의 상면에 형성되어 입사되는 태양광의 반사를 방지하는 역할을 한다.
상기 P+형 반도체층(50)은 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 형성되어 태양광에 의해서 형성된 캐리어가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 전면전극(40)은 상기 반사방지층(30)의 상부에서부터 상기 N형 반도체층(20)까지 연장되어 있고, 상기 후면전극(60)은 상기 P+형 반도체층(50)의 하면에 형성된다.
이와 같은 종래의 기판형 태양전지는 태양광이 입사되면 전자(electron) 및 정공(hole)이 생성되고, 생성된 전자는 상기 N형 반도체층(20)을 통해 전면전극(40)으로 이동하고, 생성된 정공은 상기 P+형 반도체층(50)을 통해 후면전극(60)으로 이동하게 된다. 상기 종래의 기판형 태양전지는 다음과 같은 공정에 의해 제조된다.
도 2a 내지 도 2h는 종래의 기판형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, P형 반도체 기판(10a)을 준비한다.
다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(10a)의 일면을 식각하여 상기 반도체 기판(10a)의 일면에 요철구조를 형성한다.
상기 반도체 기판(10a)의 일면을 식각하는 공정은 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE)을 이용할 수 있다. 상기 반응성 이온 에칭법은 고압의 플라즈마 상태에서 소정의 반응가스를 이용하여 식각하는 공정이다.
한편, 도시된 바와 같이, 반응성 이온 에칭법을 이용하여 반도체 기판(10a)의 일면을 식각하게 되면, 고압의 플라즈마로 인해서 상기 반도체 기판(10a)의 일면에 SiOx 또는 Si-O-F-S 계열의 물질로 구성된 반응물인 제1 부산물(14)이 잔존하게 된다.
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(10a)의 일면에 형성된 제1 부산물을 제거한다.
이와 같은 제1 부산물(14)의 제거는 식각액을 이용한 습식식각공정을 통해 이루어진다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(10a)의 일면에 N형 도펀트를 도핑하여 PN접합을 형성한다. 즉, 상기 반도체 기판(10a)의 일면에 N형 도펀트를 도핑하면, 도펀트에 의해 도핑되지 않은 P형 반도체층(10) 및 도펀트에 의해 도핑된 N형 반도체층(20)이 차례로 형성되어 PN접합을 이루게 된다.
한편, 상기 N형 도펀트를 도핑하는 공정은 고온에서 수행되는데, 이와 같은 도핑 공정시 상기 N형 반도체층(20) 상에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 제2 부산물층(22)이 형성된다.
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제2 부산물층(22)을 제거한다.
이와 같은 제2 부산물층(22)의 제거는 식각액을 이용한 습식식각공정을 통해 이루어진다.
다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 N형 반도체층(20) 상에 반사방지층(30)을 형성한다.
다음, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 반사방지층(30)의 상면에 전면전극 물질(40a)을 도포하고, 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 후면전극 물질(60a)을 도포한다.
다음, 도 2h에 도시된 바와 같이, 고온에서 열처리(firing)를 수행하여, 도 1과 같은 기판형 태양전지를 완성한다.
즉, 고온에서 열처리를 수행하면, 상기 전면전극 물질(40a)이 상기 반사방지층(30)을 뚫고 상기 N형 반도체층(20)까지 침투하여 전면전극(40)이 형성되고, 상기 후면전극 물질(60a)은 상기 P형 반도체층(10)의 하면으로 침투하여 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 P+형 반도체층(50)이 형성되고 그 아래에 후면전극(60)이 형성된다.
이와 같은 종래의 기판형 태양전지의 제조공정을 구현하기 위해서, 종래의 기판형 태양전지의 제조 시스템은 다음과 같이 구성된다.
도 3은 종래기술에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기판형 태양전지의 제조 시스템은, 텍스쳐링 장치(91), 제1 습식 식각 장치(92), 도핑(Dopant doping) 장치(93), 제2 습식 식각 장치(즉, PSG((Phosphor-Silicate Glass)제거 장비)(94), 반사방지막(ARC(Anti Reflection Coating)) 형성장치(95), 금속전극 코팅 장치(96), 및 열처리(Firing) 장치(77)를 포함하여 이루어진다.
상기 텍스쳐링 장치(예를 들어, RIE(Reactive Ion Etching) 장치)(91)는 전술한 도 2b 공정을 수행하기 위한 장비이고, 상기 제1 습식 식각 장치(92)는 전술한 도 2c 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 도핑장치(93)는 전술한 도2d 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 제2 습식 식각 장치(94)는 전술한 도 2e 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 반사방지막 형성장치(95)는 전술한 도 2f 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 금속전극 코팅 장치(96)는 전술한 도 2g 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 열처리(Firing) 장치(97)는 전술한 도 2h 공정을 수행하기 위한 장치이다.
이와 같이, 종래에는 기판형 태양전지의 제조과정 중 텍스쳐링 단계에서 형성된 반응물인 제1 부산물을 제거하기 위하여 제1 습식 식각 장비를 필요로 하므로, 습식 식각 공정으로 인해 태양전지의 제조과정 전체에서 배출되는 폐수량이 많아 환경을 오염시킨다는 문제점이 존재하여 왔다. 또한, 종래기술에 따르면 제1 부산물이 반도체 기판에서 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거되지 않아 반도체 기판의 상부면에 잔존하게 되며, 이로 인해 제1 부산물이 태양전지의 제조공정 중 공정방해요인으로 작용하거나 또는 완성된 태양전지의 효율을 저감시키는 문제점이 존재하여 왔다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 건식 텍스쳐링 후 습식 식각 공정 없이 제1 부산물을 제거하는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제1 부산물을 용이하고 완전하게 제거할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 텍스쳐링 장치에서, 반도체 기판의 일면을 식각하여 상기 기판의 일면에 요철구조를 형성하는 텍스쳐링 단계; 상기 텍스쳐링 단계에서 상기 반도체 기판의 일면의 소정 영역에 형성된 제1 부산물을 둘러싸도록 상기 반도체 기판의 일면의 상부에 임시층을 형성하는 임시층 형성단계; 및 도핑장치에서 상기 반도체 기판의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여, 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층을 형성하는 도핑단계;를 포함하고, 상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 텍스쳐링 단계는 건식 식각 공정으로 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 단계가 완료된 후 상기 텍스쳐링 장치 내에서 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 단계 후 상기 텍스쳐링 장치 내에 상기 반도체 기판을 유지시키고 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 주입한 후 플라즈마를 인가하여 상기 텍스쳐링 장치 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 되도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기설정된 제1 온도는 100℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 장비와 상기 도핑장치 사이에 구비된 고온 챔버에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 임시층 형성단계는, 상기 고온 챔버 내에 상기 반도체 기판을 수용시키고 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 주입한 후 플라즈마를 인가하여 상기 고온 챔버 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 되도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기설정된 제1 온도는 100℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 과정은, 상기 도핑장치에 상기 반도체 기판을 수용시킨 후 상기 도핑장치 내부의 온도를 도핑온도보다 낮은 기설정된 제2 온도까지 상승시켜 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시키도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 도핑단계는, 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시킨 후 상기 도핑장치 내에 잔존하는 가스들을 외부로 배출한 후에 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 과정은, 상기 텍스쳐링 장치와 상기 도핑 장치 사이에 위치되는 고온 챔버 내에 상기 반도체 기판을 수용시킨 후 상기 고온 챔버 내부의 온도를 기설정된 제2 온도까지 상승시켜 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시키도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기설정된 제2 온도는 150℃ 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 반도체 기판의 일면을 식각하여 상기 기판의 일면에 요철구조를 형성하는 텍스쳐링 단계; 상기 반도체 기판의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여, 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층을 형성하는 도핑단계; 및 상기 도핑단계에서 상기 제2 반도체층의 상부에 형성된 제2 부산물층을 제거하는 제2 부산물층 제거단계;를 포함하고, 상기 텍스쳐링 단계에서 상기 반도체 기판의 일면의 소정 영역에 형성된 제1 부산물을 둘러싸도록 상기 반도체 기판의 일면의 상부에 임시층을 형성한 후, 상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 임시층은 제2 부산물층인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 도핑단계는, 상기 제2 부산물층이 상기 제1 부산물층 및 상기 반도체 기판의 상면을 둘러싸도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 부산물과 상기 임시층은 상기 제2 부산물 제거단계에서 함께 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제2 부산물층 제거단계는 습식 식각 공정으로 실행되는 것을 특징으로 한다.
전술한 과제해결수단에 따르면, 본 발명은 건틱 텍스쳐링 후 습식 식각 공정 없이 제1 부산물을 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 제1 습식 식각 장비가 불필요하므로 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장비를 필요로하는 종래기술에 비해 습식 식각 고정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 부산물을 포함하는 임시층을 형성하여 반도체 기판에 대한 제1 부산물의 결합력을 약화시킨 후 제1 부산물을 제거하므로, 제1 부산물을 용이하고 완전하게 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 태양전지의 효율이 제1 부산물로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 기판형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2h는 종래의 기판형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110a)을 준비한다.
상기 반도체 기판(110a)을 준비하는 과정은, 실리콘 잉곳(ingot)을 다이이몬드 타입 쏘잉머신(diamond type sawing machine) 또는 슬러리 타입 쏘잉머신(slurry type sawing machine)을 사용하여 웨이퍼 형상의 반도체 기판(110a)으로 형성한 후, 상기 웨이퍼 쏘잉머신으로 인해 상기 반도체 기판(110a)의 표면에 형성된 쏘잉 데미지(sawing damage)를 제거하도록 실행된다. 이때, 상기 쏘잉 데미지를 제거하는 과정(sawing damage removal)은 습식 식각 공정으로 실행될 수 있다.
상기 반도체 기판(110a)은 실리콘 기판, 예로서 P형 실리콘 기판을 이용할 수 있다.
상기 실리콘 기판으로는 단결정실리콘 또는 다결정실리콘을 이용할 수 있는데, 단결정실리콘은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮기 때문에 태양전지의 효율이 높으나 가격이 너무 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 다결정실리콘은 상대적으로 효율은 떨어지지만 저가의 재료와 공정을 이용하기 때문에 생산비가 적게 들어 대량생산에 적합하다.
다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 텍스쳐링 장치(191)에서 상기 반도체 기판(110a)의 일면을 식각하여 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 요철구조를 형성한다. 즉, 상기 반도체 기판(110a)의 일면을 텍스쳐링 가공한다.
상기 텍스쳐링 단계는 건식 식각 공정으로 실행된다.
특히, 바람직하게는, 상기 텍스쳐링 단계는 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE)을 이용할 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭법을 이용할 경우에는 Cl2, SF6, NF3, HBr, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 주 가스로 이용하고, Ar, O2, N2, He, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 첨가 가스로 이용할 수 있다.
이와 같이, 반응성 이온 에칭법을 이용하여 반도체 기판(110a)의 일면을 식각하게 되면, 고압의 플라즈마로 인해서 상기 반도체 기판(110a)의 일면에서 소정 영역에는 SiOx와 같은 반응물 또는 Si-O-F-S 계열의 물질로 구성된 반응물인 제1 부산물(114)이 잔존할 수 있다. 상기 제1 부산물(114)은 Si 계열의 물질로 구성되고 상기 반도체 기판(110a) 또한 Si로 구성되므로, 상기 제1 부산물(114)은 상기 반도체 기판(110a)에 대해 강한 결합력으로 형성되어 있다.
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 텍스쳐링 단계에서 생성된 제1 부산물(114)의 상부면 및/또는 상기 반도체 기판(110a)의 상부면을 덮도록 상기 반도체 기판(110a)의 일면의 상부에 임시층(T)을 형성한다. 즉, 상기 제1 부산물(114)을 둘러싸도록(또는 제1 부산물(114)을 포함하도록) 상기 반도체 기판(110a)에 임시(臨時)층(114)을 형성한다.
일 실시예로서, 상기 임시층(T)은, 상기 텍스쳐링 단계가 완료된 후 상기 텍스쳐링 장치(191) 내에서 연속적으로 상기 반도체 기판(110a)의 상부면에 형성될 수 있다.
구체적으로, 텍스쳐링 단계가 완료된 후 텍스쳐링 장치(191) 내의 잔류 가스들을 배출한 후, 상기 텍스쳐링 장치(191) 내에 상기 반도체 기판(110a)을 그대로 유지한다. 이후, 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 상기 텍스쳐링 장치(191) 내에 주입한 후, 상기 텍스쳐링 장치(191) 내에 플라즈마를 인가한다. 이때, 상기 플라즈마는 상기 텍스쳐링 장치(191) 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 될 때까지 인가된다.
다른 일 실시예로서, 텍스쳐링 장치(191)와 도핑장치(194) 사이에는 보조 장치(192)가 더 구비될 수 있고, 상기 임시층(T)은 상기 보조 장치(192) 내에서 형성될 수 있다. 즉, 상기 임시층(T)은 텍스쳐링 장치(191)와 상이한 별도의 장치 내에서 형성될 수 있다.
이 경우에도 일 실시예와 유사하게, 텍스쳐링 단계가 완료된 후, 텍스쳐링 장치(191) 내의 반도체 기판(110a)을 상기 보조 장치(192) 내에 수용시킨다. 이후, 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 상기 보조 장치(192) 내에 주입한 후, 상기 보조 장치(192) 내에 플라즈마를 인가한다. 이때, 상기 플라즈마는 상기 텍스쳐링 장치(191) 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 될 때까지 인가된다.
바람직하게는, 상기 기설정된 제1 온도는 100℃ 이하일 수 있다.
그 결과, 상기 제1 부산물(114)의 상부 및/또는 상기 반도체 기판(110a)의 상부에는 예를 들어 N-H-Si-F-O-S 계열의 물질로 구성된 임시층(T)이 생성된다. 여기서, 상기 임시층(T)의 Si 성분은 제1 부산물(114) 및/또는 반도체 기판(110a)의 Si 성분이 임시층(T)으로 흡수 또는 확산된 것이다. 이로 인해, 제1 부산물(114)은 자신의 Si 성분을 임시층(T)으로 확산시키므로 제1 부산물(114)의 Si 성분 농도가 감소되어 제1 부산물(114)의 반도체 기판(110a)에 대한 결합력이 상당히 감소된다. 즉, 임시층(T)의 형성으로 인해, 제1 부산물(114)의 박리를 용이하게 할 수 있다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 잔존하는 제1 부산물(114)과 상기 제1 부산물(114)을 둘러싸는 임시층(T)을 동시에 함께 제거한다.
일 실시예에 따르면, 텍스쳐링 장치(191)와 도핑장치(194) 사이에는 또는 보조 장치(192)와 도핑장치(194) 사이에는 반도체 기판(110a)의 온도를 기설정된 제2 온도까지 상승시킬 수 있는 고온 챔버(193)가 구비될 수 있다. 이 경우, 임시층(T) 형성단계 후 반도체 기판(110a)을 상기 고온 챔버(193) 내로 수용시킨 후, 상기 고온 챔버(193) 내부의 온도를 기설정된 제2 온도까지 상승시켜, 상기 제1 부산물(114)과 상기 임시층(T)을 상기 반도체 기판(110a)으로부터 박리 및 기화시킨다.
이때, 바람직하게는, 상기 기설정된 제2 온도는 150℃이상일 수 있다.
상기 임시층(T) 형성단계에서 전술한 바와 같이, 제1 부산물(114)은 임시층(T)으로 인해 Si 성분을 임시층(T)에 흡수당하여 Si 성분의 농도가 낮아졌거나 또는 제1 부산물(114)의 Si 성분은 희석화된 상태이므로, 상기 제1 부산물(114)은 반도체 기판(110a)의 상부에서 용이하게 박리되며 융점이 낮아져 기화가 용이하게 일어난다.
이렇게, 박리 및 기화가 용이한 제1 부산물(114)을 별도의 고온 챔버(193) 내에서 기화시킴으로써, 태양전지의 제조공정에 사용되는 다른 장치(예를 들어, 도핑장치(194) 내부에서 기화된 제1 부산물(114) 및 임시층(T)으로 인한 오염)의 오염없이 제1 부산물(114)을 확실하고 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 제1 부산물(114)을 제거하기 위한 습식 식각 공정 및 습식 식각 장치 없이 상기 습식 식각 장치보다 현저히 저렴한 고온 챔버(193)만을 사용하여 제1 부산물(114)을 제거할 수 있어, 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로 하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
다른 일 실시예로서, 상기 제1 부산물(114)과 상기 임시층(T)을 동시에 제거하는 과정은, 별도의 고온 챔버(193) 없이 도핑장치(194) 내에서 실행될 수도 있다. 이에 대해서는, 후술하는 도핑단계에서 구체적으로 기술할 것이다.
이후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 도펀트(dopant)를 도핑하여 제1 반도체층(110) 및 상기 제1 반도체층(110)의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층(110)과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층(120)으로 이루어진 PN접합층을 형성한다. 즉, 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 도펀트를 도핑하면, 도펀트에 의해 도핑되지 않은 제1 반도체층(110) 및 도펀트에 의해 도핑된 제2 반도체층(120)이 차례로 형성되어 PN접합을 이루게 된다.
예로서, 상기 반도체 기판(110a)이 P형 반도체층으로 이루어진 경우에는 N형 도펀트를 도핑함으로써, P형 반도체층으로 이루어진 제1 반도체층(110) 및 상기 제1 반도체층(110)의 일면에 N형 반도체층으로 이루어진 제2 반도체층(120)을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 부산물(114)과 상기 임시층(T)을 동시에 제거하는 과정은 별도의 고온 챔버(193) 없이 도핑장치(194) 내부에서 실행될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 부산물(114)과 상기 임시층(T)을 동시에 제거하는 과정은, 상기 도핑장치(194) 내부에 상기 반도체 기판(110a)을 수용시킨 후 상기 도핑장치(194) 내부의 온도를 도핑온도보다 낮은 기설정된 제2 온도까지 상승시켜 상기 제1 부산물(114) 및 상기 임시층(T)을 기화시키도록 실행될 수 있다. 이후, 상기 제1 부산물(114) 및 상기 임시층(T)이 기화되어 상기 도핑장치(194) 내에 잔존하는 가스들을 외부로 배출한 후, 상기 도핑장치(194) 내부에 후술할 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 반도체 기판(110a)을 도핑할 수 있다. 이때, 바람직하게는, 상기 기설정된 제2 온도는 150℃ 이상일 수 있다. 이렇게, 별도의 고온 챔버(193) 없이 제1 부산물(114)과 임시층(T)을 동시에 기화시켜 제거함으로써, 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로 하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
도핑단계에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 도핑단계는 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 고온확산법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 반도체 기판(110a)를 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 반도체 기판(110a)의 표면으로 확산시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 반도체 기판(110a)을 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 반도체 기판(110a)의 일면으로 입사하여 이온 도핑된다.
상기 플라즈마 이온도핑 공정 후에는 적절한 온도로 가열하는 어닐링 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 어닐링 공정을 수행하지 않을 경우에는 도핑된 이온이 단순한 불순물로 작용할 수 있지만, 상기 어닐링 공정을 수행하게 되면 도핑된 이온이 Si와 결합하여 활성화되기 때문이다.
한편, 상기 N형 도펀트를 도핑하는 공정은 고온에서 수행되는데, 이와 같은 도핑 공정시 상기 제2 반도체층(120) 상에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 제2 부산물층(122)이 형성된다. 상기 제2 부산물층(122)은 상기 제2 반도체층(120) 상부에 형성될 수 있다.
이후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 제2 부산물층(122)을 제거한다.
상기 부산물층 제거단계는 식각액을 이용한 습식 식각 공정으로 이루어진다.
이후, 도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 제2 반도체층(120) 상에 반사방지층(130)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(120)의 상면이 요철구조로 형성됨에 따라 상기 반사방지층(130)도 요철구조로 형성된다.
상기 반사방지층(130)은 플라즈마 CVD법을 이용하여 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성할 수 있다.
이후, 도 4h에 도시된 바와 같이, 상기 반사방지층(130) 상에 제1 전극 물질(140a)을 코팅하고, 상기 제1 반도체층(110) 상에 제2 전극 물질(160a)을 코팅한다. 보다 구체적으로는, 상기 제2 반도체층(120)이 형성되지 않은 상기 반사방지층(130)의 상면에 제1 전극 물질(140a)을 코팅하고, 상기 제2 반도체층(120)이 형성되지 않은 상기 제1 반도체층(110)의 하면에 제2 전극 물질(160a)을 코팅한다.
상기 제1 전극 물질(140a) 및 제2 전극 물질(160a)의 코팅 공정은 Ag, Al, Mg, Mn, Sb, Zn, Mo, Ni, Cu, 이들의 2 이상의 혼합물, 또는 이들의 2 이상의 합금 페이스트(paste)를 이용한 인쇄 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극 물질(140a)은 태양광이 입사되는 면에 형성되므로, 상기 반사방지층(130)의 전면에 형성하지 않고 소정 패턴으로 형성하게 된다.
상기 제2 전극 물질(160a)은 태양광이 입사되는 면의 반대면에 형성되므로, 상기 제1 반도체층(110)의 전면에 형성할 수 있다. 다만, 경우에 따라서, 반사되는 태양광이 태양전지 내부로 입사될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제2 전극 물질(160a)을 소정 패턴으로 형성할 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 도 4h 공정을 수행하기 이전에, 상기 반사방지층(130)과 상기 제2 반도체층(120)의 에지(edge) 영역을 분리하는 에지 분리(edge isolation) 공정을 수행할 수 있다.
이후, 도 4i에 도시된 바와 같이, 고온에서 열처리(firing)를 수행하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조를 완성한다.
고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제1 전극 물질(140a)이 상기 반사방지층(130)을 뚫고 상기 제2 반도체층(120)까지 침투함으로써, 상기 제2 반도체층(120)과 접촉하는 제1 전극(140)이 형성될 수 있다.
또한, 고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제2 전극 물질(160a)이 상기 제1 반도체층(110)의 하면으로 침투함으로써 상기 제1 반도체층(110)의 도펀트 농도보다 높은 도펀트 농도를 가지는 제3 반도체층(150)이 상기 제1 반도체층(110)의 하면에 형성되고, 상기 제3 반도체층(150)의 하면에 제2 전극(160)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(110)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 상기 제3 반도체층(150)은 P+형 반도체층으로 이루어지게 된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 구현하기 위한 제조시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 시스템은, 텍스쳐링 장치(191), 도핑(doping)장치, 제2 부산물층 제거장치(195), 반사방지층 형성장치(196), 금속전극 코팅장치(197), 및 열처리(firing) 장치(198)를 포함하여 이루어진다.
상기 텍스쳐링 장치(191)는 바람직하게는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE) 장치일 수 있다. 이때, 상기 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE) 장치는 전술한 도 4b 공정(즉, 텍스쳐링 단계) 및 도 4c 공정(즉, 임시층(T) 형성단계)을 수행하기 위한 장치이다.
즉, 상기 반응성 이온 에칭 장치는 먼저 반도체 기판(110a)에 대해 텍스쳐링 단계를 실행한 후, 텍스쳐링 단계에서 생성되어 상기 반응성 이온 에칭 장치 내에 잔류하는 가스를 외부로 배출한다. 이후, 상기 반응성 이온 에칭 장치는 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 주입한 후 플라즈마를 인가하여 장치 내부의 온도가 100℃ 이하인 상태에서 임시층(T)을 제1 부산물(114)의 상부에 형성시킨다.
상기 반응성 이온 에칭 장치는 플라즈마 분위기에서 반응가스를 이용하여 식각을 수행할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수 있다.
상기 도핑(doping) 장치는 전술한 도 4e 공정을 수행하기 위한 장치로서, 플라즈마 분위기에서 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있고 고온의 확산로에 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 도핑장치(194)는 전술한 도 4d 공정을 수행하기 위한 장치로 사용될 수 있다. 즉, 도핑단계를 실행하기 전에, 상기 도핑장치(194)는 상기 임시층(T)이 형성된 반도체 기판(110a)을 수용하고, 이후 상기 도핑장치(194) 내부의 온도를 도핑온도보다 낮은 150℃ 이상까지 상승시켜 상기 제1 부산물(114) 및 상기 임시층(T)을 기화시켜 제1 부산물(114)과 임시층(T)을 동시에 제거한다.
상기 제2 부산물층 제거장치(195)는 전술한 도 4f 공정을 수행하기 위한 장비로서, 당업계에 공지된 습식 식각 장비를 이용할 수 있다.
상기 반사방지층 형성장치(196)는 전술한 도 4g 공정을 수행하기 위한 장치로서, 당업계에 공지된 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 장비를 이용할 수 있다.
상기 금속전극 코팅장치(197)는 전술한 도 4h 공정을 수행하기 위한 장치로서, 스크린 인쇄장비 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 인쇄 장비를 이용할 수 있다.
상기 열처리장치는 전술한 도 4i 공정을 수행하기 위한 장치로서, 당업계에 공지된 다양한 열처리 장비를 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 습식 식각 공정 없이 제1 부산물(114)을 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 제1 습식 식각장치(즉, 제1 부산물(114)을 제거하기 위한 습식 식각장치)가 불필요하므로 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 부산물(114)을 포함하는 임시층(T)을 형성하여 반도체 기판(110a)에 대한 제1 부산물(114)의 결합력을 약화시킨 후 제1 부산물(114)을 제거하므로, 제1 부산물(114)을 용이하고 완전하게 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 태양전지의 효율이 제1 부산물(114)로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이고, 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템은 임시층(T)을 형성하기 위한 별도의 장치인 보조 장치(192) 및 임시층(T)과 제1 부산물(114)을 제거하기 위한 별도의 장치인 고온 챔버(193) 중 적어도 하나 이상의 장치를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 보조 장치(192)는 임시층(T)을 형성하기 위한 가스가 투입되는 가스 투입구와, 잔류 가스를 배출하는 가스 배출구와, 내부에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 인가부를 포함하고, 상기 고온 챔버(193)는 임시층(T)과 제1 부산물(114)이 기화된 가스가 배출되는 가스 배출구와, 상기 고온 챔버(193)의 내부 온도를 조절하는 온도조절부(즉, 히터)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조시스템은 제조공정 순으로, 텍스쳐링 장치(191), 보조 장치(192), 도핑(doping)장치, 제2 부산물층 제거장치(195), 반사방지층 형성장치(196), 금속전극 코팅장치(197), 및 열처리(firing) 장치(198)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조시스템은 제조공정 순으로, 텍스쳐링 장치(191), 고온 챔버(193), 도핑(doping)장치, 제2 부산물층 제거장치(195), 반사방지층 형성장치(196), 금속전극 코팅장치(197), 및 열처리(firing) 장치(198)를 포함하여 이루어질 수 있다.
게다가, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조시스템은 제조공정 순으로, 텍스쳐링 장치(191), 보조 장치(192), 고온 챔버(193), 도핑(doping)장치, 제2 부산물층 제거장치(195), 반사방지층 형성장치(196), 금속전극 코팅장치(197), 및 열처리(firing) 장치(198)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
우선, 도 9a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110a)을 준비한다.
상기 반도체 기판(110a)을 준비하는 과정은, 실리콘 잉곳(ingot)을 다이이몬드 타입 쏘잉머신(diamond type sawing machine) 또는 슬러리 타입 쏘잉머신(slurry type sawing machine)을 사용하여 웨이퍼 형상의 반도체 기판(110a)으로 형성한 후, 상기 웨이퍼 쏘잉머신으로 인해 상기 반도체 기판(110a)의 표면에 형성된 쏘잉 데미지(sawing damage)를 제거하도록 실행된다. 이때, 상기 쏘잉 데미지를 제거하는 과정(sawing damage removal)은 습식 식각 공정으로 실행될 수 있다.
상기 반도체 기판(110a)은 실리콘 기판, 예로서 P형 실리콘 기판을 이용할 수 있다.
상기 실리콘 기판으로는 단결정실리콘 또는 다결정실리콘을 이용할 수 있는데, 단결정실리콘은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮기 때문에 태양전지의 효율이 높으나 가격이 너무 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 다결정실리콘은 상대적으로 효율은 떨어지지만 저가의 재료와 공정을 이용하기 때문에 생산비가 적게 들어 대량생산에 적합하다.
이후, 도 9b에 도시된 바와 같이, 텍스쳐링 장치(191)에서 상기 반도체 기판(110a)의 일면을 식각하여 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 요철구조를 형성한다. 즉, 상기 반도체 기판(110a)의 일면을 텍스쳐링 가공한다.
상기 텍스쳐링 단계는 건식 식각 공정으로 실행된다.
특히, 바람직하게는, 상기 텍스쳐링 단계는 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE)을 이용할 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭법을 이용할 경우에는 Cl2, SF6, NF3, HBr, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 주 가스로 이용하고, Ar, O2, N2, He, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 첨가 가스로 이용할 수 있다.
이와 같이, 반응성 이온 에칭법을 이용하여 반도체 기판(110a)의 일면을 식각하게 되면, 고압의 플라즈마로 인해서 상기 반도체 기판(110a)의 일면에서 소정 영역에는 SiOx와 같은 반응물 또는 Si-O-F-S 계열의 물질로 구성된 반응물인 제1 부산물(114)이 잔존할 수 있다. 상기 제1 부산물(114)은 Si 계열의 물질로 구성되고 상기 반도체 기판(110a) 또한 Si로 구성되므로, 상기 제1 부산물(114)은 상기 반도체 기판(110a)에 대해 강한 결합력으로 형성되어 있다.
상기 제1 부산물(114)을 제거하기 위하여, 본 발명에서는 상기 제1 부산물(114)을 둘러싸도록 상기 반도체 기판(110a)의 일면의 상부에 임시층(T)을 형성한 후, 상기 제1 부산물(114)과 상기 임시층(T)을 동시에 제거하며, 이는 후술하는 바와 같이 도핑단계에서 실행된다.
이후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 도펀트(dopant)를 도핑하여 제1 반도체층(110) 및 상기 제1 반도체층(110)의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층(110)과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층(120)으로 이루어진 PN접합층을 형성한다. 즉, 상기 반도체 기판(110a)의 일면에 도펀트를 도핑하면, 도펀트에 의해 도핑되지 않은 제1 반도체층(110) 및 도펀트에 의해 도핑된 제2 반도체층(120)이 차례로 형성되어 PN접합을 이루게 된다.
예로서, 상기 반도체 기판(110a)이 P형 반도체층으로 이루어진 경우에는 N형 도펀트를 도핑함으로써, P형 반도체층으로 이루어진 제1 반도체층(110) 및 상기 제1 반도체층(110)의 일면에 N형 반도체층으로 이루어진 제2 반도체층(120)을 형성할 수 있다.
도핑단계에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 도핑단계는 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 고온확산법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 반도체 기판(110a)를 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 반도체 기판(110a)의 표면으로 확산시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 반도체 기판(110a)을 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 반도체 기판(110a)의 일면으로 입사하여 이온 도핑된다.
상기 플라즈마 이온도핑 공정 후에는 적절한 온도로 가열하는 어닐링 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 어닐링 공정을 수행하지 않을 경우에는 도핑된 이온이 단순한 불순물로 작용할 수 있지만, 상기 어닐링 공정을 수행하게 되면 도핑된 이온이 Si와 결합하여 활성화되기 때문이다.
상기 도핑단계는 제1 반도체층(110)과 제2 반도체층(120)으로 구성된 PN 접합구조를 형성함과 동시에, 고온에서 실행되는 N형 도펀트를 도핑하는 공정을 이용하여 상기 제2 반도체층(120) 상에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 제2 부산물층(122)이 상기 제1 부산물(114)의 상부 및 제2 반도체층(120)의 상부에 소정 두께만큼 형성되도록 실행된다. 즉, 상기 도핑단계는 상기 제2 부산물층(122)이 상기 제1 부산물(114)층 및 상기 반도체 기판(110a)의 상면을 둘러싸도록 실행된다.
바꿔 말하면, 본 실시예에서는 상기 제2 부산물층(122)이 제1 부산물(114)과 함께 제거되는 임시층(T)이 된다.
바람직하게는, 상기 도핑단계는 상기 제2 부산물층(122)이 상기 제1 부산물(114)을 포함할 수 있도록 충분히 성장될 때까지 실행될 수 있다.
이렇게 PSG와 같은 제2 부산물층(122)이 제1 부산물(114)을 포함하도록 또는 둘러싸도록 도핑단계를 실행하여, 제1 부산물(114) 및/또는 반도체 기판(110a)의 Si 성분을 상기 제2 부산물층(122)의 Si 성분으로 흡수 또는 확산시킬 수 있다. 이로 인해, 제1 부산물(114)은 자신의 Si 성분을 제2 부산물층(122)으로 확산시키므로 제1 부산물(114)의 Si 성분 농도가 감소되어 제1 부산물(114)의 반도체 기판(110a)에 대한 결합력이 상당히 감소된다. 즉, 제2 부산물층(122)의 형성으로 인해, 제1 부산물(114)의 박리를 용이하게 할 수 있다.
이후, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 제1 부산물(114) 및 상기 제1 부산물(114)의 상부에 형성된 제2 부산물층(122)을 함께 제거한다.
상기 제2 부산물층(122) 제거단계는 식각액을 이용한 제2 습식 식각장치를 사용하여 습식 식각 공정으로 이루어진다.
이렇게, 제1 부산물(114)을 제거하기 위한 별도의 습식 식각 공정 및 습식 식각장치 없이, 제2 습식 식각장치를 이용하여 제1 부산물(114)을 용이하고 확실하게 제거할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 제1 습식 식각 장치가 불필요하므로 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로 하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
이후, 도 9e에 도시된 바와 같이, 상기 제2 반도체층(120) 상에 반사방지층(130)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(120)의 상면이 요철구조로 형성됨에 따라 상기 반사방지층(130)도 요철구조로 형성된다.
상기 반사방지층(130)은 플라즈마 CVD법을 이용하여 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성할 수 있다.
이후, 도 9f에 도시된 바와 같이, 상기 반사방지층(130) 상에 제1 전극(140) 물질을 코팅하고, 상기 제1 반도체층(110) 상에 제2 전극(160) 물질을 코팅한다. 보다 구체적으로는, 상기 제2 반도체층(120)이 형성되지 않은 상기 반사방지층(130)의 상면에 제1 전극(140) 물질을 코팅하고, 상기 제2 반도체층(120)이 형성되지 않은 상기 제1 반도체층(110)의 하면에 제2 전극(160) 물질을 코팅한다.
상기 제1 전극(140) 물질 및 제2 전극(160) 물질의 코팅 공정은 Ag, Al, Mg, Mn, Sb, Zn, Mo, Ni, Cu, 이들의 2 이상의 혼합물, 또는 이들의 2 이상의 합금 페이스트(paste)를 이용한 인쇄 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(140) 물질은 태양광이 입사되는 면에 형성되므로, 상기 반사방지층(130)의 전면에 형성하지 않고 소정 패턴으로 형성하게 된다.
상기 제2 전극(160) 물질은 태양광이 입사되는 면의 반대면에 형성되므로, 상기 제1 반도체층(110)의 전면에 형성할 수 있다. 다만, 경우에 따라서, 반사되는 태양광이 태양전지 내부로 입사될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제2 전극(160) 물질을 소정 패턴으로 형성할 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 도 9f 공정을 수행하기 이전에, 상기 반사방지층(130)과 상기 제2 반도체층(120)의 에지(edge) 영역을 분리하는 에지 분리(edge isolation) 공정을 수행할 수 있다.
이후, 도 9g에 도시된 바와 같이, 고온에서 열처리(firing)를 수행하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조를 완성한다.
고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제1 전극 물질(140a)이 상기 반사방지층(130)을 뚫고 상기 제2 반도체층(120)까지 침투함으로써, 상기 제2 반도체층(120)과 접촉하는 제1 전극(140)이 형성될 수 있다.
또한, 고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제2 전극 물질(160a)이 상기 제1 반도체층(110)의 하면으로 침투함으로써 상기 제1 반도체층(110)의 도펀트 농도보다 높은 도펀트 농도를 가지는 제3 반도체층(150)이 상기 제1 반도체층(110)의 하면에 형성되고, 상기 제3 반도체층(150)의 하면에 제2 전극(160)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(110)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 상기 제3 반도체층(150)은 P+형 반도체층으로 이루어지게 된다.
전술한 바에 따르면, 본 발명은 건식 텍스쳐링 후 습식 식각 공정 없이 제1 부산물(114)을 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 제1 습식 식각 장치가 불필요하므로 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로 하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 부산물(114)을 포함하는 임시층(T)을 형성하여 반도체 기판(110a)에 대한 제1 부산물(114)의 결합력을 약화시킨 후 제1 부산물(114)을 제거하므로, 제1 부산물(114)을 용이하고 완전하게 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 태양전지의 효율이 제1 부산물(114)로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 구현하기 위한 제조시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조시스템을 나타내는 개략적인 블록선도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조 시스템은, 텍스쳐링 장치(191), 도핑(doping)장치, 제2 부산물층 제거장치(195), 반사방지층 형성장치(196), 금속전극 코팅장치(197), 및 열처리(firing) 장치(198)를 포함하여 이루어진다.
상기 텍스쳐링 장치(191)는 바람직하게는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE) 장치일 수 있다. 이때, 상기 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE) 장치는 전술한 도 9b 공정(즉, 텍스쳐링 단계)을 수행하기 위한 장치이다.
상기 반응성 이온 에칭 장치는 플라즈마 분위기에서 반응가스를 이용하여 식각을 수행할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수 있다.
상기 도핑(doping) 장치는 전술한 도 9c 공정을 수행하기 위한 장치로서, 플라즈마 분위기에서 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있고 고온의 확산로에 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있다.
상기 제2 부산물층 제거장치(195)는 전술한 도 9d 공정을 수행하기 위한 장치로서, 당업계에 공지된 습식 식각 장비를 이용할 수 있다. 상기 제2 부산물층 제거장치(195)는 전술한 바와 같이 제1 부산물(114) 및 상기 제1 부산물(114)의 상부에 형성된 임시층(T)인 제2 부산물층(122)을 함께 제거하는 장치이다.
상기 반사방지층 형성장치(196)는 전술한 도 9e 공정을 수행하기 위한 장치로서, 당업계에 공지된 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 장비를 이용할 수 있다.
상기 금속전극 코팅장치(197)는 전술한 도 9f 공정을 수행하기 위한 장치로서, 스크린 인쇄장비 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 인쇄 장비를 이용할 수 있다.
상기 열처리장치(198)는 전술한 도 9g 공정을 수행하기 위한 장치로서, 당업계에 공지된 다양한 열처리 장비를 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 건식 텍스쳐링 후 습식 식각 공정 없이 제1 부산물(114)을 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 제1 습식 식각장치(즉, 제1 부산물(114)을 제거하기 위한 습식 식각장치)가 불필요하므로 태양전지의 제조에 소요되는 설비비용을 감소시킬 수 있고, 동시에 2 개의 습식 식각 장치를 필요로 하는 종래기술에 비해 습식 식각 공정에서 배출되는 폐수의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 부산물(114)을 포함하는 임시층(T)을 형성하여 반도체 기판(110a)에 대한 제1 부산물(114)의 결합력을 약화시킨 후 제1 부산물(114)을 제거하므로, 제1 부산물(114)을 용이하고 완전하게 제거할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 태양전지의 효율이 제1 부산물(114)로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도면에 도시되진 않았지만 본 발명의 변형 실시예로서, 본 발명은 2번의 임시층을 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 변형 실시에에 따른 태양전지의 제조방법은, 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 포함되는 임시층 형성단계와 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 포함되는 도핑단계(즉, 임시층인 제2 부산물층을 형성하는 과정)을 모두 포함하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 1차적으로 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 포함되는 임시층 형성단계 및 제1 부산물과 임시층을 동시에 제거하는 과정을 실행한 후, 잔존하는 제1 부산물에 대해 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 포함되는 제1 부산물의 상부에 제2 부산물층을 형성하는 과정 및 제2 부산물층 제거단계를 실행한다.
이렇게, 2번의 임시층과 2번의 임시층 및 제1 부산물 제거 과정을 포함함으로써, 제1 부산물을 보다 더 확실하게 제거할 수 있다. 물론, 이 경우에도 종래기술에 따른 제1 습식 식각장치가 불필요하므로, 종래기술에 비해 설비비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 습식식각장치의 사용으로 인해 발생하는 폐수를 현저하게 감소시킬 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
110a : 반도체 기판
110 : 제1 반도체층
114 : 임시층
120 : 제2 반도체층
122 : 제2 부산물층
130 : 반사방지층
140 : 제1 전극
150 : 제3 반도체층
160 : 제2 전극

Claims (17)

  1. 텍스쳐링 장치에서, 반도체 기판의 일면을 식각하여 상기 기판의 일면에 요철구조를 형성하는 텍스쳐링 단계;
    상기 텍스쳐링 단계에서 상기 반도체 기판의 일면의 소정 영역에 형성된 제1 부산물을 둘러싸도록 상기 반도체 기판의 일면의 상부에 임시층을 형성하는 임시층 형성단계; 및
    도핑장치에서 상기 반도체 기판의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여, 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층을 형성하는 도핑단계;를 포함하고,
    상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텍스쳐링 단계는 건식 식각 공정으로 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 단계가 완료된 후 상기 텍스쳐링 장치 내에서 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 단계 후 상기 텍스쳐링 장치 내에 상기 반도체 기판을 유지시키고 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 주입한 후 플라즈마를 인가하여 상기 텍스쳐링 장치 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기설정된 제1 온도는 100℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임시층 형성단계는, 상기 텍스쳐링 장치와 상기 도핑장치 사이에 구비된 보조 장치에서 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임시층 형성단계는, 상기 보조 장치 내에 상기 반도체 기판을 수용시키고 질소(N) 계열 가스, 수소(H) 계열 가스, 산소(O) 계열 가스, 불소(F) 계열 가스 및 이들의 혼합가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 주입한 후 플라즈마를 인가하여 상기 보조 장치 내부의 온도가 기설정된 제1 온도가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기설정된 제1 온도는 100℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 과정은, 상기 도핑장치에 상기 반도체 기판을 수용시킨 후 상기 도핑장치 내부의 온도를 도핑온도보다 낮은 기설정된 제2 온도까지 상승시켜 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시키도록 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도핑단계는, 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시킨 후 상기 도핑장치 내에 잔존하는 가스들을 외부로 배출한 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부산물과 상기 임시층을 동시에 제거하는 과정은, 상기 텍스쳐링 장치와 상기 도핑 장치 사이에 위치되는 고온 챔버 내에 상기 반도체 기판을 수용시킨 후 상기 고온 챔버 내부의 온도를 기설정된 제2 온도까지 상승시켜 상기 제1 부산물 및 상기 임시층을 기화시키도록 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 기설정된 제2 온도는 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  13. 반도체 기판의 일면을 식각하여 상기 반도체 기판의 일면에 요철구조를 형성하는 텍스쳐링 단계;
    상기 반도체 기판의 일면에 소정의 도펀트를 도핑하여, 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상부에 위치되며 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 가지는 제2 반도체층을 형성하는 도핑단계; 및
    상기 제2 반도체층의 상부에 형성된 제2 부산물층을 제거하는 제2 부산물층 제거단계;를 포함하고,
    상기 텍스쳐링 단계에서 상기 반도체 기판의 일면의 소정 영역에 제1 부산물이 형성되고,
    상기 도핑 단계에서 상기 제1 부산물을 둘러싸도록 상기 제2 부산물층이 형성되고,
    상기 제2 부산물층 제거단계에서 상기 제1 부산물과 상기 제2 부산물층이 동시에 제거되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 도핑단계는, 상기 제2 부산물층이 상기 제1 부산물 및 상기 반도체 기판의 상면을 둘러싸도록 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 부산물층 제거단계는 습식 식각 공정으로 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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