KR101929444B1 - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 불순물층을 구비하는 태양 전지의 제조 방법으로서, 제1 도전형의 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 반도체 기판의 제1 면에 제2 도전형의 제1 불순물을 도핑하여 불순물 형성층을 형성하는 단계; 상기 불순물 형성층 위에 상기 제2 도전형의 제2 불순물을 포함하는 패시베이션 막을 형성하는 단계; 및 상기 제2 부분에 대응하도록 상기 패시베이션 막을 가열하여 상기 제2 불순물을 상기 반도체 기판의 내부로 확산시켜 상기 제2 부분을 형성하고 나머지 상기 불순물 형성층이 제1 부분을 이루도록, 상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 선택적인 구조의 불순물층을 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 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 전지에서는 광전 변환을 일으킬 수 있도록 불순물층을 형성하여 pn 접합 등을 형성하고, n형 불순물층 및/또는 p형 불순물층에 연결되는 전극을 형성한다. 이러한 불순물층의 특성을 향상하기 위하여 불순물층 내부에 주입되는 불순물의 양을 서로 다르게 하는 구조가 제안되었다. 그런데, 이러한 구조의 불순물층을 형성하기 위하여 특수한 마스크를 사용하거나 불순물 주입 공정을 여러 번 수행하여야 하는 등 공정이 복잡하며 생산성이 낮은 문제가 있었다.
본 발명의 실시예는 개선된 구조를 가지는 불순물층을 간단한 공정에 의하여 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 불순물층과 전극과의 얼라인 특성을 향상할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 불순물층을 구비하는 태양 전지의 제조 방법으로서, 제1 도전형의 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 반도체 기판의 제1 면에 제2 도전형의 제1 불순물을 도핑하여 불순물 형성층을 형성하는 단계; 상기 불순물 형성층 위에 상기 제2 도전형의 제2 불순물을 포함하는 패시베이션 막을 형성하는 단계; 및 상기 제2 부분에 대응하도록 상기 패시베이션 막을 가열하여 상기 제2 불순물을 상기 반도체 기판의 내부로 확산시켜 상기 제2 부분을 형성하고 나머지 상기 불순물 형성층이 제1 부분을 이루도록, 상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 다른 태양 전지는, 제1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 제1 면에 형성되며, 제2 도전형의 제1 불순물을 포함하여 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 불순물 및 상기 제2 도전형의 제2 불순물을 포함하여 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 에미터층; 상기 에미터층 위에 형성되며 상기 제2 불순물을 포함하는 패시베이션 막; 상기 패시베이션 막을 관통하여 상기 제2 부분에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 선택적인 에미터 구조를 가지는 에미터층을 간단한 공정으로 형성할 수 있으며, 에미터층의 특성 및 에미터층과 제1 전극과의 얼라인 특성 등을 향상할 수 있다.
즉, 제2 불순물을 포함하는 제1 패시베이션 막을 형성하고, 제1 패시베이션 막을 선택적으로 가열하여 제2 불순물을 확산시키는 것에 의하여 선택적 구조의 에미터층을 형성한다. 이에 따라 별도의 불순물층을 형성하고 이를 제거하는 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있다.
이때, 레이저를 이용하여 제1 패시베이션 막을 선택적으로 가열하면 선폭을 최소화할 수 있다. 그리고 레이저에 의하여 제1 패시베이션 막 및 반사 방지막에 개구부를 형성하면, 에미터층의 고농동 부분(제2 부분)과 개구부 내에 형성되는 제1 전극과의 얼라인을 정확하게 맞출 수 있다.
제2 불순물로 알루미늄을 사용하면, 실리콘과의 원자 반지름(atomic radius) 차이가 적고 레이저를 낮은 강도로 사용할 수 있어 전위 밀도를 낮출 수 있다. 결과적으로 태양 전지의 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 태양 전지의 제조 방법의 일례를 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 태양 전지의 제조 방법의 일례를 도시한 단면도들이다.
도 7은 실험예에 따라 제조된 태양 전지와 비교예에 따라 제조된 태양 전지에서 반도체 기판의 전면으로부터의 거리에 따른 보론 및 알루미늄 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 개구부 형상을 상세하게 설명하기 위하여 레이저에 의하여 개구부가 형성된 상태를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 태양 전지의 제조 방법의 일례를 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 태양 전지의 제조 방법의 일례를 도시한 단면도들이다.
도 7은 실험예에 따라 제조된 태양 전지와 비교예에 따라 제조된 태양 전지에서 반도체 기판의 전면으로부터의 거리에 따른 보론 및 알루미늄 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 개구부 형상을 상세하게 설명하기 위하여 레이저에 의하여 개구부가 형성된 상태를 도시한 단면도이다.
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, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는 반도체 기판(10), 반도체 기판(10)의 제1 면(이하 "전면") 쪽에 위치하는 에미터층(20), 제1 패시베이션 막(21), 반사 방지막(22)을 포함한다. 그리고 반도체 기판(10)의 제2 면(이하 "후면") 쪽에 위치하는 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 포함할 수 있다. 또한, 에미터층(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)과, 반도체 기판(10)(좀더 정확하게는, 후면 전계층(30))에 전기적으로 연결되는 제2 전극(34)을 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
반도체 기판(10)은 다양한 반도체 물질을 포함할 수 있는데, 일례로 제1 도전형 불순물을 포함하는 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제1 도전형은 일례로 n형일 수 있다. 즉, 반도체 기판(10)은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소가 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 n형의 반도체 기판(10)을 사용하면, 반도체 기판(10)의 전면에 p형을 가지는 에미터층(20)이 형성되어 pn 접합(junction)을 이루게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(34)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(10)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(24)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다.
이때, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(10)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다.
이러한 반도체 기판(10)의 전면 및 후면은, 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면에만 요철이 형성되는 것도 가능하며, 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(10)의 후면 쪽에는 반도체 기판(10)보다 높은 도핑 농도로 제1 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계층(30)이 형성된다. 후면 전계층(30)은 전자와 정공의 후면 재결합을 최소화하여 태양전지의 효율 향상에 기여할 수 있다. 이러한 후면 전계층(30)은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 후면 전계층(30)은 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가져 균일한 저항을 가지는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 후면 전계층(30)이 선택적인 구조를 가질 수 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
이와 함께 반도체 기판(10)의 후면에는 제2 패시베이션 막(32)과 제2 전극(34)이 형성될 수 있다.
제2 패시베이션 막(32)은 제2 전극(34)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 이러한 제2 패시베이션 막(32)은 반도체 기판(10)의 후면에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다.
이러한 제2 패시베이션 막(32)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 제2 패시베이션 막(32)을 통하여 반도체 기판(10)의 후면을 통해서도 광이 입사될 수 있도록 하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 일례로, 제2 패시베이션 막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 패시베이션 막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.
제2 전극(34)은 반도체 기판(10)의 후면에서 반도체 기판(10), 좀더 상세하게는, 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 제2 전극(34)은 광이 입사되는 면이 아닌 면에 형성되는바, 제1 전극(24)보다 더 큰 폭을 가지면서 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극(34)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(34)은 다양한 물질로 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
반도체 기판(10)의 전면 쪽에는 제2 도전형의 에미터층(20)이 형성될 수 있다. 이때, 에미터층(20)은, 제1 전극들(24) 사이의 반사 방지막(22)에 인접하여 형성되는 제1 부분(20a)과, 제1 전극(24)과 접촉 형성되며 제1 부분(20a)보다 높은 도핑 농도로 도핑되어 제1 부분(20a)보다 낮은 저항을 가지는 제2 부분(20b)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광이 입사되는 제1 전극(24) 사이에 대응하는 제1 부분(20a)에서는 얕은 에미터(shallow emitter)를 구현함으로써 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 이와 함께 제1 전극(24)과 접촉하는 제2 부분(20b)에서는 제1 전극(24)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 에미터층(20)은 선택적 에미터(selective emitter) 구조를 가져 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있다.
에미터층(20)의 제1 부분(20a)이 제2 도전형의 제1 불순물(201)을 포함하고, 제2 부분(20b)이 제2 도전형의 제1 불순물(201)과 함께 제2 도전형의 제2 불순물(202)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 불순물(201)은 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 균일한 농도로 도핑된 원소일 수 있다. 제2 불순물(202)은 에미터층(20) 위에 형성되는 제1 패시베이션 막(21)에 포함되는 원소로서, 제1 패시베이션 막(21)을 형성한 후에 에미터층(20)으로 확산되어 에미터층(20)에 포함되는 원소이다. 이에 대해서는 제조 방법에서 후술한다.
도면에 도시한 바와 같이, 제1 불순물(201)과 제2 불순물(202)이 서로 다른 물질인 경우에는, 제2 부분(20b)이 제1 불순물(201)과 함께 제2 불순물(202)을 추가로 포함되게 된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 불순물(201)과 제2 불순물(202)이 서로 동일한 원소일 수도 있다. 이 경우에는 제1 부분(20a)과 제2 부분(20b)에 포함된 원소의 종류에는 차이가 없으며 도핑 농도만 다르게 된다.
제2 도전형인 제1 불순물(201) 및 제2 불순물(202)로는 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 p형 불순물을 사용할 수 있다. 이때, 제1 불순물(201)로는 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 도핑하기에 적합한 원소인 보론을 사용할 수 있고, 제2 불순물(202)로는 제1 패시베이션 막(21)에 알루미늄 산화물 형태로 포함되어 패시베이션 특성을 최대화할 수 있는 알루미늄을 사용할 수 있다. 알루미늄은 반도체 기판(10)을 구성하는 실리콘과의 원자 반지름(atomic radius) 차이가 적다. 따라서, 상대적으로 낮은 레이저 강도에서도 에미터층(20)으로 빠르게 확산하여 제2 부분(20b)을 형성할 수 있다. 또한, 원자 반지름 차이가 작아 불합치 전위(misfit dislocation)를 저감시킬 수 있으며 낮은 강도의 레이저를 사용할 수 있어 레이저에 의한 손상을 줄일 수 있다. 이에 따라 전위 밀도를 낮추어 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 보론, 갈륨, 인듐 등을 포함하는 다양한 패시베이션 막이 적용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
제1 불순물(201)의 농도와 제2 불순물(202)의 농도는 원하는 제1 및 제2 부분(20a, 20b)의 저항에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 제2 불순물(202)의 농도를 제1 불순물(201)의 농도보다 크게 하여 제2 부분(20b)의 저항을 크게 저감시킬 수 있다.
반도체 기판(10)의 전면에서 에미터층(20) 위에 제1 패시베이션 막(21), 반사 방지막(22) 및 제1 전극(24)이 형성된다.
제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)은 제1 전극(24)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 제1 패시베이션 막(21)은 에미터층(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 제1 패시베이션 막(21)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양전지(100)의 변환 효율을 향상할 수 있다.
반사 방지막(22)은 반도체 기판(10)의 전면(12)을 통해 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서는 제1 패시베이션 막(21)이 패시베이션 특성을 최대화할 수 있으면서 에미터층(20)의 제2 불순물(202)을 포함하는 물질일 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션 막(21)이 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. 알루미늄 산화물은 종래의 패시베이션 막으로 사용되던 다른 물질들에 비하여 음전하가 많아 전계 효과 패시베이션(field effect passivation)을 유도할 수 있다. 이러한 전계 효과 패시베이션은 p형인 에미터층(20)을 효과적으로 패시베이션 할 수 있다. 또한, 알루미늄 산화물에 포함된 알루미늄을 반도체 기판(10) 쪽으로 확산시켜 상대적으로 높은 도핑 농도를 가져 상대적으로 낮은 저항을 가지는 제2 부분(20b)을 형성하도록 한다. 이에 대해서는 추후에 제조 방법에서 좀더 상세하게 설명한다.
이때, 제1 패시베이션 막(21)의 두께는 패시베이션에 적합한 다양한 두께를 가질 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션 막(21)은 제2 불순물(202)의 도핑에 이용되므로, 제1 패시베이션 막(21)을 제2 패시베이션 막(32)보다 두껍게 하면 좀더 많은 양의 제2 불순물(202)이 제2 부분(20b)으로 도핑될 수 있다. 그러면, 제2 부분(20b)의 저항을 효과적으로 저감할 수 있다.
그리고 반사 방지막(22)은 반사를 방지할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 반사 방지막(22)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 방지막(22)이 다양한 물질을 가질 수 있음은 물론이다. 즉, 반사 방지막(22)이 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2, CeO2 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
여기서, 제1 패시베이션 막(21)의 두께와 반사 방지막(22)의 두께가 서로 다를 수 있다. 본 실시예에서는 각 기능에 적합하도록 제1 패시베이션 막(21)의 두께보다 반사 방지막(22)의 두께를 더 두껍게 할 수 있다.
일례로, 제1 패시베이션 막(21)의 두께를 5~20nm로 하고, 반사 방지막(22)의 두께를 50~120nm로 할 수 있다. 제1 패시베이션 막(21)의 두께가 20nm를 초과하면 공정 시간이 늘어날 수 있고, 제1 패시베이션 막(21)의 두께가 5nm 미만이면 패시베이션 효과 및 제2 불순물을 도핑하는 효과가 작아질 수 있다. 반사 방지막(22)의 두께는 공정 시간 및 반사 방지 효과를 고려하여 결정된 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)이 다양한 두께를 가질 수 있다.
그리고 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 관통하여 에미터층(20)(좀더 상세하게는 제2 부분(20b))에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)은 접촉 저항 등을 최소화할 수 있는 구조 및 물질로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(24, 34)은 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로 복수의 금속층이 적층되어 다양한 특성을 향상할 수 있다. 제1 및 제2 전극(24, 34)의 적층 구조가 실질적으로 동일하여 도 1에서는 제1 전극(24)의 구조만을 예시하였다. 이하의 적층 구조에 대한 설명은 제1 및 제2 전극(24, 34)에 공통적으로 적용될 수 있다.
제1 및 제2 전극(24, 34)은 반도체 기판(10) 쪽에서부터 차례로 적층되는 제1 금속층(24a), 제2 금속층(24b) 및 제3 금속층(24c)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 금속층(24a, 24b, 24c)으로는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 금속층(24a)이 니켈(Ni)을 포함하고, 제2 금속층(20b)이 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 그리고 제3 금속층(24c)은 캡핑층(capping layer)로 주석(Sn)을 포함하는 단일층, 은(Ag)을 포함하는 단일층, 또는 주석을 포함하는 층과 은을 포함하는 층이 적층된 구조일 수 있다.
이때, 제1 금속층(24a)의 두께는 300~500nm일 수 있고, 제2 금속층(24b)은 10~30㎛일 수 있다. 그리고 제3 금속층(24c)은 5~10㎛일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형 가능함은 물론이다.
이러한 제1 내지 제3 금속층(24a, 24b, 24c)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일례로, 도금법에 의하여 형성될 수 있다. 도금법으로는 전해 도금, 무전해 도금, 광야기 도금(light induced plating) 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 금속(24, 34)이 다양한 금속을 포함하는 단일층(일례로, 은(Ag)을 포함) 또는 복수의 층으로 형성될 수 있음은 물론이다.
이러한 구조의 태양 전지(100)는 제2 불순물(202)을 구비하는 제1 패시베이션 막(21)을 구비하여, 선택적인 구조를 가지는 불순물층(좀더 구체적으로, 에미터층(20))을 간단한 공정으로 제조할 수 있으며 비용을 절감할 수 있다. 이에 대해서는 제조 방법을 설명하면서 좀더 상세하게 설명한다.
이하, 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 앞서 설명한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 설명하지 않은 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 제1 도전형의 반도체 기판(10)을 준비한다. 반도체 기판(10)의 전면 및 후면은 텍스쳐링에 의하여 요철을 가질 수 있다. 텍스처링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(10)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(10)에 손상이 발생할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성한다.
먼저, 반도체 기판(10)의 전면에 형성되는 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)은 다음과 같은 방법에 의하여 형성될 수 있다.
불순물 형성층(200)은 반도체 기판(10)의 전면에 제2 도전형의 제1 불순물(201)을 도핑하여 형성될 수 있다. 제1 불순물(201)을 도핑하는 방법으로는 열 확산법, 이온 주입법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.
열 확산법은 반도체 기판(10)을 가열한 상태에서 제1 불순물의 기체 화합물(일례로, BBr3)을 확산시켜 제1 불순물을 도핑하는 것이다. 제조 공정이 단순하여 비용이 저렴한 장점이 있다.
이온 주입법은 제1 불순물(201)을 이온 주입한 후에 활성화 열처리하여 도핑하는 것이다. 이를 좀더 상세하게 설명하면, 일반적으로 이온 주입 후에는 반도체 기판(10)이 손상 또는 파괴되어 다수의 격자 결함 등이 존재하게 되어 전자나 정공의 이동도를 저하시키고, 이온 주입된 불순물은 격자 위치가 아닌 위치에 위치하여 활성화되지 않는다. 이에 따라 활성화 열처리를 통하여 이온 주입된 불순물을 활성화한다. 이러한 이온 주입법은 수평 방향(lateral direction)으로의 도핑을 줄일 수 있어 집적도를 향상할 수 있으며 농도를 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 원하는 일면에만 도핑이 가능한 단면 도핑으로 반도체 기판(10)의 전면 및 후면을 서로 다른 불순물로 도핑할 경우에 쉽게 적용할 수 있다.
이러한 불순물 형성층(200)은 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지도록 형성되어, 전체적으로 균일한 저항을 가질 수 있다.
불순물 형성층(200)을 형성한 후에 불순물 형성층(200) 위로 제2 불순물(202)을 가지는 제1 패시베이션 막(21)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 패시베이션 막(21)은 알루미늄 산화물을 포함할 수 있으므로, 다양한 방법에 의하여 간단하게 형성될 수 있다. 일례로, 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 원자층 증착법은 저온 박막 증착 공정으로 공정 상 유리하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
제1 패시베이션 막(21)을 형성한 후에 제1 패시베이션 막(21) 위로 반사 방지막(22)을 형성한다. 이러한 반사 방지막(22)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
다음으로, 반도체 기판(10)의 후면에 형성되는 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)은 다음과 같은 방법에 의하여 형성될 수 있다.
후면 전계층(30)은 반도체 기판(10)의 후면에 제1 도전형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 제1 도전형 불순물을 도핑하는 방법으로는 열 확산법, 이온 주입법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 열 확산법, 이온 주입법 등에 대해서는 불순물 형성층(200)을 설명하면서 이미 설명하였으므로, 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서 후면 전계층(30)은 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지도록 형성되어, 전체적으로 균일한 저항을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후술한 실시예에서와 같이 선택적인 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 후면 전계층(30)을 형성한 후에 후면 전계층(30) 위로 제2 패시베이션 막(32)을 형성한다. 제2 패시베이션 막(32)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이때, 반도체 기판(10)의 전면 쪽에서 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(31) 및 반사 방지막(22)을 형성하는 공정이 차례로 수행되고, 반도체 기판(10)의 후면 쪽에서 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성하는 공정이 차례로만 수행된다면, 공정 순서는 다양하게 변형될 수 있다.
즉, 반도체 기판(10)의 전면에 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 차례로 형성한 후에, 반도체 기판(10)의 후면에 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성할 수 있다. 이와 반대로, 반도체 기판(10)의 후면에 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성한 후에, 반도체 기판(10)의 전면에 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 차례로 형성할 수 있다.
또는, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 각기 불순물 형성층(200) 및 후면 전계층(30)을 동시에 또는 순차로 형성할 수 있다. 그 후에, 제1 패시베이션 막(21)과 제2 패시베이션 막(32)을 형성한 후에 반사 방지막(22)을 형성할 수 있고, 또는 제1 패시베이션(21)을 형성한 후에 제1 패시베이셔 막(32) 및 반사 방지막(22)을 동시에 또는 순차로 형성할 수 있다.
이외의 다양한 공정 순서에 따라 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21), 반사 방지막(22), 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성할 수 있다.
이어서, 도 2c에 도시한 바와 같이, 제1 패시베이션 막(21)을 선택적으로 가열하여, 도 2d에 도시한 바와 같이, 제1 부분(20a)과 제2 부분(20b)을 가지는 에미터층(20)을 형성한다.
좀더 상세하게 설명하면, 제1 패시베이션 막(21) 중 제2 부분(20b)에 대응하는 부분을 선택적으로 가열하여 제1 패시베이션 막(21) 내의 제2 도전형의 제2 불순물(202)을 반도체 기판(10)의 내부 쪽으로 확산시킨다. 그러면 제2 부분(20b)에서만 제2 불순물(202)이 확산되므로, 제2 부분(20b)에는 불순물 형성층(도 2b의 참조부호 200, 이하 동일) 형성 시 도핑된 제1 불순물(201)과 함께 제2 불순물(202)을 포함하게 된다. 반면, 제1 부분(20a)에서는 불순물 형성층(도 2b의 참조부호 200, 이하 동일) 형성 시 도핑된 제1 불순물(201)만이 존재하게 된다. 즉, 선택적으로 가열된 부분에 대응하여 제1 불순물(201)과 제2 불순물(202)을 모두 구비하여 상대적으로 낮은 저항을 가지는 제2 부분(20b)이 형성되고, 선택적으로 가열되지 않은 나머지 불순물 형성층(200)의 부분은 제1 부분(20a)을 형성하게 된다. 이때, 제2 부분(20b)은 제1 부분(20a)보다 깊은 도핑 깊이를 가질 수 있다.
제2 부분(20b)에 대응하는 부분을 선택적으로 가열하기 위한 다양한 방법이 사용될 수 있는데, 일례로 레이저(210)를 조사하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같이 레이저(210)를 이용하여 제1 패시베이션 막(21) 내에 포함된 제2 불순물(202)을 확산시켜 선택적 구조를 가지는 불순물층(좀더 구체적으로, 에미터층(20) 등)의 제조가 단순화되고 제조된 불순물층의 특성이 향상될 수 있다.
즉, 종래에는 마스크 등을 이용하여 각 부분의 불순물 주입량을 서로 다르게 하여 이온 주입을 하는 것에 의하여 선택적 구조를 가지는 불순물층을 형성하였다. 이 경우에는 마스크의 얼라인이 정밀하게 이루어지지 않을 수 있으며, 마스크 제작의 한계 때문에 고농도 부분의 선폭을 줄이는데도 한계가 있었다. 일례로, 이러한 방법에 의하면 고농도 부분의 선폭은 최소 500㎛ 정도였다. 또한, 불순물 주입량이 많은 부분에서 반도체 기판이 많이 손상되어 이후에 이를 회복하기 위하여 반도체 기판 전체에 높은 온도의 열처리를 수행하여야 한다.
또는, 종래에 사용하던 레이저 도핑 선택적 에미터(laser doping selective emitter, LDSE) 법에서는 반사 방지막(22)을 형성한 다음 반사 방지막(22) 위로 제2 도전형의 별도의 도핑용 층을 형성한 다음 레이저를 조사하여 이를 반도체 기판(10)의 내부로 확산시키는 방법을 사용하였다. 이에 따르면 실리콘을 포함하는 반도체 기판(10)에 대한 제2 도전형 불순물의 용해도가 낮은 경우(예를 들어, 붕소)에, 레이저가 높은 에너지 밀도를 가져야 한다. 이에 의하여 레이저 도핑 과정에서 반도체 기판(10)이 용융되어 결함이 발생할 할 수 있다. 또한, 불순물 도핑이 반사 방지막(22)을 통하여 이루어져야 하므로, 실제로 도핑이 되어야 하는 반도체 기판(10)에서의 도핑 조절이 어려울 수 있으며, 별도의 도핑용 층을 형성하는 공정 및 이를 제거하기 위한 세정 공정이 추가되어야 한다.
반면, 본 실시예에 따르면 레이저(210)를 사용하여 레이저 장치 내에 입력된 패턴에 따라 선택적으로 가열이 가능하며, 선폭을 최소화할 수 있다. 일례로, 제2 부분(20b)의 선폭을 150~350㎛ 정도까지 구현할 수 있다. 또한, 불순물 형성층(200)과 제1 패시베이션 막(21)이 서로 접촉한 상태에서 제1 패시베이션 막(21)으로부터 제2 불순물을 확산시키므로 도핑 조절을 쉽게 할 수 있다. 이에 따라 형성된 에미터층(20)의 특성을 향상할 수 있다.
그리고 반도체 기판(10)의 전면을 패시베이션 하기 위한 제1 패시베이션 막(21) 내에 포함된 제2 불순물을 확산시켜 선택적인 가열에 의하여 확산시키는 것에 의하여 제2 부분(20b)을 형성할 수 있다. 따라서, 별도의 도핑용 층을 형성하고 이를 제거하는 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있다.
본 실시예에서는 레이저(210)로는 다양한 레이저를 사용할 수 있다. 일례로 Nd-YVO4를 사용할 수 있다. 그리고 제2 부분(20b)을 형성하기에 적절한 온도로 제2 부분(20b)이 가열될 수 있는데, 일례로 1200~1600℃로 가열될 수 있다. 이는 반도체 기판(10)의 용융 온도인 1400℃를 고려한 것이며, 제1 패시베이션 막(21)의 제2 불순물(202)이 쉽게 확산할 수 있는 범위이다.
레이저(210)를 조사한 후에 별도의 열처리를 수행할 수도 있다. 또는, 제1 전극(도 2e의 참조부호 24, 이하 동일) 및 제2 전극(도 2e의 참조부호 34)을 형성한 후에 수행되는 열처리에 의하여 열처리될 수도 있다.
이와 같이, 제1 패시베이션 막(21)을 선택적으로 가열할 때, 레이저(210)에 의하여 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)에 개구부(204)가 함께 형성될 수 있다. 그러면, 개구부(204)가 정확하게 제2 부분(20b)이 형성된 부분에 형성되므로, 이 개구부(204) 내로 형성되는 제1 전극(24)과의 얼라인을 정확하게 맞출 수 있다.
이어서, 도 2e에 도시한 바와 같이, 제2 부분(20a)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)과 후면 전계층(30)(또는, 반도체 기판(10))에 전기적으로 연결되는 제2 전극(34)을 형성한다.
제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)에 형성된 개구부(204) 내에 도금법, 증착법 등의 다양한 방법으로 제1 전극(24)을 형성할 수 있다. 그리고 후면 전계층(30)에 개구부(304)를 형성하고, 이 개구부(304) 내에 도금법, 증착법 등의 다양한 방법으로 제2 전극(34)을 형성할 수 있다.
이때, 후속 열처리를 수행할 수 있는데, 이 후속 열처리에서 레이저(210)에 의해 형성된 제2 부분(20b)도 함께 열처리될 수 있다. 이러한 후속 열처리는 일례로, 질소 분위기의 200~4000℃ 온도에서 1분 내지 100분 정도로 수행될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후속 열처리가 다양한 공정 조건에서 수행될 수 있음은 물론이다.
또는, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 제1 및 제2 패시베이션 막(21, 32) 상에 스크린 인쇄 등으로 도포한 후에 파이어 스루(fire through) 또는 레이저 소성 컨택(laser firing contact) 등을 하여 상술한 형상의 제1 및 제2 전극(32, 34)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제2 패시베이션 막(32)에 형성되는 개구부(204)를 형성하는 공정을 별도로 수행하지 않아도 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 선택적인 에미터 구조를 가지는 에미터층(20)을 간단한 공정으로 형성할 수 있으며, 에미터층(20)의 특성 및 에미터층(20)과 제1 전극(24)과의 얼라인 특성 등을 향상할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분은 상술한 설명과 동일한 바 이에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100a)에서는, 후면 전계층(30)이 선택적인 구조를 가질 수 있다. 즉, 후면 전계층(30)이 제2 전극들(34) 사이에 대응하여 형성되는 제1 부분(30a)과, 제2 전극(34)과 접촉 형성되며 제1 부분(30a)보다 높은 도핑 농도로 도핑되어 제1 부분(30a)보다 낮은 저항을 가지는 제2 부분(30b)을 포함할 수 있다. 제2 부분(30b)의 도핑 깊이가 제1 부분(30a)의 도핑 깊이보다 클 수 있다.
그러면, 후면 전계층(30)의 제1 부분(30a)에서 전자와 정공의 재결합을 효과적으로 방지하면서, 제2 부분(30b)이 상대적으로 작은 저항을 가져 제2 전극(34)과의 접촉 저항을 줄일 수 있다. 따라서, 전자와 정공의 재결합에 따른 손실이 감소하고, 동시에 광전효과에 의해 생성된 전자 또는 정공을 제2 전극(34)으로 전달하는 능력은 더욱 향상되므로, 태양전지(100a)의 효율을 더욱 향상할 수 있다.
이러한 구조의 후면 전계층(30)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
일례로, 후면 전계층(30)을 형성할 때(도 2b 참조) 빗 형상의 마스크 등을 이용하여 제1 도전형 불순물을 이온 주입할 수 있다. 그러면, 제2 부분(30b)에 해당하는 부분에 좀더 도핑 농도로 제1 도전형 불순물이 이온 주입되어 제2 부분(30b)이 상대적으로 낮은 저항을 가질 수 있다. 또는, 제1 도전형 불순물을 이온 주입하여 후면 전계층(30)을 형성할 때(도 2b 참조) 이온 주입을 복수 회수로 수행하여 제2 부분(30b)이 상대적으로 낮은 저항을 가지도록 할 수 있다.
또는, 도 4a 내지 도 4f에 도시한 바와 같이, 레이저 도핑 선택적 에미터(laser doping selective emitter, LDSE) 법을 사용할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)을 준비한다.
이어서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 후면 전계층(30) 및 제2 패시베이션 막(32)을 형성한다.
이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 제2 패시베이션 막(32) 위로 제1 도전형 불순물을 가지는 별도 도핑용 층(320)을 형성한다. 별도 도핑용 층(320)은 제1 도전형 불순물(일례로, 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등)을 포함하는 다양한 층일 수 있다. 이러한 별도 도핑용 층(320)은 코팅 등의 방법에 의하여 제2 패시베이션 막(32) 위에 형성될 수 있다.
이어서, 도 4d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면을 레이저(210)을 이용하여 선택적으로 가열하고, 반도체 기판(10)의 후면을 레이저(310)를 이용하여 선택적으로 가열한다.
그러면 반도체 기판(10)의 전면에서는 제1 패시베이션 막(21)에 포함된 제2 불순물이 확산되어 에미터층(20)의 제2 부분(20b)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에서는 별도 도핑용 층(320)에 포함된 제1 도전형 불순물이 확산되어 후면 전계층(30)의 제2 부분(30b)을 형성한다. 이와 동시에, 에미터층(20)의 제2 부분(20b)에 대응하여 제1 패시베이션 막(21)에 개구부(204)가 형성되고, 후면 전계층(30)의 제2 부분(30b)에 대응하여 제2 패시베이션 막(32)에 개구부(304)가 형성될 수 있다.
이때, 에미터층(20)의 제2 부분(20b)을 형성하도록 반도체 기판(10)의 전면에 선택적으로 레이저를 조사한 다음 후면 전계층(30)의 제2 부분(30b)을 형성하도록 반도체 기판(10)의 후면에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있다. 후면 전계층(30)의 제2 부분(30b)을 형성하도록 반도체 기판(10)의 전면에 선택적으로 레이저를 조사한 다음 에미터층(20)의 제2 부분(20b)을 형성하도록 반도체 기판(10)의 후면에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있다.
또는, 도 4d에 도시한 바와 같이, 양면에서 레이저(210, 310)를 동시에 조사하여 에미터층(20)의 제2 부분(20b) 및 후면 전계층(30)의 제2 부분(30b)에 함께 형성할 수도 있다. 이에 의하면 공정을 좀더 단순화할 수 있다.
이어서, 별도 도핑용 층(320)을 제거한 후에, 도 4f에 도시한 바와 같이, 개구부(204, 304)에 각기 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다. 상술한 실시예들와 동일 또는 극히 유사한 부분은 상술한 설명과 동일한 바 이에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100b)에서는, 후면 전계층(30c)이 제2 전극(34)이 형성된 부분에 국부적으로 형성될 수 있다. 이에 따르면 제2 전극(34)과의 접촉 저항을 저감시키면서도 후면에서의 재결합 확률을 낮출 수 있어, 태양 전지(100b)의 효율을 향상할 수 있다.
이러한 구조의 후면 전계층(30c)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
일례로, 후면 전계층(30c)을 형성할 때(도 2b 참조) 마스크 등을 이용하여 제1 도전형 불순물을 이온 주입할 수 있다.
또는, 도 6a 내지 도 6f에 도시한 바와 같이, 레이저 도핑 선택적 에미터법을 사용하여 후면 전계층(30c)을 형성할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 위에서 설명한 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)을 준비한다.
이어서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 불순물 형성층(200), 제1 패시베이션 막(21) 및 반사 방지막(22)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 제2 패시베이션 막(32)을 형성한다. 즉, 상술한 실시예들과 다르게 제2 패시베이션 막(32)을 형성하기 전에 후면 전계층(32c)을 형성하지 않는다.
이어서, 도 6c에 도시한 바와 같이, 제2 패시베이션 막(32) 위로 제1 도전형 불순물을 가지는 별도 도핑용 층(320)을 형성한다.
이어서, 도 6d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면을 레이저(210)을 이용하여 선택적으로 가열하고, 반도체 기판(10)의 후면을 레이저(310)를 이용하여 선택적으로 가열한다.
그러면 도 6e에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에서는 제1 패시베이션 막(21)에 포함된 제2 불순물이 확산되어 에미터층(20)의 제2 부분(20b)이 형성되고, 반도체 기판(10)의 후면에서는 별도 도핑용 층(320)에 포함된 제1 도전형 불순물이 확산되어 국부적인 구조의 후면 전계층(30c)이 형성된다. 이와 동시에, 에미터층(20)의 제2 부분(20b)에 대응하여 제1 패시베이션 막(21)에 개구부(204)가 형성되고, 후면 전계층(30c)에 대응하여 제2 패시베이션 막(32)에 개구부(304)가 형성될 수 있다. 이어서, 별도 도핑용 층(320)을 제거한 후에, 도 6f에 도시한 바와 같이, 개구부(204, 304)에 각기 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성한다.
이하, 본 발명의 실험예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 아래의 실험예는 본 발명을 좀더 예시하기 위한 것에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예
n형 반도체 기판을 준비하고, 열확산법에 의하여 p형 불순물인 보론을 도핑하여 반도체 기판의 전면에 에미터층을 형성하고, n형 불순물인 인(P)을 도핑하여 반도체 기판의 후면에 후면 전계층을 형성하였다. 반도체 기판의 전면에 알루미늄 산화물을 포함하는 전면 패시베이션 막 및 실리콘 질화물을 포함하는 반사 방지막을 형성하고, 반도체 기판의 후면에 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 포함하는 후면 패시베이션 막을 형성하였다. 그리고 반도체 기판의 전면에서 레이저를 조사하여 전면 패시베이션 막을 선택적으로 가열하여 알루미늄을 확산시켜 에미터층의 제2 부분을 형성하였다. 그리고 반도체 기판의 후면에 제2 전극용 페이스트를 스크린 인쇄법에 의하여 형성하고, 반도체 기판의 전면에 제1 전극용 페이스트를 스크린 인쇄법에 의하여 형성한 다음, 소성하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하였다. 그리고 아이솔레이션 공정을 수행하였다.
비교예
에미터층의 제2 부분을 형성하는 방법을 제외하고는 실험예와 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. 즉, 비교예에서는 전면 패시베이션 막이 실리콘 산화물을 포함한다. 반사 방지막을 형성한 후에 반사 방지막 위에 에미터층의 제2 부분에 대응하도록 알루미늄을 포함하는 별도의 도핑용 층을 형성하고, 별도의 도핑용 층에 레이저를 조사하여 알루미늄을 확산시켜 에미터층의 제2 부분을 형성한 다음, 별도의 도핑용 층을 제거하였다. 다른 공정은 실험예과 동일하였다.
실험예에 따라 제조된 태양 전지와 비교예에 따라 제조된 태양 전지에서 반도체 기판의 전면으로부터의 거리에 따른 보론 및 알루미늄 농도를 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 농도 및 거리는 상대값으로 표시하였다.
도 7을 참조하면, 실험예의 보론 농도와 비교예의 보론 농도가 서로 유사한 값을 가지며, 실험예의 알루미늄 농도와 비교예의 알루미늄 농도가 서로 유사한 값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 실험예에서는 별도의 도핑용 층을 형성하고 이를 제거하는 공정을 수행하지 않아도 되어 공정을 단순화하면서도, 알루미늄의 농도는 유사한 값을 가지는 것을 알 수 있다. 결과적으로 실험예에서는 우수한 품질의 선택적 구조를 가지는 에미터층을 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
이때, 알루미늄의 농도가 보론의 농도보다 대체적으로 높아서 에미터층의 제2 부분의 저항을 효과적으로 저감할 수 있다.
앞선 도면들에서는 레이저에 의해 형성된 반사 방지막(21) 및 전면 패시베이션 막(22)에 형성된 개구부(204)의 단면 측면과, 후면 패시베이션 막(32)에 형성된 개구부(304)의 단면 측면이 반도체 기판(10)과 수직한 것으로 도시하였다. 즉, 개구부(204, 304)가 각기 그 깊이 방향에서 면적이 변하지 않는 것을 예시하였다. 그러나 실제로는 레이저에 의해 형성된 개구부(204, 304)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 단면 측면이 약간 경사지거나, 라운드진 형상을 가질 수 있는 등의 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 이때, 개구부(204)의 가장자리 부분에 반사 방지막(21) 및 전면 패시베이션 막(22)이 녹아서 남는 부분이 존재할 수 있으며, 개구부(304)의 가장자리 부분에 후면 패시베이션 막(32)이 녹아서 남는 부분이 존재할 수 있다. 도 8에서는 개구부(204, 304) 형상을 좀더 상세하게 보여주기 위하여 레이저에 의하여 개구부(204, 304)가 형성된 상태를 도시하였다.
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
10: 반도체 기판
20: 에미터층
21: 제1 패시베이션 막
22: 반사 방지막
30: 후면 전계층
32: 제2 패시베이션 막
10: 반도체 기판
20: 에미터층
21: 제1 패시베이션 막
22: 반사 방지막
30: 후면 전계층
32: 제2 패시베이션 막
Claims (19)
- 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 불순물층을 구비하는 태양 전지의 제조 방법에 있어서,
제1 도전형의 반도체 기판을 준비하는 단계;
상기 반도체 기판의 제1 면에 제2 도전형의 제1 불순물을 도핑하여 불순물 형성층을 형성하는 단계;
상기 불순물 형성층 위에 상기 제2 도전형의 제2 불순물을 포함하는 패시베이션 막을 형성하는 단계;
상기 제2 부분에 대응하도록 상기 패시베이션 막을 가열하여 상기 제2 불순물을 상기 반도체 기판의 내부로 확산시켜 상기 제2 부분을 형성하고 나머지 상기 불순물 형성층이 제1 부분을 이루도록, 상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계; 및
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계 이후에 상기 제2 부분에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계에서는, 상기 제2 부분에 대응하는 부분에서 상기 패시베이션 막에 개구부가 형성되고,
상기 제1 전극을 형성하는 단계에서는, 상기 개구부를 관통하여 상기 제2 부분에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계는, 상기 제2 부분에 대응하여 상기 패시베이션 막에 레이저를 조사하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 불순물과 상기 제2 불순물이 서로 다른 태양 전지의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 불순물층의 상기 제1 부분은 상기 제1 불순물을 포함하고,
상기 불순물층의 상기 제2 부분은 상기 제1 불순물 및 상기 제2 불순물을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형이 n형이고, 상기 제2 도전형이 p형이며,
상기 불순물층이 에미터층이고,
상기 제2 불순물이 알루미늄을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 패시베이션 막이 알루미늄 산화물을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 패시베이션 막의 두께가 5~20nm인 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계에서는, 상기 제2 부분에 대응하는 상기 패시베이션 막이 1200~1600℃의 온도로 가열되는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 패시베이션 막을 형성하는 단계와 상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계 사이에, 상기 패시베이션 막 위에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계에서는 상기 반사 방지막 위에서 레이저를 조사하는 태양 전지의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 패시베이션 막을 선택적으로 가열하는 단계에서는, 상기 레이저에 의하여 상기 제2 부분에 대응하는 부분에서 상기 패시베이션 막 및 상기 반사 방지막에 상기 개구부가 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반도체 기판의 다른 면에 후면 전계층을 형성하는 단계
를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 후면 전계층이 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 태양 전지의 제조 방법. - 제1 도전형의 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 제1 면에 형성되며, 제2 도전형의 제1 불순물을 포함하여 제1 저항을 가지는 제1 부분과 상기 제1 불순물 및 상기 제2 도전형의 제2 불순물을 포함하여 상기 제1 저항보다 작은 제2 저항을 가지는 제2 부분을 가지는 에미터층;
상기 에미터층 위에 형성되며 상기 제2 불순물을 포함하는 패시베이션 막;
상기 제2 부분에 대응하는 부분에서 상기 패시베이션 막을 관통하여 상기 제2 부분에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
상기 반도체 기판에 전기적으로 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 불순물과 상기 제2 불순물이 서로 다른 물질이고,
상기 제2 부분에서 상기 제2 불순물의 농도가 상기 제1 불순물의 농도보다 높은 태양 전지. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 제2 불순물이 알루미늄을 포함하는 태양 전지. - 제14항에 있어서,
상기 패시베이션 막이 알루미늄 산화물을 포함하는 태양 전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 불순물이 보론을 포함하는 태양 전지. - 제14항에 있어서,
상기 패시베이션 막의 두께가 5~20nm인 태양 전지.
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