KR102044466B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 반도체 기판의 후면에 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 형성하는 단계; 에미터부 위에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 보호막 페이스트를 형성하는 단계; 보호막의 일부 영역을 선택적으로 열처리하여 에미터부의 일부 영역에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부를 형성하는 단계; 에미터부 및 후면 전계부 위에 위치하는 보호막 페이스트의 일부 영역에 복수의 개구부를 형성하여 보호막을 형성하는 단계; 에미터부에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계; 및 후면 전계부에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 전지 및 그 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(conductive 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, 생성된 전자-정공 쌍은 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명은 태양 전지의 제조 공정을 단순화하고 태양 전지의 효율을 향상시키는데, 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판의 후면에 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부를 형성하는 단계; 에미터부 위에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 보호막 페이스트를 형성하는 단계; 보호막의 일부 영역을 선택적으로 열처리하여 에미터부의 일부 영역에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부를 형성하는 단계; 에미터부 및 후면 전계부 위에 위치하는 보호막 페이스트의 일부 영역에 복수의 개구부를 형성하여 보호막을 형성하는 단계; 에미터부에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계; 및 후면 전계부에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 보호막 페이스트를 형성하는 단계에서, 보호막 페이스트에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물 농도는 에미터부에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물 농도보다 높을 수 있다.
여기서, 보호막 페이스트는 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함할 수 있다.
또한, 보호막 페이스트를 형성하는 단계에서, 보호막 페이스트의 형성 두께는 10nm ~ 25nm 사이일 수 있다.
또한, 후면 전계부를 형성하는 단계는 보호막 페이스트의 일부 영역에 선택적으로 레이저 빔을 조사하여, 보호막 페이스트에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물을 에미터부의 일부 영역에 확산시켜 후면 전계부를 형성할 수 있다.
또한, 에미터부를 형성하는 단계는 확산로 내에서 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 공정 가스를 이용하여 반도체 기판의 후면에 제2 도전성 타입의 불순물을 확산시킬 수 있다. 이때, 에미터부를 형성하는 단계의 공정 온도는 800℃ ~ 900℃ 사이일 수 있다. 아울러, 공정 가스는 POCl3 가스를 포함할 수 있다.
또한, 보호막 페이스트에 복수의 개구부를 형성하는 단계는 레이저 빔을 에미터부 위에 위치하는 보호막 페이스트의 일부 영역 및 후면 전계부 위에 위치하는 보호막 페이스트의 일부 영역에 각각 선택적으로 조사하여 복수의 개구부를 형성할 수 있다.
이때, 보호막 페이스트에 복수의 개구부를 형성하는 단계에 사용되는 레이저 빔의 파워는 후면 전계부를 형성시키는 단계에 사용되는 레이저 빔의 파워보다 클 수 있다.
또한, 보호막 페이스트에 복수의 개구부를 형성하는 단계는 복수의 개구부를 구비한 마스크를 보호막 페이스트 위에 형성하는 단계; 및 마스크의 개구부에 의해 노출된 보호막 페이스트의 일부 영역을 식각하여 보호막 페이스트에 복수의 개구부를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판; 반도체 기판 후면의 일부 영역에 위치하며, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부; 반도체 기판 후면의 나머지 일부 영역에 위치하며, 제1 도전성 타입의 불순물을 반도체 기판보다 고농도로 함유하는 후면 전계부; 에미터부 및 후면 전계부 위에 위치하며, 에미터부 및 후면 전계부 각각이 노출되는 복수의 개구부를 구비하는 보호막; 에미터부에 연결되는 제1 전극; 및 후면 전계부에 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 보호막은 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유할 수 있다.
여기서, 보호막은 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함할 수 있으며, 보호막의 두께는 10nm ~ 25nm 사이일 수 있다.
또한, 보호막에 함유된 불순물의 농도는 에미터부 또는 후면 전계부의 불순물 농도보다 높을 수 있다.
본 발명은 보호막 페이스트를 후면 전계부의 도펀트 주입원으로 이용하면서, 동시에 보호막 페이스트를 태양 전지의 보호막으로 활용할 수 있어, 태양 전지의 제조 공정을 보다 단순화할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법은 p 타입의 반도체 영역을 갖는 후면 전계부 또는 에미터부를 형성하기 위하여, 확산로 내에서 상대적으로 고온의 환경에서 장시간 노출시키는 대신에, 레이저 공정을 이용하므로 반도체 기판에 대한 특성 저하를 최소화할 수 있어, 태양 전지의 효율도 보다 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양 전지의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양 전지(1)에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양 전지의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
구체적으로 도 1은 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에서 도시한 태양 전지(1)를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 반도체 기판(110), 반도체 기판(110)의 제1 면, 즉 전면(SF1) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 반도체 기판(110)의 제1 면과 반대면인 제2 면, 즉 후면(SF2) 위에 위치하는 복수의 에미터부(121), 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 나란하게 뻗어 있는 복수의 후면 전계부(172)(back surface field, BSF), 복수의 에미터부(121) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제2 전극(142) 및 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 중 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이에 배치되는 보호막(150)을 포함할 수 있다.
한편, 여기의 도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 태양 전지(1)가 반사 방지부(130)가 포함되는 것을 일례로 도시하고 있지만, 생략되는 것도 가능하다.
그러나, 반사 방지부(130)가 형성된 경우, 태양 전지(1)의 광전 효율이 더욱 향상될 수 있으므로, 이하에서는 반사 방지부(130)가 태양 전지(1)에 포함된 것을 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 결정질 반도체 기판(110)일 수 있다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등과 같은 결정질 실리콘일 수 있다. 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 반도체 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 반도체 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑된다.
이러한 반도체 기판(110)은 입사면이 텍스처링(texturing)되어 요철면을 갖는다. 편의상 도 1에서, 반도체 기판(110)의 가장자리 부분만 요철면으로 도시하였지만, 실질적으로 반도체 기판(110)의 전면(SF1) 전체가 요철면을 갖고 있으며, 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면(SF1) 위에 위치한 반사 방지부(130) 역시 요철면을 가질 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 다르게, 반도체 기판(110)은 전면뿐만 아니라 후면에도 요철 면을 가질 수 있으나, 설명의 편의상 반도체 기판(110)의 전면(SF1)에만 요철이 형성된 경우를 일례로 설명한다.
반사 방지부(130)는 반도체 기판(110)의 전면(SF1) 위에 위치할 수 있으며, 태양 전지(1)로 입사되는 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 빛의 반사도를 줄이고, 아울러, 반도체 기판(110)의 전면(SF1)에 존재하는 뎅글링 결합(dangling bond)을 감소하여 반도체 기판(110)의 전면(SF1)으로 이동하는 전자나 정공과 같은 캐리어가 뎅글링 결합에 의해 재결합되는 것을 방지하는 패시베이션 기능도 함께 수행할 수 있다.
이에 따라, 반사 방지부(130)는 태양 전지(1)의 효율을 높일 수 있다. 이러한 반사 방지부(130)는 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 산화 질화막(SiOxNy), 실리콘 질화막(SiNx), 아연 산화막(ZnO;Zinc Oxide) 또는 알루미늄 아연 산화막(AZOx;aluminum zinc oxide) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 물질도 사용이 가능하다.
이와 같은, 반사 방지부(130)는 도 1 및 도 2에서는 단일막 구조를 갖는 것으로 도시하고 있으나, 이와 다르게 이중막 구조나 다층막 구조로도 형성할 수 있다.
복수의 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 위에서 일정한 방향으로 복수의 후면 전계부(172)와 나란하게 뻗어 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)는 반도체 기판(110) 위에서 번갈아 위치할 수 있다.
각 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 형성되며, 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있어, 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있다.
반도체 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 의해, 반도체 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 반도체 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 분리된 정공은 각 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 반도체 기판(110)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.
각 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동할 수 있다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
이와 같은 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 제2 도전성 타입의 불순물을 확산시켜 형성할 수도 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 제1 도전성 타입의 불순물을 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유한 영역이다. 예를 들어, 반도체 기판(110)이 n형 타입의 불순물을 포함하는 경우, 복수의 후면 전계부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 배치되며, 에미터부(121)와 나란하게 정해진 방향으로 뻗어 형성될 수 있다. 여기서, 후면 전계부(172)는 에미터부(121)와 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 접하여 형성될 수 있다.
이러한 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 전하(예, 전자) 이동을 용이하게 한다. 따라서, 후면 전계부(172) 및 그 부근 또는 제1 및 제2 전극(141, 142)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킬 수 있다.
복수의 제1 전극(141) 각각은 복수의 에미터부(121) 위에 위치하여 복수의 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있고, 복수의 에미터부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제2 전극(142)은 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하여 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 후면 전계부(172)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 각 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
이와 같은 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수도 있고, 이와 다르게, 투명 도전성 금속, 예를 들어 TCO를 포함하여 형성될 수도 있다.
보호막(150)은 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 중 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 영역, 즉, 보호막(150)은 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 모두에 접하는 위치에 형성될 수 있다.
이와 같은 보호막(150)은 제1 전극(141)과 제2 전극(142)의 사이를 절연시키며, 아울러, 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 존재하는 뎅글링 결합(dangling bond)을 감소시켜 반도체 기판(110)의 후면(SF2)으로 이동하는 전자나 정공과 같은 캐리어가 뎅글링 결합에 의해 재결합되는 것을 방지하는 패시베이션 기능도 함께 수행할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반도체 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이들 전자-정공 쌍은 반도체 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)으로 전달되어 제1 및 제2 전극(141, 142)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 태양 전지(1)에서, 보호막(150)은 비전도성 절연 물질을 포함할 수 있으며, 태양 전지(1)의 제조 공정 시간을 단축시키고, 반도체 기판(110)의 특성 하락을 방지하기 위하여 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유할 수 있다.
예를 들어, 보호막(150)은 에미터부(121)에 함유되는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하거나, 후면 전계부(172)에 함유되는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유할 수 있다.
일례로, 반도체 기판(110)에 함유된 도전성 타입의 불순물이 n 형이고, 후면 전계부(172)에 함유된 불순물이 n+ 타입이고, 에미터부(121)에 함유된 불순물이 p+ 타입인 경우, 보호막(150)은 에미터부(121)의 도전성 타입과 동일한 p 타입의 불순물을 함유할 수 있다.
이와 같은 경우, 일례로, 보호막(150)은 p 타입의 불순물 중에서 알루미늄을 포함하는 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하여 형성될 수 있다.
또는 전술한 바와 반대로, 보호막(150)이 에미터부(121)의 도전성 타입과 동일한 n 타입의 불순물을 함유하는 것도 가능하다. 이때, 보호막(150)의 두께는 10nm ~ 25nm 사이로 형성될 수 있다.
이때, 보호막(150)에 함유된 불순물의 농도는 에미터부(121) 및 후면 전계부(172) 중 어느 하나의 불순물의 농도보다 높을 수 있다.
예를 들어, 반도체 기판(110)에 함유된 도전성 타입의 불순물이 n 형이고, 후면 전계부(172)에 함유된 불순물이 n+ 타입이고, 에미터부(121)에 함유된 불순물이 p+ 타입이고, 보호막(150)이 p 타입 불순물을 함유한 경우, 보호막(150)에 함유된 p 타입 불순물의 농도는 후면 전계부(172)에 함유된 n+ 타입 불순물의 농도보다 높을 수 있다.
이에 대한 효과에 대해서는 본 발명에 다른 태양 전지(1)의 제조 방법에서 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판(110)을 준비한다. 예를 들어, 반도체 기판(110)은 p 타입의 불순물을 함유하거나 n타입의 불순물을 함유한 반도체 기판(110)일 수 있다. 이하에서는 반도체 기판(110)이 제1 도전성 타입, 예를 들어 p타입의 불순물을 함유하는 것을 예로 들어 설명한다.
이때, 반도체 기판(110)의 전면(SF1)은 전술한 바와 같이, 텍스처링 처리되어 있을 수 있다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 전체면에 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(121)를 형성할 수 있다. 일례로, 에미터부(121)는 제2 도전성 타입의 불순물로서, n 타입의 불순물이 고농도로 함유된 n+ 영역으로 형성될 수 있다.
이와 같은 에미터부(121)는 확산로 내에서 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 공정 가스(예를 들어, POCl3 가스)를 이용하여, 800℃ ~ 900℃ 사이의 공정 온도에서, 반도체 기판(110)의 후면(SF2) 전체면에 제2 도전성 타입의 불순물을 확산시켜 형성될 수 있다.
이와 같이, n 타입의 불순물이 함유된 에미터부(121)를 형성하는 공정 온도는 상대적으로 온도가 낮아, 반도체 기판(110)의 특성 중 하나인 캐리어의 생존 시간(life time)이 거의 감소되지 않을 수 있다.
반도체 기판(110)의 특성 중 하나인 캐리어의 생존 시간은 반도체 기판(110)에 불순물을 주입하기 위해, 확산로 내에서 대략 1000℃ 이상의 온도에서 장시간(예를 들면, 대략 1시간 정도) 노출될 때 영향을 받을 수 있다. 그러나, POCl3 가스를 이용하여 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(121)를 형성하는 경우에는 전술한 바와 같이, 공정 온도가 상대적으로 낮아 캐리어의 생존 시간이 거의 감소되지 않을 수 있다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(121) 위에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 보호막 페이스트(P150)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 보호막 페이스트(P150)을 형성하기 위하여, 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 보호막 페이스트(P150)를 에미터부(121) 위에 도포 또는 증착한 이후, 상대적으로 낮은 온도(예를 들어 200℃이하)에서 건조(drying)할 수 있다.
이와 같이 형성된 보호막 페이스트(P150)는 이후, 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부(172)를 형성할 때에 제1 도전성 타입의 불순물의 주입원인 도펀트 페이스트로서 역할을 할 뿐만 아니라, 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에 대한 패시베이션 기능을 함께 수행할 수 있다.
이를 위해, 보호막 페이스트(P150)는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하되, 보호막 페이스트(P150)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물 농도는 에미터부(121)에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물 농도보다 높을 수 있다.
보호막 페이스트(P150)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물 농도를 에미터부(121)에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물 농도보다 높게 하는 이유는, 이후의 제조 단계에서, 보호막 페이스트(P150)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물을 이미 형성된 에미터부(121)에 주입할 때에, 에미터부(121)에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물의 농도보다 높게 과잉 보상(overcompensation)하여 후면 전계부(172)를 형성하기 위함이다.
이와 같은 보호막 페이스트(P150)는 일례로 제1 도전성 타입의 불순물로서, 알루미늄(Al)을 함유한 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 보호막(150)을 형성하는 단계에서, 보호막 페이스트(P150)는 10nm ~ 25nm 사이의 두께(T150)로 형성될 수 있다.
여기서, 보호막 페이스트(P150)의 형성 두께(T150)를 10nm 이상으로 하는 것은 보호막(150)의 패시베이션 기능을 원할히 수행하게 할 뿐만 아니라, 보호막(150)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물의 농도를 충분한 수준 이상으로 유지되도록 하여, 이후의 단계에서 에미터부(121)의 일부분(S172)을 후면 전계부(172)로 변환시킬 때, 과잉 보상(overcompensation)이 충분히 발생되도록 하기 위함이다.
아울러, 보호막 페이스트(P150)의 형성 두께(T150)를 25nm 이하로 하는 것은 보호막(150)의 패시베이션 기능과 과보상 기능이 충분한 상태에서 불필요한 재료의 소모를 최소화하기 위함이다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(S172)을 선택적으로 열처리하여 에미터부(121)의 일부 영역(S172)에 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부(172)를 형성시키는 단계를 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(S172)을 선택적으로 열처리하여, 보호막 페이스트(P150)에 함유된 고농도의 제1 도전성 타입의 불순물을 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(121)의 일부 영역(S172)으로 과잉 보상되도록 확산시킴으로써, 에미터부(121)의 일부 영역을 변화시켜 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부(172)를 형성할 수 있다.
여기서, 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(S172)을 선택적으로 열처리하는 단계는 일례로, 제1 레이저 조사 장치(LRA1)로 532nm 파장의 레이저 빔을 조사하거나 펜토초(femto second) 레이저 빔을 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(S172)에 선택적으로 및 국부적으로 조사하여 수행될 수 있다.
이에 따라, 레이저 빔이 조사된 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(S172)에 있는 고농도의 제1 도전성 타입의 불순물은 에미터부(121)의 일부 영역(S172)으로 확산되어 주입되며, 에미터부(121)에 이미 함유된 저농도의 제2 도전성 타입의 불순물에 의한 에미터부(121)의 특성은 보호막 페이스트(P150)에서 확산된 고농도의 제1 도전성 타입의 불순물에 의해 과잉 보상(overcompensation)되어 없어지고, 제1 도전성 타입의 불순물에 의한 특성만 남는 후면 전계부(172)가 형성될 수 있다.
이와 같은 후면 전계부(172) 형성 방법은 반도체 기판(110)의 특성 중 하나인 캐리어의 생존 시간이 감소되는 것을 최소화할 수 있어, 반도체 기판(110)의 특성 유지에 큰 역할을 할 수 있다.
그러나, 이와 다르게, 제1 도전성 타입의 불순물로서, p 타입의 불순물을 확산로에서 반도체 기판(110)에 확산하여 주입할 때에는, 통상적으로 공정 가스로 BBr3 가스를 이용하게 된다.
이와 같은 경우, 확산로 내에서 붕소(B)를 반도체 기판(110)에 주입하기 위한 공정 온도는 대략 1050℃ 정도에 이르고, 노출 시간도 대략 1시간 이상 유지해야한다. 이와 같은 경우, 반도체 기판(110)이 영향을 받게 되고, 반도체 기판(110)의 특성 중 하나인 캐리어의 생존 시간이 크게 감소하여, 결국 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있다.
그러나, 전술한 본 발명에 따르면, 반도체 기판(110) 전체가 고온의 환경에 노출되지 않도록 하면서, 레이저 빔을 이용하여 반도체 기판(110)의 일부 영역에 대해서만 선택적 및 국부적으로 열처리를 수행하므로, 반도체 기판(110)의 특성이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면(SF2)에는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 후면 전계부(172)와 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(121)가 형성될 수 있으며, 후면 전계부(172) 및 에미터부(121)는 서로 접하여 형성될 수 있다.
아울러, 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)의 패턴은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하게 형성될 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 태양 전지(1) 제조 방법은 도 7A 및 도 7B에 도시된 바와 같이, 에미터부(121) 및 후면 전계부(172) 위에 위치하는 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)을 식각하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)가 각각 노출되는 복수의 개구부(OP150)를 구비한 보호막(150)을 형성할 수 있다.
여기서, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하는 방법은 이하에서 레이저 빔을 이용하는 방법과 마스크(M150)를 이용하여 습식 식각하는 방법으로 수행되는 경우를 일례로 설명하고 있으나, 이와 다른 방법도 얼마든지 가능하다.
먼저, 도 7A에 도시된 바와 같이, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하는 단계는 제2 레이저 조사 장치(LRA2)로 레이저 빔을 에미터부(121) 위에 위치하는 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC) 및 후면 전계부(172) 위에 위치하는 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)에 각각 선택적으로 조사하여 복수의 개구부(OP150)를 형성할 수 있다.
이때, 레이저 빔 만을 이용하여, 도 7A의 (a)에 도시된 바와 같이, 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)에 복수의 개구부(OP150)를 형성할 수도 있지만, 레이저 빔에 의해 반도체 기판(110)의 특성이 악화되는 것을 최소화하기 위해, 도 7A의 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저 빔으로 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)에 각각 선택적으로 조사하여, 보호막 페이스트(P150)에 개구부(OP150)가 형성되지 않을 정도로 레이저 조사 영역의 최단 두께(R150)가 수nm 이하가 되도록 복수의 홈을 형성한 이후, 습식 식각 방법으로 복수의 홈의 밑면을 식각하여 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하여, 도 1 및 도 2에 도시된 보호막(150)을 형성할 수 있다.
이때, 복수의 개구부(OP150)의 폭(WSC)은 후면 전계부(172)의 폭(W172)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)가 접하는 경계면의 위치와 보호막(150)의 위치가 중첩되도록 형성될 수 있다.
여기서, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하는 단계에 사용되는 제2 레이저 조사 장치(LRA2)에 의한 레이저 빔의 파워는 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)을 식각하여야 하므로, 후면 전계부(172)를 형성시키는 단계에 사용되는 제1 레이저 조사 장치(LRA1)에 의한 레이저 빔의 파워보다 클 수 있다.
아울러, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하는 단계는, 도 7B에 도시된 바와 같이, 마스크(M150)를 이용하여 식각하는 방법으로 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 7B에 도시된 바와 같이, 복수의 개구부(OM150)를 구비한 마스크(M150)를 보호막 페이스트(P150) 위에 형성한 이후, 마스크(M150)의 개구부(OM150)에 의해 노출된 보호막 페이스트(P150)의 일부 영역(SC)을 식각하여 보호막(150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하여, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 동일한 보호막(150)을 형성할 수 있다.
그러나, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하는 방법은 이 외에도 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다.
이와 같이, 보호막 페이스트(P150)에 복수의 개구부(OP150)를 형성하면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 동일한 보호막(150)이 형성될 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)가 서로 접하는 경계면의 위치에 중첩되도록 보호막(150)이 위치할 수 있다.
즉, 보호막(150)에 형성된 복수의 개구부(OP150)를 통하여, 후면 전계부(172)와 에미터부(121) 각각의 일부 영역이 교번하여 노출되는 구조를 형성할 수 있다.
이후, 도 9에 도시된 바와 같이, 보호막(150)의 개구부(OP150)를 통하여 에미터부(121)에 연결되는 제1 전극(141)을 형성하고, 보호막(150)의 개구부(OP150)를 통하여 후면 전계부(172)에 연결되는 제2 전극(142)을 형성할 수 있다.
여기서, 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)을 형성하는 방법으로는 스크린 프린팅 방법과 도금(plating) 방법 등 어느 방법을 사용해도 무방하다. 그러나, 얼라인 문제 및 공정 과정 중 반도체 기판(110)의 특성(예를 들어, 캐리어의 라이프 타임(life time))에 미치는 영향을 고려하면, 도금 방법으로 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 형성하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 전면(SF1)에는 반사 방지부(130)를 형성하여, 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지(1)를 완성할 수 있다.
이와 같은 태양 전지 제조 방법은 보호막 페이스트(P150)를 후면 전계부(172)의 도펀트 주입원으로 이용하면서, 동시에 보호막 페이스트(150)를 태양 전지의 보호막(150)으로 활용할 수 있어, 태양 전지의 제조 공정을 보다 단순화할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법은 p 타입의 반도체 영역을 갖는 후면 전계부 또는 에미터부를 형성하기 위하여, 확산로 내에서 상대적으로 고온의 환경에서 장시간 노출시키는 대신에, 레이저 공정을 이용하므로 반도체 기판에 대한 특성 저하를 최소화할 수 있어, 태양 전지의 효율도 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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 (15)

  1. 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판의 후면에, 상기 반도체 기판에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물과 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제1 전계부를 형성하는 단계;
    상기 제1 전계부의 도전성 타입과 반대의 도전성 타입의 불순물을 상기 제1 전계부에 함유된 불순물의 농도보다 고농도로 함유하는 보호막 페이스트를 상기 제1 전계부 위에 형성하는 단계;
    상기 보호막 페이스트의 일부 영역을 선택적으로 열처리하여 상기 보호막 페이스트에 함유된 도전성 불순물을 상기 제1 전계부의 일부 영역에 확산시킴으로써, 상기 제1 전계부의 일부 영역을 상기 제1 전계부의 도전성 타입과 반대의 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제2 전계부로 형성하는 단계;
    상기 제1 전계부 및 상기 제2 전계부 위에 위치하는 상기 보호막 페이스트의 일부 영역에 복수의 개구부를 형성하여 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제1 전계부에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전계부에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양 전지 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전계부는 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하고, 상기 제2 전계부 및 상기 보호막은 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 태양 전지 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 타입은 n형이고, 상기 제2 도전성 타입은 p형이며, 상기 보호막 페이스트는 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하는 태양 전지 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 보호막 페이스트를 형성하는 단계에서, 상기 보호막 페이스트의 형성 두께는 10nm ~ 25nm 사이인 태양 전지 제조 방법.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전계부를 형성하는 단계는
    상기 보호막 페이스트의 일부 영역에 선택적으로 레이저 빔을 조사하여, 상기 보호막 페이스트에 함유된 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 상기 제1 전계부의 일부 영역에 확산시켜 상기 제2 전계부를 형성하는 태양 전지 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 전계부를 형성하는 단계의 공정 온도는 800℃ ~ 900℃ 사이인 태양 전지 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 전계부를 형성하는 단계는
    확산로 내에서 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 공정 가스를 이용하여 상기 반도체 기판의 후면에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 확산시키는 태양 전지 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 POCl3 가스를 포함하는 태양 전지 제조 방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 보호막 페이스트에 상기 복수의 개구부를 형성하는 단계는
    레이저 빔을 상기 제1 전계부 위에 위치하는 상기 보호막 페이스트의 일부 영역 및 상기 제2 전계부 위에 위치하는 상기 보호막 페이스트의 일부 영역에 각각 선택적으로 조사하여 상기 복수의 개구부를 형성하는 태양 전지 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 보호막 페이스트에 상기 복수의 개구부를 형성하는 단계에 사용되는 레이저 빔의 파워는 상기 제2 전계부를 형성시키는 단계에 사용되는 레이저 빔의 파워보다 큰 태양 전지 제조 방법.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 보호막 페이스트에 상기 복수의 개구부를 형성하는 단계는
    복수의 개구부를 구비한 마스크를 상기 보호막 페이스트 위에 형성하는 단계; 및
    상기 마스크의 개구부에 의해 노출된 상기 보호막 페이스트의 일부 영역을 식각하여 상기 보호막 페이스트에 복수의 개구부를 형성하는 태양 전지 제조 방법.
  12. 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 후면의 일부 영역에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제1 전계부;
    상기 반도체 기판 후면의 나머지 일부 영역에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제2 전계부;
    상기 제1 전계부 및 상기 제2 전계부 위에 위치하며, 상기 제1 전계부 및 상기 제2 전계부 각각이 노출되는 복수의 개구부를 구비하는 보호막;
    상기 제1 전계부에 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 전계부에 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 보호막은 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 상기 제2 전계부에 함유된 상기 제2 도전성 타입의 불순물의 농도보다 고농도로 함유하거나, 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 상기 제1 전계부에 함유된 상기 제1 도전성 타입의 불순물의 농도보다 고농도로 함유하는 태양 전지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 보호막은 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하는 태양 전지.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 보호막의 두께는 10nm ~ 25nm 사이인 태양 전지.
  15. 삭제
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