KR102055472B1 - 태양 전지의 공간적으로 위치된 확산 영역을 형성하기 위한 도펀트의 이온 주입 - Google Patents

태양 전지의 공간적으로 위치된 확산 영역을 형성하기 위한 도펀트의 이온 주입 Download PDF

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Abstract

태양 전지의 확산 영역이 제1 전도형의 도펀트로 도핑된 필름의 블랭킷 층을 사용하여 형성된다(231). 제2 전도형의 도펀트가 필름의 블랭킷 층의 선택 영역 내에 주입되어, 제2 전도형의 도펀트 소스 영역을 형성한다(232). 태양 전지의 확산 영역은 필름의 블랭킷 층으로부터의 제1 전도형의 도펀트 및 제2 전도형의 도펀트를 아래에 놓인 규소 재료 내로 확산시킴으로써 형성된다(233). 필름의 블랭킷 층은 붕소로 도핑된 P-형 도펀트 소스 층일 수 있으며, 이때 인이 P-형 도펀트 소스 층의 선택 영역 내에 주입되어, P-형 도펀트 소스 층 내에 N-형 도펀트 소스 영역을 형성한다.

Description

태양 전지의 공간적으로 위치된 확산 영역을 형성하기 위한 도펀트의 이온 주입{ION IMPLANTATION OF DOPANTS FOR FORMING SPATIALLY LOCATED DIFFUSION REGIONS OF SOLAR CELLS}
본 명세서에 기술된 발명 요지의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 발명 요지의 실시예는 태양 전지 제조 공정 및 구조에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위한 잘 알려진 장치이다. 태양 전지는 태양 방사선을 수집하기 위해 정상 작동 동안 태양을 향하는 전면(front side) 및 전면 반대편의 배면(backside)을 갖는다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선은 부하(load)와 같은 외부 전기 회로에 전력을 공급하도록 이용될 수 있는 전하를 생성한다.
태양 전지 제조 공정은 전형적으로 마스킹(masking), 에칭(etching), 침착, 확산 및 다른 단계를 수반하는 다수의 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예는 감소된 제조 비용 및 더 높은 처리량을 위한 감소된 수의 단계를 가진 태양 전지 공정을 제공한다.
일 실시예에서, 태양 전지의 확산 영역(diffusion region)은 제1 전도형(conductivity type)의 도펀트(dopant)로 도핑된(doped) 필름의 블랭킷 층(blanket layer)을 사용하여 형성된다. 제2 전도형의 도펀트가 필름의 블랭킷 층의 선택 영역 내에 주입되어, 제2 전도형의 도펀트 소스 영역(source region)을 형성한다. 태양 전지의 확산 영역은 필름의 블랭킷 층으로부터의 제1 전도형의 도펀트 및 제2 전도형의 도펀트를 규소와 같은 아래에 놓인 반도체 재료 내로 확산시킴으로써 형성된다. 필름의 블랭킷 층은 붕소로 도핑된 P-형 도펀트 소스 층일 수 있으며, 이때 인이 P-형 도펀트 소스 층의 선택 영역 내에 주입되어, P-형 도펀트 소스 층 내에 N-형 도펀트 소스 영역을 형성한다. 규소 재료는 예를 들어 다결정 규소(polycrystalline silicon) 또는 단결정 규소 기판(monocrystalline silicon substrate)을 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징이 첨부 도면 및 청구범위를 포함하는 본 개시 내용 전체를 읽을 때 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 하기 도면과 관련하여 고려될 때, 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 발명 요지의 더욱 완전한 이해가 얻어질 수 있다. 도면은 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조를 개략적으로 예시하는 단면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조를 개략적으로 예시하는 단면도.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 규소 및 단결정 규소 기판 스택(stack)의 형성을 개략적으로 예시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 확산 영역을 형성하는 방법의 흐름도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 규소 및 단결정 규소 기판 스택을 형성하는 방법의 흐름도.
본 개시 내용에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 장치, 구조, 재료, 및 방법의 예들과 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 제공된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 구체적인 상세 사항들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 태양을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 상세 사항은 도시되거나 기술되지 않는다.
완전 배면 접점 태양 전지(all backside contact solar cell)에서, P-형 및 N-형 확산 영역 및 모든 대응하는 금속 접점은 태양 전지의 배면 상에 있다. 확산 영역은 도펀트 소스로부터 도펀트를 확산시킴으로써 형성될 수 있다. 공정 요건을 충족시키기 위해, 도펀트 소스들은 전형적으로 서로로부터 100 μm 미만 내로 위치되어야 하고, 후속 처리 단계의 정렬을 가능하게 하도록 웨이퍼(wafer)의 중심 또는 에지에 정렬되어야 한다. 도펀트 소스들을 정렬시키는 것의 어려움은 트렌치(trench)에 의한 P-형 확산 영역과 N-형 확산 영역의 분리와 같은, 다른 단계들의 위치 정확도 요건에 의해 가중된다.
태양 전지의 확산 영역을 공간적으로 위치시키는 하나의 기술은 도펀트 소스의 블랭킷 층을 침착시키고, 도펀트 소스의 상부에 리소그래픽 페이스트(lithographic paste)를 적용하고, 에칭 공정을 사용하여 페이스트를 패턴화하고, 도펀트 소스로부터의 도펀트를 아래에 놓인 층 내로 이동시켜, 확산 영역을 형성하는 것을 수반할 수 있다. 침착, 패턴화 및 에칭을 수반하는 이러한 기술은 다수의 단계를 필요로 할 뿐만 아니라 수행하는 데 비용이 많이 든다.
확산 영역을 공간적으로 위치시키는 다른 기술은 도펀트를 함유하는 잉크로 리소그래픽 페이스트를 대체하는 것을 수반할 수 있다. 이러한 기술은 예컨대 스크린 프린터 또는 다른 유형의 프린터를 사용하여 도펀트 소스를 필요로 하는 표면의 상부에 원하는 패턴으로 도펀트 잉크를 적용하고, 열 처리 단계에서 잉크로부터의 도펀트를 반대형의 도펀트의 블랭킷 층 내로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 기술이 갖는 문제점은 그것이 도펀트 잉크에 대해 몇몇 기능적 요건의 과제를 제기한다는 것이다. 보다 구체적으로, 잉크는 인쇄가능하여야 하고, 도펀트 소스일 수 있어야 하며, 탈기체(outgassing)의 결과로서 잉크에 의해 덮이지 않은 영역을 도핑하지 않아야 한다. 따라서 잉크 자체의 비용이 높아지며, 잉크가 어떻게 사용되었는지에 따라 순 제조 비용 감소를 생성하지 못할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조를 개략적으로 예시하는 단면도이다. 제조되는 태양 전지는, 아래에서 더욱 명확해질 바와 같이, 그의 P-형 및 N-형 확산 영역 및 대응하는 금속 접점이 태양 전지의 배면 상에 있기 때문에, 완전 배면 접점 태양 전지이다.
도 1에서, 이산화규소(102) 형태의 얇은 유전체 층이 주 기판의 배면 표면 상에 형성되고, 주 기판은 도 1의 예에서 N-형 단결정 규소 기판(101)이다. 일 실시예에서, 이산화규소(102)는 40 옹스트롬(Angstrom) 이하(예컨대, 5 내지 40 옹스트롬, 바람직하게는 20 옹스트롬)의 두께로 단결정 규소 기판(101)의 배면 표면 상에 직접 열 성장된다. 이산화규소(102)는 터널링 기능(tunneling function)을 제공할 수 있는데, 예컨대 터널 산화물(tunnel oxide)로서 역할할 수 있다.
다결정 규소("폴리실리콘"으로도 지칭됨)의 층(103)이 이산화규소(102) 상에 형성된다. 그 후에 P-형 도펀트 소스 층(104)이 다결정 규소(103) 상에 형성된다. 그의 명칭이 시사하듯이, P-형 도펀트 소스 층(104)은 P-형 도펀트의 소스로서 역할한다. 일 실시예에서, P-형 도펀트 소스 층(104)은 화학 증착 또는 증기상 에피택시(vapor phase epitaxy)와 같은 침착에 의해 형성되는 보로실리케이트 유리(borosilicate glass, BSG)의 블랭킷 층을 포함한다. 보다 구체적으로, 도펀트 소스 층(104)은 침착 챔버 내로 P-형 도펀트를 도입하는 동안 다결정 규소(103) 상에 성장될 수 있다. 후속하여 P-형 도펀트 소스 층(104)으로부터의 도펀트(이 예에서 붕소)는 아래에 놓인 다결정 규소(103)로 확산되어, 그 내부에 P-형 확산 영역을 형성한다. 일반적으로, P-형 도펀트 소스 층(104)(및 아래에 도입되는 다른 P-형 도펀트 소스 층)은 붕소-도핑된 산화물을 포함할 수 있다.
다결정 규소(103)의 층 및 P-형 도펀트 소스 층(104)은 별개의 침착 단계에 의해 형성될 수 있다. 도 9 내지 도 11에 후속하여 기술되는 것과 같은 다른 실시예에서, 층들은 동일한 도구 내에서 증기상 에피택시에 의해 차례로 제 위치에서(즉, 진공 차단 없이) 성장될 수 있다.
도 2에서, 도 1의 태양 전지 구조물은 "이온 주입기(ion implanter)"로도 지칭되는 이온 주입 도구 내에 배치된다. 반도체 산업은 수년간 이온 주입을 채용하였다. 그러나, 공간적 배치를 달성하기 위해, 주입될 영역을 한정하는 하드 마스크(hard mask)(예컨대, 포토레지스트(photoresist), 산화물, 질화물)가 전형적으로 웨이퍼의 표면 상에 형성되어야 한다. 태양 전지의 제조에서 확산 배치를 위해 요구되는 공간적 정확도는 반도체 장치 제조에서보다 몇 자릿수만큼 덜 엄격한데, 예컨대 태양 전지 제조의 경우 200 μm 미만임에 비해 반도체 장치 제조의 경우 10 nm 미만이다. 따라서, 웨이퍼의 표면 상에 형성되기보다는 도구 내에 존재하는 제거가능하고 처분가능한 마스크를 사용하는 이온 주입 도구가 태양 전지 내에 도펀트를 주입하기 위해 사용될 수 있다.
여전히, 이온 주입은, P-형 및 N-형 확산 영역이 서로에 대해 공간적으로 적절하게 위치되어야 하고 패턴이 웨이퍼의 중심 또는 에지에 정렬되어야 하기 때문에, 완전 배면 접점 태양 전지의 제조에서 고유한 과제를 제시한다. 이온 주입을 사용하여 이러한 공간적 위치를 달성하기 위해서는, 하나는 P-형 도펀트를 위한 것이고 다른 하나는 N-형 도펀트를 위한 것이며 각각 그의 별개의 주입 마스크를 가진, 별개의 주입 단계들을 필요로 할 것이다. 고효율 태양 전지의 제조에서, 이는 확산 영역이 서로 중첩되지 않고 공간 전하 재결합의 큰 영역을 생성하는 것을 보장하기 위해 10 μm보다 우수한 정확도의 패턴 배치를 필요로 할 수 있으며, 이는 특히 높은 처리량(예컨대, 시간당 2100 유닛(UPH) 초과)의 주입 도구에 대해 과제가 된다.
도 2의 예에서, 주입 마스크(112)는 이온 주입 도구의 일부이며, 태양 전지 기판 상에 형성되지 않는다. 예를 들어, 주입 마스크(112)는 태양 전지 기판과는 독립적으로 주입 도구의 내외로 삽입될 수 있는 제거가능한 마스크일 수 있다. 패턴 배치 정확도 문제를 해결하기 위해, 단지 하나의 도펀트 전도형이 이온 주입으로 주입된다. 도 2의 예에서, 단지 N-형 도펀트가 이온 주입에 의해 주입되고; P-형 도펀트는 P-형 도펀트 소스 층으로서 역할하는 필름의 블랭킷 층으로 형성된다. 일 실시예에서, 인 이온이 주입 마스크(112)를 통해 P-형 도펀트 소스 층(104)의 특정 영역 내에 선택적으로 주입된다. 인은 주입 마스크(112)에 의해 덮인 P-형 도펀트 소스 층(104)의 영역에는 주입되지 않아서, 이러한 영역을 P-형 도펀트 소스로서 남긴다.
마스크(112)에 의해 노출되는 P-형 도펀트 소스 층(104)의 영역은 N-형 도펀트 소스 영역(113)으로 된다. 도 2의 예에서, P-형 도펀트 소스 층(104)이 BSG를 포함하고 인이 주입되기 때문에, 인이 주입되는 층(104)의 영역(113)은 보로포스포실리케이트 유리(borophosphosilicate glass, BPSG)를 포함한다. 즉, 이온 주입 단계는 P-형 도펀트 소스 층(104) 내에 N-형 도펀트 소스 영역(113)을 형성한다. N-형 도펀트 소스 영역(113)은 이들이 후속하여 폴리실리콘의 층(103) 내로 확산되어 N-형 확산 영역을 형성할 N-형 도펀트(이 예에서 인)를 제공하기 때문에 그와 같이 명명된다.
영역(113)의 BPSG에서, 인은 바람직하게는 아래에 놓인 규소 내로 확산된다. 이는 산화붕소 필름 내의 인 확산이 강화되기 때문에 그리고 인이 규소 계면으로의 붕소의 확산을 늦추기 때문에 발생한다. 따라서, 영역(113) 내의 인 농도 대 붕소 농도의 적절한 비에 의해, 영역(113)은 (붕소 대신) 실질적으로 대부분 인의 확산을 효율적으로 허용하여, 영역(113)이 N-형 도펀트 소스로서 역할하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 인은 주입의 피크가 규소 표면 부근에서 발생하도록 BSG 내로 주입되며, 그에 따라 인이 규소 내로 확산되기 전에 규소 내로 확산될 붕소의 양을 최소화한다. 주입 에너지는 BSG 층의 두께에 기초하여 선택된다. 6000 A(옹스트롬) 두께의 BSG 층이 비교적 높은 에너지인 200 KeV 주입 에너지를 필요로 할 수 있다. 더 낮은 에너지 주입이 바람직할 수 있으며, 따라서 대략 2000 A에서 최소 1000 A의 BSG 두께가 바람직하다. 인의 바람직한 투입량은 인 투입량이 BPSG의 총 중량의 4% 내지 10%이도록 하여, 붕소의 확산을 지연시키기 위해 충분한 인이 규소 표면에 도달하게 하는 양이다.
P-형 도펀트 소스 층(104) 내로의 N-형 도펀트의 선택적인 주입은 P-형 도펀트 소스 층(104)의 잔여부를 P-형 도펀트 소스로서 유지시키면서 P-형 도펀트 소스 층(104) 내에 N-형 도펀트 소스 영역(113)을 형성하게 된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 2개의 상이한 극성의 도펀트 소스가 추가적인 침착, 패턴화 및 에칭 단계를 수행함이 없이 형성되는 것을 허용하여, 태양 전지 제조 단계를 감소시키게 된다. 주입 마스크 배치 정확도 문제는 확산 영역을 형성하기 위해 이 예에서 N-형 도펀트인 2가지 유형의 도펀트 중 단지 하나를 주입함으로써 해결된다. 즉, 단지 하나의 중요한 정렬 단계가 생성되는 N-형 확산 영역이 적절하게 위치되는 것을 보장하는 데 필요하다. 다른 도펀트가 이온 주입에 의해 도입되는 대신 이 예에서는 P-형 도펀트 소스 층(104)인 블랭킷 필름 층 내에 제공된다.
도 3에서, 확산 단계가 P-형 도펀트 소스 층(104)으로부터의 P-형 도펀트를 다결정 규소(103) 내로 확산시켜, P-형 확산 영역(114)을 형성하도록 수행된다. P-형 확산 영역(114)을 형성하도록 확산되는 P-형 도펀트는 N-형 도펀트가 주입되지 않은 P-형 도펀트 소스 층(104)의 영역으로부터의 것이다. 확산 단계는 또한 N-형 도펀트 소스 영역(113)으로부터의 N-형 도펀트를 다결정 규소(103) 내로 확산시켜, N-형 확산 영역(115)을 형성한다. 다결정 규소(103) 내에 대응하는 P-형 및 N-형 확산 영역을 형성하기 위한 P-형 및 N-형 도펀트의 확산은 동일한 열 처리 단계에서 발생할 수 있으며, 이는 이온 주입 단계 직후에 또는 그에 이은 임의의 단계에서 수행될 수 있다.
추가적인 단계가 태양 전지의 제조를 완성하도록 수행될 수 있다. 도 4에서, 이러한 추가적인 단계는 태양 전지의 배면 상에 전기 절연, 패시베이션(passivation), 및/또는 다른 목적을 위해, 유전체 층(116) 및 다른 층을 형성하는 것을 포함한다. 금속 접점(117, 118)이 이어서 각각 대응하는 N-형 확산 영역(115) 및 P-형 확산 영역(114)에 전기적으로 결합되도록 접점 구멍 내에 형성된다. 금속 접점(117, 118)은 상호맞물릴(interdigitated) 수 있다. 태양 전지는 완전 배면 접점 태양 전지이며, 이 경우 금속 접점(117), 금속 접점(118), P-형 확산 영역(114) 및 N-형 확산 영역(115)은 모두 태양 전지의 배면 상에 있다(화살표(120) 참조). 태양 전지의 전면(화살표(121) 참조)은 배면 반대편이고, 정상 작동 동안 태양을 향한다.
도 1 내지 도 4의 예에서, P-형 확산 영역(114) 및 N-형 확산 영역(115)은 단결정 규소 기판(101) 외부에 있는 다결정 규소의 층(103) 내에 형성된다. 다른 실시예에서, P-형 및 N-형 확산 영역은 재료의 외부 층 대신에 단결정 규소 기판 내에 형성된다. 이제 특정한 예가 도 5 내지 도 8을 참조로 설명된다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조를 개략적으로 예시하는 단면도이다. 도 5에서, P-형 도펀트 소스 층(202)이 N-형 단결정 기판(201)의 배면 상에 형성된다. 일 실시예에서, P-형 도펀트 소스 층은 BSG의 블랭킷 층을 포함한다. 위에서와 같이, P-형 도펀트 소스 층(202)은 이 예에서 붕소를 포함하는 P-형 도펀트의 소스로서 역할한다.
도 6에서, 도 5의 태양 전지 구조물은 주입 마스크(112)를 가진 이온 주입 도구 내에 배치된다. 주입 마스크(112)는 이온 주입 도구의 일부이며, 태양 전지 기판 상에 형성되지 않는다. 일 실시예에서, 단지 N-형 도펀트가 이온 주입에 의해 주입된다. 특히, 일 실시예에서, 인 이온이 주입 마스크(112)를 사용하여 P-형 도펀트 소스 층(202)의 특정 영역 내에 선택적으로 주입된다. 인은 주입 마스크(112)에 의해 덮인 P-형 도펀트 소스 층(202)의 영역에는 주입되지 않아서, 이러한 영역을 P-형 도펀트 소스로서 남긴다.
주입 마스크(112)에 의해 노출되는 P-형 도펀트 소스 층(202)의 영역이 이 예에서 BPSG를 포함하는 N-형 도펀트 소스 영역(203)으로 된다. N-형 도펀트 소스 영역(203)은 후속하여 단결정 규소 기판(201) 내로 확산되어 그 내부에 N-형 확산 영역을 형성할 N-형 도펀트를 제공한다.
도 7에서, 확산 단계가 P-형 도펀트 소스 층(202)으로부터의 P-형 도펀트를 단결정 규소 기판(201) 내로 확산시켜, 단결정 규소 기판(201) 내에 P-형 확산 영역(204)을 형성하도록 수행된다. P-형 확산 영역(204)을 형성하도록 확산되는 P-형 도펀트는 N-형 도펀트가 주입되지 않은 P-형 도펀트 소스 층(202)의 영역으로부터의 것이다. 확산 단계는 또한 N-형 도펀트 소스 영역(203)으로부터의 N-형 도펀트를 단결정 규소 기판(201) 내로 확산시켜, 단결정 규소 기판(201) 내에 N-형 확산 영역(205)을 형성한다. 단결정 규소 기판(201) 내에 대응하는 P-형 및 N-형 확산 영역을 형성하기 위한 P-형 및 N-형 도펀트의 확산은 동일한 열 처리 단계에서 발생할 수 있으며, 이는 이온 주입 단계 직후에 또는 그에 이은 임의의 단계에서 수행될 수 있다.
추가적인 단계가 태양 전지의 제조를 완성하도록 수행될 수 있다. 도 8에서, 이러한 추가적인 단계는 태양 전지의 배면 상에 전기 절연, 패시베이션, 및/또는 다른 목적을 위해, 유전체 층(208) 및 다른 층을 형성하는 것을 포함한다. 금속 접점(210, 211)이 이어서 각각 대응하는 N-형 확산 영역(205) 및 P-형 확산 영역(204)에 전기적으로 결합되도록 접점 구멍 내에 형성된다. 금속 접점(210, 211)은 상호맞물릴 수 있다. 태양 전지는 완전 배면 접점 태양 전지이며, 이 경우 금속 접점(210), 금속 접점(211), P-형 확산 영역(204) 및 N-형 확산 영역(205)은 모두 태양 전지의 배면 상에 있다(화살표(122) 참조). 태양 전지의 전면(화살표(123) 참조)은 배면 반대편이고, 정상 작동 동안 태양을 향한다.
전술된 태양 전지 제조 단계는 도핑된 단결정 규소 기판 및 P-형 도펀트 소스 층을 포함하는 태양 전지 구조물에 대해 수행된다. 확산 영역이 단결정 규소 기판 외부에 있는 실시예에서, 다결정 규소의 층은 도 1에서와 같이 P-형 도펀트 소스 층과 단결정 규소 기판 사이에 형성될 수 있다. 확산 영역이 주 규소 기판 내에 형성되는 실시예에서, 다결정 규소의 층은 도 5에서와 같이 생략될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 규소 및 단결정 규소 기판 스택의 형성을 개략적으로 예시하는 단면도이다. 도 9 내지 도 11의 예에서, 층들은 이 예에서 에피택셜 반응기(epitaxial reactor)를 포함하는 동일한 도구의 동일한 챔버 내에서 진공 차단 없이 제 위치에서 차례로 성장된다.
도 9에서, N-형 단결정 규소 기판(221) 형태의 주 기판이 증기상 에피택시에 의해 다공성 단결정 규소 캐리어 웨이퍼(carrier wafer)(220)로부터 성장된다. 인과 같은 N-형 도펀트가 N-형으로서 기판(221)을 도핑하기 위해 챔버 내로 유동된다. 그 후에, N-형 단결정 규소 기판(221)의 배면 표면 상에 얇은 산화물 층(222)을 성장시키기 위해 산소가 챔버 내로 유동된다. 다결정 규소의 층(223)이 이어서 산화물 층(222)의 표면 상에 성장된다.
도 10에서, 붕소와 같은 P-형 도펀트를 챔버 내에서 유동시키면서 다결정 규소의 층이 다결정 규소(223) 상에 성장된다. 생성되는 층은 다결정 규소(223) 상에 있는 P-형 다결정 규소(225)이다.
도 11에서, P-형 다결정 규소(225)는 챔버 내로 산소를 유동시킴으로써 산화되며, 그에 따라 P-형 다결정 규소(225)를 P-형 도펀트 소스 층(224)으로서 채용될 수 있는 붕소-도핑된 산화물(예컨대, BSG)로 변환시킨다. 생성되는 재료 스택은 위에서와 같이 이온 주입에 의해 P-형 도펀트 소스 층(224) 내에 N-형 도펀트 소스 영역을 형성하도록 처리될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 확산 영역을 형성하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 12의 예에서, 제1 전도형의 도펀트를 포함하는 필름의 블랭킷 층이 규소 재료 위에 형성된다(단계(231)). 일 실시예에서, 필름의 블랭킷 층은 규소 재료 위에 형성된, BSG와 같은 붕소-도핑된 산화물을 포함하는 P-형 도펀트 소스 층이다. 규소 재료는 태양 전지의 확산 영역이 주 태양 전지 기판 외부에 형성되는 실시예에서 다결정 규소일 수 있다. 규소 재료는 태양 전지의 확산 영역이 주 태양 전지 기판으로서 역할하는 N-형 단결정 규소 기판 내에 형성되는 실시예에서 N-형 단결정 규소 기판일 수 있다.
제1 전도형(이 예에서 P-형)과 반대인 제2 전도형(이 예에서 N-형)의 도펀트의 이온이 이어서 필름의 블랭킷 층 내로 주입된다. 도 12의 예에서, 붕소와 같은 N-형 도펀트가 P-형 도펀트 소스 층의 선택 영역 내로 이온 주입에 의해 주입되어, P-형 도펀트 소스 층 내에 N-형 도펀트 소스 영역을 형성한다(단계(232)). 이온 주입 단계는 N-형 도펀트가 주입되지 않은 영역 내의 P-형 도펀트 소스 영역 및 N-형 도펀트가 주입된 영역 내의 N-형 도펀트 소스 영역을 갖는 P-형 도펀트 소스 층을 생성한다. 주입 단계는 P-형 도펀트 소스 층의 N-형 도펀트 소스 영역의 면적을 노출시키고 P-형 도펀트 소스 영역의 면적을 덮는 주입 마스크를 사용하여 수행될 수 있다.
확산 단계가 P-형 도펀트 소스 층으로부터의 P-형 및 N-형 도펀트를 확산시켜 규소 재료 내에 대응하는 P-형 확산 영역 및 N-형 확산 영역을 형성하도록 수행된다(단계(233)). 규소 재료는 실시예에 따라 단결정 규소 기판 또는 다결정 규소의 층일 수 있다. 확산 단계는 P-형 도펀트 소스 층의 P-형 도펀트 소스 영역으로부터의 P-형 도펀트를 규소 재료 내로 확산시켜, 규소 재료 내에 P-형 확산 영역을 형성한다. 동일한 확산 단계는 또한 P-형 도펀트 소스 층의 N-형 도펀트 소스로부터의 N-형 도펀트를 규소 재료 내로 확산시켜, 규소 재료 내에 N-형 확산 영역을 형성한다. 이러한 실시예에서, 제조되는 태양 전지는 P-형 확산 영역 및 N-형 확산 영역이 태양 전지의 배면 상에 형성되는 완전 배면 접점 태양 전지이다. 생성되는 태양 전지는 P-형 도펀트 소스 층의 P-형 도펀트 소스 영역(예컨대, BSG 영역) 바로 아래의 P-형 확산 영역 및 P-형 도펀트 소스 층의 N-형 도펀트 소스 영역(예컨대, BPSG 영역) 바로 아래의 N-형 확산 영역을 갖는다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 규소 및 단결정 규소 기판 스택을 형성하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 13의 방법의 단계는 일 실시예가 에피택셜 반응기인 동일한 도구의 동일한 챔버 내에서 제 위치에서 수행될 수 있다.
도 13의 예에서, 주 N-형 단결정 규소 기판이 다공성 단결정 규소 캐리어 웨이퍼 상에 성장된다(단계(241)). 인과 같은 N-형 도펀트가 N-형으로서 단결정 규소 기판을 도핑하기 위해 챔버 내로 유동된다. 그 후에, N-형 단결정 규소 기판의 배면 표면 상에 얇은 산화물 층을 성장시키기 위해 산소가 챔버 내로 유동된다(단계(242)). 다결정 규소의 제1 층이 이어서 산화물 층의 표면 상에 성장된다(단계(243)). 붕소와 같은 P-형 도펀트를 챔버 내에서 유동시키면서 다결정 규소의 제2 층이 다결정 규소의 제1 층 상에 성장된다. 생성되는 다결정 규소의 제2 층은 다결정 규소의 제1 층 상에 있는 P-형 다결정 규소이다(단계(244)). 그 후에 P-형 다결정 규소가 챔버 내로 산소를 유동시킴으로써 산화되며, 그에 따라 P-형 다결정 규소를 붕소-도핑된 산화물로 변환시킨다(단계(245)). 생성되는 재료 스택은 전술된 바와 같이 이온 주입에 의해 붕소-도핑된 산화물 내에 N-형 도펀트 소스 영역을 형성하도록 처리될 수 있다.
태양 전지의 확산 영역을 형성하기 위한 기술 및 관련 구조물이 개시되었다. 본 발명의 특정 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예가 예시 목적을 위한 것이고 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 많은 부가의 실시예가 본 개시 내용을 읽는 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 태양 전지(solar cell)의 확산 영역(diffusion region)을 형성하는 방법으로서,
    규소 재료의 전체 표면 상에 P-형 도펀트(dopant)를 포함하는 블랭킷 도펀트 소스 층(source layer)을 형성하는 단계;
    블랭킷 도펀트 소스 층 위에 위치하는 마스크를 통해 노출되는 블랭킷 도펀트 소스 층의 불연속 영역(discrete region) 내로 N-형 도펀트를 이온 주입(ion implantation)에 의해 주입하는 단계;
    이어서, 블랭킷 도펀트 소스 층의 불연속 영역으로부터의 N-형 도펀트를 규소 재료 내로 확산시킴으로써 규소 재료 내에 태양 전지의 N-형 확산 영역을 형성하는 단계; 및 블랭킷 도펀트 소스 층의 다른 영역으로부터의 P-형 도펀트를 규소 재료 내로 확산시킴으로써 규소 재료 내에 태양 전지의 P-형 확산 영역을 형성하는 단계 - 상기 블랭킷 도펀트 소스 층의 다른 영역은 N-형 도펀트가 주입되지 않은 블랭킷 도펀트 소스 층의 영역을 포함함 - 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 블랭킷 도펀트 소스 층의 다른 영역은 붕소를 포함하고, 블랭킷 도펀트 소스 층의 불연속 영역은 붕소 및 인을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 블랭킷 도펀트 소스 층의 불연속 영역 내로 주입되는 N-형 도펀트는 인을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 규소 재료는 다결정 규소(polycrystalline silicon)를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 규소 재료는 N-형 단결정 규소 기판(monocrystalline silicon substrate)을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 블랭킷 도펀트 소스 층의 다른 영역은 보로실리케이트 유리(borosilicate glass, BSG)를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 블랭킷 도펀트 소스 층의 불연속 영역은 보로포스포실리케이트 유리(borophosphosilicate glass, BPSG)를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 규소 재료는 다결정 규소를 포함하고, 상기 방법은,
    블랭킷 도펀트 소스 층을 형성하는 단계 이전에,
    N-형 단결정 규소 기판 상에 얇은 산화물을 형성하는 단계; 및
    얇은 산화물 상에 다결정 규소를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 블랭킷 도펀트 소스 층이 다결정 규소 상에 형성되는, 방법.
  9. 태양 전지의 확산 영역을 형성하는 방법으로서,
    규소 재료의 전체 노출된 표면 상에 제1 전도형(conductivity type)의 도펀트를 포함하는 필름의 블랭킷 층을 형성하는 단계;
    블랭킷 층 위에 위치하는 마스크를 통해 노출되는 필름의 블랭킷 층의 불연속 영역에 제1 전도형과 반대인 제2 전도형의 도펀트의 이온을 주입하여, 필름의 블랭킷 층에 제2 전도형의 도펀트의 도펀트 소스 영역을 형성하는 단계;
    이어서, 필름의 블랭킷 층으로부터의 제1 전도형의 도펀트를 규소 재료 내로 확산시켜, 규소 재료 내에 태양 전지의 제1 전도형의 확산 영역을 형성하는 단계; 및 필름의 블랭킷 층으로부터의 제2 전도형의 도펀트를 규소 재료 내로 확산시켜, 규소 재료 내에 태양 전지의 제2 전도형의 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 제1 전도형은 P-형을 포함하고 제2 전도형은 N-형을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 필름의 블랭킷 층의 제2 전도형의 도펀트의 도펀트 소스 영역은 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)를 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 규소 재료는 다결정 규소를 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 규소 재료는 단결정 규소 기판을 포함하는, 방법.
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