KR102267611B1 - 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지의 제조 방법이 제공된다. 상기 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 상에 반사 방지패턴 및 희생패턴이 순차적으로 적층된 패턴 구조체를 형성하는 단계, 상기 패턴 구조체를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 시드막을 형성하는 단계, 상기 희생패턴을 제거하는 단계, 및 상기 반사 방지패턴 사이의 상기 시드막 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 시드막으로부터 형성되는 금속 전극을 포함하는 태양전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인해, 신재생에너지에 대한 필요성 및 관심이 고조되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 무공해 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있고, 이들에 대한 다양한 연구 개발들이 수행되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0036596(출원번호: 10-2016-0099473, 출원인: 재단법인대구경북과학기술원)에는, 후면전극과 광흡수층 사이에 산화막 버퍼층을 형성함으로써 후면전극과 광흡수층 사이의 계면 제어를 통해 광전환 효율 및 전지특성이 향상된 박막 태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 이 밖에도, 태양전지와 관련하여 지속적인 연구 개발들이 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 감소된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존의 생산 장비를 그대로 사용할 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 상에 반사 방지패턴 및 희생패턴이 순차적으로 적층된 패턴 구조체를 형성하는 단계, 상기 패턴 구조체를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 시드막을 형성하는 단계, 상기 희생패턴 상에 형성된 상기 시드막은 제거되고, 상기 반사 방지패턴 사이의 상기 반도체 기판 상부면에는 상기 시드막이 잔존되도록, 상기 희생패턴을 제거하는 단계, 및 상기 반사 방지패턴 사이의 잔존된 상기 시드막 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 패턴 구조체를 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상에 반사 방지막을 형성하는 단계, 상기 반사 방지막 상에 희생막을 형성하는 단계, 및 상기 반사 방지막 및 상기 희생막을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 방지막 및 상기 희생막은, 인시츄(in-situ) 공정을 통해 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 방지막 및 상기 희생막은 PECVD 공정으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 방지막 및 상기 희생막은 레이저를 통하여, 동시에 패터닝되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 전극은, 도금되어 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시드막을 형성하는 단계는, 상기 시드막이, 상기 패턴 구조체 사이에 노출된 상기 반도체 기판의 상부면, 및 상기 패턴 구조체의 상부면을 덮도록 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 기판을 준비하는 단계는, 제1 도전형 Si 기판을 준비하는 단계, 및 상기 제1 도전형 Si 기판 상에 제2 도전형 도펀트를 도핑하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 기판을 준비하는 단계 후 상기 적층 구조체를 형성하는 단계 전, 상기 반도체 기판 상에 전도막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도막은, ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 태양 전지를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 태양 전지는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 배치된 반사 방지패턴, 상기 반사 방지패턴 사이에 노출된 상기 반도체 기판의 상부면을 덮고, 상기 반사 방지패턴 사이에 배치되는 시드막, 및 상기 반사 방지패턴 사이의 상기 시드막 상에 배치되는 금속 전극을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 전극은, 상기 반사 방지패턴의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 전극은, 상기 반도체 기판을 덮고 상기 반사 방지패턴을 노출시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 기판의 상부면으로부터 상기 반사 방지막의 상부면까지의 높이는, 상기 반도체 기판의 상부면으로부터 상기 금속 전극의 상부면까지의 높이보다 낮은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 방지막은, Si3N4를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 상에 반사 방지패턴 및 희생패턴이 순차적으로 적층된 패턴 구조체를 형성하는 단계, 상기 패턴 구조체를 포함하는 상기 반도체 기판 상에 시드막을 형성하는 단계, 상기 희생패턴 상에 형성된 상기 시드막은 제거되고, 상기 반사 방지패턴 사이의 상기 반도체 기판 상부면에는 상기 시드막이 잔존되도록, 상기 희생패턴을 제거하는 단계, 및 상기 반사 방지패턴 사이의 잔존된 상기 시드막 상에 상기 금속 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 기존의 태양전지 제조 공정에 사용되는 장비를 사용하여 공정 시간이 단축되고, 공정 비용이 감소된 태양 전지의 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체를 형성하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 시드막 형성 공정 및 희생패턴이 제거 공정을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 희생패턴이 제거된 후 시드막의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 금속 전극의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 A부분을 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판 및 전도막을 나타내는 도면이다
도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체를 형성하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 시드막 형성 공정 및 희생패턴이 제거 공정을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 희생패턴이 제거된 후 시드막의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 금속 전극의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 A부분을 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판 및 전도막을 나타내는 도면이다
도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 반도체 기판(100)이 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 기판을 준비하는 단계는, 제1 도전형 Si 기판(100a)을 준비하는 단계(S110), 및 상기 제1 도전형 Si 기판(100a) 상에 제2 도전형 도펀트를 도핑하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 도전형 Si 기판 상에 상기 제2 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 반도체 기판(100)은 상기 제1 도전형 Si 기판(100a) 상에 상기 제2 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)이 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 Si 기판(100a)은 P-type Si 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)은 N doped Si 막일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체를 형성하는 공정을 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 패턴 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 패턴 구조체(300)가 형성될 수 있다(S200).
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 패턴 구조체(300)를 형성하는 단계(S200)는, 상기 반도체 기판(100) 상에 반사 방지막(310)을 형성하는 단계(S210), 상기 반사 방지막(310) 상에 희생막(320)을 형성하는 단계(S220), 및 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)을 패터닝하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 방지막(310)은 Si3N4일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 희생막(320)은 산화물(oxide)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희생막(320)은 SiO2일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 하나의 챔버 내에서 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 공정으로 인-시츄(In-Situ)로 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 하나의 챔버 내에서 동시에 형성됨에 따라, 상기 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 공정 시간이 단축되는 장점이 있다.
상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 레이저를 통하여 동시에 패터닝 될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 동시에 패터닝 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저는, 후술되는 시드막(seed layer)이 용이하게 형성되도록, 상기 반도체 기판(100)을 활성화 시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320) 상에 상기 레이저가 서로 다른 강도로 2회 조사될 수 있다.
예를 들어, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320) 상에 첫번째 조사되는 상기 레이저의 강도는, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320) 상에 두번째 조사되는 상기 레이저의 강도보다 강할 수 있다. 즉, 첫번째 조사되는 레이저에 의하여 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)을 패터닝한 후, 두번째 조사되는 레이저에 의하여 상기 반도체 기판(100)을 활성화시킬 수 있다.
상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)은 패터닝되어 반사 방지패턴(310p) 및 희생패턴(320p)이 순차적으로 적층된 패턴 구조체(300)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 반사 방지패턴(310p) 및 상기 희생패턴(320p)이 순차적으로 적층될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 시드막 형성 공정 및 희생패턴이 제거 공정을 나타내는 도면이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 희생패턴이 제거된 후 시드막의 상태를 나타내는 도면이다.
도 1, 도 6및 도 7을 참조하면, 상기 패턴 구조체(300)를 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상에 시드막(seed layer, 400)이 형성될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 시드막(400)은, 금속 도금을 위하여 제공되는 시드막일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시드막(400)은 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 시드막(400)은 무전해 도금법에 의하여 형성될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 시드막(400)은 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 원자층 증착법(ALD)등으로 형성될 수 있다.
상기 시드막(400)은 상기 패턴 구조체(300)를 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상에 제공됨에 따라, 상기 반도체 기판(100) 및 상기 패턴 구조체(300)를 콘포말하게(conformally) 덮을 수 있다. 구체적으로, 상기 시드막(400)이 스퍼터링 방법으로 형성되는 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100)의 상부면, 및 상기 희생패턴(320p)의 상부면을 덮을 수 있다. 이와 달리, 상기 시드막(400)이 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 원자층 증착법(ALD)등으로 형성되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 반도체 기판(100)의 상부면, 상기 반사 방지패턴(310p) 및 상기 희생패턴(320p)의 측면, 및 상기 희생패턴(320p)의 상부면을 덮을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 기판(100)의 상부면에 형성되는 상기 시드막(400)의 두께와, 상기 희생패턴(320p)의 상부면에 형성되는 상기 시드막(400)의 두께는 서로 다를 수 있다. 즉, 상기 반사 방지막(310) 및 상기 희생막(320)이 패터닝되는 단계에서, 상기 반도체 기판(100)이 상기 레이저에 의하여 활성화 됨에 따라, 상기 반도체 기판(100) 상에 배치된 상기 시드막(400)의 영역별 두께가 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 반도체 기판(100)의 상부면에 형성되는 상기 시드막(400)의 두께는, 상기 희생패턴(320p)의 상부면에 형성되는 상기 시드막(400)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 즉, 상술된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100)의 상부면은, 상기 레이저에 의해 활성화 됨에 따라 시드막(400)의 두께가 두껍게 형성될 수 있다.
상기 희생패턴(320p)은 제거될 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 희생패턴(320p)은 리프트오프(lift-off) 공정으로 제거될 수 있다. 상기 희생패턴(320p)이 제거됨에 따라, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 희생패턴(320p) 상에 형성된 상기 시드막(400)은 제거될 수 있다.
구체적으로, 상술된 바와 같이, 상기 시드막(400)이 스퍼터링 방법으로 형성된 경우, 상기 희생패턴(320p)이 제거됨에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면에 상기 시드막(400)이 잔존될 수 있다. 이와 달리, 상기 시드막(400)이 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 원자층 증착법(ALD)등으로 형성되는 경우, 상기 희생패턴(320p)이 제거됨에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면, 및 상기 반사 방지패턴(310p)의 측벽에는 상기 시드막(400)이 잔존될 수 있다.
다시 말해, 상기 시드막(400)이 상기 반도체 기판(100) 및 상기 패턴 구조체(300)를 덮도록 형성된 상태에서, 상기 반사 방지패턴(310p)의 상부면에 형성된 상기 희생패턴(320p)이 제거됨에 따라, 상기 희생패턴(320p)의 측벽 및 상부면에 형성된 상기 시드막(400) 또한 함께 제거될 수 있다. 또한, 상기 반사 방지패턴(310p)의 상부면에 형성된 희생패턴(320p)을 리프트오프 공정으로 제거함에 따라, 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면에는 상기 시드막(400)이 잔존될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법 중 금속 전극의 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11의 A부분을 확대한 도면이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 상기 시드막(400) 상에 금속 전극(500)이 형성될 수 있다(S500). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 전극(500)은 도금되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 전극(500)은 구리(Cu) 또는 주석(Sn)일 수 있다. 이에 따라, 종래의 은(Ag) 전극을 사용하는 태양 전지와 비교하여 공정 비용이 절감될 수 있다.
구체적으로, 상기 시드막(400)이 스퍼터링 방법으로 형성된 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 금속 전극(500)은 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면에 잔존된 상기 시드막(400)을 통하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 시드막(400)이 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 원자층 증착법(ALD)등으로 형성되는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 금속 전극(500)은 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면, 및 상기 반사 방지패턴(310p)의 측벽에 잔존된 상기 시드막을 통하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 전극(500)은 상기 반도체 기판(100)을 덮고, 상기 반사 방지패턴(310p)을 노출시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 전극(500)은 상기 반도체 기판(100)으로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(100)의 상부면으로부터 상기 반사 방지막(310p)의 상부면까지의 높이(h1)는, 상기 반도체 기판(100)의 상부면으로부터 상기 금속 전극(500)의 상부면까지의 높이(h2)보다 낮을 수 있다. 즉, 상기 반사 방지막(310p) 및 상기 금속 패턴(500) 모두 상기 반도체 기판(100)으로부터 돌출된 패턴 형태를 갖되, 상기 금속 패턴(500)이 돌출된 높이가 상기 반사 방지막(310p)이 돌출된 높이 보다 높을 수 있다. 또한, 상기 금속 전극(500)은 도금되어 형성됨에 따라, 도 12의 B에 도시된 바와 같이, 상기 반사 방지패턴(310p)의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 상기 반도체 기판(100)을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 반사 방지패턴(310p) 및 상기 희생패턴(320p)이 순차적으로 적층된 상기 패턴 구조체(300)를 형성하는 단계, 상기 패턴 구조체(300)를 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 시드막(400)을 형성하는 단계, 상기 희생패턴(320p) 상에 형성된 상기 시드막(400)은 제거되고, 상기 반사 방지패턴(310p) 사이의 상기 반도체 기판(100) 상부면에는 상기 시드막(400)이 잔존되도록, 상기 희생패턴(320p)을 제거하는 단계, 및 상기 반사 방지패턴(320p) 사이의 잔존된 상기 시드막(400) 상에 상기 금속 전극(500)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 기존의 태양전지 제조 공정에 사용되는 장비를 사용하여 공정 시간이 단축되고, 공정 비용이 감소된 태양 전지의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 전도막(conducting layer)을 더 포함하는 제2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 도 13을 참조하여 설명된다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양 전지가 포함하는 반도체 기판 및 전도막을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 상기 제2 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법은 상기 제1 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법과 같을 수 있다. 다만, 상기 제2 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 상기 반도체 기판(100)을 준비하는 단계 후, 상기 적층 구조체(300)를 형성하는 단계 전, 상기 반도체 기판(100) 상에 전도막(200)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법에 사용되는 상기 반도체 기판(100)은 상기 제1 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법에 사용되는 상기 반도체 기판(100)과 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 실시 예에 다른 태양전지의 제조 방법 중 상기 반도체 기판(100)을 준비하는 단계는, 상기 제2 도전형 Si 기판(100a)을 준비하는 단계, 및 상기 제2 도전형 Si 기판(100a) 상에 상기 제1 도전형 도펀트를 도핑하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 도전형 Si 기판 상에 상기 제1 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)이 형성될 수 있다. 즉 상기 반도체 기판(100)은 상기 제2 도전형 Si 기판(100a) 상에 상기 제1 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)이 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 Si 기판(100a)은 N-type Si 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 도펀트가 도핑된 막(100b)은 P doped Si 막일 수 있다.
이후, 상기 반도체 기판(100) 상에 전도막(conducting layer, 200)이 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 전도막(200)은 ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법에서 상술된 바와 같이 P-type Si 기판 상에 N doped Si 막이 적층된 구조의 상기 반도체 기판(100)이 준비되는 경우, 상기 전도막(200)이 생략된 채 태양전지가 제조될 수 있다. 반면, 상기 제2 실시 예에 따른 태양전지의 제조 방법에서 상술된 바와 같이 N-type Si 기판 상에 P doped Si 막이 적층된 구조의 상기 반도체 기판(100)이 준비되는 경우, 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 전도막(200)이 형성된 후 태양전지가 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 반도체 기판(100)이 P-type Si 기판 상에 N 도펀트가 도핑된 형태인 경우, 상기 반도체 기판(100)에 빛이 조사됨에 따라 형성되는 전자는 전극으로 용이하게 이동될 수 있다. 하지만, 상기 반도체 기판(100)이 N-type Si 기판 상에 P 도펀트가 도핑된 형태인 경우, 상기 반도체 기판(100)에 빛이 조사됨에 따라 형성되는 전자가 전극으로 용이하게 이동될 수 없다. 이 경우, 상기 전도막(200)은 상기 반도체 기판(100)에서 형성된 전자가 전극으로 용이하게 이동되도록 도와줄 수 있다.
상기 반도체 기판(100) 상에 상기 전도막(200)이 형성된 이후, 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 전도막 (200) 상에 상기 패턴 구조체(300), 상기 시드막(400), 및 상기 금속 전극(500)이 순차적으로 형성되어, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양전지가 제조될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 태양 전지 제조
4 inch wafer가 준비된다. 준비된 wafer 상에 100 nm 두께의 Si3N4 및 200 nm 두께의 SiO2 박막을 순차적으로 형성한 후, 이를 레이저 패터닝하여 wafer 상에 Si3N4 패턴 및 SiO2 패턴이 적층된 패턴 구조체를 제조하였다. 이때, 레이저 패터닝 공정은 펨토초 3파장 레이저 가공 조건에서 수행되었다.
패턴 구조체가 제조된 이후, 패턴 구조체 상에 50 nm두께의 TiN 박막 및 50 nm두께의 Cu 박막을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 시드층(seed layer)을 형성하였다. 시드층이 형성된 이후, 리프트오프(lift-off)공정을 통해 Si3N4 패턴 상의 SiO2 패턴 및 시드층은 제거하고, Si3N4 패턴 사이 및 wafer 상부면에 있는 시드층은 잔존시켰다. 이때, 리프트오프 공정은 0.1 vol% DHF solution을 제공한 후, 초음파로 세척하는 방법으로 수행되었다.
최종적으로, 시드층에 Cu를 500 nm ~ 1 μm의 두께로 도금하여, 상기 실시 예 1에 따른 태양 전지를 제조하였다.
도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 태양 전지의 제조과정 중 준비되는 4 inch water를 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (b)를 참조하면, wafer 상에 Si3N4 박막이 형성된 상태를 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (c)를 참조하면, Si3N4 박막 상에 SiO2 박막이 형성된 상태를 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (d)를 참조하면, Si3N4 박막 및 SiO2 박막이 레이저 패터닝되어 형성된 패턴 구조체를 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (e)를 참조하면, 패턴 구조체 상에 시드층이 형성된 상태를 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (f)를 참조하면, 리프트오프 공정 이후 구리(Cu)가 도금된 상태를 촬영하여 나타내었다.
도 14의 (a) 내지 (c)를 통해 알 수 있듯이, wafer 상에 Si3N4 박막 및 SiO2 박막이 용이하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 14의 (d) 및 (e)를 통해 알 수 있듯이, Si3N4 박막 및 SiO2 박막이 레이저 패터닝 됨에 따라 패턴 구조체가 형성되고, 패턴 구조체 상에 시드층이 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 14의 (f)를 통해 알 수 있듯이, 시드층 상에 구리(Cu)가 도금됨에 따라 구리 패턴이 용이하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
실시 예 2에 따른 태양 전지 제조
Oxide 마스크가 준비된다. 준비된 Oxide 마스크 상에 레이저를 이용하여 패턴을 제작한 후, 형성된 패턴상에 구리(Cu)층을 증착하고, 리프트오프(lift-off) 공정을 통해 구리(Cu) 패턴을 형성하여, 실시 예 2에 따른 태양 전지를 제조하였다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 태양 전지의 제조과정 중 각 단계 별 구조체를 촬영한 사진이다.
도 15의 (a)를 참조하면, Oxide 마스크 상에 패턴이 형성된 상태를 촬영하여 나타내었고, 도 15의 (b) 및 (c)를 참조하면, 패턴 상에 구리층을 증착한 후, 리프트오프 공정을 통해 구리 패턴이 제작된 상태를 촬영하여 나타내었다.
도 15의 (a)를 통해 알 수 있듯이, 레이터 패터닝 공정을 통해 Oxide 마스크 상에 패턴이 용이하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 (b) 및 (c)를 통해 알 수 있듯이, 구리(Cu)층을 증착하고, 리프트오프(lift-off) 공정을 수행하는 방법으로, 구리 패턴이 용이하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 반도체 기판
200: 전도막
300: 패턴 구조체
310, 310p: 반사 방지막, 반사 방지패턴
320, 320p: 희생막, 희생패턴
400: 시드막
500: 금속 전극
200: 전도막
300: 패턴 구조체
310, 310p: 반사 방지막, 반사 방지패턴
320, 320p: 희생막, 희생패턴
400: 시드막
500: 금속 전극
Claims (15)
- 반도체 기판을 준비하는 단계;
상기 반도체 기판 상에 반사 방지패턴 및 희생패턴이 순차적으로 적층된 패턴 구조체를 형성하는 단계;
상기 패턴 구조체를 포함하는 상기 반도체 기판 상에, 상기 패턴 구조체의 상부면 전체 및 측벽 전체를 덮는 시드막을 형성하는 단계;
상기 패턴 구조체에서 상기 반사 방지패턴을 잔존시키고 상기 희생패턴을 제거하여 상기 희생패턴 상에 형성된 상기 시드막은 제거되고, 상기 반사 방지패턴 사이의 상기 반도체 기판 상부면 및 상기 반사 방지패턴의 측벽 상에는 상기 시드막을 잔존시키는 단계; 및
상기 반사 방지패턴 사이의 잔존된 상기 시드막 상에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 패턴 구조체를 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상에 반사 방지막 및 희생막을 형성하는 단계;
상기 반사 방지막 및 상기 희생막이 형성된 상기 반도체 기판 상에 제1 강도로 제1 레이저를 조사하여 상기 패턴 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 제1 레이저가 조사된 상기 반도체 기판 상에 상기 제1 강도보다 약한 제2 강도로 제2 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판을 활성화시키는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 패턴 구조체를 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상에 반사 방지막을 형성하는 단계;
상기 반사 방지막 상에 희생막을 형성하는 단계; 및
상기 반사 방지막 및 상기 희생막을 패터닝하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 반사 방지막 및 상기 희생막은, 인시츄(in-situ) 공정을 통해 형성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 반사 방지막 및 상기 희생막은 PECVD 공정으로 형성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 반사 방지막 및 상기 희생막은 레이저를 통하여, 동시에 패터닝되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 금속 전극은, 도금되어 형성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 시드막을 형성하는 단계는,
상기 시드막이, 상기 패턴 구조체 사이에 노출된 상기 반도체 기판의 상부면, 및 상기 패턴 구조체의 상부면을 덮도록 형성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 반도체 기판을 준비하는 단계는,
제1 도전형 Si 기판을 준비하는 단계; 및
상기 제1 도전형 Si 기판 상에 제2 도전형 도펀트를 도핑하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 반도체 기판을 준비하는 단계 후 상기 패턴 구조체를 형성하는 단계 전,
상기 반도체 기판 상에 전도막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제9 항에 있어서,
상기 전도막은, ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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