KR102290467B1 - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 제1 면에 형성되며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 상기 제1 면과 반대되는 상기 반도체 기판의 제2 면 상에 형성되는 제어 패시베이션막, 상기 제어 패시베이션막에 형성되며, 상기 반도체 기판과 다른 결정 구조를 가지며 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 상기 제1 도전형 영역 상에 형성되는 제1 절연막, 상기 제1 절연막을 관통하여 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 상기 제2 도전형 영역 상에 형성되는 제2 절연막, 상기 제2 절연막을 관통하여 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 산부와 골부를 가지는 피라미드 형상의 제1 요철이 형성되고, 상기 피라미드 형상의 제1 요철의 표면을 따라서 상기 제1 요철보다 작은 미세 요철이 형성되고, 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 상기 제1 요철과 동일한 산부와 골부를 가지며, 상기 제1 요철과 동일한 크기를 갖는 피라미드 형상의 제2 요철이 형성되며,
상기 제2 요철은 상기 제1 요철에 형성된 미세 요철이 구비되지 않고, 상기 제1 요철의 산부와 골부, 그리고 상기 제2 요철의 산부와 골부는 각각 라운드지게 형성된다.
상기 제2 요철은 상기 제1 요철에 형성된 미세 요철이 구비되지 않고, 상기 제1 요철의 산부와 골부, 그리고 상기 제2 요철의 산부와 골부는 각각 라운드지게 형성된다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조 및 공정을 개선한 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 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율, 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 제조되는 것이 요구된다.
본 발명은 효율, 생산성 및 신뢰성을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 제1 면에 형성되며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 상기 제1 면과 반대되는 상기 반도체 기판의 제2 면 상에 형성되는 제어 패시베이션막, 상기 제어 패시베이션막에 형성되며, 상기 반도체 기판과 다른 결정 구조를 가지며 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 상기 제1 도전형 영역 상에 형성되는 제1 절연막, 상기 제1 절연막을 관통하여 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극, 상기 제2 도전형 영역 상에 형성되는 제2 절연막, 상기 제2 절연막을 관통하여 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 산부와 골부를 가지는 피라미드 형상의 제1 요철이 형성되고, 상기 피라미드 형상의 제1 요철의 표면을 따라서 상기 제1 요철보다 작은 미세 요철이 형성되고, 상기 반도체 기판의 상기 제2 면에 상기 제1 요철과 동일한 산부와 골부를 가지며, 상기 제1 요철과 동일한 크기를 갖는 피라미드 형상의 제2 요철이 형성되며, 상기 제2 요철은 상기 제1 요철에 형성된 미세 요철이 구비되지 않고, 상기 제1 요철의 산부와 골부, 그리고 상기 제2 요철의 산부와 골부는 각각 라운드지게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 반도체 기판의 제1 면 및 제2 면에 각각 동일한 크기의 산부와 골부를 갖는 피라미드 형상의 제1 요철을 상기 제1 면에 제2 요철을 상기 제2 면에 동시에 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 요철의 골부 및 산부 각각을 동시에 라운딩하여 상기 제1 및 제2 요철이 라운드진 단부를 가지도록 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 상기 제2 면 위에 제어 패시베이션막을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 제1 도전형 영역을 형성하고, 상기 제어 패시베이션막 위에 상기 반도체 기판과 다른 결정 구조를 가지는 제2 도전형 영역을 형성하는 단계, 상기 제1 요철의 표면에만 선택적으로 상기 제1 요철보다 작은 크기를 가지는 미세 요철을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 의하면, 반도체 기판과 별개의 반도체층으로 구성되는 도전형 영역이 위치하는 반도체 기판의 일면에 라운드진 요철을 형성하여, 경면 연마 공정을 수행하지 않아 경면 연마 공정에 의한 문제를 방지하면서 후면에서의 반사도를 저감하고 후면의 계면 특성 등을 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 효율 및 신뢰성을 향상할 수 있다. 그리고 이에 반대되는 반도체 기판의 타면에는 라운드진 요철과 다른 형상의 요철을 형성하여 반사를 최소화할 수 있다.
이때, 간단한 공정에 의하여 라운드진 요철을 형성하여 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 개략적인 전면 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 태양 전지에 적용될 수 있는 제1 요철의 다양한 예를 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양 전지에 적용될 수 있는 제2 요철을 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 9는 실시예 및 비교예에 따른 반도체 기판의 후면에서의 반사율을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 개략적인 전면 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 태양 전지에 적용될 수 있는 제1 요철의 다양한 예를 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양 전지에 적용될 수 있는 제2 요철을 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 9는 실시예 및 비교예에 따른 반도체 기판의 후면에서의 반사율을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
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 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 "제1" 또는 "제2"의 표현은 서로 간의 구별을 위하여 사용된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 개략적인 전면 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 베이스 영역(110)을 포함하는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 제1 면(일 예로, 전면) 쪽에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과, 제1 면 또는 전면에 반대되는 반도체 기판(10)의 제2 일면(일 예로, 후면) 위에서 이와 다른 반도체층으로 구성되며 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)과, 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(42)과, 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 이때, 반도체 기판(10)의 제2 면에 라운드진 단부를 가지는 라운드진 요철이 형성된다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(110)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(10)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다.
이때, 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있고, n형 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, p형 도펀트가 보론(B)이고 n형 도펀트가 인(P)일 수 있다.
본 실시예에서는 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성되고, 제2 도전형 영역(30)이 반도체 기판(10) 위에서 반도체 기판(10)과 별개인 반도체층으로 구성될 수 있다.
좀더 구체적으로, 반도체 기판(10), 또는 이에 형성된 베이스 영역(110) 및 제1 도전형 영역(20)은 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 한 태양 전지(100)는 전기적 특성이 우수하다.
제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 별개의 반도체층일 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(30)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 특히, 제2 도전형 영역(30)이 다결정 반도체(일 예로, 다결정 실리콘)층일 수 있다. 그러면 우수한 전기 전도도를 가져 캐리어의 이동을 원활하게 할 수 있다.
이때, 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(10)에 접촉하여 위치할 수 있다. 이에 의하여 구조를 간단하게 할 수 있다. 변형예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 제어 패시베이션막(40)이 위치(일 예로, 접촉)하고 그 위에 제2 도전형 영역(30)이 위치(일 예로, 접촉)할 수도 있다. 제어 패시베이션막(40)은 제2 도전형 영역(30)의 제2 도전형 도펀트 또는 제2 전극(44)의 물질이 반도체 기판(10)으로 확산하는 것을 방지하는 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이때, 제어 패시베이션막(40)은 다수 캐리어의 이동을 방해하지 않도록 제1 및 제2 절연막보다 얇은 두께(일 예로, 5nm 이하)를 가질 수 있다. 이러한 제어 패시베이션막(40)은 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(40)이 쉽게 제조될 수 있고 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어를 원활하게 전달할 수 있는 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 그러나 제어 패시베이션막(40)이 필수적인 구성은 아니다.
다시 도 1을 참조하면, 일 예로, 베이스 영역(110)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역을 구성할 수 있다. 이에 의하면 에미터 영역이 반도체 기판(10)의 전면 쪽에 위치하며 pn 접합에 도달하는 광의 경로를 최소화할 수 있다. 이때, 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성되어 제1 도전형 영역(20)에 의한 광의 흡수를 최소화할 수 있다. 그리고 광의 입사가 상대적으로 적은 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 위치한 제2 도전형 영역(30)을 반도체 기판(10)과 별개로 형성하여, 반도체 기판(10) 내의 도핑 영역의 면적을 줄일 수 있다. 그러면, 도핑 영역에 의한 반도체 기판(10)의 특성 저하를 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면은 제1 요철(112)을 구비하고, 후면은 라운드진 요철인 제2 요철(114)을 구비할 수 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 절연막인 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 그리고 적어도 반도체 기판(10)의 후면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 후면에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위)에 제2 절연막인 제2 패시베이션막(32)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 개구부(102, 104)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10) 위에 전체적으로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 전극(42)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되며 일 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극(42a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a)이 서로 평행하며 반도체 기판(10)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)은 핑거 전극들(42a)과 교차(일 예로, 직교)하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a)을 연결하는 버스바 전극(42b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a)의 폭보다 버스바 전극(42b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b)의 폭이 핑거 전극(42a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
제2 전극(44)은 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 각기 대응하는 핑거 전극 및 버스바 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(44)의 핑거 전극 및 버스바 전극에 대해서는 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 대한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)의 폭, 피치 등과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수 있다. 제1 전극(42)의 버스바 전극(42b)의 폭은 제2 전극(44)의 버스바 전극(44b)의 폭과 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있으나, 제1 전극(42)의 버스바 전극(42b)과 제2 전극(44)의 버스바 전극(44b)은 동일한 위치에서 동일한 피치를 가지도록 배치될 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가지면, 태양 전지(100)는 반도체 기판(10)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(100)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율 향상에 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하다. 예를 들어, 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(30) 위에 전체적으로 위치할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
앞서 언급한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면은 각기 제1 및 제2 요철(112, 114)을 가지는데, 이를 도 1 및 도 3과 함께 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 태양 전지(100)에 적용될 수 있는 제1 요철(112)의 다양한 예를 도시한 도면들이고, 도 7은 본 발명에 따른 태양 전지(100)에 적용될 수 있는 제2 요철(114)을 도시한 도면이다. 이때, 좀더 명확한 도시 및 설명을 위하여 도 7에서는 상하를 반전하여, 도 3 내지 도 6과 마찬가지로, 제2 요철(114)의 단부가 상부에 위치하도록 도시하였다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시에에서 반도체 기판(10)의 전면에 형성되는 제1 요철(112)은 라운드진 요철인 제2 요철(114)과 다른 형상을 가진다.
예를 들어, 제1 요철(112)이 도 4에 도시한 바와 같이, 텍스쳐링 공정에 의하여 형성되어 피라미드 형상을 가지는 제1 요철부(112a)로 구성될 수 있다. 제1 요철부(112a)는 반도체 기판(10)을 구성하는 물질의 방향성을 가지도록(즉, 비등방성으로) 식각되어 반도체 기판(10)의 특정한 결정면들이 남아 만들어지는 텍스쳐링 요철이다. 예를 들어, 반도체 기판(10)을 구성하는 물질이 실리콘인 경우에는 실리콘의 (111)면이 제1 요철부(112a)의 4개의 외면(또는 측면)을 구성하게 되어, 제1 요철부(112a)가 피라미드 형상을 가지게 된다. 그리고 제1 요철(112)의 단부인 산부(peak)(1121) 및 골부(valley)(1122)는 4개의 (111)면이 모이는 부분으로 뾰족할 수 있다. 일 예로, 제1 요철부(112a)의 단면은 뾰족한 모서리를 가지는 대략적인 이등변 삼각형의 형상일 수 있다. 이러한 단면 형상은 반도체 기판(10)을 구성하는 물질의 특성에 의한 것이다.
제1 요철부(112a)의 평균 크기(일 예로, 제1 요철부(112a)의 높이의 평균 값)는 마이크로미터 수준(예를 들어, 1um 내지 1mm)일 수 있는데, 일 예로, 대략 1um 내지 30um(예를 들어, 1um 내지 20um)일 수 있다. 평균 크기가 1um 미만인 제1 요철부(112a)의 제조가 어려울 수 있고, 제1 요철부(112a)의 평균 크기를 30um 이하(예를 들어, 20um 이하)로 형성하면 반사 방지 효과를 향상할 수 있다. 그리고 제1 요철부(112a)의 크기의 편차는 상대적으로 큰 제1 편차를 가질 수 있다.
이와 같은 제1 요철부(112a)는 습식 식각에 의한 비등방 식각에 의한 텍스쳐링 공정에 의하여 형성될 수 있다. 습식 식각에 의하여 제1 요철부(112a)를 형성하면, 간단한 공정에 의하여 짧은 시간 내에 제1 요철부(112a)를 형성할 수 있다. 습식 식각에 의하여 제1 요철부(112a)를 형성하는 공정에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 본 발명이 상술한 제1 요철부(112a)의 형상, 평균 크기, 크기 편차 등에 한정되는 것은 아니며, 제1 요철부(112a)의 형상, 평균 크기, 크기 편차 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이 제1 요철(112)이 제1 요철부(112a)로 구성되면, 텍스쳐링 구조에 의하여 반사를 저감할 수 있으며, 텍스쳐링 공정만을 이용한 단순한 공정에 의하여 쉽게 제1 요철(112)을 형성할 수 있다.
다른 예로, 제1 요철(112)이 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 요철부(112a)과, 제1 요철부(112a)의 외면에 형성되는 제2 요철부(112b)를 포함할 수 있다. 제1 요철부(112a)에 대해서는 도 4를 참조한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
제2 요철부(112b)는 제1 요철부(112a)의 외면(예를 들어, (111) 면) 상에 형성될 수 있다. 이러한 제2 요철부(112b)는 제1 요철부(112a) 또는 제2 요철(114)보다 작은 크기(일 예로, 평균 크기)를 가지는 미세 요철일 수 있다. 그리고 제2 요철부(112b)는 제1 요철부(112a)를 구성하는 각각의 외면 위에 적어도 하나 이상, 예를 들어, 복수 개 위치할 수 있다. 이와 같은 제2 요철부(112b)와 제1 요철부(112a)와 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 요철부(112b)의 평균 크기(일 예로, 제2 요철부(112b)의 높이의 평균 값)는 나노미터 수준(예를 들어, 1nm 내지 1um)일 수 있는데, 일 예로, 대략 200nm 내지 500nm의 크기를 가질 수 있다. 이와 같이 제1 요철부(112a) 위에 이보다 작은 크기의 제2 요철부(112b)를 형성하게 되면 반사 방지 효과를 향상할 수 있다. 평균 크기가 200nm 미만인 제2 요철부(112b)는 제조가 어려울 수 있고, 제2 요철부(112b)의 평균 크기를 500nm 이하로 형성하면 반사 방지 효과를 좀더 향상할 수 있다. 제2 요철부(112b)의 크기 편차는 제1 요철부(112a)의 제1 편차보다 작은 제2 편차를 가질 수 있다. 이는 제2 요철부(112b)의 평균 크기가 더 작기 때문이기도 하며, 제2 요철부(112b)의 공정이 등방성 식각에 의하여 이루어지기 때문이기도 하다. 이와 같이 본 실시예에서는 균일하고 미세한 제2 요철부(112b)가 제1 요철부(112a)의 외면 상에 형성된다.
이와 같은 제2 요철부(112b)는 건식 식각 공정에 의하여 등방 식각하여 형성될 수 있다. 건식 식각 공정으로는, 일 예로, 반응성 이온 식각(reactive ion etching, IRE) 공정이 사용될 수 있다. 반응성 이온 식각 공정에 의하면 제2 요철부(112b)를 미세하고 균일하게 형성할 수 있으며, 단면 식각이 가능하며 광이 주로 입사되는 반도체 기판(10)의 전면에만 제2 요철부(112b)를 형성할 수 있다. 제2 요철부(112b)를 형성하는 공정에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 본 발명이 상술한 제2 요철부(112b)의 형상, 평균 크기, 크기 편차 등에 한정되는 것은 아니며, 제2 요철부(112b)의 형상, 평균 크기, 크기 편차 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이 제1 요철(112)이 텍스쳐링 공정에 의한 텍스쳐링 요철인 제1 요철부(112a)과 건식 식각 공정에 의한 미세 요철인 제2 요철부(112b)를 포함하면, 반도체 기판(10)의 전면에서 광학적 손실을 최소화할 수 있다.
다른 예로, 제1 요철(112)이 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 요철부(112b)로 구성될 수 있다. 제2 요철부(112b)에 대한 설명은 도 5를 참조한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 이때, 제2 요철부(112b)를 형성하기 위한 공정(일 예로, 건식 식각 공정, 좀더 구체적으로, 반응성 이온 식각 공정)만을 수행하여 제2 요철부(112b)로 구성된 제1 요철(112)을 형성될 수 있다. 또는, 텍스쳐링 공정을 수행하여 제1 요철부(112a)를 형성한 후에 은 제2 요철부(112b)를 형성하기 위한 공정(일 예로, 건식 식각 공정, 좀더 구체적으로, 반응성 이온 식각 공정)을 수행한 경우에, 건식 식각 공정 중에 제1 요철부(112a)의 형상이 실질적으로 무너지거나 제1 요철부(112a)에 의한 높이가 작아져서 실질적으로 구별 불가능하게 될 경우에 제2 요철부(112b)만이 최종 구조에 남을 수도 있다.
이와 같이 제2 요철부(112b)로 구성된 제1 요철(112)은 미세 요철에 의하여 반사를 효과적으로 저감할 수 있다.
그리고 반도체 기판(10)의 후면에 위치하는 제2 요철(114)은 제1 요철부(112a)와 유사한 피라미드 형상을 가지되 단부(즉, 산부(1141) 및 골부(1142))가 라운드지게 형성될 수 있다. 즉, 제2 요철(114)의 산부(1141) 및 골부(1142)가 일정한 곡률 반경(R1, R2)를 가지는 곡면으로 구성될 수 있다. 산부(1141)의 곡률 반경(R1)과 골부(1142)의 곡률 반경(R2)이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
이러한 제2 요철(114)은, 제1 요철부(112a)의 뾰족한 단부를 등방성 식각하여 형성될 수 있다. 즉, 제2 요철(114)은 4개의 (111)면이 외면을 이루고 그 단부인 산부(1141) 및 골부(1142)가 라운드지게 형성된다. 일례로, 제2 요철(114)은 라운드진 피라미드 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 제2 요철(114)이 전체적으로 라운드지게 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 반도체 기판(10)의 전면에 위치하는 제1 요철(112)이, 제1 요철부(112a)와, 이 위에 이보다 작은 평균 크기를 가지는 제2 요철부(112b)를 포함하여 반도체 기판(10)의 전면에서 발생할 수 있는 반사를 최소화할 수 있다. 이와 달리 제2 요철(114)은 라운드진 단부를 가지는 라운드진 요철로 형성하여
일 예로, 라운드진 단부를 가지는 제2 요철(114)에 의하여, 가시광 영역의 광(즉, 400nm 내지 1100nm 파장의 광)에 대한 반도체 기판(10)의 후면의 반사율(예를 들어, 가중 평균 반사율(average weight reflection, AWR))이 15% 내지 30%일 수 있다. 반면, 경면 연마된 경우에 반사율은 40% 이상으로 매우 높은 값을 가지므로 후면에서의 광을 충분하게 이용하기 어려웠다. 그리고 제1 요철(112)에 의하여 가시광 영역의 광에 대한 반도체 기판(10)의 전면에서의 반사율이 12% 이하일 수 있다. 이에 의하여 제1 요철(112)에 의하여 광이 많이 입사하는 반도체 기판(10)의 전면에서의 반사를 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 후면에서도 반사를 저감시키면서도 라운드진 단부에 의하여 후술하는 바와 같은 제2 요철(114)의 효과를 구현할 수 있다.
본 실시예에서는 반도체 기판(10)과 별개인 반도체층으로 구성되는 제2 도전형 영역(30)이 형성되는 반도체 기판(10)의 후면에 형성되는 제2 요철(114)이 라운드진 요철로 형성한다. 제2 도전형 영역(30)이 별개의 반도체층으로 구성되는 경우에 제2 요철(114)의 크기가 제2 도전형 영역(30)의 두께보다 크다.
예를 들어, 제2 요철(114)은 제1 요철부(112a)의 단부만을 라운드지게 한 것이므로, 제1 요철부(112a)와 동일 또는 유사한 평균 크기(일 예로, 평균 높이)가 마이크로미터 수준(예를 들어, 1um 내지 1mm)일 수 있는데, 일 예로, 대략 1um 내지 30um(예를 들어, 1um 내지 20um)일 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(30)의 두께가 500nm 이하(예를 들어, 100nm 내지 500nm)일 수 있다. 제2 도전형 영역(30)의 두께가 500nm를 초과하면, 제조 공정의 시간이 길어질 수 있다. 제2 도전형 영역(30)의 두께가 100nm 미만이면, 균일한 두께로 형성하기 어려울 수 있고 원하지 않게 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(30)을 관통하는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 제2 도전형 영역(30)이 상대적으로 얇은 두께를 가지므로, 제2 도전형 영역(30)의 제1 면(즉, 도면의 하부면)(제2 패시베이션막(32) 또는 제2 전극(44)에 대향하는 면) 및 이에 반대되는 제2 면에 제2 요철(114)에 대응하는 요철이 형성될 수 있다. 제2 도전형 영역(30)에 인접(일 예로, 접촉)하는 제2 전극(44)의 제1 면에도 제2 요철(144)에 대응하는 요철이 형성될 수 있다. 그러면, 제2 도전형 영역(30)과 제2 전극(44)의 접촉 면적을 늘려 제2 전극(44)의 컨택 특성을 향상할 수 있다.
이때, 제1 면에 반대되는 제2 전극(44)의 제2 면은 형성 방법, 또는 두께에 따라 제2 요철에 대응하는 요철을 구비할 수도 있고, 구비하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(44)을 인쇄로 형성할 경우에 제2 전극(44)의 두께가 제2 요철(144)의 평균 높이와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(44)의 두께가 10um 내지 30um일 수 있다. 이 경우에는 제2 전극(44)의 제2 면은 도면에 도시한 바와 같이 제2 요철(114)에 대응하는 요철을 구비하지 않는다. 반면, 제2 전극(44)을 스퍼터링 등으로 형성하면 제2 전극(44)의 두께가 제2 요철(144)의 평균 높이와 같거나 이보다 작을 수 있고, 제2 전극(44)의 제2 면은 도면에 도시한 바와 같이 제2 요철(114)에 대응하는 요철을 구비할 수 있다.
그리고, 제2 요철(114)보다 작은 두께를 가지는 제2 패시베이션막(32)의 양면에도 제2 요철(114)에 대응하는 요철이 형성될 수 있다.
제2 도전형 영역(32), 제2 전극(44) 및/또는 제2 패시베이션막(32)에 형성되는 제2 요철(114)에 대응하는 요철은 제2 요철(114)과 같이 라운드진 단부를 가질 수 있다.
이와 같이 제2 요철(114)의 평균 높이가 제2 도전형 영역(30)의 두께보다 큰 태양 전지(100)의 구조에서, 제2 요철(114)이 라운드진 단부를 가지면 패시베이션 특성이 향상되며 제1 도전형 영역(30)과의 접합 특성이 우수하며, 제2 도전형 영역(30)을 좀더 안정적으로 형성할 수 있다.
그리고 이러한 구조에서 본 실시예와 달리 후면에 뾰족한 단부를 가지는 요철이 형성되면, 제2 전극(44)의 형성 공정에서 제2 전극(44)을 구성하는 금속 물질 등이 제2 도전형 영역(30)을 관통하여 쉽게 요철의 뾰족한 단부에 도달할 수 있다. 이때, 제2 전극(44)과 뾰족한 단부의 반응성이 매우 커서 이들이 서로 반응을 일으켜 반도체 기판(10)의 후면의 특성을 크게 저하되어 표면 재결합 등의 문제가 발생할 수 있다. 본 실시예에서와 같이 반도체 기판(10)과 제2 도전형 영역(30)은 서로 별개로 형성되는 구조에서는 캐리어가 반도체 기판(10)으로부터 제2 도전형 영역(30)으로 이동하기 위하여 이들의 경계에 해당하는 반도체 기판(10)의 후면 특성이 우수하여야 하는데, 후면에 형성된 요철의 뾰족한 단부에 의하여 반도체 기판(10)의 후면 특성이 나빠지면 캐리어의 이동이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율이 크게 저하될 수 있다.
이와 달리, 본 실시예에서와 같이 제2 요철(114)이 라운드진 단부를 가지면 제2 요철(114)의 단부와 제2 전극(44)과의 반응성이 작으므로 제2 전극(44)의 형성 등에 의하여 반도체 기판(10)의 후면 특성이 저하되거나 반도체 기판(10)의 후면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 다른 종래 기술로 반도체 기판(10)의 후면을 전체적으로 경면 연마하는 경우에는, 경면 연마를 위한 식각 용액을 반도체 기판(10)의 후면에만 닿게 하여 반도체 기판(10)의 후면만을 경면 연마한다. 그런데, 이 경우에 공정을 정밀하게 제어하는 경우에도 경면 연마를 위한 식각 용액이 반도체 기판(10)의 전면에도 침투하여 제1 요철(112)의 형상을 뭉개는 등과 같이 제1 요철(112)의 형상을 변화시키거나 손상시킬 수 있다. 그러면, 반도체 기판(10)의 전면에서의 반사가 일어나서 태양 전지(100)의 전류값이 저하될 수 있다. 그리고 경면 연마 중에 반도체 기판(10)의 전면이 과하게 식각되면, 반도체 기판(10)의 일부에 얼룩이 생겨 불량이 발생할 수 있다.
반면, 본 실시예에서와 같이 제2 요철(114)을 라운드진 단부를 가지는 라운드진 요철로 형성하면, 상술한 바와 같이 경면 연마를 수행할 경우의 문제를 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 반도체 기판(10)과 별개의 반도체층으로 구성되는 제2 도전형 영역(30)이 위치하는 반도체 기판(10)의 일면에 라운드진 요철인 제2 요철(114)을 형성하여, 경면 연마 공정을 수행하지 않아 경면 연마 공정에 의한 문제를 방지하면서 후면에서의 반사도를 저감하고 후면의 계면 특성 등을 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율 및 신뢰성을 향상할 수 있다. 그리고 이에 반대되는 반도체 기판(10)의 타면에는 제2 요철(114)과 다른 형상의 제1 요철(112)을 형성하여 반사를 최소화할 수 있다.
상술한 제1 및 제2 요철(112, 114)을 구비하는 태양 전지(100)를 제조하는 방법의 일 실시예를 도 8a 내지 도 8f를 참조하여 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법에서 상세하게 설명한다. 상술한 설명에서 이미 설명한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대하여 상세하게 설명한다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 양면에 제1 요철부(112a, 114a)를 형성한다. 좀더 구체적으로, 본 실시예에서는 반도체 기판(10)의 전면에 제1 요철부(112a)를 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 제1 요철부(114a)를 형성한다.
일 예로, 본 실시예에서 제1 요철부(112a, 114a)는 습식 식각에 의하여 형성될 수 있다. 습식 식각에 사용되는 식각 용액으로는 알칼리 용액(예를 들어, 수산화칼륨(KOH)을 포함하는 용액)을 사용할 수 있다. 이와 같은 습식 식각에 의하면 짧은 시간 내에 간단한 공정에 의하여 제1 요철부(112a, 114a)를 반도체 기판(10)의 표면에 형성할 수 있다. 이때, 식각 용액에 반도체 기판(10)을 침지(dipping)하여 반도체 기판(10)의 양면을 함께 식각할 수 있는 침지 공정을 사용할 수 있다. 그러면, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 형성되는 제1 요철부(112a, 114a)를 한 번의 침지 공정에 의하여 함께 형성할 수 있으므로, 공정을 단순화할 수 있다.
이와 같은 습식 식각에 의하면 반도체 기판(10)의 결정면에 따라 식각되어 제1 요철부(112a, 114a)가 형성되므로, 제1 요철부(112a, 114a)의 외면이 일정한 결정면(예를 들어, (111) 면)을 가지면서 단부(즉, 산부 및 단부)가 뾰족한 피라미드 형상을 가질 수 있다.
이어서, 도 8b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 제2 면에 형성된 제1 요철부(114a)의 단부를 라운딩하여 제2 면에 라운드진 요철인 제2 요철(114)을 형성한다. 본 실시에에서 라운딩 처리는 오존을 이용하여 수행될 수 있는데, 좀더 구체적으로 오존을 녹인 식각 용액을 이용한 침지 공정에 의하여 수행될 수 있다. 이때, 식각 용액은 희석된 불산 또는 과산화 수소 용액에 오존을 녹여서 제조될 수 있다. 일 예로, 기포 상태의 오존을 희석된 불산 또는 과산화 수소 용액에 제공하면 기포 상태의 오존 중 적어도 일부가 희석된 불산 또는 과산화 수소 용액에 녹아서 단부의 라운딩에 작용하게 된다.
이와 같이 오존을 포함하는 식각 용액은 반도체 기판(10)의 후면에 형성된 제1 요철부(114a)의 산부 및 골부를 라운딩하여 제2 요철(114)을 형성한다. 이와 같이 오존을 녹인 식각 용액은 제1 요철부(114a)의 산부 및 골부를 효과적으로 라운딩처리할 수 있다. 일 예로, 식각 용액에서 오존의 농도가 1ppm 이상일 수 있다. 이러한 농도에서 안정적으로 제1 요철부(114a)의 산부 및 골부를 라운딩할 수 있기 때문이다.
본 실시예에서는 라운딩 단계에서 반도체 기판(10)을 식각 용액 내에 넣는 침지 공정을 적용하여 공정을 단순화하여 생산성을 향상할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이 제1 요철부(112a, 114a)를 형성하는 공정이 침지 공정으로 이루어지면, 동일한 침지 장치를 이용하여 제1 요철부(112a, 114a)를 형성한 다음 식각 용액만을 변경하여 제1 요철부(112a, 114b)의 단부를 라운드할 수 있어 생산성을 좀더 향상할 수 있다.
이와 같이 라운딩 공정에서 침지 공정을 사용하면 반도체 기판(10)의 전면 및 후면이 모두 식각 용액 내에 위치하게 되므로, 텍스쳐링 공정에 의하여 반도체 기판(10)의 전면에 형성되었던 제1 요철부(112b)의 단부도 함께 라운딩되어 전면에 라운드진 요철(1120)이 형성된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 기판(10)의 후면은 식각 용액에 잠기거나 접촉하고 반도체 기판(10)의 전면은 식각 용액에 접촉하지 않도록 라운딩 공정을 수행하면, 반도체 기판(10)의 후면에만 라운드진 요철인 제2 요철(114)이 형성되고, 전면에는 뾰족한 단부를 가지는 제1 요철부(112a)가 그대로 남아있을 수도 있다.
본 실시에에서는 텍스쳐링 공정에서 반도체 기판(10)의 후면에 뾰족한 단부를 가지는 제1 요철부(114a)를 형성한 다음 제1 요철부(114a)의 단부를 라운딩하여 라운드진 단부를 가지는 제2 요철(114)을 형성하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 텍스쳐링 공정에서 단부를 라운드지게 하는 첨가제 등을 추가로 첨가하여 라운드진 요철(1120) 및/또는 제2 요철(114)을 형성할 수도 있다.
이어서, 도 8c에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면 위에 제어 패시베이션막(40)을 형성한다. 제어 패시베이션막(40)은 증착, 열적 산화, 화학적 산화 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이때, 본 실시예에서 제어 패시베이션막(40)은 침지 공정을 이용한 화학적 산화에 의하여 형성되어 실리콘 산화막으로 구성될 수 있다. 그러면, 제1 요철부(112a, 114a) 및/또는 라운딩 처리를 위한 침지 장치를 그대로 이용하되 식각 용액만을 변경하여 제어 패시베이션막(40)을 형성할 수 있어, 생산성을 향상할 수 있다.
본 실시예에서도 일 예로 도 3에 도시한 바와 같이 제어 패시베이션막(40)을 포함하는 태양 전지(100)의 제조 방법을 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시한 바와 같이 제어 패시베이션막(40)을 포함하지 않는 태양 전지(100)의 제조 방법에서는 제어 패시베이션막(40)을 형성하는 단계를 수행하지 않을 수 있다.
이어서, 도 8d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면에 제2 요철부(112b)를 형성하여 제1 요철부(112a) 및 제2 요철부(112b)를 구비하는 제1 요철(112)을 형성할 수 있다. 그리고 제2 요철부(112b)를 형성하는 단계 이전 또는 이후에, 반도체 기판(10)의 전면에 제1 도전형 영역(20)을 형성하고 반도체 기판(10)의 후면에 제2 도전형 영역(30)을 형성할 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 제2 요철부(112b)는 반응성 이온 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다. 반응성 이온 식각 공정은 식각 가스(예를 들어, Cl2, SF6, NF3, HBr 등)을 공급 한 후에 플라즈마를 발생시켜 식각하는 건식 식각 공정이다. 이러한 반응성 이온 식각 공정은 결정 입자의 결정 방향에 관계없이 반도체 기판(10)의 후면에 미세하고 균일한 제2 요철부(112b)을 형성할 수 있다. 이때, 제2 요철부(112b)는 뾰족한 상부 단부를 가질 수 있다. 반응성 이온 식각 공정은 단면 식각 공정이므로 반도체 기판(10)의 전면에만 제2 요철부(112b)를 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에는 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
이에 의하여 제1 및 제2 요철부(112a, 112b)를 구비하는 제1 요철(112)을 단순한 공정으로 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반도체 기판(10)의 전면에 제2 요철부(112b)를 형성하지 않고 라운딩 공정도 수행되지 않도록 하여 제1 요철(112)이 제1 요철부(112a)로만 구성될 수 있다. 또는, 제1 요철부(112a)를 형성하는 텍스쳐링 공정을 수행하지 않거나, 텍스쳐링 공정을 수행하였으나 제2 요철부(112b)를 형성할 때 제1 요철부(112a)를 구별할 수 없을 정도로 제1 요철부(112a)가 변형 또는 제거되어, 제1 요철(112)이 제2 요철부(112b)로만 구성될 수도 있다.
제1 도전형 영역(20)은 제1 도전형 도펀트를 외부로부터 반도체 기판(10)의 일부로 제공하여 반도체 기판(10)의 일부를 도핑하는 도핑 공정에 의하여 형성될 수 있다. 도핑 공정으로는 이온 주입법, 제1 도전형 도펀트를 포함하는 기체를 사용하는 상태에서 열처리하는 것에 의하는 열 확산법, 제1 도전형 도펀트를 포함하는 도핑층을 형성한 후에 수행되는 열처리법, 레이저 도핑법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
제2 도전형 영역(30)은 다양한 방법에 의하여 제2 도전형 도펀트를 구비한 반도체층을 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체층은 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 저압 화학 기상 증착법(LPCVD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는 반도체층을 형성할 때 반도체층에 함께 포함될 수도 있고, 또는 반도체층을 형성한 이후에 별도의 도핑 공정을 수행하여 반도체층에 포함될 수 있다. 반도체층을 형성할 때 제2 도전형 도펀트를 포함되도록 하면 공정을 단순화할 수 있다. 반도체층 형성 이후에 수행되는 별도의 도핑 공정으로는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 예로, 이온 주입법, 도펀트를 포함하는 기체를 사용하는 상태에서 열처리하는 것에 의하는 열 확산법, 도핑층을 형성한 후에 수행되는 열처리법, 레이저 도핑법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서는 제2 요철부(112b) 형성 공정, 제1 도전형 영역(20)의 형성 공정, 제2 도전형 영역(30)의 형성 공정의 순서가 한정되지 않는다. 일 예로, 제2 도전형 영역(30)을 먼저 형성하고, 그 후에 제2 요철부(112b)을 형성한 다음 제1 도전형 영역(20)을 형성할 수 있다. 이에 의하면 제2 도전형 영역(30)을 형성할 때 원하지 않게 반도체 기판(10)으로 확산된 제2 도전형 도펀트를 제2 요철부(112b)를 형성할 때 제거할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 8e에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 표면 위에 절연막을 형성한다. 즉, 반도체 기판(10)의 전면에 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 제2 패시베이션막(32)을 형성한다. 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24), 또는 제2 패시베이션막(32)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 본 발명에서 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)의 형성 순서가 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 8f에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다.
일 예로, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 절연막 상에 각기 인쇄 공정(일 예로, 스크린 인쇄 공정)으로 도포한 후에 파이어 스루(fire through) 또는 레이저 소성 컨택(laser firing contact) 등을 하여 상술한 형상의 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성할 때 개구부(102, 104)가 형성되므로, 별도로 개구부(102, 104)를 형성하는 공정을 추가하지 않아도 된다. 그리고 인쇄 공정을 이용하여 제1 및 제2 전극(42, 44)을 쉽고 간단한 공정으로 형성할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 패터닝 공정에 의하여 절연막에 개구부(102, 104)을 형성하고, 그 이후에 개구부(102, 104) 내를 채우면서 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. 이때, 개구부(102, 104)는 레이저를 이용한 레이저 어블레이션, 또는 식각 용액 또는 식각 페이스트 등을 이용한 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 스퍼터링, 도금법, 증착법 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 간단한 공정에 의하여 라운드진 요철로 구성되는 제2 요철(114)을 형성하여 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지(100)를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
반도체 기판의 후면에 라운드진 요철인 제2 요철을 형성하였다. 이때, 수산화 칼륨 용액을 사용한 텍스쳐링 공정에 의하여 제1 요철부를 형성한 후에 오존을 녹인 희석된 불산 용액을 이용하여 제1 요철부의 단부를 라운딩하여 제2 요철을 형성하였다.
비교예
반도체 기판의 후면을 경면 연마하여 요철이 구비되지 않도록 하였다.
실시예 및 비교예에 따른 반도체 기판의 후면에서의 반사율을 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 반도체 기판의 후면에서의 반사율이 비교예에 따른 반도체 기판의 후면에서의 반사율보다 낮은 것을 알 수 있다. 이에 의하여 라운드진 요철인 제2 요철에 의하여 반도체 기판의 후면에서의 반사율을 낮출 수 있음을 알 수 있다.
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
112: 제1 요철
112a: 텍스쳐링 요철
112b: 미세 요철
114: 제2 요철(라운딩된 요철)
10: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
112: 제1 요철
112a: 텍스쳐링 요철
112b: 미세 요철
114: 제2 요철(라운딩된 요철)
10: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
Claims (14)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 반도체 기판의 제1 면 및 제2 면에 각각 동일한 크기의 산부와 골부를 갖는 피라미드 형상의 제1 요철을 상기 제1 면에 제2 요철을 상기 제2 면에 동시에 형성하는 단계;
희석된 불산 또는 과산화수소에 오존을 녹인 식각 용액에 상기 제2요철만을 침지하여 상기 제2 요철의 뾰족한 산부 및 골부를 라운드지게 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 상기 제2 면 위에 제어 패시베이션막을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 상기 제1 면에 제1 도전형 영역을 형성하고, 상기 제어 패시베이션막 위에 상기 반도체 기판과 다른 결정 구조를 가지는 제2 도전형 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제1 요철의 표면에만 선택적으로 상기 제1 요철보다 작은 크기를 가지는 미세 요철을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 제어 패시베이션막을 형성하는 단계가 상기 침지 공정이 수행된 침지 장치에서 연속적으로 수행되는 태양 전지의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 미세 요철을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판에 형성된 상기 제1 요철의 표면에 반응성 이온 식각 공정을 수행하여 상기 미세 요철을 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 제2 도전형 영역을 형성하는 단계에서, 상기 제2 도전형 영역의 두께가 100-500(nm)가 되도록 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
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