KR102397999B1 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판의 일면 위에 제어 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 제어 패시베이션막 위에 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계는, 진성 반도체층을 형성하는 공정; 상기 진성 반도체층 위에 상기 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도펀트층을 형성하는 공정; 및 디포커스된(defocused) 레이저를 이용하여 상기 제1 도펀트층에 포함된 상기 제1 도전형 도펀트를 상기 진성 반도체층에 도핑시키는 도핑 공정을 포함한다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes forming a control passivation film on one surface of a semiconductor substrate; forming a first conductivity type region including a first conductivity type dopant on the control passivation layer; and forming a first electrode connected to the first conductivity-type region. The forming of the first conductivity type region may include: forming an intrinsic semiconductor layer; forming a first dopant layer including the first conductivity type dopant on the intrinsic semiconductor layer; and a doping process of doping the intrinsic semiconductor layer with the first conductivity-type dopant included in the first dopant layer using a defocused laser.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 반도체 물질을 포함하는 도전형 영역을 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell including a conductive region including a semiconductor material and a method for manufacturing the same.
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. Recently, as existing energy resources such as oil and coal are expected to be depleted, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, a solar cell is spotlighted as a next-generation battery that converts solar energy into electrical energy.
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 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계 및 제조되는 것이 요구된다. In such a solar cell, various layers and electrodes can be manufactured according to design. The design of these various layers and electrodes can determine solar cell efficiency. In order to commercialize the solar cell, it is necessary to overcome the low efficiency. Therefore, various layers and electrodes are required to be designed and manufactured to maximize the efficiency of the solar cell.
도전형 영역이 반도체 기판과 별개의 층으로 형성된 태양 전지가 제안되었는데, 이러한 태양 전지에서는 도전형 영역으로 캐리어가 이동하기 어려울 수 있었다. 특히, 도전형 영역과 반도체 기판 사이에 또 다른 층이 위치할 경우에 불연속적인 에너지 밴드 다이어그램에 의하여 이러한 문제가 더욱 심화될 수 있다. A solar cell in which a conductive region is formed as a layer separate from a semiconductor substrate has been proposed. In such a solar cell, it may be difficult for carriers to move to the conductive region. In particular, when another layer is located between the conductive region and the semiconductor substrate, the problem may be further exacerbated by the discontinuous energy band diagram.
본 발명은 우수한 효율 및 생산성을 가지는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a solar cell having excellent efficiency and productivity and a method for manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판의 일면 위에 제어 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 제어 패시베이션막 위에 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계는, 진성 반도체층을 형성하는 공정; 상기 진성 반도체층 위에 상기 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도펀트층을 형성하는 공정; 및 디포커스된(defocused) 레이저를 이용하여 상기 제1 도펀트층에 포함된 상기 제1 도전형 도펀트를 상기 진성 반도체층에 도핑시키는 도핑 공정을 포함한다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes forming a control passivation film on one surface of a semiconductor substrate; forming a first conductivity type region including a first conductivity type dopant on the control passivation layer; and forming a first electrode connected to the first conductivity-type region. The forming of the first conductivity type region may include: forming an intrinsic semiconductor layer; forming a first dopant layer including the first conductivity type dopant on the intrinsic semiconductor layer; and a doping process of doping the intrinsic semiconductor layer with the first conductivity-type dopant included in the first dopant layer using a defocused laser.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 위에 형성되는 제어 패시베이션막; 상기 제어 패시베이션막 위에 형성되며, 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함한다. 상기 제1 도전형 영역에 대응하는 상기 반도체 기판의 부분에 상기 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 확산 영역이 형성된다. 상기 제어 패시베이션막이 상기 제1 도전형 영역과 상기 제1 확산 영역 사이에 위치하며 상기 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 도핑 부분을 포함한다. 상기 제1 도전형 영역, 상기 제어 패시베이션막, 그리고 상기 제1 확산 영역을 향하면서 상기 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 줄어드는 도핑 프로파일을 가진다. 여기서, 상기 제어 패시베이션막 또는 이에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 부분이 제1 도핑 프로파일을 가지며, 상기 제어 패시베이션막에 인접한 상기 제1 확산 영역의 부분이 상기 제1 도핑 프로파일과 다른 제2 도핑 프로파일을 가진다. 상기 제2 도핑 프로파일의 제2 농도 구배의 절대값이 상기 제1 도핑 프로파일의 제1 농도 구배의 절대값보다 작다. A solar cell according to an embodiment of the present invention includes: a semiconductor substrate; a control passivation film formed on one surface of the semiconductor substrate; a first conductivity type region formed on the control passivation layer and including a first conductivity type dopant; and a first electrode connected to the first conductivity type region. A first diffusion region having the first conductivity type dopant is formed in a portion of the semiconductor substrate corresponding to the first conductivity type region. The control passivation layer is positioned between the first conductivity type region and the first diffusion region and includes a first doped portion including the first conductivity type dopant. The doping profile has a doping profile in which the doping concentration of the first conductivity-type dopant is continuously decreased toward the first conductivity-type region, the control passivation layer, and the first diffusion region. Here, the control passivation layer or a portion of the first conductivity type region adjacent thereto has a first doping profile, and a portion of the first diffusion region adjacent to the control passivation layer has a second doping profile different from the first doping profile have An absolute value of the second concentration gradient of the second doping profile is less than an absolute value of the first concentration gradient of the first doping profile.
본 실시예에 따르면, 도전형 영역에 대응하여 반도체 기판의 내부에 확산 영역을 형성하여, 태양 전지의 개방 전압 및 충밀도를 개선하여 태양 전지의 효율을 향상할 수 있다. 그리고 간단한 공정에 의하여 원하는 도핑 프로파일, 두께 등을 가지는 확산 영역을 형성할 수 있다. 이에 의하여 우수한 효율을 가지는 태양 전지의 제조 방법을 단순화할 수 있어, 생산성을 향상할 수 있다. According to the present embodiment, by forming a diffusion region in the semiconductor substrate corresponding to the conductive region, the open-circuit voltage and filling density of the solar cell can be improved, thereby improving the efficiency of the solar cell. In addition, a diffusion region having a desired doping profile and thickness can be formed by a simple process. Thereby, the manufacturing method of the solar cell with excellent efficiency can be simplified, and productivity can be improved.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다.
도 3의 (a)는 본 실시예에 따른 태양 전지의 에너지 밴드 다이어그램이고, (b)는 확산 영역을 구비하지 않는 태양 전지의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4은 도 1에 도시한 태양 전지에서 제1 도전형 영역, 제1 도핑 부분 및 제1 확산 영역의 도핑 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 6은 도 5d에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정에 의하여 제1 도펀트층에 형성된 레이저빔의 형상을 개략적으로 도시한 것으로서, (a)는 포커스된 레이저를 사용한 경우의 레이저빔의 형상이고 (b)는 디포커스된 레이저를 사용한 경우의 레이저빔의 형상이다.
도 7은 도 5d에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 도 5d에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정의 다른 예를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial rear plan view of the solar cell shown in FIG. 1 .
3 (a) is an energy band diagram of a solar cell according to the present embodiment, and (b) is an energy band diagram of a solar cell without a diffusion region.
FIG. 4 is a graph illustrating doping profiles of a first conductivity type region, a first doped portion, and a first diffusion region in the solar cell shown in FIG. 1 .
5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 schematically shows a shape of a laser beam formed on a first dopant layer by a doping process included in the method for manufacturing a solar cell shown in FIG. 5D , and (a) is a laser beam when a focused laser is used. The shape of (b) is the shape of the laser beam when a defocused laser is used.
7 is a schematic diagram illustrating an example of a doping process included in the method of manufacturing the solar cell shown in FIG. 5D .
8 is a schematic diagram illustrating another example of a doping process included in the method of manufacturing the solar cell illustrated in FIG. 5D .
9 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view of the solar cell shown in FIG. 9 .
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments and may be modified in various forms.
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. In the drawings, in order to clearly and briefly describe the present invention, the illustration of parts irrelevant to the description is omitted, and the same reference numerals are used for the same or extremely similar parts throughout the specification. In addition, in the drawings, the thickness, width, etc. are enlarged or reduced in order to make the description more clear, and the thickness, width, etc. of the present invention are not limited to the bars shown in the drawings.
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. And, when a certain part "includes" another part throughout the specification, other parts are not excluded unless otherwise stated, and other parts may be further included. Also, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, it includes not only the case where the other part is “directly on” but also the case where another part is located in the middle. When a part, such as a layer, film, region, or plate, is "directly above" another part, it means that no other part is located in the middle.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a solar cell and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 부분 후면 평면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial rear plan view of the solar cell shown in FIG. 1 .
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면(이하 "후면") 위에 형성되는 도펀트 제어 패시베이션막(이하 "제어 패시베이션막")(20), 제어 패시베이션막(20) 위에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)과, 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(42)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34) 및 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)을 더 포함할 수 있다. 그 외에도 태양 전지(100)는 반도체 기판(10)의 전면 위에 위치하는 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26), 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30) 위에 위치하는 후면 패시베이션막(40) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다. 1 and 2 , the
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. 일 예로, 베이스 영역(110)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 베이스 영역(110)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 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)은 전기적 특성이 우수하다. The
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면 쪽에 전면 전계 영역(130)이 위치한다. 전면 전계 영역(130)은 베이스 영역(110)과 동일한 제1 또는 제2 도전형(일 예로, 제2 도전형)을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가지는 도핑 영역으로, 반도체 기판(10)의 일부를 구성할 수 있다. In the present embodiment, the front
그리고 반도체 기판(10)의 전면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(10)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상))을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다.In addition, an anti-reflection structure capable of minimizing reflection may be formed on the front surface of the
그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 함께 형성되는 경우에는 반도체 기판(10)의 후면의 특성에 따라 태양 전지(100)의 특성이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 후면에는 텍스쳐링에 의한 요철을 형성하지 않아 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(100)의 특성을 향상할 수 있다. 그러나 경우에 따라 반도체 기판(10)의 후면에 텍스쳐링에 의한 요철을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.In addition, the rear surface of the
반도체 기판(10)의 후면 위에는 제어 패시베이션막(20)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면 제어 패시베이션막(20)을 패터닝 없이 쉽게 형성할 수 있고 구조를 단순화할 수 있으며 캐리어가 안정적으로 이동할 수 있도록 할 수 있다. A
반도체 기판(10)과 도전형 영역(32, 34) 사이에 위치한 제어 패시베이션막(20)은 도전형 영역(32, 34)의 도펀트가 반도체 기판(10)으로 지나치게 확산하는 것을 방지하는 도펀트 제어 역할 또는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 제어 패시베이션막(20)은 도펀트의 확산을 조절할 수 있으며 다수 캐리어를 전달할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. The
일 예로, 제어 패시베이션막(20)은 일정 수준 이상의 유전율을 가져 캐리어의 이동을 가능하게 하는 유전 물질을 포함하는 유전막 또는 절연막일 수 있다. 이와 같이 일정 수준의 유전율을 가지면 전계가 인가될 때 분극 현상이 발생하므로 캐리어가 쉽게 이동 또는 통과할 수 있도록 한다. 이러한 제어 패시베이션막(20)으로는 산화막, 실리콘을 포함하는 유전막 또는 절연막, 질화 산화막, 탄화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(20)이 금속 산화막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 질화 산화막, 금속 질화 산화막, 실리콘 탄화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 금속 산화막 또는 금속 질화 산화막에 포함되는 금속은 알루미늄, 티타늄, 하프늄 등일 수 있다. 이와 같이 금속을 포함할 경우 제어 패시베이션막(20)은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 하프늄 산화막, 알루미늄 질화 산화막, 티타늄 질화 산화막, 하프늄 질화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. For example, the
일 예로, 제어 패시베이션막(20)이 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 원활한 막이기 때문이다. 또한, 실리콘 산화막은 다양한 공정에 의하여 반도체 기판(10)의 표면에 쉽게 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 실리콘 산화막으로 구성되는 제어 패시베이션막(20)을 특정 공정 조건에서 형성하여 제어 패시베이션막(20)을 통한 도펀트의 이동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 공정 조건은 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 이와 같이 특정 공정 조건에서 형성된 실리콘 산화막의 화학식이 SiOx이고, x가 1.1 이상(1.1 내지 2.0)일 수 있다. 그리고 제어 패시베이션막(20)을 구성하는 실리콘 산화막의 굴절률이 1.5 이상(일 예로, 1.5 내지 1.7)일 수 있다. 이때, 실리콘 산화막으로 구성되는 제어 패시베이션막(20)의 굴절률이 실리콘 산화막으로 구성되는 다른 절연막(반사 방지막(26), 또는 전면 및 후면 패시베이션막(24, 40))의 굴절률(일 예로, 1.4 이상, 1.5 미만)보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제어 패시베이션막(20)으로 사용되는 실리콘 산화막이 다양한 화학식 또는 굴절률을 가질 수 있다. For example, the
이때, 제어 패시베이션막(20)은 비정질 구조를 가질 수 있다. 좀더 구체적으로는, 제어 패시베이션막(20)이 비정질 구조로만 이루어지는 비정질막일 수도 있고, 부분적으로 결정화된 부분을 포함하는 비정질막일 수도 있다. In this case, the
이와 같이 비정질 구조를 가지는 제어 패시베이션막(20)은 반도체 기판(10)의 내부에 위치하는 확산 부분(320, 340)을 형성하는 데 기여할 수 있다. 좀더 구체적으로는, 제어 패시베이션막(20)이 비정질 구조를 가지면, 도전형 영역(32, 34)에 포함되는 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 제어 패시베이션막(20)을 쉽게 통과할 수 있다. 이에 따라 도전형 영역(32, 34)에 포함되는 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 제어 패시베이션막(20)을 통과하여 반도체 기판(10)의 내부까지 확산되어 반도체 기판(10)의 내부에 확산 영역(320, 340)를 쉽게 형성할 수 있다. 그리고 제어 패시베이션막(20)은 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)에 포함되는 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 포함되는 제1 도핑 부분(202) 및/또는 제2 도핑 부분(204)을 포함할 수 있다. 제1 도핑 부분(202) 및 제2 도핑 부분(204)은, 실질적으로 도펀트를 포함하지 않는 다른 절연막(반사 방지막(26), 전면 및 후면 패시베이션막(24, 40))보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 확산 영역(320, 340) 및 도핑 부분(202, 204)에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. As such, the
상술한 바와 같은 제어 패시베이션막(20)을 통한 캐리어 이동, 도펀트의 확산 제어 등을 위하여 비정질 구조를 가지는 제어 패시베이션막(20)이 얇은 두께를 가질 수 있다. 이에 따라 제어 패시베이션막(20)의 두께가 다른 절연막(반사 방지막(26), 전면 및 후면 패시베이션막(24, 40), 특히, 산화막을 포함하는 다른 절연막)의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(20)의 두께가 5nm 이하(좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 제어 패시베이션막(20)의 두께가 5nm를 초과하면 캐리어가 이동하기 어려워 태양 전지(100)가 작동하지 않을 수 있고, 제어 패시베이션막(20)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 제어 패시베이션막(20)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 캐리어의 이동 및 도펀트 확산을 원활하게 하기 위하여 제어 패시베이션막(20)이 2nm 이하(좀더 구체적으로 0.5nm 내지 2nm)의 두께를 가질 수 있다. 이때, 캐리어의 이동 및 도펀트 확산을 좀더 원활하게 할 수 있도록 제어 패시베이션막(20)이 0.5nm 내지 1.5nm의 두께를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제어 패시베이션막(20)의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다. As described above, the
제어 패시베이션막(20) 위에는 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30)이 위치할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 제어 패시베이션막(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층(30)으로 구성된다. 일 예로, 반도체층(30)(또는 도전형 영역(32, 34))은 제어 패시베이션막(20)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화하고 캐리어가 쉽게 전달되도록 할 수 있다. A
본 실시예에서 제1 도전형 영역(32)은 제1 도전형 도펀트를 가져 제1 도전형을 가지고, 제2 도전형 영역(34)은 제2 도전형 도펀트를 가져 제2 도전형을 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 영역(일 예로, 제2 도전형 영역(34))은 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가진다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 제어 패시베이션막(20) 위에서 연속적으로 형성된 반도체층(30) 내에 함께 위치하여 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들과 동일 평면 상에 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다. In this embodiment, the first
제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 중 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(110)과 pn 접합(또는 pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(34, 34) 중 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 후면 전계(back surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 후면 전계 영역은 반도체 기판(10)의 후면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계를 형성한다. Among the first and second
제1 또는 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 도펀트 중 하나가 보론(B)이고 다른 하나가 인(P)일 수 있다. When the first or second conductivity-type dopant is p-type, a group 3 element such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), or indium (In) may be used. When the first or second conductivity-type dopant is n-type, a group 5 element such as phosphorus (P), arsenic (As), bismuth (Bi), or antimony (Sb) may be used. For example, one of the first and second conductivity-type dopants may be boron (B) and the other may be phosphorus (P).
그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)이 위치하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 서로 이격시킨다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 접촉하는 경우에는 션트(shunt)가 발생하여 태양 전지(100)의 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)을 위치시켜 불필요한 션트를 방지할 수 있다. In addition, a
배리어 영역(36)으로 도핑되지 않은(즉, 언도프트) 절연 물질(일례로, 산화물, 질화물) 등을 사용할 수 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 진성(intrinsic) 반도체를 포함할 수도 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 배리어 영역(36)은 서로 측면이 접촉되면서 연속적으로 형성되는 동일한 반도체(일례로, 다결정 부분(302)을 포함하는 반도체층(30))로 구성되되, 배리어 영역(36)은 실질적으로 도펀트를 포함하지 않는 i형(진성) 반도체 물질일 수 있다. 일 예로, 진성 반도체층을 형성한 다음, 진성 반도체층의 일부 영역에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 도전형 영역(32)을 형성하고 다른 영역 중 일부에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 제2 도전형 영역(34)을 형성하면, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 형성되지 않은 영역이 배리어 영역(36)을 구성하게 될 수 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)의 제조 방법을 단순화할 수 있다. An undoped (ie, undoped) insulating material (eg, oxide, nitride) or the like may be used as the
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 배리어 영역(36)을 다양한 방법에 의하여 형성하여 다양한 두께를 가질 수 있으며 다양한 형상을 가질 수도 있다. 배리어 영역(36)이 빈 공간인 트렌치로 구성될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 그리고 도면에서는 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이를 전체적으로 이격하는 것을 예시하였다. 그러나 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계 부분의 일부만을 이격시키도록 형성될 수도 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 형성되지 않아 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계가 서로 접촉할 수도 있다.However, the present invention is not limited thereto. Accordingly, the
본 실시예에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 또는 반도체층(30)이 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)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 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 형성될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 다결정 반도체를 가지면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. In this embodiment, the first and second conductivity-
이때, 본 실시예에서는 반도체 기판(10)에 확산 영역(320, 340)이 형성될 수 있다. 확산 영역(320, 340)은 반도체 기판(10)의 일부를 구성하여 베이스 영역(110)과 동일한 결정 구조를 가지며, 베이스 영역(110)과 도전형 또는 도핑 농도가 다를 수 있다. In this case, in the present embodiment,
확산 영역(320, 340)은, 제1 확산 영역(320) 및 제2 확산 영역(340) 중 하나를 포함하거나, 제1 확산 영역(320) 및 제2 확산 영역(340)을 각기 포함할 수 있다. 여기서, 제1 확산 영역(320)은 평면으로 볼 때 제1 도전형 영역(32)에 대응하도록 부분적으로 위치하며 두께 방향으로 볼 때 제어 패시베이션막(20)에 인접한 반도체 기판(10)의 영역에 형성될 수 있다. 제1 도전형 불순물의 총 도핑 농도는 제1 도전형 영역(32)보다 제1 확산 영역(320)에서 낮을 수 있다. 그리고 제2 확산 영역(340)은 평면으로 볼 때 제2 도전형 영역(34)에 대응하도록 부분적으로 위치하며 두께 방향으로 볼 때 제어 패시베이션막(20)에 인접한 반도체 기판(10)의 영역에 형성될 수 있다. 제2 도전형 불순물의 총 도핑 농도가 제2 도전형 영역(34)보다 제2 확산 영역(340)에서 낮을 수 있다. 이때, 제2 도전형 불순물의 도핑 농도 또는 총 도핑 농도는 베이스 영역(110)보다 제2 확산 영역(340)에서 클 수 있다. 이와 같이 후면 전극형 구조를 가지는 태양 전지(100)에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 함께 후면에 위치하므로 확산 영역(320, 340)이 반도체 기판(10)의 후면에서 전체적으로 형성되면 확산 영역(320, 340)이 오히려 필요한 캐리어의 이동을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 확산 영역(320)이 전체적으로 형성되면 제1 확산 영역(320)이 제2 도전형 영역(34)에 인접한 부분에서 제2 도전형 영역(34)으로 향하는 캐리어의 흐름을 방해한다. 또는, 제2 확산 영역(340)이 전체적으로 형성되면 제2 확산 영역(340)이 제1 도전형 영역(32)에 인접한 부분에서 제1 도전형 영역(32)으로 향하는 캐리어의 흐름을 방해한다. 특히, 확산 영역(320, 340)은 서로 이격되어 형성되어 확산 영역(320, 340) 사이에 이들을 이격하는 베이스 영역(110)이 위치할 수 있는데, 이에 의하여 반도체 기판(10) 내의 도핑 영역을 줄여 반도체 기판(10)의 특성 변화 등을 최소화할 수 있다. The
그리고 제1 및 제2 확산 영역(32, 34)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 대응하는 형상을 가지므로 제1 확산 영역(32)과 제2 확산 영역(34)이 서로 교번하여 위치할 수 있다. In addition, since the first and
본 실시예에서 확산 영역(320, 340)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 제어 패시베이션막(20) 및 반도체 기판(10)이 접합되는 부분에서 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)의 다수 캐리어가 쉽게 통과할 수 있도록 에너지 밴드를 변형하는 역할을 한다. 이에 의하여 개방 전압 및 충밀도를 향상할 수 있는데, 특히 충밀도를 크게 향상할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. In the present embodiment, the
도 3의 (a)는 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 에너지 밴드 다이어그램이고, (b)는 확산 영역(320, 340)을 구비하지 않는 태양 전지의 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 3에서는, 일 예로, 베이스 영역(110)이 n형을 가지고, 제1 확산 영역(320) 및 제1 도전형 영역(32)이 p형을 가지는 경우를 도시하였다. 참조로, 제1 확산 영역(320)의 도핑 농도는 제1 도전형 영역(32)의 도핑 농도보다 작다. 3A is an energy band diagram of the
도 3의 (a)을 참조하면, 제1 확산 영역(320)은 제1 도전형 영역(32), 제어 패시베이션막(20) 및 베이스 영역(10)를 향하면서 전도대 및 가전도대 각각이 점진적이고 연속적으로 감소하도록 에너지 밴드를 변형한다. 이와 같은 에너지 밴드 다이어그램을 가지면, 전도대에 위치한 전자(e-)는 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(32) 사이에서 에너지 밴드갭(△Ec)이 존재하여 도면의 실선 화살표처럼 제1 도전형 영역(32)으로 이동하지 못하게 되고, 가전도대에 위치한 정공은 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(32) 사이에서 에너지 밴드갭(△Ev)이 존재하여 도면의 점선 화살표처럼 제1 도전형 영역(32)으로 쉽게 이동하게 된다. 반면, 제1 확산 영역(320)이 없는 경우에는 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 제어 패시베이션막(20)을 기준으로 전도대 및 가전도대가 불연속적으로 위치하게 되고, 이에 의하여 캐리어가 원하는 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제어 패시베이션막(20) 부근에서 불연속적인 전도대 및 가전도대가 원하는 캐리어가 도전형 영역(32, 34)으로 이동하는 것을 방지하는 에너지 장벽이 된다. 이와 같이 본 실시예에서 확산 영역(320, 340)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)으로 원하는 캐리어가 쉽게 이동할 수 있도록 에너지 밴드를 변형하여, 태양 전지(100)의 개방 전압 및 충밀도를 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 3A , in the
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어 패시베이션막(20)은 제1 도전형 영역(32)과 제1 확산 영역(320) 사이에 위치하여 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도핑 부분(202) 및/또는 제2 도전형 영역(34)과 제2 확산 영역(340) 사이에 위치하여 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도핑 부분(204)을 포함할 수 있다. 즉, 제어 패시베이션막(20)에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 대응하도록 각기 부분적으로 형성되는 제1 및 제2 도핑 부분(202, 204)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 일 예로, 제어 패시베이션막(20)은 배리어 영역(36)에 대응하며 도핑되지 않는 미도핑 부분(206)을 사이에 두고 제1 및 제2 도핑 부분(202, 204)이 서로 이격하여 서로 교번적으로 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제1 및 제2 도핑 부분(202, 204)에는 부분적으로 도펀트가 집중되어 다른 부분보다 더 높은 농도를 가지는 고농도 도핑 부분(202a, 204a)가 형성될 수 있다. 이러한 고농도 도핑 부분(202a, 204a)은 도펀트가 제어 패시베이션막(20)의 일부분에서 응집되어 잔류하여 형성된 부분일 수 있다. 고농도 도핑 부분(202a, 204a)은 다양하고 랜덤(random)한 형상을 가지면서 불규칙하게 위치할 수 있다. Referring back to FIGS. 1 and 2 , the
이에 따라 제어 패시베이션막(20)의 제1 및 제2 도핑 부분(202, 204)은 도핑이 되지 않은 다른 절연막(반사 방지막(26), 전면 및 후면 패시베이션막(24, 40), 특히, 산화막을 포함하는 다른 절연막)보다 제1 또는 제2 도전형 도펀트의 도핑 농도가 높다. Accordingly, the first and second
이러한 확산 영역(320, 340)은 상술한 바와 같이 제어 패시베이션막(20)이 비정질 구조를 가져 도전형 영역(32, 34)의 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 제어 패시베이션막(20)을 쉽게 통과하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32), 그리고 이에 관련된 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)이 특정한 도핑 프로파일을 가지도록 형성할 수 있다. 특히, 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가져 에미터 영역으로 기능하는 도전형 영역(32, 34)(예를 들어, 제1 도전형 영역(32)), 그리고 이에 관련된 도핑 부분(202, 204) 및 확산 영역(320, 340)의 도핑 프로파일을 제어할 수 있다. 후면 전계 영역으로 기능하는 도전형 영역(32, 34)(예를 들어, 제2 도전형 영역(34))은 베이스 영역(10)과 동일한 도전형을 가지므로 확산 영역(320, 340)의 두께, 총 도핑 농도 등이 태양 전지(100)의 특성에 큰 영향을 미치지 않을 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 중 어느 하나, 그리고 이에 관련된 도핑 부분(202, 204) 및 확산 영역(320, 340)이 후술할 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 이때, 본 명세서에서 "제1" 및 "제2" 라는 용어는 서로 간의 구별을 위하여 사용한 것일 뿐 이러한 용어에 한정되는 것은 아니다. As described above, in the
제1 도전형 영역(32), 그리고 이에 관련된 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)의 도핑 프로파일을 도 1 및 2와 함께 도 4을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 도핑 프로파일을 형성하기 위한 구체적인 제조 방법은 추후에 도 5a 내지 5h, 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. The doping profile of the first
도 4은 도 1에 도시한 태양 전지에서 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)의 도핑 프로파일을 도시한 그래프이다. 참조로, 도 4에 따른 도핑 프로파일은 이차 이온 질량 분석법(secondary ion mass spectrometry, SIMS)에 의하여 측정된 것을 도시하였다. FIG. 4 is a graph illustrating doping profiles of the first
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 두께 방향으로 볼 때 제1 도전형 영역(32), 제어 패시베이션막(20) 또는 제1 도핑 부분(202), 그리고 제1 확산 영역(320)을 향하면서 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 줄어드는 도핑 프로파일을 가진다. 4 , in this embodiment, when viewed in the thickness direction of the
이때, 제어 패시베이션막(20) 또는 이에 인접한 제1 도전형 영역(32)의 부분이 제1 도핑 프로파일(PF1)을 가지며, 제어 패시베이션막(20)에 인접한 제1 확산 영역(320)의 부분이 상기 제1 도핑 프로파일(PF1)과 다른 제2 도핑 프로파일(PF2)을 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 제2 도핑 프로파일(PF2)의 제2 농도 구배의 절대값이 제1 프로파일(PF1)의 제1 농도 구배의 절대값보다 작다. 여기서, 농도 구배는 프로파일 내의 전체 농도 구배를 평균한 값일 수도 있고, 프로파일 내의 각 지점의 농도 구배를 구하여 이를 평균한 값일 수도 있다. 즉, 제어 패시베이션막(20) 또는 이에 인접한 제1 도전형 영역(32)의 부분에서 도핑 농도가 저하하는 정도보다 제어 패시베이션막(20)에 인접한 제1 확산 영역(320)의 부분에서 도핑 농도가 저하하는 정도가 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 도핑 프로파일(PF2)에 일종의 킹크(kink) 또는 변곡점을 구비할 수 있다. 이에 의하여 제어 패시베이션막(20)에 인접한 제1 확산 영역(320)이 비교예 또는 종래보다 큰 총 도핑 농도를 가지면서 얇은 두께(T2)로 형성될 수 있다. 이는 제1 도전형 영역(32), 제1 확산 영역(320) 등을 형성할 때 제조 공정을 개선하였기 때문이다. At this time, the
반면, 제조 공정을 개선하지 않은 비교예에서는 제어 패시베이션막 또는 이에 인접한 제1 도전형 영역의 부분과, 제어 패시베이션막에 인접한 제1 확산 영역의 부분이 동일 또는 유사한 도핑 농도 구배를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 제1 도전형 도펀트의 도핑 프로파일이 대략적으로 선형적인 형상을 가지면서 확산되어 제어 패시베이션막 또는 이에 인접한 제1 도전형 영역의 부분과, 제어 패시베이션막에 인접한 제1 확산 영역의 부분이 동일 또는 유사한 프로파일을 가지게 되고, 이에 따라 제1 확산 영역의 두께(T2) 또한 상대적으로 커지게 된다. 이에 대해서는 추후에 태양 전지(100)의 제조 방법에서 좀더 상세하게 설명한다. On the other hand, in the comparative example in which the manufacturing process is not improved, it can be seen that the control passivation layer or the portion of the first conductivity type region adjacent thereto and the portion of the first diffusion region adjacent to the control passivation layer have the same or similar doping concentration gradient. . This is because the doping profile of the dopant of the first conductivity type has an approximately linear shape and is diffused such that the control passivation film or a portion of the first conductivity type region adjacent thereto and the portion of the first diffusion region adjacent to the control passivation film are the same or similar. profile, and thus the thickness T2 of the first diffusion region is also relatively large. This will be described in more detail later in the manufacturing method of the
본 실시예에서는 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)가 100nm 내지 300nm(일 예로, 200nm 내지 300nm)이고, 제1 확산 영역(320)의 총 도핑 농도가 1017/cm3 내지 1019/cm3일 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)의 두께(T1)가 400nm 이하(일 예로, 100nm 내지 400nm)일 수 있고, 제1 도전형 영역(32)의 총 도핑 농도가 1020/cm3 이상일 수 있다. 이때, 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)가 제1 도전형 영역(32)의 두께(T1)와 같거나 그보다 작을 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)의 총 도핑 농도는 제1 확산 영역(320)의 총 도핑 농도의 10배 이상일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 확산 영역(320) 및 제1 도전형 영역(32)의 두께, 총 도핑 농도 등은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)가 제1 도전형 영역(32)의 두께(T1)보다 클 수도 있다. In this embodiment, the thickness T2 of the
이와 같이 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)를 종래(또는 비교예)에 비하여 줄이는 것에 의하여 개방 전압을 향상할 수 있다. 이때, 상대적으로 낮은 총 도핑 농도(1019/cm3 이하)를 가지는 제1 확산 영역(320)은, 낮은 총 도핑 농도를 가지므로 오제 재결합(auger recombination)을 최소화할 수 있으며, 반도체 기판(10)의 표면에 인접한 결함 사이트(defect site)를 감싸는(screening) 것으로 작용하여 재결합을 오히려 줄일 수 있다. 이에 의하여 개방 전압을 더욱 향상할 수 있다. 또한, 제1 확산 영역(320)이 일정 수준 이상의 총 도핑 농도(1017/cm3 이상)를 가져 반도체 기판(10)에서 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어가 제1 도전형 영역(32)으로 쉽게 주입되도록 할 수 있다.As described above, by reducing the thickness T2 of the
일 예로, 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)는 반도체 기판(10)의 표면으로부터 실질적으로 도핑이 되어 있지 않다고 판단되는 기준 도핑 농도(Co)가 되는 부분까지의 거리를 기준으로 할 수 있다. 예를 들어, 도핑 농도가 앞서 설명한 바와 같이 이차 이온 질량 분석법에 의하여 측정될 경우에 기준 도핑 농도(Co)가 1017/cm3일 수 있다. 이는 이차 이온 질량 분석법에 의하면 실제로 도펀트가 도핑되지 않은 경우에도 노이즈(noise) 등에 의하여 도핑 농도가 있는 것으로 표시되는 것을 고려한 것이다. 즉, 도핑 농도가 1017/cm3 미만인 경우에는 비록 도핑 농도가 있는 것으로 표시되더라도 실제로는 도핑이 되지 않은 경우이므로 이 부분은 제1 확산 영역(320)의 두께 판단 시 고려하지 않는 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다양한 방법에 의하여 제1 확산 영역(320)의 도핑 농도를 측정할 수 있으며, 이를 고려한 다양한 방법에 의하여 제1 확산 영역(320)의 두께를 측정 또는 판별할 수 있다. 제1 도전형 영역(32)의 두께(T1)는 반도체층(30)의 두께를 측정 또는 판별하는 것에 의하여 쉽게 알 수 있다. 그리고, 총 도핑 농도라 함은 해당 영역 내에 위치한 총 도펀트의 양을 총 부피로 나눈 값으로 정의될 수 있다. For example, the thickness T2 of the
그리고 제1 도전형 영역(32)에서 제어 패시베이션막(20)과 이격된 부분(제1 전극(42) 쪽에 위치한 부분)은 제1 및 제2 도핑 프로파일(PF1, PF2)과 다른 제3 도핑 프로파일(PF3)을 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도핑 프로파일(PF1, PF2)의 제1 및 제2 농도 구배의 절대값이 제3 도핑 프로파일(PF3)의 제3 농도 구배의 절대값보다 클 수 있다. 이는 제1 도전형 영역(32)에서 제어 패시베이션막(20)과 이격된 부분에서는 도핑 농도가 동일 또는 유사한 부분이 존재하기 때문이다. 이는 제1 도전형 도펀트가 제공되는 부분에 인접한 제1 도전형 영역(32)의 부분이 상대적으로 균일하며 높은 도핑 농도의 제1 도핑 프로파일을 가지게 되고, 제어 패시베이션막(20) 및 제1 확산 영역(320)을 지나면서 도핑 농도가 낮아지기 때문이다. In the first conductivity-
본 실시예에서, 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)은 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)과 다른 양상의 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 영역(34)에서 균일하면서 높은 도핑 농도를 가지고 제어 패시베이션막(340) 및 제2 확산 영역(340)을 향하면서 대략적인 선형 형상 또는 큰 농도 구배 차이 없이 도핑 농도가 저하되는 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)이 도 4의 비교예와 유사한 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 이는 제2 도전형 영역(34)을 제1 도전형 영역(32)과 다른 도핑 공정에서 다른 도핑 방법으로 도핑하였기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In this embodiment, the second
다른 예로, 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)은 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)과 동일 또는 유사한 양상의 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 다만, 구체적인 도핑 농도 또는 제2 확산 영역(340)의 두께(T3) 등은 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제2 확산 영역(320)과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. As another example, the second
일 예로, 두께 방향으로 볼 때 제2 확산 영역(340)의 도핑 농도 구배의 절대값이 상술한 제1 확산 영역(320)의 제2 도핑 구배보다 작을 수 있다. 그리고 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형을 가지는 제2 확산 영역(340)의 두께(T3)가 제1 도전형을 가지는 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)보다 클 수 있다. 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형을 가지는 제2 확산 영역(340)이 베이스 영역(110)에서 상대적으로 큰 두께로 형성되어도 무방하기 때문이다. 그리고 제1 확산 영역(320)은 베이스 영역(110)과 반대되는 제1 도전형을 가지도록 도핑해야 하므로, 상대적으로 두껍게 형성되면 패시베이션 특성을 저하시킬 수 있다. 일 예로, 공정을 단순화하기 위하여 제2 도전형 영역(34)과 전면 전계 영역(130)을 동일한 공정에서 형성할 수 있는 열 확산법에 의하면 제2 도전형 도펀트가 무한하므로 상대적으로 두꺼운 제2 확산 영역(340)을 쉽게 형성할 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)은 부분적인 도핑을 위한 레이저를 이용하여 형성되어 제1 도전형 도펀트가 유한하므로 상대적으로 얇은 제1 확산 영역(320)을 쉽게 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 확산 영역(340)의 두께가 제1 확산 영역(320)보다 작은 것도 가능하다. For example, when viewed in the thickness direction, the absolute value of the doping concentration gradient of the
또는, 제2 확산 영역(340)의 두께가 800nm 이하(50nm 내지 800nm)일 수 있다. 이러한 두께 범위 내에서 제2 확산 영역(340)에 의한 효과를 충분하게 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Alternatively, the thickness of the
도면 및 상술한 설명에서는 제1 확산 영역(320) 및 제2 확산 영역(340)이 모두 구비된 것을 예시하였다. 이와 달리 제1 확산 영역(320) 및 제2 확산 영역(340) 중 하나만 구비될 수도 있다. 일 예로, 제1 및 제2 확산 영역(320, 340) 중에서 반도체 기판(10)과 반대되는 도전형을 가지는 도전형 영역(일 예로, 제1 도전형 영역(32))에 대응하는 제1 확산 영역(320)만이 구비되고, 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 가지는 도전형 영역(일 예로, 제2 도전형 영역(34))에 대응하는 제2 확산 영역(340)은 구비되지 않을 수 있다. 이는 반도체 기판(10)에 포함된 도전형 도펀트에 의한 캐리어를 다수 캐리어로 사용하는 도전형 영역으로는 반도체 기판(10)의 캐리어가 쌓이면서 형성된 전계에 의하여 캐리어가 제어 패시베이션막(20)을 통하여 쉽게 이동할 수 있어도, 이와 반대되는 캐리어를 다수 캐리어로 사용하는 도전형 영역으로는 캐리어가 제어 패시베이션막(20)을 통하여 쉽게 이동하기 어렵기 때문이다. 다른 실시예로 제2 확산 영역(340)만 구비되고 제1 확산 영역(320)이 구비되지 않을 수 있다. In the drawings and the above description, it is exemplified that both the
반도체 기판(10)의 후면에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36) 위에 후면 패시베이션막(40)이 형성될 수 있다. 일 예로, 후면 패시베이션막(40)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36)에 접촉하여 형성되어 구조를 단순화할 수 있다. A
후면 패시베이션막(40)은, 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 42)의 전기적 연결을 위한 컨택홀(46)을 구비한다. 컨택홀(46)은, 제1 도전형 영역(32)과 제1 전극(42)의 연결을 위한 제1 컨택홀(461)과, 제2 도전형 영역(34)과 제2 전극(44)의 연결을 위한 제2 컨택홀(462)를 구비한다. 후면 패시베이션막(40)은 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및/또는 배리어 영역(36)을 패시베이션하는 효과를 가질 수 있다. The
그리고 반도체 기판(10)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 전면에 형성된 전면 전계 영역(130) 위)에 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26)이 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 전계 영역(130) 위에 다른 적층 구조의 절연막이 형성될 수도 있다. In addition, the
전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 그리고 후면 패시베이션막(40)은 컨택홀(46)을 제외하고 반도체층(30)의 후면 위에 전체적으로 형성될 수 있다. The
전면 패시베이션막(24) 또는 후면 패시베이션막(40)은 반도체 기판(10) 또는 반도체층(30)에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(10) 또는 반도체층(30)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(26)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. The
전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 또는 패시베이션막(40)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. The
일 예로, 본 실시예에서 전면 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26), 후면 패시베이션막(40)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, in the present embodiment, the
전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)은 제어 패시베이션막(20)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이에 의하여 절연 특성 및 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. The
제1 전극(42)은 후면 패시베이션막(40)의 제1 컨택홀(461)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 후면 패시베이션막(40)의 제2 컨택홀(462)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. The
본 실시예에서는, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다. In the present embodiment, the first conductivity-
이때, 제1 도전형 영역(32)의 면적이 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 클 수 있다. 이에 의하면 넓은 면적을 가지는 에미터 영역이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일례로, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(32)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(34)의 폭(W2)보다 클 수 있다. In this case, the area of the first
그리고 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 컨택홀(46)이 제1 및 제2 전극(42, 44)의 일부만을 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)에 각기 연결하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 컨택홀(46)이 복수 개의 컨택홀로 구성될 수 있다. 또는, 컨택홀(46) 각각이 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 전체 길이에 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44)과 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. In addition, the
본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자는 제어 패시베이션막(20)을 통과하여 각기 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)로 이동한 후에 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다. When light is incident on the
본 실시예에와 같이 반도체 기판(10)의 후면에 전극(42, 44)이 형성되고 반도체 기판(10)의 전면에는 전극이 형성되지 않는 후면 전극 구조의 태양 전지(100)에서는 반도체 기판(10)의 전면에서 쉐이딩 손실(shading loss)을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 구조의 태양 전지(100)를 추후에 도 9 및 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다. In the
그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 제어 패시베이션막(20)을 사이에 두고 반도체 기판(10) 위에 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다. 이때, 확산 영역(320, 340)에 의하여 태양 전지(100)의 개방 전압 및 충밀도를 개선하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. In addition, since the first and second conductivity-
상술한 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)의 도핑 프로파일은 특정한 제조 방법에 의하여 구현될 수 있다. 이하에서는 도 5a 내지 도 5h를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 상세하게 설명한다. The above-described doping profiles of the first conductivity-
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 베이스 영역(110)으로 구성되는 반도체 기판(10)의 후면에 제어 패시베이션막(20)을 형성한다. 제어 패시베이션막(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 전체적으로 형성될 수 있다. First, as shown in FIG. 5A , a
본 실시예에서는 상술한 바와 같이 확산 영역(도 5d의 참조부호 320, 340)을 쉽게 형성할 수 있도록 제어 패시베이션막(20)이 비정질 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 비정질 구조를 가지는 제어 패시베이션막(20)은 상압 및 600℃ 내지 800℃의 공정 온도에서 열적 산화 공정을 수행하는 것에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 상압의 조건에서, 500℃ 이하의 온도에서부터 600℃ 내지 800℃의 공정 온도까지 가열하여 열적 산화 공정을 수행하고 그 후에 500℃ 내지 550℃의 온도로 냉각하여, 제어 패시베이션막(20)을 형성할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 상술한 열적 산화 공정에 의하여 제어 패시베이션막(20)은 만든 후에 반도체층(30)을 형성하기 전에 제어 패시베이션막(20)을 치밀하게 하기 위한 별도의 열처리를 수행하지 않을 수 있다. 그러면 간단한 공정에 의하여 상술한 바와 같이 비정질 구조를 가지는 제어 패시베이션막(20)을 형성할 수 있다. In this embodiment, as described above, the
상술한 열적 산화 공정에서 기체 분위기가 원료 기체로 산소 기체(O2)를 포함하고, 할로겐 기체를 더 포함할 수 있다. 할로겐 기체는 제어 패시베이션막(20)의 순도 및 품질을 높이는 역할을 할 수 있다. 할로겐 기체로는 쉽게 구할 수 있으며 상대적으로 안정성이 우수한 염소 기체를 사용할 수 있다. 다른 예로, 열적 산화 공정에서 기체 분위기가 비활성 기체 또는 질소 기체를 포함하여 제어 패시베이션막(20)을 형성할 수 있다. 일 예로, 비활성 기체 또는 질소 기체만을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 열적 산화 공정에서 상압 하에서 오존이 포함된 기체를 자외선(UV)로 분해하여 제어 패시베이션막(20)을 형성할 수 있다. In the above-described thermal oxidation process, the gas atmosphere includes oxygen gas (O 2 ) as a raw material gas, and may further include a halogen gas. The halogen gas may serve to increase the purity and quality of the
이어서, 도 5b 내지 도 5f에 도시한 바와 같이, 제어 패시베이션막(20) 위에 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 전면에 전면 전계 영역(130)을 형성한다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 반사 방지 구조(예를 들어, 텍스쳐링 구조)를 형성할 수 있다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Next, as shown in FIGS. 5B to 5F , a first
도 5b에 도시한 바와 같이, 제어 패시베이션막(20) 위에 반도체층(30)을 형성한다. 이때, 반도체층(30)은 진성(intrinsic) 반도체층일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 반도체층(30)은 미세 결정질, 비정질, 또는 다결정 반도체로 구성될 수 있다. 이러한 반도체층(30)은, 일례로, 증착법(예를 들어, 저압 화학 기상 증착법(LPCVD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그 외 다양한 방법이 적용될 수 있다. As shown in FIG. 5B , the
도면에서는 반도체 기판(10)의 후면에만 반도체층(30)이 형성된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체층(30)의 제조 방법에 따라 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 측면에도 반도체층(30)이 추가적으로 형성될 수 있다. 이렇게 반도체 기판(10)의 전면 등에 형성된 반도체층(30)은 추후에 별도의 단계에서 제거될 수 있다. Although the drawing illustrates that the
이어서, 도 5c 내지 도 5e에 도시한 바와 같이 반도체층(30)의 일부에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 도전형 영역(32)을 형성하고 반도체 기판(10)의 전면을 텍스처링하여 반사 방지 구조를 형성하고, 도 5f에 도시한 바와 같이 반도체 기판(10)의 전면 및 반도체층(30)의 다른 일부에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 전면 전계 영역(130) 및 제2 도전형 영역(34)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 도펀트가 도핑되지 않은 언도프트 영역이 위치할 수 있으며 이 영역이 배리어 영역(36)을 구성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIGS. 5C to 5E , a first
이때, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)을 동시에 형성하고, 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)을 동시에 형성하는 것을 예시하였다. At this time, in this embodiment, the first
먼저, 도 5c에 도시한 바와 같이, 진성을 가지는 반도체층(30) 위에 제1 도전형 영역(32)이 형성될 영역에 대응하는 위치에 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도펀트층(322)을 형성한다. 제1 도펀트층(322)은 제1 도전형 도펀트를 포함하는 다양한 물질로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 제1 도전형 도펀트를 포함하는 절연층 또는 반도체층일 수 있다. 제1 도펀트층(322)은 제1 도전형 도펀트를 포함하는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 또는 비정질 실리콘막을 단일 또는 복수로 구비할 수 있다. 그리고 제1 도펀트층(322)은 예를 들어, 열적 성장법, 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다. 그 외 다양한 방법이 적용될 수 있다.First, as shown in FIG. 5C , a
이어서, 도 5d에 도시한 바와 같이, 레이저(324)를 이용하여 제1 도펀트층(322)에 포함된 제1 도전형 도펀트를 반도체층(30)에 확산시켜 제1 도전형 영역(32)을 형성한다. 이때, 제어 패시베이션막(20) 및 반도체 기판(10)의 일부에도 제1 도전형 도펀트가 확산되어 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)이 함께 형성된다. Next, as shown in FIG. 5D , the first
이때, 레이저(324)는 디포커스된(defocused) 상태로 조사될 수 있다. 레이저(324)가 디포커스된 상태인지 포커스된 상태인지 여부는 레이저빔의 형상에 의하여 쉽게 구별할 수 있다. 이를 도 6을 함께 참조하여 상세하게 설명한다. In this case, the
도 6은 도 5d에 도시한 태양 전지(100)의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정에 의하여 제1 도펀트층(322)에 형성된 레이저빔의 형상을 개략적으로 도시한 것으로서, (a)는 포커스된 레이저를 사용한 경우의 레이저빔의 형상이고 (b)는 디포커스된 레이저를 사용한 경우의 레이저빔의 형상이다. FIG. 6 schematically shows the shape of a laser beam formed on the
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 포커스된 레이저(324)(예를 들어, 제1 도펀트층(322)에 포커스된 레이저(324))에 의하면, 제1 도펀트층(322)에 형성된 레이저빔의 경계선이 뚜렷하고 명확하며 얇다. 반면, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 디포커스된 레이저(324)(예를 들어, 제1 도펀트층(322)에 디포커스된 레이저(324))에 의하면, 제1 도펀트층(322)에 형성된 레이저빔의 경계선이 희미하거나 퍼진 형태를 가진다. 이러한 레이저빔의 형태에 의하여 레이저가 포커스되었는지, 디포커스되었는지 여부를 판단할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 포커스되었는지, 디포커스되었는지 판별할 수 있다. As shown in FIG. 6A , according to the focused laser 324 (eg, the
이와 같이 도핑 공정에서 디포스커된 레이저(324)를 이용하면, 제1 도펀트층(322)에 포함된 제1 도전형 도펀트가 제어 패시베이션막(20)을 통과한 후에 이에 인접한 부분에 축적되도록 할 수 있다. 이에 의하면 제1 확산 영역(320)의 총 도핑 농도를 증가시키면서 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)를 최소화할 수 있다. 즉, 제1 도펀트층(322)에 디포커스된 레이저에 의하여 제1 도전형 영역(32), 제1 도핑 부분(202) 및 제1 확산 영역(320)의 도핑 프로파일을 제어할 수 있다. 이에 따라 도 4의 실시예에서와 같이, 제1 내지 제3 도핑 프로파일(PF1, PF2, PF3)를 가질 수 있고, 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)가 100nm 내지 300nm일 수 있다. When the
반면, 본 실시예와 달리 레이저를 포커스된 상태로 사용하면, 제1 도펀트층에 포함된 제1 도전형 도펀트가 반도체 기판의 내부까지 유사한 농도 구배를 가지면서 깊게 확산된다. 이에 따라 도 4의 비교예에서와 같이 제1 도핑 부분 및 제1 확산 영역에서 도핑 프로파일이 대략적으로 선형적인 형상을 가지면서 동일 또는 유사한 농도 구배를 가지게 되고, 이에 따라 제1 확산 영역의 총 도핑 농도가 상대적으로 적고 두께가 상대적으로 커지게 된다. On the other hand, when the laser is used in a focused state, unlike the present embodiment, the dopant of the first conductivity type included in the first dopant layer is deeply diffused to the inside of the semiconductor substrate with a similar concentration gradient. Accordingly, as in the comparative example of FIG. 4 , the doping profile in the first doped portion and the first diffusion region has an approximately linear shape and has the same or similar concentration gradient, and thus the total doping concentration of the first diffusion region is relatively small and the thickness is relatively large.
이와 같이 본 실시예에서는 제1 도펀트층(322) 및 레이저(324)를 사용하는 도핑 공정에서 레이저(324)를 제1 도펀트층(322)에 디포커스된 상태로 조사하여 제1 도전형 도펀트의 도핑 프로파일을 제어하고 제1 확산 영역(320)의 두께(T2)를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 제1 확산 영역(320)에 의한 효과를 최대화하면서도 제1 확산 영역(320)의 형성 시 발생할 수 있는 재결합 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다. As described above, in the present embodiment, in the doping process using the
이와 같이 레이저(324)를 제1 도펀트층(322)에서 디포커스되도록 하는 방법으로는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 도 7 및 도 8을 함께 참조하여 본 실시예에 따른 도핑 공정에서 레이저(324)를 디포커스시키는 구체적인 방법을 설명한다. 도 7은 도 5d에 도시한 태양 전지(100)의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정의 일 예를 도시한 개략도이고, 도 8은 도 5d에 도시한 태양 전지(100)의 제조 방법에 포함되는 도핑 공정의 다른 예를 도시한 개략도이다. 도 7및 도 8에서는 명확하고 간략한 도시를 위하여 태양 전지(100) 중에 제1 도펀트층(322) 및 반도체층(30)만을 도시하였으며, 렌즈(324a, 324b, 324c)는 임의의 형상으로 도시하였을 뿐 본 발명이 렌즈(324a, 324b, 324c)의 형태 등에 한정되는 것은 아니다. As a method of defocusing the
일 예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 레이저(324)를 제1 도펀트층(322)에 포커스되도록 한 다음(즉, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 레이저빔의 경계선이 명확하게 되도록 위치시킨 다음), 레이저(324)의 위치를 변경하여, 특히, 제1 도펀트층(324)과 레이저(322)의 거리를 줄이거나 늘리는 등으로 변화시켜 디포커스되도록 할 수 있다. 이때, 디포커스를 위한 제1 도펀트층(322)과 레이저(324)의 거리 변화가 30mm 이내일 수 있다. 즉, 포커스된 상태에서 30mm 이내로 레이저(324)와 제1 도펀트층(322)의 사이 거리를 증가시키거나 줄일 수 있다. 상기 거리 변화가 30mm를 초과하면, 레이저(324)에 의한 에너지가 제1 도펀트층(322)에 충분히 전달되기 어려워 도핑 공정이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 이때, 디포커스를 위한 제1 도펀트층(322)과 레이저(324)의 거리 변화는 제1 도펀트층(324)의 두께보다 클 수 있다. 일 예로, 디포커스를 위한 제1 도펀트층(322)과 레이저(324)의 거리 변화가 0,5mm 이상(일 예로, 0.5mm 내지 2mm)일 수 있다. 이는 디포커스에 의한 효과를 충분하게 구현하기 위함이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에서는 렌즈(324a) 등을 사용한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, as shown in FIG. 7 , the
다른 예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 배율을 가지는 제1 렌즈(324b)를 이용하여 레이저(324)가 제1 도펀트층(322)에 포커스되도록 한 다음(즉, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 레이저빔의 경계선이 명확하게 되도록 위치시킨 다음), 제1 렌즈(324b)를 제1 배율과 다른 제2 배율을 가지는 제2 렌즈(324c)로 변경하는 것에 의하여 레이저(324)가 제1 도펀트층(322)에 디포커스되도록 할 수 있다. 제1 렌즈(324b)의 제1 배율보다 제2 렌즈(324c)의 제2 배율이 더 클 수도 있고 더 작을 수도 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 렌즈(324b, 324c)를 교체하는 것에 의하여 레이저(324)를 쉽게 디포커스된 상태로 바꿀 수 있다. 디스포커스된 레이저(324)에 의한 레이저빔이 포커스된 레이저(324)에 의한 레이저빔보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. 제1 및 제2 렌즈(324b, 324c)의 제1 또는 제2 배율은 X1 내지 X10일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. As another example, as shown in FIG. 8 , the
다시 도 5d를 참조하면, 본 실시예에서 레이저(324)로는 도핑 공정을 위한 다양한 레이저가 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저(324)가 1064 nm 이하의 파장을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Referring back to FIG. 5D , various lasers for a doping process may be used as the
일 예로, 레이저(324)는 펄스 파형으로 일정 시간 동안 출력을 가지고 일정 시간 동안은 출력이 없는 펄스 레이저(pulsed wave laser)일 수 있다. 이에 의하면 단시간에 제1 도펀트층(322)에 충분한 에너지를 제공하여 제1 도전형 도펀트가 안정적으로 확산되도록 할 수 있다. 일 예로, 레이저(324)의 펄스 폭이 펨토초(psec) 내지 나노초(nsec) 수준일 수 있다. 이와 같은 레이저(324)의 펄스 폭에서 도핑 공정에서 제거에 필요한 에너지를 충분히 제공할 수 있다. 레이저(324)의 펄스 폭이 펨토초 수준 미만이면 공정 시간이 길어질 수 있고, 레이저(324)의 펄스 폭이 나노초 수준을 초과하면 제1 도전형 영역(32)이 원하는 도핑 농도를 가지기 어려워 특성이 저하될 수 있다. 반면, 본 실시예와 달리 일정하고 연속적인 출력을 가지는 연속 발진 레이저(continuous wave laser)는 제1 도펀트층(322)에 충분한 에너지를 제공하기 어려울 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 레이저(324)가 다른 펄스폭을 가질 수도 있고, 연속 발진 레이저를 사용할 수도 있다. For example, the
레이저(324)의 레이저빔의 크기는 10㎛ 내지 2mm일 수 있다. 이러한 레이저(324)의 레이저빔의 크기는 도핑 공정에 적용되기에 적합한 크기로 한정된 것이다. 이때, 레이저빔의 크기가 10㎛ 미만이면 공정 시간이 길어질 수 있고, 레이저빔의 크기가 2mm를 초과하면 제1 도전형 영역(32)이 원하는 도핑 농도를 가지기 어려워 특성이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 레이저빔의 크기, 레이저빔의 조사 방법 등에 한정되는 것은 아니다. The size of the laser beam of the
이어서, 도 5e에 도시한 바와 같이, 제1 도펀트층(322)을 제거할 수 있다. 제1 도펀트층(322)은 다양한 방법에 의하여 제거될 수 있다. 일 예로, 제1 도펀트층(322)를 제거할 수 있는 물질(일 예로, 용액) 등을 이용하는 습식 공정에 의하여 제거될 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 5E , the
이때, 반도체 기판(10)의 전면에 반사 방지 구조를 함께 형성할 수 있다. 반사 방지 구조는 텍스처링에 의하여 형성될 수 있는데, 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. 습식 텍스처링에 의하면 제1 도펀트층(322)의 제거 및 텍스처링을 동시에 할 수 있어 공정을 단순화할 수 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. 그 외에 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다. In this case, an anti-reflection structure may be formed together on the entire surface of the
이어서, 도 5f에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 영역(34), 제2 확산 영역(340) 및 전면 전계 영역(130)을 형성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 5F , a second
일 예로, 반도체층(30) 위에 제2 도전형 영역(34)이 형성될 영역에 대응하는 위치에 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도펀트층(도시하지 않음)을 형성한 다음 이에 열처리(일 예로, 레이저 조사)를 하여 제2 도전형 영역(34) 및 제2 확산 영역(340)을 형성할 수 있다. 그러면, 제2 도전형 영역(34)이 형성될 때 제2 도전형 도펀트가 제2 도전형 영역(34)(또는 반도체층(30)) 및 제어 패시베이션막(20)을 지나 반도체 기판(10)까지 도달하여 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)을 형성한다. 일 예로, 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204), 제2 확산 영역(340) 및 전면 전계 영역(130)을 제2 도전형 도펀트를 포함하는 기체를 이용한 열 확산법에 의하여 동시에 형성할 수 있다. 이와 같이 제2 도전형 영역(34)을 형성하기 위한 도핑 공정을 제1 도전형 영역(32)을 형성하기 위한 도핑 공정과 다르게 하여 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 도전형 영역(34), 전면 전계 영역(130) 등은 이온 주입법, 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도펀트층을 형성한 후에 열처리 또는 레이저를 조사하는 방법 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. For example, a second dopant layer (not shown) containing a second conductivity type dopant is formed on the
본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32) 및 제1 확산 영역(320)을 형성한 후에, 제2 도전형 영역(34) 및 제2 확산 영역(340)을 형성하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도펀트층(322) 및 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도펀트층(도시하지 않음)을 형성한 이후에 상술한 레이저(324)를 사용한 도핑 공정을 동시에 수행할 수도 있다. 이에 의하면 제2 도전형 영역(34), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)은, 비록 두께, 도핑 농도, 농도 구배 등에는 차이가 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이 제1 내지 제3 도핑 프로파일(PF1, PF2, PF3)를 포함하는 도핑 프로파일을 가질 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 제1 및 제2 확산 영역(320, 340)을 모두 구비하는 것을 예시하였으나, 제2 확산 영역(340)이 구비되지 않을 수도 있다. 또한, 전면 전계 영역(130)이 제2 도전형 영역(34) 및/또는 제2 확산 영역(340)과 동일한 도핑 공정에 의하여 형성된 것을 예시하였으나, 전면 전계 영역(130)이 이와 다른 공정에서 형성될 수도 있다. 즉, 제1 도전형 영역(32), 제2 도전형 영역(34), 전면 전계 영역(130), 제1 및 제2 확산 영역(320, 340) 및 텍스쳐링 구조의 형성 순서는 다양하게 변형이 가능하다. In this embodiment, after forming the first conductivity-
이어서, 도 5g에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 또 다른 절연막을 형성한다. 즉, 반도체 기판(10)의 전면에 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면에 후면 패시베이션막(40)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5G , another insulating film is formed on the front and rear surfaces of the
좀더 구체적으로, 반도체 기판(10)의 전면 위에 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)을 전체적으로 형성하고, 반도체 기판(10)의 후면 위에 후면 패시베이션막(40)을 전체적으로 형성한다. 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26), 또는 후면 패시베이션막(40)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)의 형성 순서가 한정되는 것은 아니다. More specifically, the
이어서, 도 5h에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5H , first and
일 예로, 패터닝 공정에 의하여 후면 패시베이션막(40)에 컨택홀(46)을 형성하고, 그 이후에 컨택홀(46) 내를 채우면서 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. 이때, 컨택홀(46)은 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. 특히 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 스퍼터링 방법에 의하여 형성될 수 있다.For example, a
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 후면 패시베이션막(40) 상에 각기 스크린 인쇄 등으로 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 컨택홀(46)이 형성되므로, 별도로 컨택홀(46)를 형성하는 공정을 추가하지 않아도 된다.However, the present invention is not limited thereto. As another example, the first and second electrode forming pastes are respectively coated on the
본 실시예에 따르면, 간단한 공정에 의하여 원하는 도핑 프로파일, 두께 등을 가지는 확산 영역(320, 340)을 형성할 수 있다. 이에 의하여 우수한 효율을 가지는 태양 전지(100)의 제조 방법을 단순화할 수 있어, 생산성을 향상할 수 있다.According to the present embodiment, the
상술한 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 제1 및 제2 전극(42, 44)이 모두 반도체 기판(10)의 후면에 위치하는 구조를 예시로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구조의 태양 전지(100)에 상술한 제어 패시베이션막(20), 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 그리고 확산 영역(320, 340)이 적용될 수 있다. In the above-described embodiment, the structure in which the first and second conductivity-
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.Hereinafter, a solar cell and a method for manufacturing the same according to another embodiment of the present invention will be described in detail. A detailed description of the same or extremely similar parts to the above description will be omitted and only different parts will be described in detail. In addition, combinations of the above-described embodiment or a modified example thereof and the following embodiment or a modified example thereof are also within the scope of the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 9 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a plan view of the solar cell shown in FIG. 9 .
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)이 반도체 기판(10)의 일면 위에 제1 제어 패시베이션막(20a) 위에 위치하고, 제2 도전형 영역(34)이 반도체 기판(10)의 다른 일면 위에 위치하는 제2 제어 패시베이션막(20b) 위에 위치한다. 이때, 제1 제어 패시베이션막(20a) 및 제1 도전형 영역(32)이 반도체 기판(10)의 일면 위에서 전체적으로 형성되고, 제2 제어 패시베이션막(20b)이 제2 도전형 영역(34)이 반도체 기판(10)의 타면 위에서 전체적으로 형성될 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 도 1 내지 도 5을 참조한 실시예와 달리 전면 전계 영역(130)을 구비하지 않는다. 9 and 10 , in the present embodiment, the first
일 예로, 제1 제어 패시베이션막(20a)이 반도체 기판(10)에 접촉하고, 제1 도전형 영역(32)이 제1 제어 패시베이션막(20a)에 접촉하여 위치할 수 있다. 일 예로, 제2 제어 패시베이션막(20b)이 반도체 기판(10)에 접촉하고, 제2 도전형 영역(34)이 제2 제어 패시베이션막(20b)에 접촉하여 위치할 수 있다.For example, the first
이때, 제1 및 제2 패시베이션막(20a, 20b)이 상술한 실시예의 제어 패시베이션막(20)과 동일 또는 극히 유사할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 제어 패시베이션막(20a, 20b)이 상술한 실시예의 제어 패시베이션막(20)과 동일한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(20)을 형성하는 공정에서 반도체 기판(10)의 전면 위에 형성되는 제1 제어패시베이션막(20a) 및 반도체 기판(10)의 후면 위에 형성되는 제2 제어 패시베이션막(20b)을 동일한 공정에 의하여 동시에 함께 형성될 수 있다. 이때, 제1 패시베이션막(20a)은 제1 도전형 도펀트를 포함한 제1 도핑 부분(도 1의 참조부호 202)으로 구성될 수 있고, 제2 패시베이션막(20b)은 전체적으로 제2 도전형 도펀트를 포함한 제2 도핑 부분(도 1의 참조부호 204)으로 구성될 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 및 제2 패시베이션막(20a, 20b)은 고농도 도핑 부분(도 1의 참조부호 202a, 204a)를 구비할 수 있다. In this case, the first and
그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 형상 및/또는 위치를 제외하고는 상술한 실시예의 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)과 동일 또는 극히 유사할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)을 구성하는 제1 및 제2 반도체층(30a, 30b)에 대하여 상술한 실시예에서의 반도체층(도 1의 참조부호 30, 이하 동일)의 설명이 적용될 수 있다.일 예로, 반도체층(30)을 형성하는 공정에서 반도체 기판(10)의 전면 위의 제1 제어 패시이션막(20a) 위에 위치하는 제1 반도체층(30a) 및 반도체 기판(10)의 후면 위의 제2 제어 패시이션막(20b) 위에 위치하는 제2 반도체층(30b)이 동일한 공정에 의하여 동시에 함께 형성될 수 있다. And the first and second
그리고 본 실시예에서 제1 도전형 영역(32)의 하부에서 제1 제어 패시베이션막(20a)에 인접한 반도체 기판(10)의 부분에 전체적으로 제1 확산 영역(320)이 형성되고, 제2 도전형 영역(34) 하부에서 제2 제어 패시베이션막(20b)에 인접한 반도체 기판(10)의 부분에 전체적으로 제2 확산 영역(340)이 형성될 수 있다. 그리고 제1 패시베이션막(20a)이 전체적으로 제1 도핑 부분(202)으로 구성되고, 제2 패시베이션막(20b)이 전체적으로 제2 도핑 부분(204)으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 확산 영역(320, 340), 그리고 제1 및 제2 도핑 부분(202, 204)에 대해서는 평면 형상을 제외하고는 상술한 실시예에서의 설명(특히, 도핑 프로파일 등에 대한 설명)이 그대로 적용될 수 있다. In addition, in the present embodiment, the
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 제어 패시베이션막(20b), 제2 도핑 부분(204) 및 제2 확산 영역(340)은 구비되지 않을 수 있다. 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)이 제1 전극(42)에 대응하는 제1 컨택홀(461)를 제외하고 제1 도전형 영역(32) 위에서 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 일 예로, 전면 패시베이션막(24)이 제1 도전형 영역(32)에 접촉하고, 반사 방지막(26)이 전면 패시베이션막(24)에 접촉할 수 있다. 후면 패시베이션막(40)이 제2 전극(44)에 대응하는 제2 컨택홀(462)를 제외하고 제2 도전형 영역(34) 위에서 실질적으로 반도체 기판(10)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 일 예로, 후면 패시베이션막(40)이 제2 도전형 영역(34)에 접촉하여 형성될 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the second
제1 전극(42)은 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)에 형성된 제1 컨택홀(461)를 통하여(즉, 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)을 관통하여) 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉)될 수 있다. 제2 전극(44)은 후면 패시베이션막(40)에 형성된 제2 컨택홀(462)를 통하여(즉, 후면 패시베이션막(40)을 관통하여) 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉)될 수 있다. The
도면에서는 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 각기 반사 방지 구조가 형성된 것을 예시하였으나, 전면 및 후면 중 어느 하나에만 반사 방지 구조가 형성되거나, 전면 및 후면에 반사 방지 구조가 형성되지 않을 수도 있다. Although the drawings illustrate that the anti-reflection structure is formed on the front and rear surfaces of the
도 10을 참조하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 평면 형상을 상세하게 설명한다. The planar shape of the first and
도 10을 참조하면, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 반도체 기판(10)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 버스바 전극(42b, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a, 44a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a, 44a)의 폭보다 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 핑거 전극(42a, 44a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.Referring to FIG. 10 , the first and
도면에서는 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 동일한 평면 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)의 폭, 피치 등과 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다. In the drawings, it is exemplified that the
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(100)가 반도체 기판(10)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 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 아니며 제2 전극(44)이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에서 전체적으로 형성되는 구조를 가지는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. As described above, in the present embodiment, the first and
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. The features, structures, effects, etc. as described above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100: 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 제어 패시베이션막
202: 제1 도핑 부분
204: 제2 도핑 부분
32: 제1 도전형 영역
34: 제2 도전형 영역
36: 배리어 영역
320: 제1 확산 영역
340: 제2 확산 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극 100: solar cell
10: semiconductor substrate
20: control passivation film
202: first doped portion
204: second doped portion
32: first conductivity type region
34: second conductivity type region
36: barrier area
320: first diffusion region
340: second diffusion region
42: first electrode
44: second electrode
Claims (16)
상기 반도체 기판의 일면 위에 형성되는 제어 패시베이션막;
상기 제어 패시베이션막 위에 형성되며, 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극;
상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도전형 영역; 및
상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 도전형 영역에 대응하는 상기 반도체 기판의 부분에 상기 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 확산 영역이 형성되고,
상기 제어 패시베이션막이 상기 제1 도전형 영역과 상기 제1 확산 영역 사이에 위치하며 상기 제1 도전형 도펀트를 구비하는 제1 도핑 부분을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역, 상기 제어 패시베이션막, 그리고 상기 제1 확산 영역을 향하면서 상기 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 줄어들어 상기 제1 도전형 영역보다 상기 제1 확산 영역이 더 낮은 도핑 농도를 가지는 도핑 프로파일을 가지되,
상기 제어 패시베이션막 또는 이에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 부분이 제1 도핑 프로파일을 가지며, 상기 제어 패시베이션막에 인접한 상기 제1 확산 영역의 부분이 상기 제1 도핑 프로파일과 다른 제2 도핑 프로파일을 가지고,
상기 제2 도핑 프로파일의 제2 농도 구배의 절대값이 상기 제1 도핑 프로파일의 제1 농도 구배의 절대값보다 작고,
상기 제2 도전형 영역에 대응하는 상기 반도체 기판의 부분에 상기 제2 도전형 도펀트를 구비하는 제2 확산 영역이 형성되고,
상기 제어 패시베이션막이 상기 제2 도전형 영역과 상기 제2 확산 영역 사이에 위치하며 상기 제2 도전형 도펀트를 구비하는 제2 도핑 부분을 포함하며,
상기 제2 도전형 영역, 상기 제어 패시베이션막, 그리고 상기 제2 확산 영역을 향하면서 상기 제2 도전형 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 줄어드는 도핑 프로파일을 가지되, 상기 제1 도전형 영역, 상기 제어 패시베이션막, 그리고 상기 제1 확산 영역과 다른 도핑 프로파일을 가지고,
상기 제2 확산 영역의 농도 구배의 절대값이 상기 제2 농도 구배의 절대값보다 작은 태양 전지. semiconductor substrate;
a control passivation film formed on one surface of the semiconductor substrate;
a first conductivity type region formed on the control passivation layer and including a first conductivity type dopant;
a first electrode connected to the first conductivity type region;
a second conductivity type region comprising a second conductivity type dopant having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; and
a second electrode connected to the second conductivity type region
including,
a first diffusion region having the first conductivity type dopant is formed in a portion of the semiconductor substrate corresponding to the first conductivity type region;
the control passivation layer includes a first doped portion positioned between the first conductivity type region and the first diffusion region and comprising the first conductivity type dopant;
The doping concentration of the dopant of the first conductivity type is continuously decreased toward the first conductivity type region, the control passivation layer, and the first diffusion region, so that the first diffusion region has a lower doping than the first conductivity type region. Have a doping profile having a concentration,
The control passivation layer or a portion of the first conductivity type region adjacent thereto has a first doping profile, and a portion of the first diffusion region adjacent to the control passivation layer has a second doping profile different from the first doping profile ,
an absolute value of the second concentration gradient of the second doping profile is smaller than an absolute value of the first concentration gradient of the first doping profile;
a second diffusion region having the second conductivity type dopant is formed in a portion of the semiconductor substrate corresponding to the second conductivity type region;
the control passivation layer includes a second doped portion positioned between the second conductivity type region and the second diffusion region and comprising the second conductivity type dopant;
Doedoe having a doping profile in which the doping concentration of the second conductivity type dopant is continuously decreased toward the second conductivity type region, the control passivation layer, and the second diffusion region, the first conductivity type region and the control passivation region a film, and a doping profile different from that of the first diffusion region,
The solar cell wherein the absolute value of the concentration gradient of the second diffusion region is smaller than the absolute value of the second concentration gradient.
상기 제1 확산 영역의 두께가 100nm 내지 300nm인 태양 전지. According to claim 1,
A solar cell wherein the thickness of the first diffusion region is 100 nm to 300 nm.
상기 제1 확산 영역의 두께가 200nm 내지 300nm인 태양 전지. 3. The method of claim 2,
A solar cell wherein the thickness of the first diffusion region is 200 nm to 300 nm.
상기 제1 확산 영역의 총 도핑 농도가 1017/cm3 내지 1019/cm3인 태양 전지. According to claim 1,
A solar cell having a total doping concentration of 10 17 /cm 3 to 10 19 /cm 3 in the first diffusion region.
상기 제1 도전형 영역의 총 도핑 농도가 1020/cm3 이상인 태양 전지. According to claim 1,
A solar cell having a total doping concentration of 10 20 /cm 3 or more in the first conductivity-type region.
상기 제1 확산 영역의 두께가 상기 제1 도전형 영역의 두께와 같거나 그보다 작은 태양 전지. According to claim 1,
A solar cell in which a thickness of the first diffusion region is less than or equal to a thickness of the first conductivity-type region.
상기 제어 패시베이션막과 이격된 상기 제1 도전형 영역의 부분이 상기 제1 및 제2 도핑 프로파일과 다른 제3 도핑 프로파일을 가지고,
상기 제1 농도 구배 및 상기 제2 농도 구배의 절대값이 상기 제3 도핑 프로파일의 제3 농도 구배의 절대값보다 큰 태양 전지. According to claim 1,
a portion of the first conductivity-type region spaced apart from the control passivation layer has a third doping profile different from the first and second doping profiles;
and wherein absolute values of the first concentration gradient and the second concentration gradient are greater than absolute values of a third concentration gradient of the third doping profile.
상기 제1 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 베이스 영역과 반대되는 도전형을 가지는 태양 전지.According to claim 1,
The solar cell in which the first conductivity type region has a conductivity type opposite to that of the base region of the semiconductor substrate.
상기 제어 패시베이션막 위에 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도전형 영역 및 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도전형 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계는,
진성 반도체층을 형성하는 공정;
상기 진성 반도체층 위에 상기 제1 도전형 도펀트를 포함하는 제1 도펀트층을 형성하는 공정; 및
디포커스된(defocused) 레이저를 이용하여 상기 제1 도펀트층에 포함된 상기 제1 도전형 도펀트를 상기 진성 반도체층에 확산시켜 도핑시키는 도핑 공정
을 포함하고,
상기 제2 도전형 영역은 상기 제1 도전형 영역과 다른 도핑 공정에 의하여 형성되고,
상기 도핑 공정에서, 상기 제1 도전형 영역에 대응하는 상기 반도체 기판의 부분에 제1 확산 영역이 형성되고, 상기 제어 패시베이션막에 상기 제1 도전형 영역과 상기 제1 확산 영역 사이에 위치하는 제1 도핑 부분이 형성되고,
상기 제어 패시베이션막 또는 이에 인접한 상기 제1 도전형 영역의 부분이 제1 도핑 프로파일을 가지며, 상기 제어 패시베이션막에 인접한 상기 제1 확산 영역의 부분이 상기 제1 도핑 프로파일과 다른 제2 도핑 프로파일을 가지고,
상기 제2 도핑 프로파일의 제2 농도 구배의 절대값이 상기 제1 도핑 프로파일의 제1 농도 구배의 절대값보다 작은 태양 전지의 제조 방법. forming a control passivation film on one surface of a semiconductor substrate;
forming a first conductivity type region including a first conductivity type dopant and a second conductivity type region including a second conductivity type dopant on the control passivation layer; and
forming a first electrode connected to the first conductivity-type region and a second electrode connected to the second conductivity-type region
including,
The step of forming the first conductivity type region,
forming an intrinsic semiconductor layer;
forming a first dopant layer including the first conductivity type dopant on the intrinsic semiconductor layer; and
A doping process in which the first conductivity-type dopant included in the first dopant layer is diffused into the intrinsic semiconductor layer to dope the intrinsic semiconductor layer using a defocused laser
including,
The second conductivity type region is formed by a doping process different from that of the first conductivity type region,
In the doping process, a first diffusion region is formed in a portion of the semiconductor substrate corresponding to the first conductivity-type region, and a first diffusion region is formed in the control passivation layer between the first conductivity-type region and the first diffusion region. 1 a doped portion is formed,
The control passivation layer or a portion of the first conductivity type region adjacent thereto has a first doping profile, and a portion of the first diffusion region adjacent to the control passivation layer has a second doping profile different from the first doping profile ,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the absolute value of the second concentration gradient of the second doping profile is smaller than the absolute value of the first concentration gradient of the first doping profile.
상기 도핑 공정에서는, 상기 레이저를 포커스시킨 다음, 상기 제1 도펀트층과 상기 레이저의 거리를 변화시키거나 상기 레이저의 렌즈 배열을 변경하는 것에 의하여 상기 레이저가 디포커스되도록 하
는 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
In the doping process, after focusing the laser, the laser is defocused by changing the distance between the first dopant layer and the laser or by changing the lens arrangement of the laser.
A method of manufacturing a solar cell.
상기 제1 확산 영역의 두께가 100nm 내지 300nm인 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
A method of manufacturing a solar cell wherein the thickness of the first diffusion region is 100 nm to 300 nm.
상기 도핑 공정에서는, 상기 레이저를 포커스시킨 다음, 상기 제1 도펀트층과 상기 레이저의 거리를 변화키는 것에 의하여 상기 레이저가 디포커스되도록 하고,
상기 제1 도펀트층과 상기 레이저의 거리 변화가 30mm 이내인 태양 전지의 제조 방법. 11. The method of claim 10,
In the doping process, after focusing the laser, the laser is defocused by changing the distance between the first dopant layer and the laser,
A method of manufacturing a solar cell in which a change in a distance between the first dopant layer and the laser is within 30 mm.
상기 제2 도전형 영역은 열 확산법을 이용한 도핑 공정에 의하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
The method of manufacturing a solar cell wherein the second conductivity type region is formed by a doping process using a thermal diffusion method.
상기 제어 패시베이션막이 비정질 구조를 포함하며 유전 물질로 구성되는 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the control passivation layer includes an amorphous structure and is made of a dielectric material.
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