KR102447430B1 - 버퍼 재료를 위한 금속 시드 층의 변환 - Google Patents
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Abstract
버퍼 재료로서 변환된 시드 층을 갖는 태양 전지를 형성하기 위한 접근법 및 생성된 태양 전지가 기술된다. 일 예에서, 태양 전지의 제조 방법은, 태양 전지의 복수의 p-n 접합들 상에 배치되는 시드 층의 영역을 변환하여 서로 맞물린 형태의 변환된 영역의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 변환된 영역은 시드 층의 변환되지 않은 영역을 서로로부터 전기적으로 절연시키고, 태양 전지를 제조하는 단계에서 시드 층을 향하여 지향되는 레이저에 장벽을 제공하여, 장벽이 실질적으로 레이저로 인한 적어도 복수의 p-n 접합들의 열화를 방지하도록 구성된다.
Description
본 발명의 실시예들은 재생가능 에너지 분야이고, 특히, 태양 전지 및 버퍼 재료를 위하여 변환된 시드 층(seed layer)을 갖는 태양 전지의 제조 방법을 포함한다.
통상 태양 전지(solar cell)로서 알려진 광기전 전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 반도체 웨이퍼 또는 기판(substrate) 상에, 기판의 표면 부근에 p-n 접합들을 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 기판의 표면 상에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 방사선은 기판의 벌크에 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p-도핑된(doped) 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동함으로써, 도핑된 영역들 사이의 전압차를 발생시킨다. 도핑된 영역은 태양 전지 상의 전도성 영역에 연결되어, 전지로부터 전지에 결합된 외부 회로로 전류를 지향시킨다.
태양 전지의 제조에서 효율을 증가시키기 위한 기술이 일반적으로 바람직하다. 본 개시 내용의 일부 실시예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규한 공정을 제공함으로써 증가된 태양 전지 제조 효율을 가능하게 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 버퍼 재료로서 변환된 시드 층 영역을 포함하는 전도성 접점을 갖는 태양 전지의 일부분의 단면도.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법의 동작들을 예시하는 흐름도.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 흐름도의 동작들에 대응하는 태양 전지를 제조하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 9a 내지 도 9c 및 도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(206)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법의 동작들을 예시하는 흐름도.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 흐름도의 동작들에 대응하는 태양 전지를 제조하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(204)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
도 9a 내지 도 9c 및 도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 2a의 흐름도의 동작(206)에 대응하는 방법의 처리 동작들의 단면도.
하기의 상세한 설명은 사실상 예시적일 뿐이며, 본 발명 요지 또는 본 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서의 역할을 하는" 것을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 발명의 내용, 또는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서는 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급을 포함한다. 문구 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명과 일치하는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락은 본 개시 내용(첨부된 청구범위를 포함함)에서 발견되는 용어에 대한 정의 및/또는 문맥을 제공한다.
"포함하는". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가의 구조 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성되는". 다양한 유닛 또는 구성요소가 작업 또는 작업들을 수행"하도록 구성되는" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 문맥에서, "~하도록 구성되는"은 유닛/구성요소가 동작 동안 그러한 작업 또는 작업들을 수행하는 구조를 포함하는 것을 나타냄으로써 구조를 함축하는 데 사용된다. 따라서, 유닛/구성요소는 특정된 유닛/구성요소가 현재 동작 중이 아닐 때에도(예컨대, 온(on)/활성(active) 상태가 아님) 작업을 수행하도록 구성되는 것으로 언급될 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행"하도록 구성된다"고 기재하는 것은 해당 유닛/구성요소에 대해 35 U.S.C. §112, 제6절을 적용하지 않도록 명백히 의도된다.
"제1", "제2" 등. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이들 용어는 이들 용어가 선행하는 명사에 대한 라벨로서 사용되며, 임의의 유형의 순서화(예컨대, 공간적, 시간적, 논리적 등)를 암시하지 않는다. 예를 들어, "제1" 태양 전지에 대한 언급은 반드시 이러한 태양 전지가 순서에 있어서 첫 번째 태양 전지임을 암시하지는 않으며; 대신에 용어 "제1"은 이러한 태양 전지를 다른 태양 전지(예컨대, "제2" 태양 전지)와 구별하는 데 사용된다.
"결합된". 하기의 설명은 함께 "결합된" 요소들 또는 노드(node)들 또는 특징부들을 언급한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "결합된"은 하나의 요소/노드/특징부가, 반드시 기계적으로는 아니게, 다른 요소/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합됨(또는 그것과 직접적으로 또는 간접적으로 연결됨)을 의미한다.
게다가, 소정 용어가 또한 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수 있으며, 이에 따라 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, "상부", "하부", "위", 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. "전방", "뒤", "후방", "측방", "외측", 및 "내측"과 같은 용어는 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 관련 도면을 참조함으로써 명확해지는 일관된 그러나 임의적인 좌표계 내에서의, 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 그러한 용어는 상기에 구체적으로 언급된 단어, 그것의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
버퍼 재료로서 변환된 시드 층을 갖는 태양 전지를 형성하기 위한 접근법 및 생성된 태양 전지가 본 명세서에 기술된다. 하기 설명에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 공정 흐름 동작과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 발명의 실시예가 이들 특정 상세 사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 구리 도금 기술과 같은 잘 알려진 제조 기술은 본 개시 내용의 실시예를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현이고, 반드시 일정한 축척으로 작성된 것이 아님을 이해할 것이다.
태양 전지의 제조 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 p-n 접합들을 포함하는 기판 위에 금속 시드 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역을 금속 산화물로 변환하는 단계, 및 금속 시드 층의 변환되지 않은 영역으로부터 태양 전지를 위한 전도성 접점을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은, 태양 전지의 복수의 p-n 접합들 상에 배치되는 시드 층의 영역을 변환하여 서로 맞물린 형태의 변환된 영역의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 변환된 영역은 시드 층의 변환되지 않은 영역을 서로로부터 전기적으로 절연시키고, 태양 전지를 제조하는 단계에서 시드 층을 향하여 지향되는 레이저에 장벽을 제공하여, 장벽이 실질적으로 레이저로 인한 적어도 복수의 p-n 접합들의 열화를 방지하도록 구성된다.
또한 본 명세서에는 태양 전지가 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지는 p-n 접합들을 갖는 기판을 포함한다. 금속 시드 층이 기판 위에 배치된다. 금속 시드 층은 금속 시드 층의 두께를 통해 연장되는 p-n 접합들 위에 배치되는 산화된 영역들을 포함한다. 태양 전지는 또한 금속 시드 층의 산화된 영역들 사이에 있는 금속 영역들 위에 배치된 전도성 접점들을 포함한다.
다른 실시예에서, 태양 전지는 p-n 접합들을 포함하는 기판을 포함한다. 금속 산화물 핑거들에 의해 전기적으로 격리되는 금속 핑거들을 포함하는 기판 위에 제1 층이 배치된다. 태양 전지는 또한 제1 층의 금속 핑거들 위에 배치되는 전도성 접점을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 변환된 금속 시드 층의 영역으로부터 형성되는 버퍼 재료를 갖는 태양 전지, 및 이러한 태양 전지를 제조하는 방법을 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 단면도를 예시한다.
도 1a를 참조하면, 태양 전지(100A)의 일부분은 벌크 결정(예컨대, 단결정) 규소 기판과 같은 기판(102)에 복수의 n형 도핑된 확산 영역(120)들 및 복수의 p형 도핑된 확산 영역(122)들을 포함한다. n형 도핑된 확산 영역(120)과 p형 도핑된 확산 영역(122)은 p-n 접합들(121)을 형성한다.
일 실시예에서, 확산 영역(120, 122)들은 각각 규소 기판의 영역들을 n형 도펀트(dopant)들 및 p형 도펀트들로 도핑함으로써 형성된다. 또한, 복수의 n형 도핑된 확산 영역(120)들 및 복수의 p형 도핑된 확산 영역(122)들은 일 실시예에서 태양 전지(100A)를 위한 이미터 영역들을 제공할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 이미터 영역들 상에 배치된다. 일 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 배면 접점 태양 전지를 위한 배면 접점들이고, 텍스처화된(texturized) 수광 표면(101)의 반대편인 것과 같이, 수광 표면의 반대편인 태양 전지의 표면 상에 배치된다.
태양 전지(100A)는 복수의 n형 및 p형 도핑된 확산 영역(120, 122)들 위에 배치되는 시드 층(115)을 추가로 포함한다. 실시예들에 따라, 시드 층(115)은 전기 절연 재료로 변환된 영역들(예컨대, "핑거들")을 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에 따라, 금속 시드 층(115)의 산화된 영역(119)들은 p-n 접합들(121) 위에 배치된다. 산화된 영역들은 금속 시드 층의 두께(115)를 통하여 연장되어, 금속 영역(117)들을 전기적으로 절연시킨다. 전도성 접점(104)들은 시드 층(115)의 금속 영역(117) 위에 배치되고, 복수의 n형 도핑된 확산 영역(120)들 및 복수의 p형 도핑된 확산 영역(122)들에 결합된다. 다른 예에서, 층(115)은 금속 산화물 핑거들에 의해 전기적으로 격리되는 금속 핑거들을 포함할 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 금속 핑거들 위에 배치된다. 따라서, 실시예들에 따라, 금속 시드 층(115)을 에칭하여 전도성 영역(117)들을 전기적으로 격리하는 대신에, 실시예들은 영역(119)들을 상이한 재료로 변환하여 전도성 영역(117)들을 전기적으로 격리시키는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 시드 층(115)은 알루미늄 산화물과 같은 다른 재료로 변환되는 영역을 갖는 알루미늄 층을 포함한다. 따라서, 그러한 일 실시예에서, 시드 층(115)은 알루미늄 산화물 영역(119)들 사이에 알루미늄 영역(117)들을 포함한다. 서로 맞물린 형태의 핑거들을 포함하는 실시예에서, 금속 핑거들은 알루미늄이고, 전기 절연 핑거들은 알루미늄 산화물이다. 다른 실시예들에서, 시드 층(115)은 상이하고/하거나 추가적인 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시드 층(115)은 티타늄, 구리, 니켈, 또는 금속 산화물 또는 기타 전기 절연 재료로 변환될 수 있는 기타 금속 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전도성 영역(117)들, 및 그에 따른 전도성 접점(104)들을 전기적으로 절연시키는 것뿐만 아니라, 변환된 영역(119)들은 또한 손상 버퍼를 제공하여 제조 중 아래에 놓인 층들을 보호할 수 있다. 예를 들어, 도 9a 내지 도 9c에 대하여 아래에 더 자세히 기재되는 바와 같이, 변환된 영역(119)들은 레이저 패터닝을 포함하는 공정들을 위하여 손상 버퍼를 제공할 수 있다. 손상 버퍼는 기계적 및/또는 광학적 특성들의 열화로부터 아래에 놓인 층들을 보호할 수 있다. 레이저 처리로부터 기판을 보호하는 기존 방법은 전형적으로 특수 손상 장벽들을 쌓는 것을 포함한다. 이러한 추가 공정들은 비용 및 재료 사용량을 증가시킬 수 있다. 대조적으로, 실시예들에 따라, 시드 층(115)의 변환된 영역(119)들은 전도성 접점(104)들을 위한 전기적 격리뿐만 아니라, 손상 버퍼까지 둘 모두를 제공한다. 실시예들에 따라, 금속 시드 층의 두께는 범위가 0.3 내지 2 μm이다. 시드 층의 두께의 수용 가능한 범위는, 예를 들어, 시드 층의 손상 버퍼를 제공하는 능력 및/또는 시드 층의 영역들을 변환하여 전기적 절연을 제공하는 능력에 따라 결정될 수 있다.
도 1b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기판 위에 형성되는 이미터 영역 상에 형성되는 전도성 접점을 갖는 태양 전지의 일부분의 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 태양 전지(100B)의 일부분은 복수의 n형 도핑된 다결정 규소(폴리실리콘) 영역(220)들 및 복수의 p형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들 위에 배치되는 시드 층(115)을 포함한다. 예시된 바와 같이, p-n 접합들(221)은 n형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)과 p형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)이 만나는 곳에 형성된다. 다른 실시예들에서, 기판(200) 안에 트렌치가 부분적으로 형성되고, 시드 층(115)은 트렌치형 구조물의 기하학적 형상을 따른다. 도 1b의 시드 층(115)은 도 1a에 대하여 기재된 시드 층(115)과 유사, 또는 동일할 수 있다. 다결정 규소 영역(220, 222)들로서 기재되지만, 대안적인 실시예에서, 영역(220, 222)들은 비정질 규소 층으로 형성될 수 있다.
예시된 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 시드 층의 전도성 금속 영역(117)들로 형성되고, 복수의 n형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들 및 복수의 p형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들에 결합된다. 복수의 n형 도핑된 폴리실리콘 영역(220)들 및 복수의 p형 도핑된 폴리실리콘 영역(222)들은 일 실시예에서 태양 전지(100B)를 위한 이미터 영역들을 제공할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 이미터 영역들 상에 배치된다. 일 실시예에서, 전도성 접점(104)들은 배면 접점 태양 전지를 위한 배면 접점들이며, 태양 전지(100B)의 수광 표면(101)의 반대편인 태양 전지의 표면 상에 배치된다. 또한, 일 실시예에서, 이미터 영역은 박형 또는 터널(tunnel) 유전체 층(202) 상에 형성된다. 이미터 영역들이 비정질 규소 층으로 형성되는 일 실시예에서, 비정질 규소 이미터들은 진성의(intrinsic) 비정질 규소 층 상에 배치된다.
소정의 재료가 도 1a 및 도 1b를 참조하여 위에서 구체적으로 기술되었지만, 일부 재료는 다른 재료로 용이하게 대체될 수 있으며, 다른 그러한 실시예는 본 개시내용의 실시예의 사상 및 범주 내에 남는다. 예를 들어, 일 실시예에서, III-V족 재료의 기판과 같은 상이한 재료의 기판이 규소 기판 대신에 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 개시내용의 실시예들에 따라, 도 1a 및 도 1b는 버퍼 재료로서 변환된 시드 층 영역들을 포함하는 전도성 접점들을 갖는 태양 전지의 부분들을 예시한다. 도 1a 및 도 1b에 예시되는 태양 전지와 같은 태양 전지를 형성하는 예시 제조 공정들이 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 아래에 기재된다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법의 동작들을 예시하는 흐름도이다.
도 2a의 방법(200A), 도 2b의 방법(200B), 및 도 2c의 방법(200C)은 동작(201)에서 p-n 접합들을 포함하는 기판 위에 금속 시드 층을 형성하는 단계를 포함한다. 도 3a는 기판 위에 형성되는 금속 시드 층(115)의 예를 예시한다. 금속 시드 층(115)을 형성하는 단계는, 예를 들어, 기판 위에 금속(예컨대, 알루미늄)을 블랭킷 침착하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 시드 층(115)의 침착은, 예를 들어, 화학 증착(CVD), 물리 증착(PVD), 또는 기판 위에 금속 시드 층을 형성할 수 있는 임의의 기타 침착 방법을 포함할 수 있다.
동작(204)에서, 방법(200A, 200B, 200C)은 p-n 접합들(221) 위의 금속 시드 층(115)의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 3b에 예시된 바와 같이, 방법은 시드 층(115)의 영역(119)들을 금속 산화물로 변환하는 단계를 포함한다. 변환된 영역(119)들 사이에 금속 영역(117)들이 있다. 시드 층이 알루미늄인 실시예에서, 금속 시드 층(115)의 영역(119)들을 변환하는 단계는 영역(119)들을 알루미늄 산화물로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 도 4a, 도 4b, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a, 도 6b, 도 7a 내지 도 7c, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예들에 따른, 시드 층의 영역들을 변환하기 위한 방법들의 예들을 예시한다. 다른 실시예들은 금속 시드 층(115)의 영역(119)들을 다른 재료, 예컨대 금속 질화물, 금속 산질화물, 또는 충분한 전기적 격리를 제공할 수 있는 기타 재료로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
전도성 "핑거들"을 갖는 태양 전지에서, 태양 전지의 복수의 p-n 접합들 상에 배치되는 시드 층의 영역들을 변환하는 단계는 서로 맞물린 형태의 변환된 영역들의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 변환된 영역들은 시드 층의 변환되지 않은 영역들을 서로로부터 전기적으로 절연시키도록 구성된다. 따라서, 실시예들에 따라, 금속 시드 층의 두께는, 아래에 놓인 층까지 영역을 완전히 변환하여 서로로부터 전도성 접점들의 전기적 절연을 제공할 수 있는 능력에 따라 달라진다. 아래에 더 자세히 기재될 바와 같이, 변환된 영역들은 또한 태양 전지를 제조하는 단계에서, 시드 층을 향하여 지향되는 레이저에 장벽을 제공하여, 장벽이 실질적으로 레이저로 인한 적어도 복수의 p-n 접합들의 열화를 방지하도록 할 수 있다. 따라서, 그러한 일 실시예에서, 금속 시드 층의 두께는 또한 제조 공정에서 사용되는 레이저의 특성들에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 광범위 및/또는 고강도 레이저 패터닝을 채용하는 제조 공정에서, 금속 시드 층은 충분한 손상 장벽을 제공하도록 두껍게 만들어 질 수 있다. 두께가 충분하지 않은 손상 장벽은 비효율적 또는 결함 있는 태양 전지를 초래할 수 있다. 최소 레이저 또는 레이저 없는 처리를 포함하는 제조 공정에서, 금속 시드 층은 더 얇게 만들어져, 예를 들어, 사용되는 시드 재료의 양을 감소 및/또는 금속 시드 층의 영역들을 변환하는 것과 관련된 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.
시드 층의 영역들을 변환하는 예시적인 방법들을 다시 참조하면, 도 4a 및 도 4b는 실시예에 따라 산소를 갖는 주변 분위기에서 레이저 방사를 이용하여 시드 층의 영역들을 변환하는 방법을 예시한다. 예를 들어, 도 4a는 금속 산화물로 변환될, 기판의 p-n 접합들(221) 위의 금속 시드 층(115)의 영역들(403)(점선으로 표시됨)을 예시한다. 예시된 실시예에서, 영역들(403)을 변환하는 단계는 산소를 갖는 분위기에서 레이저를 이용하여 영역들(403)을 직접묘화(direct writing)하는 단계를 포함한다. 레이저 방사(401)는 변환될 영역들(403)의 시드 층(115)에 충돌하여, 금속 산화물 영역(119)들을 형성하게 된다. 금속 산화물 형성은 p-n 접합들(예컨대, 시드 층(115) 전체를 통해)까지 내려와 주위의 금속 영역들(117) 사이의 전기적 접촉을 방지한다. 따라서, 산소-포함 분위기에서 레이저를 이용하여 직접묘화하는 단계를 포함하는 실시예들은 마스크의 사용을 요구하지 않으면서 시드 층의 영역들(115)을 패터닝(예컨대, 변환)하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 실시예들은 시드 층의 영역들(115)을 금속 산화물로 변환하기 위하여 산소-포함 분위기에서 UV, 녹색, 또는 적외선 레이저를 이용하여 직접묘화하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 실시예에 따라, 레이저 방사를 이용하여 시드 층의 영역들을 변환하고, 코팅을 산화하는 방법을 예시한다. 도 4a 및 도 4b에 예시되는 방법과 유사하게, 도 5a 내지 도 5c의 방법들은 변환될 금속 시드 층(115)의 영역들(503)을 레이저를 이용하여 직접묘화하는 단계를 포함한다. 그러나, 금속 산화물 영역들을 형성하기 위하여 주변 환경에서 산소를 이용하는 대신에, 산화 코팅 또는 필름(505)이 금속 시드 층(115)에 도포되고, 이는 도 5a에 예시된 바와 같다. 산화 코팅(505)은, 예를 들어, 스핀 코팅, 또는 산화 코팅 또는 필름을 형성하는 기타 방법에 의해 형성될 수 있다. 산화 코팅은 레이저 방사에 노출될 때, 아래에 놓인 금속 영역들을 금속 산화물로 변환하는 재료로 형성된다.
이어서 예시적인 방법은 변환될 영역들(503)에 코팅을 직접묘화하는 단계를 포함한다. 레이저(501)는 변환될 영역들(503) 위의 산화 코팅(505) 상에 충돌한다. 산화 코팅(505) 및 레이저 방사에 의해, 금속 영역(117)들 사이에 있는 금속 산화물 영역(119)들이 형성된다. 레이저를 이용하여 패턴을 직접묘화하기 때문에, 도 5a 내지 도 5c의 방법도 또한 마스크를 요구하지 않는다. 그러나, 산소를 갖는 주변 분위기에서 레이저를 이용하여 직접묘화하는 방법에 비교하여, 방법은 금속 시드 층(115)을 산화 코팅(505)으로 코팅하는 추가 처리하는 단계를 포함한다. 이어서 산화 코팅(505)은 전도성 접점을 형성하기 전에 금속 영역(117)들에서 제거될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 실시예에 따라 산화 페이스트를 이용하여 형성되는 마스크를 갖는 시드 층의 영역들을 변환하는 방법을 예시한다. 도 6a에 예시된 바와 같이, 패터닝된 마스크(605)가 금속 시드 층(115) 위에 형성될 수 있다. 패터닝된 마스크(605)는 변환될 영역들(603)을 커버하고, 변환되지 않을 영역들은 노출된 채로 남겨둔다. 패터닝된 마스크(605)는 산화 재료를 포함하여, 시간 경과 및/또는 열의 적용으로 인해 패터닝된 마스크에 의해 커버된 영역들이 변환(예컨대, 산화)된다. 산화 페이스트를 이용하는 실시예는 금속 영역(117)들 상에 의도치 않게 형성된 산화물 층을 제거하기 위하여 추가적인 처리 동작들을 요구할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 실시예에 따라 보호 마스크 및 산화 용액을 이용하여 시드 층의 영역들을 변환하는 방법을 예시한다. 도 7a에 예시된 바와 같이, 패터닝된 마스크(705)가 금속 시드 층(115) 위에 형성된다. 패터닝된 마스크는 변환될 금속 시드 층(115)의 영역들(703)이 커버되지 않게 남겨둔다. 이어서 금속 시드 층(115)의 커버되지 않은 영역들은 산화 용액에 노출된다(예컨대, 도 7b에 예시된 바와 같이 용액(707)에 담그거나, 또는 산화 용액에 노출하는 다른 방법에 의함). 산화 용액(707)은 금속 시드 층의 커버되지 않은 영역들을 용액에 노출시키는 동안 가열될 수 있다(예컨대, 끓임). 산화 용액(707)은 커버되지 않은 영역들을 산화시켜 변환된 영역(119)들을 형성할 수 있다.
따라서, 도 7a 내지 도 7c에 예시된 방법은 화학 산화 공정의 예이다. 도 8a 내지 도 8c에 예시된 방법은 전기-화학 공정의 예이다. 구체적으로, 도 8a 내지 도 8c는 실시예에 따라 국지적 양극산화 방법을 이용하여 시드 층의 영역들을 변환하는 방법을 예시한다. 도 7a 내지 도 7c에 유사하게, 도 8a 내지 도 8c에 예시된 방법은 금속 시드 층(115) 위에 패터닝된 마스크(805)를 형성하는 단계를 포함한다. 패터닝된 마스크(805)는 변환될 금속 시드 층(115)의 영역들(803)이 커버되지 않게 남겨둔다. 도 8a 내지 도 8c에 예시되는 양극산화 방법은 마스킹된 금속 시드 층(115)을 DC 전원 장치(809)에 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. DC 전원 장치(809)는 마스킹된 금속 시드 층(115)에 전압을 인가한다(예컨대, 상대 전극(811)에 대하여 10 내지 20 V의 전압). 마스킹된 금속 시드 층(115)이 10 내지 20 V의 포텐셜까지 올라가는 예에서, 마스킹된 금속 시드 층(115)의 전류 밀도는 대략 1 내지 4 A/dm2에 이른다. 또한 도 7a 내지 도 7c에 유사하게, 양극산화 방법은, 예컨대, 금속 시드 층(115)을 산화 용액(807)에 침지시키거나 또는 다른 방식으로 담금으로써, 금속 시드 층(115)의 커버되지 않은 영역들을 산화 용액(807)에 노출시키는 단계를 포함한다. 산화 용액(807)은, 예를 들어, H2SO4, H2O2, 인산, 및 옥살산 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상대 전극(811)은, 예를 들어, 마스킹된 금속 시드 층(115)과 대면하는 알루미늄 플레이트일 수 있고, 또한 산화 용액(807)에 담긴다. 금속 시드 층(115)이 양극산화될 때, 산화 용액(807)에 노출되는 영역들에서 금속 산화물이 형성된다. 양극산화 공정에 의해 형성되는 금속 산화물은 "양극산화 알루미늄 산화물(AAO)"로 지칭될 수 있고, 전형적으로 다공성 구조를 갖는다. 아래에 더 자세히 기재되는 바와 같이, 다공성 금속 산화물은 금속 산화물 영역들의 특성을 변경하도록 착색될 수 있다. 예를 들어, 다공성 금속 산화물 영역들은 레이저 방사의 흡수 또는 반사를 증가시키는 색상으로 착색될 수 있다.
따라서, 도 4a, 도 4b, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a, 도 6b, 도 7a 내지 도 7c, 및 도 8a 내지 도 8c는 실시예들에 따라 시드 층의 영역들을 변경하는 예시적인 방법들을 예시한다. 금속 시드 층을 변환하기 위한 위에서 기재한 방법들 중 일부는 조합될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 기재된 페이스트와 같은 산화 페이스트가 레이저와 조합하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들은 금속 시드 층의 영역들을 변환하는 다른 방법들을 채용할 수 있다.
도 2a 및 대응하는 도 3c를 다시 참조하면, 동작(206)에서 방법은 또한 변환되지 않은 금속 시드 층의 영역들로부터 태양 전지를 위한 전도성 접점을 형성하는 단계를 포함한다. 전도성 접점은 도금(예컨대, 전기도금)과 같은 임의의 방법 또는 금속 시트를 배치, 용접, 및 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 도 2b 및 도 2c는 전도성 접점을 형성하기 위한 상이하고 예시적인 두 방법을 포함하는, 태양 전지를 제조하는 방법을 예시한다.
도 2b 및 대응하는 도 9a 내지 도 9c를 다시 참조하면, 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환한 이후에, 동작(207)에서 방법(200B)은 계속해서, 예컨대, 시드 층(115) 위에 알루미늄 시트(913)를 배치함으로써 금속 시드 층 위에 제2 금속 층을 형성한다. 기판 위에 알루미늄 시트(913)를 배치하는 것을 포함하는 실시예에서, 동작(209)에서 방법은 알루미늄 시트를 금속 시드 층에 본딩하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 도 9b에 예시된 바와 같다. 예시된 실시예에서, 알루미늄 시트의 본딩은 레이저(915)를 이용한 용접에 의해 달성된다. 레이저 용접은 전형적으로 연속 용접이 아니고, 대신 일련의 점들(917)에서 금속 층들을 용접하는 것을 포함한다. 그러한 일 실시예에서, 일련의 점들(917)은 변환되지 않은 금속 영역(117)들에 위치한다. 다른 실시예들은 제2 금속 층을 시드 층(115) 위에 형성하는 다른 방법을 포함할 수 있다.
이어서 방법(200B)은 알루미늄 시트(913)를 패터닝하여 동작(211)에서 개별적인 전도성 접점들(921)을 격리하는 단계를 포함하고, 이는 도 9c에 예시된 바와 같다. 알루미늄 시트(913)를 패터닝하는 단계는, 예를 들어, 레이저(918) 또는 금속 층을 패터닝하는 다른 수단으로 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 레이저를 이용하여 알루미늄 시트를 패터닝하는 단계는 그루브들(923)을 형성하고, 이는 그루브들(923) 사이에 형성되는 전도성 접점들(921)을 전기적으로 격리한다.
따라서, 위에서 언급한 바와 같이, 태양 전지를 제조하는 일부 방법들은 레이저 처리의 사용을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 변환된 시드 층의 영역들은 레이저로부터 아래에 놓인 층들의 손상을 방지하기 위한 손상 장벽의 역할을 할 수 있다. 따라서, 실시예들에 따라, 시드 층은 레이저 처리로 인한 심각한 손상으로부터 태양 전지를 보호하는데 충분한 범위의 두께를 갖지만, 둘러싼 금속 영역들의 전기적 격리를 제공하기 위하여 두께 전체의 보존을 가능하게 할 정도로 충분히 얇다. 그러한 일 실시예에서, 금속 시드 층의 두께의 범위는 0.3 내지 2 μm이다. 변환된 영역들은 손상 버퍼로서 그것들의 기능을 강화하도록 추가로 수정될 수 있다. 예를 들어, 그러한 일 실시예에서, 변환된 영역들은 염료로 착색되거나 또는 레이저로부터 방사를 흡수 또는 반사하는 코팅으로 코팅된다. 변환된 영역들이 착색되는 실시예들에서, 변환된 영역들은 염료의 흡수를 가능하게 하는 다공성 구조물을 갖는다. 이러한 다공성 변환된 영역들은, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c에 대하여 위에서 기재된 방법과 같은 양극산화 방법, 또는 다공성 금속 산화물을 형성할 수 있는 임의의 기타 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시예들은 변환된 영역들 위에 레이저 처리를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 2c 및 대응하는 도 10은 전도성 접점들을 형성하기 위하여 도금하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 예시한다.
도 10에 예시된 실시예에서, 동작(213)에서, 금속(예컨대, 구리)(1001)은 금속 시드 층(115)의 변환되지 않은 영역(117)들 위에 도금된다. 도금을 포함하는 실시예들에서, 레이저 처리는 전도성 접점들(1003)을 형성하는 데 사용되지 않을 수 있다. 도 2c의 방법(200C)과 같이 레이저 처리가 없는 방법들에서 변환된 영역(119)들은 손상 버퍼로서 역할을 하지 않을 수 있지만, 변환된 영역(119)들은 전도성 접점들(1003)에 전기적 절연을 제공할 수 있다.
따라서, 버퍼 재료로서 변환된 시드 층을 갖는 태양 전지는 개시되었다. 실시예들은 전도성 접점들 및 국지적인 손상 버퍼에 동시에 전기적 절연을 제공할 수 있는 태양 전지 제조 공정을 제공한다.
특정 실시예들이 상기에 기술되었지만, 이들 실시예는 단일 실시예만이 특정 특징에 대해 기술된 경우에도 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시 내용에 제공된 특징의 예는, 달리 언급되지 않는 한, 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 상기의 설명은, 본 발명의 이익을 갖는 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이, 그러한 대안, 변경 및 등가물을 포괄하도록 의도된다.
본 발명의 범주는, 본 명세서에서 다루어지는 문제들 중 어느 문제 또는 모든 문제점들을 완화시키든 그렇지 않든 간에, 본 명세서에 (명백히 또는 암시적으로) 개시된 임의의 특징부 또는 특징부들의 조합, 또는 이들의 임의의 일반화를 포함한다. 따라서, 새로운 청구항이 본 출원(또는 이에 대한 우선권을 주장하는 출원)의 절차 진행 동안 임의의 그러한 특징들의 조합에 대해 만들어질 수 있다. 특히, 첨부된 청구범위와 관련하여, 종속 청구항으로부터의 특징이 독립 청구항의 특징과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징들이 단지 첨부된 청구범위에 열거된 특정 조합이 아닌 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 p-n 접합들을 포함하는 기판 위에 금속 시드 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 변환되지 않은 금속 시드 층의 영역들로부터 태양 전지를 위한 전도성 접점들을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 금속 시드 층을 형성하는 단계는 알루미늄 시드 층을 형성하는 단계를 포함하고, 금속 시드 층의 영역들을 변환하는 단계는 상기 영역들을 알루미늄 산화물로 변환하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지를 위한 전도성 접점들을 형성하는 단계는 금속 시드 층 위에 제2 금속 층을 형성하는 단계, 및 전도성 접점들을 형성하기 위하여 레이저를 이용하여 변환된 금속 산화물 영역들 위에 제2 금속 층을 패터닝하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 제2 금속 층을 형성하는 단계는 기판 위에 알루미늄 시트를 배치하는 단계 및 알루미늄 시트를 금속 시드 층에 본딩하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 알루미늄 시트를 금속 시드 층에 본딩하는 단계는 알루미늄 시트를 레이저 용접하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 레이저로부터의 방사를 흡수 또는 반사하는 코팅을 변환된 금속 산화물 영역들에 도포하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는 산소를 포함하는 분위기에서 레이저를 이용하여 영역들에 직접묘화하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는 금속 시드 층에 산화 코팅을 적용하는 단계, 및 레이저를 이용하여 영역들 위의 산화 코팅에 직접묘화하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는 금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계를 포함하고 - 패터닝된 마스크는 산화 재료를 포함하고, 패터닝된 마스크는 변환될 금속 시드 층의 영역들을 커버함 -, 금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성한 이후에 금속 시드 층을 가열하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는 금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계를 포함하고 - 패터닝된 마스크는 변환될 금속 시드 층의 영역들이 커버되지 않게 남겨둠 -, 금속 시드 층의 커버되지 않은 영역들을 산화 용액에 노출시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 커버되지 않은 금속 시드 층의 영역들을 노출시키는 동안 산화 용액을 가열하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 커버되지 않은 금속 시드 층의 영역들을 양극산화하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 레이저로부터의 방사를 흡수 또는 반사하는 염료를 이용하여 변환된 금속 산화물 영역들을 착색하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 기판은 p-n 접합들을 형성하는, 단결정 규소 기판 위에 배치된 p형 및 n형 도핑된 다결정 규소 영역들을 갖는 단결정 규소 기판을 포함하고, 금속 시드 층은 다결정 규소 영역들 위에 배치된다.
일 실시예에서, 기판은 p-n 접합들을 형성하는 p형 및 n형 도핑된 영역들을 포함하는 단결정 규소 기판을 포함하고, 금속 시드 층은 단결정 규소 기판의 도핑된 영역들 위에 배치된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 p-n 접합들을 포함하는 기판을 포함한다. 금속 시드 층이 기판 위에 배치되고, 금속 시드 층은 p-n 접합들 위에 배치되는 산화된 영역들을 포함하고, 산화된 영역들은 금속 시드 층의 두께를 통하여 연장되고, 전도성 접점들은 금속 시드 층의 산화된 영역들 사이의 금속 영역들 위에 배치된다.
일 실시예에서, 산화된 영역들 사이의 금속 영역들은 알루미늄을 포함하고, 산화된 영역들은 알루미늄 산화물을 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 태양 전지의 복수의 p-n 접합들 상에 배치되는 시드 층의 영역들을 변환하여, 서로 맞물린 형태의 변환된 영역들의 패턴을 형성하여 변환된 영역들이 변환되지 않은 시드 층의 영역들을 서로로부터 전기적으로 절연시키도록 구성되고, 태양 전지를 제조하는 단계에서, 시드 층을 향하여 지향되는 레이저에 장벽을 제공하여 장벽이 실질적으로 레이저로 인한 복수의 p-n 접합들 중 적어도 하나의 열화를 방지한다.
일 실시예에서, 시드 층을 변환하는 단계는 시드 층을 산화하는 단계를 추가로 포함하고, 변환된 영역들은 산화물 영역들이고 변환되지 않은 영역들은 산화되지 않은 영역들이다.
일 실시예에서, 시드 층을 산화하는 단계는 금속 시드 층을 포함하는 시드 층을 산화하는 단계를 추가로 포함한다.
Claims (20)
- 태양 전지의 제조 방법으로서,
p-n 접합들을 포함하는 기판(substrate) 위에 금속 시드 층(seed layer)을 형성하는 단계;
p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 다공성 구조를 갖는 금속 산화물로 변환하는 단계; 및
변환되지 않은 금속 시드 층의 영역들로부터 태양 전지를 위한 전도성 접점들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 금속 시드 층을 형성하는 단계는 알루미늄 시드 층을 형성하는 단계를 포함하고, 금속 시드 층의 영역들을 변환하는 단계는 상기 영역들을 알루미늄 산화물로 변환하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 태양 전지를 위한 전도성 접점들을 형성하는 단계는,
금속 시드 층 위에 제2 금속 층을 형성하는 단계; 및
전도성 접점들을 형성하기 위하여 레이저를 이용하여 변환된 금속 산화물 영역들 위의 제2 금속 층을 패터닝하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는,
산소를 포함하는 분위기에서 레이저를 이용하여 상기 영역들을 직접묘화(direct writing)하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는,
금속 시드 층에 산화 코팅을 도포하는 단계; 및
레이저를 이용하여 상기 영역들 위의 산화 코팅을 직접묘화하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는,
금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계 - 패터닝된 마스크는 산화 재료를 포함하고, 패터닝된 마스크는 변환될 금속 시드 층의 영역들을 커버함 -; 및
금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계 이후에 금속 시드 층을 가열하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, p-n 접합들 위의 금속 시드 층의 영역들을 금속 산화물로 변환하는 단계는,
금속 시드 층 위에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계 - 패터닝된 마스크는 변환될 금속 시드 층의 영역들이 커버되지 않게 남겨둠 -; 및
커버되지 않은 금속 시드 층의 영역들을 산화 용액에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
기판은 p-n 접합들을 형성하는, 단결정 규소 기판 위에 배치되는 p형 및 n형 도핑된 다결정 규소 영역들을 갖는 단결정 규소 기판을 포함하고,
금속 시드 층은 다결정 규소 영역들 위에 배치되는, 방법. - 제1항에 있어서,
기판은 p-n 접합들을 형성하는 p형 및 n형 도핑된 영역들을 포함하는 단결정 규소 기판을 포함하고,
금속 시드 층은 단결정 규소 기판의 도핑된 영역들 위에 배치되는, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 태양 전지.
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