KR102482564B1 - 이온 주입을 사용한 태양 전지 이미터 영역 제조 - Google Patents

이온 주입을 사용한 태양 전지 이미터 영역 제조 Download PDF

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맥시온 솔라 피티이. 엘티디.
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Abstract

이온 주입을 사용하여 태양 전지 이미터 영역을 제조하는 방법, 및 생성되는 태양 전지가 기술된다. 일례에서, 배면 접점 태양 전지는 수광 표면 및 배면 표면을 갖는 결정질 규소 기판을 포함한다. 결정질 규소 기판 위에 제1 다결정 규소 이미터 영역이 배치된다. 제1 다결정 규소 이미터 영역은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑되고, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종을 추가로 포함한다. 제2 다결정 규소 이미터 영역이 결정질 규소 기판 위에 배치되고, 제1 다결정 규소 이미터 영역에 인접하지만 그로부터 분리되어 있다. 제2 다결정 규소 이미터 영역은 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑된다. 제1 및 제2 전도성 접점 구조물들은 제1 및 제2 다결정 규소 이미터 영역들에 각각 전기적으로 연결된다.

Description

이온 주입을 사용한 태양 전지 이미터 영역 제조{SOLAR CELL EMITTER REGION FABRICATION USING ION IMPLANTATION}
본 개시내용의 실시예는 재생가능 에너지의 분야이며, 특히 이온 주입(ion implantation)을 사용하여 태양 전지 이미터 영역(solar cell emitter region)을 제조하는 방법, 및 생성되는 태양 전지이다.
통상 태양 전지로서 알려진 광전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는, 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에, 기판의 표면 부근에 p-n 접합을 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 기판의 표면에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 방사선은 기판의 대부분에 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 보낸다.
효율은, 그것이 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되기 때문에, 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지를 제조함에 있어서의 효율이 그러한 태양 전지의 비용 효율성에 직접 관련된다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 기술, 또는 태양 전지의 제조에 있어서의 효율을 증가시키기 위한 기술이 일반적으로 바람직하다. 본 개시내용의 일부 실시예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규한 공정을 제공함으로써 증가된 태양 전지 제조 효율을 허용한다. 본 개시내용의 일부 실시예는 신규한 태양 전지 구조물을 제공함으로써 증가된 태양 전지 효율을 허용한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계의 단면도들을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1g에 대응하는 바와 같이 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 동일한 치수의 정렬된 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입(implanted) 영역의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 동일한 치수의 오정렬된 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입 영역의 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 보다 작은(예컨대, 보다 좁은) 치수의 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입 영역의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 이동하는 웨이퍼 및 고정된 섀도 마스크를 포함하는 패턴화된 주입을 위한 인라인 플랫폼의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 이동하는 웨이퍼 및 고정된 섀도 마스크를 포함하는 패턴화된 주입을 위한 다른 인라인 플랫폼의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 도 5의 인라인 플랫폼에 대응하는 바와 같이 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시내용의 실시예에 따른 재료 층들의 스택으로부터 제조된 슬릿 마스크의 경사진 도면 및 단면도를 각각 도시한다.
하기의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 주제 또는 본 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서의 역할을 하는" 것을 의미한다. 본 명세서에서 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 요약 또는 하기의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시된 또는 암시된 이론에 의해 구애되고자 하는 의도는 없다.
본 명세서는 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급을 포함한다. 어구 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징, 구조, 또는 특성이 본 개시 내용과 일관되는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락들은 (첨부된 청구범위를 포함한) 본 개시내용에서 발견되는 용어들에 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 유닛들 또는 구성요소들이 작업 또는 작업들을 수행"하도록 구성된" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 맥락에서, "하도록 구성된"은 유닛들/구성요소들이 작동 동안에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성요소는 명시된 유닛/구성요소가 현재 작동 중이지 않을 때에도(예를 들어, 온/활성 상태가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성된 것으로 언급될 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행"하도록 구성된다"고 기재하는 것은 그 유닛/구성요소에 대해 35 U.S.C. §112, 6번째 단락을 적용하지 않도록 명백히 의도된다.
"제1", "제2" 등. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어들은 이들의 뒤에 오는 명사에 대한 라벨로서 사용되며, (예를 들어, 공간적, 시간적, 논리적 등의) 임의의 유형의 순서를 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 "결합되는" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들을 언급한다. 본 명세서에서 사용된 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 연통됨)을 의미한다.
"억제하다" - 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 억제하다는 효과를 감소 또는 최소화시키는 것을 기술하는 데 사용된다. 구성요소 또는 특징부가 동작, 움직임 또는 조건을 억제하는 것으로 기술될 때, 이는 결과 또는 성과 또는 미래의 상태를 완전하게 방지할 수 있다. 부가적으로, "억제하다"는 그렇지 않을 경우에 발생할 수도 있는 성과, 성능 및/또는 효과의 감소 또는 완화를 또한 지칭할 수 있다. 따라서, 구성요소, 요소 또는 특징부가 결과 또는 상태를 억제하는 것으로 지칭될 때, 이는 결과 또는 상태를 완전하게 방지 또는 제거할 필요는 없다.
또한, 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. "전면", "배면", "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 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
이온 주입을 사용하여 태양 전지 이미터 영역을 제조하는 방법, 및 생성되는 태양 전지가 본 명세서에 기술된다. 하기 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 공정 흐름 작업들과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 개시내용의 실시예들이 이들 특정 상세 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 리소그래피(lithography) 및 패턴화(patterning) 기술과 같은 잘 알려진 제조 기술은 본 개시내용의 실시예를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예가 예시적인 표현이고, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
태양 전지를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판 위에 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종(dopant impurity species)을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종(ancillary impurity species)을 주입하는 단계를 포함하며, 보조 불순물 화학종은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이하다. 방법은 또한 규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판 위에 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 얕은 표면을 개질시키는 단계를 포함한다. 개질시키는 단계는 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시킴으로써 수행된다. 방법은 또한 규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서에는 태양 전지가 개시된다. 일 실시예에서, 배면 접점 태양 전지는 수광(light-receiving) 표면 및 배면 표면을 갖는 결정질 규소 기판을 포함한다. 결정질 규소 기판 위에 제1 다결정 규소 이미터 영역이 배치된다. 제1 다결정 규소 이미터 영역은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑되고, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종을 추가로 포함한다. 제2 다결정 규소 이미터 영역이 결정질 규소 기판 위에 배치되고, 제1 다결정 규소 이미터 영역에 인접하지만 그로부터 분리되어 있다. 제2 다결정 규소 이미터 영역은 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑된다. 제1 및 제2 전도성 접점 구조물들은 제1 및 제2 다결정 규소 이미터 영역들에 각각 전기적으로 연결된다.
태양 전지를 제조하기 위한 장치가 또한 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지의 이미터 영역을 제조하기 위한 인라인 공정 장치는 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들을 제1 섀도 마스크를 통해 그리고 기판 위에 배치된 재료 층의 제1 영역들 내에 주입하도록 구성된 제1 스테이션을 포함한다. 인라인 공정 장치는 또한 보조 불순물 화학종을 제2 섀도 마스크를 통해 그리고 재료 층의 제1 영역들 내에 주입하도록 구성된 제2 스테이션을 포함한다. 인라인 공정 장치는 또한 제2 상이한 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들을 제3 섀도 마스크를 통해 그리고 재료 층의 제2 상이한 영역들 내에 주입하도록 구성된 제3 스테이션을 포함한다. 그러한 실시예에서, 제1 스테이션은 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하도록 구성되고, 제3 스테이션은 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하도록 구성되며, 제2 스테이션은 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 또는 산소 원자들 또는 이온들과 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는 화학종을 주입하도록 구성된다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 N+(예컨대, 전형적으로 인 또는 비소 도핑됨) 및 P+(예컨대, 전형적으로 붕소 도핑됨) 폴리실리콘 이미터 층들 중 하나 또는 둘 모두를 생성하기 위해 이온 주입 기술의 사용을 포함하는 고효율의 완전 배면-접점 태양 전지 장치를 제조하기 위한 간략화된 공정 흐름을 제공한다. 일 실시예에서, 제조 접근법은 필요한 도펀트 유형의 원자들뿐만 아니라 보조 원자들을 이미터 층 내에 도입하여 이미터 층의 습식 에칭 특성의 충분한 변화를 유도하여 이미터 층의 모든 비-주입 영역들의 선택적 습식 에칭 제거 동안에 마스크로서의 이미터 층의 사용을 허용하기 위해, 이온 주입의 사용을 포함한다. 하나 이상의 실시예는 고효율 태양 전지 제조를 위한 통합되어진 패턴화된 이온 주입과 표면 개질을 위한 하드웨어 및 대응하는 공정에 관한 것이다. 하나 이상의 실시예는 패턴화된 이온 주입 기술을 사용하여 고효율 태양 전지의 배면을 덮는 별개의 N- 및 P-도핑된 다결정 규소(polySi) 핑거 이미터들을 생성(및 격리)하기 위한 효과적인 공정 작업 절감 접근법을 제공한다.
맥락을 제공하기 위해, 현재, 상호맞물림형 배면 접점(IBC) 처리 기법은 도핑된 산화물 층에 의해 덮인 패턴화된 확산 영역들을 효과적으로 생성하도록 구현될 수 있다. 그러한 구조물은 텍스처 에칭 저항성 마스크를 생성하도록 패턴화되는데, 전면 텍스처화가 수행될 때와 동시에 N- 및 P-도핑된 이미터들을 격리시키는 트렌치가 텍스처 에칭 저항성 마스크를 통해 형성된다. 패턴화된 산화물 층으로부터의 확산을 대체하기 위해 패턴화된 이온 주입을 채용하는 개념이 간단해 보일 수 있지만, 자가-정렬된 에칭 선택성을 제공하는 접근법과 조합되지 않는 한, 그러한 접근법은 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 갖는 고효율 태양 전지 구조물을 제조하는 데 실행가능하지 않을 수 있다. 이는 특히 인 주입을 사용하는 접근법에 대해 그러할 수 있다.
위의 문제들 중 하나 이상을 해결하면서, 본 개시내용의 실시예에 따르면, 서로 약간 오프셋된 인(또는 비소)과 붕소의 패턴화된 이온 주입을 수행하고 사이에 비-주입 간극을 남김으로써, 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 궁극적으로 갖는 태양 전지를 위한 1차원 핑거 구조물이 형성된다. 인(또는 비소) 주입 후에, 질소, 산소, 또는 탄소 이온(또는 이들 원소를 함유하는, 양으로 대전된 분자 클러스터(molecular cluster))의 (예컨대, 동일한 마스크 패턴을 통한) 제2 자가-정렬된 얕은 주입이 수행된다. 인(또는 비소)과 동일한 영역에서의 그러한 보조(또는 "체이서(chaser)") 화학종의 주입은 주입 영역의 표면을 개질시키고 알칼리 텍스처화 배스(bath)에 대한 에칭 저항을 증가시키기 위해 수행된다. 붕소 주입만으로도 에칭 저항을 실질적으로 증가시키기 때문에, 붕소 도펀트 프로파일을 갖는 polySi 필름의 제2 영역들(예컨대, 주입 라인들)과 상호맞물린 인 + 얕은 체이서 도펀트 프로파일을 갖는 polySi 필름의 제1 영역들(예컨대, 주입 라인들)의 조합은 잘-확립된 텍스처 에칭 공정 흐름을 겪을 수 있다. 그러한 에칭 공정은 동시에 웨이퍼의 전면(태양-지향 면)을 텍스처화하면서 비-주입된 polySi의(예컨대, 주입된 핑거들 사이의) 영역들을 제거할 수 있다. 또한, 모든 3가지 패턴화되고 정렬된 주입 작업들을 단일 패스로 수행할 수 있는 새로운 하드웨어 플랫폼이 기술된다. 상기 및 다른 접근법과 하드웨어 플랫폼이 더 상세히 후술된다.
자가-정렬된 트렌치 형성을 위해 주입 유도된 에칭 선택성을 사용하는 예시적인 공정 흐름에서, 도 1a 내지 도 1g는 본 개시내용의 실시예에 따른, 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 도시한다. 도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1g에 대응하는 바와 같이 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도(200)이다.
도 1a와 흐름도(200)의 대응하는 작업(202)을 참조하면, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판(102) 상에 배치되는 얇은 산화물 층(104) 상에 규소 층(106)을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 기판(102)은 벌크 단결정 N형 도핑된 규소 기판과 같은 단결정 규소 기판이다. 그러나, 기판(102)이 전체 태양 전지 기판 상에 배치된, 다결정 규소 층과 같은 층일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다시 도 1a를 참조하면, 일 실시예에서, 도시된 바와 같이, 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이 기판(102)의 수광 표면(101)이 텍스처화된다. 일 실시예에서, 얇은 산화물 층은 대략 2 나노미터 이하의 두께를 갖는 터널 유전체 산화규소 층이다.
일 실시예에서, 규소 층(106)은 비정질 규소 층이다. 하나의 그러한 실시예에서, 비정질 규소 층은 저압 화학 증착(LPCVD) 또는 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)을 사용하여 형성된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 비정질 규소 대신에 다결정 규소 층이 사용된다.
도 1b와 흐름도(200)의 대응하는 작업(204)을 참조하면, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종이 규소 층(106) 내에 주입되어, 규소 층의 제1 주입 영역들(108)을 형성하고 비-주입 영역들(109)(즉, 공정에서의 이 단계에서 주입되지 않은 규소 층(106)의 나머지 부분들)을 생성한다.
일 실시예에서, 주입은 이온 빔 주입 또는 플라즈마 침지 주입을 사용함으로써 수행된다. 일 실시예에서, 이러한 제1 주입은 규소를 위한 N+ 도펀트 원자들(예컨대, 인 또는 비소 원자들)을 제공한다. 특정한 그러한 실시예에서, 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계는 대략 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 인 또는 비소 원자들을 규소 층(106) 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함한다.
다시 작업(204)을 참조하면, 일 실시예에서, 주입은 그 예가 도 4와 관련하여 기술되는 제1 섀도 마스크를 통해 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종은 그 예가 도 7a 및 도 7b와 관련하여 기술되는 제1 슬릿 패턴을 갖는 제1 섀도 마스크를 통해 주입된다. 일 실시예에서, 제1 섀도 마스크는 규소 층(106)으로부터 떨어져 위치되지만 그에 근접하게 위치되는 흑연 섀도 마스크이다.
다음으로 도 1c와 흐름도(200)의 대응하는 작업(206)을 참조하면, 보조 불순물 화학종이 규소 층(106)의 제1 주입 영역들(108) 내에 주입된다. 보조 불순물 화학종은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이하다. 부가적으로, 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역은 각각의 본래의 제1 주입 영역(108)의 깊이보다 작은 규소 층(106) 내에서의 깊이를 갖도록 주입된다. 이와 같이, 도 1c에 도시된 바와 같이, 개질된 제1 주입 영역들(108')이 형성되고, 일 실시예에서, 인(또는 비소)만의 영역들(152)인 하부 부분들(152)을 가지며, 보조 불순물 화학종과 함께 인(또는 비소)의 영역들인 상부 부분들(150)을 갖는다.
일 실시예에서, 제1 주입 영역들 내에 주입되는 보조 불순물 화학종은 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 또는 산소 원자들 또는 이온들과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학종이다. 용어 "이온"이 추가의 수소 원자에 결합된 도펀트 화학종의 하나 이상의 원자를 함유하는 분자 이온을 포함할 수 있음이 인식될 것이다. 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종은 질소이고, N2 또는 NH3를 사용한 주입에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종은 탄소이고, CH4 또는 탄화수소, 예를 들어 아세틸렌 또는 가능하게는 메틸실란을 사용한 주입에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종은 산소이고, N2O 또는 O2를 사용한 주입에 의해 제공된다.
일 실시예에서, 주입은 이온 빔 주입 또는 플라즈마 침지 주입을 사용함으로써 수행된다. 일 실시예에서, 이러한 제2 주입은 궁극적으로 규소 층(106)의 N+ 영역들의 상부 부분 내에 질소 원자들, 탄소 원자들, 또는 산소 원자들을 제공한다. 특정한 그러한 실시예에서, 제2 주입의 주입은 대략 1E19 내지 1E21 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 질소, 탄소 또는 산소 원자들을 규소 층(106) 내에 형성한다. 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종의 분포는 규소 층(106)의 표면 아래에서 주로 처음의 1000 옹스트롬 내에서 국소화된다.
다시 작업(206)을 참조하면, 일 실시예에서, 주입은 그 예가 도 4와 관련하여 기술되는 제2 섀도 마스크를 통해 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 보조 불순물 화학종은 제1 슬릿 패턴을 갖는 제2 섀도 마스크를 통해 주입된다. 제1 슬릿 패턴은 더 상세히 후술되는 바와 같이, 작업(204)과 관련하여 기술된 상기 제1 슬릿 패턴과 동일하거나 그로부터 약간 수정될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 섀도 마스크는 규소 층(106)으로부터 떨어져 위치되지만 그에 근접하게 위치되는 흑연 섀도 마스크이다.
위에서 언급된 바와 같이, 보조 불순물 화학종을 제1 주입 영역(108) 내에 주입하는 단계는, 일 실시예에서, 제1 슬릿 패턴(즉, 본래의 영역(108)을 형성하기 위해 사용되는 슬릿 패턴)을 갖는 제2 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 섀도 마스크는 제1 슬릿 패턴과 동일한 슬릿 패턴을 갖고, 슬릿들의 치수는 제1 섀도 마스크의 치수와 동일하다. 일례로서, 도 3a는 동일한 치수의 정렬된 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입 영역(108')의 단면도를 도시한다. 보조 원자들의 영역(150)은 규소 층(106) 내의 N+ 영역(152)과 정렬된다.
그러나, 도 3b는 동일한 치수의 오정렬된 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입 영역(108')의 단면도를 도시한다. 보조 불순물 화학종의 영역(150')은 규소 층(106) 내의 N+ 영역(152')과 오정렬된다. 즉, 보조 불순물 화학종의 영역(150')의 일부분은 N+ 영역(152') 내에 형성되지만, 보조 불순물 화학종의 영역(150')의 일부분은 N+ 영역(152') 밖에 형성된다. 전적으로 N+ 영역으로 형성된 보조 불순물 화학종의 영역을 구비하는 것이 바람직한 경우일 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 도 3c는 보다 작은(예컨대, 보다 좁은) 치수의 슬릿 패턴을 사용하여 형성되는 개질된 제1 주입 영역(108')의 단면도를 예시한다. 보조 불순물 화학종의 영역(150")은 N+ 영역(152")보다 좁고 전적으로 N+ 영역(152") 내부에 형성된다. 하나의 그러한 실시예에서, 제2 마스크 내의 슬릿을 위해 더 좁은 치수를 사용하는 것은, 보조 불순물 화학종이 N+ 영역 밖에 주입될 위험 없이 오정렬 공차를 허용한다.
도 1d와 흐름도(200)의 대응하는 작업(208)을 참조하면, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종이 규소 층(106) 내에 주입되어, 규소 층의 제2 주입 영역들(110)을 형성하고 비-주입 영역들(112)(즉, 전술된 주입 공정들 중 임의의 것 동안에 유의하게 주입되지 않았던 규소 층(106)의 나머지 부분)을 생성한다.
제1 및 제2 주입 공정들에 대한 경우에서처럼, 일 실시예에서, 주입은 이온 빔 주입 또는 플라즈마 침지 주입을 사용함으로써 수행된다. 일 실시예에서, 이러한 제3 주입은 규소를 위한 P+ 도펀트 원자(예컨대, 붕소 원자)를 제공한다. 특정한 그러한 실시예에서, 붕소 원자 또는 이온을 주입하는 단계는 대략 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 붕소 원자를 규소 층(106) 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함한다.
다시 작업(208)을 참조하면, 일 실시예에서, 주입은 그 예가 도 4와 관련하여 기술되는 제3 섀도 마스크를 통해 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종은, 그 예가 도 7a 및 도 7b와 관련하여 기술되는, 제1 슬릿 패턴과는 상이한 제2 슬릿 패턴을 갖는 제3 섀도 마스크를 통해 주입된다. 하나의 그러한 실시예에서, 제1 슬릿 패턴과 제2 슬릿 패턴은 함께 1차원 상호맞물림형 핑거 패턴을 형성한다. 제1 및 제2 섀도 마스크들의 경우에서처럼, 일 실시예에서, 제3 섀도 마스크는 규소 층(106)으로부터 떨어져 위치되지만 그에 근접하게 위치되는 흑연 섀도 마스크이다.
도 1e와 흐름도(200)의 대응하는 작업(210)을 참조하면, 규소 층(106)의 나머지 비-주입 영역들(112)이 예를 들어 선택적 에칭 공정으로 제거되어, 규소 층(106)의 개질된 제1 주입 영역들(108') 및 제2 주입 영역들(110)을 보존한다.
일 실시예에서, 개질된 제1 주입 영역들(108')을 형성하기 위해 작업(206)에서 제공되는 보조 불순물 화학종은 개질된 제1 주입 영역들(108')의 에칭을 억제한다(예컨대, 그의 에칭 속도를 느리게 함). 하나의 그러한 실시예에서, 보조 주입 화학종은 에칭 선택성에 영향을 미치도록 채용되고, (예컨대, 표면 부근에서) 보다 얕은 분포를 달성하기 위해 의도적으로 보다 낮은 에너지로 주입된다. 또한, 그러한 보조 화학종의 양은, 특히 이들을 포함하기 위한 유일한 동인(driving factor)이 작업(210)에서 N+ 영역의 에칭을 억제하는 것인 경우에, 후속 습식 및/또는 건식 에칭/세정 작업에서 감소되거나 심지어 완전히 제거될 수 있다.
다시 도 3a 및 도 3c를 참조하면, 일 실시예에서, 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역은 전적으로 본래의 제1 주입 영역(108)의 각각의 것 내에 있다. 특정 실시예에서, 도 3c만을 참조하면, 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역은 각각의 제1 주입 영역의 폭보다 작은 폭을 갖는다. 어떤 경우든, 일 실시예에서, 생성된 에칭 폭은 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이 보조 불순물 화학종의 영역(150 또는 150")의 폭에 의해 결정된다. 이어서, 도 3c의 경우에, 일 실시예에서, 규소 층(106)의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역(150")을 포함하지 않는 개질된 제1 주입 영역(108')의 부분들을 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 비교 목적을 위해, 도 3b를 참조하면, 그러한 생성된 에칭 프로파일은, N+ 영역 밖에 형성된 보조 불순물 화학종을 갖는 영역을 포함할 것이다. 이러한 이유로, 보다 좁은 치수의 슬릿들을 갖는 보조 불순물 화학종 주입 마스크의 사용이 전술된 체이서 주입을 위해 고려될 수 있다.
일 실시예에서, 규소 층(106)의 나머지 비-주입 영역들(112)은, 추가로 얇은 산화물 층(104)의 노출된 부분들을 제거하고 기판(102) 내에 트렌치들(114)을 형성하는 수산화물-기반 습식 에칭제로 제거된다. 트렌치들은 기판(102)의 텍스처화된 부분들을 트렌치 저부들로서 제공하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 트렌치들(114)의 위치설정이 규소 층(106)의 제1 주입 영역들(108')과 제2 주입 영역들(110)에 의해 결정되기 때문에, 도 1e에 도시된 바와 같이, 트렌치들(114)은 규소 층(106)의 제1 주입 영역들(108')과 제2 주입 영역들(110) 사이에서 자가-정렬되어 형성된다. 일 실시예에서, 수산화물-기반 습식 에칭제 처리 후에 플루오르화수소산/오존(HF/O3) 습식 세정 처리가 이어진다.
수광 표면(101)의 텍스처화 및 자가-정렬된 트렌치(114) 형성의 타이밍이 달라질 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 수광 표면(101)의 텍스처화는 도 1a 내지 도 1g에 도시된 바와 같이 트렌치들(114)의 형성/텍스처화에 선행하는 별개의 공정으로 수행된다. 그러나, 다른 실시예에서, 수광 표면(101)의 텍스처화는 트렌치들(114)의 형성/텍스처화와 동일한 공정으로 수행된다. 또한, 트렌치들(114)의 형성/텍스처화의 타이밍은 제1 주입 영역들(108')과 제2 주입 영역들(110)을 결정화하기 위해 사용되는 어닐링 공정에 대해 달라질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 트렌치들(114)의 형성/텍스처화는 도 1e에 도시된 바와 같이 규소 층(106)의 나머지 비-주입 영역들(112)을 제거하기 위해 사용되는 공정으로 수행된다. 그러나, 다른 실시예에서, 트렌치들(114)의 형성/텍스처화는 규소 층(106)의 나머지 비-주입 영역들(112)의 제거 및 후속 어닐링 공정에 뒤이어 수행된다. 일 실시예에서, (트렌치(114) 내에 있든 표면(101)에 있든 간에) 텍스처화된 표면은 입사광을 산란시켜 태양 전지의 수광 및/또는 노출된 표면들로부터 반사되는 광의 양을 감소시키기 위한 규칙적 또는 불규칙적 형상의 표면을 갖는 것일 수 있다.
도 1f와 흐름도(200)의 대응하는 작업(212)을 참조하면, 규소 층(106)의 제1 주입 영역들(108') 및 제2 주입 영역들(110)은 어닐링되어, 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들(116, 118)을 각각 형성한다. 일 실시예에서, 어닐링은 대략 섭씨 850 내지 1100도 범위의 온도에서 대략 1 내지 100분 범위의 지속기간 동안 수행된다. 일 실시예에서, 가열 또는 어닐링 동안에 저농도 인 도펀트 구동이 수행된다. 추가의 실시예가, 그 예가 후술되는 도 1g에 도시된, 수광 표면(101) 상에의 패시베이션 또는 반사-방지 코팅 층(120)의 형성을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 고온 어닐링 및 활성화 공정을 수행하기 전에 규소 층(106)의 비-주입 영역들의 에칭(즉, 제거)을 완료하는 것이 일반적으로 가장 유리할 수 있지만, 소정 주입 조건은 (예컨대, 비-주입 영역들에 관한) 텍스처화 에칭에서 본질적으로 더 높은 반응성을 초래할 수 있음이 인식될 것이다. 그러한 경우에, 트렌치 에칭 전에 고온 어닐링이 수행될 수 있다.
도 1g를 참조하면, 전도성 접점들(122, 124)이 제1 도핑된 다결정 규소 이미터 영역(116) 및 제2 도핑된 다결정 규소 이미터 영역(118)과 각각 접촉하도록 제조된다. 일 실시예에서, 접점들은 우선 개구들을 갖도록 절연 층(140)을 침착시키고 패턴화한 후에 개구들 내에 하나 이상의 전도성 층을 형성함으로써 제조된다. 일 실시예에서, 전도성 접점들(122, 124)은 금속을 포함하고, 침착, 리소그래피 및 에칭 접근법 또는 대안적으로 인쇄 공정에 의해 형성된다.
이어서, 다시 도 1g를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 배면 접점 태양 전지는 수광 표면(101) 및 배면 표면을 갖는 결정질 규소 기판(102)을 포함한다. 결정질 규소 기판(102) 위에 제1 다결정 규소 이미터 영역(116)이 배치된다. 제1 다결정 규소 이미터 영역(116)은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종(예컨대, 인 또는 비소 원자들)으로 도핑되고, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종(예컨대, 질소 원자들, 탄소 원자들, 및/또는 산소 원자들)을 추가로 포함한다. 제2 다결정 규소 이미터 영역(118)이 결정질 규소 기판(102) 위에 배치되고, 제1 다결정 규소 이미터 영역(116)에 인접하지만 그로부터 분리되어 있다. 제2 다결정 규소 이미터 영역(118)은 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종(예컨대, 붕소 원자들)으로 도핑된다. 제1 및 제2 전도성 접점 구조물들(122, 124)은 제1 및 제2 다결정 규소 이미터 영역들(116, 118)에 각각 전기적으로 연결된다.
다른 양태에서, 도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 이동하는 웨이퍼와 고정된 섀도 마스크를 포함하는 패턴화된 주입을 위한 인라인 플랫폼의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4를 참조하면, 인라인 플랫폼(400)은 규소의 층(106)을 갖는 투입되는 웨이퍼를 위한 웨이퍼 투입 영역을 포함한다. 제1 스테이션(450)이 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들을 제1 섀도 마스크를 통해 그리고 기판 위에 배치된 재료 층(106)의 제1 영역들 내에 주입하도록 구성된다. 제2 스테이션(452)이 보조 불순물 화학종을 제2 섀도 마스크를 통해 그리고 재료 층(106)의 제1 영역들 내에 주입하도록 구성된다. 제3 스테이션(454)이 제2 상이한 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들을 제3 섀도 마스크를 통해 그리고 재료 층(106)의 제2 상이한 영역들 내에 주입하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 도 4의 산출되는 웨이퍼에 의해 예시되는 바와 같이, 제1 스테이션(450)은 인(또는 대안적으로 비소 원자들) 또는 이온들을 주입하도록 구성되고, 제3 스테이션(454)은 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하도록 구성되며, 제2 스테이션(452)은 질소 원자들 또는 이온들(또는 대안적으로 탄소 원자들 또는 이온들, 또는 산소 원자들 또는 이온들)을 주입하도록 구성된다.
다시 도 4를 참조하면, 고정된 흑연 마스크와 같은 고정된 스텐실 마스크(402)가, 주입 동안에 기판에 근접하지만 이와 접촉하지 않게 유지된다. 3개의 대응하는 슬릿 패턴들을 갖는 하나의 마스크로서 도시되지만, 개별 섀도 마스크가 전형적으로 모듈들(450, 452, 454) 각각에 사용될 것임이 인식될 것이다. 수용 기판으로부터의 간격에 대한 가용 거리는 이온 빔이 시준될 수 있는 정도에 의해 결정될 수 있다. 전형적인 간격은 Si 태양 웨이퍼 기판과 거의 동일한 차수의 두께인 50 내지 250 마이크로미터일 수 있다. 그러나, 이러한 간격은 섀도 마스크의 하부 에지 아래에서 (수직으로부터의) 발산각을 최소화하는 조건 하에서 1000 마이크로미터(1 mm)만큼 클 수 있다. 일 실시예에서, 주입 영역들의 생성된 패턴은 1차원 상호맞물림형 핑거 패턴이다.
다른 예에서, 도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 이동하는 웨이퍼 및 고정된 섀도 마스크를 포함하는 패턴화된 주입을 위한 다른 인라인 플랫폼의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 인라인 플랫폼(500)은 투입되는 웨이퍼를 위한 웨이퍼 투입 영역을 포함한다. 제1 스테이션(550)이 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들(예를 들어, 인 또는 비소)을 제1 섀도 마스크를 통해 그리고 기판 위에 배치된 재료 층의 제1 영역들 내에 주입하도록 구성된다. 제2 스테이션(554)이 제2 상이한 전도성 유형의 도펀트 불순물 원자들(예를 들어, 붕소)을 제2 섀도 마스크를 통해 그리고 재료 층의 제2 상이한 영역들 내에 주입하도록 구성된다. 유입구(552)가, 흑연 마스크와 수용 웨이퍼 사이의 공간을 통해 전달되는 보조 불순물 화학종을 제공하도록 C, N 또는 O 함유 전구체(예를 들어, CH4 또는 C2H4)의 직교류 도입(cross flow introduction)을 위해 제공된다. 부가적으로, 불활성 기체 유입구(556)(예를 들어, 헬륨 가스용)가 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 불활성 기체 유동을 제공하도록 포함될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 도 4의 인라인 장치와 마찬가지로, 보조 불순물 화학종의 사용을 통한 표면 개질에 의해 (비-주입 영역에 대해) N형(P) 주입된 핑거에 에칭 저항성을 부여하기 위해, 시스템이 제공된다. 그러나, 도 4의 인라인 장치와 대조적으로, "보조" 또는 체이서 주입의 동일한 이점 또는 효과가 제3 주입 소스의 추가 및 추가적인 마스크 정렬에 대한 연관된 필요성 없이 제공된다. 하나의 그러한 실시예에서, 적절한 전구체(예를 들어, 메탄 또는 에틸렌)의 낮은 유동은 입사 이온 플럭스의 적어도 일부와의 상호작용을 통해 얕은 표면 개질에 영향을 주도록 (인 또는 비소 주입에 대해 사용되는) 고정된 흑연 마스크와 웨이퍼 사이의 좁은 간극 내로 지향된다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 도 5의 인라인 플랫폼에 대응하는 바와 같이 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도(600)이다.
흐름도(600)의 작업(602)을 참조하면, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판 위에 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다. 작업(604)에서, 규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종이 주입된다. 작업(606)에서, 규소 층의 제1 주입 영역들의 얕은 표면이 개질된다. 개질시키는 것은, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시킴으로써 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시키는 것은 메탄(CH4) 또는 에틸렌(C2H4)의 직교류 도입을 포함한다.
흐름도(600)를 다시 참조하면, 단계(608)에서, 규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종이 주입된다. 작업(610)에서, 규소 층의 나머지 비-주입 영역들은 규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 제거된다. 작업(610)에서, 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들은 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 어닐링된다.
일 실시예에서, 전술된 바와 같이, 정지된 흑연 섀도 마스크와 같은 스텐실 마스크가 주입을 위해 사용될 수 있다. 일례로서, 도 4 및 도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른, 고정된 섀도 마스크들을 포함하는, 패턴화된 주입을 위한 가능한 인라인 플랫폼들을 개략적으로 도시한다. 전술된 경우들 중 어느 것에서든, 일 실시예에서, 소정의 침착 또는 잔여물 축적이 스텐실 마스크 상에 발생할 수 있다. 다수의 실행 후에, 이러한 침착 또는 축적은 마스크들로부터의 제거를 요구할 수 있다. 추후 주입 공정에 어떤 방식으로 영향을 미칠 수 있는 스텐실 마스크 상에의 재료의 과다-축적과 처리량을 비교 평가하도록 최적 실행 횟수가 결정될 수 있음이 인식될 것이다. 하나의 그러한 실시예에서, 소정 실행 횟수 후에, 축적된 재료가 선택적 에칭에 의해 제거되고, 이어서 스텐실 마스크는 재사용될 수 있다.
슬릿 마스크의 제조는 재료의 균일한 샘플에 슬릿들을 형성(예를 들어, 절단, 에칭)함으로써 수행될 수 있음이 인식될 것이다. 그러나, 다른 양태에서, 내부에 슬릿 패턴을 제공하기 위해 절단되거나 에칭될 수 있는 재료 층들의 스택을 사용하여 슬릿 마스크가 제조된다. 일례에서, 도 7a 및 도 7b는 본 개시내용의 실시예에 따른 재료 층들의 스택으로부터 제조된 슬릿 마스크의 경사진 도면(700) 및 단면도(702)를 각각 도시한다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 마스크 내의 슬릿(750)의 치수는 마스크를 제조하는 데 사용되는 단일 층의 두께에 의해 결정된다. 그러한 일 실시예에서, 개별 층들은, 적층되고 서로 결합되는 개별 규소 웨이퍼들이다.
따라서, 패턴화 능력으로 고효율 태양광 응용을 목표로 하는 새로운 고 처리량 이온 주입 공구의 도입이 상호맞물림형 배면 접점(IBC) 태양 전지의 제조에 적용가능할 수 있다. 특히, 물리적 및 화학적 변화가 이온 주입 작업의 수행과 관련되는 경우에, 그러한 주입은 자가-정렬된 트렌치 패턴의 형성을 허용하기 위해 활용될 수 있다.
종합적으로, 소정 재료가 구체적으로 전술되었지만, 일부 재료는 본 개시내용의 실시예의 사상 및 범주 내에 있는 다른 그러한 실시예에서 다른 재료로 용이하게 대체될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, III-V족 재료의 기판과 같은 상이한 재료의 기판이 규소 기판 대신에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 다결정(polycrystalline) 또는 다중-결정(multi-crystalline) 규소 기판이 사용된다. 또한, N+ 및 이어서 P+ 유형 도핑의 순서가 구체적으로 태양 전지의 배면 표면 상의 이미터 영역들에 대해 기술되는 경우에, 고려되는 다른 실시예들이 전도성 유형의 반대 순서, 예컨대 P+ 및 이어서 N+ 유형 도핑을 각각 포함한다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 실질적으로 배면 접점 태양 전지 배열이 언급되지만, 본 명세서에 기술된 접근법이 전면 접점 태양 전지에도 또한 적용될 수 있음이 인식될 것이다. 일반적으로, 본 명세서에 기술된 실시예는 고효율 상호맞물림형 배면 접점(IBC)-유형 태양 전지의 제조를 위해 보다 낮은 비용의 높은 처리량의 이온 주입 플랫폼을 제공하도록 구현될 수 있다. 특정 실시예가 주입에 의해 형성되는 이미터 영역들 사이에 자가-정렬된 트렌치들을 생성하기 위한 유리한 접근법을 제공할 수 있다.
따라서, 이온 주입을 사용한 태양 전지 이미터 영역의 제조 방법 및 생성되는 태양 전지가 개시되었다.
특정 실시예들이 전술되었지만, 특정 특징부에 대해 단일 실시예만이 기술된 경우에도, 이들 실시예는 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시내용에 제공된 특징들의 예들은, 달리 언급되지 않는 한, 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 상기 설명은, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 그러한 대안예, 수정예 및 등가물을 포함하고자 의도된다.
본 개시내용의 범주는, 본 명세서에서 다루어지는 문제들 중 임의의 것 또는 전부를 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 특징부들의 조합에 대해 만들어질 수 있다. 특히, 첨부된 청구범위와 관련하여, 종속 청구항으로부터의 특징부들이 독립 청구항의 특징부들과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징부들이 단지 첨부된 청구범위에 열거된 특정 조합들이 아닌 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판 위에 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함하며, 보조 불순물 화학종은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이하다. 방법은 또한 규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 규소 층의 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계는 제1 주입 영역들의 각각의 것에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역은 전적으로 제1 주입 영역의 각각의 것 내에 있다.
일 실시예에서, 제1 주입 영역들의 각각의 것에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계는, 제1 주입 영역들의 각각의 것의 폭보다 작은 폭을 갖는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 포함하지 않는 제1 주입 영역들 각각의 부분들을 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 제1 주입 영역들의 각각의 것에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계는 제1 주입 영역들의 각각의 것의 깊이보다 작은 규소 층 내에서의 깊이를 갖는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계 이후에 어닐링을 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 규소 층을 형성하는 단계는 저압 화학 증착(LPCVD) 또는 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)을 사용하여 비정질 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하고, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하며, 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계는 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 및 산소 원자들 또는 이온들로 이루어진 군으로부터 선택된 화학종을 주입하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계는 대략 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 인 또는 비소 원자들을 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함하고, 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계는 대략 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 붕소 원자들을 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함하며, 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 및 산소 원자들 또는 이온들로 이루어진 군으로부터 선택된 화학종을 주입하는 단계는 대략 1E19 내지 1E21 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 질소 원자들, 탄소 원자들, 또는 산소 원자들을 각각 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 제1 슬릿 패턴을 갖는 제1 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계를 포함하고, 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계는 제1 슬릿 패턴을 갖는 제2 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계를 포함하며, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 제2 상이한 슬릿 패턴을 갖는 제3 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제2 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계는 제1 섀도 마스크의 슬릿들보다 좁은 치수의 슬릿들을 갖는 제2 섀도 마스크를 통해 주입하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 섀도 마스크들을 통해 주입하는 단계는 각각 제1, 제2 및 제3 고정된 흑연 섀도 마스크들을 통해 주입하는 단계를 포함하며, 제1, 제2 및 제3 고정된 흑연 섀도 마스크들은 주입하는 동안 규소 층에 근접하지만 이와 접촉하지는 않는다.
일 실시예에서, 제1 슬릿 패턴과 제2 슬릿 패턴은 함께 1차원 상호맞물림형 핑거 패턴을 형성한다.
일 실시예에서, 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계는 수산화물-기반 습식 에칭제를 사용하는 단계를 포함하고, 방법은 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거할 때 노출된 기판의 부분들을 텍스처화하기 위해 선택적 에칭 공정을 사용하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 규소 층을 형성하는 단계는 기판 상에 배치되는 얇은 산화물 층 상에 규소 층을 형성하는 단계를 포함하고, 기판은 단결정 규소 기판이다.
일 실시예에서, 이 방법은 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들 상에 전기적으로 연결된 전도성 접점들을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법은 기판 위에 규소 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 얕은 표면을 개질시키는 단계를 포함하며, 개질시키는 단계는 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시킴으로써 수행된다. 방법은 또한 규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하고, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하며, 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시키는 단계는 메탄(CH4) 또는 에틸렌(C2H4)의 직교류 도입을 포함한다.
일 실시예에서, 배면 접점 태양 전지는 수광 표면 및 배면 표면을 갖는 결정질 규소 기판을 포함한다. 결정질 규소 기판 위에 제1 다결정 규소 이미터 영역 배치되며, 제1 다결정 규소 이미터 영역은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑되고, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종을 추가로 포함한다. 제2 다결정 규소 이미터 영역이 결정질 규소 기판 위에 배치되고, 제1 다결정 규소 이미터 영역에 인접하지만 그로부터 분리되어 있다. 제2 다결정 규소 이미터 영역은 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종으로 도핑된다. 제1 및 제2 전도성 접점 구조물들은 제1 및 제2 다결정 규소 이미터 영역들에 각각 전기적으로 연결된다.
일 실시예에서 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종은 인 또는 비소 원자들을 포함하고, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종은 붕소 원자들을 포함하며, 보조 불순물 화학종은 질소 원자들, 탄소 원자들, 및 산소 원자들로 이루어진 군으로부터 선택된 화학종을 포함한다.

Claims (20)

  1. 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법으로서,
    기판 위에 규소 층을 형성하는 단계;
    규소 층의 제1 주입(implanted) 영역들을 형성하고 비-주입(non-implanted) 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종(dopant impurity species)을 주입하는 단계;
    규소 층의 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종(ancillary impurity species)을 주입하는 단계 - 보조 불순물 화학종은 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이함 -;
    규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계;
    규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계; 및
    도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 태양 전지의 교번하는 N형 및 P형 이미터 영역들을 제조하는 방법으로서,
    기판 위에 규소 층을 형성하는 단계;
    규소 층의 제1 주입 영역들을 형성하고 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층 내에 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계;
    규소 층의 제1 주입 영역들의 얕은 표면을 개질시키는 단계 - 개질시키는 단계는 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종과는 상이한 보조 불순물 화학종에 대한 전구체를 유동시킴으로써 수행됨 -;
    규소 층의 제2 주입 영역들을 형성하고 나머지 비-주입 영역들을 생성하도록, 규소 층의 비-주입 영역들의 부분들 내에 제2 반대 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계;
    규소 층의 제1 주입 영역들의 적어도 일부분을 보존하고 제2 주입 영역들을 보존하는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계; 및
    도핑된 다결정 규소 이미터 영역들을 형성하도록 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 규소 층의 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계는 제1 주입 영역들의 각각에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역은 전적으로 제1 주입 영역의 각각 내에 있는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제1 주입 영역들의 각각에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계는 제1 주입 영역들의 각각의 폭보다 작은 폭을 갖는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 포함하지 않는 제1 주입 영역들 각각의 부분들을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제3항에 있어서, 제1 주입 영역들의 각각에 대한 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계는 제1 주입 영역들의 각각의 깊이보다 작은 규소 층 내에서의 깊이를 갖는 보조 불순물 화학종의 대응하는 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 규소 층의 제1 주입 영역들 및 제2 주입 영역들을 어닐링하는 단계는 선택적 에칭 공정으로 규소 층의 나머지 비-주입 영역들을 제거하는 단계 이후에 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 규소 층을 형성하는 단계는 저압 화학 증착(LPCVD) 또는 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)을 사용하여 비정질 규소 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제1 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하고, 제2 전도성 유형의 도펀트 불순물 화학종을 주입하는 단계는 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계를 포함하며, 제1 주입 영역들 내에 보조 불순물 화학종을 주입하는 단계는 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 및 산소 원자들 또는 이온들로 이루어진 군으로부터 선택된 화학종을 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 인 또는 비소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계는 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 인 또는 비소 원자들을 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함하고, 붕소 원자들 또는 이온들을 주입하는 단계는 1E19 내지 1E20 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 붕소 원자들을 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함하며, 질소 원자들 또는 이온들, 탄소 원자들 또는 이온들, 및 산소 원자들 또는 이온들로 이루어진 군으로부터 선택된 화학종을 주입하는 단계는 1E19 내지 1E21 atoms/㎤의 범위 내의 농도의 질소 원자들, 탄소 원자들, 또는 산소 원자들을 각각 규소 층 내에 형성하도록 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
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