KR102554563B1 - 태양 전지 내의 상대적 도펀트 농도 레벨 - Google Patents

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Abstract

태양 전지는 정상 작동 동안 태양 방사선을 수용하기 위해 태양을 향하는 전면 및 전면의 반대편에 있는 배면을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 태양 전지는 기판의 배면 위에 형성되는 폴리실리콘 층을 더 포함할 수 있다. P-형 확산 영역 및 N-형 확산 영역이 폴리실리콘 층 내에 형성되어 접촉 PN 접합부를 제공할 수 있다. P형 확산 영역은 제1 도펀트 농도 레벨을 가질 수 있고 N형 확산 영역은 제2 도펀트 농도 레벨을 가지며, 제1 도펀트 농도 레벨은 제2 도펀트 농도 레벨 미만이다.

Description

태양 전지 내의 상대적 도펀트 농도 레벨{RELATIVE DOPANT CONCENTRATION LEVELS IN SOLAR CELLS}
통상 태양 전지(solar cell)로서 알려진 광전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 반도체 웨이퍼 또는 기판(substrate) 상에, P형과 N형 확산 영역 사이에 PN 접합부를 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 태양 방사선은 태양 전지의 기판의 표면 상에 충돌하고 기판 내로 진입하면서 기판의 대부분에서 전자 및 정공(hole) 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 P형 확산 영역 및 N형 확산 영역으로 이동함으로써, 확산된 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 확산된 영역들은 태양 전지 상의 전도성 영역들에 연결되어, 태양 전지로부터의 전류를 외부 회로로 보낸다. 예를 들어, 배면 접점(backside contact) 태양 전지에서, 확산 영역 및 그들에 결합된 서로 맞물린 금속 접촉 핑거(interdigitated metal contact finger) 둘 모두가 태양 전지의 배면 상에 있다. 접촉 핑거는 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되게 하고 태양 전지에 의해 급전되게 한다.
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 실시예들은 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 1은 몇몇 실시예에 따른, 기판 위에 형성된 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 형성된 접촉 PN 접합부(butting PN junction)를 갖는 예시적인 태양 전지의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른, 보다 낮은 P형 도펀트 농도 레벨을 갖는 배면 접점 태양 전지를 형성하는 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 보다 낮은 P형 도펀트 농도 레벨을 갖는 배면 접점 태양 전지를 형성하는 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4 내지 도 9는 몇몇 실시예에 따른, 기판 상에 형성된 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 형성된 접촉 PN 접합부를 갖는 배면 접점 태양 전지의 형성에 대한 단면도를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른, 보다 낮은 P형 도펀트 농도 레벨을 갖는 배면 접점 태양 전지를 형성하는 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11 내지 도 16은 몇몇 실시예에 따른, 기판 상에 카운터 도핑(counter doping)을 이용해 형성된 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 형성된 접촉 PN 접합부를 갖는 배면 접점 태양 전지의 형성에 대한 단면도를 도시한다.
도 17은 일 실시예에 따른, P형 및 N형 도펀트 소스를 인쇄함으로써 보다 낮은 P형 도펀트 농도 레벨을 갖는 배면 접점 태양 전지를 형성하는 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 18 내지 도 22는 몇몇 실시예에 따른, 기판 상으로의 인쇄에 의해 형성된 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 형성된 접촉 PN 접합부를 갖는 배면 접점 태양 전지의 형성에 대한 단면도를 도시한다.
하기의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 출원의 요지의 실시예들 또는 그러한 실시예들의 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 실례로서 역할하는" 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 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서는 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"의 언급을 포함한다. 어구 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징부들, 구조들 또는 특성들이 본 개시내용과 일치하는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락들은(첨부된 청구 범위를 포함한) 본 개시 내용에서 보여지는 용어들에 대한 정의 및/또는 맥락을 제공한다:
"포함하는". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구 범위에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성된". 다양한 유닛들 또는 구성 요소들이 작업 또는 작업들을 수행 "하도록 구성된"것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 맥락에서, "하도록 구성된"은 유닛들/구성 요소들이 작동 동안에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성 요소는 명시된 유닛/구성 요소가 현재 작동 중이지 않을 때에도(예를 들어, 온/활성 상태가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성된 것으로 말하여 질 수 있다. 유닛/회로/구성 요소가 하나 이상의 작업을 수행 "하도록 구성된"것임을 기술하는 것은 명확히, 그 유닛/구성 요소에 대해 35 U.S.C ㄷ112의 6 번째 단락에 의지하지 않도록 의도된다.
"제1", "제2"등. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어들은 이들의 뒤에 오는 명사에 대한 형용 어구로서 사용되며, (예를 들어, 공간적, 시간적, 논리적 등의) 임의의 유형의 순서를 의미하지 않는다. 예를 들어, "제1" 도펀스 소스의 언급은, 이 도펀트 소스가 차례에 있어서 첫번째 도펀트 소스임을 반드시 의미하는 것은 아닌데, 대신에 용어 "제1"은 이 도펀트 소스를 다른 도펀트 소스(예컨대, "제2" 도펀트 소스)로부터 구별하기 위해 사용된다.
"~에 기초하여". 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이러한 용어는 결정에 영향을 미치는 하나 이상의 인자를 기술하는 데 사용된다. 이러한 용어는 결정에 영향을 미칠 수 있는 추가 인자를 배제하지 않는다. 즉, 결정이 오직 이들 인자에 기초하거나, 적어도 부분적으로 이들 인자에 기초할 수 있다. 어구 "B에 기초하여 A를 결정한다"를 고려해 보자. B가 A의 결정에 영향을 미치는 인자일 수 있지만, 그러한 어구는 C에 또한 기초하는 것으로부터의 A의 결정을 배제하지 않는다. 다른 경우에, A는 오직 B에 기초하여 결정될 수 있다.
"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.
"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. 또한, "억제하다"는, 그렇지 않을 경우 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 내에서 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 그러한 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
본 명세서의 많은 부분이 이해의 용이함을 위해 태양 전지에 관해서 기술되지만, 개시된 기술 및 구조는 다른 반도체 구조(예컨대, 일반적으로 규소 웨이퍼)에 동일하게 적용된다.
하기 설명에서, 본 개시내용의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 공정 흐름 작업과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 개시내용의 실시예가 이들 특정 상세 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 리소그래피 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.
본 명세서는 먼저 개시된 도펀트 레벨을 포함할 수 있는 예시적인 태양 전지를 기술하고, 이어서 이중 도펀트 레벨 태양 전지 구조물을 형성하는 다양한 실시예의 보다 상세한 설명이 이어진다. 다양한 예들이 본 명세서 전반에 걸쳐 제공된다.
도 1을 참조하면, 정상 동작 도중 태양 방사선을 수용하기 위해 태양을 마주보는 전면(100A), 및 전면의 반대편에 있는 배면(100B)을 갖는 태양 전지(100)의 단면도가 도시된다. 일 실시예에서, 태양 전지(100)의 배면(100B)은 유전체 층(106) 위에 배치되고, 기판(110)의 일부분 상에 접촉 PN 접합부(109)를 형성하는 P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)을 포함한다. 기판(110)의 일례로서 N형 실리콘이 포함된다. 일반적으로 말하면, 접촉 PN 접합부(109)에서의 P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)이 다이오드를 형성한다. P형 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(102, 104)은 폴리실리콘 층 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 확산 영역은 도핑되지 않은 폴리실리콘 층 위에 도핑된 이산화규소 층을 침착시키고 확산 단계를 수행하거나, 도핑되지 않은 폴리실리콘 층을 침착시키고 이어서 도펀트 주입 단계를 함으로써 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)은 기판(110)의 표면 위에 형성되거나 태양 전지 기판의 외부에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 태양 전지(100)는 기판(110) 위에 형성되는 이미터 영역 상에 형성된 전도성 접점을 더 포함할 수 있다. 제1 금속 접촉 핑거(114)와 같은 제1 전기적 전도성 접점은 질화규소 층(112) 내에 배치되는 제1 접촉 개구 내에 배치될 수 있고, P형 확산 폴리실리콘 영역(102)에 결합될 수 있다. 제2 금속 접촉 핑거(116)와 같은 제2 전기적 전도성 접점은 질화규소 층(112) 내에 배치되는 제2 접촉 개구 내에 배치될 수 있고, N형 확산 폴리실리콘 영역(104)에 결합될 수 있다. "핑거"는 마스킹 및 에칭을 이용하거나 다른 기법들에 따라 제조될 수 있다.
일 실시예에서, P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)은 태양 전지(100)를 위한 이미터 영역을 제공할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 제1 금속 접촉 핑거(114) 및 제2 금속 접촉 핑거(116)는 각각의 이미터 영역 상에 배치된다. 일 실시예에서, 제1 금속 접촉 핑거(114) 및 제2 금속 접촉 핑거(116)는 배면 접점 태양 전지를 위한 배면 접점들이며, 태양 전지(100)의 수광 표면(측면 100A)의 반대편에 있는 태양 전지의 표면 상에 위치된다. 또한, 일 실시예에서, 이미터 영역은 유전체 층(106)과 같은 얇은 유전체 층 또는 터널(tunnel) 유전체 층 상에 형성된다.
일부 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 배면 접점 태양 전지를 제조하는 것은 기판(110) 상에 얇은 유전체 층(106)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 얇은 유전체 층은 이산화규소로 구성되고, 대략 5 내지 50 옹스트롬의 범위의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 얇은 유전체 층은 터널 산화물 층으로서 기능한다. 일 실시예에서, 기판(110)은 N형 도핑된 단결정 규소 기판과 같은 벌크 단결정 규소 기판이다. 그러나, 다른 실시예에서, 기판은 전역 태양 전지 기판 상에 배치된 다결정 규소 층을 포함한다.
태양 전지(100)와 같이 폴리실리콘 층 내의 서로 맞물린 N형 및 P형 확산부를 갖는 배면 접점 태양 전지 내에서, 두 확산부 사이의 계면에서 폴리실리콘 층 내부에 접촉 PN 접합부(109)가 형성될 수 있다. 접촉 PN 접합부(109)는 붕소 도핑된 (P형) 폴리실리콘과 인 도핑된 (N형) 폴리실리콘 사이의 영역이다. 접촉 PN 접합부(109)는 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이의 물리적 계면의 양 측부 내로 연장될 수 있다. 물리적 접촉부의 측부 각각의 내부로 연장되는 폭과 그 정도는 접촉 PN 접합부(109)의 각 측부의 도핑 농도 레벨 및 구배에 의존한다.
일반적으로, 공간 전하 재결합(space charge recombination)은 PN 접합부(109)의 폴리 결정립계에서 발생한다. 공간 전하 재결합이란 그에 의해 이동 전하 캐리어(전자 및 정공)가 제거되는 공정이다. 이 공정에 의해 전도대의 전자는 에너지를 잃고 가전자대의 정공의 에너지 상태를 재점유(re-occupy)한다. 폴리실리콘 층의 다결정 규소는 결정립(grain)으로 이루어진다. 각각의 결정립은 모든 Si 원자가 정렬되어 있는 완벽한 결정격자를 갖는다. 그러나 상이한 결정립들이 상이한 배향을 가질 수 있고, 결정립들 사이에는 재료의 결정성이 파괴되는 경계가 있다. 이러한 계면을 결정립계(grain boundary)라고 칭한다. 정공 재결합은 결정립계와 같은 재료의 특정 영역에서 가능성이 증가된다. 예를 들어, 금속 결함이 재결합을 증가시킨다. 발명자들은 결정립계에서의 붕소가 더 높은 재결합을 갖는 하나의 그러한 영역임을 발견했다. 이러한 영역들을 감소시킬 경우 재료의 수명은 보다 높아지고 캐리어 수집의 가능성이 더 나아진다.
대부분의 경우 접촉 PN 접합부(109)가 높은 재결합을 가지므로 이는 20%를 넘는 높은 소자 효율에 도달하지 못하게 한다. 그러나 발명자들은 공간 전하 재결합이 P형 도펀트 농도 레벨에 의존할 수 있음을 발견했다. 폴리실리콘 층 내의 도펀트 농도 레벨을 ~5E17/㎤로 낮춤으로써 결정립계에서의 붕소 원자가 충분히 적어지게 되고 재결합은 고효율 소자가 제조될 수 있는 레벨로 억제된다.
일 실시예와 일관되게, P형 확산 폴리실리콘 영역(102)은 제1 도펀트 농도 레벨을 갖는 P형 도펀트 소스(120)에 의해 형성될 수 있고, N형 확산 폴리실리콘 영역(104)은 제2 도펀트 농도 레벨을 갖는 N형 도펀트 소스(122)에 의해 형성될 수 있어서 제1 도펀트 농도 레벨은 제2 도펀트 농도 레벨에 비해 낮다. 예를 들어, P형 확산 폴리실리콘 영역(102)은 1E17/㎤ - 1E18/㎤ 범위보다 낮은 도펀트 농도 레벨을 갖는 붕소를 포함하는 P형 도펀트 소스에 의해 폴리실리콘 층 내에 형성될 수 있어서 P형 확산 폴리실리콘 영역(102)의 결과적인 도펀트 농도 레벨은 ~5E19/㎤ 내지 ~5E17/㎤ 범위보다 낮다. 마찬가지로, 인을 포함하는 N형 도펀트 소스는 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 도펀트 소스는 실리콘 기반 기판에 대한 붕소와 같은 기판에 대한 전하 캐리어 불순물 원자의 소스이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전하 캐리어 불순물 원자는 인 도펀트와 같은 N형 도펀트이나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 전하 캐리어 불순물 원자는 붕소 도펀트와 같은 P형 도펀트이나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)은 활성 영역이다. 전도성 접점은 활성 영역에 결합되고 유전체 재료로 구성될 수 있는 격리 영역에 의해 서로에게서 분리될 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지는 배면 접점 태양 전지이고, 태양 전지의 무작위의 텍스처화된 표면 상과 같은 수광 표면 상에 배치되는 반사-방지 코팅 층(예컨대, 유전체(112))을 더 포함한다.
P형 도펀트 소스(120)의 제1 도펀트 농도 레벨은 N형 도펀트 소스(122)의 제2 도펀트 농도 레벨보다 낮게 됨으로써 결과적인 소자 효율이 20%를 초과하는 수준으로 접촉 PN 접합부(109)에서의 재결합을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 폴리실리콘 층 내에 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)을 형성하기 위해, 대략 1E17/㎤ - 1E18/㎤ 미만의 도펀트 농도 레벨을 갖는 붕소의 P형 도펀트 소스에 비해, 대략 1E19/㎤ - 1E20/㎤ 초과의 도펀트 농도 레벨을 갖는 인을 포함하는 N형 도펀트 소스가 이용될 수 있다.
P형 도펀트 농도 레벨을 보다 낮은 농도 레벨로 감소시킴으로써 재결합은 낮아지고 따라서 고효율 태양 전지가 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재결합을 감소시키기 위해 트렌치를 이용하여 N형 및 P형 확산부를 물리적으로 분리시킬 필요가 없다. 물리적 트렌치를 요구하지 않으면서 접촉 PN 접합부(109)에서의 재결합을 감소시킴으로써, 태양 전지(100)의 제조 공정에서 적어도 2개 단계가 제거될 수 있고, 따라서 비용을 감소시킬 수 있다.
수소(H)를 이용한 결정립계의 패시베이션에 의해 추가적 수명 증가가 달성될 수 있다. 즉, 수소(H)를 이용하여 결정립계에서의 현재 텅 빈 사이트들을 패시베이션함으로써 재결합의 추가적 향상이 달성될 수 있다. 이는 (예컨대, 질소 침착 이전에) 인근의 질화규소 층으로부터 H를 몰아내는 포밍 가스 어닐(forming gas anneal; FGA) 도중에 수행되거나, 또는 H의 플라즈마-강화 화학 증착(PECVD)에 의해 수행될 수 있다.
붕소 도핑 농도 레벨을 낮추는 것은 H 패시베이션의 효과를 도울 수 있다. 예를 들어, 보다 낮은 붕소 레벨을 이용하면, 수소화(예컨대, 표면에서의 임의의 Si 댕글링 본드(dangling Si bond)에 대한 H 패시베이션)로 인해 보다 높은 전지 수명이 유래될 수 있다. 반면, 보다 높은 붕소 농도를 이용할 경우, 붕소 원자는 많은 댕글링 본드를 차지할 수 있다. 그러나, 낮은 농도에서 H는 이제 이러한 본드들에 도달하고 이들을 패시베이션할 수 있게 된다.
예를 들어, 일 실시예에서, H 패시베이션은 N2 및 H2 혼합물을 이용한 포밍 가스 어닐(FGA)에 의해 수행될 수 있다. 전형적으로, 포밍 가스 내의 H가 H의 소스이지만, H의 대안적 소스로서 폴리실리콘 층의 상부 상에 침착될 수 있는 질화규소 PECVD 층 또는 막이 있다. 질화규소 PECVD 층 또는 막 그자체는 많은 H를 가질 수 있고, 접촉 PN 접합부(109)의 경계 영역으로 확산하기 위해 이용될 수 있으며, 어닐 도중 패시베이션을 개선하여 패시베이션 영역(124)을 생성할 수 있다. 계면 또는 접촉 PN 접합부(109)에서의 붕소 레벨이 낮아짐에 따라, H는 이제 Si 댕글링 본드들에 도달해 이들을 패시베이션할 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 질화규소 층(112)의 형태를 갖는 유전체는 P형 확산 폴리실리콘 영역(102)과 N형 확산 폴리실리콘 영역(104) 위로 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 질화규소 층(112)은 PECVD에 의해 약 400 옹스트롬의 두께로 형성된다.
이제 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 태양 전지의 형성 방법을 예시한 흐름도가 도시되어 있다. 단계 202에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 층이 반도체 영역 위에 침착, 인쇄 또는 주입될 수 있다. 또는, 일부 실시예들에서, 폴리실리콘이 폴리실리콘 변환 비정질 규소로부터 형성될 수 있다. 본 명세서에서 도 1에 설명된 바와 같이, 프리-도핑된 폴리실리콘 층이 도시된다.
단계 204에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같이 P형 확산 폴리실리콘 영역(102)이 P형 도핑된 영역으로부터 형성될 수 있다. P형 확산 폴리실리콘 영역(102)은 P형 도핑된 영역 내에 존재하는 도펀트 농도 레벨 A를 갖는 P형 도펀트 소스에 의해 형성될 수 있다. 단계 206에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같이 N형 도핑된 영역으로부터, N형 도핑된 영역 내에 존재하는 도펀트 농도 레벨 B를 갖는 N형 도펀트 소스에 의해 N형 확산 폴리실리콘 영역(104)이 형성될 수 있다. P형 도펀트 소스의 도펀트 농도 레벨 A는 N형 도펀트 소스의 도펀트 농도 레벨 B보다 낮다. 예를 들어, 붕소의 도펀트 농도 레벨은 1E17/㎤ - 1E18/㎤이어서, P형 확산 폴리실리콘 영역(102) 내의 결과적 도핑 농도 레벨은 ~5E19/㎤ - 5E17/㎤이고, N형 도펀트 소스 내의 인의 도펀트 농도 레벨 B는 1E19/㎤ - 1E20/㎤ 일 수 있다. 일 실시예에서, P형 대 N형의 농도 비율을 1:100으로 하기 위해 붕소와 인 도핑의 차이를 ~2 자리수(order of magnitude)로 유지할 수 있다. 단계 208에 도시된 바와 같이, 접촉 PN 접합부(109)에서 Si 댕글링 본드의 적어도 일부를 패시베이션하기 위해 수소(H)가 이용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른, 배면 접점 태양 전지를 위한 P형 및 N형 확산 영역을 형성하는 방법에서의 동작을 표현하는 흐름도(300)가 도시된다. 도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배면 접점 태양 전지의 제조에서 흐름도(300)의 동작에 대응하는 다양한 단계의 단면도를 예시한다. 본 예에서, 언급된 공정 단계는 도시된 순서를 따라 수행된다. 다른 예에서, 공정 단계는 다른 순서를 따라 수행될 수 있다. 이해를 위해 필요하지 않은 다른 공정 단계는 간결성을 위해 생략됨을 유의한다. 예를 들어, P형 및 N형 확산 영역과의 금속 접점의 형성과 같은 다른 공정 단계가 태양 전지의 제조를 완성하기 위해 패시베이션 단계에 뒤따른다. 또한, 일부 실시예들에서, 공정은 예시된 모든 단계보다 적은 단계를 포함할 수 있다.
흐름도(300)의 동작(302) 및 대응하는 도 4를 참조하면, 배면 접점 태양 전지를 위한 접촉 PN 접합부(411)를 형성하는 방법(도 8 참조)은 기판(400)의 배면 상의 얇은 유전체 층(402)을 형성하는 단계를 포함한다. 예시된 바와 같이, 도 4는 배면(405) 및 전면(406)을 갖는 태양 전지 기판(400)을 도시한다. 태양 전지 내에는 복수의 P형 확산 영역과 N형 확산 영역이 존재하지만, 예시의 간결성을 위해 다음의 예에서는 각각 중에서 다만 하나만이 제조되는 것으로 도시된다.
일 실시예에서, 얇은 유전체 층(402)은 이산화규소로 구성되고, 대략 5 내지 50 옹스트롬 범위(예컨대, 20 옹스트롬)의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 유전체 층(402)은 기판(400)의 표면 상에 열적으로 성장되는 이산화규소를 포함한다. 유전체 층(402)은 예를 들어 질화규소를 또한 포함할 수 있다. 얇은 유전체 층(402)은 터널링 산화물 층으로서 기능한다. 특정 실시예에서, 유전체 층(402)은 반사-방지 코팅(ARC) 층이다. 일 실시예에서, 기판(400)은 N형 도핑된 단결정 규소 기판과 같은 벌크 단결정 기판 또는 N형 규소 웨이퍼이다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 기판(400)은 전역 태양 전지 기판 상에 배치되는 다결정 규소 층을 포함할 수 있다.
흐름도(300)의 동작(304) 및 대응하는 도 4를 참조하면, 얇은 유전체 층(402) 상에 도핑되지 않은 다결정 규소(폴리실리콘) 층(404)을 형성하는 단계가 도시된다. 용어 '폴리실리콘 층'의 사용은 비정질- 또는 α-규소로서도 설명될 수 있는 커버 재료를 또한 의도한 것을 이해해야 할 것이다. 폴리실리콘 층(404)은 예를 들어 저압 화학 증착(LPCVD)에 의해 대략 2000 옹스트롬의 두께로 형성될 수 있다.
흐름도(300)의 동작(306) 및 대응하는 도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5의 제1 도핑된 이산화규소 층(407)을 형성하고 폴리실리콘 층(404) 상에 P형(예컨대, 붕소)과 같은 제1 전도형의 제1 도펀트 소스(408)를 패턴화하는 단계(흐름도(300)의 동작(308))가 도시된다. 제1 도핑된 이산화규소 층(407)은 추후에 형성되는 확산 영역, 즉 본 예의 경우 P형 확산 영역(414)(도 8 참조)을 위한 도펀트 소스로서 기능한다. 제1 도핑된 이산화규소 층(407)은 따라서 붕소와 같은 P형 도펀트를 이용해 도핑될 수 있다. 제1 도핑된 이산화규소 층(407)은 P형 확산 영역(414)이 형성될 폴리실리콘 층(404)의 영역 위에 잔여되도록 패턴화된다(도 6). 제1 도핑된 이산화규소 층(407)은 대기압 화학 증착(APCVD)에 의해 대략 1000 옹스트롬의 두께로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 패턴화는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 도펀트 소스(408)의 영역에 인접한 폴리실리콘 층(404)의 영역을 노출시킨다. 일 실시예에서, 제1 도펀트 소스(408)의 형성 및 패턴화 단계는 붕규산염 유리(BSG) 층의 형성 및 패턴화 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, BSG 층은 화학 증착에 의해 균일한 블랭킷 층으로서 형성되고 이어서 리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패턴화된다. 이와 같은 특정한 실시예에서, BSG 층은 대기압 화학 증착(APCVD), 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD), 저압 화학 증착(LPCVD), 또는 고밀도 플라즈마 화학 증착(HDPCVD) 또는 초고 진공 화학 증착(UHVCVD)과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는 화학 증착 기술에 의해 형성된다. 대안적인 특정 실시예에서, BSG 층은 이미 패턴을 가지고 침착됨으로써 형성 및 패턴화 단계가 동시에 수행된다. 이와 같은 일 실시예에서, 패턴화된 BSG 층은 스크린-인쇄 접근법에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 제1 도펀트 소스(408)는 P형 도펀트 불순물 원자를 포함하는 막의 층이고 기판 위에 침착될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 이온 주입 접근법이 이용될 수 있다.
일 실시예에서, BSG 산화물 층(P형 도펀트 소스) 내의 도펀트 양을 낮춤으로써 폴리실리콘 층 내의 보다 낮은 P형 도핑이 유래된다. BSG 산화물 층 내의 붕산(B)의 농도는 전형적 레벨인 ~4% 내지 ~1-2%로부터 감소된다. 이는 폴리실리콘 층 내의 P형 도펀트 농도 레벨의 양을 ~5E19/㎤ 내지 ~5E17/㎤으로 낮추는 결과를 가져온다.
흐름도(300)의 동작(310) 및 대응하는 도 7을 참조하면, 도 7의 제2 도핑된 이산화규소 층(410)을 형성하여 폴리실리콘 층(404) 상과 P형 제1 도펀트 소스(408) 위에 N형(예컨대, 인)과 같은 제2 전도형의 제2 도펀트 소스(412)를 제공하는 단계가 도시된다. 제2 도핑된 이산화규소 층(410)은 추후에 형성되는 확산 영역, 즉 본 예의 경우 N형 확산 영역(416)(도 8 참조)을 위한 도펀트 소스로서 기능한다. 제2 도핑된 이산화규소 층(410)은 따라서 인과 같은 N형 도펀트를 이용해 도핑될 수 있다. 제2 도핑된 이산화규소 층(410)은 APCVD에 의해 대략 2000 옹스트롬의 두께로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 도펀트 소스(412)의 형성 단계는 인규산염 유리(PSG) 층의 형성 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, PSG 층은 화학 증착에 의해 균일한 블랭킷 층으로서 형성되고 이어서 리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패턴화된다. 이와 같은 특정한 실시예에서, PSG 층은 대기압 화학 증착(APCVD), 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD), 저압 화학 증착(LPCVD), 또는 고밀도 플라즈마 화학 증착(HDPCVD) 또는 초고 진공 화학 증착(UHVCVD)과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는 화학 증착 기술에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 제2 도펀트 소스(412)는 N형 도펀트 불순물 원자를 포함하는 막의 층이고 기판 위에 침착될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 이온 주입 접근법이 이용될 수 있다.
일 실시예에서, PSG 층을 이용하여 폴리실리콘 층(404)의 N형 확산 영역(416) 내의 N형 도핑 농도 레벨의 범위는 N형 도펀트 소스의 도펀트 농도 레벨, 예컨대, 1E19/㎤-1E20/㎤의 약 10%가 될 수 있다.
흐름도(300)의 동작(312) 및 대응하는 도 8을 참조하면, 기판(400)을 가열하는 단계가 도시된다. 일 실시예에서, 가열 단계는 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412)로부터 도펀트를 몰아낸다. 예를 들어, 일 실시예에서, 기판(400)을 가열하는 단계는 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412) 각각들로부터 폴리실리콘 층(404) 내로 도펀트를 몰아넣는다. 그러나, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412)는 기판(400) 상에 직접적으로 형성되거나 기판(400) 상의 얇은 산화물 상에 형성될 수 있고, 기판(400)을 가열하는 단계는 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412) 각각으로부터 기판(400) 내로 도펀트를 몰아넣는다. 이와 같은 특정한 일 실시예에서, 기판(400)은 벌크 결정 규소 기판이고, 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412)는 벌크 결정 규소 기판 상에 형성된다. 벌크 결정 규소 기판은 이어서 가열됨으로써 제1 및 제2 도펀트 소스(408, 412)로부터 벌크 결정 규소 기판 내로 도펀트를 몰아넣는다.
동작(312)에서, 열적 몰아넣기 단계(thermal drive-in step)는 제1 및 제2 도핑된 이산화규소 층(407, 410)으로부터 하부의 폴리실리콘 층(404)으로 도펀트를 확산시킴으로써 폴리실리콘 층(404) 내에 P형 확산 폴리실리콘 영역(414) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(416)으로 대응되게 레이블되는 P형 및 N형 확산 영역을 형성한다. 열적 몰아넣기 단계는 도 7의 샘플을 가열함으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 몰아넣기 조건은 예컨대 1E20/㎤ 초과의 고농도 도핑된, 막의 두께에 걸쳐 균일한 폴리실리콘 층을 생성하고 폴리실리콘 하부에는 예컨대 1E18/㎤ 이하의 극히 적은 도핑을 갖는다. 열적 몰아넣기 단계는 P형 확산 폴리실리콘 영역(414)을 형성하는 제1 도핑된 이산화규소 층(407) 하부에 폴리실리콘 층(404)을, 그리고 N형 확산 폴리실리콘 영역(416)을 형성하는 제2 도핑된 이산화규소 층(410) 하부에 폴리실리콘 층(404)을 생성한다. P형 확산 폴리실리콘 영역(414)의 도펀트 농도 레벨은 N형 확산 폴리실리콘 영역(416)의 도펀트 농도 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, P형 도펀트 농도 레벨은 1E17-1E18/㎤일 수 있고, N형 도펀트 농도 레벨은 1E19-1E20/㎤일 수 있다.
흐름도(300)의 동작(314) 및 대응하는 도 9를 참조하면, 제2 도핑된 이산화규소 층(410) 상에 질화규소 층(420)을 형성하는 단계가 도시된다(예컨대, 도 7에서와 같음). 화살표시(425)로 도시된 바와 같이, 동작(314)에서 생성된 수소(H)는 도 8의 접촉 PN 접합부(411)를 패시베이션하는데 이용될 수 있다.
접점 개구는 N형 확산 폴리실리콘 영역(416)에 대한, 그리고 P형 확산 폴리실리콘 영역(414)에 대한 노출을 제공하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 접점 개구는 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의해 형성된다. 배면 접점 태양 전지를 위한 접점을 형성하는 단계는 N형 확산 폴리실리콘 영역(416) 및 P형 확산 폴리실리콘 영역(414)에 결합하기 위한, 접점 개구 내의 전도성 접점을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 전도성 접점은 기판(400)의 수광 표면의 반대편에 위치한 기판(400)과 같은 벌크 N형 규소 기판의 표면 상에 또는 그 위에 형성된다.
도 10을 참조하면, 배면 접점 태양 전지에 대한 카운터 도핑에 의해 P형 및 N형 확산 영역을 형성하는 예시적인 방법의 동작을 표현하는 흐름도(1000)가 도시된다. 도 11 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배면 접점 태양 전지의 제조에서의 흐름도(1000)의 동작에 대응하는 다양한 단계의 단면도를 예시한다. 이러한 예에서, 언급된 공정 단계는 도시된 순서에 따라 수행되나, 다른 실시예에서, 상이한 순서가 이용될 수 있다. 이해를 위해 필요하지 않은 다른 공정 단계는 간결성을 위해 생략됨을 유의한다. 예를 들어, P형 및 N형 확산 영역과의 금속 접점의 형성과 같은 다른 공정 단계가 태양 전지의 제조를 완성하기 위해 패시베이션 단계에 뒤따른다. 게다가, 일부 실시예들에서, 도 10에 도시된 모든 단계보다 적은 단계가 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 도 3의 방법의 설명은 도 10의 방법의 설명에 동일하게 적용된다. 따라서, 설명의 간결성을 위해, 그러한 설명의 일부 설명은 반복되지 않는다.
P형 도펀트 레벨이 현저하게 감소되면, N형 및 P형 확산 영역을 생성하기 위해 카운터 도핑 기술이 이용될 수 있다. 인을 이용한 N형 확산이 필요한 영역을 위한 카운터 도핑 공정에 붕소를 이용한 매우 낮은 P형 확산이 이용될 수 있다. 이를 위해, 원 위치에(in situ) 도핑된 P형 막이 형성되고 이어서 높은 레벨의 인을 이용하여 패턴화된 침착이 수행될 수 있다. 이는 애초의 P형 재료를 N형으로 카운터 도핑할 것이다. N형 도핑되지 않은 영역은 P형으로 남을 것이다. 이용될 수 있는 하나의 가능한 패턴화된 침착 기술은 주입법일 수 있으나, 다른 것들 역시 적용할 수 있다.
도 11은 배면(1105) 및 전면(1106)을 갖는 태양 전지 기판(1100)을 도시한다. 태양 전지 내에는 복수의 P형 확산 영역과 N형 확산 영역이 존재하지만, 예시의 간결성을 위해 다음의 예에서는 각각 중 다만 하나씩 제조되는 것으로 도시된다.
흐름도(1000)의 동작(1002) 및 대응하는 도 11을 참조하면, 기판(1100)의 배면 표면 상에 얇은 유전체 층(1102)을 형성하는 단계가 도시된다. 일 실시예에서, 기판(1100)은 N형 도핑된 단결정 규소 기판과 같은 벌크 단결정 기판 또는 N형 규소 웨이퍼이다. 도 11의 예시적인 얇은 유전체 층(1102)은 도 4의 얇은 유전체 층(402)과 동일한 특징부를 포함한다. 도 11의 예시적인 기판(1100)은 도 4의 기판(400)과 동일한 특징부를 포함한다.
흐름도(1000)의 동작(1004) 및 대응하는 도 11을 참조하면, 얇은 유전체 층(1102) 상에 도핑되지 않은 다결정 규소(폴리실리콘) 층(1104)을 형성하는 단계가 도시된다. 도 11의 예시적인 폴리실리콘 층(1104)은 도 4의 폴리실리콘 층(404)과 동일한 특징부를 포함한다.
흐름도(1000)의 동작(1006) 및 대응하는 도 12를 참조하면, 폴리실리콘 층(1104) 상의 P형(예컨대, 붕소)과 같은 제1 전도형의 제1 도펀트 소스(1108)를 제공하기 위해 제1 도핑된 이산화규소 층(1107)을 형성하는 단계가 도시된다. 제1 도핑된 이산화규소 층(1107)은 추후에 형성되는 확산 영역, 즉 본 예의 경우 제1 또는 P형 도펀트 소스(1108)로부터 형성되는 P형 확산 폴리실리콘 영역(1114)(도 15 참조)을 위한 도펀트 소스로서 기능한다. 일 실시예에서, 제1 도펀트 소스(1108)의 형성 단계는 붕규산염 유리(BSG) 층의 형성 단계를 포함한다. 도 11의 예시적인 제1 도핑된 이산화규소 층(1107)은 도 5의 제1 도핑된 이산화규소 층(407)과 동일한 특징부를 포함한다.
흐름도(1000)의 동작(1008) 및 대응하는 도 13을 참조하면, 제1 도핑된 이산화규소 층(1107) 상의 N형(예컨대, 인)과 같은 제2 전도형의 제2 도펀트 소스(1112)를 제공하기 위해 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)을 형성하는 단계가 도시된다. 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)은 추후에 형성되는 확산 영역, 즉 본 예의 경우 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)(도 15 참조)을 위한 도펀트 소스로서 기능한다. 일 실시예에서, 제2 도펀트 소스(1112)의 형성 단계는 인규산염 유리(PSG) 층의 형성 단계를 포함한다. 도 13의 예시적인 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)은 도 7의 제2 도핑된 이산화규소 층(410)과 동일한 특징부를 포함한다.
흐름도(1000)의 동작(1010) 및 대응하는 도 14 및 도 15를 참조하면, 제1 도핑된 이산화규소 층(1107) 상의 N형(예컨대, 인)과 같은 제2 전도형의 제2 도펀트 소스(1112)를 패턴화하는 단계가 도시된다. 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)은 추후에 형성되는 확산 영역, 즉 본 예의 경우 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)(도 15 참조)을 위한 도펀트 소스로서 기능한다. 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)은 따라서 인과 같은 N형 도펀트를 이용해 도핑될 수 있다. 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)은 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)이 형성될 제1 도핑된 이산화규소 층(1107)의 영역 위에 잔여되도록 패턴화된다(도 15).
흐름도(1000)의 동작(1012) 및 대응하는 도 15를 참조하면, 기판(1100)을 가열하는 단계가 도시된다. 일 실시예에서, 기판(1100)을 가열하는 단계는 제1 및 제2 도펀트 소스(1108, 1112) 각각들로부터 폴리실리콘 층(1104) 내로 도펀트를 몰아넣는다. 동작(1012)에서, 열적 몰아넣기 단계는 제1 및 제2 도핑된 이산화규소 층(1107, 1110)으로부터 하부의 폴리실리콘 층(1104)으로 도펀트를 확산시킴으로써 폴리실리콘 층(1104) 내에 P형 확산 폴리실리콘 영역(1114) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)으로 대응되게 레이블되는 P형 및 N형 확산 영역을 형성한다. P형 확산 폴리실리콘 영역(1114)의 도펀트 농도 레벨은 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)의 도펀트 농도 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, P형 도펀트 농도 레벨은 1E17-1E18/㎤일 수 있고, N형 도펀트 농도 레벨은 1E19-1E20/㎤일 수 있다.
흐름도(1000)의 동작(1014) 및 대응하는 도 16을 참조하면, 도 15의 제2 도핑된 이산화규소 층(1110)과 노출된 제1 도핑된 이산화규소 층(1107) 상에 질화규소 층(1120)을 형성하는 단계가 도시된다. 화살표시(1125)로 도시된 바와 같이, 동작(1014)에서 생성된 수소(H)는 도 15의 접촉 PN 접합부(1111)를 패시베이션하는데 이용될 수 있다.
접점 개구는 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116)에 대한, 그리고 복수의 P형 확산 폴리실리콘 영역(1114)에 대한 노출을 제공하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 접점 개구는 레이저 어블레이션에 의해 형성된다. 배면 접점 태양 전지를 위한 접점을 형성하는 단계는 N형 확산 폴리실리콘 영역(1116) 및 P형 확산 폴리실리콘 영역(1114)에 결합하기 위한, 접점 개구 내의 전도성 접점을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 전도성 접점은 기판(1100)의 수광 표면의 반대편에 위치한 기판(1100)과 같은 벌크 N형 규소 기판의 표면 상에 또는 그 위에 형성된다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 배면 접점 태양 전지를 위한 P형 및 N형 도펀트 소스를 인쇄하는 방법에서의 동작을 표현하는 흐름도(1700)가 도시된다. 도 18 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배면 접점 태양 전지의 제조에서의 흐름도(1700)의 동작에 대응하는 다양한 단계의 단면도를 예시한다. 도 18은 배면(1805) 및 전면(1806)을 갖는 태양 전지 기판(1800)을 도시한다. 태양 전지 내에는 복수의 P형 확산 영역과 N형 확산 영역이 존재하지만, 예시의 간결성을 위해 다음의 예에서는 각각 중 다만 하나씩 제조되는 것으로 도시된다.
도 18 내지 도 22는 다음의 공정 단계를 포함하는 공정을 개략적으로 예시한다: a) 손상 에칭 단계, b) 폴리실리콘 침착 단계, c) 도펀트 소스의 인쇄 단계, d) 경화 단계, 및 e) 패시베이션 단계. 본 예에서, 단지 언급된 공정 단계가 도시된 순서를 따라 수행된다. 이해를 위해 필요하지 않은 다른 공정 단계는 간결성을 위해 생략됨을 유의한다. 예를 들어, P형 및 N형 확산 영역과의 금속 접점의 형성과 같은 다른 공정 단계가 태양 전지의 제조를 완성하기 위해 패시베이션 단계에 뒤따른다.
흐름도(1700)의 동작(1702) 및 대응하는 도 18을 참조하여, 손상 에칭 단계를 거침으로써 처리를 위한 기판(1800)을 태양 전지 내로 제조하는 단계가 도시된다.
본 예에서, 기판(1800)은 N형 규소 웨이퍼를 포함할 수 있고, 이는 주괴로부터 기판(1800)을 슬라이싱하기 위해 웨이퍼 벤더에 의해 이용되는 소잉 공정으로 인해 전형적으로 손상된 표면을 가지고 수용된다. 웨이퍼 벤더로부터 받은 기판(1800)은 대략 100 내지 200 마이크로미터 두께일 수 있다. 일 실시예에서, 손상 에칭 단계는 수산화칼륨을 포함하는 습식 에칭 공정을 이용하여 기판(1800)의 각 측부로부터 약 10 내지 20 μm 정도 제거하는 단계를 수반한다. 손상 에칭 단계는 또한 금속 오염을 제거하기 위해 기판(1800)의 세척 단계를 포함할 수 있다. 얇은 유전체 층(레이블되지 않음)은 기판(1800)의 전면 및 배면 표면 상에 형성될 수 있다. 얇은 유전체 층은 기판(1800)의 양 표면 상에 20 옹스트롬 이하(예컨대, 16 옹스트롬)의 두께로 열적으로 성장되는 이산화규소를 포함할 수 있다. 기판(1800)의 전면 표면과 그 상에 형성되는 재료들은 또한 태양 전지의 전면에 있는 것으로 지칭되는데, 그 이유는 이들이 정상 동작 중에 태양 방사선을 수용하기 위해 태양을 대면하기 때문이다. 유사하게, 기판(1800)의 배면 표면과 그 상에 형성되는 재료들은 또한 태양 전지의 배면 상에 있는 것으로 지칭되는데, 이는 전면에 반대편에 있다.
흐름도(1700)의 동작(1704) 및 대응하는 도 19를 참조하면, 기판(1800) 위로 얇은 유전체 층(도시되지 않음) 상에 폴리실리콘 층(1804)을 형성하는 단계가 도시된다. 폴리실리콘 층(1804)은 기판(1800)의 배면(1805) 상의 얇은 유전체 층 상에 형성된다. 제조 공정의 이러한 단계에서 도핑되지 않는 폴리실리콘 층(1804)은 LPCVD에 의해 대략 2200 옹스트롬의 두께로 형성될 수 있다.
흐름도(1700)의 동작(1706) 및 대응하는 도 20을 참조하면, 기판(1800) 위로 폴리실리콘 층(1804) 상에 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)를 인쇄하는 단계가 도시된다. 아래에 보다 명확해질 바와 같이, 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)는 태양 전지의 배면 상의 폴리실리콘 층(1804) 내에 확산 영역을 형성하기 위한 도펀트를 제공한다. 여러개의 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)는 임의의 주어진 태양 전지를 위해 형성되나, 예시의 간결성을 위해 각각의 다만 하나씩 도 20에 도시된다. 인쇄가능한 잉크를 포함하는 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)는 상이한 전도형을 갖는다. 도 20의 예에서, 제1 도펀트 소스(1808)는 P형 도펀트 소스이고, 제2 도펀트 소스(1812)는 N형 도펀트 소스이다. 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)는 잉크젯 인쇄 또는 스크린 인쇄와 같은 인쇄에 의해 형성된다. 유리하게는 잉크젯 인쇄는 기판(1800) 위로 잉크젯 인쇄기 노즐의 단일 패스로 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)의 인쇄를 허용한다. 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)는 공정에 따라 개별적 패스들로 또한 인쇄될 수 있다.
흐름도(1700)의 동작(1708) 및 대응하는 도 21을 참조하여, 기판(1800) 위로 폴리실리콘 층(1804) 상에 P형 확산 폴리실리콘 영역(1814) 및 N형 확산 폴리실리콘 영역(1816)을 형성하기 위해 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812)로부터 도펀트를 확산시키는 단계가 도시된다. 상이한 도펀트를 위해, 제1 도펀트 소스(1808)로부터의 도펀트는 폴리실리콘 층(1804)으로 확산시켜 폴리실리콘 층(1804) 내에 P형 확산 폴리실리콘 영역(1814)을 형성하고, 제2 도펀트 소스(1812)로부터의 도펀트는 폴리실리콘 층(1804)으로 확산시켜 폴리실리콘 층(1804) 내에 N형 확산 폴리실리콘 영역(1816)을 형성시키기 위해 경화 단계가 수행된다. 경화 단계는 600℃ 내지 1100℃ 온도 범위(예컨대, 950℃)에서 대략 30분간 수행될 수 있다.
흐름도(1700)의 동작(1710) 및 대응하는 도 22를 참조하면, 인쇄된 제1 및 제2 도펀트 소스(1808, 1812) 상에 질화규소 층(1820)을 형성하는 단계가 도시된다. 화살표시(1825)로 도시된 바와 같이, 동작(1710)에서 생성된 수소(H)는 도 21의 접촉 PN 접합부(1811)를 패시베이션하는데 이용될 수 있다.
접점 개구는 N형 확산 폴리실리콘 영역(1816)에 대한, 그리고 복수의 P형 확산 폴리실리콘 영역(1814)에 대한 노출을 제공하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 접점 개구는 레이저 어블레이션에 의해 형성된다. 배면 접점 태양 전지를 위한 접점을 형성하는 단계는 N형 확산 폴리실리콘 영역(1816) 및 P형 확산 폴리실리콘 영역(1814)에 결합하기 위한, 접점 개구 내의 전도성 접점을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 전도성 접점은 기판(1800)의 수광 표면의 반대편에 위치한 기판(1800)과 같은 벌크 N형 규소 기판의 표면 상에 또는 그 위에 형성된다.
특정 실시예들이 전술되었지만, 특정 특징에 대해 단일 실시예만이 기술된 경우에도, 이들 실시예는 본 개시내용의 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 문제 또는 모든 문제점들을 완화시키든 그렇지 않든 간에, 본 명세서에 (명백히 또는 암시적으로) 개시된 임의의 특징 또는 특징들의 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 특징들이 독립 청구항의 특징들과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징들이 단지 첨부된 청구범위에 열거된 특정 조합이 아닌 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지는 기판을 포함하며, 기판은 정상 작동 동안에 태양 방사선을 수용하기 위해 태양에 대면하는 전면 및 전면의 반대편에 있는 배면을 포함한다. P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 기판의 배면 위에 형성되는 접촉 PN 접합부를 포함하며, P형 확산 영역은 제1 도펀트 농도 레벨을 갖는 제1 도펀트 소스를 포함하는 P형 도핑된 영역으로부터 형성되고, N형 확산 영역은 제1 도펀트 농도 레벨보다 높은 제2 도펀트 농도 레벨을 갖는 제2 도펀트 소스를 포함하는 N형 도핑된 영역으로부터 형성된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 기판의 배면 위에 형성되는 폴리실리콘을 더 포함하며, P형 확산 영역 및 N형 확산 영역은 폴리실리콘 내에 형성된다.
일 실시예에서, 태양 전지는 접촉 PN 접합부의 경계 영역에 있는 패시베이션 영역을 더 포함한다.
일 실시예에서, P형 확산 영역은 대략 5E17/㎤ 미만의 도펀트 농도 레벨을 갖는 붕소를 포함한다.
일 실시예에서, P형 확산 영역은, 결과적 소자 효율이 20% 초과할 정도로 접촉 PN 접합부에서의 재결합을 감소시키는 도펀트 농도 레벨에서 도핑된다.
일 실시예에서,N형 확산 영역은 1E20/㎤의 대략 10% 초과의 도펀트 농도 레벨을 갖는 인을 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지는 기판의 배면 상의 P형 도핑된 영역으로부터 형성되는 P형 확산 영역에 결합되는 제1 금속 접촉 핑거, 및 기판의 배면 상의 N형 도핑된 영역으로부터 형성되는 N형 확산 영역에 결합되는 제2 금속 접촉 핑거를 더 포함한다.
일 실시예에서, P형 도핑된 영역 및 N형 도핑된 영역은 기판 위의 유전체 층 위에 배치된다.
일 실시예에서, 태양 전지의 제조 방법은 제1 도펀트 농도 레벨을 갖는 제1 도펀트 소스를 포함하는 P형 도핑된 영역으로부터, 기판 위에 P형 확산 영역을 형성하는 단계, 및 기판 위에 그리고 P형 확산 영역에 인접하게, 제2 도펀트 농도 레벨을 갖는 제2 도펀트 소스를 포함하는 N형 도핑된 영역으로부터, P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 접촉 PN 접합부를 제공하여 제1 도펀트 농도 레벨이 제2 도펀트 농도 레벨 미만이 되도록 N형 확산 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 접촉 PN 접합부를 형성하는 단계는 정상 작동 동안에 태양 방사선을 수용하기 위해 태양에 대면하는 전면 및 전면의 반대편에 있는 배면을 갖는 기판의 배면 위에 폴리실리콘 층을 형성하는 단계, 폴리실리콘 층 상에 P형 도핑된 영역을 형성하는 단계, 및 폴리실리콘 층 상에 N형 도핑된 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 기판 상에 P형 확산 영역을 형성하기 위해 P형 도핑된 영역으로부터 도펀트를 확산시키는 단계, 기판 상에 N형 확산 영역을 형성하기 위해 N형 도핑된 영역으로부터 도펀트를 확산시키는 단계, 및 기판의 외부에 그리고 유전체 층 위에 P형 및 N형 확산 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 수소를 이용하여 접촉 PN 접합부의 경계 영역을 패시베이션하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, P형 도핑된 영역으로부터 도펀트를 확산시키는 단계는
1E17/㎤ 미만의 도펀트 농도 레벨에서 붕소를 P형 도펀트 소스로서 이용하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, N형 도핑된 영역으로부터 도펀트를 확산시키는 단계는 1E20/㎤ 초과의 도펀트 농도 레벨에서 인을 N형 도펀트 소스로서 이용하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 인쇄가능한 잉크를 이용하여 P형 및 N형 도핑된 영역을 인쇄하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 기판의 배면 상의 P형 확산 영역으로 제1 금속 접촉 핑거를 전기적으로 결합하는 단계, 및 기판의 배면 상의 N형 확산 영역으로 제2 금속 접촉 핑거를 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 P형 확산 영역을 형성하기 위해 원 위치에 도핑된 P형 폴리실리콘을 침착하는 단계, 및 마스킹된 N형 확산부를 구비한 제2 도펀트 소스로부터 도펀트를 카운터 도핑함으로써 N형 확산 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지는 기판을 포함하며, 기판은 정상 작동 동안에 태양 방사선을 수용하기 위해 태양에 대면하는 전면 및 전면의 반대편에 있는 배면을 포함한다. 폴리실리콘 층은 기판의 배면 위에 형성된다. P형 확산 영역 및 N형 확산 영역은 폴리실리콘 층 내에 형성되고, 접촉 PN 접합부는 P형 확산 영역과 N형 확산 영역 사이에 형성되고, P형 확산 영역은 제1 도펀트 농도 레벨을 가지고, N형 확산 영역은 제1 도펀트 농도 레벨보다 큰 제2 도펀트 농도 레벨을 갖는다.
일 실시예에서, P형 확산 영역의 제1 도펀트 농도 레벨은 대략 5E17/㎤ 미만이다.
일 실시예에서, P형 확산 영역을 형성하기 위해 이용되는 P형 도펀트 소스 대 N형 확산 영역을 형성하기 위해 이용되는 N형 도펀트 소스의 농도 비율은 대략 1:100이다.

Claims (20)

  1. 태양 전지(100)로서,
    정상 작동 동안에 태양 방사선을 수용하기 위해 태양에 대면하는 전면(front side)(406) 및 전면의 반대편에 있는 배면(backside)(405)을 포함하는 기판(110); 및
    P형 확산 영역(102)과 N형 확산 영역(104) 사이에 기판의 배면 위에 형성되는 접촉 PN 접합부(butting PN junction)(109)를 포함하며, 상기 P형 확산 영역(102)은 제1 도펀트 농도 레벨을 갖는 제1 도펀트 소스를 포함하는 P형 도핑된 영역으로부터 형성되고, 상기 N형 확산 영역(104)은 제1 도펀트 농도 레벨보다 높은 제2 도펀트 농도 레벨을 갖는 제2 도펀트 소스를 포함하는 N형 도핑된 영역으로부터 형성되며;
    P형 확산 영역은 5E17/㎤ 미만의 도펀트 농도 레벨을 갖는 붕소를 포함하고, P 형 확산 영역을 형성하기 위해 이용되는 P형 도펀트 소스 대 N형 확산 영역을 형성하기 위해 이용되는 N형 도펀트 소스의 농도 비율은 1:100이고, 그리고 P형 확산 영역은 결과적 소자 효율이 20%를 초과하도록 접촉 PN 접합부에서의 재결합을 감소시키는 도펀트 농도 레벨로 도핑되며,
    폴리실리콘 층(404)이 상기 기판의 배면 위에 형성되고, P형 확산 영역(102) 및 N형 확산 영역(104)은 상기 폴리실리콘 층(404) 내에 형성되며,
    제1 금속 접촉 핑거(114)와 제2 금속 접촉 핑거(116)를 더욱 포함하며, 상기 제1 금속 접촉 핑거(114)는 질화규소 층(112) 내에 배치되는 제1 접촉 개구 내에 배치될 수 있고, 상기 P형 확산 영역(102)에 결합될 수 있으며, 상기 제2 금속 접촉 핑거(116)는 질화규소 층(112) 내에 배치되는 제2 접촉 개구 내에 배치될 수 있고, 상기 N형 확산 영역(104)에 결합될 수 있으며; 그리고
    상기 P형 확산 영역(102) 및 상기 N형 확산 영역(104)은 기판 위의 유전체 층(106) 위에 배치되는, 태양 전지, 태양 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    접촉 PN 접합부의 경계 영역에 있는 패시베이션 영역(124)을 더 포함하는, 태양 전지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, N형 확산 영역은 1E20/㎤의 10%를 초과하는 도펀트 농도 레벨을 갖는 인을 포함하는, 태양 전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, P형 확산 영역의 제1 도펀트 농도 레벨은 5E17/㎤ 미만인, 태양 전지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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