KR20080068523A - 다수―정크션 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20080068523A
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수영 최
용-기 채
슈란 솅
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

개략적으로, 본 발명의 실시예는 태양 전지 그리고 그 태양 전지를 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 박막 필름 다수-정크션 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

다수―정크션 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치{MULTI―JUNCTION SOLAR CELLS AND METHODS AND APPARATUSES FOR FORMING THE SAME}
본 발명은 개략적으로 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 박막 필름 다수-정크션 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
결정질(crystalline) 실리콘 태양 전지 및 박막 필름 태양 전지는 두 타입의 태양 전지이다. 통상적으로, 결정질 실리콘 태양 전지는 단결정 기판(즉, 순수 실리콘의 단-결정 기판) 또는 다결정(multi-crystalline) 실리콘 기판(즉, 다결정(poly-crystalline) 또는 폴리실리콘)을 이용한다. 추가적인 필름 층이 실리콘 기판상에 부착되어 광 포획(light cature)을 개선하고, 전기 회로를 형성하며, 소자를 보호한다. 박막-필름 태양 전지는 적절한 기판상에 부착된 얇은 물질 층을 이용하여 하나 이상의 p-n 정크션을 형성한다. 적절한 기판으로는, 유리, 금속, 및 폴리머 기판이 포함될 수 있다.
현재의 박막 필름 태양 전지에서의 문제점은 저효율 및 고비용이 포함된다. 따라서, 개선된 박막 필름 태양 전지 그리고 그 태양 전지를 공장 분위기(factory environment)에서 제조하는 방법 및 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 박막 필름 다수-정크션 태양 전지 그리고 그 형성 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법은 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계 및 상기 제 1 p-i-n 정크션 상에 제 2 p-i-n 정크션을 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계는 p-타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계, 상기 p-타입 비정질 실리콘 층 상에 진성(intrinsic) 타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계, 그리고 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층 상에 n-타입 미세결정(microcrystalline) 실리콘 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 p-i-n 정크션을 형성하는 단계는 p-타입 미세결정 실리콘 층을 형성하는 단계, 상기 p-타입 미세결정 실리콘 층 상에 진성 타입 미세결정 실리콘 층을 형성하는 단계, 및 상기 진성 타입 미세결정 실리콘 층 상에 n-타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치는 제 1 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된 하나 이상의 제 1 시스템, 그리고 상기 제 1 p-i-n 정크션 상에 제 2 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된 하나 이상의 제 2 시스템을 포함한다. 상기 제 1 시스템은 p-타입 비정질 실리콘 층을 부착하도록 구성된 단일 p-챔버, 및 진성 타입 비정질 실리콘 층 및 n-타입 미세결정 실리콘 층을 부착하도록 각각 구성된 다수의 i/n-챔버를 포함할 것이다. 제 2 시스템은 p-타입 미세결정 실리콘 층을 부착하도록 구성된 단일 p-챔버, 및 진성 타입 미세결정 실리콘 층 및 n-타입 비정질 실리콘 층을 부착하도록 각각 구성된 다수의 i/n-챔버를 포함할 것이다.
본 발명의 상술한 특징들을 보다 구체적으로 이해할 수 있도록, 위에서 간략히 설명한 본 발명의 보다 특정된 설명을, 첨부 도면에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 기술한다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 통상적인 실시예를 도시한 것이며, 그에 따라 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 결국 본 발명은 다른 균등한 실시예도 포함할 것이다.
본 발명의 실시예들은 개선된 박막 필름 다수-정크션 태양 전지 그리고 그 형성 방법 및 장치를 포함한다. 도 1은 빛 또는 태양 복사선(101)을 향해 배향된 다수-정크션 태양 전지(100)의 특정 실시예를 개략적으로 도시한다. 태양 전지(100)는 박막 필름이 상부에 형성된 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 기타 적절한 기판과 같은 기판(102)을 포함한다. 태양 전지(100)는 상기 기판(102) 상에 형성된 제 1 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 층(110), 상기 제 1 TCO 층(110) 상에 형성된 제 1 p-i-n 정크션(120), 상기 제 1 p-i-n 정크션(120) 상에 형성된 제 2 p-i-n 정크션(130), 상기 제 2 p-i-n 정크션(130) 상에 형성된 제 2 TCO 층(140), 그리고 상기 제 2 TCO 층(140) 상에 형성된 제 1 금속 배면(back) 층(150)을 더 포함한다. 빛의 반사를 줄여 빛의 흡수를 개선하기 위해서, 기판 및/또는 그 기판상에 형성된 하나 이상의 박막 필름이 습식, 플라즈마, 이온 및/또는 기계적 프로세스에 의해 선택적으로 텍스쳐 가공될(textured) 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시예에서, 제 1 TCO 층(110)이 텍스쳐 가공되고, 그 위에 부착되는 후속 박막 필름이 아래쪽 표면의 지 형(topography)을 대체적으로 따르게 될 것이다.
제 1 TCO 층(110) 및 제 2 TCO 층(140)은 각각 주석 산화물, 아연 산화물, 인듐 주석 산화물, 카드뮴 주석산염(stannate), 그 조합, 또는 기타 적절한 물질을 포함할 수 있을 것이다. TCO 물질이 또한 추가적인 도펀트 및 성분을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 아연 산화물은 알루미늄, 갈륨, 보론, 및 기타 적절한 도펀트와 같은 도펀트를 또한 포함할 수 있을 것이다. 아연 산화물은 바람직하게 5 원자% 이하의 도펀트, 보다 바람직하게 2.5 원자% 이하의 알루미늄을 포함한다. 특정 예에서, 제 1 TCO 층(110)이 미리 제공된 상태의 기판(102)을 유리 제조업자로부터 공급받을 수 있을 것이다.
제 1 p-i-n 정크션(120)은 p-타입 비정질 실리콘 층(122), 상기 p-타입 비정질 실리콘 층(122) 상에 형성된 진성 타입 비정질 실리콘 층(124), 및 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층(124) 상에 형성된 n-타입 미세결정 실리콘 층(126)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, p-타입 비정질 실리콘 층(122)이 약 60 Å 내지 약 300 Å의 두께로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 진성 타입 비정질 실리콘 층(124)이 약 1,500 Å 내지 약 3,500 Å 두께로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, n-타입 미세결정 실리콘 층(126)이 약 100 Å 내지 약 400 Å의 두께로 형성될 수 있다.
제 2 p-i-n 정크션(130)은 p-타입 미세결정 실리콘 층(132), 상기 p-타입 미세결정 실리콘 층(132) 상에 형성된 진성 타입 미세결정 실리콘 층(134), 및 상기 진성 타입 미세결정 실리콘 층(134) 상에 형성된 n-타입 비정질 실리콘 층(136)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, p-타입 미세결정 실리콘 층(132)이 약 100 Å 내지 약 400 Å의 두께로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 진성 타입 미세결정 실리콘 층(134)이 약 10,000 Å 내지 약 30,000 Å 두께로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, n-타입 비정질 실리콘 층(136)이 약 100 Å 내지 약 500 Å의 두께로 형성될 수 있다.
금속 배면 층(150)은, 예를 들어, Al, Ag, Ti, Cr, Au, Cu, Pt, 그 합금, 또는 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 레이저 스크라이빙(laser scribing; 레이저 가공) 프로세스와 같은 다른 프로세스를 실시하여 태양 전지(100)를 형성할 수도 있을 것이다. 태양 전지를 완성하기 위해 다른 필름, 물질, 기판 및/또는 패키징을 금속 배면 층(150) 상에 제공할 수도 있을 것이다. 태양 전지가 상호 연결되어 모듈을 형성할 수 있으며, 이어서 상기 모듈들이 연결되어 어레이(arrays)를 형성할 수 있을 것이다.
태양 복사선(101)이 p-i-n 정크션(120, 130)의 진성 층에 의해 흡수되고 전자-홀 쌍(electron-holes pairs)으로 변환된다. 진성 층에 걸쳐지고 p-타입 층 및 n-타입 층 사이에 생성되는 전기장은 n-타입 층을 향해 전자를 유동시키고 또 p-타입 층을 향해 홀을 유동시켜 전류를 생성한다. 제 1 p-i-n 정크션(120)이 진성 타입 비정질 실리콘 층(124)을 포함하고 제 2 p-i-n 정크션(130)이 진성 타입 미세결정 실리콘 층(134)를 포함하는데, 이는 비정질 실리콘 및 미세결정 실리콘이 서로 다른 파장의 태양 복사선(101)을 흡수하기 때문이다. 그에 따라, 태양 전지(100)가 보다 효율적이 되는데, 이는 태양 복사선 스펙트럼의 보다 많은 부분을 포획할 수 있기 때문이다. 태양 복사선(101)이 먼저 진성 타입 비정질 실리콘 층(124)에 충돌하고 이어서 진성 타입 미세결정 실리콘 층(134)에 충돌하도록 미세결정의 진성 층 및 비정질 실리콘의 진성 층이 적층되는데, 이는 비정질 실리콘이 미세결정 실리콘 보다 큰 밴드갭(bandgap)을 가지기 때문이다. 제 1 p-i-n 정크션(120)에 의해 흡수되지 않은 태양 복사선은 제 2 p-i-n 정크션(130)으로 계속 진행한다. 태양 전지를 위해 제공된 제 1 p-i-n 정크션(120) 및 제 2 p-i-n 정크션(130)의 p-i-n 층들의 본 명세서에 기재된 두께가 효율을 개선하고 제조 비용을 절감시킬 수 있다는 놀라운 사실을 발견하였다. 본 청구범위에서 명백하게 기재하지 않는 한, 이론에 제한됨이 없이, 한편으로 두꺼운 진성 층(124, 134)이 태양 복사선 스펙트럼의 보다 많은 양을 흡수하는데 유리할 것이고, 다른 한편으로 진성 층(124, 134) 및/또는 p-i-n 정크션(120, 130)이 너무 두꺼우면 통과하는 전자의 유동이 방해받을 것으로 믿어진다.
일 측면에서, 태양 전지(100)는 제 1 p-i-n 정크션(120)과 제 2 p-i-n 정크션(130) 사이에 금속 터널 층을 이용할 필요가 없다. 제 1 p-i-n 정크션(120)의 n-타입 미세결정 실리콘 층(126) 및 p-타입 미세결정 실리콘 층(132)은 터널 정크션을 제공하기에 충분한 전도도를 가지며, 그에 따라 제 1 p-i-n 정크션(120)으로부터 제 2 p-i-n 정크션(130)으로 전자가 유동할 수 있게 된다.
일 측면에서, 제 2 p-i-n 정크션(130)의 n-타입 비정질 실리콘 층(136)이 전지 효율을 증대시키는 것으로 믿어지는데, 이는 공기중의 산소와 같은 산소로부터의 공격에 대해 보다 내성을 가지기 때문이다. 산소는 실리콘 필름을 공격할 수 있고 그에 따라 전자/홀 이동에 참여하는 필름의 능력을 낮출 수 있는 불순물을 형성할 수 있다.
도 2는 진성 타입 비정질 실리콘 층(124) 및 n-타입 미세결정 실리콘 층(126) 사이에 형성된 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층(125)을 더 포함하는 도 1의 다수-정크션 태양 전지(100)의 개략도이다. 특정 실시예에서, n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층(125)은 약 10 Å 내지 약 200 Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층(125)은 진성 타입 비정질 실리콘 층(124)과 n-타입 미세결정 실리콘 층(126) 사이에 존재하는 것으로 믿어지는 밴드갭 오프셋(offset)을 연결(bridge)하는 것을 돕는 것으로 믿어진다. 그에 따라, 전지 효율이 증대된 전류 수집(current collection)으로 인해 개선될 것으로 믿어진다.
도 3은 제 1 TCO 층(110)과 p-타입 비정질 실리콘 층(122) 사이에 형성된 p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층(121)을 더 포함하는 도 1의 다수-정크션 태양 전지(100)의 개략도이다. 특정 실시예에서, p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층(121)은 약 60 Å 내지 약 300 Å의 두께로 형성될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층(121)이 TCO 층과의 낮은 접촉 저항을 달성하는데 도움이 되는 것으로 믿어진다. 따라서, 진성 타입 비정질 실리콘 층(122)과 아연 산화물 제 1 TCO 층(110) 사이의 전류 유동이 개선되기 때문에 전지 효율이 개선되는 것으로 믿어진다. 아연 산화물과 같이 수소 플라즈마에 대해 내성을 가지는 물질을 포함하는 TCO 층과 함께 p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층(121)을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 많은 양의 수소가 콘택 층을 형성하는데 이용되기 때문이다. 주석 산화물이 p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층과 함께 이용되는 것은 적합하지 않다는 것이 발견되었는데, 이는 수소 플라즈마에 의해 화학적으로 환원되기 때문이다. 태양 전지(100)가 도 2에 도시된 바와 같이 n-타입 미세결정 실리콘 층(126)과 진성 타입 비정질 실리콘 층(124) 사이에 형성된 선택적인 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 더 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 도 1, 도 2 또는 도 3의 태양 전지(100)와 같은 하나 이상의 태양 전지의 필름이 내부에서 부착될 수 있는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 챔버의 일 실시예를 단면 도시한다. 적절한 플라즈마 화학기상증착 챔버의 하나를 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.가 공급한다. 다른 제조업자들이 공급하는 것을 포함하는 기타 챔버들도 본 발명의 실시에 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일반적으로, 챔버(400)는 프로세스 체적부(volume; 406)를 형성하는 벽(402), 바닥(404), 샤워헤드(410), 및 기판 지지부(430)를 포함한다. 프로세스 체적부는 기판(100)과 같은 기판이 챔버(400)의 내외로 이송될 수 있도록 밸브(408)를 통해 접근될 수 있다. 기판 지지부(430)는 기판을 지지하기 위한 기판 수용 표면(432), 및 기판 지지부(430)를 상승 및 하강시키기 위해 승강 시스템(436)에 결합된 스템(stem; 434)을 포함한다. 부분(433)으로부터의 쉐도우(shadow)가 기판(100)의 둘레에 선택적으로 위치될 수 있다. 승강 핀(438)이 기판 지지부(430)를 통해 이동가능하도록 배치되어 기판을 기판 수용 표면(432)으로부터 원근으로 기판을 이동시킨다. 기판 지지부(430)는 또한 가열 및/또는 냉각 요소(439)를 포함하여, 기판 지지부(430)를 원하는 온도로 유지시킨다. 기판 지지부(430)는 또한 접지 스트랩(431)을 포함하여, 기판 지지부(430) 둘레에서 RF 접지를 제공한다. 접지 스트랩의 예가 Law 등에게 2000년 2월 15일자로 허여된 미국 특허 제 6,024,044 호 및 Park 등이 출원한 미국 특허출원 제 11/613,934 호에 개시되어 있으며, 상기 특허 및 특허출원은 모순되지 않는 한 본 명세서에서 전체가 참조된다.
샤워헤드(410)는 현가부(suspension; 414)에 의해 그 둘레가 백킹 플레이트(backing plate; 412)에 결합된다. 샤워헤드(410)의 늘어짐(sag)을 방지하는데 도움이 되고 및/또는 샤워헤드(410)의 직선도/곡률을 제어하는데 도움이 되도록, 샤워헤드(410)는 또한 하나 이상의 중심 지지부(416)에 의해 백킹 플레이트에 결합된다. 가스 공급원(420)이 백킹 플레이트(412)에 결합되어, 백킹 플레이트(412)를 통해서 그리고 샤워헤드(410)를 통해서 기판 수용 표면(432)으로 가스를 제공한다. 진공 펌프(409)가 챔버(400)에 결합되어 프로세스 체적부(406)를 원하는 압력으로 제어한다. RF 전력 공급원(422)이 백킹 플레이트(412) 및/또는 샤워헤드(410)에 결합되어 샤워헤드(410)로 RF 전력을 제공함으로써, 샤워헤드와 기판 지지부 사이에 전기장을 생성하여 샤워헤드(410)와 기판 지지부(430) 사이에서 가스로부터 플라즈마가 생성되게 한다. 약 0.3 MHz 내지 약 200 MHz의 주파수와 같은 다양한 RF 주파수가 이용될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, RF 전력 공급원은 13.56 MHz의 주파수로 제공된다. 샤워헤드의 예가 White 등에게 허여된 미국 특허 제 6,477,980 호, Choi 등이 출원하고 2006년 11월 17일자로 공개된 미국 특허 공개 제2005/0251990 호, 그리고 2006년 3월 23일자로 공개된 미국 특허 공개 제 2006/0060138 호에 개시되어 있으며, 상기 특허 및 특허출원은 모순되지 않는 한 본 명세서에서 전체가 참조된다.
유도 결합형 원격 플라즈마 공급원과 같은 원격 플라즈마 공급원(424)이 또한 가스 공급원과 백킹 플레이트 사이에 결합될 수 있다. 원격 플라즈마가 생성되어 챔버 부품의 세정을 위해 제공될 수 있도록, 기판들을 프로세싱 하는 사이에, 청정 가스를 원격 플라즈마 공급원(424)으로 제공한다. 세정 가스는 샤워헤드에 제공되는 RF 전력 공급원(422)에 의해 추가로 여기될 수 있다. 적절한 세정 가스는, 예를 들어, NF3, F2, 및 SF6를 포함한다. 원격 플라즈마 공급원의 예가 Shang 등에게 1998년 8월 4일자로 허여된 미국 특허 제 5,788,778 호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 모순되지 않는 한 본 명세서에서 전체가 참조된다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 태양 전지(100)의 실리콘 층들 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 실리콘 층을 부착하는 방법은 도 4의 프로세스 챔버 또는 다른 적절한 챔버내에서 부착 파라미터들을 따르는 단계를 포함할 수 있다. 표면적이 10,000 cm2 이상, 바람직하게는 40,000 cm2 이상, 보다 바람직하게는 55,000 cm2 이상인 기판이 챔버로 제공된다. 기판을 프로세싱 한 후에, 기판을 보다 작은 태양 전지들로 절단할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 부착(deposition; 증착) 중에 기판 지지부의 온도가 약 400 ℃ 이하가 되도록, 바람직하게는 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃가 되도록, 보다 바람직 하게는 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃ 가 되도록, 예를 들어 약 200 ℃가 되도록, 가열 및/또는 냉각 요소(439)가 셋팅될 수 있다.
증착 중에 기판 수용 표면(432) 상에 배치된 기판의 상부 표면과 샤워헤드(410) 사이의 간격이 400 밀(mil) 내지 약 1,200 밀, 바람직하게는 400 밀 내지 약 800 밀이 될 수 있다.
실리콘 필름의 증착을 위해, 실리콘계 가스 및 수소계 가스가 제공된다. 적절한 실리콘계 가스는, 예를 들어, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 실리콘 테트라플루오라이드(SiF4), 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 및 그 조합을 포함한다. 적절한 수소계 가스는, 예를 들어, 수소 가스(H2)를 포함한다. p-타입 실리콘 층들의 p-타입 도펀트들은 각각 보론 또는 알루미늄과 같은 3족 원소를 포함한다. 바람직하게, 보론은 p-타입 도펀트로 이용된다. 보론-함유 공급원의 예는, 트리메틸보론(TMB (또는 B(CH3)3)), 디보란(B2H6), BF3, B(C2H5)3, 및 유사 화합물을 포함한다. 바람직하게, TMB는 p-타입 도펀트로 사용된다. n-타입 실리콘 층들의 n-타입 도펀트들은 각각 인, 비소, 또는 안티몬과 같은 5족 원소들을 포함한다. 바람직하게, 인이 n-타입 도펀트로 이용된다. 인-함유 공급원의 예를 들면 인화수소 및 유사 화합물을 포함한다. 통상적으로, 도펀트들은 수소, 아르곤, 헬륨, 및 기타 적절한 화합물과 같은 운반체 가스와 함께 제공된다. 본 명세서에 기재된 프로세스 방식에서, 수소 가스의 총 유량이 제공된다. 그에 따라, 수소 가스가 예를 들어 도펀트에 대한 운반체 가스로서 제공된다면, 운반체 가스 유량을 수소의 총 유량으로부터 차감하여 얼마나 많은 추가적인 수소 가스가 챔버로 제공되어야 하는지를 결정할 수 있다.
도 3의 콘택 층(121)과 같은 p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층을 증착하는 특정 실시예는 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 200:1 이상인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 60 sccm/L 내지 약 500 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 트리메틸보론은 약 0.0002 sccm/L 내지 약 0.0016 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 트리메틸보론이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 0.04 sccm/L 내지 약 0.32 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 본 명세서에서 유량은 내부 챔버 부피당 sccm으로 표시된다. 내부 챔버 부피는 가스가 점유할 수 있는 챔버 내부의 부피로서 규정된다. 예를 들어, 챔버(400)의 내부 챔버 부피는 백킹 플레이트(412)에 의해서 그리고 챔버의 벽(402) 및 바닥(404)에 의해서 형성된 부피에서 샤워헤드 조립체(즉, 샤워헤드(410), 현가부(404), 중심 지지부(415)를 포함) 및 기판 지지부 조립체(즉, 기판 지지부(430), 접지 스트랩(431))가 차지하는 부피를 공제한 것이다. 약 50 milliWatts/cm2 내지 약 700 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 본 명세서에서, RF 전력은 기판 면적당 전극으로 공급되는 Watts로서 표현된다. 예를 들어, 크기가 220 cm x 260 cm인 기판을 프로세스하기 위해 샤워헤드로 공급되는 10,385 Watts의 RF 전력의 경우에, RF 전력은 10,385 Watts/(220 cm x 260 cm) = 180 milliWatts/cm2가 될 것이다. 챔버 압력은 약 1 Torr 내지 약 100 Torr, 바람직하게 약 3 Torr 내지 약 20 Torr, 보다 바람직하게 4 Torr 내지 약 12 Torr로 유지될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층의 증착 속도는 약 10 Å/분 이상이 될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층은 약 20 퍼센트 내지 80 퍼센트, 바람직하게는 50 퍼센트 내지 약 70 퍼센트의 결정 분율(fraction)을 가진다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(122)과 같은 p-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 특정 실시예가 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 20:1 미만인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 5 sccm/L 내지 약 60 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 트리메틸보론은 약 0.005 sccm/L 내지 약 0.05 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 트리메틸보론이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 메탄이 약 1 sccm/L 내지 15 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 200 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게 약 1 Torr 내지 약 4 Torr로 유지될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 이상이 될 수 있다. C3H8, C4H10, C2H2 와 같은 메탄 또는 기타 탄소 함유 화합물을 이용하여 p-타입 비정질 실리콘 층의 윈도우 특성(window properties)(예를 들어, 태양 복사선의 낮은 흡수에 대한 특성)을 개선할 수 있을 것이다. 그에 따라, 보다 많은 양의 태양 복사선이 진성 층을 통해 흡수될 수 있을 것이며 결국 전지 효율이 개선될 것이다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(124)과 같은 진성 타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 특정 실시예가 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 20:1 미만인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 05 sccm/L 내지 약 7 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 5 sccm/L 내지 약 60 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 5 Torr로 유지될 수 있다. 진성 타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 이상이 될 수 있다.
도 2의 실리콘 층(125)과 같은 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 증착하는 특정 실시예가 수소 가스 대 실리콘 가스를 약 20:1 미만의 비율로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 4 sccm/L 내지 약 50 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀이 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.0075 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 포스핀이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 0.1 sccm/L 내지 약 1.5 sccm/L의 유 량으로 제공될 것이다. 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 4 Torr로 유지될 수 있다. n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층의 증착 속도는 약 200 Å/분 이상이 될 수 있다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(126)과 같은 n-타입 미세결정 실리콘 층을 증착하는 특정 실시예가 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 100:1 이상인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 30 sccm/L 내지 약 250 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀이 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.004 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 포스핀이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 약 100 milliWatts/cm2 내지 약 900 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 1 Torr 내지 100 Torr, 바람직하게 약 3 Torr 내지 약 20 Torr, 보다 바람직하게 약 4 Torr 내지 약 12 Torr로 유지될 수 있다. n-타입 미세결정 실리콘 층의 증착 속도는 약 50 Å/분 이상이 될 수 있다. n-타입 미세결정 실리콘 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게는 50 퍼센트 내지 약 70 퍼센트의 결정 분율을 가진다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(132)과 같은 p-타입 미세결정 실리콘 층 을 증착하는 특정 실시예가 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 200:1 이상인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 60 sccm/L 내지 약 500 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 트리메틸보론은 약 0.0002 sccm/L 내지 약 0.0016 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 트리메틸보론이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 0.04 sccm/L 내지 약 0.32 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 약 50 milliWatts/cm2 내지 약 700 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 1 Torr 내지 100 Torr, 바람직하게 약 3 Torr 내지 약 20 Torr, 보다 바람직하게 약 4 Torr 내지 약 12 Torr로 유지될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 층의 증착 속도는 약 10 Å/분 이상이 될 수 있다. p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게는 50 퍼센트 내지 약 70 퍼센트의 결정 분율을 가진다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(134)과 같은 진성 타입 미세결정 실리콘 층을 증착하는 특정 실시예가 실란 가스 대 수소 가스의 비율이 약 1:20 내지 1:200 인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 0.5 sccm/L 내지 약 5 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 40 sccm/L 내지 약 400 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 증착 중에 실란의 유량이 제 1 유량으로부터 제 2 유량으로 증대될 수 있다. 특정 실시예에서, 증착 중에 수소 유량이 제 1 유량으로부터 제 2 유량으로 감소될 수 있다. 약 300 milliWatts/cm2 이상, 바람직하게 약 600 milliWatts/cm2 이상의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 증착 중에 전력 밀도가 제 1 전력 밀도로부터 제 2 전력 밀도로 감소될 수 있다. 챔버 압력은 약 1 Torr 내지 100 Torr, 바람직하게 약 3 Torr 내지 약 20 Torr, 보다 바람직하게 약 4 Torr 내지 약 12 Torr로 유지될 수 있다. 진성 타입 미세결정 실리콘 층의 증착 속도는 약 200 Å/분 이상, 바람직하게는 500 Å/분이 될 수 있다. 미세결정 진성 층 증착 방법 및 장치가, 2006년 6월 23일자로 출원된 "Methods and Apparatus for Depositing a Microcrystalline Silicon Film for Photovoltaic Device"라는 명칭의 미국특허출원 제 11/426,127 호에 개시되어 있으며, 상기 특허출원은 본 명세서의 개시내용과 모순되지 않는 한 전체가 참조될 것이다. 미세결정 실리콘 진성 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게는 55 퍼센트 내지 약 75 퍼센트의 결정 분율을 가진다. 결정 분율이 약 70% 이하인 미세결정 실리콘 진성 층이 증대된 개방 회로 전압(open circuit voltage)을 제공할 수 있고 또 전지 효율을 높일 수 있다는 것을 발견하였다.
도 1, 도 2, 또는 도 3의 실리콘 층(136)과 같은 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 방법의 특정 실시예가 제 1 실란 유량에서 선택적으로 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 단계, 및 상기 제 1 실란 유량 보다 작은 제 2 실란 유량에서 상기 제 1 의 선택적인 n-타입 비정질 실리콘 층 상에 제 2 의 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 단계를 포함한다. 제 1 의 선택적인 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 단계는 실란 가스 대 수소 가스의 비율이 약 20:1 인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 4 sccm/L 내지 약 40 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀이 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.0075 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 포스핀이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 0.1 sccm/L 내지 약 1.5 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 약 25 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 4 Torr로 유지될 수 있다. 제 1 의 n-타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 200 Å/분 이상이 될 수 있다. 제 2 의 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하는 단계는 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 20:1 인 가스 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 1 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀이 약 0.01 sccm/L 내지 약 0.075 sccm/L 의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 만약 포스핀이 운반체 가스내에서 0.5 % 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/운반체 가스 혼합물이 약 2 sccm/L 내지 약 15 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 약 25 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공된다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 4 Torr로 유지될 수 있다. 제 2 의 n-타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 이상이 될 수 있다. 제 2 의 n-타입 비정질 실리콘 층은 다량으로(heavily) 도핑되며 약 500 오옴-cm 이하의 저항을 갖는다. 다량으로 n-타입 도핑된 비정질 실리콘이 TCO 층(140)과 같은 TCO 층과의 개선된 오옴 접촉을 제공한다고 믿어진다. 따라서, 전시 효율이 개선된다. 선택적인 제 1 의 n-타입 비정질 실리콘을 이용하여 전체 n-타입 비정질 실리콘 층의 증착 소도를 높일 수 있다. n-타입 비정질 실리콘 층이 선택적인 제 1 의 n-타입 비정질 실리콘 층 없이 형성될 수 있고 그리고 다량으로 도핑된 제 2 의 n-타입 비정질 층으로 주로 형성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
도 5는 도 4의 PECVD 챔버(400) 또는 기타 실리콘 필름을 증착할 수 있는 챔버와 같은 다수의 프로세스 챔버(531-537)를 구비한 프로세스 시스템(500)의 일 실시예의 평면도이다. 프로세스 시스템(500)은 로드 록(load lock) 챔버(510) 및 프로세스 챔버(531-537)에 결합된 이송 챔버(520)를 포함한다. 로드 록 챔버(510)는 시스템 외부의 대기 분위기와 프로세스 챔버(531-537) 및 이송 챔버(520) 내부의 진공 분위기 사이에서 기판이 이송될 수 있게 허용한다. 로드 록 챔버(510)는 하나 이상의 기판을 유지하고 배기가 가능한 하나 이상의 영역을 포함한다. 배기 가능한 영역은 시스템(500)내 기판을 유입하는 동안에 감압되며, 시스템(500)으로부터 기판을 배출하는 동안에 벤팅(vent)된다. 이송 챔버(520)는 하나 이상의 진공 로봇(522)을 내부에 구비하며, 상기 진공 로봇은 로봇(522)와 프로세스 챔버(531- 537) 사이에서 기판을 이송하도록 구성된다. 7개의 프로세스 챔버들이 도 5에 도시되어 있으나; 시스템은 어떠한 수의 프로세스 챔버도 가질 수 있을 것이다.
본 발명의 특정 실시예에서, 도 1, 도 2, 또는 도 3의 제 1 p-i-n 정크션(120)과 같은 다수-정크션 태양 전지의 진성 타입 비정질 실리콘 층(들)을 포함하는 제 1 p-i-n 정크션을 증착하도록 하나의 시스템(500)이 구성된다. 프로세스 챔버(531-537) 중 하나는 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 실리콘 층(들)을 증착하도록 구성되는 한편, 나머지 프로세스 챔버(531-537)들은 진성 타입 비정질 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들) 모두를 증착하도록 각각 구성된다. 제 1 p-i-n 정크션의 n-타입 실리콘 층(들) 및 진성 타입 비정질 실리콘 층(들)이 증착 단계들 사이의 어떠한 부동태화(passivation) 프로세스도 없이 동일한 챔버내에서 증착될 수 있다. 따라서, 기판이 로드 록 챔버(510)를 통해 시스템으로 유입되고, 진공 로봇에 의해 p-타입 실리콘 층(들)을 증착하도록 구성된 지정 프로세스 챔버내로 이송되며, 진공 로봇에 의해 n-타입 실리콘 층(들) 및 진성 타입 실리콘 층(들) 모두를 증착하도록 구성된 나머지 프로세스 챔버들 중 하나의 챔버내로 이송되고, 진공 로봇에 의해 다시 로드 록 챔버(510)로 이송된다. 특정 실시예에서, p-타입 실리콘 층(들)을 형성하기 위해 프로세스 챔버를 이용하여 기판을 프로세싱하는 시간은 단일 챔버내에서 n-타입 실리콘 층(들) 및 진성 타입 비정질 실리콘 층(들)을 형성하는 시간 보다 약 4배 이상, 바람직하게는 6배 이상 빠르다. 따라서, 제 1 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 시스템의 특정 실시예에서, p-챔버 대 i/n-챔버의 비율이 1:4 이상, 바람직하게는 1:6 이상이다. 프로세스 챔버들을 플라즈마 세정 하는 시간을 포함하는 시스템의 생산량은 약 10개 기판/시간 이상, 바람직하게는 20개 기판/시간 이상이 될 것이다.
본 발명의 특정 실시예에서, 도 1, 도 2, 또는 도 3의 제 2 p-i-n 정크션(130)과 같은 다수-정크션 태양 전지의 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들)을 포함하는 제 2 p-i-n 정크션을 증착하도록 하나의 시스템(500)이 구성된다. 프로세스 챔버(531-537) 중 하나는 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 실리콘 층(들)을 증착하도록 구성되는 한편, 나머지 프로세스 챔버(531-537)들은 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들) 모두를 증착하도록 각각 구성된다. 제 2 p-i-n 정크션의 n-타입 실리콘 층(들) 및 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들)이 증착 단계들 사이의 어떠한 부동태화 프로세스도 없이 동일한 챔버내에서 증착될 수 있다. 특정 실시예에서, p-타입 실리콘 층(들)을 형성하기 위해 프로세스 챔버를 이용하여 기판을 프로세싱하는 시간은 단일 챔버내에서 n-타입 실리콘 층(들) 및 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들)을 형성하는 시간 보다 약 4배 이상 빠르다. 따라서, 제 2 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 시스템의 특정 실시예에서, p-챔버 대 i/n-챔버의 비율이 1:4 이상, 바람직하게는 1:6 이상이다. 프로세스 챔버들을 플라즈마 세정하는 시간을 포함하는 시스템의 생산량은 약 3개 기판/시간 이상, 바람직하게는 5개 기판/시간 이상이 될 것이다.
특정 실시예에서, 진성 타입 비정질 실리콘 층을 포함하는 제 1 의 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 시스템(500)의 생산량이 진성 타입 미세결정 실리콘 층을 포함하는 제 2 의 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 시스템(500)의 생산량 보다 약 2배 이상 큰데, 이는 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들)의 두께가 진성 타입 비정질 실리콘 층(들)의 두께 보다 두껍기 때문이다. 그에 따라, 진성 타입 비정질 실리콘 층(들)을 포함하는 제 1 의 p-i-n 정크션을 증착하도록 구성된 단일 시스템(500)이 진성 타입 미세결정 실리콘 층(들)을 포함하는 제 2 의 p-i-n 정크션을 증착하도록 구성된 둘 이상의 시스템(500)과 매칭될 수 있을 것이다. 제 1 의 p-i-n 정크션이 하나의 시스템내에서 하나의 기판상에 형성되면, 그 기판은 대기 분위기에 노출될 것이고 제 2 시스템으로 이송될 수 있을 것이다. 제 1 의 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 제 1 시스템과 제 2 의 p-i-n 정크션을 증착하기 위한 시스템 사이에 습식 또는 건식 세정을 반드시 실시할 필요가 없다.
예
본 명세서에 기재된 예는 본질적으로 예시적인 것으로서, 특허청구범위에 명백하게 기재된 것을 제외하고는, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 AKT America, Inc.가 제공하고 내부 챔버 부피가 130 리터인 AKT 4300 PECVD 시스템내에서 표면적이 4,320 cm2 인 기판을 프로세싱하였다. PECVD 시스템의 제 1 챔버내에서 제 1 층이 증착되었다. 제 2 층 내지 제 4 층이 PECVD 시스템의 제 2 챔버내에서 증착되었다. 제 5 층이 PECVD 시스템의 제 3 챔버내에서 증착되었다. 제 6 층 내지 제 11 층이 PECVD 시스템의 제 4 챔버내에서 증착되었다. 제 1 층 내지 제 11 층을 증착하는 동안의 간격은 550 밀로 셋팅되었고, 기판 지지부의 온도는 200 ℃로 셋팅되었다. 텐덤형 p-i-n 정크션 태양 전지를 형성하기 위한 증착 파라미터들을 도 6에 기재하였다. 포스핀이 수소 운반체 가스내에서 0.5 % 혼합물로 제공되었다. 트리메틸보론이 수소 운반체 가스내에서 0.5 % 혼합물로 제공되었다. 도 6의 수소 가스 유량은, 수소 가스 유량이 도펀트 운반체 가스와 별개라는 것을 보여준다. 태양 전지는 도 7에 기재된 바와 같은 특성을 가진다.
이상에서, 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예 또는 추가적인 실시예들도 이하의 특허청구범위에 의해 결정되는 기본 범위내에서 실시될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 4에서 프로세스 챔버가 수평 위치로 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서 프로세스 챔버가 수직 방향과 같은 다른 어떠한 방향으로도 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들이 도 5의 다수-프로세스 챔버 클러스터 툴을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 실시예들이 인-라인 시스템 및 인-라인/클러스터의 복합 시스템에서도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 제 1 의 p-i-n 정크션 및 제 2 의 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된 제 1 시스템을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 제 1 의 p-i-n 정크션 및 제 2 의 p-i-n 정크션이 단일 시스템내에서 실시되는 본 발명의 다른 실시예도 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 진성 타입 층 및 n-타입 층 모두를 증착하도록 구성된 프로세스 챔버를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예에서 진성 타입 층 및 n-타입 층을 증착하기 위해 분리된 챔버들을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 다른 실시예에서, p-타입 층 및 진성 타입 층 모두를 증착하도록 구성된 프로세스 챔버를 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 빛을 향해서 또는 태양 복사선을 향해서 배향된 다수-정크션 태양 전지의 특정 실시예의 개략도이다.
도 2는 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 더 포함하는 도 1의 다수-정크션 태양 전지의 개략도이다.
도 3은 p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층을 더 포함하는 도 1의 다수-정크션 태양 전지의 개략도이다.
도 4는 하나 이상의 태양 전지의 필름이 내부에서 부착될 수 있는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 다수의 프로세스 챔버를 구비한 프로세스 시스템의 일 실시예의 평면도이다.
도 6은 탠덤형(tandem) p-i-n 정크션 태양 전지를 형성하기 위한 부착 파라미터를 기재한 도표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 태양 전지의 특성을 기재한 도표이다.

Claims (30)

  1. 박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법으로서:
    제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 p-i-n 정크션 상에 제 2 p-i-n 정크션을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계는: p-타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계; 상기 p-타입 비정질 실리콘 층 상에 진성 타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계; 그리고 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층 상에 n-타입 미세결정 실리콘 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 p-i-n 정크션을 형성하는 단계는: p-타입 미세결정 실리콘 층을 형성하는 단계; 상기 p-타입 미세결정 실리콘 층 상에 진성 타입 미세결정 실리콘 층을 형성하는 단계; 및 상기 진성 타입 미세결정 실리콘 층 상에 n-타입 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계를 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계가 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층과 상기 n-타입 미세결정 실리콘 층 사이에 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션이 아연 산화물 투명 전도성 산화물 층 상에 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션이 상기 아연 산화물 투명 전도성 산화물 층과 상기 p-타입 비정질 실리콘 층 사이에 형성된 p-타입 미세결정 콘택 층을 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 비정질 실리콘 층이 약 60 Å 내지 약 300 Å의 두께로 형성되고;
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 진성 타입 비정질 실리콘 층이 약 1,500 Å 내지 약 3,500 Å의 두께로 형성되며;
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 n-타입 미세결정 실리콘 층이 약 100 Å 내지 약 400 Å의 두께로 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 p-i-n 정크션의 p-타입 미세결정 실리콘 층이 약 100 Å 내지 약 400 Å의 두께로 형성되고;
    상기 제 2 p-i-n 정크션의 진성 타입 미세결정 실리콘 층이 약 10,000 Å 내지 약 30,000 Å의 두께로 형성되며;
    상기 n-타입 비정질 실리콘 층이 약 100 Å 내지 약 500 Å의 두께로 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층이 약 10 Å 내지 약 200 Å의 두께로 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 p-타입 미세결정 콘택 층이 약 60 Å 내지 약 300 Å의 두께로 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션이 제 1 프로세스 챔버 및 제 2 프로세스 챔버를 포함하는 제 1 프로세스 시스템내에서 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 비정질 실리콘 층이 상기 제 1 프로세스 시스템의 제 1 프로세스 챔버내에서 형성되고,
    상기 n-타입 미세결정 실리콘 층 및 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층이 상기 제 1 프로세스 시스템의 제 2 프로세스 챔버내에서 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계가 상기 제 1 프로세스 시스템의 상기 제 2 프로세스 챔버내에서 상기 n-타입 미세결정 실리콘 층과 상기 진성 타입 비정질 실리콘 층 사이에 n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션을 형성하는 단계가 상기 제 1 프로세스 시스템의 제 1 프로세스 챔버내에서 p-타입 비정질 실리콘 층을 형성하기에 앞서서 p-타입 미세결정 콘택 층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 p-i-n 정크션이 제 1 프로세스 챔버 및 제 2 프로세스 챔버를 포함하는 제 2 프로세스 시스템내에서 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 미세결정 실리콘 층이 상기 제 2 프로세스 시스템의 제 1 프로세스 챔버내에서 형성되고,
    상기 제 2 p-i-n 정크션의 n-타입 비정질 실리콘 층 및 진성 타입 미세결정 실리콘 층이 상기 제 2 프로세스 시스템의 제 2 프로세스 챔버내에서 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 p-i-n 정크션의 n-타입 미세결정 실리콘 층 및 상기 제 2 p-i-n 정크션의 p-타입 미세결정 실리콘 층이 상기 제 1 p-i-n 정크션과 제 2 p-i-n 정크션 사이의 터널 층으로서 작용할 수 있는 크기의 전도도를 가지는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 p-i-n 정크션의 n-타입 비정질 실리콘 층이 다량으로 도핑된 n-타입 비정질 실리콘 층을 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다량으로 도핑된 n-타입 비정질 실리콘 층이 약 500 오옴-cm 이하의 저항을 가지는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 제 1 p-i-n 정크션 형성과 제 2 p-i-n 정크션 형성 사이에 대기 분위기에 노출되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-타입 비정질 실리콘 층이 p-타입 비정질 실리콘-탄소 층인
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  20. 박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치로서:
    제 1 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된 하나 이상의 제 1 시스템; 그리고 상기 제 1 p-i-n 정크션 상에 제 2 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된 하나 이상의 제 2 시스템을 포함하며,
    상기 제 1 시스템은 p-타입 비정질 실리콘 층을 증착하도록 구성된 단일 p-챔버; 및 진성 타입 비정질 실리콘 층 및 n-타입 미세결정 실리콘 층을 증착하도록 각각 구성된 다수의 i/n-챔버를 포함하며,
    상기 제 2 시스템은 p-타입 미세결정 실리콘 층을 증착하도록 구성된 단일 p-챔버; 및 진성 타입 미세결정 실리콘 층 및 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하도록 각각 구성된 다수의 i/n-챔버를 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템의 i/n-챔버가 n-타입 비정질 실리콘 층을 증착하도록 추가적으로 구성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템의 p-챔버가 p-타입 미세결정 콘택 층을 증착하도록 추가적으로 구성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템에서 p-챔버 대 i/n-챔버의 비율이 1:4 이상인
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 시스템에서 p-챔버 대 i/n-챔버의 비율이 1:4 이상인
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템과 제 2 시스템의 비율이 1:2 이상인
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템의 단일 p-챔버에 의해 증착된 p-타입 비정질 실리콘 층이 p-타입 비정질 실리콘-탄소 층인
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 형성하는 장치.
  27. 박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법으로서:
    p-타입 비정질 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 5 sccm/L 내지 약 60 sccm/L 의 유량으로, p-타입 도펀트를 약 0.005 sccm/L 내지 약 0.05 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 200 milliWatts/cm2 으로 제공하는 단계;
    진성 타입 비정질 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.5 sccm/L 내지 약 7 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 5 sccm/L 내지 약 60 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 으로 제공하는 단계;
    n-타입 미세결정 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 30 sccm/L 내지 약 250 sccm/L 의 유량으로, n-타입 도펀트를 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.004 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 100 milliWatts/cm2 내지 약 900 milliWatts/cm2 으로 제공하 는 단계;
    p-타입 미세결정 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 60 sccm/L 내지 약 500 sccm/L 의 유량으로, p-타입 도펀트를 약 0.0002 sccm/L 내지 약 0.0016 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 50 milliWatts/cm2 내지 약 700 milliWatts/cm2 으로 제공하는 단계;
    진성 타입 미세결정 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.5 sccm/L 내지 약 5 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 40 sccm/L 내지 약 400 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 300 milliWatts/cm2 이상으로 제공하는 단계; 그리고
    n-타입 비정질 실리콘 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.1 sccm/L 내지 약 1 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로, n-타입 도펀트를 약 0.01 sccm/L 내지 약 0.075 sccm/L 의 유량으로 제공하는 단계를 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    p-타입 미세결정 실리콘 콘택 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 60 sccm/L 내지 약 500 sccm/L 의 유량으로, p-타입 도펀트를 약 0.0002 sccm/L 내지 약 0.0016 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 50 milliWatts/cm2 내지 약 700 milliWatts/cm2 으로 제공하는 단계를 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    n-타입 비정질 실리콘 버퍼 층을 형성하기 위해, 실란 가스를 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L 의 유량으로, 수소 가스를 약 4 sccm/L 내지 약 50 sccm/L 의 유량으로, n-타입 도펀트를 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.0075 sccm/L 의 유량으로, 그리고 RF 전력을 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 으로 제공하는 단계를 더 포함하는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 p-타입 비정질 실리콘 층이 탄소 함유 화합물을 약 1 sccm/L 내지 약 15 sccm/L로 제공하는 단계에 의해 추가적으로 형성되는
    박막 필름 다수-정크션 태양 전지를 기판 상에 형성하는 방법.
KR1020070107740A 2007-01-18 2007-10-25 다수―정크션 태양 전지 그리고 그 제조 방법 및 장치 KR20080068523A (ko)

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