KR20090085136A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

태양 전지(10)에서의 실리콘 기판(1)의 표면의 p 영역 및 n 영역 어느 쪽에도 높은 효과를 갖는 패시베이션막(3)을 형성한 태양 전지(10)를 제공한다. 태양 전지(10)는, 실리콘 기판(1)의 수광면의 반대면에 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막이 형성되고, 그 굴절률이 2.6 이상이다. 그 태양 전지(10)는, 실리콘 기판(1)과 제1 패시베이션막 사이에, 산화실리콘막 및/또는 산화알루미늄막을 포함하는 제2 패시베이션막을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 그리고, 그 태양 전지(10)는, 실리콘 기판(1)의 수광면의 반대면에 pn 접합이 형성된 이면 접합형인 것이 바람직하다.
패시베이션막, 실리콘 기판, 굴절률, 질화실리콘막, 산화알루미늄막, pn 접합, 수광면

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘 기판의 수광면의 반대면에 굴절률이 높은 패시베이션막을 이용한 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 태양 전지에서는, 수광면에 대하여 기판의 도전형과 반대의 도전형으로 되는 불순물을 확산함으로써 수광면 근방에 pn 접합을 형성함과 함께, 그 수광면에 한쪽의 전극을 배치하고, 다른 쪽의 전극은 수광면의 반대면에 형성하는 구조가 일반적으로 채용되고 있다. 또한, 그 반대면에는 기판과 동일한 도전형의 불순물을 고농도로 확산하고, 이면 전계 효과에 의한 고출력화를 도모하는 것도 일반적이다.
한편, 이와 같은 구조의 태양 전지에서는, 수광면에 형성하는 전극이 입사광을 차단하여, 태양 전지의 출력을 억제하는 원인으로 된다. 따라서 최근 이 폐해를 해소하기 위해서, 이면에 한쪽의 도전형의 전극과 다른 쪽의 도전형의 전극(즉 p 전극과 n 전극)의 양자를 갖는 소위 이면 접합형 태양 전지가 개발되어 있다.
이와 같은 이면 접합형 태양 전지에서는, pn 접합이 이면에 존재하기 때문 에, 소수 캐리어를 효율적으로 수집하기 위해서는, 기판 벌크층의 소수 캐리어 수명의 장기 수명화와, 기판 표면에서의 소수 캐리어 재결합의 억제가 중요시된다. 즉, 이 타입의 태양 전지에서 우수한 광전 변환 효율을 얻기 위해서는, 수광에 의해 기판에서 발생한 소수 캐리어를 장기 수명화하는 것이 필요로 된다.
기판 표면에서의 소수 캐리어의 재결합을 억제하는 방법으로서 패시베이션막을 형성하는 방법이 이용된다. 그러나, 이면 접합형 태양 전지에서는 p 영역과 n 영역이 동일면에 형성되어 있기 때문에，p 영역 및 n 영역의 어느 쪽에도 효과적인 패시베이션막의 개발이 강하게 요망되고 있다.
또한, 특허 문헌 1(일본 특개평 10-229211호 공보)에는, 실리콘 기판 위에 형성하는 패시베이션막이 실리콘나이트라이드로 구성되는 기술이 개시되어 있다. 또한, 그 패시베이션막을 다층 구조로 함으로써 패시베이션막과 실리콘 기판의 노출 끝면의 계면에서의 고정 전하에 의한 패시베이션 효과를 유효하게 발휘하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평 10-229211호 공보
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
일반적으로 태양 전지에서의 실리콘 기판의 이면의 패시베이션막은 산화실리콘막이 이용된다. 산화실리콘막, 특히 열산화법으로 형성된 산화실리콘막(이하, 열산화막라고도 함)은 패시베이션 효과가 높아, 태양 전지의 패시베이션막으로서 널리 이용되고 있다. 그러나 열산화막은, 실리콘 기판의 불순물 농도에 의해 성막 속도가 다르기 때문에, 실리콘 기판의 상태에 따라서는 그 막 두께에 불균일이 생기기 쉽다.
한편, 태양 전지에서의 실리콘 기판의 이면에, 패시베이션막으로서 질화실리콘막을 형성한 경우에는, 열산화막 만큼의 높은 패시베이션 효과는 얻어지지 않지만, 비교적 높은 패시베이션 효과를 얻을 수 있다. 또한, 질화실리콘막은, 열산화막과 달리, 실리콘 기판의 상태에 상관없이 균일한 막 두께로 성막할 수 있다. 또한, 태양 전지의 제조 공정에서 이용되는 불화 수소에 대하여 내성이 높다.
그러나, 질화실리콘막은 플러스의 고정 전하를 갖기 때문에, 태양 전지에서의 p 영역의 패시베이션막으로서는 부적절하다고 생각되고 있다.
이상의 문제점으로부터, 본 발명은, 태양 전지에서의 실리콘 기판의 표면의 p 영역 및 n 영역 어느 쪽에도 높은 효과를 갖는 패시베이션막을 형성한 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명은, 실리콘 기판의 수광면의 반대면에 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막이 형성되고, 그 굴절률이 2.6 이상인 태양 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 태양 전지는, 실리콘 기판의 수광면의 반대면에 pn 접합이 형성된 이면 접합형인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지는, 실리콘 기판과 제1 패시베이션막 사이에, 산화실리콘막 및/또는 산화알루미늄막을 포함하는 제2 패시베이션막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 실리콘 기판의 수광면의 반대면에 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막이 형성되고, 그 굴절률이 2.6 이상인 태양 전지의 제조 공정에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 제1 가스와 제2 가스를 함유하는 혼합 가스를 이용한 플라즈마 CVD법을 이용한 제1 패시베이션막을 형성하는 공정을 포함하고, 혼합 가스 내의 제2 가스/제1 가스의 혼합비는, 1.4 이하이며, 혼합 가스는 질소를 함유하고, 제1 가스는 실란 가스를 함유하고, 제2 가스는 암모니아 가스를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 실리콘 기판의 수광면의 반대면에 pn 접합을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 실리콘 기판과 제1 패시베이션막 사이에, 산화실리콘막을 포함하는 제2 패시베이션막을 형성하는 공정을 포함하고, 산화실리콘막은, 열산화법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 제1 패시베이션막을 형성하는 공정 후에, 실리콘 기판을 어닐링 처리하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 어닐링 처리하는 공정은, 수소와 불활성 가스를 함유하는 존재 하에서 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 어닐링 처리하는 공정은, 수소를 0.1∼4.0％ 함유하는 존재 하에서 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 어닐링 처리하는 공정은, 350∼600℃에서, 5분∼1시간의 범위에서 행해지는 것이 바람직하다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 태양 전지에서의 실리콘 기판의 표면의 p 영역 및 n 영역 어느 쪽에도 높은 패시베이션 효과를 갖는 패시베이션막을 형성한 태양 전지를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양 전지의 바람직한 일 형태의 태양광이 입사하지 않는 측으로부터의 정면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도.
도 3의 (a)는 n형의 실리콘 기판 위에 형성한 질화실리콘막의 굴절률과, 그 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임과의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 표면에 p 영역을 형성한 n형의 실리콘 기판 위에 형성한 질화실리콘막의 굴절률과, 그 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임과의 관계를 도시한 도면.
도 4는 제1 가스와 제2 가스를 함유하는 혼합 가스를 이용하여 플라즈마 CVD법에 의해 질화실리콘막을 형성한 경우에서의 제2 가스/제1 가스의 혼합비와, 형성되는 질화실리콘막의 굴절률의 관계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법의 일 형태에서의 각 공정을 도시한 단면도.
<부호의 설명>
1 : 실리콘 기판
2 : 반사 방지막
3 : 패시베이션막
4 : 텍스쳐 구조
5 : p+층
6 : n+층
7 : 텍스쳐 마스크
8 : 확산 마스크
10 : 태양 전지
11 : p 전극
12 : n 전극
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
본 명세서에서, 태양 전지에 태양광이 입사하는 측의 실리콘 기판의 표면은, 수광면이라고 하고, 수광면의 반대면으로서 태양광이 입사하지 않는 측의 실리콘 기판의 표면은, 반대면 또는 이면이라고 한다.
또한 이하, 본원의 도면에서, 동일한 부호는, 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내는 것으로 한다. 또한, 도면에서의 길이, 크기, 폭 등의 치수 관계는, 도면의 명료화와 간략화를 위해서 적절히 변경되어 있어, 실제의 치수를 나타내고는 있지 않다.
<태양 전지의 구조>
본 발명의 태양 전지의 형태는 어떠한 것이어도 되지만, 실리콘 기판의 수광 면의 반대면에 pn 접합이 형성된 이면 접합형 태양 전지인 것이 바람직하다. 따라서, 이하, 이면 접합형 태양 전지를 예로 본 발명의 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 태양 전지의 바람직한 일 형태의 태양광이 입사하지 않는 측으로부터의 정면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 일 형태의 태양 전지(10)는 이면 접합형 태양 전지이며, 도 2에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)을 재료로 하고, 실리콘 기판(1)의 이면에는, p+층(5)과 n+층(6)이 교대로 간격을 두고 각각 복수 형성되어 있다. p+층(5) 및 n+층(6) 위에는, p 전극(11) 및 n 전극(12)이 형성되어 있다. 또한，p 전극(11) 및 n 전극(12)이 형성된 개소 이외의 실리콘 기판(1)의 이면은, 패시베이션막(3)으로 피복되어 있다. 여기서, 본 발명에서 패시베이션막(3)은, 제1 패시베이션막만으로 형성되는 것과, 제1 패시베이션막 및 제2 패시베이션막의 적층체로 형성되는 것의 쌍방을 포함하는 것이다(도시하지 않음). 또한, 실리콘 기판(1)의 수광면은, 텍스쳐 구조(4)가 형성되어 있고, 반사 방지막(2)으로 덮여져 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, p 전극(11) 및 n 전극은 각각 겹치지 않도록 빗형 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 패시베이션막(3)은, 반드시 실리콘 기판(1)의 이면의 전체면에 형성되는 것은 요하지 않는다.
도 2에 도시한 바와 같이, 패시베이션막(3)은 실리콘 기판(1)의 이면에 형성되는 것이다. 본 발명에서 패시베이션막(3)의 구조 패턴은, 이하의 (1) 및 (2)의 2개의 형태 중 어느 한쪽이다.
(1) 패시베이션막(3)으로서, 실리콘 기판(1)의 이면에 제1 패시베이션막만을 직접 형성한 것.
(2) 패시베이션막(3)으로서, 실리콘 기판(1)의 이면에 제2 패시베이션막을 형성하고, 그 위로부터 제1 패시베이션막을 형성하여 이루어지는 것.
전술한 (2)의 경우에는, 요컨대 실리콘 기판(1)의 이면과 제1 패시베이션막 사이에, 제2 패시베이션막이 형성된다. 이 때, 제2 패시베이션막은, 실리콘 기판(1)의 이면의 전체면에 형성될 필요는 없고, 드문드문하게 형성되어 있어도 된다. 그리고, 본 발명의 패시베이션막(3)의 두께는, 5∼200㎚인 것이 바람직하다. 패시베이션막(3)의 두께가, 5㎚ 미만인 경우에는, 높은 패시베이션 효과를 나타내지 않을 우려가 있다. 200㎚를 초과하는 경우에는, 제조 공정에서의 패시베이션막(3)의 임의의 패턴 형성을 위한 에칭이 불완전하게 될 우려가 있다.
<패시베이션막>
본 발명의 제1 패시베이션막은 질화실리콘막으로 이루어지고, 그 굴절률은 2.6 이상, 더욱 바람직하게는 2.8 이상이다. 제2 패시베이션막은, 산화실리콘막 및/또는 산화알루미늄막을 포함하는 것이다. 제2 패시베이션막은, 산화실리콘막과 산화알루미늄막의 적층체이어도 되고, 산화알루미늄막만으로 이루어지는 것이어도 되고, 산화실리콘막만으로 이루어지는 것이어도 된다. 단, 제2 패시베이션막은, 산화실리콘막만으로 이루어지는 것이 특히 바람직하다.
《제1 패시베이션막》
도 3의 (a)는 n형의 실리콘 기판 위에 형성한 질화실리콘막의 굴절률과, 그 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임과의 관계를 도시하고, 도 3의 (b)는 표 면에 p 영역을 형성한 n형의 실리콘 기판 위에 형성한 질화실리콘막의 굴절률과, 그 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임과의 관계를 도시한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에서의 횡축은 질화실리콘막의 굴절률의 값을 나타내고, 종축은 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임(단위는 마이크로초)을 나타낸다. 또한, 일반적으로 실리콘 기판 등의 반도체의 패시베이션막으로서 이용되고 있는 질화실리콘막의 굴절률은, 2 정도의 것이다.
도 3의 (a)가 나타내는 바와 같이, 굴절률이 2 정도인 질화실리콘막이 표면에 형성된 n형의 실리콘 기판의 소수 캐리어의 라이프 타임(이하 「소수 캐리어의 라이프 타임」을 「라이프 타임」이라고만 함)은 100㎲ 정도이다. 그러나, 굴절률 2.6의 질화실리콘막이 표면에 형성된 실리콘 기판의 라이프 타임은, 190㎲ 정도로 된다. 그리고, 굴절률 2.6 이상의 질화실리콘막이 형성된 실리콘 기판의 라이프 타임은, 굴절률 2의 질화실리콘막이 표면에 형성된 실리콘 기판에 비해 현격하게 값이 상승해 간다. 즉, 실리콘 기판 위에 형성한 질화실리콘막의 굴절률을 높게 하면 소수 캐리어의 재결합을 보다 방지할 수 있는 경향이 있는 것이 나타난다. 따라서, 본 발명의 제1 패시베이션막의 굴절률은 2.6 이상인 것이 바람직하다. 그 굴절률이 2.6 미만인 경우, 실리콘 기판의 라이프 타임이 짧기 때문에, 소수 캐리어의 재결합을 효과적으로 방지할 수 없는 경향이 있기 때문이다.
또한, 도 3의 (b)가 나타내는 바와 같이, 표면에 p 영역을 형성한 n형의 실리콘 기판 위에 형성하는 질화실리콘막의 굴절률의 값을 올린 경우에, 라이프 타임의 값은 상승하는 것을 확인할 수 있다. 따라서，n형의 실리콘 기판에서의 p 영역 에 대한 패시베이션막으로서, 질화실리콘막을 이용하는 경우에는, 그 굴절률이 높은 것이 바람직한 것이 나타난다.
일반적으로 질화실리콘막은, 플러스의 고정 전하를 많이 갖기 때문에, p형의 실리콘 기판 및 n형 또는 p형의 실리콘 기판에서의 p 영역에 대한 패시베이션막으로서는 부적절하다고 생각되고 있다. 그러나, 본 발명과 같이 굴절률 2.6 이상의 질화실리콘막을 제1 패시베이션막으로서 이용한 경우에는, 전술한 바와 같이 실리콘 기판의 라이프 타임이 향상되기 때문에, 소수 캐리어의 재결합을 방지할 수 있는 것으로 생각된다. 이것은, 굴절률 2.6 이상의 질화실리콘막은, 굴절률 2 정도의 질화실리콘막보다도 플러스의 고정 전하가 감소하기 때문에 일어나는 현상이다.
여기서, 패시베이션막으로서, 제1 패시베이션막만을 형성한 본 발명의 태양 전지, 특히 이면 접합형 태양 전지의 개방 전압은, 산화실리콘막만을 패시베이션막으로서 이용한 종래의 태양 전지와 비교하여 약간 감소하게 된다. 그러나, 그 본 발명의 태양 전지에서의 단락 전류는, 그 종래의 태양 전지와 비교하여 향상된다. 따라서 결과로서, 패시베이션막으로서 제1 패시베이션막만을 형성한 태양 전지는, 그 종래의 태양 전지보다도 특성이 향상된다.
또한, 도 3의 (a) 및 (b)에서의 라이프 타임의 측정은, 반사 마이크로파 광 도전 감쇠법(마이크로 PCD법 : Micro-Photo-Conductive-Decay)을 이용하여 행한 것이다.
《제2 패시베이션막》
제2 패시베이션막은, 제1 패시베이션막과 실리콘 기판 사이에 형성된다. 제 2 패시베이션막은, 전술한 바와 같이 산화실리콘막 및/또는 산화알루미늄막을 포함한다. 단, 제2 패시베이션막은, 산화실리콘막만으로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 이것에는, 이하의 이유가 있다. 우선, 산화실리콘막 중에서도, 특히 열산화막은, 고온에서 형성되기 때문에, 태양 전지의 제조 공정에서의 고온 과정에서도 그 성질을 변화시키지 않고 충분한 패시베이션 효과를 나타낸다. 그리고, 산화알루미늄막은, 이것에 함유되는 알루미늄이 실리콘 기판에 불순물로서 넣어져 p 영역을 형성할 우려가 있기 때문에, n 영역의 패시베이션막으로서는 적합하지 않다.
또한, 산화실리콘막, 특히 열산화막은, 높은 패시베이션 효과를 갖는다. 따라서, 제2 패시베이션막으로서 열산화막을 형성하는 것은, 보다 높은 패시베이션 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 태양 전지에서의 제2 패시베이션막과 p 영역 사이의 표면 준위 밀도는, 제1 패시베이션막과 p 영역 사이의 표면 준위 밀도보다도 작은 것이 바람직하다. 그리고, 제2 패시베이션막에 포함되는 산화실리콘막은, 열산화법으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 패시베이션막은 5㎚ 이상 200㎚ 미만인 것이 바람직하다. 제2 패시베이션막의 두께가, 5㎚ 미만인 경우에는, 높은 패시베이션 효과를 나타내지 않을 우려가 있다. 또한，200㎚ 이상의 경우에는, 제조 공정에서의 제2 패시베이션막의 임의의 패턴 형성을 위한 에칭이 불완전하게 될 우려가 있다.
제1 패시베이션막과 실리콘 기판 사이에 제2 패시베이션막을 형성한 태양 전지, 특히 이면 접합형 태양 전지는, 패시베이션막으로서 제1 패시베이션막만이 형 성된 태양 전지에 비해, 그 개방 전압이 향상된다. 즉 제2 패시베이션막은 태양 전지의 변환 효율 등의 특성의 향상에 공헌한다.
<제1 패시베이션막의 굴절률의 조정>
도 4는 제1 가스와 제2 가스를 함유하는 혼합 가스를 이용하여 플라즈마 CVD법에 의해 질화실리콘막을 실리콘 기판에 형성한 경우에서의 제2 가스/제1 가스의 혼합비와, 형성되는 질화실리콘막의 굴절률과의 관계를 도시한 도면이다. 종축은 형성되는 질화실리콘막의 굴절률을 나타내고, 횡축은 제2 가스/제1 가스의 혼합비를 나타내고 있다.
여기서, 본 발명에서 제1 가스란 실란 가스를 함유하고, 제2 가스란 암모니아 가스를 함유하는 것을 말한다. 실란 가스란 SiH4 가스 이외에, 예를 들면 SiHCl3 가스, SiH2Cl2 가스 또는 SiH3Cl 가스 등을 함유하는 것으로 한다. 그리고, 그 혼합 가스 내에는, 제1 가스 및 제2 가스 외에 질소를 함유한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제2 가스/제1 가스의 혼합비가 커짐에 따라서, 형성되는 질화실리콘막의 굴절률이 작아지는 경향이 보였다. 또한，이 때 혼합 가스 내의 질소의 양의 비율은 일정하였다. 플라즈마 CVD법에서 이용되는 혼합 가스의 제2 가스/제1 가스의 혼합비를 변화시킴으로써 실리콘 기판의 이면에 굴절률 2.6 이상의 제1 패시베이션막을 형성하는 것이 가능하다. 그리고, 굴절률 2.6 이상의 제1 패시베이션막을 형성하기 위해서는, 제2 가스/제1 가스의 혼합비는 1.4 이하인 것이 바람직하다. 제2 가스/제1 가스의 혼합비가 1.4를 초과하는 경우에는 굴절률 2.6 이상의 제1 패시베이션막을 형성할 수 없는 경향이 있기 때문이다. 또한, 그 플라즈마 CVD법에서의 처리 온도는 300∼500℃인 것이 바람직하다.
또한, 도 4의 굴절률은, 엘립소메트리법에 의해 측정한 값이다.
<태양 전지의 제조 방법>
도 5는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법의 일 형태에서의 각 공정을 도시한 단면도이다. 또한, 도 5에서는 설명의 편의를 위해서 실리콘 기판의 이면에 n+층과 p+층을 1개씩만 형성하고 있지만, 실제로는 복수 형성할 수 있다. 도 5의 (a)∼(g)에 각각 대응한 S1(스텝 1)∼S7(스텝 7) 및 도 5의 (h), (i)에 각각 대응한 S9(스텝 9), S10(스텝 10)으로 나누어 각각 개별로 설명한다. 또한，S8(스텝 8)은, 도 5의 (g)를 참조하여 설명한다. 여기서, 본 발명의 태양 전지의 제조 방법에서는，「S7 : 패시베이션막 및 반사 방지막의 형성」을 포함하는 것이 특히 필요하다. 본 발명의 태양 전지의 제조 방법에서, S7에는, 제2 패시베이션막을 형성하는 공정 및 제1 패시베이션막을 형성하는 공정을 포함한다. 또한, 본 발명의 제조 방법에서, 실리콘 기판의 이면에 pn 접합을 형성하는 공정인 S1∼S6을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 도 5에 기초하여 태양 전지(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
《S1 : n형의 반도체 기판》
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, n형의 실리콘 기판(1)을 준비한다. 실리콘 기판(1)은, 슬라이스 시에 생긴 슬라이스 데미지를 제거한 것 등이 이용된다. 여기서, 실리콘 기판(1)의 슬라이스 데미지의 제거는, 실리콘 기판(1)의 표면을 불화 수소 수용액과 질산의 혼합산 또는 수산화나트륨 등의 알칼리 수용액 등으로 에칭을 행함으로써 실시된다. 실리콘 기판(1)의 크기 및 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 두께를 100㎛ 이상 300㎛ 이하, 1변 100㎜ 이상 200㎜ 이하의 사각 형상으로 할 수 있다.
《S2 : 수광면의 텍스쳐 구조의 형성》
도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 이면에 산화실리콘막 등 으로 이루어지는 텍스쳐 마스크(7)를 상압 CVD법 등에 의해 형성한 후에 실리콘 기판(1)의 수광면에 텍스쳐 구조(4)를 형성한다. 수광면의 텍스쳐 구조(4)는, 텍스쳐 마스크(7)를 형성한 실리콘 기판(1)을 에칭액으로 에칭함으로써 형성할 수 있다. 그 에칭액으로서는, 예를 들면 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 알칼리 수용액에 이소프로필알콜을 첨가한 액을 70℃ 이상 80℃ 이하로 가열한 것 등을 이용할 수 있다. 텍스쳐 구조(4)를 형성한 후에, 실리콘 기판(1)의 이면의 텍스쳐 마스크(7)는, 불화수소 수용액 등을 이용하여 제거된다.
《S3 : 확산 마스크의 개구부 형성》
도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면에 확산 마스크(8)를 형성하고, 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성한다. 우선, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 각각에 산화실리콘막으로 이루어지는 확산 마스크(8)를 스팀 산화, 상압 CVD법 또는 SiOG(스핀 온 글래스)의 인쇄·소성 등에 의해 형성한다. 그리고, 실리콘 기판(1)의 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성하고자 하는 부분에, 확산 마스크(8) 위로부터, 에칭 페이스트를 도포한다. 그리 고, 실리콘 기판(1)을 가열 처리하고, 계속해서 세정하여 에칭 페이스트의 잔사를 제거함으로써, 확산 마스크(8)에 개구부를 형성할 수 있다. 이 때 그 개구부는, 후술하는 p+층(5)의 개소에 상당하는 부분에 형성된다. 또한, 그 에칭 페이스트란, 확산 마스크(8)를 에칭하기 위한 에칭 성분을 함유하는 것이다.
《S4 : p형 불순물 확산 후 HF 크리닝》
도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, p형 불순물을 확산한 후, S3에서 형성한 확산 마스크(8)를 불화수소(HF) 수용액 등으로 크리닝함으로써, 도전형 불순물 확산층으로서의 p+층(5)을 형성한다. 우선, 예를 들면 BBr3를 이용한 기상 확산에 의해 실리콘 기판(1)의 노출된 이면에 도전형 불순물로서의 p형 불순물을 확산시킨다. 그 확산 후, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 전술한 확산 마스크(8), 및 붕소가 확산되어 형성된 BSG(붕소 실리케이트 글래스)를 불화수소 수용액 등을 이용하여 모두 제거한다.
《S5 : 확산 마스크의 개구부 형성》
도 5의 (e)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면에 확산 마스크(8)를 형성하고, 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성한다. 조작은 S3과 마찬가지이지만, S5에서는, 확산 마스크(8)의 개구부는, 후술하는 n+층(6)의 개소에 상당하는 부분에 형성된다.
《S6 : n형 불순물 확산 후 HF 크리닝》
도 5의 (f)에 도시한 바와 같이, n형 불순물을 확산한 후, S5에서 형성한 확 산 마스크(8)를 불화수소 수용액 등으로 크리닝함으로써, 도전형 불순물 확산층으로서의 n+층(6)을 형성한다. 우선, 예를 들면 POCl3를 이용한 기상 확산에 의해 실리콘 기판(1)의 노출된 이면에 도전형 불순물로서의 n형 불순물을 확산시킨다. 그 확산 후, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 전술한 확산 마스크(8), 및 인이 확산되어 형성된 PSG(인 실리케이트 글래스)를 불화수소 수용액 등을 이용하여 모두 제거한다.
《S7 : 패시베이션막 및 반사 방지막의 형성》
도 5의 (g)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 수광면에 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2), 이면에 패시베이션막(3)을 형성한다.
패시베이션막(3)이 제1 패시베이션막만으로 이루어지는 경우에는, 이하와 같은 조작을 행한다. 우선, 제1 패시베이션막으로서, 실리콘 기판(1)의 이면에 굴절률 2.6 이상의 질화실리콘막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 이 때 전술한 혼합 가스를 이용하여 제1 패시베이션막의 굴절률의 조정을 행한다. 다음으로 실리콘 기판(1)의 수광면에 예를 들면 굴절률이 1.9∼2.1인 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2)을 형성한다.
패시베이션막(3)이 제1 패시베이션막과 제2 패시베이션막으로 이루어지는 경우에는, 이하와 같은 조작을 행한다. 우선, 실리콘 기판(1)의 이면에 제2 패시베이션막으로서 산화실리콘막, 또는 산화알루미늄막, 또는 산화실리콘막과 산화알루미늄막의 적층체를 형성한다. 산화실리콘막은 스팀 산화, 상압 CVD법 등으로 형성 하는 것이 가능하지만, 열산화법에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 열산화법에 의한 처리의 온도는 800∼1000℃인 것이 바람직하다. 열산화법에 의한 형성은, 간이한 방법이며, 다른 제법에 비해, 형성되는 산화실리콘막의 성질이 좋고, 치밀하며, 패시베이션 효과가 높기 때문이다. 산화알루미늄막은 예를 들면 증착법으로 형성하는 것이 가능하다.
여기서, 실리콘 기판(1)의 이면에, 열산화법에 의해 산화실리콘막을 형성하면, 결과로서 동시에 실리콘 기판(1)의 수광면에서도 산화실리콘막이 형성되게 된다. 이와 같은 경우에는, 실리콘 기판(1)의 이면의 산화실리콘막을 보호한 후에, 수광면에 형성된 산화실리콘막은 불화수소 수용액 등으로 모두 일단 제거하는 것이 바람직하다. 그리고, 형성된 제2 패시베이션막 위에, 굴절률 2.6 이상의 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 제1 패시베이션막의 굴절률의 조정 방법은, 전술한 바와 같다. 다음으로 실리콘 기판(1)의 수광면에 예를 들면 굴절률이 1.9∼2.1인 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2)을 형성한다. 수광면의 산화실리콘막은, 제1 패시베이션막의 형성 후, 제거해도 된다. 또한, 제2 패시베이션막은, 산화실리콘막 및 산화알루미늄막 이외의 화학 조성물로 이루어지는 막을 포함하는 것이어도 지장이 없다.
또한，패시베이션막(3)이 제1 패시베이션막만으로 이루어지는 경우에는, 열산화법을 이용하지 않기 때문에, 전술한 바와 같이 수광면에 형성된 산화실리콘막을 제거하는 프로세스가 필요없다.
《S8 : 어닐링 처리하는 공정》
본 발명에서, 패시베이션막(3) 및 반사 방지막(2)의 형성 후에, 실리콘 기판(1)을 어닐링 처리하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 어닐링 처리란, 실리콘 기판(1)을 열처리하는 것을 말한다. 그 어닐링 처리는, 수소와 불활성 가스를 함유하는 분위기 하에서, 열처리하는 것이 바람직하다. 그 어닐링 처리는, 350∼600℃에서, 보다 바람직하게는 400∼500℃에서 실리콘 기판(1)을 열처리하는 것인 것이 바람직하다. 350℃ 미만에서 어닐링 처리하는 경우, 어닐링 효과가 얻어지지 않을 우려가 있고, 600℃ 초과에서 어닐링 처리하는 경우, 표면의 패시베이션막(3) 또는 반사 방지막(2)이 파괴(막 내의 수소가 이탈)되어 특성이 저하될 우려가 있기 때문이다. 또한, 그 어닐링 처리는, 5분∼1시간, 보다 바람직하게는 15∼30분간 행하는 것이 바람직하다. 어닐링 처리가 5분 미만인 경우, 어닐링 효과가 얻어지지 않을 우려가 있고, 1시간 초과인 경우, 표면의 패시베이션막(3) 또는 반사 방지막(2)이 파괴(막 내의 수소가 이탈)되어 특성이 저하될 우려가 있기 때문이다.
또한, 그 어닐링 처리에서의 분위기에서 수소는, 0.1∼4.0％ 함유되는 것이 바람직하고, 1.0∼3.0％ 함유되는 것이 특히 바람직하다. 그 분위기에서의 수소 함유량이 0.1％ 미만인 경우에는, 어닐링 효과가 얻어지지 않을 우려가 있고, 4.0％를 초과하는 경우에는, 수소의 폭발 가능성이 있기 때문이다. 또한, 그 어닐링 처리에서의 분위기에서 수소 이외는, 불활성 가스인 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 헬륨, 네온, 및 아르곤으로부터 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 그 어닐링 처리를 함으로써, 형성되는 태양 전지의 특성은 더욱 향상된다.
《S9 : 컨택트 홀의 형성》
도 5의 (h)에 도시한 바와 같이, p+층(5) 및 n+층(6)의 일부를 노출시키기 위해서 실리콘 기판(1)의 이면의 패시베이션막(3)을 일부 에칭에 의해 제거하여, 컨택트 홀을 제작한다. 그 컨택트 홀은, 예를 들면, 전술한 에칭 페이스트를 이용하여 제작할 수 있다.
《S10 : 전극의 형성》
도 5의 (i)에 도시한 바와 같이, p+층(5)의 노출면 및 n+층(6)의 노출면의 각각에 접촉하는 p 전극(11) 및 n 전극(12)을 형성한다. 형성 방법은, 예를 들면, 은 페이스트를 전술한 컨택트 홀면을 따라서 스크린 인쇄한 후, 소성하는 것을 들 수 있다. 그 소성에 의해, 실리콘 기판(1)과 컨택트를 취하는 은으로 이루어지는 p 전극(11) 및 n 전극(12)이 형성된다. 이상으로 본 발명의 태양 전지가 완성된다.
여기서, 본 실시 형태에서, 실리콘 기판(1)은 n형의 것을 이용하여 설명하였지만, 실리콘 기판(1)은 p형이어도 된다. 그리고, 반도체 기판(1)이 n형인 경우에는 실리콘 기판(1)의 이면의 p+층(5)과 실리콘 기판(1)에 의해 그 이면에 pn 접합이 형성된다. 실리콘 기판(1)이 p형인 경우에는 실리콘 기판(1)의 이면의 n+층(6)과 p형의 실리콘 기판(1)에 의해 그 이면에 pn 접합이 형성된다. 또한, 실리콘 기판(1)은, 예를 들면 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 등을 이용할 수 있다.
이하, 도 5의 (a)∼(i) 및 전술한 S1∼S7, S9∼S10에 기초하여 실시예의 설명을 한다.
<실시예 1>
《S1 : 도 5의 (a)》
우선, 슬라이스 시에 생긴 슬라이스 데미지를 제거한 n형의 실리콘 기판(1)을 준비하였다. 여기서, 실리콘 기판(1)의 슬라이스 데미지의 제거는, 실리콘 기판(1)의 표면에 수산화나트륨으로 에칭을 행함으로써 실시하였다. 실리콘 기판(1)은 두께 200㎛, 1변 125㎜의 사각 형상의 것을 이용하였다.
《S2 : 도 5의 (b)》
다음으로, 실리콘 기판(1)의 이면에 산화실리콘막으로 이루어지는 텍스쳐 마스크(7)를 상압 CVD법에 의해 형성한 후에 실리콘 기판(1)의 수광면에 텍스쳐 구조(4)를 형성하였다. 이 때 텍스쳐 마스크(7)의 두께는 800㎚이었다. 수광면의 텍스쳐 구조(4)는, 텍스쳐 마스크(7)를 형성한 실리콘 기판(1)을 에칭액으로 에칭함으로써 형성하였다. 에칭액에는, 수산화칼륨에 이소프로필알콜을 첨가한 액을 80℃로 가열한 것을 이용하였다. 텍스쳐 구조(4)를 형성한 후에, 실리콘 기판(1)의 이면의 텍스쳐 마스크(7)는, 불화수소 수용액을 이용하여 제거하였다.
《S3 : 도 5의 (c)》
다음으로, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면에 산화실리콘막으로 이루어지는 확산 마스크(8)를 형성하고, 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성하였다. 우선, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 각각에 산화실리콘막으로 이루어지는 확산 마스크(8)를 상압 CVD법에 의해 형성하였다. 이 때 확산 마스크(8)의 두께는 250㎚이었다. 그리고, 실리콘 기판(1)의 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성하고 자 하는 부분에, 확산 마스크(8) 위로부터, 에칭 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해 도포하였다. 에칭 페이스트에는, 에칭 성분으로서 인산을 함유하고，에칭 성분 이외의 성분으로서 물, 유기 용매 및 증점제를 함유하고, 스크린 인쇄에 적합한 점도로 조정된 것을 이용하였다. 그리고, 실리콘 기판(1)을 핫플레이트를 이용하여 350℃에서 가열 처리하였다. 계속해서 계면 활성제를 함유하는 세정액을 이용하여 실리콘 기판을 세정하여 에칭 페이스트의 잔사를 제거함으로써, 확산 마스크(8)에 개구부를 형성하였다. 이 때 그 개구부는, 후술하는 p+층(5)의 개소에 상당하는 부분에 형성하였다.
《S4 : 도 5의 (d)》
p형 불순물을 확산한 후, S3에서 형성한 확산 마스크(8)를 불화수소(HF) 수용액으로 크리닝함으로써, 도전형 불순물 확산층으로서의 p+층(5)을 형성하였다. 우선, 붕소를 함유한 용제를 도포한 후에 가열함으로써 실리콘 기판(1)의 노출된 이면에 도전형 불순물로서의 p형 불순물을 확산시켰다. 그 확산 후, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 전술한 확산 마스크(8), 및 붕소가 확산되어 형성된 BSG(붕소 실리케이트 글래스)를 불화수소 수용액으로 모두 제거하였다.
《S5 : 도 5의 (e)》
실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면에 확산 마스크(8)를 형성하고, 이면의 확산 마스크(8)에 개구부를 형성하였다. 조작은 S3과 마찬가지로 행하였지만, S5에서는, 확산 마스크(8)의 개구부는, 후술하는 n+층(6)의 개소에 상당하는 부분에 형성하였다.
《S6 : 도 5의 (f)》
n형 불순물을 확산한 후, S5에서 형성한 확산 마스크(8)를 불화수소 수용액 등으로 크리닝함으로써, 도전형 불순물 확산층으로서의 n+층(6)을 형성하였다. 우선, 예를 들면 POCl3를 이용한 기상 확산에 의해 실리콘 기판(1)의 노출된 이면에 도전형 불순물로서의 n형 불순물을 확산시켰다. 그 확산 후, 실리콘 기판(1)의 수광면 및 이면의 전술한 확산 마스크(8), 및 인이 확산되어 형성된 PSG(인 실리케이트 글래스)를 불화수소 수용액으로 모두 제거하였다.
《S7 : 도 5의 (g)》
도 5의 (g)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 수광면에 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2), 이면에 질화실리콘막으로 이루어지는 패시베이션막(3)을 형성하였다.
본 실시예에서는, 패시베이션막(3)은, 제1 패시베이션막으로 이루어지는 것으로 하고, 플라즈마 CVD법으로 형성하였다. 그 플라즈마 CVD법에서 혼합 가스는, 질소 1360sccm과 제1 가스로서 실란 가스 600sccm과 제2 가스로서 암모니아 135sccm으로 이루어지는 것을 이용하고, 처리 온도 450℃에서 행하였다. 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막의 굴절률은 3.2이었다. 그리고, 실리콘 기판(1)의 수광면에는, 굴절률 2.1인 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2)을 형성하였다.
《S9 : 도 5의 (h)》
도 5의 (h)에 도시한 바와 같이, p+층(5) 및 n+층(6)의 일부를 노출시키기 위해서 실리콘 기판(1)의 이면의 패시베이션막(3)을 일부 에칭 제거하여, 컨택트 홀을 제작하였다. 그 컨택트 홀은, S3에서 이용한 에칭 페이스트와 동일한 것에 의해 S3과 마찬가지로 하여 제작하였다.
《S10 : 도 5의 (i)》
도 5의 (i)에 도시한 바와 같이, p+층(5)의 노출면 및 n+층(6)의 노출면의 각각에 접촉하는 p 전극(11) 및 n 전극(12)을 형성하였다. 그 p 전극(11) 및 그 n 전극(12)은, 은 페이스트를 전술한 컨택트 홀면을 따라서 스크린 인쇄를 한 후, 650℃에서 소성함으로써 형성하였다. 그 소성에 의해, 실리콘 기판(1)과 오믹 컨택트가 취해진 은으로 이루어지는 p 전극(11) 및 n 전극(12)이 형성되었다.
이상의 조작으로 제작된 태양 전지의 단락 전류 Isc(A), 개방 전압 Voc(V), F.F(Fill Factor), 최대 출력 동작 전압 Pm값을 표 1에 나타낸다.
<실시예 2>
실시예 1에서 설명한 S7 이외의 공정은 모두 실시예 1과 마찬가지로 행하여 태양 전지를 제작하였다.
본 실시예에서는, S7에서 패시베이션막(3)은, 제1 패시베이션막과 산화실리콘막으로 이루어지는 제2 패시베이션막으로 이루어지는 것으로 하였다. 우선, 열산화법에 의해 실리콘 기판(1)을 800℃에서 90분 처리함으로써, 실리콘 기판(1)의 수광면과 이면에 산화실리콘막을 형성하였다. 다음으로 실시예 1과 동일한 조건의 플라즈마 CVD에 의해 굴절률 3.2의 질화실리콘막을 형성하였다. 수광면의 산화실 리콘막은, 불화수소 처리(2.5％ 불화수소 수용액에 100초간 침지)함으로써 제거하였다. 그리고, 그 후 실리콘 기판(1)의 수광면에는, 굴절률 2.1인 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2)을 형성하였다.
이상의 조작으로 제작된 태양 전지의 단락 전류 Isc(A), 개방 전압 Voc(V), F.F(Fill Factor), 최대 출력 동작 전압 Pm값을 표 1에 나타낸다.
<비교예>
실시예 1에서 설명한 S7 이외의 공정은 모두 실시예 1과 마찬가지로 행하여 태양 전지를 제작하였다. 패시베이션막(3)은, 산화실리콘막만으로 이루어지는 것으로 하였다. 우선, 열산화법에 의해 실리콘 기판(1)을 800℃에서 90분 처리함으로써, 실리콘 기판(1)의 수광면과 이면에 산화실리콘막을 형성하였다. 그 산화실리콘막 위에 또한 상압 CVD법에 의해 형성한 산화실리콘막을 약 2000Å 퇴적하였다. 수광면의 산화실리콘막은, 불화수소 처리(2.5％ 불화수소 수용액에 100초간 침지)함으로써 제거하였다. 그리고, 그 후 실리콘 기판(1)의 수광면에는, 굴절률 2.1인 질화실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2)을 형성하였다.
이상의 조작으로 제작된 태양 전지의 단락 전류 Isc(A), 개방 전압 Voc(V), F.F(Fill Factor), 최대 출력 동작 전압 Pm값을 표 1에 나타낸다.
Isc(A) Voc(V) F.F. Pm
실시예 1 4.159 0.627 0.761 1.987
실시예 2 4.183 0.636 0.760 2.022
비교예 4.091 0.635 0.763 1.982
<특성 결과의 검토>
각각의 태양 전지 특성 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 1은, 비교예에 대하여 개방 전압이 약간 내려간다. 그러나 실시예 1의 단락 전류는 비교예보다도 증가하기 때문에, 종합적으로 평가하면 비교예에 비해 실시예 1의 태양 전지의 특성은 개선되어 있는 것이 나타났다. 또한, 실시예 2의 태양 전지의 특성은 비교예 1 및 2보다도 크게 개선되어 있는 것이 나타났다.
금회 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구 범위에 의해 나타내어지며, 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (6)

  1. 실리콘 기판(1)의 수광면의 반대면에 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막이 형성되고, 그 굴절률이 2.6 이상인 태양 전지(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(1)의 상기 수광면의 상기 반대면에 pn 접합이 형성된 이면 접합형인 태양 전지(10).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(1)과 상기 제1 패시베이션막 사이에, 산화실리콘막 및/또는 산화알루미늄막을 포함하는 제2 패시베이션막을 형성한 태양 전지(10).
  4. 실리콘 기판(1)의 수광면의 반대면에 질화실리콘막으로 이루어지는 제1 패시베이션막이 형성되고, 그 굴절률이 2.6 이상인 태양 전지(10)의 제조 공정에,
    제1 가스와 제2 가스를 함유하는 혼합 가스를 이용한 플라즈마 CVD법을 이용한 상기 제1 패시베이션막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 혼합 가스 내의 상기 제2 가스/상기 제1 가스의 혼합비는, 1.4 이하이며,
    상기 혼합 가스는 질소를 함유하고, 상기 제1 가스는 실란 가스를 함유하고, 상기 제2 가스는 암모니아 가스를 함유하는 태양 전지(10)의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(1)의 상기 수광면의 상기 반대면에 pn 접합을 형성하는 공정을 포함하는 태양 전지(10)의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(1)과 상기 제1 패시베이션막 사이에, 산화실리콘막을 포함하는 제2 패시베이션막을 형성하는 공정을 포함하고,
    산화실리콘막은, 열산화법에 의해 형성되는 태양 전지(10)의 제조 방법.
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