KR20100022622A - System of manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 박막형 태양전지의 제조를 위한 태양전지 제조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell manufacturing system, and more particularly to a solar cell manufacturing system for the production of thin-film solar cells that produce power using sunlight.
일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자로써, 친환경적이고, 수명이 길고, 무한 에너지원이라는 여러 장점으로 인해 기존의 석탄, 석유 등의 에너지원을 대체할 수 있는 대체 에너지원으로 그 적용 분야가 계속해서 확대되고 있는 실정이다.In general, a solar cell is a device that converts solar energy into electrical energy, and is an alternative energy source that can replace energy sources such as coal and oil due to various advantages such as environment-friendly, long-lasting, and infinite energy source. As such, the field of application continues to expand.
태양전지는 사용 재료에 따라 실리콘계열, 화합물계열, 유기물계열 등으로 크게 구분될 수 있으며, 이중 실리콘계열의 태양 전지가 현재 대부분을 차지하고 있다. Solar cells can be broadly classified into silicon-based, compound-based, and organic-based, depending on the materials used, of which silicon-based solar cells currently occupy most of them.
실리콘계열의 태양전지는 다시 단결정 또는 다결정 실리콘으로 제조되는 결정형 태양전지와 비정질 또는 미세결정질 실리콘으로 제조되는 박막형 태양전지로 구분될 수 있다. 그러나, 결정형 태양전지는 광전 효율이 높은 반면 제조 비용이 증가되는 단점이 있으며, 박막형 태양전지는 제조 비용이 저렴한 반면 광전 효율이 결정형에 비하여 떨어지는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 광전 효율을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지의 제조 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이와 더불어 태양전지 제조의 생산성을 향상시킬 수 있는 제조 시스템의 개발이 요구되고 있다.Silicon-based solar cells may be further classified into crystalline solar cells made of monocrystalline or polycrystalline silicon and thin film solar cells made of amorphous or microcrystalline silicon. However, the crystalline solar cell has a disadvantage in that the manufacturing cost is increased while the photoelectric efficiency is high, and the thin film solar cell has a disadvantage in that the photoelectric efficiency is lower than that of the crystalline form while the manufacturing cost is low. Accordingly, in recent years, research into the manufacturing technology of the thin-film solar cell that can improve the photoelectric efficiency is in progress, and at the same time, the development of a manufacturing system that can improve the productivity of solar cell manufacturing is required.
따라서, 본 발명은 이와 같은 요구를 감안한 것으로써, 본 발명은 태양전지 제조의 공정 효율과 생산성을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조 시스템을 제공한다.Accordingly, the present invention has been made in view of such a need, and the present invention provides a solar cell manufacturing system capable of improving the process efficiency and productivity of solar cell manufacturing.
본 발명의 일 특징에 따른 태양전지 제조 시스템은 제1 전극 형성부, 제1 패터닝부, 박막 증착부, 제2 패터닝부, 제2 전극 형성부 및 제3 패터닝부를 포함한다. 상기 제1 전극 형성부는 기판 상에 제1 도전층을 형성한다. 상기 제1 패터닝부는 상기 제1 도전층을 패터닝하여 제1 전극을 형성한다. 상기 박막 증착부는 플라즈마를 발생시키기 위한 복수의 정전압 전극들 및 복수의 부전압 전극들을 포함하는 분할전극 어셈블리를 구비한 하나 이상의 공정 챔버를 이용하여 상기 제1 전극이 형성된 기판 상에 광전 변환층을 증착한다. 상기 제2 패터닝부는 상기 광전 변환층을 패터닝하여 광전 변환부를 형성한다. 상기 제2 전극 형성부는 상기 광전 변환부가 형성된 기판 상에 제2 도전층을 형성한다. 상기 제3 패터닝부는 상기 제2 도전층을 패터닝하여 제2 전극을 형성한다. A solar cell manufacturing system according to an aspect of the present invention includes a first electrode forming unit, a first patterning unit, a thin film deposition unit, a second patterning unit, a second electrode forming unit, and a third patterning unit. The first electrode forming part forms a first conductive layer on a substrate. The first patterning part patterns the first conductive layer to form a first electrode. The thin film deposition unit deposits a photoelectric conversion layer on a substrate on which the first electrode is formed using at least one process chamber including a split electrode assembly including a plurality of constant voltage electrodes and a plurality of negative voltage electrodes for generating a plasma. do. The second patterning part patterns the photoelectric conversion layer to form a photoelectric conversion part. The second electrode forming part forms a second conductive layer on the substrate on which the photoelectric conversion part is formed. The third patterning part patterns the second conductive layer to form a second electrode.
상기 정전압 전극들과 상기 부전압 전극들은 상호 교대적인 선형 배열 구조, 매트릭스 형태의 배열 구조, 상호 교대적인 나선형 배열 구조, 상호 교대적인 동심원 배열 구조 등으로 형성될 수 있다. The constant voltage electrodes and the negative voltage electrodes may be formed of an alternating linear arrangement, a matrix arrangement, an alternate spiral arrangement, an alternating concentric arrangement, and the like.
상기 박막 증착부는, 기판을 이송하기 위한 기판이송 유닛을 포함하는 중앙 챔버, 상기 기판이송 유닛에 의해 이송된 기판 상에 제1 불순물 도핑 실리콘층을 증착하는 제1 공정 챔버, 상기 제1 불순물 도핑 실리콘층이 형성된 기판 상에 진성 실리콘층을 증착하는 하나 이상의 제2 공정 챔버, 및 상기 진성 실리콘층이 형성된 기판 상에 제2 불순물 도핑 실리콘층을 증착하는 제3 공정 챔버를 포함할 수 있다. The thin film deposition unit may include a central chamber including a substrate transfer unit for transferring a substrate, a first process chamber for depositing a first impurity doped silicon layer on a substrate transferred by the substrate transfer unit, and the first impurity doped silicon. One or more second process chambers for depositing an intrinsic silicon layer on the layered substrate and a third process chamber for depositing a second impurity doped silicon layer on the substrate on which the intrinsic silicon layer is formed.
상기 제1 공정 챔버, 상기 제2 공정 챔버 및 상기 제3 공정 챔버 중 적어도 하나는, 플라즈마 밀도를 높이기 위하여 챔버 몸체 내부에 레이저를 공급하는 레이저 공급부를 더 포함할 수 있다. 상기 레이저 공급부는 상기 챔버 몸체의 외부에 설치되어 상기 챔버 몸체의 내부로 레이저를 공급하는 하나 이상의 레이저 발생기를 포함한다. 상기 레이저 공급부는 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저를 반사시켜 상기 챔버 몸체의 내부에 다수의 레이저 주사 라인을 형성하는 하나 이상의 반사 부재를 더 포함할 수 있다. At least one of the first process chamber, the second process chamber, and the third process chamber may further include a laser supply unit supplying a laser into the chamber body to increase the plasma density. The laser supply unit includes one or more laser generators installed outside the chamber body to supply a laser into the chamber body. The laser supply unit may further include one or more reflecting members reflecting the laser output from the laser generator to form a plurality of laser scanning lines in the chamber body.
상기 제1 공정 챔버, 제2 공정 챔버 및 제3 공정 챔버 중 적어도 하나는, 챔버 몸체의 외부에 설치되어 상기 챔버 몸체의 내부로 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함할 수 있다. At least one of the first process chamber, the second process chamber, and the third process chamber may further include a remote plasma generator installed outside the chamber body to supply plasma to the inside of the chamber body.
상기 제2 공정 챔버는 상기 진성 실리콘층을 형성하기 위하여, 복수의 비정질 실리콘층들과 복수의 미세결정질 실리콘층들을 교대로 증착한다. 예를 들어, 상기 제2 공정 챔버는 상기 분할전극 어셈블리에 공급되는 무선 주파수 전원의 주파수를 변경하여 상기 비정질 실리콘층과 상기 미세결정질 실리콘층을 교대로 증착할 수 있다. The second process chamber alternately deposits a plurality of amorphous silicon layers and a plurality of microcrystalline silicon layers to form the intrinsic silicon layer. For example, the second process chamber may alternately deposit the amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer by changing the frequency of the radio frequency power supplied to the split electrode assembly.
상기 제1 불순물 도핑 실리콘층은 p형 불순물을 포함하는 p형 실리콘층으로 형성되고, 상기 제2 불순물 도핑 실리콘층은 n형 불순물을 포함하는 n형 실리콘층 으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도전층은 투명한 도전 물질로 형성되며, 상기 제2 도전층은 도전성 광반사 물질로 형성될 수 있다. The first impurity doped silicon layer may be formed of a p-type silicon layer including p-type impurities, and the second impurity doped silicon layer may be formed of an n-type silicon layer including n-type impurities. In addition, the first conductive layer may be formed of a transparent conductive material, and the second conductive layer may be formed of a conductive light reflecting material.
태양전지 제조 시스템은 기판을 상기 제1 전극 형성부, 상기 제1 패터닝부, 상기 박막 증착부, 상기 제2 패터닝부, 상기 제2 전극 형성부 및 상기 제3 패터닝부에 순차적으로 이송하는 이송 장치를 더 포함한다. In a solar cell manufacturing system, a transfer device for sequentially transferring a substrate to the first electrode forming unit, the first patterning unit, the thin film deposition unit, the second patterning unit, the second electrode forming unit, and the third patterning unit. It further includes.
상기 제1 패터닝부, 상기 제2 패터닝부 및 상기 제3 패터닝부는 박막의 패터닝을 위해 레이저를 공급하는 레이저 공급기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 공급기는 상기 이송 장치의 하부에 설치되어 상기 이송 장치의 상부로 지나가는 기판에 레이저를 공급할 수 있다. The first patterning unit, the second patterning unit, and the third patterning unit may include a laser supplier for supplying a laser for patterning a thin film. For example, the laser supplier may be installed at a lower portion of the transfer device to supply a laser to a substrate passing over the transfer device.
태양전지 제조 시스템은 상기 제1 전극 형성부의 앞단에 설치되며, 기판의 표면을 세정하는 세정부를 더 포함할 수 있다. 또한, 태양전지 제조 시스템은 상기 제1 도전층이 형성된 기판을 이송받아 상기 제1 도전층을 텍스쳐링 처리하는 텍스쳐링부를 더 포함할 수 있다. The solar cell manufacturing system may further include a cleaning unit installed at the front end of the first electrode forming unit and cleaning the surface of the substrate. The solar cell manufacturing system may further include a texturing unit configured to receive the substrate on which the first conductive layer is formed and to texturize the first conductive layer.
이와 같은 태양전지 제조 시스템에 따르면, 태양전지를 제조하기 위한 여러 장치들을 인라인으로 연결함으로써, 공정 효율을 향상시키고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 실리콘 박막들을 형성하기 위한 박막 증착부를 복수의 공정 챔버를 구비하는 클러스터 구조로 형성함으로써, 박막 증착의 공정 효율을 높일 수 있다. 더욱이, 분할전극 구조의 공정 챔버를 이용함으로써, 비정질 실리콘층들과 미세결정질 실리콘층들이 교대로 적층된 진성 실리콘층을 용이하게 증착할 수 있으 며, 이를 통해 광전 효율이 향상된 태양전지를 제조할 수 있다.According to such a solar cell manufacturing system, by connecting in-line several devices for manufacturing a solar cell, it is possible to improve the process efficiency and reduce the manufacturing cost. In addition, by forming the thin film deposition unit for forming the silicon thin film in a cluster structure having a plurality of process chambers, it is possible to increase the process efficiency of the thin film deposition. Furthermore, by using the process chamber of the split-electrode structure, it is possible to easily deposit an intrinsic silicon layer in which amorphous silicon layers and microcrystalline silicon layers are alternately stacked, thereby manufacturing a solar cell having improved photoelectric efficiency. have.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The above-described features and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. Could be. The present invention is not limited to the following embodiments and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the present invention to those skilled in the art. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. In the drawings, the thickness of each device or film (layer) and regions has been exaggerated for clarity of the invention, and each device may have various additional devices not described herein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 1 is a configuration diagram schematically showing a solar cell manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 태양전지 제조 시스템(100)은 제1 전극 형성부(110), 제1 패터닝부(120), 박막 증착부(200), 제2 패터닝부(140), 제2 전극 형성부(150) 및 제3 패터닝부(160)를 포함한다. 또한, 태양전지 제조 시스템(100)은 기판(310)을 이송하기 위한 이송 장치(170)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the solar
상술한 태양전지 제조 시스템(100)의 각 구성 부분은 각각 별개의 장치로 구현되어 이송 장치(170)를 통해 서로 연결될 수 있다. 이송 장치(170)는 태양전지를 제조하기 위한 기판(310)을 제1 전극 형성부(110), 제1 패터닝부(120), 박막 증착부(130), 제2 패터닝부(140), 제2 전극 형성부(150) 및 제3 패터닝부(160)로 순차적으로 이송한다. 이송 장치(170)는 기판(310)의 이송을 위한 컨베이어 벨트 또는 로보트 아암 등을 포함할 수 있으며, 이 외에도 기판(310)을 이송할 수 있는 다양한 수단을 포함할 수 있다. Each component of the solar
이하, 태양전지 제조 시스템의 구성 부분들을 태양전지의 제조 공정과 연계하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, components of the solar cell manufacturing system will be described in detail in connection with the manufacturing process of the solar cell.
도 2 내지 도 4, 도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 공정단계별로 도시한 개략적인 단면도들이다.2 to 4 and 15 to 17 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the solar cell according to an embodiment of the present invention for each process step.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이송 장치(170)에 로딩된 기판(310)은 이송 장치(170)의 이송을 통해 제1 전극 형성부(110)로 이송된다. 기판(310)은 빛이 투과될 수 있도록 투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 기판(310)은 보론(boron)이 첨가된 소다라임 유리로 형성될 수 있다. 1 and 2, the
제1 전극 형성부(110)에서는 이송 장치(170)를 통해 이송된 기판(310) 상에 제1 도전층(320)을 형성한다. 제1 전극 형성부(110)는 예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 방식 또는 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD) 방식을 통해 제1 도전층(320)을 형성한다. In the first
제1 도전층(320)은 기판(310) 측으로부터 입사되는 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전 물질로 형성된다. 예를 들어, 제1 도전층(320)은 틴 옥사이드(tin oxide), 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide) 및 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide) 등으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 광이 입사되는 방향이 반대인 경우, 제1 도전층(320)은 광을 반사시키기 위한 도전성 광반사 물질로 형성될 수 있다. 한편, 제1 도전층(320)이 증착된 상태의 기판(310)이 태양전지 제조 시스템(100)에 투입되는 경우에는 제1 전극 형성부(110)를 제거할 수 있다.The first
도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 전극 형성부(110)에서 제1 도전층(320)이 형성된 기판(310)은 이송 장치(170)를 통해 제1 패터닝부(120)로 이송된다. 제1 패터닝부(120)는 제1 도전층(320)을 패터닝하여 제1 전극(322)을 형성한다. 1 and 3, the
제1 패터닝부(120)는 제1 도전층(320)의 패터닝을 위해 레이저를 공급하는 레이저 공급기(122)를 포함한다. 레이저를 통해 패터닝을 진행할 경우, 패터닝 시 발생되는 파티클이 기판(310) 상에 쌓여 단락 등의 불량을 야기시킬 수 있다. 따라서, 레이저 공급기(122)는 제1 도전층(320)의 패터닝 시 발생되는 파티클이 기판(310) 상에 쌓이지 않도록 이송 장치(170)의 하부에 설치되어 이송 장치(170)의 상부로 지나가는 기판(310)에 레이저를 공급하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 제 1 전극 형성부(110)에서 제1 도전층(320)이 형성된 기판(310)을 제1 패터닝부(120)에 도달되기 전에 뒤집는 작업이 선행되어야 한다. 한편, 레이저 공급기(122)는 이송 장치(170)의 상부에 설치될 수도 있으며, 이때에는 기판(310)을 뒤집는 작업은 필요없게 된다. 레이저 공급기(122)가 이송 장치(170)의 상부에 설치된 경우에는 패터닝 시 발생되는 파티클을 제거하기 위하여 제1 패터닝부(120)의 후단에 추가적인 세정부(미도시)를 추가하여 세정 작업을 진행하는 것이 바람직하다.The
도 1 및 도 4를 참조하면, 제1 패터닝부(120)에서 제1 전극(322)의 형성이 완료된 기판(310)은 이송 장치(170)를 통해 박막 증착부(200)로 이송된다. 박막 증착부(200)는 제1 전극(322)이 형성된 기판(310) 상에 광전 변환층(330)을 증착한다. 1 and 4, the
도 5는 도 1에 도시된 박막 증착부를 구체적으로 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 박막 증착부의 평면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 중앙 챔버의 내부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating in detail the thin film deposition unit illustrated in FIG. 1, FIG. 6 is a plan view illustrating the thin film deposition unit illustrated in FIG. 5, and FIG. 7 is a plan view schematically illustrating the interior of the central chamber illustrated in FIG. 5.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 박막 증착부(200)는 중앙 챔버(210), 제1 공정 챔버(220), 제2 공정 챔버(230) 및 제3 공정 챔버(240)를 포함할 수 있다.4 to 7, the thin
박막 증착부(200)는 중앙집중형 멀티챔버 구조, 즉 클러스터 구조로 형성될 수 있으며, 이때 중앙 챔버(210)는 클러스터 구조의 중앙에 설치된다. 중앙 챔버(210)는 주변에 설치되는 공정 챔버들의 개수에 따라 4각, 5각, 6각, 또는 그 이상의 다각형 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 도 5에서는 8각 구조의 중앙 챔버(210)를 예시하였다.The thin
중앙 챔버(210)는 기판(310)을 이송하기 위한 기판이송 유닛(212)을 포함한다. 기판이송 유닛(212)은 로딩/언로딩부(250)로부터 기판(310)을 인출하여 각 공정 챔버에 기판(310)을 이송하거나, 각 공정 챔버로부터 기판(310)을 인출하여 로딩/언로딩부(250)로 기판(310)을 이송한다. 기판(310)의 이송을 위해, 기판이송 유닛(212)은 기판(310)을 지지하기 위한 블레이드(214) 및 기판(310)을 이송하기 위한 아암부(216) 등을 포함할 수 있다. 이 외에도, 기판이송 유닛(212)은 기판(310)을 이송할 수 있는 다양한 수단으로 구성될 수 있다.The
로딩/언로딩부(250)에 로딩된 기판(310)은 기판이송 유닛(212)을 통해 제1 공정 챔버(220)로 이송된다. 제1 공정 챔버(220)는 제1 전극(322)이 형성된 기판(310) 상에 제1 불순물 도핑 실리콘층(332)을 증착한다. The
제1 공정 챔버(220)에서 제1 불순물 도핑 실리콘층(332)의 형성이 완료된 기판(310)은 기판이송 유닛(212)을 통해 제2 공정 챔버(230)로 이송된다. 제2 공정 챔버(230)는 제1 불순물 도핑 실리콘층(332)이 형성된 기판(310) 상에 진성 실리콘층(334)을 증착한다. The
제2 공정 챔버(230)에서 진성 실리콘층(334)의 형성이 완료된 기판(310)은 기판이송 유닛(212)을 통해 제3 공정 챔버(240)로 이송된다. 제3 공정 챔버(240)는 진성 실리콘층(334)이 형성된 기판(310) 상에 제2 불순물 도핑 실리콘층(336)을 증착한다.The
한편, 진성 실리콘층(334)의 증착속도는 제1 불순물 도핑 실리콘층(332) 및 제2 불순물 도핑 실리콘층(336)의 증착속도보다 느릴 수 있으므로, 물류의 원활하 나 흐름을 위해 제2 공정 챔버(230)는 제1 공정 챔버(220) 및 제3 공정 챔버(240)보다 많은 수가 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 5에는 5개의 제2 공정 챔버(230)가 설치된 구성을 예시하였다. 한편, 제1, 제2 및 제3 공정 챔버(220, 230, 240)의 배열 위치는 다양하게 변경될 수 있다.Meanwhile, since the deposition rate of the
제1 공정 챔버(220), 제2 공정 챔버(230) 및 제3 공정 챔버(240)를 거침에 따라, 기판(310) 상에는 제1 불순물 도핑 실리콘층(332), 진성 실리콘층(334) 및 제2 불순물 도핑 실리콘층(336)을 포함하는 광전 변환층(330)의 형성이 완료된다. 예를 들어, 제1 불순물 도핑 실리콘층(332)은 붕소(B), 칼륨(K) 등의 3가 원소인 p형 불순물을 포함하는 실리콘 물질로 형성되고, 제2 불순물 도핑 실리콘층(336)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 5가 원소인 n형 불순물을 포함하는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 제1 불순물 도핑 실리콘층(332)은 p형 실리콘층이라 칭하고, 제2 불순물 도핑 실리콘층(336)은 n형 실리콘층이라 칭한다. 따라서, 광전 변환층(330)은 p형 실리콘층(332), 진성 실리콘층(334) 및 n형 실리콘층(336)이 차례로 적층된 핀(PIN) 다이오드 구조로 형성되며, 외부로부터 입사되는 광에 반응하여 광전 효과를 일으키게 된다. 한편, 광이 입사되는 쪽에 p형 실리콘층이 배치되어야 하므로, 광의 입사 방향에 따라, p형 실리콘층(332)과 n형 실리콘층(336)의 위치가 서로 바뀔 수도 있다. As it passes through the
p형 실리콘층(332)은 비정질(amorphous) 실리콘 및 미세결정질(micro-crystalline) 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, p형 실리콘층(332)은 비정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리 콘에 p형 불순물이 도핑된 구조, 또는 p형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등으로 형성될 수 있다.The p-
외부로부터 기판(310)을 통해 입사되는 광은 p형 실리콘층(332)을 통과한 후 실질적으로 광전 변환을 일으키는 진성 실리콘층(334)에 도달된다. 따라서, 진성 실리콘층(334)에 입사되는 광의 손실을 방지하기 위하여, p형 실리콘층(332)을 통과하는 광이 p형 실리콘층(332)에서 흡수되지 않고 통과되는 것이 바람직하다. 이를 위해, p형 실리콘층(332)은 진성 실리콘층(332)과는 다른 밴드갭(band gap) 특성을 갖는 것이 바람직하며, 특히, p형 실리콘층(332)은 광이 흡수되지 않도록 진성 실리콘층(332)에 비하여 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 밴드갭 에너지를 증가시키기 위하여, p형 실리콘층(332)에는 탄소(C)가 더 첨가될 수 있다. p형 실리콘층(332)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å 정도의 두께로 형성될 수 있다.Light incident from the outside through the
n형 실리콘층(336)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(336)은 비정질 실리콘 및 미세결정질 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, n형 실리콘층(336)은 비정질 실리콘에 n형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리콘에 n형 불순물이 도핑된 구조, 또는 n형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등으로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(336)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성될 수 있다.The n-
도 8은 도 4에 도시된 진성 실리콘층의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the intrinsic silicon layer illustrated in FIG. 4.
도 8을 참조하면, 제2 공정 챔버(230)는 진성 실리콘층(334)을 형성하기 위 하여, 복수의 비정질 실리콘층들(337)과 복수의 미세결정질 실리콘층들(338)을 교대로 증착할 수 있다. 여기서, 미세결정질 실리콘층(338)은 비정질과 단결정 실리콘의 경계물질로서 수십 nm에서 수백 nm의 결정크기를 갖는 나노 스케일(nano scale)의 실리콘 결정들이 형성된 층을 의미한다. 도 8에는 2개의 비정질 실리콘층들(337)과 2개의 미세결정질 실리콘층들(338)이 교대로 적층된 구조가 도시되어 있으나, 실제로는 이보다 많은 수의 비정질 실리콘층들(337)과 미세결정질 실리콘층들(338)이 형성될 수 있다. 비정질 실리콘층(337)과 미세결정질 실리콘층(338)은 서로 다른 두께를 갖거나, 또는 서로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 비정질 실리콘층들(337)과 미세결정질 실리콘층들(338)은 서로 동일한 층수를 갖거나, 서로 다른 층수를 갖도록 형성될 수 있다. 진성 실리콘층(334)의 두께는 비정질 실리콘층(337)과 미세결정질 실리콘층(338)의 두께 비에 따라 탄력적으로 변할 수 있으며, 예를 들어, 약 500 ~ 2000nm의 두께로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the
일반적으로, 실리콘 박막을 이용한 광전소자는 진성 실리콘층(334)의 광 흡수율과 광전변환효율에 따라 광전 효율이 결정된다. 이러한 관점에서, 비정질 실리콘층(337)은 결정면을 갖지 않기 때문에 미세결정질 실리콘층(338)에 비하여 광 흡수율이 우수하다. 반면, 미세결정질 실리콘층(338)은 결정면에서 광을 반사시키기 때문에 광 흡수율은 비정질 실리콘층(337)보다 낮지만, 전자 이동도가 비정질 실리콘층(337)보다 우수하기 때문에 흡수된 광을 전기로 변환하는 광전변환효율은 비정질 실리콘층(337)보다 우수하다. 따라서, 광 흡수율이 우수한 비정질 실리콘층들(337)과 광전변환효율이 우수한 미세결정질 실리콘층들(338)을 교대로 형성하 게 되면, 두 층이 만나는 부분에서는 광 흡수율과 전자 이동도가 모두 우수한 영역이 형성되어 진성 실리콘층(334)의 광전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 비정질 실리콘층(337)과 미세결정질 실리콘층(338)은 서로 다른 파장대의 광을 흡수하므로, 비정질 실리콘층(337)에서 흡수하지 못한 파장대의 광을 미세결정질 실리콘층(338)에서 흡수하게 되어 광전 효율이 향상될 수 있다.In general, in the photoelectric device using the silicon thin film, the photoelectric efficiency is determined according to the light absorption rate and the photoelectric conversion efficiency of the
한편, 진성 실리콘층(334)에 형성되는 비정질 실리콘층들(337)의 두께에 따라 광 흡수율이 달라지게 된다. 람베르트의 법칙(Laambert's law)에 따르면, 흡수층에 입사되는 광의 세기와 투과광의 세기와의 비율의 로그값은 흡수층의 두께에 비례하게 된다. 이에 따라, 비정질 실리콘층의 두께가 약 0.3㎛ 이상에서 광 흡수율이 90% 이상이며, 특히, 약 0.4㎛ 이상의 두께에서는 95% 이상의 광 흡수율을 갖는다. 또한, 비정질 실리콘층의 두께가 1.0㎛일 때, 거의 100%에 가까운 광 흡수율을 갖는다. 이러한 비정질 실리콘층의 특성을 고려하면, 진성 실리콘층(334)에 형성되는 비정질 실리콘층들(337)의 총 두께는 약 0.4 ~ 1.0㎛로 형성하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the light absorption rate varies depending on the thicknesses of the amorphous silicon layers 337 formed on the
이와 같이, 진성 실리콘층(334) 내에 복수의 비정질 실리콘층들(337)과 복수의 미세결정질 실리콘층들(338)을 교대로 형성하게 되면, 입사광의 흡수 및 반사가 여러 실리콘층들에서 반복적으로 수행되어, 결국 비정질 실리콘층 또는 미세결정질 실리콘층만을 사용하는 구조에 비하여 광전 효율이 증가하게 된다. 한편, p형 실리콘층(332), 진성 실리콘층(334) 및 n형 실리콘층(336)은 하나의 공정 챔버에서 연속적으로 증착될 수도 있다.As such, when the plurality of amorphous silicon layers 337 and the plurality of microcrystalline silicon layers 338 are alternately formed in the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 공정 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 10은 도 9에 도시된 분할전극 어셈블리를 나타낸 사시도이다.FIG. 9 is a view schematically illustrating a second process chamber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a perspective view illustrating the split electrode assembly illustrated in FIG. 9.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제2 공정 챔버(230)는 챔버 몸체(410) 및 챔버 몸체(410) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 분할 전극 어셈블리(430)를 포함한다.9 and 10, the
분할전극 어셈블리(430)는 기판(310)을 지지하는 기판 지지대(440)와 대향하도록 설치된다. 분할전극 어셈블리(430)는 챔버 몸체(410) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 복수의 정전압 전극들(432) 및 복수의 부전압 전극들(434)을 포함한다. 정전압 전극들(432)과 부전압 전극들(434)은 일정한 간격을 두고 서로 교대적으로 배열되는 선형 배열 구조로 설치될 수 있다. 이 외에도, 정전압 전극들(432)과 부전압 전극들(434)은 매트릭스 형태의 배열 구조, 상호 교대적인 나선형 배열 구조, 상호 교대적인 동심원 배열 구조 등의 다양한 배열 구조를 가질 수 있다.The
제2 공정 챔버(230)는 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)에 전원을 인가하기 위한 메인 전원 공급부(450)를 더 포함할 수 있다. 메인 전원 공급부(450)에서 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(452)와 분배 회로(454)를 거쳐 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)에 공급될 수 있다. 분배 회로(454)는 복수로 분할된 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)이 병렬 구동될 수 있도록 메인 전원 공급부(450)로부터 제공되는 무선 주파수 전원을 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)에 분배하여 공급한다. 바람직하게, 분배 회로(454)는 전류 균형 회로로 구성되어, 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434) 에 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루도록 제어한다. 분배 회로(454)로부터 출력되는 정전압은 정전압 전극(432)에 공급되고, 정전압과 다른 위상을 갖는 부전압은 부전압 전극(434)에 공급된다. 이와 달리, 분배 회로(454)로부터 출력되는 정전압은 정전압 전극들(432)에 공급되는 반면, 부전압 전극들(434)은 공통으로 접지될 수 있다. 따라서, 메인 전원 공급부(450)로부터 공급되는 무선 주파수 전원에 의하여 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434) 사이에 플라즈마가 발생된다.The
정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)은 전극 장착판(436)에 장착될 수 있다. 전극 장착판(436)은 금속, 비금속 또는 이들의 혼합 물질로 형성될 수 있다. 전극 장착판(436)이 금속으로 형성된 경우에는 정전압 전극들(432) 및 부전압 전극들(434)과 전기적으로 절연된 구조가 적용되어야 한다. 전극 장착판(436)에는 복수의 가스 분사홀들(438)이 형성될 수 있다. 가스 분사홀들(438)은 원, 타원, 사각형, 삼각형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 가스 분사홀들(438)은 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434) 사이에 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 가스 분사홀(438)은 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434) 사이에 길이 방향을 따라 연장되는 슬릿 형상으로 형성될 수 있다.The
분할전극 어셈블리(430)의 외측에는 가스공급 어셈블리(420)가 설치될 수 있다. 가스공급 어셈블리(420)는 외부의 가스 공급부(460)와 연결되는 가스 입구(422), 하나 이상의 가스 분배판(424) 및 복수의 가스 주입구들(426)을 포함할 수 있다. 이때, 가스 주입구들(426)은 전극 장착판(436)에 형성된 가스 분사홀 들(438)과 대응되게 형성된다. 따라서, 가스 공급부(460)로부터 가스 입구(422)를 통하여 입력된 반응 가스는 하나 이상의 가스 분배판(424)에 의해 고르게 분배되고, 가스 주입구들(426)과 그에 대응된 가스 분사홀들(438)을 통하여 챔버 몸체(410)의 내부로 고르게 분사될 수 있다.The
기판 지지대(440)는 플라즈마 발생 효율을 높이기 위하여 바이어스 전원 공급부(442)에 의해 바이어스될 수 있다. 예를 들어, 바이어스 전원 공급부(442)로부터 출력되는 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(444)를 거쳐 기판 지지대(440)에 바이어스된다. 한편, 기판 지지대(440)는 두 개의 바이어스 전원 공급부로부터 서로 다른 무선 주파수 전원이 바이어스되는 이중 바이어스 구조를 가질 수 있다. 또한, 기판 지지대(440)는 접지와 연결되어 바이어스의 공급 없이 제로 포텐셜(zero potential)로 유지될 수 있다. 기판 지지대(440)는 기판(310)을 가열하기 위한 히터(미도시)를 포함할 수 있다.The
한편, 기판 지지대(440)는 공정 효율을 높이기 위하여 이동 제어부(460)의 제어에 따라 기판(310)과 평행하게 선형 또는 회전 이동이 가능한 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 기판 지지대(440)는 챔버 몸체(410) 내부에 고정된 구조를 가질 수 있다.On the other hand, the
도 9에는 기판 지지대(440)가 챔버 몸체(410)의 하부 영역에 설치되고 분할전극 어셈블리(430)가 챔버 몸체(410)의 상부 영역에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리, 기판 지지대(440)가 상부에 설치되고 분할전극 어셈블리(430)가 하부에 설치된 구조를 가질 수도 있다.9 illustrates a structure in which the
이러한 구조를 갖는 제2 공정 챔버(230)에 따르면, 플라즈마 방전을 위한 전극을 복수의 정전압 전극들(432)과 복수의 부전압 전극들(434)이 일정한 간격으로 교대로 배열된 분할전극 구조로 형성함으로써, 대면적에 걸쳐 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 정전압 전극들(432)과 부전압 전극들(434)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로써, 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지시킬 수 있다. According to the
한편, 제2 공정 챔버(230)는 가스 공급부(460)와 챔버 몸체(410) 사이에 설치되어, 챔버 몸체(410) 내부에 플라즈마를 공급하기 위한 원격 플라즈마 발생기(Remote Plasma Generator : RPG, 480)를 더 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(480)는 가스 공급부(450)로부터 공급되는 반응 가스에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 원격 플라즈마 발생기(480)에서 발생된 플라즈마는 가스공급 어셈블리(420)를 통하여 챔버 몸체(410)에 공급될 수 있다.On the other hand, the
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 공정 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 12 내지 도 14는 도 11에 도시된 레이저 공급부의 다양한 구성 방법을 나타낸 도면들이다. 도 11에서, 레이저 공급부가 추가되는 것을 제외한 나머지 구성은 도 9에 도시된 것과 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.FIG. 11 is a view schematically showing a second process chamber according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 12 to 14 are views showing various configuration methods of the laser supply unit shown in FIG. 11. In FIG. 11, the rest of the configuration except that the laser supply unit is added is the same as that shown in FIG. 9, and the same reference numerals are used for the same components, and detailed description thereof will be omitted.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 제2 공정 챔버(500)는 플라즈마 밀도를 높이기 위하여 챔버 몸체(410)의 내부에 레이저를 공급하는 레이저 공급부(510)를 더 포함한다.11 to 14, the
레이저 공급부(510)는 챔버 몸체(410)의 외부에 설치된다. 레이저 공급부(510)가 챔버 몸체(410)의 내부에 설치될 경우 기판(310)에 증착되는 증착 물질이 레이저 공급부(510)에 불필요하게 증착되어 레이저 공급부(510)의 기능을 저하시킬 수 있으므로, 레이저 공급부(510)의 오염을 방지하기 위하여 레이저 공급부(510)는 챔버 몸체(410)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다.The
레이저 공급부(510)는 플라즈마가 발생되는 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434) 사이 영역에 레이저 주사 라인(512)이 형성되도록 챔버 몸체(410)의 내부에 레이저를 공급한다. 레이저 공급부(510)로부터 공급되는 레이저는 챔버 몸체(410) 내부에 유입되는 반응 가스를 여기시켜 플라즈마를 추가적으로 발생시킨다. 따라서, 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434) 사이에는 정전압 전극(432)과 부전압 전극(434)에 의한 플라즈마 생성과 함께, 레이저에 의한 플라즈마 생성이 추가되어, 플라즈마의 밀도가 높아지게 된다. 한편, 챔버 몸체(410) 내부에 형성되는 플라즈마는 공급되는 반응 가스에 따라 다양한 종류의 이온화된 입자들을 포함할 수 있으므로, 플라즈마에 포함된 입자에 대응하여 레이저 공급부(510)로부터 발생되는 레이저의 파장을 변경함으로써, 플라즈마의 밀도를 더욱 높일 수 있다.The
레이저 공급부(510)는 챔버 몸체(410)의 외부에 설치되므로, 챔버 몸체(410)는 레이저 공급부(510)로부터의 레이저를 챔버 몸체(410)의 내부로 투과시키기 위한 하나 이상의 레이저 투과 윈도우(412)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 투과 윈도우(412)는 챔버 몸체(410)의 서로 마주보는 측면에 슬롯 형상으로 형성되거나, 측면을 한바퀴 감싸는 띠 형상으로 형성될 수 있다. 이 외에도, 레이저 투 과 윈도우(412)는 레이저 공급부(510)의 배치에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. Since the
레이저 공급부(510)는 레이저 투과 윈도우(412)의 외부에 설치되어 챔버 몸체(410)의 내부로 레이저를 주사하는 하나 이상의 레이저 발생기(514)를 포함한다. 레이저 발생기(514)는 레이저 투과 윈도우(412)를 통하여 챔버 몸체(410)의 내부로 레이저를 주사하여 챔버 몸체(410)의 내부에 적어도 하나 이상의 레이저 주사 라인(512)을 형성한다. The
도 12를 참조하면, 레이저 공급부(510)는 챔버 몸체(410)의 일측에 다수의 레이저 발생기들(514)이 레이저 투과 윈도우(412)를 따라 배열되고, 챔버 몸체(410)의 타측에 다수의 레이저 종결부들(516)이 레이저 투과 윈도우(412)를 따라 배열된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 레이저 발생기(514)의 설치 수에 대응되는 만큼의 레이저 주사 라인(512)이 형성되게 된다.Referring to FIG. 12, the
도 13을 참조하면, 레이저 공급부(510)는 레이저 발생기(514)로부터 출력되는 레이저를 반사시켜 챔버 몸체(410)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(512)을 형성하는 하나 이상의 반사 부재(518)를 더 포함할 수 있다. 이러한 레이저 공급부(510)는 다수의 레이저 발생기들(514), 다수의 반사 부재들(518) 및 다수의 레이저 종결부들(516)로 구성될 수 있다. 즉, 레이저 공급부(510)는 다수의 레이저 발생기들(514)이 서로 간격을 두어 설치되고, 레이저 발생기(514)의 반대측에 다수의 반사 부재들(518)이 설치된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 레이저 발생기(514)에서 발생된 레이저가 반대측에 설치된 반사 부재(518)를 통해 반사되어 챔버 몸 체(410)의 내부를 왕복하면서 다수의 레이저 주사 라인들(512)을 형성하게 된다.Referring to FIG. 13, the
도 14를 참조하면, 레이저 공급부(510)는 하나의 레이저 발생기(514), 레이저 발생기(514)에서 발생된 레이저를 챔버 몸체(410)의 내부를 왕복하도록 반사시키는 다수의 반사 부재들(518) 및 하나의 레이저 종결부(516)로 구성되어, 챔버 몸체(410)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(512)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, the
한편, 레이저 공급부(510)는 도 12 내지 도 14에 도시된 구조 이외에도 챔버 몸체(410)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(512)을 형성하기 위한 다양한 구조를 가질 수 있다. 또한, 레이저 발생기(514)로부터의 레이저를 챔버 몸체(410)의 내부로 주사시키기 위하여 적절한 구조의 광학계가 사용될 수도 있다.Meanwhile, in addition to the structure illustrated in FIGS. 12 to 14, the
이와 같이, 챔버 몸체(410)의 외부에 설치된 레이저 공급부(510)를 통해 챔버 몸체(410)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(512)을 형성함으로써, 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기판(310)에 형성되는 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다. As such, by forming a plurality of
한편, p형 실리콘층(332)을 형성하기 위한 제1 공정 챔버(220) 및 n형 실리콘층(336)을 형성하기 위한 제3 공정 챔버(240)는 진성 실리콘층(334)을 형성하기 위한 제2 공정 챔버(230)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Meanwhile, the
공정 챔버 내에서 증착되는 박막의 물성은 공급되는 반응 가스에 따라 변경된다. 따라서, 제1 공정 챔버(220)에는 p형 실리콘층(332)을 형성하기 위해 실란(SiH4), 수소(H2) 및 디보란(B2H6) 가스가 공급될 수 있으며, 제2 공정 챔 버(230)에는 진성 실리콘층(334)을 형성하기 위해 실란(SiH4) 및 수소(H2) 가스가 공급될 수 있으며, 제3 공정 챔버(240)에는 n형 실리콘층(336)을 형성하기 위해 실란(SiH4), 수소(H2) 및 포스핀(PH3) 가스가 공급될 수 있다. 또한, 제1 공정 챔버(220)에는 p형 실리콘층(332)을 증착할 때, 밴드갭 에너지를 증가시키기 위하여 메탄(CH4) 가스가 첨가될 수 있다. 또한, 제2 공정 챔버(230)에는 미세결정질 실리콘층(338)을 증착할 때, 비정질 실리콘층이 형성되는 것을 방지하기 위하여 불화규소(SiF4) 가스가 첨가될 수 있다.The physical properties of the thin film deposited in the process chamber change depending on the reactant gas supplied. Accordingly, silane (SiH 4), hydrogen (H 2) and diborane (B 2 H 6) gases may be supplied to the
제1 내지 제3 공정 챔버(220, 230, 240)에서 실리콘 박막을 형성함에 있어, 수소(H2)의 희석율(dilution ratio), 전극에 걸어주는 무선 주파수 전원의 파워 및 주파수, 챔버의 온도, 압력 등의 조건에 따라 형성되는 실리콘 박막의 성질이 달라지게 된다. 따라서, 실리콘 박막을 형성하기 위한 제1 내지 제3 공정 챔버(220, 230, 240)의 공정 조건을 제어함으로써, 비정질 실리콘층(337) 또는 미세결정질 실리콘층(338)을 형성할 수 있다. 특히, 분할전극 구조의 제2 공정 챔버(230)를 사용할 경우에는, 분할전극 어셈블리(430)에 공급되는 무선 주파수 전원의 주파수만을 변경함으로써, 비정질 실리콘층(337) 및 미세결정질 실리콘층(338)을 교대로 형성할 수 있다. 예를 들어, 주파수가 약 2 ~ 13.56㎒인 무선 주파수 전원을 분할전극 어셈블리(430)에 공급하면 비정질 실리콘층(337)이 증착되며, 약 40 ~ 100㎒인 무선 주파수 전원을 분할전극 어셈블리(430)에 공급하면 미세결정질 실리콘층(338)이 증착된다. 이와 같이, 분할전극 어셈블리(430)에 공급하는 무선 주파수 전원의 주파수만을 변경함으로써, 다른 공정 조건의 변화 없이 간단하게 비정질 실리콘 층(337) 및 미세결정질 실리콘층(338)을 교대로 증착할 수 있다.In forming the silicon thin film in the first to
한편, 박막 증착부(200)에서 광정 변환층(330)을 형성하는 시간은 제1 전극 형성부(110)에서 제1 도전층(320)을 형성하는 시간에 비하여 많은 시간이 걸릴 수 있으므로, 물류의 원활한 흐름과 제조 시간의 단축을 위해 복수의 박막 증착부들(200)이 구비될 수 있다.On the other hand, since the time for forming the light
도 1 및 도 15를 참조하면, 박막 증착부(200)에서 광전 변환층(330)의 증착이 완료된 기판(310)은 이송 장치(170)를 통해 제2 패터닝부(140)로 이송된다. 제2 패터닝부(140)는 광전 변환층(330)을 패터닝하여 광전 변환부(340)를 형성한다. 광전 변환부(340)는 p형 실리콘부(342), 진성 실리콘부(344) 및 n형 실리콘부(346)을 포함한다. 1 and 15, the
제2 패터닝부(140)는 광전 변환층(330)의 패터닝을 위해 레이저를 공급하는 레이저 공급기(142)를 포함한다. 제2 패터닝부(140)에 포함된 레이저 공급기(142)는 제1 패터닝부(120)에 포함된 레이저 공급기(122)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 이와 관련된 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
도 1 및 도 16을 참조하면, 제2 패터닝부(150)를 지나면서 광전 변환부(340)의 형성이 완료된 기판(310)은 이송 장치(170)를 통해 제2 전극 형성부(150)로 이송된다. 제2 전극 형성부(150)는 광전 변환부(340)가 형성된 기판(310) 상에 제2 도전층(350)을 형성한다. 제2 전극 형성부(150)는 예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 방식, 저압 화학기상증착(LPCVD) 방식 또는 이베퍼레이션(evaporation) 방식을 통해 제2 도전층(350)을 형성한다. 1 and 16, the
제2 도전층(350)은 기판(310) 측으로부터 입사되는 광을 반사시킬 수 있도록 도전성 광반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전층(350)은 은, 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일 금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 광이 입사되는 방향이 반대인 경우, 제2 도전층(350)은 광을 투과시키기 위한 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다.The second
도 1 및 도 17을 참조하면, 제2 전극 형성부(150)에서 제2 도전층(350)이 형성된 기판(310)은 이송 장치(170)를 통해 제3 패터닝부(160)로 이송된다. 제3 패터닝부(160)는 제2 도전층(350)을 패터닝하여 제2 전극(352)을 형성한다. 제3 패터닝부(160)는 제2 도전층(350)의 패터닝을 위해 레이저를 공급하는 레이저 공급기(162)를 포함한다. 제3 패터닝부(160)에 포함된 레이저 공급기(162)는 제1 패터닝부(120)에 포함된 레이저 공급기(122)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 이와 관련된 상세한 설명은 생략하기로 한다.1 and 17, the
한편, 제2 도전층(350)을 패터닝할 때, 광전 변환부(340)도 동시에 패터닝될 수 있다. 따라서, 제2 도전층(350) 및 광전 변환부(340)의 패터닝을 통해 다수의 태양전지 셀들(360)이 형성된다. 이때, 제2 전극(352)의 일부는 광전 변환부(340)에 형성된 홀을 통해 인접한 태양전지 셀(360)의 제1 전극(322)과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 태양전지 셀들(360)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 원하는 전력량을 생산할 수 있게 된다.Meanwhile, when patterning the second
제3 패터닝부(160)에서 제2 전극(352)의 형성이 완료된 기판(310)을 이송 장 치(170)를 통해 언로딩되며, 이를 끝으로 복수의 태양전지 셀들(360)이 형성된 태양전지의 제조가 완료된다.In the
한편, 태양전지 제조 시스템(100)은 제1 전극 형성부(110)의 앞단에 설치되는 세정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 세정부는 이송 장치(170)로부터 기판(310)을 이송받아 기판(310)의 표면을 세정한다. 세정부는 예를 들어, 습식 세정을 통해 기판(310)의 표면을 세정할 수 있다.Meanwhile, the solar
또한, 태양전지 제조 시스템(100)은 제1 전극 형성부(110)의 후단에 설치되는 텍스쳐링부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 텍스쳐링부는 광흡수율을 높이기 위하여 제1 도전층(320)의 표면에 미세 요철이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 처리를 수행한다. 텍스쳐링부는 예를 들어, 습식 식각 공정을 통해 제1 도전층(320) 표면을 텍스쳐링 처리한다.In addition, the solar
상술한 바와 같은 태양전지 제조 시스템에 따르면, 태양전지를 제조하기 위한 여러 장치들을 인라인으로 연결함으로써, 공정 효율을 향상시키고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 분할전극 구조의 공정 챔버를 이용함으로써, 비정질 실리콘층들과 미세결정질 실리콘층들이 교대로 적층된 진성 실리콘층을 용이하게 증착할 수 있으며, 이를 통해 광전 효율이 향상된 태양전지를 제조할 수 있다.According to the solar cell manufacturing system as described above, by connecting in-line several devices for manufacturing a solar cell, it is possible to improve the process efficiency and reduce the manufacturing cost. In addition, by using a process chamber having a split electrode structure, it is possible to easily deposit an intrinsic silicon layer in which amorphous silicon layers and microcrystalline silicon layers are alternately stacked, thereby manufacturing a solar cell having improved photoelectric efficiency. .
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 1 is a configuration diagram schematically showing a solar cell manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4, 도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 공정단계별로 도시한 개략적인 단면도들이다.2 to 4 and 15 to 17 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the solar cell according to an embodiment of the present invention for each process step.
도 5는 도 1에 도시된 박막 증착부를 구체적으로 나타낸 사시도이다.5 is a perspective view illustrating in detail the thin film deposition unit illustrated in FIG. 1.
도 6은 도 5에 도시된 박막 증착부의 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of the thin film deposition unit illustrated in FIG. 5.
도 7은 도 5에 도시된 중앙 챔버의 내부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.FIG. 7 is a plan view schematically illustrating the interior of the central chamber illustrated in FIG. 5.
도 8은 도 4에 도시된 진성 실리콘층의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the intrinsic silicon layer illustrated in FIG. 4.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 공정 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다. 9 is a schematic view of a second process chamber in accordance with one embodiment of the present invention.
도 10은 도 9에 도시된 분할전극 어셈블리를 나타낸 사시도이다.FIG. 10 is a perspective view illustrating the split electrode assembly illustrated in FIG. 9.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 공정 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다. 11 is a schematic view of a second process chamber in accordance with another embodiment of the present invention.
도 12 내지 도 14는 도 11에 도시된 레이저 공급부의 다양한 구성 방법을 나타낸 도면들이다. 12 to 14 are views illustrating various configuration methods of the laser supply unit illustrated in FIG. 11.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 태양전지 제조 시스템 110 : 제1 전극 형성부100: solar cell manufacturing system 110: first electrode forming portion
120 : 제1 패터닝부 140 : 제2 패터닝부120: first patterning unit 140: second patterning unit
150 : 제2 전극 형성부 160 : 제3 패터닝부150: second electrode forming portion 160: third patterning portion
170 : 이송 장치 200 : 박막 증착부170: transfer device 200: thin film deposition unit
210 : 중앙 챔버 220 : 제1 공정 챔버210: central chamber 220: first process chamber
230 : 제2 공정 챔버 240 : 제3 공정 챔버230: second process chamber 240: third process chamber
250 : 로딩/언로딩부 310 : 기판250: loading / unloading unit 310: substrate
320 : 제1 도전층 322 : 제1 전극320: first conductive layer 322: first electrode
330 : 광전 변환층 340 : 광전 변환부330: photoelectric conversion layer 340: photoelectric conversion part
350 : 제2 도전층 352 : 제2 전극350: second conductive layer 352: second electrode
360 : 박막 태양전지 셀 430 : 분할전극 어셈블리360: thin film solar cell 430: split electrode assembly
432 : 정전압 전극 434 : 부전압 전극432: constant voltage electrode 434: negative voltage electrode
510 : 레이저 공급부510: laser supply
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