KR20100030090A - 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건식 식각 방법을 통해 반도체 기판에 요철을 형성하여 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있는 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 태양전지의 제조방법은 반도체 기판을 챔버 내부로 로딩하는 단계; 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스와 고주파를 이용하여 진공 상태의 상기 챔버 내부에 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 반도체 기판의 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 건식 식각, 친환경, 요철, 반응가스
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 건식 식각 방법을 통해 반도체 기판에 요철을 형성하여 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있는 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 PN 접합 원리를 이용하여 태양광을 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 일반적으로, 태양 전지의 성능은 태양광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 효율로 나타낸다. 이에 따라, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
태양 전지의 효율을 높이기 위한 방법으로는 반도체 기판의 표면에 요철을 형성함으로써 태양광의 반사율을 감소시켜 태양광의 흡수를 최대화하는 방법이 있다.
일반적으로, 반도체 기판에 요철을 형성하는 방법으로는 습식 식각(Wet Etching) 방법이 이용되고 있다. 습식 식각 방법은 염산, 황산, 과산화수소, 또는 이들이 조성된 식각 용액으로 반도체 기판의 표면을 식각함으로써 반도체 기판에 요철을 형성하게 된다.
그러나, 습식 식각 방법은 미세한 요철을 형성할 수 없으므로 반사율을 줄이는데 한계가 있으며, 특히 화학약품의 사용으로 인하여 공해 물질을 배출량이 많으므로 환경 오염을 일으키는 문제점이 있다. 이러한 환경 오염은 지구 온난화 방지를 위한 배출 가스의 규제 대상으로 대두 되고 있기 때문에 상술한 제조 공정 상의 환경 오염을 방지하거나 최소화하지 않고는 태양 전지를 완전한 친환경 에너지원이라 할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 환경 오염을 최소화할 수 있는 제조 공정을 통해 반도체 기판에 미세한 요철을 형성하여 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건식 식각 방법을 통해 반도체 기판에 요철을 형성하여 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있는 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 반도체 기판을 챔버 내부로 로딩하는 단계; 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스와 고주파를 이용하여 진공 상태의 상기 챔버 내부에 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 반도체 기판의 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 피라미드 형태를 가지며, 상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지며, 상기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 반도체 기 판; 및 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 피라미드 형태의 요철을 포함하여 구성되며, 상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 반도체 기판; 및 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지도록 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 요철을 포함하여 구성되며, 상기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스와 고주파를 이용한 플라즈마 식각 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조장치는 챔버; 상기 챔버 내부로 로딩되는 반도체 기판을 지지하는 트레이; 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스를 상기 챔버의 반응공간에 분사하는 가스 분사장치; 및 플라즈마 식각을 통해 상기 반도체 기판에 요철을 형성하기 위한 고주파를 상기 트레이에 인가하는 고주파 공급부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 피라미드 형태를 가지며, 상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 요철은 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지며, 상 기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 반응가스의 조성에서 상기 삼염화붕소 가스 또는 상기 삼염화인 가스의 조성은 상기 산소 가스보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 반응가스의 조성에서 상기 염소 가스는 상기 산소 가스보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 챔버 내부는 140mTorr ~ 400mTorr 범위의 진공 상태인 것을 특징으로 한다.
상기 고주파는 350㎑ ~ 13.56㎒ 범위의 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 고주파는 1㎾ ~ 15㎾ 범위의 전력을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 지구 온난화 가스를 배출하지 않는 염소/삼염화붕소/산소 가스 또는 염소/삼염화인/산소 가스로 조성된 반응가스를 사용하여 반도체 기판의 표면에 미세 요철 패턴을 포함하는 요철을 형성함으로써 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있으며, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 태양전지의 제조 공정에서 발생되는 환경 오염을 방지하거나 최소화할 수 있으므로 친환경적인 태양전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 반도체 기판에 요철을 형성하기 위한 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 식각하려는 반도체 기판(10)을 챔버(미도시) 내로 로딩하여 서셉터(미도시)에 안착시킨다.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 서셉터에 반도체 기판(10)이 안착되면, 챔버 내부에 진공 분위기를 형성한 후, 반응가스를 주입함과 동시에 고주파(RF)를 인가함으로써 반도체 기판(10) 상에 플라즈마(Plasma)를 형성한다. 여기서, 플라즈마는 이온(Ion)이나 전자(Electron), 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 의미한다. 이러한 플라즈마를 형성하는 방법은 반응 이온 식각(Reactive Ion Etching), 자기 강화 반응 이온 식각(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), 화학적 기류 식각(Chemically Downstream Etching), 전자 사이클로트론 공진(Electron Cyclotron Resonance), 및 변환 결합 플라즈마(Transformer Coupled Plasma) 중 어느 한 방법이 사용될 수 있다.
상기의 플라즈마 식각을 위해 본 발명에서는 지구 온난화 가스를 배출하지 않는 친환경적인 반응가스를 사용하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 염소(Cl2)/ 삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스를 사용하게 된다. 이러한 반응가스의 조성비율에서 삼염화붕소 가스(또는 삼염화인 가스)는 산소 가스보다 높은 조성비율을 가지며, 삼염화붕소 가스(또는 삼염화인 가스) 대 산소 가스의 조성비율은 1:1 ~ 1:10 범위인 것이 바람직하다. 또한, 반응가스의 조성비율에서 염소 가스는 산소 가스보다 높은 조성비율을 가지며, 염소 가스 대 산소 가스의 조성비율은 9:1인 것이 바람직하다.
그리고, 반도체 기판(10) 상에 플라즈마를 형성하기 위한 공정 조건은 아래의 표 1과 같다.
| 챔버 내 압력 | 140mTorr ~ 400mTorr |
| RF 주파수 | 350㎑ ~ 13.56㎒ |
| RF Power | 5㎾ ~ 15㎾ |
| 반응가스 | Cl2/BCl3/O2 또는 Cl2/PCl3/O2 |
| Cl2 가스의 유량 | 2000 ~ 4000sccm |
| O2 가스의 유량 | 2000 ~ 3000sccm |
| BCl3 또는 PCl3 가스의 유량 | 250 ~ 400sccm |
| 반응시간 | 120sec 이상 |
| 가스 온도 | 상온 |
이어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)은 상기의 표 1과 같은 공정조건에 의해 챔버에서 생성되는 플라즈마에 의해 식각됨으로써 반도체 기판(10)의 표면에는 요철(12)이 형성된다. 이때, 요철(12)은 산 부분에 복수의 미세 요철 패턴(14)이 형성된 피라미드 형태를 가지거나, 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴(14)이 형성된 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 사다리꼴 육면체 형태를 가질 수 있다.
한편, 상술한 표 1의 공정조건에 의해 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정한 결과를 설명하면 다음과 같다.
일 실험 예에 있어서, 상술한 표 1의 공정조건 중 반응가스의 조성비를 변화시켜 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)을 제조한 후, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정하면 도 2a 및 도 2b와 같다. 여기서, 요철(12)이 형성되지 않은 상태의 반도체 기판(10)의 반사율은 30% 정도가 된다.
먼저, 염소 가스와 삼염화붕소 가스의 조성비율을 9:1로 조성하고, 산소 가스의 조성비율을 1씩 증가시킨 각 반응가스를 이용하여 반도체 기판(10)에 요철(12)을 형성하고, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정한 결과를 도 2a에 나타내었다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 염소:삼염화붕소:산소 가스가 9:1:1로 조성된 반응가스를 이용한 반도체 기판(10)의 반사율이 가장 낮은 것을 볼 수 있으며, 반응가스의 조성비율 중 산소 가스의 조성비율이 1 미만이거나 초과될 경우 반도체 기판(10)의 반사율이 증가하는 것을 볼 수 있다.
그리고, 염소 가스와 산소 가스의 조성비율을 9:1로 조성하고, 삼염화붕소 가스의 조성비율을 1씩 증가시킨 각 반응가스를 이용하여 반도체 기판(10)에 요철(12)을 형성하고, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정한 결과를 도 2b에 나타내었다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 반응가스의 조성비율에서 삼염화붕소 가스의 조성비율이 증가할수록 반도체 기판(10)의 반사율이 낮아지는 것을 볼 수 있다.
다른 실험 예에 있어서, 상술한 표 1의 공정조건 중 챔버 내 압력을 변화시켜 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)을 제조한 후, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정하면 도 3과 같다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 챔버 내의 압력이 200mTorr일 경우 반사율이 가장 낮은 것을 볼 수 있으며, 200mTorr 미만이거나 초과할 경우 반사율이 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 챔버 내의 압력이 140mTorr 내지 400mTorr 범위를 가지더라도 요철(12)이 형성되지 않은 반도체 기판(10)의 반사율보다 낮은 것을 볼 수 있다.
또 다른 실험 예에 있어서, 상술한 표 1의 공정조건 중 반응시간을 변화시켜 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)을 제조한 후, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정하면 도 4와 같다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 반응시간이 120초 이상일 경우 반사율이 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이러한 반사율은 요철(12)이 형성되지 않은 반도체 기판(10)의 반사율보다 낮은 것을 볼 수 있다.
또 다른 실험 예에 있어서, 상술한 표 1의 공정조건 중 고주파 전력의 크기를 변화시켜 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)을 제조한 후, 요철(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 반사율을 측정하면 도 5와 같다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 고주파 전력이 5㎾ 이상으로 높아질수록 반사율이 낮아지는 것을 볼 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법은 지구 온난화 가스를 배출하지 않는 염소/삼염화붕소/산소 가스로 조성되거나 염소/삼염화인/산소 가스로 조성된 반응가스를 사용하여, 도 6에 도시된 SEM 사진과 같이, 반도체 기판(10)의 표면에 미세한 요철(12)을 형성함으로써 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법은 반도체 기판(10)에 형성된 미세한 요철(12)로 인하여 태양광의 흡수를 최대화할 수 있으므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 태양전지보다 높은 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명은 친환경적인 반응가스에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 반도체 기판에 요철을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 플라즈마를 형성하는 방법은 반응 이온 식각(RIE), 자기 강화 반응 이온 식각(MERIE), 화학적 기류 식각(CDE), 전자 사이클로트론 공진(ECR), 변환 결합 플라즈마(TCP) 등으로 나눌 수 있고, 크게는 전기용량적 결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma) 타입과 유도 결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma) 타입으로 나눌 수 있다.
전기용량적 결합 플라즈마 타입은 챔버 내부에 설치된 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로써 전기장을 형성하여 반응 가스를 플라즈마 상태로 변화시킨다. 그리고, 유도 결합 플라즈마 타입은 챔버 외측에 감겨진 코일과 챔버 내측에 설치된 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로써 자기장 및 전기장을 형성하여 반응 가스를 플라즈마 상태로 변화시킨다. 이하에서는 전기용략적 결합 플라즈마 타입을 이용하여 플라즈마를 형성하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치(100)는 반응공간을 제공하는 챔버(Chamber; 110); 챔버(110)의 상부에 결합되는 챔버 리드(Chamber Lid; 115); 챔버(110) 내의 반응공간에 반응가스를 분사하는 가스 분사장치(120); 복수의 반도체 기판(10)이 배열된 트레이(140); 트레이(140)를 지지하도록 챔버(110)의 벽에 설치된 트레이 지지부재(150); 트레이(140)에 접촉가능하도록 챔버(110) 내부에 설치되는 서셉터(160); 서셉터(160)를 지지하기 위한 서셉터 지지부(170); 및 서셉터(160)에 고주파 공급부(180)를 포함하여 구성된다.
챔버(110)는 건식 식각 공정을 통해 반도체 기판(10)의 표면에 요철을 형성하기 위한 반응공간을 제공한다. 이때, 챔버(110)의 일측벽에는 복수의 반도체 기판(10)이 배열된 트레이(140)를 트레이 지지부재(150)로 로딩시키거나, 트레이 지지부재(150)에 지지된 트레이(140)를 외부로 언로딩시키기 위하여 트레이 반송장치(미도시)가 출입하는 게이트(미도시)가 마련될 수 있다. 여기서, 트레이 반송장치는 반송로봇 또는 컨베이어 장치가 될 수 있다.
챔버 리드(115)는 챔버(110)의 상부에 결합되어 반응공간을 형성한다. 여기서, 챔버(110) 및 챔버 리드(115)에 형성되는 반응공간은 건식 식각 공정시 140mTorr ~ 400mTorr의 압력을 가지는 진공 상태로 유지될 수 있다.
가스 분사장치(120)는 챔버 리드(115)에 설치되어 플라즈마의 형성을 위한 반응가스(RG)를 반응공간으로 공급한다. 이때, 가스 분사장치(120)는 반응가스(RG)를 챔버(110) 내부에 균일하게 공급하기 위하여, 복수의 확산 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 확산부재는 회전가능하게 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 반도체 기판(10)에 요철을 형성하기 위해 지구 온난화 가스를 배출하지 않는 친환경적인 반응가스(RG)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스를 사용하게 된다. 이러한 반응가스의 조성비율에서 삼염화붕소 가스(또는 삼염화인 가스)는 산소 가스보다 높은 조성비율을 가지며, 삼염화붕소 가스(또는 삼염화인 가스) 대 산소 가스의 조성비율은 1:1 ~ 1:10 범위인 것이 바람직하다. 또한, 반응가스의 조성비율에서 염소 가스는 산소 가스보다 높은 조성비율을 가지며, 염소 가스 대 산소 가스의 조성비율은 9:1인 것이 바람직하다.
트레이 지지부재(150)는 챔버(110)의 양측벽에 나란하도록 설치되어 게이트를 통해 트레이 반송장치에 의해 반응공간으로 반송된 트레이(140)를 지지한다. 여기서, 트레이 지지부재(150)는 롤러 부재가 될 수 있다.
트레이(140)는 평판 형태를 가지며 금속재질(예를 들어, 알루미늄 재질)로 형성될 수 있다.
복수의 반도체 기판(10)은 일정한 간격을 가지는 매트릭스 형태로 트레이(140) 상에 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
서셉터(160)는 트레이(140)의 배면에 접촉가능하도록 챔버(110) 내부에 승강가능하게 설치된다. 이러한, 서셉터(160)는 전극부(162), 접지부(164), 및 절연부(166)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극부(162)는 평판 형태를 가지며 금속재질(예를 들어, 알루미늄 재질)로 형성되어 트레이(140)의 배면에 대향된다.
접지부(164)는 평판 형태를 가지며 금속재질(예를 들어, 알루미늄 재질)로 형성되어 챔버(110)에 전기적으로 접속됨으로써 전기적으로 접지된다. 예를 들어, 접지부(164)는 와이어(165)를 통해 챔버(110) 벽에 전기적으로 접속될 수 있다.
절연부(166)는 전극부(162)와 접지부(164) 사이에 배치되어 전극부(162)의 배면 및 측면을 전기적으로 절연한다. 이때, 절연부(166)는 전극부(162)와 접지부(164) 사이의 접지 경로를 증가시킴과 아울러 조립성을 용이하게 하기 위하여 서로 엇갈리도록 결합된 복수의 절연체로 구성될 수 있다. 이러한, 절연부(166)는 반응공간에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 높이고, 하부 방전이 발생하지 않도록 세라믹 재질 또는 테프론(Teflon) 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 테프론 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 테프론 재질의 절연부(166)는 세라믹 대비 유전율이 높기 때문에 낮은 두께(예를 들어, 40mm 이하)로 높은 절연 효과를 기대할 수 있고, 식각 가스에 반응성이 없으므로 서셉터(160)의 처짐을 최소화할 수 있다.
상술한 전극부(162)와 절연부(166) 사이에는 제 1 밀봉부재(169a)가 배치됨과 아울러 접지부(164)와 절연부(166) 사이에는 제 2 밀봉부재(169b)가 배치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 밀봉부재(169a, 169b) 각각은 오-링(O-Ring)일 수 있으며, 제 1 밀봉부재(169a)는 제 1 절연체(220)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한, 제 1 및 제 2 밀봉부재(169a, 169b) 각각은 챔버(110)의 내부의 반응공간과 외부 대기압 공간을 분리한다.
한편, 서셉터(160)는 결합부재(미도시)에 의해 전극부(162), 접지부(164), 및 절연부(166)가 제 1 및 제 2 밀봉부재(169a, 169b)를 사이에 두고 결합됨으로써 일체화된 구조를 가질 수 있다.
서셉터 지지부(170)는 제 1 지지부(172), 제 2 지지부(174), 및 플레이트(176)를 포함하여 구성된다.
제 1 지지부(172)의 일측은 챔버(110)의 바닥면, 접지부(164), 및 절연부(166)의 관통홀(210)를 관통하여 전극부(162)의 중앙부분에 결합되고, 제 1 지지부(172)의 타측은 플레이트(176)에 결합됨으로써 전극부(162)의 배면을 지지한다.
제 2 지지부(174)는 챔버(110)의 바닥면을 관통하여 접지부(164)의 배면에 지지한다. 이를 위해, 제 2 지지부(174)는 제 3 밀봉부재(178)를 사이에 두고 접지부(164)에 결합되는 상부 지지부(174a), 제 1 지지부(172)에 인접한 상부 지지부(174a)로부터 수직하게 절곡된 측부 지지부(174b), 및 측부 지지부(174b)로부터 상부 지지부(174a)와 나란하도록 절곡되어 제 4 밀봉부재(179)를 사이에 두고 플레이트(176)에 결합되는 하부 지지부(174c)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 측부 지지부(174b) 내부에는 제 1 지지부(172)가 관통하는 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 제 3 및 제 4 밀봉부재(178, 179)는 오-링일 수 있다.
플레이트(176)는 제 1 지지부(172)의 타측과 제 2 지지부(174)의 하부 지지부(174c)를 지지한다.
상술한 서셉터 지지부(170)는 서셉터(160)를 지지함과 아울러 승강장치(미도시)에 의해 서셉터(160)를 상승시키거나 하강시킬 수 있다. 이때, 승강장치는 트레이(140)가 트레이 지지부재(150)에 로딩되거나, 트레이 지지부재(150)에서 언로딩될 경우 트레이(140)의 로딩/언로딩이 수행될 수 있도록 서셉터 지지부(170)를 일정 높이로 하강시키고, 트레이(140)의 로딩/언로딩이 완료되면 식각 공정이 수행될 수 있도록 서셉터 지지부(170)를 상승시켜 전극부(162)와 트레이(140)를 전기적으로 접속시킨다.
고주파 공급부(180)는 서셉터 지지부(170)를 관통하여 서셉터(160)의 전극부(162)에 전기적으로 접속되는 전극봉(182); 및 전극봉(182)에 고주파(RF)를 공급하기 위한 고주파 발생부(184)를 포함하여 구성된다.
전극봉(182)은 서셉터 지지부(170)의 플레이트(176), 및 제 1 지지부(172)를 관통하여 전극부(162)의 중심부에 전기적으로 접속된다.
고주파 발생부(184)는 서셉터(160)의 전극부(162)가 트레이(140)에 전기적으로 접속되면, 전극봉(182)을 통해 트레이(140)에 고주파(RF)를 인가한다. 이때, 고주파(RF)의 주파수는 350㎑ ~ 13.56㎒ 범위를 가지며, 고주파(RF)의 전력은 5㎾ ~ 15㎾ 범위를 갖는다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치(100)는 챔버(110)의 외부로 노출된 서셉터 지지부(170) 및 고주파 공급부(180)를 보호하기 위한 벨로우즈(190)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
벨로우즈(190)는 챔버(110)의 하단과 서셉터 지지부(170)의 플레이트(176) 사이에 설치된다. 이러한, 벨로우즈(190)는 연질의 재질로 형성되며 수축과 이완을 통해 챔버(110)의 외부로 노출된 서셉터 지지부(170) 및 고주파 공급부(180)를 보호한다. 한편, 벨로우즈(190)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 하단과 서셉터(160)의 접지부(164)와 챔버(110)의 바닥면 사이에 설치될 수 있다. 이 경우, 도 8에 도시된 제 3 및 제 4 밀봉부재(178, 179)는 생략될 수 있다. 이와 같이, 벨로우즈(190)를 챔버(110) 내부에 설치할 경우 장비의 크기를 줄일 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치를 이용한 건식 식각 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 외부의 트레이(140)가 트레이 지지부재(150)에 로딩된다. 이때, 서셉터(160)는 승강장치의 구동에 따른 서셉터 지지부(170)의 하강에 따라 일정한 높이로 하강된 상태가 된다.
이어, 트레이(140)가 트레이 지지부재(150)에 로딩되면, 도 10b에 도시된 바와 같이, 서셉터 지지부(170)를 상승시킴으로써 서셉터(160)를 트레이(140)의 배면에 전기적으로 접속시킨다.
이어, 도 10c에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 내부를 140mTorr 내지 400mTorr 범위의 진공 상태로 감압시킴과 동시에 가스 분사장치(120)를 통해 반응공간에 반응가스(RG)를 공급한다. 이와 동시에, 도 10d에 도시된 바와 같이, 고주파 공급부(180)로부터 서셉터(160)의 전극부(162)를 통해 350㎑ ~ 13.56㎒ 범위의 주파수 대역과 5㎾ ~ 15㎾ 범위의 고주파 전력을 가지는 고주파(RF)를 트레이(140)에 인가하여 챔버(110)의 반응공간, 즉 가스 분사장치(120)와 트레이(140) 사이에 플라즈마(P)를 형성함으로써 트레이(140) 상에 배열된 반도체 기판(10)의 표면을 120초 이상 동안 플라즈마 식각하여 요철(12)을 형성한다.
그리고, 식각 공정이 완료되면, 서셉터(160)를 하강시키고, 트레이 지지부재(150)에 지지된 트레이(140)가 외부로 언로딩시킨다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치는 지구 온난화 가스를 배출하지 않는 염소/삼염화붕소/산소 가스 또는 염소/삼염화인/산소 가스로 조성된 반응가스를 사용하여 반도체 기판(10)의 표면에 미세한 요철(12)을 형성함으로써 반사율을 줄임과 아울러 환경 오염을 최소화할 수 있으며, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은 태양전지의 제조 공정에서 발생되는 환경 오염을 방지하거나 최소화할 수 있으므로 친환경적인 태양전지를 제조할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명에 있어서, 반응가스에 조성된 산소 가스의 조성비에 따른 반사율을 측정한 그래프.
도 2b는 본 발명에 있어서, 반응가스에 조성된 삼염화붕소 가스의 조성비에 따른 반사율을 측정한 그래프.
도 3은 본 발명에 있어서, 챔버 내의 압력에 따른 반도체 기판의 반사율을 측정한 그래프.
도 4는 본 발명에 있어서, 반응시간에 따른 반도체 기판의 반사율을 측정한 그래프.
도 5는 본 발명에 있어서, 고주파 전력의 크기에 따른 반도체 기판의 반사율을 측정한 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 기판에 형성된 요철을 설명하기 위한 SEM 사진.
도 7은 본 발명에 따른 태양전지의 효율을 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 도면.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제조장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
10: 반도체 기판 12: 요철
14: 미세 요철 패턴 110: 챔버
115: 챔버 리드 120: 가스 분사장치
140: 트레이 150: 트레이 지지부재
160: 서셉터 162: 전극부
164: 접지부 166: 절연부
170: 서셉터 지지부 180: 고주파 공급부
190: 벨로우즈
Claims (21)
- 반도체 기판을 챔버 내부로 로딩하는 단계;염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스와 고주파를 이용하여 진공 상태의 상기 챔버 내부에 플라즈마를 형성하는 단계; 및상기 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 반도체 기판의 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 요철은 피라미드 형태를 가지며, 상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 요철은 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지며, 상기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응가스의 조성에서 상기 삼염화붕소 가스 또는 상기 삼염화인 가스는 상기 산소 가스의 조성보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 반응가스의 조성에서 상기 염소 가스는 상기 산소 가스보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버 내부는 140mTorr ~ 400mTorr 범위의 진공 상태인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고주파는 350㎑ ~ 13.56㎒ 범위의 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고주파는 1㎾ ~ 15㎾ 범위의 전력을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 반도체 기판; 및상기 반도체 기판의 표면에 형성된 피라미드 형태의 요철을 포함하여 구성되며,상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 반도체 기판; 및상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지도록 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 요철을 포함하여 구성되며,상기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 요철은 염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스와 고주파를 이용한 플라즈마 식각 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 챔버;상기 챔버 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 반도체 기판을 지지하는 트레이;염소(Cl2)/삼염화붕소(BCl3)/산소(O2) 가스 또는 염소(Cl2)/삼염화인(PCl3)/산소(O2) 가스로 조성된 반응가스를 상기 챔버의 반응공간에 분사하는 가스 분사장치; 및플라즈마 식각을 통해 상기 반도체 기판에 요철을 형성하기 위한 고주파를 상기 트레이에 인가하는 고주파 공급부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 요철은 피라미드 형태를 가지며, 상기 요철의 산 부분에는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 요철은 상면의 면적이 하면의 면적보다 작은 육면체 형태를 가지며, 상기 요철의 상면에는 산 모양을 가지는 복수의 미세 요철 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 반응가스의 조성에서 상기 삼염화붕소 가스 또는 상기 삼염화인 가스의 조성은 상기 산소 가스보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 반응가스의 조성에서 상기 염소 가스는 상기 산소 가스보다 높은 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 챔버 내부는 140mTorr ~ 400mTorr 범위의 진공 상태인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 고주파는 350㎑ ~ 13.56㎒ 범위의 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 고주파는 1㎾ ~ 15㎾ 범위의 전력을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 트레이에 접촉가능하도록 상기 챔버에 설치되는 서셉터; 및상기 서셉터를 승강시키기 위한 서셉터 지지부를 더 포함하며,상기 고주파 공급부는 상기 서셉터를 통해 상기 트레이에 상기 고주파를 인가하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 서셉터는,상기 트레이의 배면에 접촉가능한 전극부;상기 전극부의 배면에 배치되어 상기 챔버의 벽과 접지된 접지부; 및상기 전극부와 상기 접지부 사이에 배치되어 상기 전극부를 절연하는 절연부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조장치.
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