KR20100046163A - 반도체 소자, 특히 태양 전지의 금속 후면 접점의 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자, 특히 태양 전지의 금속 후면 접점의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 처리 챔버 내에서 기판(22) 후면 상에 금속 층(24)을 포함하는 특히 태양 전지의 반도체 부품의 후면 접점을 제조하는 방법, 및 그 방법을 수행하기 위한 진공 처리 시스템의 용도에 관한 것이다. 이러한 방법과 용도를 통해서 특히 실리콘계 태양 전지(20)에는 연속 공정 순서의 단순한 방식으로 후면 접점(21)이 제공될 수 있는데, 그 공정 순서는 기판(22)을 회전시키기 위한 취급 시스템이 불필요하고 특히 실크 스크린 단계들이 없어도 되기 때문에 특히 효율적(높은 생산성)이고 경제적이다.

Description

반도체 소자, 특히 태양 전지의 금속 후면 접점의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING A METAL REAR CONTACT OF A SEMICONDUCTOR ELEMENT, PARTICULARLY A SOLAR CELL}
본 발명은 특허청구범위 제 1항의 전제부에 따른 반도체 소자, 특히 태양 전지의 후면 접점을 제조하는 방법, 및 특허청구범위 제 16항의 전제부에 따른 상기 방법을 수행하기 위한 진공 처리 시스템의 용도에 관한 것이다.
태양광 기술에 커다란 관심이 있는데, 이는 화석 연료와 무관한 에너지 공급을 달성하는 것이 바람직하기 때문이며, 그로 인한 태양광 기술의 중요성이 더욱 증대될 것으로 여겨지기 때문이다. 박막 태양 전지 기술이 최근에 빠른 속도로 여구되었다는 사실에도 불구하고, 실리콘 기술은 아직도 가장 큰 소득을 창출하고 있다. 그 이유는 실리콘 기술이 가장 발달한 기술일 뿐만 아니라, 실리콘 기술에 의해 가장 효율적인 태양 전지가 생산될 수 있기 때문이다.
실리콘 태양 전지의 제조에 있어서, 지금까지 다음의 단계들이 수행되었다. 제 1 단계에서, 실리콘 웨이퍼의 손상 복구와 텍스쳐링(texturing)이 수행된다. 제 2 단계에서, 실리콘 웨이퍼의 표면 아래에 대략 0.5 ㎛로 증착되어 이미터 층을 형성하는 예를 들어, 인 도너(phosphorus donator)의 도핑의 확산 방지(indiffusion)를 통해서 이미터가 생성된다. 이미터의 제조와 동시에 SiO2가 생성되며, 이 SiO2는 에칭을 통해 제 3 단계에서 다시 제거된다. 그 후에, SiN : H 반사 방지층이 증착되는데, 이는 (플라즈마 강화) 화학기상 증착[(PE)CVD] 또는 반응성 스퍼터링 공정을 통해 수행된다. SiN : H층은 다음의 소성(firing) 단계에서 실리콘 웨이퍼 내측으로의 수소의 확산, 또는 이미터 층 내측으로의 확산을 통해 보이드(void)를 패시베이션화(passivation)하는 패시베이션 층으로서의 역할을 한다. 제 4 단계에서, 컷아웃(cutout)을 갖는 금속 층으로서, 정면(이미터 층을 갖는 측)에 실버 페이스트(paste)를 사용하고 후면에 알루미늄 페이스트를 사용하며, 상기 컷아웃 내측으로 실버 페이스트가 납땜될 수 있는 층으로서 삽입되는, 실버 스크린을 통해 웨이퍼의 정면과 후면 상에 접점들이 증착된다. 계속되는 제 5 단계에서, 가열이 수행되며(소성 단계), 그 가열을 통해 상기 접점들이 경화된다. 그럼으로써, 은이 그 영역에서 정면에 있는 SiN : H 층을 통과해 압박되어, SiN : H 층 위로 증착되며 그와 접한 실리콘 웨이퍼 상으로 증착된다. 이미 전술한 바와 같이, 수소의 확산 방지 및 보이드 상의 증착을 통해서 정면 보이드의 동시 패시베이션화가 수행된다. 후면에서, BSF(back surface field)가 상기 소성 단계를 통해 형성되는데, 이는 또한 후면 상의 보이드의 패시베이션화의 원인이 된다. 이 모든 것은 실리콘 웨이퍼 내측으로의 알루미늄 디푸징(defusing)을 통해 수행됨으로써, Al-Si 공정 조직이 형성된다. 긍극적으로 예를 들어 웨이퍼의 브레이킹(breaking)을 통한 누설 전류를 방지하기 위한 에지 절연이 실시될 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 그와 같은 실리콘계 태양 전지의 후면 접점은 일반적으로 금속 층으로 형성되며, 이와는 달리 배리어 층 및 납땜될 수 있는 층을 포함할 수 있다. 통상적으로, 후면 접점의 금속 층은 현재 실크 스크린을 통해 제조된다. 그 때문에, 각각의 단일 기판에 그러한 배면 접점을 별도로 제공하기 위해, 그러한 태양 전지를 경제적으로 제조할 수 있게 하며 여러 기판이 동시에 코팅되게 하는, 연속 작동되는 진공 처리 시스템 내에서의 대규모 어플리케이션을 위해 상기 실크 스크린이 요구된다. 이는 각각의 단일 기판에 대해 별도의 실크 스크린 공정이 수행되어야 함을 의미한다. 그 때문에, 그러한 진공 처리 시스템의 생산성이 제한된다. 게다가, 기판을 회전시키기 위해 특별한 취급(handling) 시스템이 요구됨으로써, 그러한 시스템에 대한 비용이 증가되어 생산성이 더욱 감소된다.
게다가, 사용될 실크 스크린 페이스트가 비싸며 형성될 접점이 열악한 품질을 갖는다는 것이 이렇게 제조된 후면 접점의 단점인데, 이는 경화된 층이 미세 구멍을 가지며 단지 이러한 방식에만 펑티폼(punctiform) 접점이 존재하기 때문이다. 상기 금속 층에 대해서는 대략 30 ㎛의 두께가 요구됨으로써, 박막 웨이퍼가 구부려질 수 있다. 이러한 영향은 중요해지는데, 이는 웨이퍼 두께를 감소시키는 것이 바람직하기 때문이다. 따라서 웨이퍼의 두께는 비용과 효율 간의 조건에 따라 결정되는데, 매우 두꺼운 웨이퍼는 요구되는 재료로 인해 고가로 되고 매우 얇은 웨이퍼는 복잡한 제조로 인해 고가로 되므로, 그 효율은 한편으로 광 흡수를 위한 충분히 큰 층 두께에 의해 결정되며, 다른 한편으로 전하 캐리어 재결합으로 인한 손실이 작게 유지되기에 충분히 적은 층 두께에 의해 결정된다. 현재, 웨이퍼의 두께는 200 ㎛ 내지 250 ㎛가 바람직한데, 여기서 굽힘은 부정적인 결과를 갖게 된다.
본 발명의 목적은 금속 배면 접점을 갖는 태양 전지의 제조에 있어서 진공 처리 시스템의 효율을 증가시키고, 특히 실크 스크린 단계를 제거하고자 하는 것이다. 따라서 본 발명의 제조 공정이 경제적으로 되어 특히 상업적으로 이용가능해지며, 이제까지 가능했던 것보다 더 높은 생산성을 가능하게 한다.
이러한 목적은 특허청구범위 제 1항에 따른 방법, 및 특허청구범위 제 16항에 따른 상기 방법을 수행하기 위한 진공 증착 시스템의 용도를 통해 달성된다. 이러한 목적의 유리한 개선들은 각각의 종속항들로부터 유도될 수 있다.
기판의 후면에 금속 층을 갖는 태양 전지의 후면 접점을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 금속 층은 타겟으로부터의 스퍼터링을 통해, 또는 인라인 진공 증착 시스템에서의 기상 증착을 통해 증착되며, 상기 금속 층의 증착 이전 또는 이후에 하나 이상의 추가 층이 기판의 정면 및/또는 후면 상에 증착되는 것을 특징으로 한다.
소량 분(small batches)의 실리콘 태양 전지를 위해, 진공에서 금속 층을 증착하는 것이 미국 특허 제 7,071,081 B2 호에 의해 이미 제안되었다. 그러나, 상기 미국 특허에서는 인라인 진공 증착 시스템에서 수행되는 것이 아니며, 또한 초기에 알루미늄으로 형성된 금속 층이 기상 증착 또는 스퍼터 증착을 통해 증착되며, 그 후 상기 층이 소결되고 Ⅴ족 원소로 증착되는 BSF를 생성하는 것도 제외되어 있다.이러한 3 개의 공정들은 3 개의 다른 장치에서 수행되어야 한다. 그러므로, 이러한 증착 방법도 또한 인라인 작동되는 진공 증착 장치에 경제적으로 적용될 수 없으며, 게다가 실제 금속 후면 접점이 여전히 실크 스크린을 통해 제조되어야 한다.
미국 특허 제 7,071,081 B2 호로부터, 2 ㎛ 또는 그보다 큰 층 두께를 갖는 알루미늄 층이 얇은 유전체 SiO2 또는 SiN 층 상에 PVD를 통해 증착되는 랩 규모(lab scale)로 실리콘 태양 전지가 실현된 것이 공지되었다. 상기 SiO2 또는 SiN 층은 한편으로 BSF의 빌드업(buildup)을 용이하게 하며, 다른 한편으로 도핑 확산을 방지한다. 그러나, 이러한 방법은 상업적이고 비용 측면에서 효율적인 제조에는 적합하지 않은데, 이는 이러한 목적을 위해 플로팅 존 방법(Floating Zone Method)에 따라 제조되는 실리콘 웨이퍼가 필요하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법을 통해서, 후면 접점을 증착하기 위한 실크 스크린 단계는 더 이상 필요하지 않으며, 진공이 차단되지 않아서 바람직하지 않은 산화물 형성 및 그에 따른 계속적인 세정 단계가 제거된다.
후면 접점을 증착하기 위한 증착 툴이 기판의 정면 상에 상기 층들을 증착하기 위한 증착 툴의 반대편에, 상기 라인의 제품 유동로와 관련하여 배열될 때, 기판을 회전시키기 위한 복잡한 취급 시스템이 불필요하다. 그러므로, 기판은 더 이상 회전되지 않고도 양 측면에 증착될 수 있다. 이러한 방식으로, 실리콘계 태양 전지의 제조 공정의 주요 부분이 인라인 진공 증착 장치에서 원칙적으로 연속적으로 수행될 수 있다.
전하 캐리어를 통한 기판의 쉐이딩(Shading)을 방지하기 위해, 기판이 실질적으로 펑티폼 지지대 상의 캐리어 내에 놓여지는 유리한 방법이 제공된다.
따라서, 상기 기판은 바람직하게 실질적으로 수평으로 코팅 툴을 따라 주행한다. 이러한 방식으로, 증착 툴이 증착 방향과 관련하여 수직으로 정렬되며 수평의 기판 이송이 수행되는 장치들이 사용될 수 있음으로써, 이송 중의 기판의 취급이 단순해지는데, 이는 이제 기판이 예를 들어, 이송 롤러 위로 주행될 수 있기 때문이다.
상기 방법의 특히 유리한 실시예에서, 금속 층은 알루미늄, 몰리브덴 및/또는 니켈, 또는 이들 재료 중의 하나 또는 여러 개의 혼합물 그룹으로부터의 재료를 포함한다. 이들 재료는 전기 전도성으로 인한 매우 양호한 접점 특성을 가진다. 그러나, 바람직하게 알루미늄이 사용되는데, 이는 알루미늄이 비용이 낮기 때문이다. 상기 금속 층은 특히 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게 2 ㎛의 두께로 증착되어야 한다. 그와 같은 얇은 층이면 충분한데, 이는 접점 특성이 실크 스크린 공정을 통해 증착된 금속 층보다 훨씬 더 양호하기 때문이다. 이러한 얇은 층, 또한 얇은 기판의 경우에는 웨이퍼 굽힘과 관련한 문제점이 없다.
기판과 금속 접점 층 사이에는 SiN : H, SiC : H, SiO2 : H 또는 α-Si : H, 바람직하게 SiN : H 그룹으로부터의 재료로 형성되는 패시베이션(passivation) 층이 증착된다. 게다가, 예를 들어 WTi로 형성되는 배리어 층이 유용한 방식으로 제공될 수 있다. 상기 금속 접점 층의 납땜 능력을 개선하기 위해, 납땜될 수 있는 층이 유용한 방식으로 상기 금속 접점 층 상에 증착된다. 상기 층은 은(Ag), 니켈(Ni), 니켈 바나듐 합금(NiV), 니켈 크롬 합금(NiCr), 및 크롬(Cr) 그룹으로부터의 재료로 형성되는 하나 또는 여러 개의 층을 가질 수 있다. 본 발명에서의 층은 폐쇄된 표면 층(closed surface layer)이 없는 실시예도 포함한다. 납땜될 수 있는 상기 층은 예를 들어, 구조화되게(structured) 제공될 수 있는데, 이는 표면을 단지 부분적으로 덮고 있음을 의미한다.
이들 추가의 층들은 기상 증착 및 스퍼터링 증착도 가능하지만, 스퍼터링 증착이 바람직한 본 발명에 따른 공정에 의해 증착될 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 기판 후면 상의 상기 금속 층과 기판과의 접촉은 강력한 레이저 빔을 통한 부분 용융을 통해 수행되어서, 레이저 소성된(fired) 접점(LFC)이 생성된다. 이러한 방법도 패시베이션 층이 기판과 금속 층 사이의 후면에 존재할 때 유리하게 적용될 수 있다.
특히 바람직한 방식에 있어서, 하나 이상의 층이 기판의 후면 상에 하나 이상의 층을 증착하는 동안에 기판의 정면 상에 증착된다. 그러므로, 대향하는 증착 툴들이 진공 처리 장치의 하나 이상의 진공 처리 챔버 내에 배열되며, 기판이 상기 증착 툴들 사이로 이동된다. 기판을 통해서 상기 챔버의 이러한 두 개의 분리 영역이 한정된다. 그에 따라, 물리적 체적 크기, 및 그에 따른 상기 진공 처리 장치의 비용이 낮아질 수 있으며, 동시에 생산성도 증가될 수 있는데, 이는 두 개의 층들이 기판 상에서 동시에 증착되기 때문이다.
이러한 실시예에서는 증착 공정들이 서로 영향을 끼치거나 방해를 받아서는 않된다는 것이 확실히 보장되어야 한다. 따라서, 상기 금속들이 서로 영향을 끼치지 않을 때 예를 들어 여러 개의 금속들이 동시에 기상 증착될 수 있다. 또한, 공정 가스 및 상기 층 재료들이 서로 영향을 끼치지 않으므로 동일한 층들이 스퍼터링될 수 있다. 그러나, 상기 층들은 동시에 기상 증착 또는 스퍼터링될 수 없는데, 이는 공정 가스 압력이 10-4 mbar 또는 10-3 mbar에서 너무 상이하기 때문이다.
본 발명과 관련하여, "인라인 공정"은 다수의 층을 증착하기 위해 진공 챔버로부터 다른 곳으로 기판의 물리적 이송뿐만 아니라, 기판의 물리적 이송 없이 특정 공정 단계들을 통과하는 것을 의미하며, 이는 기판의 정면 또는 후면 상에 상기 층들의 동시 증착을 의미한다. 다르게 평가하면, "인라인"은 또한 진공 처리 장치 내의 기판이 진공 처리 챔버 내측으로 이송되며, 진공 처리 챔버 내부의 위치에 놓여지며, 정면 및 후면 상의 코팅이 실시된 이후에 진공 챔버 및 잠재적인 진공 장치를 다시 떠나는 것을 의미한다. 확실히, 기판은 코팅 공정 중에 이송될 수도 있다.
특히 공통의 캐리어 내에 위치되는 여러 개의 기판에 동시에 금속 층이 제공될 때 생산성은 추가로 증가될 것이다.
상기 장치의 보수를 간단히 하기 위해 하나 이상의 코팅 툴이 진공 처리 챔버의 드로어(drawer) 내에 제공될 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 드로어 내에서는 각각의 드로어의 제거 이후에 상기 공정에서의 진공 차단이 발생하지 않으나 기판이 진공 상태의 각각의 진공 챔버를 통해 여전히 이송될 수 있음을 의미한다. 따라서 그와 같은 진공 처리 챔버의 이송 영역은 진공과 관련한 삽입으로부터 분리될 수 있다.
상기 금속 층의 하나의 층이 기상 증착될 때, 상기 금속은 바람직하게, 진공 통로를 통해 증발기로 와이어로서 제공될 수 있다.
다른 한편으로, 상기 금속을 기상 증착할 때, 상기 금속의 증발기가 연속적인 진공 처리 챔버들 내측으로 제공되는 단계, 및 내부에 포함된 제 1 증발기 내의 상기 금속이 소모될 때까지 상기 금속이 진공 처리 챔버 내에서 증발되는 단계들이 사용될 수 있다. 상기 제 1 증발기 내의 금속이 소모되면, 다른 진공 처리 챔버 내의 금속이 기상 증착을 차단함이 없이 제 2 증발기에서 증발된다. 그후, 제 1 증발기가 드로어 내에 제공될 때, 특히 제 1 증발기가 유지될 수 있으며, 계속해서 제 2 증발기가 소모된 이후에 제 1 증발기가 계속해서 증발될 수 있다. 그럼으로써, 생산성이 증가되는데, 이는 금속이 증착 공정을 차단함이 없이 이런 방식으로 증발될 수 있기 때문이다.
스퍼터 증착이 기상 증착 대신에 수행될 때, 금속 접점 층은 바람직하게 하나 이상의 회전가능한 캐소드 각각에 의해 스퍼터 증착될 수 있다. 그와 같은 회전가능한 캐소드의 경우에는 예를 들어, 정적인 평면 캐소드 보다 훨씬 더 일정한 증착 조건이 장기간에 형성된다. 특히, 그에 따라 증착은 DC-스퍼터 공정으로 수행되며, 또한 펄스형 DC-스퍼터링 또는 MF-스퍼터링[두 개 이상의 타겟에 대한 중파(medium frequency) 스퍼터링]도 가능하며 특히 역학적으로 수행될 수 있는데, 이는 동시 기판 이송 중임을 의미한다.
유리한 실시예에서, 캐소드의 수는 캐소드의 스퍼터 수율, 도달되어야 할 금속 층의 두께, 및 달성될 진공 처리 장치의 생산성에 따라 선택된다. 이는 예정된 층 두께, 스퍼터 수율 및 생산성에 따라 캐소드의 수가 맞춰질 수 있음을 의미한다. 확실히, 스퍼터링 조건, 스퍼터 수율 및/또는 이송 속도의 조절을 통해서도 동시에 생산성이 맞춰질 수 있다.
또한 배리어 층 및 납땜될 층이 기상 증착 기술 또는 스퍼터링 기술에 의해 증착될 수 있다. 그러나, 패시베이션 층은 단지 스퍼터링을 통해서만 증착된다.
하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖는 진공 처리 장치의 용도가 독립적으로 청구되어 있으며, 상기 진공 처리 장치는 전술한 공정을 수행하기 위한 두 개 이상의 코팅 툴을 포함한다.
상기 진공 처리 장치가 실질적으로 수평의 이송 통로를 가질 때, 상기 증착 장치와 증착 툴이 수직으로 정렬되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 독일 특허 제 103 52 143 A1호 및 독일 특허 제 103 52 144 A1호에 기재되어 있는 바와 같은 진공 증착 장치가 적합하며, 상기 특허 및 진공 증착 장치는 참조로 본 발명의 설명에 전체적으로 통합되었다.
상기 진공 처리 장치가 하나 이상의 진공 처리 챔버의 내측으로 삽입될 수 있거나 상기 진공 처리 챔버 내측으로부터 인출될 수 있는 하나 이상의 드로어 요소를 포함할 때, 상기 코팅 툴이 상기 삽입가능한 요소에 배열되는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 모듈러 시스템이 본 발명의 방법에 제공되어 처리 시간이 최소화되는데, 이는 코팅 툴이 특히 간단한 방식으로 대체 또는 유지될 수 있기 때문이다. 특히, 예를 들어 전술한 바와 같은 기상 증착을 위해 상기 삽입가능한 요소들 내의 연속적인 진공 처리 챔버들 내에 배열되는 두 개의 증발기가 교대로 작동될 때, 이러한 코팅 툴과 관련한 처리 시간이 전체적으로 제거될 수 있다.
반응성 진공 예비처리 장치가 유럽 특허 제 1 698 715 A1호로부터 공지되어 있으며, 상기 특허 및 상기 특허에 설명된 진공 처리 시스템은 참조로 본 발명의 설명에 전체적으로 통합되었다.
특히 바람직한 방식에서, 상기 시스템의 하나 이상의 진공 처리 챔버는 두 개 이상의 증착 툴을 포함하는데, 그 중 제 1 증착 툴은 진공 처리 시스템 내에서 코팅될 하나 또는 여러 개의 기판들의 정면으로 지향되며, 제 2 증착 툴은 후면으로 지향된다. 이러한 방식으로, 시스템의 길이, 및 그에 따른 시스템의 비용 및 생산성이 전술한 바와 같이 최적화될 수 있다. 유리한 방식에서, 하나 이상의 삽입가능한 요소가 기판의 정면 및 후면으로 각각 지향되는 두 개의 증착 툴을 가진다. 따라서, 상기 시스템의 길이가 훨씬 더 단축될 수 있으며, 양 증착 툴이 상기 하나의 삽입가능한 요소를 통해 동시에 인출되고 유지될 수 있다.
특히 간단한 취급을 위해, 이송 롤러를 가지는 진공 처리 시스템이 제공될 수 있는데, 여기서 상기 이송 롤러 상의 기판(들) 또는 여러 기판을 위한 캐리어들이 상기 진공 처리 시스템을 통해 이송될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조한 두 개의 실시예를 참조하여 이후에 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 인라인 진공 증착 시스템이며,
도 2는 본 발명에 따른 공정에 의해 제조되는 태양 전지를 도시한 도면이다.
도 1은 완전히 개략적인 방식으로 수평의 인라인 진공 증착 시스템을 도시한다. 이러한 시스템(1)은 여러 개의 진공 증착 챔버(2,3,4,5,6,7,8) 및 로딩 영역(9)과 언로딩 영역(10)으로 분할되며 수평면에 배열되는 기판 이송 시스템(도시 않음)을 가지며, 상기 기판 이송 시스템은 특정 연속 진공 챔버(2,3,4,5,6,7,8)를 통해서 시스템(1)의 연장부를 따라 이송 롤러 상의 캐리어(도시 않음) 내에 위치되는 기판(도시 않음)을 이송하기 위해 기계적으로 구동되는 이송 롤러를 통해 실현된다.
코팅을 위해 제공되는 진공 챔버(4,5,6)는 챔버와 결합된 증착 툴(14,15,16)이 배열된 삽입가능한 요소(11,12,13)를 가진다. 게다가, 통상적으로 터보 분자 펌프인 특정 진공 펌프(도시 않음)들이 각각의 진공 챔버와 결합된다. 예를 들어 스퍼터 캐소드와 마그네트론으로서의 스퍼터 소오스, 또한 열 증발기(thermal evaporator) 등이 증착 툴로서의 사용에 적합하다. 그와 같은 삽입가능한 요소(11,12,13)를 제공하는 것에 의해 각각의 코팅 툴의 빠른 보수와 신속한 교체를 가능하게 한다.
캐리어 내에 수용된 단일 또는 복수의 실리콘 기판은 이제 계속해서 이송 롤러로 인도되며 특정 챔버(2,3,4,5,6,7,8)들을 통해서 연속적으로 이동되며 태양 전지에 필요한 층들이 계속해서 제공된다. 분명히, 코팅 공정 중에 기판들이 이송되지 않을 때에는 불연속적인 이송도 또한 가능하다.
이와 같이, 이러한 층들에 대한 증착이 수행되며, 이러한 층들은 기판의 이송 통로 위에 위치되는 증착 툴을 통해 기판의 정면 상에 위치되어 수직 하방으로 지향된다. 이들 층들이 스퍼터링을 통해 증착될 때, 이러한 증착은 소위, "스퍼터링-다운" 모드로 수행된다. 그러나, 도 1에 따른 실시예는 단지 후면 접점의 제조만을 도시한 것이다. 태양 전지의 후면 접점용 금속 층이 기판의 이송 통로 아래에 배열되는 증착 툴(14,15,16)을 통해 차례로 증착되어 수직 상방으로 지향된다. 이들 층들이 스퍼터링을 통해 증착될 때, 이러한 증착은 소위, "스퍼터링 업" 모드로 수행된다.
상기 시스템의 길이방향 연장부를 감소시키는 동시에 생산성을 증대시키기 위해, 이들 챔버 내에는 후면 접점을 증착시키기 위한 증착 툴이 제공되는 동시에, 정면에 층들을 증착하기 위한 증착 툴도 제공된다(도시 않음). 그러나, 전술한 바와 같이, 두 개의 공정들이 서로 영향을 끼치거나 방해받지 않게 보장되어야 한다. 예를 들어, 기판의 정면 또는 후면 상에 SiN : H 층의 형성이 동시에 수행될 수 있다. 그와 같은 챔버의 양 증착 툴이 각각의 삽입가능한 요소에 배열되며 그에 따라 교체 및 유지될 수 있다. 스퍼터 소오스가 증착 툴로서 차례로 제공되면, 그 결과로서 챔버 내에서 "스퍼터링-다운" 및 "스퍼터링-업" 공정이 동시에 수행된다. 연속적인 기판 이송을 위해 두 개의 증착 툴의 증착 속도도 조절되어서, 이송 롤러 상의 기판의 이송 속도와 관련하여 각각의 소정의 층 두께가 양측면에서 역학적으로 달성된다. 동시에, 또한 다른 챔버의 증착 툴의 증착 속도도 채택되어서 기판(들)이 상기 시스템 내에서 전체 이송 통로를 따라 일정하게 이송될 수 있다. 상기 증착 속도의 이러한 조절은 불연속적인 이송의 경우에는 필요하지 않다.
후면 접점과 관련하여 상기 시스템으로 안내되는 실리콘 기판의 증착 공정은 실리콘 태양 전지의 제조 중에 수행되어서, 상기 "스퍼터-업" 공정에서 하나 또는 여러 개의 회전 캐소드(14,15,16)는 패시베이션 층, 금속 접점 층, 잠재적인 배리어 층(도시 않음), 및 긍극적으로 후면 접점의 납땜 능력의 개선을 위한 납땜가능한 층을 연속적인 챔버(4,5,6) 내에서 상기 실리콘 기판 후면 상에 역학적으로 적층한다. 따라서 코팅 챔버당 회전 캐소드(14,15,16)의 수는 시스템의 증착 속도, 소정의 층 두께 및 소정의 생산성, 그에 따른 이송 속도에 의존한다. 대체 실시예(도시 않음)에서, 상기 시스템은 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 제공되며, 대체 실시예에서는 금속 층 및/또는 배리어 층 및/또는 납땜될 수 있는 층을 증착하기 위한 증착 툴은 스퍼터 소오스가 아니고 열 증발기이다. 이러한 열 증발기는 삽입가능한 요소 내에 증착되며 기판 후면의 코팅을 위해 제공된다. 따라서 금속이 진공 패스-쓰루(pass-through)을 통해 대기로부터 밀봉되는 와이어로서 상기 증발기에 제공될 수 있거나, 또는 바람직한 것으로서 두 개의 각각의 증발기가 각각 하나의 삽입가능한 요소 내의 연속적인 챔버 내에 제공된다. 통상적으로 24 시간의 작동 후에 발생하는, 증발기의 재료가 소모되면, 수평 밸브가 각각의 삽입가능한 요소 위로 이동되어, 기판이 이동하는 이송 체적으로부터 삽입가능한 요소를 분리한다. 동시에, 증착 공정이 인접 챔버 내의 다른 증발기에서 시작된다. 상기 밸브에 의해 분리된 삽입가능한 요소는 이제 배기되어 제거될 수 있어서, 내부에 배열된 텅빈 증발기는 신선한 재료를 채워질 수 있다.
패시베이션 층은 하나 또는 여러 개의 캐소드를 통한 "스퍼터-업" 공정에서 다시 증착된다. 또한 배리어 층과 납땜될 수 있는 층은 단지 금속 층만이 기상 증착되도록 기상 증착 대신에 스퍼터될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 통해 제조된 태양 전지(20)는 도 2에 따른 배면 접점을 가지며, 상기 배면 접점은 실리콘 기판(22)의 기판 배면 상의 라미네이트 시스템(laminate system)으로서 구성되며, 상기 라미네이트 시스템은 패시베이션 층(23), 금속 접점 층(24), 및 땜납가능한 층(25)의 순서를 가진다. 상기 패시베이션 층은 SiN : H, SiC : H, SiO2 : H 또는 α-Si : H로 구성된다. 상기 금속 층은 알루미늄, 은, 몰리브덴, 및/또는 니켈 그룹으로부터의 재료를 포함하며 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다. 상기 패시베이션 층(23)은 바람직하게 SiN : H로 형성되며, 상기 금속 층(24)은 바람직하게 알루미늄으로 형성된다. 상기 납땜가능한 층(25)과 상기 금속 층(24) 사이에는 예를 들어, WTi로 형성되는 배리어 층이 제공될 수도 있다(도시 않음). 상기 납땜가능한 층은 Ag, Ni, NiV, NiCr, 및 Cr 그룹으로부터의 재료로 형성되는 하나 또는 여러 개의 층, 예를 들어, Ag/NiV의 층 순서를 가지는 층을 포함하며, 바람직하게 은으로 형성된다. 상기 금속 층(24)을 증착한 후에, LFC-단계가 제공되는데, 상기 단계에서는 금속 층(24)이 레이저 유도 용융을 통해 임의의 지점에서 기판(22)과 접촉되며, 그에 따라 레이저 소성된(fired) 접점이 형성된다.
상기 금속 알루미늄 접점 층(24)을 기상 증착 또는 스퍼터링할 것인가에 대한 선택은 실제로 필요한 층 두께 및 상기 스퍼터링 툴의 증착 속도에 의존한다. 예를 들어, LFC-접점들(레이저 소성된 접점들)이 제조될 예정이면, 수 ㎛의 층 두께가 요구되며 이를 위해서는 기상 증착이 사용될 것이다. 한편으로, 1 ㎛ 미만의 보다 얇은 층들을 위해서는 스퍼터링이 사용될 것이다. 그러므로, 바람직하게 배리어 층 및 납땜가능한 층(25)들도 스퍼터링되는데, 이는 이들 층들이 1 ㎛ 미만의 두께를 갖기 때문이다.
게다가, 태양 전지(20)는 예를 들어, 인과 같은 도핑 재료의 확산 방지에 의해 생성되는 이미터 층(26), SiN : H 패시베이션 층(27), 및 은으로 형성되는 바아 형상의 접점(28)을 가진다. 이들 층들의 증착은 인라인 증착 시스템(1)의 공정 순서로 집적화될 수도 있다.
전술한 설명들을 통해서, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 진공 처리 시스템의 용도를 통해 특히, 실리콘계 태양 전지에는 단순한 방식으로 후면 접점용 금속 층이 제공될 수 있는데, 그 공정 순서는 실크 스크린 단계들이 없어도 되며 그에 따라 진공의 차단이 필요없기 때문에 특히 효율적(높은 생산성)이고 경제적임이 분명해졌다. 게다가, 웨이퍼 취급이 감소되어 웨이퍼 파괴율이 감소될 수 있다.
본 발명에 대해 태양 전지만이 상세히 설명되었지만 본 발명은 유리한 방식으로 다른 반도체 소자의 후면 접점에도 적용될 수 있음이 분명하다.

Claims (21)

  1. 바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법으로서,
    상기 후면 접점(21)이 기판(22)의 후면 상에 금속 층(24)을 포함하며, 상기 반도체 소자(20)가 상기 기판(22)의 정면 및/또는 후면 상에 층(23,25,27,28)들을 더 가지며, 상기 층(23,24,25,27,28)들이 증착 툴(14,15,16)을 통해 증착되며,
    상기 금속 층(24)이 인라인 진공 증착 시스템(1) 내에서 스퍼터링 또는 기상 증착을 통해 타겟(15)에 의해 증착되며, 상기 금속 층(24)을 증착한 전후에 하나 이상의 추가 층(23,25,27,28)이 진공의 차단 없이 상기 인라인 진공 증착 시스템(1) 내에서 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 툴(14,15,16)이 제공되어서, 상기 기판(22)의 후면 상에 상기 층(23,24,25)을 증착하기 위한 증착 툴(14,15,16)이 상기 기판(22)의 정면 상에 상기 층(27,28)을 증착하기 위한 증착 툴의 반대편에, 상기 진공 증착 시스템(1)의 제품 유동로와 관련하여 배열되며, 상기 기판(22)은 캐리어를 통한 상기 기판(22)의 쉐도잉(shadowing)을 실질적으로 방지하도록 특히 상기 캐리어의 펑티폼(punctiform) 지지대 상에 놓이는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판(22)은 증착 방향이 수직이 되도록 실질적으로, 상기 증착 툴(14,,15,16)을 따라 수평 통로로 이동되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24)은 알루미늄, 은, 몰리브덴 및/또는 니켈 그룹으로부터의 재료 또는 상기 재료 혼합물을 포함하며, 상기 재료는 바람직하게 알루미늄이며, 상기 금속 층은 특히, 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게 2 ㎛의 두께로 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24)을 증착하는 단계 이전에 SiN : H, SiC : H, SiO2 : H 또는 α-Si : H 그룹의 재료로 형성되는, 바람직하게 SiN : H로 형성되는 패시베이션 층(23)이 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24)을 증착한 이후에 상기 기판의 후면 상에 있는 상기 금속 층(24)을 상기 기판(22)과 접촉시키기 위해 상기 금속 층(24)이 강한 레이저 빔을 통해 부분적으로 용융되어 레이저 소성된 접점(LFC)가 형성되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24)을 증착하는 단계 이후에 바람직하게 WTi로 형성되는 배리어 층이 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 층(24)을 증착하는 단계 이후에, 또는 상기 배리어 층을 증착하는 단계 이후에, Ag, Ni, NiV, NiCr, 또는 Cr 그룹으로부터의 재료로 형성되는 하나 또는 여러 개의 층을 포함하는 납땜가능한 층(25)이 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 층들이 진공 처리 챔버 내에서 증착되며, 상기 기판(22)의 후면 상에 층을 증착하는 동안에 상기 기판(22)의 정면 상에 층이 증착되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 공통의 캐리어 내에서 증착되는 여러 개의 기판에는 상기 층 또는 상기 층들이 동시에 제공되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 증착 툴(14,15,16)이 드로어(drawer)와 같은 형상의 삽입가능한 요소(11,12,13) 내의 진공 처리 챔버 내에 제공되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 코팅 툴이 드로어와 같은 형상의 공통의 삽입가능한 요소 내의 진공 처리 챔버 내에 제공되며, 바람직하게 제 1 증착 툴이 상기 기판의 정면으로 지향되며, 제 2 증착 툴이 상기 기판의 후면으로 지향되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24), 배리어 층, 및 납땜가능한 층(25)들 중의 하나 이상이 기상 증착되며, 상기 각각의 재료들은 진공 패스-쓰루우를 통해 증발기로 와이어로서 제공되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층(24), 배리어 층, 및 납땜가능한 층(25)들 중의 하나 이상이 기상 증착되며, 상기 각각의 재료들이 두 개의 연속적인 진공 처리 챔버, 제 1 증발기, 및 제 2 증발기 내에서 각각 증발될 수 있으며, 상기 제 1 증발기 내의 재료가 소모될 때까지 상기 재료들이 상기 제 1 증발기 내에서 증발되며, 그 후 상기 재료는 각각의 상기 제 1 증발기 내의 각각의 재료가 소모된 때에 각각의 다른 상기 진공 처리 챔버 내에서 기상 증착의 차단 없이 상기 제 2 증발기에 의해 증발되며, 특히 동시에 각각의 제 1 증발기가 유지되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(23,25)들 중의 하나 이상의 층은 바람직하게, 세라믹 스퍼터 타겟을 통한 금속 층 또는 유전체 층을 위한 DC-스퍼터 공정, 또는 금속 스퍼터 타겟을 통한 유전체 층을 위한 반응성 중파 스퍼터링(reactive medium frequency sputtering) 공정에서 하나 이상의 회전가능한 캐소드(14,16)에 의해 스퍼터링되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐소드의 수는 상기 캐소드의 스퍼터 수율, 달성될 상기 층의 두께, 달성될 상기 진공 처리 시스템의 생산성에 따라 선택되는,
    바람직하게 태양 전지, 특히 실리콘계 태양 전지의 반도체 소자의 후면 접점(21)을 제조하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 두 개 이상의 증착 툴을 포함하는, 하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖춘 진공 처리 시스템(1)의 용도.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 진공 처리 시스템(1)은 실질적으로 수평인 제품 유동로를 가지며, 상기 증착 방향은 수직으로 지향되는,
    하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖춘 진공 처리 시스템(1)의 용도.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 진공 처리 시스템(1)은 하나 이상의 진공 처리 챔버(4,5,6)의 내측으로 삽입, 및/또는 상기 진공 처리 챔버의 내측으로부터 제거될 수 있는 하나 이상의 삽입가능한 요소(11,12,13)를 가지며, 상기 하나 이상의 증착 툴(14,15,16)은 상기 삽입가능한 요소(11,12,13)에 배열되는,
    하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖춘 진공 처리 시스템(1)의 용도.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 진공 처리 챔버는 두 개 이상의 증착 툴을 가지며, 제 1 증착 툴은 상기 진공 처리 시스템 내에서 증착될 하나 또는 여러 개의 기판들의 정면으로 지향되며, 제 2 증착 툴은 상기 진공 처리 시스템 내에서 증착될 하나 또는 여러 개의 기판들의 후면으로 지향되는,
    하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖춘 진공 처리 시스템(1)의 용도.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리 시스템(1)은 이송 롤러를 가지며, 상기 기판(22) 또는 여러 개의 기판용 캐리어가 상기 진공 처리 시스템(1)을 통해 이송되는,
    하나 이상의 진공 처리 챔버를 갖춘 진공 처리 시스템(1)의 용도.
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