KR20100102255A - 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판 상부에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물을 포함한 도핑용 페이스트를 도포하는 단계; 상기 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제1 에미터층을 형성하는 1차 열확산 단계;상기 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제1 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제1+ 에미터층을 형성하는 2차 열확산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명의 특징에 따르면, 불순물을 포함하고 있는 도핑용 페이스트를 이용하여 레이저 등을 이용하여 2단계 확산 도핑 공정을 거쳐서 형성함으로써, 태양 전지의 변환 효율이 향상된다.
태양 전지, 선택적 에미터, 도핑용 페이스트, 레이저

Description

태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법{Solar Cell and Manufacturing Method of the same}
본 발명은 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
일반적으로 실리콘 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 전도성 타입(conductive type)을 가지는 반도체로 이루어진 반도체 기판(semiconductor substrate) 및 반도체 에미터층(semiconductor emitter layer), 반도체 에미터층 위에 형성되어 있는 도전성 투명 전극층, 도전성 투명 전극층 위에 형성된 전면 전극(front electrode), 반도체 기판 위에 형성된 후면 전극(rear electrode)을 구비한다. 따라서 반도체 기판과 반도체 에미터층의 계면에는 p-n 접합이 형성된다.
이러한 구조를 갖는 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에 서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진 n형 반도체 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어(carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 통해 전류가 흐르게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 변환 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판 상부에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물을 포함한 도핑용 페이스트를 도포하는 단계;상기 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제1 에미터층을 형성하는 1차 열확산 단계;상기 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제1 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제1+ 에미터층을 형성하는 2차 열확산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 불순물 이 도핑된 반도체 기판 상부에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물을 포함한 제1 도핑용 페이스트 및 상기 제1도전형 불순물을 가지는 제2 도핑용 페이스트를 도포하는 단계; 상기 제1 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제1 에미터층을 형성하고, 상기 제2 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제2 에미터층을 형성하는 1차 열확산 단계; 상기 제1 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제1 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제1+ 에미터층을 형성하고, 상기 제2 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제2 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제2+ 에미터층을 2차열확산 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 발명의 특징에 따르면, 불순물을 포함하고 있는 도핑용 페이스트를 이용하여 레이저 등을 이용하여 2단계 확산 도핑 공정을 거쳐서 형성함으로써, 태양 전지의 변환 효율이 향상된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 에미터층 구조를 가진 태양 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지(10)는 p-n 접합을 형성하는 제1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판(120) 및 상기 반도체 기판(120) 상부에 상기 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물이 도핑된 제1,1+에미터층(130,140), 상기 반도체 기판(120)의 일면에 상기 제1+ 에미터층과 접촉하는 전면 전극(150) 및 상기 반도체 기판의 타면에 형성된 후면 전극(180)을 포함한다. 이외에도 반사방지막(160) 및 후면 전계층(BSF; Back Surface Field)(170)이 더 포함될 수 있다.
상기 반도체 기판(120)은 단결정, 다결정 또는 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)과 같은 3가 원소 등의 p형 불순물이 도핑될 수 있다.
전면 전극(150)은 은(Ag) 페이스트로 스크린 프린팅 등의 방법으로 형성되어 있고, 후면 전극(180)은 알루미늄 페이스트를 이용해 제작된다. 이러한 페이스트는 점성을 지니고 있어서, 100-200℃에서 건조 공정을 거치며, 후면 전극(180)을 형성하기 위해 스크린 프린팅으로 은과 알루미늄으로서 전극을 형성한 후 건조 공정을 거친다.
여기서 은과 실리콘이 오믹 콘택(Ohmic Contact)을 형성하지 못하기 때문에 알루미늄이 요구된다. 알루미늄은 실리콘과의 접촉 저항을 줄이고 알루미늄이 재결정화되면서 후면 전계층(BSF; Back Surface Field)을 형성해 태양 전지의 전압을 높이는 효과가 있다.
태양 전지의 전면에 형성된 반사 방지막(160)은 태양광의 흡수율을 향상시킨다.
한편, 전면 전극(150)의 배선과 관련하여 전면 전극이 배치되지 않는 부위까지 고농도의 에미터층을 형성할 경우, 반도체 기판의 표면에 존재하는 고농도의 불순물(dopant)들이 실리콘 내에 과잉으로 존재함으로써 응집물(precipitate)이 형성되고, 이로 인해 전하의 수명(lifetime)이 감소되어 궁극적으로 태양 전지의 작동 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전면 전극과 접촉하는 일부 영역인 제1+ 에미터층(140)은 그 외 영역인 제1 에미터층(130)에 비해 고농도로 불순물을 도핑함으로써 캐리어의 라이프 타임(lifetime)을 향상시킬 수 있다.
이러한 부분적인 고농도 도핑을 통해 선택적 에미터층 구조를 태양 전지에 적용하면 전면 전극과 에미터층간의 접촉 저항을 줄일 수 있고, 캐리어(minority carrier)의 재결합을 줄일 수 있는 장점이 있다.
그러나 이러한 장점에도 불구하고 선택적 에미터층 형성을 위한 국소 영역의 선택적 고농도 도핑은 공정 제어가 어렵고, 공정 비용이 크게 상승하는 단점이 있 어서 아직까지 선택적 에미터 기술을 태양 전지 양산 공정에 적용하기는 어려운 실정이었다.
본 발명의 일실시예에 따른 선택적 에미터층은 불순물을 포함하고 있는 도핑용 페이스트를 이용하여 레이저를 조사하여 2단계 확산 도핑 공정을 거쳐서 형성함으로써, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
선택적 에미터층을 형성하는 공정 기술에 대하여 상술하면, 반도체 기판에 불순물이 함유된 도핑용 페이스트를 도포한 후 제1차 열처리 과정을 통해 제1차 확산 공정을 거친 후 레이저를 조사하여 제 2차 열처리를 통해 선택적 제2차 확산 공정을 거친다.
이와 같은 방법을 통해 선택적 에미터가 형성되면, 전면 전극 및 후면 전극, 반사방지막 등을 형성함으로써 태양 전지를 제조하게 된다.
본 발명의 실시예는 전면 전극에 한하여 선택적 에미터층 구조를 설명하였으나, 후면 전극의 경우에도 선택적 에미터층 구조가 적용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 에미터층을 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다. 설명의 편의를 위해 반도체 기판의 타면에 대한 구조 및 제조 방법에 대해서는 생략하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 기판에 제1도전형 불순물이 함유된 도핑용 페이스트를 도포하는 공정을 나타낸 도면이다.
제1 도전형은 p형 또는 n형이 가능하나 설명의 편의를 위해 본 제1실시예에 서는 p형이라 하기로 한다. 따라서, 제1 도전형을 p형이라 할 때, 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형은 n형이 된다.
도 2a를 참고하면, p형 결정질 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(120) 위에 에미터 형성을 위해 n형 불순물을 함유한 도핑용 페이스트(110)를 기판의 전면(全面)에 도포하거나 또는 일부에 선택적으로 도포한다.
n형 불순물을 함유하고 있는 도핑용 페이스트(110)는 도펀트(dopant)로 인(P)을 주로 이용하지만, 비소, 안티몬 등과 같은 다른 5가 원소의 불순물을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이 p형 반도체 기판의 경우에는 인(P) 등이 포함된 n형 도핑용 페이스트를 도포하는 경우가 있지만, 본 발명의 실시예와 반대로 n형 반도체 기판의 경우에는 붕소(B) 등이 포함된 p형 도핑용 페이스트를 도포할 수 있다.
도핑용 페이스트(110)는 정해진 패턴을 갖는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법(screen printing)으로 주로 도포되지만, 스퍼터링법이나 잉크젯법(ink jetting), 스크린 마스크를 이용하지 않는 직접 인쇄법(direct printing)과 같은 다른 방식을 통해 반도체 기판(120) 위에 도포될 수 있다.
반도체 기판(120)에 제1 에미터층(130)을 형성하기 위해, 도핑용 페이스트(110)를 도포하기 전에, 표면 결정 결함 제거(saw damage removal) 공정, 기판 표면 요철 형성 공정 및 기판 세정 공정 등을 반도체 기판(120)의 표면에 실시하여, 반도체 기판(120)의 표면 상태를 개선할 수 있다. 이들 공정은 해당 기술분야 에 널리 알려진 공정들이므로, 본 명세서에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 2b에 도시한 것처럼, n형 불순물이 함유된 도핑용 페이스트(110)를 확산로(furnace) 안에서 열처리를 하여 제1 도핑용 페이스트(110)에 함유된 n형 불순물을 반도체 기판(120)의 표면으로 드라이브 인(drive-in)시킴으로써 n형 불순물이 도핑된 제1 에미터층(130)이 형성된다.
이때, 도핑용 페이스트의 농도 및 프린팅 디멘션(printing dimension)을 조절함으로써 에미터층의 도핑 농도 및 디멘션(dimension)을 제어할 수 있다. 이러한 제1차 확산 공정을 거치면, 도핑용 페이스트(110)에 포함된 n형 불순물이 반도체 기판의 표면을 통하여 기판 내부로 확산됨으로써, 일정한 두께로 n형 실리콘 반도체층으로 이루어진 제1 에미터층(130)이 형성된다.
이와 같이, n형 불순물을 반도체 기판(120) 내부로 확산시키면 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이 반도체 기판의 표면에 성장한다. 확산 공정이후 공정인 반사 방지막과 금속 전극 형성을 위해 기판 표면에 생성된 산화물(PSG)을 식각 공정을 통해 제거한다. 이때, 산화물(PSG)은 불산 용액 등을 이용하여 제거될 수 있다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저를 이용한 2차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
1차 열확산 공정 후 순차적으로 레이저 등을 이용해 전면 전극과 접촉이 이루어지는 영역만을 선택적으로 열확산함으로써 불순물의 농도가 제1 에미터층(130)보다 높은 제1+ 에미터층(140)이 국부적으로 형성된 선택적 에미터층을 형성할 수 있다.
레이저를 이용한 2차 열확산 공정을 순서대로 살펴 보면, 전면 전극의 배치를 고려하여 도핑용 페이스트 영역 중 특정 영역에 도핑용 페이스트의 상부에 레이저를 조사한다. 상기 도핑용 페이스트 영역 중에서 레이저가 조사되지 않은 영역(Lx)과 비교해 볼 때, 레이저가 조사된 영역(Lo)과 접촉된 반도체 기판(정확하게는 에미터층이 형성된 반도체 기판)에는 n형 불순물이 고농도로 주입될 수 있다.
레이저를 이용해 국소 영역의 선택적 열확산이 가능하므로 제1 에미터층을 형성한 후에 추가적으로 온도 제어를 하지 않더라도 전면 전극이 접촉하는 부위만 고농도 도핑이 가능한 장점이 있다.
제1+ 에미터층(140)은 제1 에미터층(130)과 도핑 깊이를 다르게 형성할 수 있고, 레이저 조사 영역(Lo)의 디멘션(dimension) 조절이 용이하므로, 고농도 도핑 영역의 디멘션(dimension)을 제어하기가 유리하고, 레이저의 출력 조절을 통해 온도 제어가 용이하므로, 제1+ 에미터층(140)의 도핑 농도 및 프로 파일 등 도핑 특성의 제어에 유리하다.
따라서, 제1+ 에미터층(140)의 도핑 깊이를 제1 에미터층(130)의 도핑 깊이와 동일하게 하거나 크거나 작게도 할 수 있다. 또한 레이저 조사를 연속적인 라인 형태로 하거나 불연속 도트 형태로 조사하느냐에 따라 제1+ 에미터층(140)이 연속된 라인 타입 또는 불연속 도트 타입 등으로 제작될 수 있다.
이러한 확산 공정을 통해 형성된 제1, 1+ 에미터층(130,140)의 면저항과 접합 깊이(junction depth) 등과 같은 특성은 반도체 기판(120)의 저항, 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도, 레이저 광 세기, 공정 시간 등과 같은 공정 조건에 따라 가변된다. 특히, 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도 및 제1,2 열 온도를 조절함으로써 제1, 1+ 에미터층(130,140)의 도핑 농도를 최적화할 수 있다.
예를 들어, 제1+ 에미터층(140)이 너무 얕은 경우에는 응집물의 형성에 의한 효율이 저하되는 문제점이 있고, 반대로 너무 깊은 경우에는 생성된 정공(hole)이 전면의 표면에 도달하기 위한 거리가 길어지게 되어 이동 중 전자(electron)와 재결합될 확률이 높아지게 되어 수집 확률(collection probability)이 감소하여 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 점들을 고려할 때, 제1+ 에미터층(140)은 대략 0.2-2.0㎛의 깊이로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 제1+ 에미터층(140)의 깊이와 농도는 면저항 등에 의해 결정될 수 있다. 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도, 열처리 온도, 레이저 광 세기 등에 따라 제1+ 에미터층(140)의 면저항은 제1 에미터층(130)의 면저항에 비해 낮다.
면저항이 너무 작으면, 붕소 이온의 표면 농도가 높아져서 고농도층이 재결합 부위(recombination site)로 작용하게 되어 FSRV(front surface recombination velocity)가 커지게 되며, 개방회로 전압(open curcuit voltage; Voc)를 감소시켜 태양 전지의 변환 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 반대로 면저항이 너무 크면, 전면 전극의 금속 배선과의 접촉 저항이 커지게 되어 충실도(Fill Factor; FF)를 감소시켜 효율을 저하시키는 문제점이 있다. 이러한 점들을 고려할 때, 제2 에미터층(140)의 면저항은 대략 30 ~ 100 Ω/㎠을 가지는 것이 바람직하다.
도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도핑용 페이스트가 제거되고, 전극을 형성하는 공정을 나타낸 도면이다.
레이저를 이용한 2단계에 걸친 확산 도핑이 끝난 후 에칭을 통해 도핑용 페이스트를 제거한 후 에미터층 위에 반사방지막(160)을 형성하고, 상대적으로 고농도로 도핑된 제2 에미터층(140)과 접촉할 수 있는 상기 영역에 소정의 패턴에 따라 전면 전극(150)을 형성하고 상기 기판의 후면에는 후면 전극(미도시)을 형성한다.
. 제1+ 에미터층(140)과 전면 전극(150)은 접촉을 통해 전기적으로 연결된다. 고농도로 도핑된 제1+ 에미터층(140)은 전면 전극(150)과 접촉하므로, 전면 전극(150)의 접촉 특성을 향상시켜 오믹 콘택(ohmic contact)을 구현할 수 있다. 또한, 에미터 층의 표면 중 일부 영역만을 n형 불순물이 고농도로 도핑된 영역을 형성함으로써 캐리어의 수명 시간을 증가시킬 수 있고, 아울러 태양 전지의 변환 효율을 개선할 수 있다.
<제2실시예>
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 에미터층을 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다. 설명의 편의를 위해 반도체 기판의 타면에 대한 구조 및 제조 방법에 대해서는 생략하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 기판에 제1,2 도전형 불순물이 각각 함유된 제1,2 도핑용 페이스트를 도포하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 3a를 참고하면, 제1 도전형 불순물이 함유된 결정질 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(220) 위에 제1 에미터층 형성을 위해 제1 도전형 불순물을 함유한 제1 도핑용 페이스트(211)를 도포하고, 제2 에미터층 형성을 위해 제2 도전형 불순물을 함유한 제2 도핑용 페이스트(212)를 도포한다. 이때, 제1,2 도핑용 페이스트(211,212)는 서로 맞물려 도포되거나, 일정거리 떨어져서 기판의 일부에 선택적으로 도포될 수 있다.
제1 도전형을 n형이라고 할 때, n형 불순물을 함유하고 있는 제1 도핑용 페이스트(211)는 도펀트(dopant)로 인(P)을 주로 이용하지만, 비소, 안티몬 등과 같은 다른 5가 원소의 불순물을 이용할 수 있다.
한편, 제1 도전형이 n형이면, 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형은 p형이 되므로 제2 도핑용 페이스트(212)는 붕소(B) 등이 포함된 불순물이 이용될 수 있다.
제1,2 도핑용 페이스트(211,212)는 정해진 패턴을 갖는 스크린 마스 크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법(screen printing)으로 주로 도포되지만, 스퍼터링법이나 잉크젯법(ink jetting), 스크린 마스크를 이용하지 않는 직접 인쇄법(direct printing)과 같은 다른 방식을 통해 반도체 기판(220) 위에 도포될 수 있다.
반도체 기판(220)에 제1,2 에미터층을 형성하기 위해, 제1,2 도핑용 페이스트(211,212)를 도포하기 전에, 표면 결정 결함 제거(saw damage removal) 공정, 기판 표면 요철 형성 공정 및 기판 세정 공정 등을 반도체 기판(220)의 표면에 실시하여, 반도체 기판(220)의 표면 상태를 개선할 수 있다. 이들 공정은 해당 기술분야에 널리 알려진 공정들이므로, 본 명세서에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 3b에 도시한 것처럼, n형 불순물이 함유된 제1 도핑용 페이스트(211) 및 p형 불순물이 함유된 제2 도핑용 페이스트(212)를 확산로(diffusion furnace)에서 열처리를 하여 제1 도핑용 페이스트(211)에 함유된 n형 불순물 및 제2 도핑용 페이스트(212)에 함유된 p형 불순물이 반도체 기판(220)의 표면으로 드라이브 인(drive-in)시킴으로써 n형 불순물이 도핑된 제1 에미터층(231) 및 p형 불순물이 도핑된 제2 에미터층(232)이 형성된다. 이때, 제1,2 도핑용 페이스트(211,212)가 일정거리 떨어져서 기판의 일부에 선택적으로 도포된 경우, 제1 에미터층(231) 및 및 제2 에미터층(232)도 일정거리 떨어져서 형성될 수 있다.
제1,2 도핑용 페이스트(211,212)를 동시에 도포한 후, 동시에 열확산을 하면, 제1 에미터층(231)과 제2 에미터층(232)이 동시에 형성될 수 있다.
이때, 도핑용 페이스트의 농도 및 프린팅 디멘션(printing dimension)을 조절함으로써 에미터층의 도핑 농도 및 디멘션(dimension)을 제어할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저를 이용한 제2차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
1차 열확산 공정 후 순차적으로 레이저 등을 이용해 전극과 접촉이 이루어지는 영역만을 선택적으로 열확산함으로써 불순물의 도핑 농도가 제1 에미터층(231) 및 제2 에미터층(232)보다 높은 제1+ 에미터층(241) 및 제2+ 에미터층(242)이 국부적으로 형성된 선택적 에미터층을 동시에 형성할 수 있다.
이후에 제1+ 에미터층(241) 상에 제1 전극(251)이 형성되고, 상기 제2+ 에미터층(242)상에 제2 전극(252)이 형성된다.
제1,2 전극의 배치를 고려하여 도핑용 페이스트 영역 중 일부 영역을 특정하여 제1,2 도핑용 페이스트(211,212)의 상부에 레이저를 조사한다. 상기 도핑용 페이스트 영역 중에서 레이저가 조사되지 않은 영역(Lx)과 비교해 볼 때, 레이저가 조사된 영역(Lo)과 접촉된 반도체 기판(정확하게는 에미터층이 형성된 반도체 기판)에는 n형 불순물 및 p형 불순물이 각각 고농도로 주입될 수 있다.
레이저를 이용해 국소 영역의 선택적 열확산이 가능하므로 제1,2 에미터층을 형성한 후에 추가적으로 온도 제어를 하지 않더라도 전극이 접촉하는 부위만 고농 도 도핑이 가능한 장점이 있다.
또한, 레이저 조사 영역(Lo)의 디멘션(dimension) 조절이 용이하므로, 고농도 도핑 영역의 디멘션(dimension)을 제어하기가 유리하고, 레이저의 출력 조절을 통해 온도 제어가 용이하므로, 제1+ 에미터층(241) 및 제2+ 에미터층(242)의 도핑 농도 및 프로 파일 등 도핑 특성의 제어에 유리하다.
따라서, 제1+ 에미터층(231)의 도핑 깊이를 제1 에미터층(241)의 도핑 깊이와 동일하게 하거나 크거나 작게도 할 수 있고, 제2+ 에미터층(232)의 도핑 깊이를 제1 에미터층(242)의 도핑 깊이와 동일하게 하거나 크거나 작게도 할 수 있다. 또한 레이저 조사를 연속적인 라인 형태로 하거나 불연속 도트 형태로 조사하느냐에 따라 제1+ 에미터층(241) 및 제 제2+ 에미터층(242)이 연속된 라인 타입 또는 불연속 도트 타입 등으로 제작될 수 있다.
이러한 확산 공정을 통해 형성된 제1,1+, 2, 2+ 에미터층의 면저항과 접합 깊이(junction depth) 등과 같은 특성은 반도체 기판(220)의 저항, 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도, 레이저 광 세기, 공정 시간 등과 같은 공정 조건에 따라 가변된다. 특히, 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도 및 제1,2 열처리 온도를 조절함으로써 제1,1+,2, 2+ 에미터층의 도핑 농도를 최적화할 수 있다.
예를 들어, 제1+ 에미터층(241) 및 제 제2+ 에미터층(242)이 너무 얕은 경우에 는 응집물의 형성에 의한 효율이 저하되는 문제점이 있고, 반대로 너무 깊은 경우에는 생성된 정공(hole)이 전면의 표면에 도달하기 위한 거리가 길어지게 되어 이동 중 전자(electron)와 재결합될 확률이 높아지게 되어 수집 확률(collection probability)이 감소하여 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 제1+,2+에미터층(241,242)의 깊이와 농도는 면저항 등에 의해 결정될 수 있다. 도핑용 페이스트에 함유된 불순물의 농도, 열처리 온도, 레이저 광 세기 등에 따라 제1+ 에미터층(241) 및 제 제2+ 에미터층(242)의 면저항은 각각 제1 에미터층(231) 및 제2 에미터층(232)의 면저항에 비해 낮다.
도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도핑용 페이스트가 제거되고, 제1,2 전극을 형성하는 공정을 나타낸 도면이다.
레이저를 이용한 2단계에 걸친 열확산 도핑이 끝난 후 에칭을 통해 도핑용 페이스트를 제거한 후, 상대적으로 고농도로 도핑된 제1+ 에미터층(241) 및 제 제2+ 에미터층(242)과 접촉할 수 있는 영역에 소정의 패턴에 따라 기판의 일면에 제1,2 전극(251,252)을 형성한다. 즉, 제1+ 에미터층(241)과 제1 전극(251)은 접촉을 통해 전기적으로 연결되고, 제2+ 에미터층(242)과 제1 전극(252)은 접촉을 통해 전기적으로 연결된다.
고농도로 도핑된 제1+ 에미터층(241) 및 제2+ 에미터층(242)이 각각 제1,2 전 극(251,252)과 접촉하여 전기적으로 연결되므로, 제1,2 전극(251,252)의 접촉 특성을 향상시켜 오믹 콘택(ohmic contact)을 구현할 수 있다. 또한, 에미터 층의 표면 중 일부 영역만을 각각 n형 불순물 또는 p형 불순물이 고농도로 도핑된 영역을 형성함으로써 캐리어의 수명 시간을 증가시킬 수 있고, 아울러 태양 전지의 변환 효율을 개선할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본발명의 제1실시예에 따른 선택적 에미터층 구조를 가진 태양 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 에미터층을 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 기판에 제1도전형 불순물이 함유된 도핑용 페이스트를 도포하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저를 이용한 2차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도핑용 페이스트가 제거되고, 전극을 형성하는 공정을 나타낸 도면이다. 도 3b는 제1차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 에미터층을 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 기판에 제1,2 도전형 불순물이 각각 함유된 제1,2 도핑용 페이스트를 도포하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저를 이용한 제2차 열확산 공정을 나타낸 도면이다.
도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도핑용 페이스트가 제거되고, 제1,2 전극을 형성하는 공정을 나타낸 도면이다.

Claims (17)

  1. 제1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판 상부에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물을 포함한 도핑용 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제1 에미터층을 형성하는 1차 열확산 단계;
    상기 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제1 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제1+ 에미터층을 형성하는 2차 열확산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1+ 에미터층은 제1 에미터층과 도핑 깊이가 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1+ 에미터층은 라인 타입(line type)인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1+ 에미터층은 불연속 도트 타입(dot type)인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 불순물은 n형 불순물인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 불순물은 p형 불순물인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도핑용 페이스트는 상기 기판의 전면(全面)에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도핑용 페이스트를 기판의 일부에 선택적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    제2차 열확산 단계 이후에,
    상기 도핑용 페이스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도핑용 페이스트를 제거하는 단계 이후에
    상기 제1 에미터층 상에 전면 전극, 상기 기판의 후면에는 후면 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 일면에 반사 방지막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제1 도전형 불순물이 도핑된 반도체 기판 상부에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형 불순물을 포함한 제1 도핑용 페이스트 및 상기 제1도전형 불순물을 가지는 제2 도핑용 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 제1 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제1 에미터층을 형성하고, 상기 제2 도핑용 페이스트가 도포된 상기 기판의 일면에 제2 에미터층을 형성하는 1차 열확산 단계;
    상기 제1 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제1 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제1+ 에미터층을 형성하고, 상기 제2 도핑용 페이스트의 일부 영역에 레이저를 조사하여 상기 제2 에미터층의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 가지는 제2+ 에미터층을 2차열확산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1+ 에미터층상에 제1 전극, 상기 제2+ 에미터층상에 제2 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1에미터층과 제2에미터층이 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    제1+ 에미터층과 제2+ 에미터층이 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제1 도전형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체 기판;
    상기 기판의 일면에 제1 도전형과 반대 극성을 가지는 제2 도전형의 불순물이 도핑된 제1 에미터층;
    상기 제1 에미터층에 도핑된 상기 제2 도전형의 불순물의 농도보다 더 높은 농도로 상기 제2 도전형의 불순물이 도핑된 상기 제1+ 에미터층;
    상기 제1+ 에미터층은 제1 에미터층의 깊이보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 에미터층과 일정거리 떨어져서 제1 도전형의 불순물로 도핑된 제2에미터층이 더 형성되고
    상기 제2 에미터층상에 형성되고 상기 제2 에미터층보다 도핑 깊이가 같거나 작으며, 동시에 도핑 농도가 높은 제2+ 에미터층이 형성된 태양 전지.
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