KR20100108805A - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원의 일 실시예에서는 기판의 한쪽 면에 보호막을 형성하는 단계, 상기 한쪽 면의 이면에 대해서 요철을 형성하는 단계, 상기 한쪽 면에서 보호막을 제거하는 단계, 상기 한쪽 면에 마스크를 위치하고, 이를 베리어로 불순물을 포함하고 있는 SOD(spin on dopant) 용액을 부분적으로 스프레이하는 단계, 상기 SOD 용액에 포함되어 있는 불순물을 상기 기판으로 확산하는 단계, 상기 이면에서 산화물을 제거하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
태양 전지, 확산, 도핑, SOG, SOD
Description
본 출원은 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다.
태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있다. 이 중 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 태양 전지를 일컫는다.
이 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 만들며, 광전효과로 n형 반도체에서 p형 반도체로 전자가 흘러 전기가 만들어진다.
태양전지의 에너지 변환효율을 향상시키기 위해서는 기판 및 전극에서의 저항을 낮추고, 캐리어들의 재결합을 줄여야 한다. 또한 이와 동시에 기판에 입사되는 빛에 대한 반사도를 감소시켜야 하는바, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있 다.
본 출원은 이 같은 기술적 배경에서 제안된 것으로, 태양 전지를 제조하는 방법을 개선해서 고 효율의 태양 전지를 제조하고자 한다
본 출원의 일 실시예에서는 기판의 한쪽 면에 보호막을 형성하는 단계, 상기 한쪽 면의 이면에 대해서 요철을 형성하는 단계, 상기 한쪽 면에서 보호막을 제거하는 단계, 상기 한쪽 면에 마스크를 위치하고, 이를 베리어로 불순물을 포함하고 있는 SOD(spin on dopant) 용액을 부분적으로 스프레이하는 단계, 상기 SOD 용액에 포함되어 있는 불순물을 상기 기판으로 확산하는 단계, 상기 이면에서 산화물을 제거하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
보호막을 형성하는 단계는, SOG(spin on glass) 용액을 상기 한쪽 면에 도포하고, 상기 SOG(spin on glass) 용액과 상기 기판이 반응해서 만들어지는 산화막을 보호막으로 이용할 수 있다.
선택적으로 상기 보호막을 형성하는 단계는, 글래스 프릿(glass frit)을 상기 한쪽 면에 도포하고, 이를 열처리해서 보호막으로 형성할 수도 있다.
상기 산화물을 제거하는 단계는, 상기 산화물에 에천트를 공급해서 상기 산화물을 식각하고, 이어서 H2SO4과 H2O2가 1:1의 부피비를 갖는 에천트를 더 공급해서 상기 이면에 잔존하는 불순물을 제거한다.
상기 요철을 형성한 다음에, 상기 제조 방법은 상기 요철을 덮는 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 불순물은 5가 원소들 또는 3가 원소들에서 선택될 수 있고, 이 경우 상기 기판은 3가 원소들의 불순물로 도핑된다.
상기 불순물을 기판으로 확산하는 단계 이후에, 상기 제조 방법은 상기 기판의 한쪽 면에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판의 표면에 요철이 형성되어 있으며, 또한 요철에는 미세한 홈들이 형성되어 있으므로, 요철 및 홈들에서 빛의 입사 및 반사 동작이 늘어나게 되어 기판 내부에 빛이 더 갇히게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 모습을 보여주는 단면도이다.
도 1에서, 기판(10)에는 제1 도전성의 제1 도핑부(30)와, 제1 도전성과 반대되는 제2 도전성의 제2 도핑부(40)가 형성되어 있다.
먼저, 기판(10)은 제2 도전성 불순물이 도핑되어 있는 p형(또는 n형) 반도체로, 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성이 된다. 본 출원의 실시예들에서, 기판(10)은 p형 다결정 실리콘인 것으로 예시한다.
제1 도핑부(30)는 기판(10)과 반대되는 도전성의 불순물로 도핑되어 있다. 따라서, 본 출원의 실시예들에서는 제1 도핑부(30)는 n형 불순물로 도핑되어 있다. 이 같은 제1 도핑부(30)는 빛이 기판(10)에 입사되는 상부면(10a)과 마주하는 하부면(10b)에 부분적으로 형성이 되어 있다. 한편, 기판(10)은 p형 반도체이고, 제1 도핑부(30)는 n형 반도체이므로, 둘 사이에서 p-n 접합이 형성된다.
제2 도핑부(40)는 제1 도핑부(30)와 반대되는 도전성인 p형 불순물로 도핑되어 있다. 제2 도핑부(40)는 제1 도핑부(30) 사이에 선택적으로 형성이 되며, 기판(10)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(10)보다 고농도로 도핑된 영역이다. 이 같은 제2 도핑부(40)는 기판(10)의 표면에서 전위 장벽을 줄여 기판(10)의 하부면(10b)에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 방지한다.
그리고, 제1 도핑부(30)와 제2 도핑부(40)가 형성되어 있는 하부면(10b)에는 보호막(50)이 형성되어 있다. 이 보호막(50)은 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 덮어 대기 중에 노출되는 것을 방지한다. 보호막(50)에는 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 노출시키는 컨택홀(51)이 형성되어 있다. 컨택홀(51)을 통해서, 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)가 노출이 된다.
버스바(60)가 컨택홀(51)을 메우면서 보호막(50) 위에 형성되어 있다. 버스바(60)는 알루미늄과 같은 도전성 물질로 이루어지므로, 제1 도핑부(30)와 제2 도핑부(40)는 버스바(60)를 매개로 전기적으로 연결이 된다.
그리고, 기판(10)의 상부면(10a)으로는 요철(11)이 형성되어 있다. 이 같은 요철(11)은 기판(10)의 상부면(10a) 전체에 형성될 수 있으며, 대략 피라미드 형상을 이루고 있다. 이처럼 기판(10)의 상부면(10a)에 형성되어 있는 요철(11)은 빛이 기판(10)에서 반사되는 것을 방지하고, 빛이 기판(10)에서 진행하는 경로를 늘여 준다.
요철(11)이 형성되어 있는 기판(10) 위로는 이 요철(11)을 덮는 반사 방지막(20)이 더 형성되어 있다. 이 같은 반사 방지막(20)은 빛이 기판(10)에서 반사되는 것을 방지해 요철(11) 과 함께 기판(10)으로 입사되는 빛이 손실되는 것을 효과적으로 방지한다. 이 반사 방지막(20)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어진다.
이하, 상술한 태양 전지를 제조하는 방법에 대해서 첨부한 도면을 참조로 설명한다.
도 2및 도 3에서, p형 반도체로 이루어진 기판(10)에 노즐(101)을 통해서 SOG(spin on glass) 용액 또는 글래스 프릿(glass frit)을 떨어트려 보호막(110)을 형성한다. 글래스 프릿을 이용하는 경우, 기판(10)에 글래스 프릿을 도포한 다음에 열처리 공정을 거쳐서 보호막(110)이 형성되는 반면에, SOG 용액은 기판(10)과 반응해서 SiO2와 같은 산화막이 형성된다.
이처럼, 글래스 프릿 또는 SOG 용액을 이용하게 되면, 종전과 같이 값비싼 진공 장비를 이용해서 보호막을 형성할 필요가 없으므로 제조 원가를 줄일 수가 있으며, 제조 시간을 단축하는데 효과적이다.
이 같은 보호막(110)은 기판(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b) 중 하부면(10b)에 대해서만 선택적으로 형성이 된다. 이에 따라서, 상부면(10a)은 대기 중에 노출되지만, 하부면(10b)은 노출되지 않는다.
다음으로 도 4에서와 같이, 대기 중에 노출되어 있는 상부면(10a)에 에천트를 공급해서 기판(10)의 전면을 텍스쳐링한다. 이에 따라, 기판(10)의 상부면(10a)에는 요철(11)이 형성된다. 기판(10)이 단결정 반도체인 경우에, 염기성 용액(예, KOH, NaOH, TMAH 등)을 에천트로 사용하며, 다결정 반도체인 경우에는 산 용액(예, HF, HNO3 등)을 에천트로 사용한다..
이 같은 표면 조직화 과정에서, 기판(10)의 하부면(10b)으로는 보호막(110)이 형성되어 있어 에천트가 공급되지 못하므로, 하부면(10b)에서는 식각이 일어나지 않는다.
다음으로, 도 5 에서와 같이, 요철(11) 위로 반사 방지막(20)을 형성하고, 보호막(110)을 제거한다. 먼저, 반사 방지막(20)은 요철(11)을 완전히 덮도록, 요 철(11) 위에 형성이 된다. 이 같은 반사 방지막(207)은 빛이 기판(10)에서 반사되는 것을 방지해 요철들(11)과 함께 기판(10)으로 입사되는 빛이 손실되는 것을 효과적으로 방지한다. 이 같은 반사 방지막(20)은 화학기상증착법을 이용해서 기판(10)의 상부면(10a)에 SiO2 또는 SiNx를 증착해서 형성할 수 있다.
요철(11) 위에 반사 방지막(20)을 형성함과 아울러, 기판(10)의 하부면(10b)에 형성되어 있는 보호막(110)에 HF와 같은 산성 용액을 에천트로 제공해서 보호막(110)을 제거한다.
다음으로, 기판(10)의 하부면(10b)에 제1 도핑부(30)를 형성해서 기판(10)과 제1 도핑부(30) 사이에 p-n 접합을 형성한다. 보다 상세히, 도 6에서처럼, 기판(10)에 불순물을 주입하기 위해서 기판(10)의 하부면(10b)에 마스크(501)를 위치시킨 다음, 이 마스크(501)를 베리어로 노즐(101)을 통해 불순물을 포함하고 있는 SOD(spin on dopant) 용액을 하부면(10b)에 스프레이한다. 여기서, 불순물은 기판(10)이 p형 반도체이므로, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소들에서 선택된다. 이에 따라서, 마스크(501)로 가려져 있던 부분에서는 SOD 용액이 도포되지 않고, 마스크(501)가 없던 부분에서는 SOD 용액이 도포가 되므로, 결과적으로 SOD 용액은 기판(10)의 하부면(10b)에 선택적으로 도포가 된다.
이처럼, 불순물을 포함하는 SOD 용액을 기판(10)의 하부면(10b)에 도포한 다음, 확산로에서 SOD 용액에 포함된 불순물을 기판(10)으로 확산시킨다. 그 결과로, 불순물이 기판(10)으로 확산되면서 제1 도핑부(30)가 형성됨과 아울러, 하부 면(10b)에는 불순물(예, 인)(91a)을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)(91)이 만들어진다. 이에 따라, 기판(10)의 하부면(10b)에 HF와 같은 산성 용액을 에천트로 공급해서 산화물(91)을 기판(10)의 하부면(10b)에서 제거한다. 또한, 추가로 H2SO4과 H2O2가 1:1의 부피비를 갖는 에천트를 기판(10)의 하부면(10b)에 더 공급할 수 있으며, 이에 따라서 기판(10)의 하부면(10b)에 잔존하는 불순물(91a)을 완전히 제거할 수 있다.
이상의 결과로, p형 기판(10)과, n형 제1 도핑부(30) 사이에 p-n 접합이 형성된다.
다음으로, 도 8에서와 같이, 제1 도핑부(30) 사이에 불순물을 확산시켜서 기판(10)과 동일한 도전성의 제2 도핑부(40)를 형성한다. 보다 자세히, 기판(10)에 불순물을 주입하기 위해서 기판(10)의 하부면(10b)에 마스크(501)를 위치시킨 다음, 이 마스크(501)를 베리어로 노즐(101)을 통해 불순물을 포함하고 있는 SOD(spin on dopant) 용액을 하부면(10b)에 스프레이한다. 여기서, 불순물은 기판(10)이 p형 반도체이므로, 불순물은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소들에서 선택된다. 이에 따라서, 마스크(501)로 가려진 부분에서는 SOD 용액이 도포되지 않고, 마스크(501)가 없던 부분에서는 SOD 용액이 도포가 되므로, 결과적으로 SOD 용액은 제1 도핑부(30) 사이에 선택적으로 도포가 된다.
이처럼, 불순물을 포함하는 SOD 용액을 기판(10)의 하부면(10b)에 도포한 다음, 확산로에서 SOD 용액에 포함된 불순물을 기판(10)으로 확산시킨다. 그 결과 로, 도 9에서와 같이 불순물이 기판(10)으로 확산되면서 제2 도핑부(40)가 형성됨과 아울러, 하부면(10b)에는 불순물(예, 붕소)(93a)을 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)(93)이 만들어진다. 이에 따라, 기판(10)의 하부면(10b)에 HF와 같은 산성 용액을 에천트로 공급해서 산화물(93)을 기판(10)의 하부면(10b)에서 제거한다. 또한, 추가로 H2SO4과 H2O2가 1:1의 부피비를 갖는 에천트를 기판(10)의 하부면(10b)에 더 공급할 수 있으며, 이에 따라서 기판(10)의 하부면(10b)에 잔존하는 불순물(93a)을 완전히 제거할 수 있다.
이상의 결과로, 제2 도핑부(40)가 기판(10)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(10)보다 고농도로 도핑된 영역으로 만들어진다. 이 제2 도핑부(40)는 기판(10) 표면에서 전위 장벽을 줄여 기판(10)의 하부면(10b)에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 방지한다.
이처럼, 기판(10)의 하부면(10b)에 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 형성한 다음에는, 도 10에서와 같이 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 덮는 보호막(50)을 기판(10)의 하부면(10b)에 형성한다. 바람직하게, 이 보호막(50)은 기판(10)의 하부면(10b) 전체에 대해서 형성이 되고, 화학기상증착법을 이용해서 기판(10)의 상부면(10a)에 SiO2 또는 SiNx를 증착해서 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11에서와 같이, 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 노출시키는 컨택홀(51)을 보호막(50)에 형성한 다음에, 컨택홀(51)을 통해서 노출된 제1 도핑부(30) 및 제2 도핑부(40)를 전기적으로 연결하는 버스바(60)를 보호막(51) 위 에 형성한다. 이 같은 버스바(60)는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 이들의 조합에서 선택되어지며, 페이스트를 이용하는 스크린 인쇄법, 스퍼터링법, 화학기상증착법 등을 이용해서 형성이 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 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 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 태양 전지의 모습을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 기판에 보호막을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 기판에 요철과 반사 방지막을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 SOD 용액을 기판에 스프레이 해서 제1 도핑부를 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 8 및 도 9는 SOD 용액을 기판에 스프레이 해서 제2 도핑부를 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11은 제1 도핑부 및 제2 도핑부를 덮는 보호막과 이들을 전기적으로 연결하는 버스바를 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
Claims (8)
- 기판의 한쪽 면에 보호막을 형성하는 단계,상기 한쪽 면의 이면에 대해서 요철을 형성하는 단계,상기 한쪽 면에서 보호막을 제거하는 단계,상기 한쪽 면에 마스크를 위치하고, 이를 베리어로 불순물을 포함하고 있는 SOD(spin on dopant) 용액을 부분적으로 스프레이하는 단계,상기 SOD 용액에 포함되어 있는 불순물을 상기 기판으로 확산하는 단계,상기 이면에서 산화물을 제거하는 단계,를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호막을 형성하는 단계는,SOG(spin on glass) 용액을 상기 한쪽 면에 도포하고, 상기 SOG(spin on glass) 용액과 상기 기판이 반응해서 만들어지는 산화막을 보호막으로 이용하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호막을 형성하는 단계는,글래스 프릿(glass frit)을 상기 한쪽 면에 도포하고, 이를 열처리해서 보 호막으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 산화물을 제거하는 단계는,상기 산화물에 에천트를 공급해서 상기 산화물을 식각하고,이어서 H2SO4과 H2O2가 1:1의 부피비를 갖는 에천트를 더 공급해서 상기 이면에 잔존하는 불순물을 제거하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요철을 형성한 다음에, 상기 요철을 덮는 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 불순물은 5가 원소들 또는 3가 원소들에서 선택되는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 기판은 3가 원소들의 불순물로 도핑되어 있는 태양 전지의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 불순물을 기판으로 확산하는 단계 이후에, 상기 기판의 한쪽 면에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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