KR20100130044A - Method for fabricating solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 확산 공정에 의해 상기 실리콘 기판 상에 형성된 PSG막 및 PSG막과 실리콘 기판의 계면 상에 존재하는 금속 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, and more particularly, an embodiment in which a PSG film formed on the silicon substrate and a metal compound present on an interface between the PSG film and the silicon substrate can be easily removed by a diffusion process. The present invention relates to a battery manufacturing method.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. A solar cell is a key element of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and is basically a diode composed of a p-n junction.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. In the process of converting sunlight into electricity by solar cells, when solar light is incident on the pn junction of solar cells, electron-hole pairs are generated, and electrons move to n layers and holes move to p layers by the electric field. Photovoltaic power is generated between the pn junctions, and when a load or a system is connected to both ends of the solar cell, current flows to generate power.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 물질, 형태에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리 콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다. On the other hand, solar cells are classified into various types according to the material and the shape of the light absorption layer, which is a pn junction layer. Examples of the light absorption layer may include silicon (Si). The substrate type used as the absorption layer and the thin film type which form a light absorption layer by depositing silicon in the form of a thin film are divided.
실리콘계 태양전지 중 기판형의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도체층의 하부에 각각 전면전극(104)과 후면전극(105)이 구비된다. 이 때, 상기 p형 반도체층(101) 및 n형 반도체층(102)은 하나의 기판에 구현되는 것으로서, 기판의 하부는 p형 반도체층(101), 기판의 상부는 n형 반도체층(102)이라 할 수 있으며, 일반적으로 p형 실리콘 기판이 준비된 상태에서 p형 실리콘 기판의 상층부에 n형 불순물 이온을 주입, 확산(diffusion)시켜 n형 반도체층(102)을 형성한다. 또한, 상기 n형 반도체층(102) 상에는 표면 반사를 최소화하기 위한 반사방지막(103)이 구비된다.The structure of the substrate type of the silicon-based solar cell is as follows. As shown in FIG. 1, an n-
이와 같은 실리콘계 태양전지는 p형 실리콘 기판의 준비, 실리콘 기판의 표면 텍스쳐링(요철 형성), n형 불순물 이온 주입 및 확산, 반사방지막 적층, 전면전극 및 후면전극의 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 이 때, n형 불순물 이온을 주입, 확산시켜 상기 n형 반도체층(102)을 형성하는 공정을 구체적으로 살펴보면, p형 실리콘 기판 상에 POCl2 용액을 도포하고, 고온의 열처리를 통해 POCl2 용액의 인(P)이 p형 실리콘 기판 내부로 확산(diffusion)되도록 하여 n형 반도체층(120)이 형성되도록 한다. Such silicon-based solar cells are manufactured through processes such as preparation of a p-type silicon substrate, surface texturing (formation of irregularities) on the silicon substrate, implantation and diffusion of n-type impurity ions, lamination of an antireflection film, and formation of front and rear electrodes. At this time, POCl 2 solution with an n-type impurity ions through the implantation, diffusion look at the step of forming the n-
인(P)의 확산 공정이 고온 하에서 진행됨에 따라, 실리콘 기판 상에 인(P)과 실리콘(Si) 등이 반응한 PSG(phosphor-silicate glass)막이 형성되는데, 이와 같은 PSG막은 제거되어야 할 부산물로서, 일반적으로 불산(HF) 등의 식각 용액을 통해 제거된다. As the diffusion process of phosphorus (P) proceeds under high temperature, a phosphor-silicate glass (PSG) film in which phosphorus (P), silicon (Si), etc. reacts is formed on a silicon substrate. Such a PSG film is a by-product to be removed. As a general rule, it is removed through an etching solution such as hydrofluoric acid (HF).
한편, 상기 확산 공정에서, PSG막 이외에 공기 중 또는 장치 내의 부유하는 금속이 인(P), 실리콘(Si) 등과 반응하여 형성된 금속 화합물이 PSG막과 실리콘 기판 사이의 계면 또는 PSG막 상에 존재하게 된다. On the other hand, in the diffusion process, a metal compound formed by the reaction of the metal floating in the air or in the device other than the PSG film with phosphorus (P), silicon (Si) or the like is present on the interface or PSG film between the PSG film and the silicon substrate. do.
이와 같은 금속 화합물은 불산을 이용한 PSG막 식각 공정에서 제거되지 않고 실리콘 기판 상에 잔존하게 되며, 암모니아계의 에천트를 이용하더라도 용이하게 제거되지 않는 특성을 갖는다. Such a metal compound remains on the silicon substrate without being removed in the PSG film etching process using hydrofluoric acid, and has a characteristic that the metal compound is not easily removed even when an ammonia-based etchant is used.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 확산 공정에 의해 상기 실리콘 기판 상에 형성된 PSG막 및 PSG막과 실리콘 기판의 계면 상에 존재하는 금속 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, a solar cell that can easily remove the PSG film formed on the silicon substrate and the metal compound present on the interface between the PSG film and the silicon substrate by a diffusion process Its purpose is to provide a method of manufacturing.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 p형 실리콘 기판 상에 n형 불순물 이온을 함유한 용액을 도포하는 제 1 단계와, 상기 p형 실리콘 기판을 열처리하여 상기 p형 실리콘 기판의 상층부에 n형 반도체층을 형성하는 제 2 단계 및 상기 제 2 단계에 의해 상기 실리콘 기판 상에 형성된 PSG막 및 금속 화합물을 제거하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 제 3 단계는, 황산을 이용하여 상기 PSG막 상 및 상기 PSG막과 실리콘 기판 사이의 계면 사이에 존재하는 금속 화합물을 제거하는 제 1 세정공정과, 불산을 이용하여 상기 PSG막을 제거하는 제 2 세정공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The solar cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above object is a first step of applying a solution containing n-type impurity ions on a p-type silicon substrate, and the p-type silicon substrate by heat treatment And a third step of forming an n-type semiconductor layer over the silicon substrate and a third step of removing the PSG film and the metal compound formed on the silicon substrate by the second step. A first cleaning step of removing the metal compound present on the PSG film and the interface between the PSG film and the silicon substrate using sulfuric acid; and a second cleaning step of removing the PSG film using hydrofluoric acid. It is characterized in that the configuration.
상기 제 2 세정공정 이후, 표준화학용액(SC1)을 이용하여 잔존하는 금속 화합물을 제거하는 제 3 세정공정을 더 적용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 세정공정에서 상기 황산에 과산화수소 또는 오존이 더 첨가될 수 있으며, 상기 황산과 과산화수소의 혼합 비율은 5∼7 : 1 일 수 있다. After the second cleaning step, a third cleaning step for removing the remaining metal compound using a standard chemical solution (SC1) may be further applied. In addition, hydrogen peroxide or ozone may be further added to the sulfuric acid in the first washing process, and the mixing ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide may be 5 to 7: 1.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 p형 실리콘 기판 상에 n형 불순물 이온을 함유한 용액을 도포하는 제 1 단계와, 상기 p형 실리콘 기판을 열처리하여 상기 p형 실리콘 기판의 상층부에 n형 반도체층을 형성하는 제 2 단계 및 상기 제 2 단계에 의해 상기 실리콘 기판 상에 형성된 PSG막 및 금속 화합물을 제거하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 제 3 단계는, 플라즈마를 이용하여 상기 PSG막 상 및 상기 PSG막과 실리콘 기판 사이의 계면 사이에 존재하는 금속 화합물을 제거하는 제 1 세정공정과, 불산을 이용하여 상기 PSG막을 제거하는 제 2 세정공정과, 표준화학용액(SC1)을 이용하여 잔존하는 금속 화합물을 제거하는 제 3 세정공정을 포함하여 구성되는 것을 다른 특징으로 한다. The solar cell manufacturing method according to the present invention comprises the first step of applying a solution containing n-type impurity ions on a p-type silicon substrate, and heat-treating the p-type silicon substrate n-type on the upper layer of the p-type silicon substrate And a third step of forming a semiconductor layer and a third step of removing the PSG film and the metal compound formed on the silicon substrate by the second step, wherein the third step is performed by using the plasma. A first cleaning step for removing the metal compound present on the film and between the interface between the PSG film and the silicon substrate, a second cleaning step for removing the PSG film using hydrofluoric acid, and using a standard chemical solution (SC1) And a third cleaning step of removing remaining metal compounds.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The manufacturing method of the solar cell according to the present invention has the following effects.
확산 공정에서 생성될 수 있는 PSG막 및 금속 화합물을 효과적으로 제거할 수 있어 태양전지의 특성을 향상시킬 수 있게 된다. It is possible to effectively remove the PSG film and metal compounds that can be generated in the diffusion process it is possible to improve the characteristics of the solar cell.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, Figures 3a to 3e is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 실리콘 기판(310)을 준비한다(S201). 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며 일 예로, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다. 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310)이 준비된 상태에서, 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310)의 상부면에 요철(301)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 상기 요철(301)을 형성할 수 있다. First, as shown in FIGS. 2 and 3A, a first
이와 같은 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이 n형 불순물 이온을 함유한 불순물 용액 예를 들어, POCl2 용액을 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(310) 상에 도포한다. 그런 다음, 상기 실리콘 기판(310)을 대상으로 열처리 과정을 적용하여 상기 POCl2 용액 내의 인(P) 이온이 상기 실리콘 기판(310)의 내부로 확산(diffusion)되도록 하고, 이를 통해 상기 실리콘 기판(310)의 상층부에 n형 반도체층(312)을 형성한다(S203). 이에 따라, 상기 실리콘 기판(310)의 하층부, 상층부에 각각 p형 반도체층(311), n형 반도체층(312)이 구비되어 P-N 접합을 이루게 된다. In this state, as shown in FIG. 3B, an impurity solution containing n-type impurity ions, for example, a POCl 2 solution, is coated on the
한편, 상기 불순물 이온의 도포 및 확산 공정으로 인해, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 실리콘 기판(310) 상에는 PSG막(313) 및 금속 화합물(314) 등의 부산물이 형성된다(S204). 상기 PSG막(313)은 POCl2 용액의 인(P)과 실리콘 기판(310)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 것이며, 상기 금속 화합물(314)은 확산 장치 내 에 부유하는 금속 입자 등이 인(P), (Si) 등과 반응하여 형성된 것으로서, 상기 PSG막(313)과 실리콘 기판(310) 사이의 계면 또는 상기 PSG막(313) 상에 형성된다. 여기서, 상기 PSG막(313) 및 금속 화합물(314) 이외에 탄소계의 유기물이 더 생성하여 상기 실리콘 기판(310) 상에 존재할 수 있다. On the other hand, as a result of the application and diffusion of the impurity ions, by-products such as the
이와 같은, PSG막(313) 및 금속 화합물(314) 등은 태양전지에 있어서 전기저항을 증가시켜 효율을 저하하는 인자로 작용하기 때문에 필수적으로 제거되어야 한다. 본 발명에는 이의 제거를 위해 다음과 같은 3단계의 세정공정을 적용한다(도 3d 및 도 3e 참조). As described above, the
먼저, 제 1 세정공정은 황산(H2SO4)을 이용하여 상기 금속 화합물(314)을 제거하는 공정(S205)이며, 제 2 세정공정은 상기 불산(HF)을 이용하여 상기 PSG막(313)을 제거하는 공정(S206)이며, 제 3 세정공정은 암모니아(NH3), 과산화수소(H2O2), 초순수(deionized water)가 혼합된 표준화학용액(SC1)을 이용하여 잔존하는 금속 화합물(314) 및 유기물을 제거하는 공정(s207)이다. First, a first cleaning step is a step (S205) of removing the
상기 제 1 세정공정에 있어서, 상기 황산에 과산화수소(H2O2) 또는 O3이 더 추가될 수 있으며, 과산화수소가 추가될 경우 <황산 : 과산화수소 = 5∼7 : 1>의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 세정공정은 상술한 바와 같은 황산을 이용한 습식 세정 이외에 플라즈마를 이용한 건식 세정공정을 이용할 수도 있다. In the first washing step, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or O 3 may be further added to the sulfuric acid, and when hydrogen peroxide is added, the mixture of sulfuric acid: hydrogen peroxide = 5 to 7: 1 is mixed. desirable. In addition, the first cleaning process may use a dry cleaning process using plasma in addition to the wet cleaning using sulfuric acid as described above.
상기 제 3 세정공정의 완료 후에, 세정공정시 상기 실리콘 기판(310) 상에 형성된 자연산화막(native oxide)을 제거하기 위해 불산을 이용한 추가 세정공정이 더 적용될 수도 있다. After completion of the third cleaning process, an additional cleaning process using hydrofluoric acid may be further applied to remove a native oxide formed on the
도 1은 일반적인 태양전지의 단면도. 1 is a cross-sectional view of a typical solar cell.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.2 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
301 : 요철 310 : 실리콘 기판301: unevenness 310: silicon substrate
311 : p형 반도체층 312 : n형 반도체층311: p-type semiconductor layer 312: n-type semiconductor layer
313 : PSG막 314 : 금속 화합물313
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|---|---|---|---|---|
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2009
- 2009-06-02 KR KR1020090048698A patent/KR20100130044A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018038478A1 (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 주성엔지니어링(주) | Solar cell and method for manufacturing same |
| CN108431969A (en) * | 2016-08-24 | 2018-08-21 | 周星工程股份有限公司 | Solar cell and its manufacturing method |
| US10629769B2 (en) | 2016-08-24 | 2020-04-21 | Jusung Engineering Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacturing the same |
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