KR20100136462A - 단결정 ｎ 실리콘 태양 전지를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 태양 전지 - Google Patents

단결정 ｎ 실리콘 태양 전지를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 태양 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패시베이션 처리된 후면 p+ 이미터(11)와, 이와 공간적으로 분리된, 표면 근처에서 높은 농도로 도핑된 후면 n++ 베이스 영역(12)과, 상기 p+ 이미터 영역 및 n++ 베이스 영역에 각각 도전성으로 접합된 교차 배열형 후면 콘택 핑거 구조물(26a, b)을 포함하는 단결정 n 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, n 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 박층 또는 알루미늄 함유 박층이 증착된 다음, 추후 베이스 콘택이 형성될 영역 내에 개구들을 얻기 위해 상기 박층이 구조화된다. 이어서 다음 공정 단계에서, 구조화된 이미터 층의 형성을 위해 알루미늄이 n 실리콘 웨이퍼 내로 확산된다.

Description

단결정 ｎ 실리콘 태양 전지를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 태양 전지 {METHOD FOR THE PRODUCTION OF MONOCRYSTALLINE N-SILICON SOLAR CELLS, AND SOLAR CELL PRODUCED ACCORDING TO SUCH A METHOD}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따라, 후면 p+ 이미터와, 이와 공간적으로 분리된, 표면 근처에서 높은 농도로 도핑된 후면 n++ 베이스 영역과, 상기 p+ 이미터 영역 및 n++ 베이스 영역에 각각 도전성으로 접합된 교차 배열형(interdigitated) 후면 콘택 핑거 구조물을 포함하는 단결정 n 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 태양 전지에 관한 것이다.
단결정 n-Si 웨이퍼 상의 후면 전극형 태양 전지는 수년 전부터 여러 태양 전지 제조 업자들에 의해 개발되어 왔으며, 일부는 이미 상용화되어 있다.
이와 관련해서는, 예컨대 썬파워(SunPower) 사의 이른바 A300 전지를 참조할 수 있다[2004년 프랑스 파리에서 개최된 제19회 유럽 태양광 발전 에너지 컨퍼런스 논문집(Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference)에 실린 W.D. Mulligan, D.H. Rose, M.J. Cudzinovic, D.M. DeCeuster, K.R. McIntosh, D.D. Smith, R.M. Swanson 공저, "21%의 효율을 가진 태양 전지의 제조(Manufacture of solar cells with 21% efficiency)" 참조]. A300 전지는 이른바 교차 배열 후면 전극형 전지(Interdigitated Back Contact Cell, IBC)이며, 이는 이미터 콘택 스트립 뿐만 아니라 후면 전계(Back Surface Field, BSF) 또는 베이스 콘택 스트립도 전지 후면에 제공되며, 서로 맞물려 있는 2개의 포크형 구조물처럼 형성됨을 의미한다.
동일 표면 상에 인접하여 놓인 n형 반도체 영역과 p형 반도체 영역의 전기적 분리가 필요한 경우, 이는 다양한 방법으로 해결될 수 있다. 즉, 후면 표면에 증착된 실리콘 산화물을 베이스 콘택으로서 제공된 영역 주변에서 레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용하여 제거함으로써, 전술한 두 영역을 상이한 높이에 형성할 수 있다[2006년 드레스덴에서 개최된 제21회 유럽 태양광 발전 에너지 컨퍼런스(European Photovoltaic Solar Energy Conference) 논문집 1페이지, P. Engelhardt, N.-P. Harder, T. Neubert, H. Plagwitz, B. Fischer, R. Meyer 및 R. Brendel 공저, "22%의 효율을 가진 후면 전극형 실리콘 태양 전지의 레이저 처리(Laser Processing of 22% Efficient Back-Contacted Silicon Solar Cells)" 참조].
레이저 처리에 의해 야기된 표면 손상 및 약 20㎛의 실리콘이 습식 화학 식각에 의해 제거된 후, 표준 POCl3 처리를 통해 후면의 보다 깊은 영역, 전면 그리고 전면 이미터와 후면 이미터 사이의 연결 개구들 내로 동시에 이미터의 인(P) 도핑이 실시된다. 이어서 단일 알루미늄 진공 증착 단계를 통해 상기 두 영역의 금속화가 실시되는데, 이때 반도체 표면 내에 형성된 거의 수직의 계단 구조물에서의 얇은 금속층의 박리에 의해 콘택 영역들이 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
패시베이션 처리된 이미터의 제조 및 두 반도체 영역(베이스 및 이미터)에 대한 국소적, 선택적 콘택들의 제조를 위한 기술들도 역시 공지되어 있으며, 문헌에서도 그 가치가 인정되었다[1986년 6월, 제14회 프로젝트 통합 회의(Project Integration Meeting), 태양광 집광 기술 프로젝트(Photovoltaic Concentrator Technology Project), 117-125 페이지, R.A. Sinton, Y. Kwark, R.M. Swanson 공저, "실리콘 태양 전지에서의 재결합 메커니즘(Recombination Mechanisms in Silicon Solar Cells)" 참조]. 반도체 영역들과 그 위에 놓인 금속 전류 경로들 사이의 절연체이기도 한 패시베이션 층의 국소 개방은 레이저를 이용하여 수행되는 경우가 점차 증가할 것이다. 이 경우, 한편으로는 절연층만 국소적으로 제거하기 위하여 위에서 언급한 레이저 어블레이션이 이용된다. 다른 한편으로는 절연층 아래에 놓인 반도체 영역들의 접촉을 위해, 레이저 섬광을 이용하여 진공 증착 알루미늄층 또는 스퍼터링 증착 알루미늄층을 절연층을 관통하여 이동시키는 이른바 LFC(Laser Fired Contact) 기법이 이용된다.
DE 696 31 815 T2호로부터, p형 이미터 구조물을 위한 도체 베이스로서 AlSi 공융물을 사용하는 방법이 공지되어 있는데, 상기 AlSi 공융물은 앞서 확산된 후면의 n+ 층을 관통하여 실리콘 표면으로 알루미늄이 확산됨에 따라 생성된다. 상기 문서의 해법은 또한 산화물 윈도를 관통하여 n형 베이스 영역들 위로 알루미늄 페이스트의 실크 스크린을 실시하는 방법도 사용한다. 이 해법은, 이미터의 면적과 금속 콘택팅의 면적이 동일하도록 하기 위해 알루미늄 이미터의 알루미늄 도핑 및 콘택팅이 하나의 단계에서, 즉 전체 면적에 걸쳐서 구현되어야 하는 단점이 있다. 따라서 국소 콘택들을 갖는 이미터의 패시베이션이 불가능하다. 그 결과, 표면 재결합 속도가 빨라지는 동시에 상대적으로 낮은 효율이 초래된다.
국소 콘택의 제조를 위한 레이저 어블레이션 기법 및 LFC 기법은 모두 순차적 특성을 갖는 단점이 있다. 이는, 개구들이 각각의 웨이퍼에 대해 개별적으로 순차적으로 제조되어야 함을 의미한다.
전술한 내용에 근거하여 본 발명의 과제는, 패시베이션 처리된 후면의 p+ 이미터와, 이와 공간적으로 분리된, 표면 근처에서 높은 농도로 도핑된 n++ 베이스 영역과, 교차 배열형 후면 콘택 핑거 구조물을 포함하는 단결정 n 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한, 높은 생산성을 가능케 하며 종래 기술의 단점들을 방지하는 방법을 제시하는 것이다.
또한, 추가의 생산성 향상을 보장하기 위해 기술 단계들, 특히 제조 공정에서 시간이 많이 걸리는 기술 단계들을 통합할 수 있는 가능성을 제공하여야 한다.
또한, 태양전지의 제조를 위해 스퍼터링, 진공 증착, CVD, 각각 상이한 할로겐 플라즈마 및 잉크젯을 이용한 알루미늄 층 및 산화막의 마스킹 건식 식각과 같은, 초소형 전자 칩 제조 분야에서의 웨이퍼 보호 기술들이 이용될 수 있다.
방법 측면에서의 본 발명의 과제는 청구항 제1항에 따른 방법을 통해 해결되고, 태양 전지와 관련한 과제는 청구항 제26항의 특징 조합에 따른 대상을 통해 해결되며, 종속항들은 적어도 바람직한 실시예들 및 개선예들을 나타낸다.
본 발명에서 중요한 것은, 국소 확산되고 패시베이션 처리된 후면 알루미늄 이미터의 제조, 그리고 후면과 전면의 표면 근처의 n형 베이스 영역들에서 양면에 동시에 국소적으로 n 실리콘의 n+ 도핑을 수행할 수 있는 가능성이다. 본 발명에 따르면, 이미터 및 BSF 영역 또는 FSF 영역의 형성을 위한 확산 단계들이 선택된 이미터 재료(알루미늄) 및 선택된 BSF/FSF 도펀트(인)의 확산을 위한 하나의 공통 온도 처리 단계에서 실행될 수 있다.
웨이퍼는 이미터 도핑을 위한, 알루미늄을 함유한 출발층이 제공되어 구조화되기 전에 미리 한 면이 텍스쳐링(texturing)될 수 있다. 또는, 알루미늄 층이 증착되어 내식성 산화막으로 코팅된 후에 비로소 후면에서 웨이퍼 텍스쳐링을 실시하는 것도 가능하며, 그럼으로써 이미터 및 후면의 대부분이 텍스쳐링되지 않은 채로 유지된다.
또한 본 발명은, 전면과 후면의 패시베이션 및 화학적 또는 전기적 보강을 포함한 콘택 구조물 제조를 포함하여 후면 전극형 태양 전지가 완성되기까지의 공정 순서를 설명한다.
완성된 태양 전지에 구현된, 이미터 도핑 재료와 베이스 도핑 재료의 횡방향 분리 및 그와 더불어 태양 전지와 관련하여 새로운 유형의 전지 제조 기술 역시 본 발명에 있어 중요한 요소들이다.
본 발명에 따른 방법의 기초는 알루미늄 박층 또는 알루미늄을 함유한 박층을 n형 실리콘 웨이퍼의 후면에 증착하고, 그에 이어서 상기 박층에서 추후의 베이스 콘택이 형성될 영역 내에 개구들을 형성하는 방식으로 상기 박층을 구조화하는 데 있다. 이어서 후속 공정 단계에서는 구조화된 이미터 층의 형성을 위해 n형 실리콘 웨이퍼 내로의 알루미늄 확산이 실시된다. 그에 따라, 상기 알루미늄 층 또는 알루미늄 함유 층은 그 자체로 웨이퍼 내로 확산되기 전에 구조화된다.
상기 알루미늄 박층은 진공 증착 공정 또는 스퍼터링 공정을 통해 웨이퍼 상에 증착될 수 있다.
증착된 알루미늄 박층의 구조화는 바람직하게 선택적 식각을 통해 스트립 형태로 실시된다. 이 경우, 금속 섀도우 마스크를 이용한 건식 식각법이 이용될 수 있는데, 유기 마스크의 사용도 가능하다. 물론 습식 화학 식각 또는 식각 페이스트의 국소 인쇄를 이용한 선택적 식각이 수행될 수도 있다.
구조화된 이미터 층은 후속 공정 단계에서 면 전체가 유전체 보호층으로 덮인다. 이어서 상기 보호층은 추후 베이스 도핑이 실시될 영역들에서 개방되며, 이 역시 식각에 의해 또는 식각 마스크를 이용하여 구현될 수 있다.
이어서 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐링이 실시되며, 상기 텍스쳐링은 웨이퍼 전면에서 그리고 유전체 보호층 내 개구들의 영역에서 실시된다.
상기 개구들은 스트립 식각 마스크를 통해 형성될 수 있으며, 형성된 개구들의 폭은 웨이퍼 내에서 알루미늄이 포함되지 않은 스트립형 영역들의 폭보다 작다.
유전체 보호층 내 개구들의 영역에서는 표면 근처의 높은 농도로 도핑된 n++ BSF 베이스 영역의 형성을 위해 인 함량이 높은 재료의 도포가 실시된다.
상기 도포는 실크스크린 인쇄, 국소 퇴적부(depot)로의 잉크젯 분사 등의 방법에 의한 페이스트 도포에 의해 수행될 수 있다.
도포된 페이스트는, 필요한 경우, 건조 단계를 거치게 된다.
이어서 하나 이상의 단계로 이루어진 온도 처리 단계에서 BSF 도핑 재료가 확산된다.
이미터 도펀트로서의 알루미늄의 확산 및 BSF 도핑 재료의 확산은 하나의 공통 처리 단계에서 매우 경제적인 방식으로 실시될 수 있다.
인을 함유하는, 특히 POCl3 분위기에서의 추가의 온도 처리를 통해, 웨이퍼 전면 상에 처리 온도 및 처리 시간에 의해 조정 가능한 층 저항을 갖는 평평한 인 확산층(Front Surface Field, FSF)이 생성될 수 있다.
식각조 내에서 도핑 재료 잔여물과, 생성된 인규산유리와, 절연층 잔여물 및 생성된 AlSi 공융물 층이 제거되고, 그 결과 이미터 영역, BSF 영역 및 경우에 따라 기존의 전면측 n+ FSF 구조물이 노출된다.
이어서 웨이퍼는 패시베이션 층, 예컨대 실리콘 산화물 층으로 덮인다. 그런 다음 웨이퍼 후면의 이미터 영역들 및 BSF 영역들에서 국소적으로 패시베이션 층이 제거된다. 이어서 웨이퍼 후면 전체에 도전층, 특히 알루미늄 층이 덮인다. 상기 도전층은 교차 배열형 콘택 핑거 구조물의 형성에 이용된다.
요약 설명한 공정의 결과로, 웨이퍼 후면의 n++ 베이스 영역이 p+ 이미터 영역으로부터 횡방향 간격을 가지며, 적어도 n++ 베이스 영역의 이미터 도핑 재료의 농도가 초기 웨이퍼의 n 베이스 농도보다 낮은, 새로운 유형의 태양 전지가 제조된다.
하기에서는 실시예를 토대로 개별 공정 단계들의 개략도를 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 18은 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 단계들을 도시한 도면들이다.
제1 방법 단계에서는 도 1에 따라, 도시된 예에서 텍스쳐링되지 않은 n형 실리콘 웨이퍼(1)의 후면(2b) 전체에 이미터 도펀트를 형성하는 알루미늄 층 또는 알루미늄 함유 층(3)이 덮인다. 웨이퍼 전면은 도면부호 "2a"로, 그리고 웨이퍼 후면은 도면부호 "2b"로 표시되어 있다.
후속 단계에서는 알루미늄 함유 층(3)이 섀도우 마스크(5a)와 접촉되고, 염소 가스를 함유한 플라즈마(7a) 내에서 건식 식각 단계를 통해 구조화된다(도 2 및 도 3 참조).
대안적으로, 예컨대 소위 잉크젯 분사를 통해 유기 마스크 층을 적층한 다음, 습식화학적 수단을 이용하여 관련이 없는 영역들에서 알루미늄을 식각할 수도 있다.
전술한 두 가지 기술 변형의 경우, 마스크(5a)의 관통구들(6a)의 영역 내에 길다란 스트립형 개구들(4)이 형성된다.
추후, 알루미늄 층(3) 내 스트립형 개구들(4) 내로 알루미늄 에지부에 대해 횡방향으로 간격을 두고 BSF 도핑 재료가 확산된다.
본 발명에 따른 또 하나의 공정 단계는 이제 스트립 형태로 구조화된 알루미늄 함유 층(3)을 유전체 층(8)으로 코팅하는 단계이다(도 4 참조). 유전체 층(8)은 산화물, 예컨대 SiO2, TiO2 또는 Al2O3로 형성될 수 있다.
이와 마찬가지로, 인 확산에 대해 밀봉된 실리콘 질화물 층이 형성될 수 있다. 상기 층(8)의 증착은 반응성 스퍼터링법 또는 CVD 기법 또는 PECVD 기법으로 수행될 수 있다.
이어서 후속 방법 단계에서는, 도 5에 따라 추가 마스크(5b)의 관통구들(6b)의 영역에서 마스킹 식각 단계를 통해 유전체 층(8)이 제거된다.
이 경우, 불소 가스 함유 플라즈마(7b) 내에서 금속막 마스크를 관통하여 건식 식각 단계가 수행되거나, 불소 가스 함유 플라즈마 분위기에서 유기 마스크 층을 관통하여 건식 식각 단계가 수행되거나, 유기 마스크 층을 관통하여 습식 화학 식각 공정이 수행될 수 있다.
마스크(5b) 내 스트립형 관통구들(6b) 및 이들과 더불어 형성되는, 유전체 층(8) 내에서 노출된 스트립형 영역들(9)은 본 발명에 따라 마스크(5a) 및 알루미늄 함유 층(3) 내 스트립형 관통구들(6a)보다 더 좁다.
이러한 방식으로, 후속 공정 단계에서의 인 도핑 시 이미터 영역과 BSF 영역 사이의 단락이 발생할 수 없게 된다.
도 6에 따라 이제, 예컨대 KOH 및 이소프로필알코올(IPA)로 형성된 침지조 내에서 표준에 따른 텍스쳐링이 수행된다. 알루미늄 함유 층(3)은 유전체 층(8)에 의해 보호되므로, 텍스쳐링은 웨이퍼 전면(2a)과, 웨이퍼 후면 상의 노출된 스트립형 영역(9b) 내에서만 원하는 방식으로 실시된다.
이어서, 이미터 층(4)의 개구들 내에서 커버층(8) 내 관통구들(9)이 인 함량이 높은 재료, 바람직하게는 페이스트로 채워지며, 이 페이스트는 예컨대 실크스크린 인쇄 기법 또는 잉크젯 기법을 이용하여 웨이퍼(1) 표면상의 국소 퇴적부(10)에 적층될 수 있다. 필요한 경우, 상기 페이스트는 예컨대 150℃ 내지 200℃의 온도에서 건조 단계를 거치게 된다.
도 8 및 도 9에 따라, 1단계 또는 선택적으로 2단계의 열처리가 실시되며, 이때 건조된 인 함유 층(10b)으로부터 이미터 도펀트인 알루미늄과, BSF 도핑 재료인 인의 공동 확산이 가능하다.
제1 온도 처리 단계는 요구된 공동 확산을 유도하는(도 8) 질소-산소 혼합물 내에서 900℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 실시된다. 제2 처리 단계는 800℃ 내지 1000℃ 사이의 온도에서 선택적으로, 구체적으로는 인 함유 가스(13), 바람직하게는 POCl3 내에서 실시된다.
제1 고온 단계는 실리콘과 알루미늄의 상호 확산을 유도하며, 공융 AlSi 조성물 및 Al 프로파일(11)을 갖는 p+ 도핑층을 포함하는 표면 근처의 혼합 결정 층(3b)이 형성되도록 한다.
이와 동시에, 선구 물질 퇴적부(10b)로부터 BSF 영역(9b) 내 실리콘 표면으로 인이 확산되어 더 깊은 n++ 도핑층(12)이 형성되도록 한다. 알루미늄 확산에 필요한, 1000℃보다 높은 온도로 인해, 인의 확산 프로파일은 900℃ 부근에서의 통상적인 인 확산 공정에서보다 더 깊게 형성된다.
위에서 언급한 통상적인 더 낮은 온도에서, 그러나 이번에는 도 9에 따라 POCl3 분위기에서 실시되는 선택적인 제2 온도 처리 단계는 후면(9b)의 BSF 영역 내로의 깊은 인 확산에 추가로 전면(2a) 상에서 평면적인 인 확산이 실시되도록 하며, 상기 전면은 온도 및 시간에 의해 조정 가능한, 즉 바람직하게 높은 층 저항을 가진 전면 전계(Front Surface Field, FSF) 층(14)을 형성한다.
물론 제1 온도 처리 단계는 인 함유 페이스트의 코팅 단계 이전에도, 후속하는 제2 온도 처리 단계와 무관하게 실행될 수 있다. 이 경우, 상대적으로 낮은 온도에서의 제2 확산 단계의 공정 매개변수는 상대적으로 높은 온도에서의 제1 확산 단계의 공정 매개 변수와 무관하게 최적화될 수 있는 장점이 있다.
전면 전계 층(14)이 전면 패시베이션 층으로서 요구되지 않는 경우, 인 함유 가스 분위기, 바람직하게는 POCl3 분위기에서의 추가의 평면적 확산 역시 생략될 수 있다. 다른 측면에서 상기 패시베이션은, 특히 제1 인 확산 단계도 POCl3 분위기에서 실시되는 경우, 추가의 제3 확산 공정에서 실시될 수도 있다.
이어지는 후속 공정 단계에서는 각각 적합한 식각조 내에서 도핑 페이스트(10b) 잔여물과, 생성된 인규산유리(PSG, 14b)와, 유전체 마스킹 층(8) 및 AlSi 공융물 층(3b)이 식각됨으로써, 구체적으로는 도 10에 따라 이미터 영역(11), BSF 영역(12) 및 전면측 n+ 층(14)이 노출된다.
도 11에 도시된 것처럼, 후속 공정 단계에서 예컨대 수증기 분위기에서 웨이퍼 양면의 열적 산화에 의해 유전체로써 양면 코팅이 실시되며, 그 결과 전면(15a) 및 후면(15b)에 실리콘 산화물 층이 생성된다.
선택적으로, 양측 웨이퍼 표면 상에 열적 산화물이 생성되는 단계에 이어 양면이 얇은 알루미늄 층으로 코팅될 수 있다. 이 경우, 층 두께는 바람직하게 10nm 내지 100nm의 범위에 놓인다. 결과적으로 전면에는 알루미늄 층(16a)이, 그리고 후면에는 알루미늄 층(16b)이 생성된다. 상기 방식으로 코팅된 웨이퍼는 이어서 350℃ 내지 450℃의 범위에서 온도 처리된다. 이러한 방식으로 구현된 어닐링 프로세스를 통해 매우 우수한 표면 패시베이션 결과물이 획득된다(도 12 참조).
알루미늄 층의 식각 후, 웨이퍼는 다시 도 11에 도시된 상태로 복귀된다.
계속해서, 도 13에 도시된 바와 같이, 모든 이미터 영역 및 BSF 영역에서, 즉 예컨대 불소 가스 함유 플라즈마 분위기(7b)에서 마스킹 건식 식각을 통해 또는 마스킹 없이 예컨대 레이저 어블레이션을 이용하여 동시에 후면의 패시베이션 층(15b)의 국소 제거가 실시된다. 이 경우에도 역시, 베이스 금속층의 증착 이후에 이미 공지된 LFC 기법이 사용될 수 있다.
마스크(17) 내에 놓인, 이미터 영역들(11) 상부의 개구들(18a) 및 BSF 영역들 상부의 개구들(18b)은 선행하는 식각 단계의 마스크(5b) 내에 놓인 개구들(6b)보다 작다. 한편으로는 이로써 기존의 구조물 상으로의 섀도우 마스크 또는 마스크 층(17)의 정렬이 간편해지며, 다른 한편으로는 표면 재결합이 제한되도록 하기 위해 반도체 재료에 대한 금속층의 접촉 영역이 최대한 작아야 한다.
후속하는 공정 단계에서는 후면 전체가 알루미늄 층(20)으로 덮임에 따라 선행하는 식각 단계에서 노출되었던 모든 접촉면(20a, 20b)도 금속화되며, 그 밖에 반도체 영역들 중 이미터(11)와 BSF(12)는 층(15b)에 의해 절연된다(도 14 참조).
이제 내산성 층(21)이, 바람직하게는 구조화된 잉크젯 인쇄법에 의해 도포됨으로써, 알루미늄 층(20)이 이미터 콘택 스트립 및 BSF 콘택 스트립으로 분할된다. 상기 도포는, 계획된 콘택 영역들(22b) 사이에 좁은 공간들(22a)이 남겨지고, 상기 공간들 내에서는 알루미늄을 제거하는 실리콘 산화물이 작용하는 것이 아니라 알루미늄을 선택적으로 식각하는 산(23)이 작용하는 방식으로 실시된다(도 15 참조). 잉크젯 인쇄 시에는 약간 마른 유기 페이스트가 사용되거나, 가열 분사되어 웨이퍼 상에서 냉각되면서 응고되는 핫멜트 왁스가 사용된다. 적절한 잉크의 사용도 가능하며, 상기 잉크는 건조 공정을 거친다.
도 16에 도시된 바와 같은 보완적인 한 공정 단계에서는 전면 상에 바람직하게는 실리콘 질화물로 된 반사 방지 층(24)이 형성된다. 이 반사 방지 층은 두께 및 굴절율의 관점에서 태양광으로부터의 에너지 포획과 관련하여 최적의 효율을 보이도록 형성된다. 상기 반사 방지 층(24)의 증착은 예컨대 플라즈마 CVD 기법 또는 반응성 스퍼터링 기법에 의해 실시될 수 있다.
이 경우에는 플라즈마 CVD 기법이 이용되는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 방법이 400℃ 이상 500℃ 이하의 온도에서 실행되므로, 577℃의 공융 온도에서 AlSi의 액화를 감행하지 않고도 알루미늄 콘택층(20)의 어닐링 및 그에 따른 콘택 저항 감소가 구현되기 때문이다.
도 17에 따라 보완적으로, 후면 상의 모든 콘택에 하나의 화학적 또는 전기적 침지조(25) 내에서 또는 경우에 따라 광을 이용하는 증착 공정에서 동시에 두꺼운 금속 도전층이 제공될 수 있다. 이 경우, 이미터 도체 스트립 보강층(26a) 및 BSF 도체 스트립 보강층(26b)이 생성된다. 각각의 층들은 단일 재료로, 즉 니켈 또는 구리 또는 은으로 형성되거나, 여러 금속으로 이루어진 복수의 개별 층들로, 예컨대 Ni+Cu+Sn 또는 Ni+Ag 또는 Ni+Au로 형성될 수 있다.
웨이퍼의 세척 및 건조 후, 후면 전극형 태양 전지는 도 18에 도시된 것처럼 기능 완비 상태가 된다. 횡방향 간격 및 산화막 커버링에 의해 이미터 영역(11)과 BSF 영역(12)의 분리가 보장되므로, 에지 분리는 불필요하다.

Claims (26)

  1. 후면의 p+ 이미터와, 이와 공간적으로 분리된, 표면 근처에서 높은 농도로 도핑된 후면의 n++ 베이스 영역과, 상기 p+ 이미터 영역 및 n++ 베이스 영역에 각각 도전성으로 접합된 교차 배열형 후면 콘택 핑거 구조물을 포함하는 단결정 n 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    n 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 박층 또는 알루미늄 함유 박층을 증착하고, 이어서 추후 베이스 도핑을 위한 영역 내에 개구들을 얻기 위해 상기 박층을 구조화하며, 후속 공정 단계에서, 구조화된 이미터 층의 형성을 위해 n 실리콘 웨이퍼 내로 알루미늄을 확산시키는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 알루미늄 박층은 진공 증착 공정 또는 스퍼터링 공정을 통해 증착되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증착된 알루미늄 박층의 구조화는 선택적 식각을 통해 스트립 형태로 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 금속 섀도우 마스크를 이용한 건식 식각이 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 유기 마스크를 이용한 건식 식각이 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 식각 단계는 유기 잉크 마스크를 이용하여 습식 화학적으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, 선택적 식각은 식각 페이스트의 국소 인쇄를 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 확산 단계의 종료 후, 기존 박층의 잔여물이 제거되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구조화된 이미터 층은 면 전체가 유전체 보호층으로 덮이고, 상기 층은 추후 베이스 콘택이 형성될 영역들에서 개방되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 추후 베이스 도핑이 실시될 영역들 내의 개구들은 식각 마스크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐링이 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 텍스쳐링은 웨이퍼 전면에서 그리고 유전체 보호층 내 개구들의 영역에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 개구들은 스트립 마스크를 통해 형성되며, 형성된 개구들의 폭은 웨이퍼 내에서 알루미늄이 포함되지 않은 스트립형 영역들의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 유전체 보호층 내 개구들의 영역에서는 표면 근처의 높은 농도로 도핑된 n++ BSF 베이스 영역의 형성을 위해 인 함량이 높은 재료의 도포가 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 도포는 실크스크린 인쇄, 국소 퇴적부(depot)로의 잉크젯 분사 등의 방법을 이용한 페이스트 도포에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 도포된 페이스트는 건조 단계를 거치는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, BSF 도핑 재료는 하나 이상의 단계로 이루어진 온도 처리 단계에서 확산되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제1항 및 제17항에 있어서, 이미터 도펀트로서의 알루미늄의 확산 및 BSF 도핑 재료의 확산은 하나의 공통 처리 단계에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 웨이퍼 전면 상에 처리 온도 및 처리 시간에 의해 조정 가능한 층 저항을 갖는 평평한 인 확산층(Front Surface Field, FSF)을 생성하기 위해, 인을 함유하는, 특히 POCl3 분위기에서의 추가의 온도 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 식각조 내에서 도핑 재료 잔여물과, 생성된 인규산유리와, 절연층 잔여물 및 생성된 AlSi 공융물 층 재료가 제거되고, 그 결과 이미터 영역, BSF 영역 및 경우에 따라 기존의 전면측 n+ FSF 층이 노출되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 웨이퍼는 적어도 하나의 패시베이션 층으로 덮이는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 웨이퍼 후면의 이미터 영역들 및 BSF 영역들에서 국소 콘택 지점들의 형성을 위해 국소적으로 패시베이션 층이 제거되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 웨이퍼 후면 전체가 도전층, 특히 알루미늄 층으로 덮이는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 도전층은 교차 배열형 콘택 핑거의 형성을 위해 구조화되는 것을 특징으로 하는, 단결정 n 실리콘 태양 전지의 제조 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 따른 방법으로 제조된 태양 전지.
  26. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 따른 방법으로 제조된 태양 전지에 있어서, 웨이퍼 후면의 n++ 베이스 영역이 p+ 이미터 영역으로부터 횡방향 간격을 가지며, 적어도 n++ 베이스 영역의 이미터 도핑 재료의 농도는 초기 웨이퍼의 n 베이스 농도보다 낮은 것을 특징으로 하는, 태양 전지.
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