KR20110003788A - 태양 전지용 기판의 텍스처링 방법 및 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판의 한 면에 제1 식각 가스를 이용하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 텍스처링 표면을 형성하여, 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제2 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하여 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 제3 텍스처링 표면을 갖는 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이로 인해, 기판의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물의 제거도 건식 식각법으로 행해지므로, 텍스처링 표면 형성 시간이 감소하여, 태양 전지의 제조 시간이 줄어든다.
태양전지, 건식식각, 플라즈마식각, RIE, 텍스처링
Description
본 발명은 태양 전지용 기판의 텍스처링 방법 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 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 줄이는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양전지용 기판의 텍스처링 방법은 기판의 한 면에 건식 식각법을 이용하여 복수의 돌출부를 구비하는 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 상기 건식 식각법을 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 제1 텍스처링 표면 형성 단계는, 제1 식각 가스를 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 제3 텍스처링 표면을 식각하여 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제4 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스일 수 있다.
상기 특징에 따른 포함하는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법은 제4 식각 가 스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스일 수 있다.
상기 제1 크기는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖고, 상기 제2 크기는 약 100㎚ 내지 약 500㎚의 지름과 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판의 한 면에 제1 식각 가스를 이용하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제2 식각 가스를 이용하여 상기 텍스처링 표면을 형성하여, 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제2 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 제3 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하여 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 제3 텍스처링 표면을 갖는 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제4 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 기판의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물의 제거도 건식 식각법으로 행해지므로, 텍스처링 표면 형성 시간이 감소하여, 태양 전지의 제조 시간이 줄어든다.
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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한 다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다.
이때, 텍스처링 표면에서, 각 돌출부(115)의 하부면 지름(최대 지름)(d1)은 약 100㎚ 내지 약 500㎚이고, 각 돌출부(115)의 높이(d2) 역시 약 100㎚ 내지 약 500㎚이다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(120)가 형성되므로, 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면을 갖는다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
복수의 전면 전극(141)은 일부 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
후면 전극(151)은 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 형성되어 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 후면 전계부(170)가 위치한다. 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 전면 전극(141)과 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, 도 3a 내지 도 3h를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
반응성 이온 시각법(RIE)을 이용하여 기판(110)의 입사면을 텍스처링하기 위 해, 먼저, 공정실(도시하지 않음)에 기판(110)을 위치시킨 후, SF6와 O2의 혼합 가스인 식각 가스를 공정실에 주입한다. 그런 다음, 기판(110) 사이에 설치된 두 개의 전극(도시하지 않음)에 해당 크기의 전력을 인가하여, 두 전극 사이의 공간에 원료 가스에 기초한 플라즈마를 생성된다.
생성된 플라즈마는 반응성이 강한 활성종(radical)과 이온(ion)을 구비하고 있다.
이때, 식각 가스는 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)가 혼합된 가스(SF6/O2)이다.
혼합 가스(SF6/O2) 중 플루오린계 가스(SF6)는 실리콘(Si) 원자간 결합 거리보다 짧은 이온 반경을 갖고 있어 방위면에 무관하게 실리콘 원자가 결합을 용이하게 끊을 수 있고, 이로 인해, 실리콘(Si)의 식각이 용이하다.
반면, 산소 가스(O2)는 산소 입자가 부착된 부분의 식각 동작을 방해하는 마스크(mask) 역할을 수행한다. 즉, 산소 가스(O2)는 실리콘(Si)의 식각 동작을 방해한다.
이처럼, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)를 혼합한 식각 가스(SF6/O2)를 이용하여 기판(110)의 노출면, 즉 입사면을 식각하면, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)의 서로 다른 식각 특성으로 인해 기판(110)의 입사면에 불규칙적인 형상의 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면이 형성된다. 즉, 산소 입자가 부착된 기판(110) 표면 부분과 산소 입자가 부착되지 않은 기판(110) 표면 부분 사이의 식각 속도가 상이하여 기판(110)의 식각면은 텍스처링 표면이 된다.
이때, 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2)에 의해 형성된 돌출부(115)의 최대 지름과 높이는 약 300㎚ 내지 800㎚의 크기를 갖는다.
이처럼, SF6/O2의 혼합 가스에 의해, 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면이 기판(110)에 형성될 때, 도 3a에 도시한 것처럼, 돌출부(115)에는 산소 입자(116)가 남아있고, 또한, 산소(O2)와의 화학 반응에 의해 생성되는 산화물 역시 텍스처링 표면에 잔류물(residue)로서 존재한다.
그런 다음, 공정실에 플루오린계 가스(SF6), 염소계 가스(Cl2) 가스 및 산소(O2) 가스가 혼합된 새로운 식각 가스(SF6/Cl2/O2)를 주입하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 2차로 식각한다.
위에 기재한 것처럼, 식각 가스는 플루오린계 가스(SF6)와 산소 가스(O2) 이외에 염소계 가스(Cl2)를 더 함유하고 있다. 이때, 염소(Cl)의 이온 반경은 실리콘(Si) 원자간 결합 거리보다 크기 때문에, 플루오린계 가스(SF6)와 염소계 가스(Cl2)를 각각 이용하여 실리콘(Si)을 함유한 막을 식각할 경우, 식각 속도는 서로 다르다. 즉, 실리콘 원자간 결합 거리보다 짧은 이온 반경을 갖고 있는 플루오린 계 가스(SF6)를 이용할 경우의 식각 속도가 염소계 가스(Cl2)를 이용할 때보다 빠르다.
따라서 1차로 식각된 기판(110)의 표면을 식각 속도가 상이한 플루오린계 가스(SF6)와 염소계 가스(Cl2)를 혼합한 식각 가스(SF6/Cl2/O2)를 이용하여 2차로 식각할 때, 기판(110)의 식각면은 불규칙하게 복수의 돌출부(115)가 형성된 텍스처링 표면이 된다.
이때, 2차 식각 시의 식각 가스(SF6/Cl2/O2)에도 산소 가스(O2)가 함유되어 있으므로, 산소 입자의 마스크 작용으로 텍스처링 표면 형성은 더욱 효과적으로 이루어진다.
이미 SF6/O2의 혼합 가스를 이용하여 1차 식각이 완료된 상태이므로, SF6/Cl2/O2의 혼합 가스를 이용하는 식각 시간을 감소시켜도 원하는 크기의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면 형성이 이루어진다. 즉, 본 실시예에 따른 2차 식각 시간은 SF6/O2의 혼합 가스를 이용한 식각 공정없이 (SF6/Cl2/O2)의 혼합가스만을 이용하여 기판의 표면을 식각하는 종래보다 식각 시간이 크게 줄어든다.
이때, 식각 시간이 종래보다 크게 줄어들기 때문에 산소(O2)로 인한 잔류물(residue)의 생성 역시 크게 줄어든다.
이때, 텍스처링 표면의 일부가 식각되어 제거되므로, 기판(110)의 두께는 1차 식각 후의 기판(110) 두께 보다 줄어들고, 2차 식각 후 형성된 돌출부(115)의 최대 지름과 높이는 약 100㎚ 내지 500㎚의 크기를 갖게 되어, 1차 식각 시 형성된 돌출부(115)의 지름과 높이보다 작다.
이미 설명한 것처럼, 도 3b에 도시한 것처럼, 1차 식각 시와 같이 식각을 위한 식각 가스에 산소(O2)가 함유되어 있으므로, 2차 식각 후에도 돌출부(115)에는 산소 입자(116)와 같은 잔류물이 기판(110)의 텍스처링 표면에 남아있다.
이처럼, SF6/Cl2/O2의 혼합가스를 이용한 2차 식각 동작이 완료되면, SF6/Cl2의 혼합가스를 이용하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 3차 식각하여, 도 3c에 도시한 것처럼, 기판(110)의 텍스처링 표면에 남아 있는 잔류물을 제거한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면 형상은 유지되고, 단지 텍스처링 표면에 남아있는 잔류물만 제거되므로 기판(110)의 두께에는 큰 변화가 없다. 이로 인해, 잔류물을 제거하기 전과 비교할 때, 텍스처링 표면에서 입사광의 반사도가 줄어들어, 빛의 입사량이 증가한다.
그런 다음, 다시 도 3d에 도시한 것처럼, 플루오린계 가스(SF6)만을 이용하여 잔류물이 제거된 텍스처링 표면을 식각하여 플라즈마에 함유된 이온들로 인한 손상 부분을 제거함으로써, 기판(110)의 텍스처링 표면을 완성한다. 이 경우에도 기판(110) 표면에 매우 얇게 존재하는 손상 부분만 제거되므로 기판(110)의 두께 감소는 거의 발생하지 않지만, 도 3d에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면의 완만도가 증가한다.
즉, 반응성 이온 식각 시, 이온의 물리적인 충돌이 인해 기판(110)의 표면 부근에서 실리콘의 화학적 결합이 끊어지거나 손상되어 비정상적인 결합을 갖는 손상 부분이 발생한다. 이러한 비정상적인 결합은 기판(110)에서 생성된 전자와 정공과 같은 전하와의 재결합으로 인해 태양 전지의 동작 효율을 감소시킨다.
따라서, 플루오린계 가스(SF6)를 이용하여 손상 부분이 제거됨으로써, 손상 부분으로 인한 태양 전지(1)의 효율 감소가 줄어든다.
이처럼, 손상 부분을 제거하기 위한 식각 공정 시, 공정실에 인가되는 전력의 크기를 이전 식각 공정 때 인가되는 전력 크기에 비해 크게 감소시켜, 즉 이온 에너지의 크기를 감소시켜, 기판(110) 표면에서의 물리적인 충돌 크기를 크게 줄임으로써, 기판(110) 텍스처링 표면에 손상 부분이 발생하는 것을 방지한다.
본 실시예의 경우, 이때, 인가되는 전력의 크기는 2차와 3차 식각 시 인가되는 전력 크기의 약 1/10일 수 있다.
본 실시예의 경우, 플라즈마 식각을 위한 두 개의 전극에 인가되는 전력 및 식각 가스가 공급되는 장소와 기판(110)과의 거리가 동일한 경우, 식각 시간은 다음과 같다.
즉, 2차 식각 시간 > 3차 식각 시간 > 4차 식각 시간 > 1차 식각 시간 순으로 식각 시간이 정해진다.
이미 설명했듯이, 1차 식각 동작으로 기판(110)의 표면에 1차적으로 텍스처링 표면을 형성하므로, 잔류물 발생이 가장 많은 2차 식각 시간이 줄어들어 잔류물의 생성이 줄어들고, 이로 인해 잔류물 제거를 위한 식각 시간 역시 감소하므로, 기판(110)에 텍스처링 표면을 형성하기 위한 전체적인 시간이 줄어든다.
또한, 본 실시예에서, 기판(110)의 텍스처링 표면 형성뿐만 아니라 텍스처링표면 형성으로 인해 기판(110) 표면 근처에 형성된 손상 부분의 제거까지 모두 식각 가스를 이용한 건식 식각법으로 행해진다. 따라서, 서로 다른 식각법을 이용할 경우 공정실의 이동과 같은 불편함의 발생없이 단지 식각 가스만을 교체하여 원하는 식각 공정이 이루어지므로, 기판(110)의 텍스처링 공정은 신속하고 용이하게 행해진다.
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부(115)는 원뿔 형상을 갖고, 각 돌출부(115)는 약 100㎚ 내지 약 500㎚의 최대 지름(d1)과 높이(d2)를 갖는다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한 다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 에미터부(120)를 완성한다. 이때, 기판(110)의 전면은 복수의 돌출부(115)를 갖는 요철면이므로, 기판(110)의 텍스처링 표면에 형성되는 에미터부(120)의 표면 역시 복수의 돌출부를 갖는 요철면을 갖는다.
이미 설명했듯이, 본 실시예에 경우, 에미터부(120)가 형성되기 전에 기판(110)의 텍스처링 표면 형성 시 텍스처링 표면에 형성된 손상 부분은 이미 건식 식각법을 이용하여 제거된다.
따라서, 텍스처링 표면을 갖는 기판(110)에 불순물을 확산시켜 에미터부를 형성한 후 습식 식각법을 이용하여 텍스처링 표면에 형성된 손상 부분을 제거하는 종래와 비교할 때, 본 실시예의 경우 다음과 같은 효과가 발생한다.
먼저, 식각 가스만을 변경하는 동일한 식각법, 즉, 건식 식각법으로 기판(110)의 텍스처링 표면 형성 공정과 손상 부분 제거 공정이 행해지므로, 식각법을 변경할 필요가 없어 공정 속도가 향상된다.
습식 식각법을 이용하여 에미터부가 형성된 텍스처링 표면의 손상 부분을 제거하는 종래의 경우, 식각 속도, 식각 두께, 또는 식각 방향 등과 같은 식각 상태의 제어가 곤란하여, 텍스처링 표면의 도출부 형상이나 동작 특성을 변화시키는 문제가 발생한다. 하지만, 본 실시예에서, 습식 식각법보다 식각 상태의 제어가 용이한 건식 식각법을 이용하여 손상 부분을 제거하므로 식각 효율이 향상되므로, 손상 부분의 제거 후 텍스처링 표면의 반사 효율 등과 같은 동작 특성의 변화가 적 다.
또한, 종래의 경우, 습식 식각법으로 에미터부의 일부가 제거되고 식각액과의 화학적인 반응에 의해 에미터부의 두께나 특성 등이 변하지만, 본 실시예의 경우 에미터부(120) 형성 후 추가적인 식각 공정이 없으므로, 에미터부(120)의 동작 특성이 유지된다.
그런 다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다. 이때, 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120)의 표면이 요철면이므로, 반사 방지막(130) 역시 요철면을 갖고 있는다. 이러한 반사 방지막(130)은 필요할 경우, 생략할 수 있다.
이때, 손상 부분의 제거 공정시 텍스처링 표면의 완만도가 향상되므로, 반사 방지막(130)의 형성이 용이하게 행해진다, 즉, 완만도의 증가로 인해, 돌출부(115) 사이에 형성된 오목부내에 반사 방지막(130)의 형성이 용이해져, 반사 방지막(130)의 동작 효율이 향상된다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극용 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극 패턴(140)을 형성한다.
다음, 도 3h에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120) 위에 후면전극 패턴(150)을 형성한다.
이때, 이들 패턴(140, 150)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극 패턴(140)과 후면전극 패턴(150)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 에미터부(120)에 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(141), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 패턴(140)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지막(130)이 관통되어 에미터부(120)와 접촉하고, 전면전극 패턴(140)에 함유된 도전성 물질과 에미터부(120)가 전기적으로 연결됨으로써, 에미터부(120)와 전기적으로 연결되는 복수의 전면 전극(141)이 형성된다.
또한 열처리가 시행되면, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)뿐만 아니라 기판(110)까지 확산되어 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖는 불순물부를 형성하여, 후면전극 패턴(150)은 불순물부를 통해 후면전극 패턴(150)이 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성하고, 불순물부는 후면 전계부(170)가 된다. 이때, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다. 열처리 시, 패턴(140, 150)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 건식 식각법을 이용하여 기판(110)의 텍스처링 표면을 형성할 때, 텍스처링 표면에 발생하는 손상 부분 역시 건식 식각법 으로 제거되어, 기판의 텍스처링 표면 형성 시간이 줄어들어, 태양 전지의 제조 시간이 감소한다. 또한, 손상 부분을 제거한 후 에미터부 형성이 행해지므로, 에미터부의 동작 특성 변화가 없어 태양 전지의 동작 효율이 향상된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
Claims (15)
- 기판의 한 면에 건식 식각법을 이용하여 복수의 돌출부를 구비하는 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고상기 건식 식각법을 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함하는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제1항에서,상기 제1 텍스처링 표면 형성 단계는,제1 식각 가스를 이용하여 상기 제1 텍스처링 표면을 식각하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계,제2 식각 가스를 이용하여 상기 제3 텍스처링 표면을 식각하여 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제4 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 그리고제3 식각 가스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하는 단계를 포함하는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제2항에서,상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스인 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제2항 또는 제3항에서,상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스인 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제4항에서,상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스인 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제4항에서,제4 식각 가스를 이용하여 상기 제4 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제4 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함하는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제6항에서,상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스인 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제2항에서,상기 제1 크기는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름과 높이를 갖는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제2항에서,상기 제2 크기는 약 100㎚ 내지 약 500㎚의 지름과 높이를 갖는 태양전지용 기판의 텍스처링 방법.
- 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있는 기판의 한 면에 제1 식각 가스를 이용하여 제1 크기를 갖는 복수의 돌출부를 구비한 제1 텍스처링 표면을 형성하는 단계,제2 식각 가스를 이용하여 상기 텍스처링 표면을 형성하여, 상기 복수의 돌출부의 크기를 상기 제1 크기에서 제2 크기로 변화시켜 제2 텍스처링 표면을 형성하는 단계,제3 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면의 손상 부위를 제거하여 제3 텍스처링 표면을 형성하는 단계,상기 제3 텍스처링 표면을 갖는 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 그리고상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제10항에서,상기 제1 식각 가스는 플루오린계 가스와 산소 가스의 혼합 가스인 태양전지의 제조 방법.
- 제10항 또는 제11항에서,상기 제2 식각 가스는 플루오린계 가스, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스인 태양 전지의 제조 방법.
- 제12항에서,상기 제3 식각 가스는 플루오린계 가스인 태양 전지의 제조 방법.
- 제10항에서,제4 식각 가스를 이용하여 상기 제2 텍스처링 표면을 식각하여 상기 제2 텍스처링 표면에 존재하는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제14항에서,상기 제4 식각 가스는 플루오린계 가스와 염소계 가스의 혼합 가스인 태양 전지의 제조 방법.
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