KR20110019769A - 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 태양전지기판(1)의 적어도 일부분을 강하게 도핑하는 단계(50), 에칭매질에 대하여 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)이 형성되기 위한 보호 영역(8)을 적어도 일시적으로 형성하는 단계, 및 에칭 매질에 의하여 태양전지기판(1)의 비보호 도핑영역(17)을 에칭하는 단계(54; 62, 64; 72, 74)를 포함하며, 도핑 영역을 보호하기 위하여 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 적어도 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54; 62, 64; 72, 74)의 과정에서 적어도 부분적으로 에칭되는 보호 영역(8) 상에 도포되는 단계(52)를 포함하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법이 제공된다.

Description

2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법{Method for producing a solar cell having a two-stage doping}
본 발명은 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조원가가 절감되며 용이하게 2 단계 도핑의 고농도 도핑 영역과 저농도 도핑 영역을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
태양전지의 제조분야에서 보다 높은 변환 효율을 가지는 태양전지를 생산하려고 끊임없이 노력하고 있다. 이러한 접근 방법 중의 하나는 2단의 에미터(two-stage emitter)를 형성하기 위하여 2 단계의 도핑을 이용하는 것이다. 이러한 기술은 한편으론 좋은 전기적 컨택트가 발생된 전류를 인출하기 위한 목적으로 고농도로 도핑된 에미터에 이용될 수도 있으나, 다른 한편으론 고농도로 도핑된 에미터는 보다 저농도로 도핑된 에미터에 비하여 전하 운반자의 재결합으로 인하여 전류발생의 손실이 관련될 수 있다는 이해에 기초하고 있다. 상기 전류발생의 손실은 효율의 저하를 가져온다. 따라서 효율의 향상은 고농도의 도핑과 이에 따라 고농도로 도핑된 에미터가 전기적 컨택트를 위한 영역으로 이용되고 그 이외의 영역은 고농도로 도핑된 에미터 영역과 비교할 때 저농도로 도핑이 이루어질 수 있는 2 단계의 도핑을 가진 에미터를 형성함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 에미터의 고농도로 도핑된 영역은 에미터의 시트 저항이 70Ω/sq 이하의 값을 가짐으로써 산업적으로 적용되는 스크린 프린트 기술에 의하여 전기적 컨택트가 이루질 수 있는 에미터 영역을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에 있어서, 이러한 고농도로 도핑된 에미터 영역에 비하여, 에미터의 저농도로 도핑된 영역은 통상 70Ω/sq 이상의 시트 저항을 가지는 도핑이 이루어진 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여 보다 깊게 도핑이 이루어진 에미터의 경우 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상기 저항값은 보다 작아질 수 있음은 자명하다 할 것이다.
2 단계의 도핑은 에미터에만 효과적으로 이용될 수 있는 것은 아니다. 예를 들면, 태양전지 기판은 2 단계의 볼륨 도핑(two-stage volume doping)으로 구성될 수도 있으며 태양전지의 후면 필드(back surface field)도 2 단계의 도핑으로 실현될 수 있다. 일반적으로 저농도 도핑이나 약하게 도핑된 영역은 각각 같은 종류에 있어서 고농도로 도핑된 영역과 비교되어 이해되어야 한다. 즉, 에미터의 저농도로 도핑된 영역의 경우 에미터의 고농도로 도핑된 영역과 비교되어 이해되어야 하지만 예를 들면 고농도로 도핑된 후면 필드와 관련되어 비교 이해되어서는 않된다.
따라서 다양한 도핑 레벨이 태양전지에 존재할 수 있으며, 이러한 영역은 근본적으로 각 케이스에서 2 단계나 다단계의 도핑으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 태양전지 기판의 에미터, 후면 필드나 볼륨 도핑은 2 단계나 다단계로 구현될 수 있다.
따라서 저농도로 도핑된 에미터의 영역으로부터 고농도로 도핑된 에미터의 영역 범위를 정하기 위하여 상기한 시트 저항은 다른 2 단계 도핑에 그대로 적용되지 않는다. 고농도로 도핑된 영역과 저농도로 도핑된 영역 사이의 시트 저항 경계는 위 값으로부터 벗어날 수 있다. 만약 예를 들어 태양전지 기판의 2 단계로 도핑된 불륨 영역과 2 단계 에미터를 가진 태양전지를 가정하면, 저농도로 도핑된 에미터의 시트 저항값보다 고농도로 도핑된 태양전지 기판의 볼륨 영역의 시트저항값이 훨씬 크게 높게 될 것이다.
전술한 바와 같이, 2 단계 후면 필드 경우의 시트저항과 서로에 대한 이들의 관계는 다른 도핑 영역의 시트 저항과 구분되어 고려되어야 한다. 태양전지의 타입, 컨택트 기술, 사용되는 재료에 따라 시트 저항 값은 2 단계 후면 필드의 경우에 변할 수 있다. 태양전지를 종래 산업적으로 이용되는 스크린 프린트 기술에 의하여 컨택트 시킬 경우, 컨택트되는 영역 아래에서 약 60Ω/sq 이하의 시트 저항값과 컨택트되는 영역들 사이에서는 약 60Ω/sq 이상의 시트 저항값이 효율적인 것으로 증명되었다.
다른 한편으론 셀렉티브 에미터(selective emitter)라고 지칭되는 2 단계의 에미터를 생산하는 방법은 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 기술에 의하면, 넓은 영역에 걸쳐 강하게 에미터 디퓨전이 일어난 후, 고농도로 도핑될 에미터의 영역들은 일반적으로 폴리머 컴파운드와 같은 에칭 레지스턴트의 코팅으로 마스킹되며, 마스킹되지 않은 영역은 에칭된다. 에칭 공정 후에, 마스킹은 제거된다. 따라서 강하게 도핑된 에미터 영역은 이전에 마스킹된 영역에서 존재하는 반면에, 약하게 도핑될 태양전지 기판의 영역은 에칭 영역에서 에칭됨으로써, 이 영역에서는 저농도로 도핑된 영역으로 남게 된다. 이 방법에서 마스킹으로 사용되는 에칭 레지스턴트 폴리머나 폴리머 컴파운드는 태양전지 생산의 공정에서 비교적 핸들링하기 쉽지만, 마스킹를 제거한 후의 처리가 복잡하며 그 결과 제조 원가가 상승된다. 이러한 것은 마스킹를 제거하기 위하여 사용되는 용해제에도 마찬가지다. 계속해서 사용되는 폴리머 컴파운드 및 용해제들은 제조공정에서 복잡한 보호 조치, 예를 들면 폭발 보호 조치가 필요하다. 이와 동일한 아웃 레이(outlay)가 다른 2 단계의 도핑 공정, 예를 들면 2 단계의 후면 필드의 형성 공정에도 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 2 단계의 도핑를 가진 태양전지의 제조 원가가 절감될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항에 의하여 이루어질 수 있다.
다른 효과들은 그 이하의 청구항들에 의하여 전개될 수 있다.
본 발명은 태양전지 기판의 적어도 일부분을 강하게 도핑한 후에 적어도 부분적으로 에칭될 보호영역 상에 새크리피셜 스트럭쳐를 도포함으로써 에칭 매질에 의하여 태양전지 기판의 비보호 도핑영역을 후속적으로 에칭하는 과정에서 에칭 매질로부터 보호 도핑 영역을 보호하여 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역이 형성되는 것을 기본 개념으로 하고 있다.
여기서, 에칭은 에칭 대상이 전체적으로 제거되지 않은 경우의 에칭을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서 태양전지 기판의 비보호 도핑영역 부분만이 에칭과정에서 제거된다. 이전에 도핑된 비보호 도핑영역이 남게 되지만 도핑 물질의 농도는 에칭으로 인하여 낮아진다.
새크리피셜 스트럭쳐는 이용되는 에칭 매질에 의하여 에칭되는 과정에서 공격, 즉 에칭을 받는 물질로 이루어진다. 새크리피셜 스트럭쳐는 에칭과정에서 에칭되는 방식은 관계없다. 예를 들면, 새크리피셜 스트럭쳐의 에칭으로 인하여 표층에서 물질이 제거되거나 셀렉티브 에칭으로 이루어질 수 있다.
새크리피셜 스트럭쳐의 보호 효과는 에칭 과정에서 먼저 새크리피셜 스트럭쳐가 공격, 즉 에칭되지만 그 곳에 위치한 도핑 영역을 에칭하지 못하도록 하는데 있다. 에칭 매질과 새크리피셜 스트럭쳐로 선택된 물질과 본 발명에 따른 구성의 기능에 따라 새크리피셜 스트럭쳐는 다른 방법으로 형성되어야 한다. 예를 들어, 새크리피셜 스트럭쳐는 이용되는 에칭 매질에 의하여 태양전지 기판의 보호 영역과 비슷한 정도로 공격 받는다면, 새크리피셜 스트럭쳐는 에칭 매질과 새크리피셜 스트럭쳐의 물질 선택의 경우에 있어서 보다 두껍게 형성되어야 하며, 그에 따라 새크리피셜 스트럭쳐는 태양전지 기판의 비보호 영역보다 에칭 매질에 의하여 현저히 적게 공격받는다. 중요한 것은 새크리피셜 스트럭쳐 아래에 위치한 영역을 충분히 오래동안 에칭 매질의 영향으로부터 보호함으로써 원하는 도핑 물질의 농도 차이를 태양전지 기판의 보호 도핑영역과 비보호 도핑영역에서 가지는 것이다. 즉, 보호막이 존재하지 않음으로써 저농도의 도핑을 가지는 태양전지 기판의 영역보다 고농도의 도핑 영역이 어느 정도 고농도로 도핑되는 것이 중요하다.
에칭 배리어 대신에 새크리피셜 스트럭쳐를 사용한 결과, 태양전지 기판의 도핑 영역을 보호하기 위하여 이용될 수 있는 물질의 범위가 현저히 확대된다. 따라서 처리하기 힘든 마스킹이나 마스킹을 제거하는데 처리의 어려움을 가진 솔벤트를 사용하지 않을 수 있다. 또한, 에칭 레지스턴트 마스킹과 이와 관련된 솔벤트의 필요에 의하여 발생되는, 예를 들면, 폭발에 대한 보호와 같은 제조 과정의 복잡한 보호조치가 필요하지 않게 된다.
본 발명의 바람직한 변형예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐는 물질적으로 비유기 물질로 형성된다. 즉, 비유기 물질은 형성되는 새크리피셜 스트럭쳐가 비유기 에칭 매질이나 용해제에 의하여 에칭되거나 용해될 수 있도록 구성된다. 따라서 비유기 용해제의 사용을 필요하지 않는다는 전제하에서 유기 물질도 원칙적으로 포함할 수 있다. 따라서 적용되는 물질은 예를 들면 태양전지 기판 상에 물질을 도포하기 용이한 유기 성분을 포함할 수도 있다. 이러한 것들은 에칭 매질과 용해제와 관련하여 위와 같은 기능이 보장된다는 전제하에 궁극적으로 형성되는 새크리피셜 스트럭쳐 내에 존재할 수 있다. 또한, 그것들은 에칭 전에 안정화 단계에서 제거될 수도 있다. 예를 들면, 페이스트는 페이스트의 프린트법, 특히 스크린 프린트법에 의하여 새크리피셜 스트럭쳐의 형성을 위한 물질의 도포를 용이하게 하는 유기 성분을 함유할 수 있다. 그러나 이러한 것들은 이후에 에칭 전 단계에서 소결되고 소성되는 다른 방식으로 가스가 제거되거나 연소되거나 감소된다.
비유기 물질이 반도체 기술, 태양전지의 생산 분야, 특히 실리콘으로 이루어진 태양전지 분야에서에서 광범위하게 이용되기 때문에, 필요한 비유기 기술은 이미 존재하며 비유기 물질의 도포와 제거의 기술 분야에서 입증되었다. 이와 관련되어 발전되고 입증된 장치들도 산업적 생산에서 이용이 가능하다.
바람직하게는 글래스(glass), 예를 들면 이산화규소가 새크리피셜 스트럭쳐로 제공된다. 이것은 태양전지 기판 상에 페이스트를 스크린이나 스프레이 프린트가 가능하게 하는 유기 첨가제를 가진 페이스트의 형태로 도포될 수 있으며, 새크리피셜 스트럭쳐는 후속의 소결과정에서 형성될 수 있다.
비유기 물질의 광범위한 선택이 가능하다. 예를 들면 붕사 글래스가 선택사양적으로 사용될 수 있거나 이산화규소에 부가적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 변형예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐는 낮은 융점을 가진 물질로 형성되어 새크리피셜 스트럭쳐가 가열에 의하여 태양전지 기판 상으로 용융될 수 있다. 그러나 이러한 현상은 가능한 저온에서 일어나야만 한다. 왜냐하면, 그렇지 않을 경우 다른 한편으론 태양전지 기판 내의 도핑 프로파일의 열화를 초래할 수 있으며, 또 다른 한편으론 오염물이 태양전지 기판으로 침투할 수 있기 때문이다. 이러한 현상은 태양전지 생산의 효율성에 악영향을 미친다. 따라서 이용되는 물질은 800℃ 이하의 온도, 바람직하게는 600℃ 이하의 온도에서 용융되어야 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐의 형성을 위한 물질로 페이스트가 이용된다. 이것은 스크린, 웹이나 스프레이 프린트법과 같은 공지의 프린트법에 의하여 수행되어 새크리피셜 스트럭쳐의 단순하고 정확한 도포가 가능하도록 할 수 있다. 태양전지 제조에서 이미 이용되고 입증된 기술이 더 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐는 에칭 단계 이전에 열처리, 바람직하게는 가열, 소성이나 용융처리된다. 새크리피셜 스트럭쳐로 이용되는 물질에 따라 이것은 다른 효과를 가지고 있다. 새크리피셜 스트럭쳐를 도포하기 위한 페이스트를 이용할 경우, 페이스트의 유기성분은 기체가 제거되거나 연소되거나 전술한 바와 같이 열처리에 의하여 감소된다. 열처리는 또한 새크리피셜 스트럭쳐를 안정화시키는데 역할을 할 수 있으며, 그에 따라 사용되는 에칭 매질에 대하여 보다 내성을 가지게 된다. 또한, 보호영역에서 새크리피셜 스트럭쳐가 고착될 수도 있거나 고착이 개선될 수도 있다. 글래스, 예를 들면 이산화규소를 이용할 경우, 열처리에 의하여 글래스 몸체가 보호 영역 상에 이를 커버하도록 국소적으로 형성될 수 있으며, 그와 동시에 태양전지 기판, 예를 들면 실리콘 태양전지 기판과 같이 융합하여 태양전지 기판에 결합될 수 있다.
원칙적으로 에칭 플러즈마와 에칭액이 비보호 도핑영역의 에칭을 위한 에칭 매질로 이용될 수 있다. 질산과 불산을 함유하는 에칭액이 바람직하게 이용된다. 이 에칭액은 특히 실리콘 태양전지 기판에서 테스트되었으며 또한, 예를 들면, 이산화규소를 함유하는 글래스로 형성된 새크리피셜 스트럭쳐를 에칭한다. 태양전지 기판의 필요로 하는 균일한 제거는 온도, 농도, 유속, 조성 및 수용액의 내용과 같은 처리 기술에 의하여 조절될 수 있는 조건에 의하여 결정된다.
본 발명의 일변경예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐가 적어도 전체적으로 에칭되기 전에 에칭이 종료된다. 이렇게 함으로써 새크리피셜 스트럭쳐 아래에 위치한 영역이 공격받는 것을 방지할 수 있다. 잔존하는 새크리피셜 스트럭쳐는 이후의 단계에서 효과적으로 제거된다. 이산화규소를 함유하는 새크리피셜 스트럭쳐의 경우, 예를 들면, 불산액에 의하여 이러한 단계가 수행될 수 있다. 바람직한 변경예에 의하면, 글래스를 함유하는 새크리피셜 스트럭쳐의 잔여물은 1 내지 10%의 불산을 함유하는 에칭액에 의하여 제거된다. 새크리피셜 스트럭처의 잔여물은 1 내지 10분 동안 그러한 에칭액에 침조되며, 이 때 에칭액의 온도는 20 내지 80℃이다. 새크리피셜 스트럭처의 잔여물을 제거하기 위한 이와 같은 후속의 에칭 단계는 인라인 커패빌러티(inline capability)라고 일반적으로 알려진 자동화 생산라인에 용이하게 집적될 수 있으며, 특히 실리콘 태양전지 기판과 글래스를 함유하는 새크리피셜 스트럭쳐의 경우에 적합하다고 시험되었다.
본 발명의 다른 변경예에 의하면, 새크리피셜 스트럭쳐가 에칭과정에서 완전히 제거된다. 새크리피셜 스트럭쳐가 완전히 제거되기 시작하였을 때 고농도로 도핑된 영역에 에칭 매질이 도달하는 반면에, 비보호 영역은 초기부터 이미 에칭 매질에 노출되고 그에 따라 상대적으로 보다 많이 에칭되기 때문에, 2 단계 도핑이 발생한다. 따라서 2 단계 도핑이 확실하게 이곳에 존재하게 된다. 새크리피셜 스트럭처의 잔여물을 제거하는 별도의 단계가 효과적으로 생략될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 에칭을 위하여, 적어도 태양전지 기판의 비보호 영역에 다공층이 태양전지 기판의 물질에 의하여 형성된 후 제거된다. 다공층은 바람직하게는 태양전지 기판의 적어도 일부분에 대하여 에칭, 보다 바람직하게는 습식 화학적 에칭에 의하여 형성된다. 만약, 예를 들어 실리콘으로 이루어진 태양전지 기판이 이용될 경우, 다공성 실리콘이 적어도 2 단계 도핑의 고저항 영역(high-ohm area), 즉 새크리피셜 스트럭쳐에 의하여 보호되지 않는 영역 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 이러한 과정은 습식 화학적 에칭에 의하여 수행되는 것이 바람직하다. 따라서 다공성 실리콘이 태양전지 기판의 실리콘 물질에 의하여 형성된다.
다공층의 형성과 이후의 이에 대한 에칭, 즉 제거는 비보호 도핑 영역의 보다 균질한 에칭을 가능하게 한다. 예를 들면, 에미터가 2 단계 도핑으로 구현될 경우, 이러한 과정은 궁극적으로 고효율을 가진 태양전지가 가능한 고효율의 에미터를 가능하게 한다. 다결정 태양전지 기판의 경우 사용되는 복수의 에칭액은 태양전지 기판들 사이의 그레인(grain)들 경계에서 에칭이 그레인 자체에 대한 에칭보다 강한 에칭 효과를 가지며 어느 정도 다른 오리엔테이션을 가진 그레인이 다양한 정도로 에칭되기도 하기 때문에, 특히 다결정 태양전지 기판의 경우 보다 균질한 에칭에 대한 효과가 있다.
다공층은 알카리계의 에칭액, 보다 바람직하게는 수산화칼륨, 수산화나트륨 및/또는 수산화암모늄으로 이루어진 에칭액으로 제거되는 것이 바람직하다. 특히 실리콘 태양전지 기판의 경우 특히 균질한 에칭이 이러한 에칭액에 의하여 가능하다는 것이 검증되었다. 이 때 상기 에칭액으로 다공층을 에칭하여 제거하는 것은 다공층을 이전에 형성하지 않고 상기 에칭액을 이용하는 경우보다 더 균질한 에칭의 결과를 가져온다. 다공층의 형성과 함께 에칭이 수행되며 새크리피셜 스트럭쳐가 에칭과정에서 완전히 제거되어야 할 경우, 본 발명의 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 새크리피셜 스트럭처의 잔여물이 다공층과 함께 제거된다. 새크리피셜 스트럭처의 잔여물의 제거를 위한 별도의 단계가 생략된다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 에미터나 후면 필드가 2 단계 도핑으로 구현된다. 이러한 2 단계 에미터는 일반적으로 셀렉티브 에미터라고 불리며 2 단계 후면 필드는 후면 필드로 일컬어진다.
본 발명은 현재 일반적으로 이용되고 있는 실리콘으로 이루어진 태양전지 기판의 경우에도 산업적 생산 규모를 가지고 효과적으로 이용될 수 있다. 일 변경예에 의하면 실리콘, 바람직하게는 결정, 보다 바람직하게는 다결정 실리콘으로 이루어진 태양전지 기판이 이용된다.
실리콘으로 이루어진 태양전지 기판의 경우, 새크리피셜 스트럭쳐의 형성을 위한 실리콘 컴파운드의 형성에서 글래스를 함유하는 물질을 이용할 때 탁월하다는 것이 입증되었다. 예를 들면, 이산화규소나 규산염 글래스를 함유하는 물질이 이용될 수 있다. 새크리피셜 스트럭쳐의 에칭을 위하여 상기한 1 내지 10%의 불산액과 새크리피셜 스트럭처의 잔여물의 제거를 위하여 상기한 후속의 에칭 과정이 특히 이 경우에 탁월하다는 것이 입증되었다. 또한, 다공성 실리콘층이 상기한 알카리계 에칭액에 의하여 용이하게 제거될 수 있다는 것을 보였다.
2 단계 도핑의 전형적인 태양전지, 특히 2 단계 에미터를 가진 태양전지가 본 발명에 따른 방법에 의하여 생산될 경우 제조 원가가 절감될 수 있다. 특히, 2 단계 에미터 및/또는 2 단계 후면 필드를 가진 태양전지가 보다 적은 제조원가로 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 방법의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 방법에 있어서 다공층이 형성되는 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 방법에 있어서 차례로 다공층이 형성되는 개략도를 나타낸다.
도 4는 종래 기술에 따른 2 단계 도핑을 가진 태양전지의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 방법의 개략도를 나타낸다. 먼저 태양전지 기판이 준비되며, 그 전면에 텍스쳐링(texturing; 5)이 제공된다. 여기서 전면은 태양전지기판(1)의 넓은 표면으로서 태양전지를 이용할 때 입사광에 노출되는 곳이다. 이러한 텍스쳐링(5)은 완성된 태양전지의 표면 상으로 입사된 광의 반사를 감소시킴으로써 효율성을 증가시키지만 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명에 따른 방법은 조직화된 태양전지 기판 상에 적용될 수 있다. 일면 상에서 빛에 민감한 이른바 일면 전지(monofacial cell)라고 하는 태양전지를 참조하면서 설명하고 있으나, 양면 상에서 빛에 민감한 양면 전지(bifacial cell)의 생산에도 마찬가지로 이용될 수 있음은 자명하다.
본 발명에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 태양전지기판(1)의 전면은 강하게 도핑된 도핑 영역(3)이 형성된다(50 단계). 이와 같이 강한 도핑(heavy doping)은, 예를 들면, 기상(gas phase)으로 도핑물질의 내부 확산, 특히
Figure pat00001
나
Figure pat00002
의 확산으로 수행될 수 있다. 그러나, 근본적으로 다른 도핑 기술이 이용될 수도 있다.
또한, 새크리피셜 스트럭쳐(sacrificial structure; 7)가 보호 영역(8) 상에 도포되고 소결된다(새크리피셜 스트럭쳐의 도포 및 소성 단계; 52). 이러한 과정은 예를 들면 글래스(glass)를 함유하는 페이스트, 특히 이산화규소를 함유한 페이스트의 스크린 프린트에 의하여 수행될 수 있으며, 계속해서 유기 솔벤트(solvent)를 제거하고 글래스 구조물을 태양전지 기판상에 도포하기 위하여 소결되며, 필요에 따라 글래스 층은 태양전지기판(1) 상으로 녹아 들어갈 수 있다.
새크리피셜 스트럭쳐(7)가 보호 영역(8)을 커버하도록 도포됨으로써 에칭 매질이 보호 영역(8)과 접촉하는 것을 방지한다. 여기서 보호 영역(8)은 2 단계 도핑에 있어서 고농도의 도핑 영역이 형성되어야 하는 영역들이다.
이 후, 비보호 도핑영역(unprotected doped area; 17)은 에칭된다(비보호 도핑영역의 에칭 단계; 54). 도 1에 도시된 바와 같이, 비보호 도핑영역(17)이 에칭될 뿐만 아니라 새크리피셜 스트럭쳐(7)도 일부 에칭됨으로써 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(13)이 잔존하게 된다. 새크리피셜 스트럭쳐(7) 아래에 위치함으로써 보호되는 영역은 에칭되지 않는다. 그 결과, 초기에 형성된 고농도의 도핑은 그 곳에서 존재하게 되어 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)이 형성된다. 한편, 에칭으로 인하여 도핑 기판 농도는 비보호 도핑영역(17)에서 낮게 되어 2 단계 도핑의 저농도 도핑영역(11)이 이 곳에서 존재하게 된다.
도 1의 태양전지기판(1)은, 예를 들면, 이산화규소로 이루어진 새크리피셜 스트럭쳐가 형성되는 실리콘 태양전지 기판일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 에칭은 실리콘 에칭액을 이용하여 수행되며, 예를 들면, 질산 및 불산을 함유하는 에칭액을 이용하여 효과적으로 수행될 수도 있다. 이 에칭액은, 도 1에 도시된 바와 같이, 이산화규소로 형성된 새크리피셜 스트럭쳐(7)도 제거한다. 비보호 영역에서 제거되어야 하는 물질의 양은 소정의 도핑 프로파일에 기초한다. 실제의 경우 약 10 내지 200nm의 에칭으로 인한 제거가 탁월한 것으로 증명되었다.
비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54) 후에, 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(13)은 도 1의 실시예에서 제거된다(새크리피셜 스트럭처의 잔여물 제거 단계; 56). 이러한 과정은 전술한 실리콘 태양전지기판의 예에서 불산을 함유하는 용액에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 1 내지 10%의 불산액에서 새크리피셜 스트럭쳐가 20 내지 80℃에서 약 1 내지 10분 동안 노출되는 것이 탁월하다고 증명되었다. 또한 전 태양전지 기판은 고농도와 저농도 도핑의 불균형 장애 없이 이 용액에 노출될 수도 있다. 불산을 함유하는 용액을 이용할 경우, 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(13)을 제거하는 단계(56)는 생산라인에 용이하게 구성될 수 있다. 따라서 이와 같은 후속의 에칭 단계가 이른바 인라인(inline)될 수 있다.
이후, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨택트(15)가 고농도 도핑 영역(9)과 저농도 도핑 영역(11)으로 이루어진 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9) 상에 도포된다. 컨택트(15)를 도포하는 단계(58) 이전에, 부가적인 표면 처리 단계가 자명하게 수행될 수 있다. 예를 들면, 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역과 저농도 도핑영역(9, 11)이나 대응하는 셀렉티브 에미터의 패시베이션(passivation)은 패시베이션층으로 형성될 수 있으며 반사방지 코팅이 적용될 수도 있다. 예를 들면, 이산화규소층은 패시베이션층으로 고려될 수 있으며, 반사방지층의 코팅은 예를 들면 질화실리콘 증착에 의하여 이루어질 수도 있다.
컨택트(15)는 예를 들면 금속을 함유한 페이스트로 종래 알려진 프린팅 방법에 의하여 도포될 수 있다. 이러한 도포와 관련하여 근본적으로 종래의 모든 프린팅 방법이 가능하며, 특히 스크린, 스탬프나 스프레이 프린트법이 가능하다. 근본적으로 컨택트(15)는 다른 방법, 예를 들면, 증착법에 의하여 증착될 수도 있으나, 이러한 방법은 대량 생산 방식에 일반적으로 적합하지 않다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 방법에 있어서 다공층이 형성되는 개략도를 나타낸다. 먼저, 태양전지기판(1)은 강하게 도핑되는 단계(50)를 가짐으로써 도핑 영역(3)이 형성된다. 도 1에 도시된 경우와 대조적으로, 이 경우 조직화되지 않은 태양전지기판(1)이 이용된다. 그러한 조직화는 필요에 따라 용이하게 제공될 수도 있다.
또한, 이 후 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 먼저 태양전지 기판 상에 도포되는 단계(52)를 거치며, 이 때 필요에 따라 열적으로, 특히, 소결 단계(52)를 거친다.
비보호 도핑영역(17)을 에칭하기 위하여, 본 실시예에서는 다공층(19)이 먼저 태양전지 기판 물질로부터 형성되는 단계(62)를 거치게 된다. 이러한 단계는 예를 들면 상기 비보호 도핑영역(17)을 에칭함으로써 이루어질 수 있다. 태양전지기판이 적어도 부분적으로 침조되는 습식 화학적 에칭액이 태양전지 기판 물질을 이루는 다공층(19)을 형성하기 위하여 이용되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 태양전지 기판의 상면은 그러한 에칭액에 노출된다. 그 결과, 다공층(19)이 비보호 도핑영역(17) 상에 형성된다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)도 다공층(19)을 형성하기 위한 상기 습식 화학적 에칭액에 의하여 영향을 받는다. 이로 인하여 새크리피셜 스트럭쳐(7) 상에 에칭 데미지(21)가 발생된다.
새크리피셜 스트럭처의 에칭 데미지(21)의 종류는 새크리피셜 스트럭쳐의 재료의 선택과 다공층(19)의 형성을 위한 에칭액의 조성에 선택에 따라 다르다. 예를 들면, 태양전지기판(1)의 비보호 도핑영역(17)에서 다공층(19)이 형성되는 동안 새크리피셜 스트럭쳐(7)의 균일하고 넓은 면적의 제거가 발생될 수 있다. 비보호 도핑영역(17)과 새크리피셜 스트럭처의 에칭 데미지(21)에서 사용된 에칭액이 다공층을 형성한다는 것은 예측이 가능하다. 특히 이러한 현상은 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 태양전지기판(1)과 동일한 물질로 형성될 경우 보다 잘 일어난다. 또한 서로 다를 수 있는 새크리피셜 스트럭쳐(7)와 비보호 도핑영역(17)의 에칭속도는 물질의 선택에 관계된다.
또한, 다공층(19)은 제거된다(다공층의 제거 단계; 64). 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7) 상에서도 다공층이 제거되어 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(23) 만이 잔존하게 된다. 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)이 새크리피셜 스트럭쳐(7)의 보호로 인하여 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(23) 아래에 여전히 존재한다. 그러나 에칭에 따른 물질 제거로 인하여 비보호 도핑영역(17)에는 약하게 도핑이 이루어짐으로써 2 단계 도핑의 저농도 도핑영역(11)이 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)과 함께 소정의 2 단계 도핑을 형성하게 된다.
도 1에 도시된 실시예와 마찬가지로 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(23)은 이 후의 에칭 단계에 의하여 제거된다(새크리피셜 스트럭처의 잔여물 제거 단계; 56). 전술한 바와 같이, 이러한 단계는 예를 들면 서피스 패시베이션층이나 반사방지 코팅의 도포로 알려진 부가적인 방법에 의하여 수행될 수 있다. 또한, 계속해서 컨택트(15)가 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)과 2 단계 도핑의 저농도 도핑영역(11) 상에 도포된다(컨택트의 도포 단계; 58).
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 방법에 있어서 차례로 다공층이 형성되는 개략도를 나타낸다. 먼저 조직화되지 않은 태양전지기판(1)이 준비되다. 이 후 태양전지기판(1)의 전면이 강하게 도핑된다(50). 모든 실시예에 있어서 태양전지기판(1) 표면의 일부분에 한하여 강하게 도핑하도록 제한할 필요는 없다. 원칙적으로 강하게 도핑되는 도핑 영역(3)은 태양전지 기판의 전표면적에 걸쳐 존재할 수도 있다. 그러나, 이 경우 반대 타입의 도핑 물질의 내부 확산을 통하여 나중에 보상되거나 적당한 장소에서 제거되어야 할 것이다.
도 2와 도 3에 도시된 실시예와 마찬가지로, 이 후 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 태양전지기판(1) 상에 도포된다. 이 후에 다공층(19)이 비보호 도핑영역(17)을 에칭하기 위하여 형성되는 단계(72)를 거치게 된다. 이 때, 본 실시예에 있어서 다공층(19)을 형성하기 위하여 사용되는 에칭매질, 특히 에칭액이 넓은 면적에 걸쳐 새크리피셜 스트럭쳐(7)를 에칭함으로써 다공층(19)의 형성과정 중에 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 제거되도록 재료가 선택된다. 이러한 과정은, 실리콘으로 이루어진 태양전지기판(1)의 경우, 예를 들면, 새크리피셜 스트럭쳐로 이산화규소를 이용하고 다공층(19)의 형성을 위한 불소산을 함유한 에칭액을 이용함으로써 이루어질 수 있다.
따라서, 전술한 경우에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)의 에칭 지속시간과 두께는 다공층을 형성하는 에칭과정(72)의 종료시에 새크리피셜 스트럭쳐(7)의 잔여물이 계속해서 존재하는지 여부에 따라 결정된다. 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 다공층(19)을 형성(다공층의 형성 단계; 72)을 위하여 이용되는 에칭 매질에 의하여 전부 제거된다. 그 결과, 새크리피셜 스트럭쳐(7)에 의하여 이전에 보호되었던 영역(25)이 에칭된다. 즉, 이 곳에서도 다공층이 형성되지만 비보호 도핑영역(17)에 형성되는 다공층(19)보다 현저히 얇게 형성된다.
따라서, 에칭된 기존 보호 도핑영역(25)도 다공층(19)을 제거하는 후속 단계(74)의 과정에서 제거된다. 그러나, 이곳 다공층은 비보호 도핑영역(17) 내의 다공층(19)보다 현저히 얇기 때문에 물질이 보다 작게 제거되며, 이는 에칭매질, 특히, 에칭액이 태양전지기판(1)이 여전히 확고하게 존재하는 영역보다 빠르게 다공층(19, 25)을 에칭하기 때문이다. 특히 수산화칼륨, 수산화나트륨 및/또는 수산화암모늄을 함유한 알카리성 에칭액이 특히 실리콘 태양전지 기판의 경우에 이용된다.
그 결과, 도 3에 도시된 실시예에서 다공층을 제거하기 전에 에칭된 기존의 보호 도핑영역(25)이 존재하는 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)이 남게 된다. 이 때, 다공층을 제거한 후, 고농도 도핑영역(9)과 함께 소정의 2 단계 도핑을 형성하는 저농도 도핑영역(11)만이 상대적으로 두꺼운 다공층이 형성되었던 비보호 도핑영역(17) 내에 여전히 존재하게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 효율을 향상시키기 위하여 공지된 패시베이션이나 반사방지 코팅의 형성 단계가 부가될 수도 있다. 컨택트(15)가 도 1과 도 2의 실시예와 마찬가지로 도포된다.
그 밖에 태양전지 기판은 태양전지를 형성하기 위하여 공지된 방법으로 가공처리된다. 이러한 과정은 전체적으로 태양전지 제조 공정을 반영하지 않은 도 1과 도 2의 실시예에도 동일하게 적용된다. 그 이 후의 공정, 예를 들면, 당해 기술분야에서 잘 알려진 후면 컨택트를 형성하기 위한 공정이 이루어지나 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 방법은 셀렉티브 에미터나 2 단계의 후면 필드를 가진 태양전지의 제조에도 효과적으로 이용될 수 있다.
도 4는 종래 기술에 있어서 2 단계의 후면 필드 뿐만 아니라 셀렉티브 에미터를 가진 2 단계 도핑을 가진 태양전지의 개략도이다. 여기서, 셀렉티브 에미터가 고농도 도핑 에미터 영역(82)과 저농도 도핑 에미터 영역(84)에 의하여 형성된다. 마찬가지로 2 단계의 후면 필드가 후면 필드의 고농도 도핑 영역(86)과 후면 필드의 저농도 도핑 영역(88)에 의하여 형성된다. 각각 고농도로 도핑된 영역(82, 86)에 컨택트(90)가 제공된다.
1: 태양전지기판
3: 도핑 영역
5: 텍스쳐링
7: 새크리피셜 스트럭쳐
8: 보호 영역
9: 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역
11: 2 단계 도핑의 저농도 도핑영역
13, 23: 새크리피셜 스트럭처의 잔여물
15: 컨택트
17: 비보호 도핑영역
19: 다공층
21: 새크리피셜 스트럭처의 에칭 데미지
25: 에칭된 기존 보호 도핑영역
50: 강하게 도핑하는 단계
52: 새크리피셜 스트럭쳐의 도포 및 소성 단계
54: 비보호 도핑영역의 에칭 단계
56: 새크리피셜 스트럭처의 잔여물 제거 단계
58: 컨택트의 도포 단계
62, 72: 다공층의 형성
64, 74: 다공층의 제거
80: 태양전지
82: 고농도 에미터 영역
84: 저농도 에미터 영역
86: 후면 필드의 고농도 도핑 영역
88: 후면 필드의 저농도 도핑 영역
90: 컨택트

Claims (16)

  1. 태양전지기판(1)의 적어도 일부분을 강하게 도핑하는 단계(50);
    에칭매질에 대하여 2 단계 도핑의 고농도 도핑영역(9)이 형성되기 위한 보호 영역(8)을 적어도 일시적으로 형성하는 단계; 및
    에칭 매질에 의하여 태양전지기판(1)의 비보호 도핑영역(17)을 에칭하는 단계(54; 62, 64; 72, 74)를 포함하며,
    도핑 영역을 보호하기 위하여 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 적어도 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54; 62, 64; 72, 74)의 과정에서 적어도 부분적으로 에칭되는 보호 영역(8) 상에 도포되는 단계(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)는 비유기 물질인 글래스(glass)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  3. 제1항 내지 제2항의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)는 이산화실리콘과 붕사(borax)의 글래스로 이루어진 그룹의 물질 중의 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)는 600℃ 내지 800℃ 이하에서 융점을 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)를 형성하기 위한 물질은 프린트법에 의하여 도포되는 페이스트인 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)는 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54) 이전에 소성되거나 용융되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 에칭 매질로 이용되는 에칭액은 질산 및 불산을 함유하는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54; 62, 64)는 새크리피셜 스트럭쳐(7)가 완전히 에칭되어 제거되기 전에 종료되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(54; 62, 64) 후에 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(13)이 이후에 불산을 함유하는 에칭액에 의하여 에칭되는 단계에서 제거되는 단계(56)를 가지는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭쳐(7)는 비보호 도핑영역을 에칭하는 단계(72, 74)의 과정에 전체적으로 에칭되어 제거되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 비보호 도핑영역을 에칭(62, 64)하기 위하여, 적어도 태양전지기판(1)의 비보호 도핑영역(17)에서 다공층(19)이 태양전지기판(1)의 물질로부터 에칭에 의하여 형성(62, 72)된 후, 다공층(19)이 제거(64, 74)되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  12. 제10항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 새크리피셜 스트럭처의 잔여물(13)이 다공층(19)과 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  13. 제11항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 다공층(19)이 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화암모늄으로 이루어진 그룹 중의 적어도 하나의 물질을 포함하는 알카리계 에칭액으로 제거되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 태양전지기판(1)은 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 에미터나 후면 필드가 2 단계 도핑으로 적용되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법에 의하여 태양전지가 제조되는 것을 특징으로 하는 2 단계 도핑을 가지는 태양전지의 제조방법.
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