KR20110060132A - 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동을 이용하여 확산 공정에 의해 기판 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거한 다음, 습식 세정을 통해 기판 표면에 형성된 불순물층을 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 제1도전형 실리콘 기판 상에 불순물을 주입·확산하여 제1도전형 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형 반도체층을 형성하고, 상기 실리콘 기판의 표면에 불순물층 및 불순물 입자들을 형성하는 단계와; 음파에 의해 발생하는 진동을 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 단계와; 습식 세정 공정을 통해 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물층을 제거하는 단계를 수행함으로써, 습식 세정 시 화학 약품의 화학 반응이 기판 표면에 형성된 불순물층만을 제거하는데 집중되기 때문에 보다 강력한 세정력을 발휘할 수 있어, 습식 세정 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이로 인해 습식 세정에 사용되는 화학 약품의 라이프타임이 증가되어 태양전지 제조 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
태양전지, 기판, 불순물 제거
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 특히 확산 공정에 의해 기판 표면에 형성된 불순물층 및 불순물 입자들을 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
한편, 태양전지는 p-n 접합층인 광흡수층의 형태나 불순물 이온 종류에 따라 다양하게 구분되는데 광흡수층으로는 대표적으로 실리콘(Si)을 들 수 있으며, 이와 같은 실리콘계 태양전지는 형태에 따라 실리콘 웨이퍼를 광흡수층으로 이용하는 실 리콘 기판형과, 실리콘을 박막 형태로 증착하여 광흡수층을 형성하는 박막형으로 구분된다.
실리콘계 태양전지 중 실리콘 기판형의 일반적인 구조를 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, p형 반도체층(11) 위에 에미터층인 n형 반도체층(12)이 적층되며, n형 반도체층(12)의 상부에 전면전극(14)이 구비되고 p형 반도체층(11)의 하부에 후면전극(15)이 구비된 구조를 갖는다. 이때, p형 반도체층(11) 및 n형 반도체층(12)은 하나의 실리콘 기판(10)에 구현되는 것으로서, 실리콘 기판(10)의 하부는 p형 반도체층(11), 실리콘 기판(10)의 상부는 n형 반도체층(12)으로 구분되며, n형 반도체층(12)은 일반적으로 p형 반도체층(11)에 n+ 불순물 이온을 도핑(Doping), 확산(Diffusion)시켜 형성된다.
이러한 기판형 실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 기판(10)을 준비하고, 준비된 실리콘 기판(10)의 표면 텍스쳐링, n+ 불순물 이온 주입·확산을 통한 n형 반도체층(12) 형성, 전면전극(14) 및 후면전극(15) 형성 등의 공정을 거쳐 제조된다. 여기서, n형 반도체층(12) 형성 시에는 기판(10)에 n+ 불순물 이온에 해당하는 인(P)을 주입한 후 고온 열처리하여 확산 공정을 진행한 다음 기판(10)을 냉각하게 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 확산 공정에 의해 산소, 실리콘, 인(P)이 반응하여 PSG(Phosphorus Silicate Glass)층 등의 불순물층(20)이 기판(10) 표면에 형성되게 된다. 더욱이, 확산 공정 후 진행되는 기판(10)을 냉각시키는 공정 과정에서 기판(10)과 불순물층(20)이 서로 열팽창 계수가 다르기 때문에 기판(10) 표면 에는 도 3에 도시된 바와 같이, 많은 PSG 크랙과 미세한 파티클들을 포함한 불순물 입자들(22)이 형성되게 된다. 이에, 전면전극(14) 및 후면전극(15)의 형성 전에, 확산 공정에 의해 형성된 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)을 제거하는 공정을 진행하고, 이와 더불어 n형 반도체층(12) 위에 반사방지막(13)을 형성하는 공정 등도 진행하게 된다.
한편, 확산 공정에 의해 형성된 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)을 제거하는 공정에서는 습식 세정 방식을 사용하게 된다. 즉, 기판(10)을 습식 세정조(Bath)에 담겨져 있는 화학 약품 안에서 일정 시간 머무르게 함으로써, 기판(10) 표면에 형성된 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)을 제거하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22) 제거 공정 시에는 기판(10) 표면에 형성된 불순물층(20)과 함께 불순물 입자들(22)까지도 습식 세정조에 담겨져 있는 화학 약품을 사용하여 제거해야 하기 때문에, 그만큼 습식 세정조에 담겨져 있는 화학 약품 안에서 기판(10)이 머무르는 시간이 길어져 공정 시간이 딜레이될 뿐만 아니라, 그로 인해 습식 세정조에 담겨져 있는 화학 약품의 라이프타임 또한 줄어들게 되어 화학 약품을 자주 교체해야만 하므로, 태양전지 제조 비용을 증가시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 확산 공정에 의해 기판 표면에 형성된 불순물층을 습식 세정을 통해 제거하기 이전에, 진동을 이용하여 기판 표면에 잔재하는 불순물 입자들을 제거할 수 있도록 하는 태양전지 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 제1도전형 실리콘 기판 상에 불순물을 주입·확산하여 제1도전형 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형 반도체층을 형성하고, 상기 실리콘 기판의 표면에 불순물층 및 불순물 입자들을 형성하는 단계와; 음파에 의해 발생하는 진동을 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 단계와; 습식 세정 공정을 통해 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는, 상기 실리콘 기판의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들이 상기 실리콘 기판의 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 상기 실리콘 기판에 음향 저주파를 전달하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는, 복수의 실리콘 기판을 기판 거치 장비에 적치한 후, 상기 기판 거치 장비에 적치된 복수의 실리콘 기판의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들이 각 실리콘 기판의 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 복수의 실리콘 기판에 음향 저주파를 전달하여 복수의 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 동시에 제거하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는, 상기 실리콘 기판의 표면에 공기를 분사하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하면, 확산 공정에 의해 기판 표면에 형성된 불순물층을 습식 세정을 통해 제거하기 이전에, 진동을 이용하여 기판 표면에 잔재하는 불순물 입자들을 제거함으로써, 습식 세정 시 화학 약품의 화학 반응이 기판 표면에 형성된 불순물층만을 제거하는데 집중되기 때문에 보다 강력한 세정력을 발휘할 수 있어, 습식 세정 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이로 인해 습식 세정에 사용되는 화학 약품의 라이프타임이 증가되어 태양전지 제조 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도전형의 실리콘 기판(10)을 준비한다(S100). 여기서, 제1도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형은 p형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다. 이때, 상기한 단계 S100을 통해 제1도전형의 실리콘 기판(10)이 준비된 상태에서, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상부면에 요철이 형성되도록 텍스쳐링 공정을 진행한다(S110). 이때 텍스쳐링 공정은 실리콘 기판(10) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 통해 요철을 형성할 수 있다.
상기한 단계 S110 다음에는, 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 상층부에 n형 불순물 이온, 예를 들어 인(P)을 주입, 확산시킨다(S120). 이에 따라 제1도전형의 실리콘 기판(10)의 하층부는 제1도전형의 반도체층 즉, p형 반도체층을 이루게 되고, 그 상층부는 제2도전형의 반도체층 즉, n형 반도체층을 이루게 되고, 상기한 단계 S120에서의 확산 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 표면에는 PSG(Phosphorus Silicate Glass)층인 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)이 형성된다(S130).
상기한 단계 S120에서는 실리콘 기판(10)에 인(P)을 주입한 후 고온 열처리하여 확산 공정을 진행한 다음 기판(10)을 냉각하는 공정 절차를 수행하게 되는데, 이때 확산 공정에 의해 산소, 실리콘, 인(P)이 반응하여 불순물층(20)이 기판(10) 표면에 형성되고, 확산 공정 후 진행되는 기판(10)을 냉각시키는 공정 과정에서 기판(10)과 불순물층(20)의 서로 다른 열팽창 계수로 인해 기판(10) 표면에는 많은 PSG 크랙과 미세한 파티클들을 포함한 불순물 입자들(22)이 형성된다.
한편, 상기한 단계 S100에서의 준비된 제1도전형의 실리콘 기판(10)에 있어서, 제1도전형이 n형인 경우, 준비된 제1도전형의 실리콘 기판의 상층부에 p형 불순물 이온, 예를 들어 붕소(B)를 주입, 확산시키는 경우, 제1도전형의 실리콘 기판의 하층부는 제1도전형의 반도체층 즉, n형 반도체층을 이루게 되고, 그 상층부는 제2도전형의 반도체층 즉, p형 반도체층을 이루게 되며, 확산 공정에 의해 실리콘 기판(10)의 표면에는 BSG(Boron Silicate Glass)층인 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 단계 S130 이후, 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물층(20) 및 불순물 입자들(22)을 제거하게 되는데, 음파에 의해 발생하는 진동을 이용하여 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물 입자들(22)을 먼저 제거한 다음(S140), 실리콘 기판(10)을 습식 세정조에 담겨진 화학 약품에 넣어 세정하는 습식 세정 공정을 통해 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물층(20)을 제거한다(S150).
상기한 단계 S140에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기한 단계 S100 내지 S130을 통해 생산된 실리콘 기판(10)의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들(22)이 실리콘 기판(10)의 미세 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 실리콘 기판(10)에 음파, 즉 음향 저주파를 전달함으로써, 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물 입자들(22)을 제거하는 것이 바람직하다. 이때, 음파의 세기는 실리콘 기판(10) 이 음파로 인해 발생되는 진동에 의해 파손되지 않을 정도의 세기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 단계 S140에서는 상기한 단계 S100 내지 S130을 통해 생산된 복수의 실리콘 기판(10)을 기판 거치 장비(예를 들어, 카세트 등)에 적치한 후, 그 기판 거치 장비에 적치된 복수의 실리콘 기판(10)의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들(22)이 각 실리콘 기판(10)의 미세 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 복수의 실리콘 기판(10)에 음파, 즉 음향 저주파를 전달함으로써, 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물 입자들(22)을 동시에 제거하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기한 단계 S140에서는 상기한 단계 S100 내지 S130을 통해 생산된 실리콘 기판(10)의 표면에 공기를 분사하여 실리콘 기판(10)의 표면에 형성된 불순물 입자들(22)을 제거할 수 있다.
상기한 단계 S150 이후에는 실리콘 기판(10)의 제2도전형 반도체층 상에 화학기상증착 공정 등을 이용하여 반사방지막(13)을 형성한 다음(S160), 실리콘 기판(10)의 상하부면에 전극을 형성한다(S170).
본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 보인 단면도.
도 2 및 도 3은 종래의 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 참고도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 기판 11: p형 반도체층
12: n형 반도체층 13: 반사방지막
14: 전면전극 15: 후면전극
20: 불순물층 22: 불순물 입자들
Claims (4)
- 제1도전형 실리콘 기판 상에 불순물을 주입·확산하여 제1도전형 실리콘 기판의 상층부에 제2도전형 반도체층을 형성하고, 상기 실리콘 기판의 표면에 불순물층 및 불순물 입자들을 형성하는 단계와;음파에 의해 발생하는 진동을 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 단계와;습식 세정 공정을 통해 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는,상기 실리콘 기판의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들이 상기 실리콘 기판의 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 상기 실리콘 기판에 음향 저주파를 전달하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는,복수의 실리콘 기판을 기판 거치 장비에 적치한 후, 상기 기판 거치 장비에 적치된 복수의 실리콘 기판의 표면에 형성되어 있는 불순물 입자들이 각 실리콘 기판의 진동에 의해 떨어지도록 일정 시간 동안 복수의 실리콘 기판에 음향 저주파를 전달하여 복수의 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 불순물 입자들을 제거하는 단계는,상기 실리콘 기판의 표면에 공기를 분사하여 상기 실리콘 기판의 표면에 형성된 불순물 입자들을 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |