KR20110078549A - 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확산 공정시 형성되는 PSG(phosphorous silicate glass)막 또는 BSG(boro-silicate glass)막을 도펀트층으로 이용하여 고농도 에미터를 용이하게 형성할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 확산시켜 제 2 도전형의 반도체층을 형성함과 함께, 상기 기판 표면 상에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온과 실리콘 기판이 반응한 확산 부산물층을 형성하는 단계 및 상기 확산 부산물층의 일부에 레이저를 조사하여 상기 확산 부산물층 내의 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 반도체층으로 확산되도록 하여 고농도의 제 2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
선택적, 에미터, PSG, BSG
Description
본 발명은 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 확산 공정시 형성되는 PSG(phosphorous silicate glass)막 또는 BSG(boro-silicate glass)막을 도펀트층으로 이용하여 고농도 에미터를 용이하게 형성할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 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 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양전지의 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(101) 상에 n형 반도체층(102)이 구비되며, 상기 n형 반도체층(102)의 상부 및 p형 반도 체층의 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 둘레에 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.
한편, 상기 전면전극(104)은 통상 금속 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성하는데, 실리콘 기판 표면 즉, n형 반도체층(102)과 전면전극(104) 사이의 접촉 저항이 높은 문제점이 있다. 이를 해소하기 위해, 전면전극(104)이 형성되는 부위에 국부적으로 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도의 에미터(emitter)(105)를 형성하는 이른바, 선택적 에미터 형성방법이 제시된 바 있다.
종래의 선택적 에미터를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 첫 번째 방법으로, 확산 공정을 통해 n형 반도체층을 형성한 다음, 기판 상에 고농도 에미터가 형성될 부위를 선택적으로 노출하는 마스크 패턴을 형성하고, 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도 에미터를 형성하는 방법이 있다. 이 때, 마스크 패턴은 기판 상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 마스크층을 적층한 다음, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성하거나 레이저 융발(laser ablation)을 통해 형성할 수 있다. 이와 같은 방법은 마스크 패턴 형성을 위해 별도의 마스크층 증착 공정이 요구됨과 함께 패터닝을 위한 포토리소그래피 공정 또는 레이저 융발 공정이 필요하다는 단점이 있다.
두 번째 방법으로, n형 반도체층을 형성한 다음, 기판 상에 불순물 이온을 포함한 도펀트층을 증착하고, 국부적으로 레이저를 조사하여 도펀트층 내의 불순물 이온이 확산되도록 하여 고농도 에미터를 형성하는 방법이 있다. 이와 같은 두 번째 방법 역시 고농도 에미터 형성을 위해 별도의 도펀트층을 형성해야 하는 등의 추가 공정이 요구되는 단점이 있다.
세 번째 방법으로, n형 반도체층이 형성된 상태에서 불순물 이온을 기판 상에 분사함과 동시에 레이저를 조사하여 고농도 에미터를 형성하는 방법이 제시된 바 있으나, 고농도 에미터가 신뢰할 수준으로 형성되지 않는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 확산 공정시 형성되는 PSG(phosphorous silicate glass)막 또는 BSG(boro-silicate glass)막을 도펀트층으로 이용하여 고농도 에미터를 용이하게 형성할 수 있는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 제 1 도전형의 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 확산시켜 제 2 도전형의 반도체층을 형성함과 함께, 상기 기판 표면 상에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온과 실리콘 기판이 반응한 확산 부산물층을 형성하는 단계 및 상기 확산 부산물층의 일부에 레이저를 조사하여 상기 확산 부산물층 내의 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 반도체층으로 확산되도록 하여 고농도의 제 2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저가 조사되는 확산 부산물층은 전면전극이 형성되는 부위에 상응하며, 상기 확산 부산물층은 PSG막 또는 BSG막일 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
확산 공정의 부산물인 PSG막 또는 BSG막을 도펀트 공급층으로 이용하여 고농도 에미터를 형성함에 따라, 공정 수를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 결정질 실리콘 기판(301)을 준비하고(S201), 상기 제 1 도전형의 실리콘 기판(301)의 상부면에 요철(302)이 형성되도록 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행한다(S202). 상기 텍스쳐링 공정은 기판(301) 표면에서의 빛 반사를 줄이기 위한 것이며, 습식 식각 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등의 건식 식각 방법을 이용하여 진행할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있으며, 후술하는 제 2 도전형은 제 1 도전형의 반대이며, 이하의 설명에서는 제 1 도전형은 p형인 것을 기준으로 한다.
텍스쳐링 공정이 완료된 상태에서, 확산공정을 실시하여 반도체층을 형성한 다(S203). 구체적으로, 챔버 내에 상기 실리콘 기판(301)을 구비시키고 상기 챔버 내에 제 2 도전형 불순물 이온 즉, n형 불순물 이온을 포함하는 가스(예를 들어, POCl3)를 공급하여 인(P) 이온이 확산(diffusion)되도록 한다. 이를 통해, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(301)의 상층부 및 하층부에 반도체층(303)이 형성되며, 기판(301)의 측면부에도 인(P) 이온이 확산되어 반도체층(303)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 n형 불순물 이온의 확산 공정은 상술한 바와 같은 기상의 가스를 이용하는 방법 이외에, n형 불순물 이온이 포함된 용액 예를 들어, 인산(H3PO4) 용액 내에 상기 실리콘 기판(301)을 침적시키고 후속의 열처리를 통해 인(P) 이온이 기판(301) 내부에 확산되도록 하여 반도체층(303)을 형성하는 방법을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 제 2 도전형 불순물 이온이 p형일 경우, 상기 반도체층(303)을 형성하는 불순물 이온은 붕소(B)일 수 있다.
상기 확산공정으로 인해, 기판(301) 내부에 반도체층(303)이 형성됨과 함께 기판(301) 표면에는 PSG(phosphor-silicate glass)막이 형성된다(도 3b 참조). 상기 PSG막은 n형 불순물 이온(인(P) 이온)과 실리콘 기판(301)(301)의 실리콘(Si) 등이 반응하여 형성된 것이다. 이 때, 제 2 도전형 불순물 이온으로 p형인 붕소(B)가 사용되는 경우에는 상기 PSG막 대신 붕소(B)와 실리콘(Si) 등이 반응하여 생성된 BSG(boro-silicate glass)막이 형성될 수 있다. 이하의 설명에서, 상기 확산 공정에 의해 형성된 PSG막 또는 BSG막을 확산 부산물층(304)이라 칭하기로 한다.
이와 같이 기판(301) 상에 확산 부산물층(304) 즉, PSG막 또는 BSG막이 형성된 상태에서, 상기 PSG막 또는 BSG막의 일부 정확히는, 후속의 전면전극(307)이 형성되는 부위의 PSG막 또는 BSG막에 레이저를 조사하여 상기 PSG막 내의 인(P) 이온 또는 상기 BSG막 내의 붕소(B) 이온이 상기 반도체층(303)을 향하여 확산되도록 한다. 상기 PSG막 내의 인(P) 이온 또는 상기 BSG막 내의 붕소(B) 이온의 확산에 의해 고농도 반도체층(305)이 형성된다(S204). 이 때, 상기 PSG막 또는 BSG막은 불순물 이온을 공급하는 도펀트(dopant) 공급층으로서의 역할을 한다.
상기 고농도 반도체층(305)의 형성이 완료된 상태에서, 불산(HF) 등의 식각용액을 이용하여 잔존하는 확산 부산물층(304) 즉, PSG막 또는 BSG막을 제거한다. 그런 다음, 상기 기판(301) 전면 상에 반사방지막(306)을 형성한다. 상기 반사방지막(306)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성될 수 있다. 이어, 상기 기판(301) 전면의 반사방지막(306) 및 기판(301) 후면 상에 도전성 물질을 스크린 인쇄법 등을 통해 도포한 후, 소성 공정을 진행하면 전면전극(307)과 후면전극(308)이 형성되며(S205), 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 완료된다.
도 1은 일반적인 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
301 : 제 1 도전형의 실리콘 기판 302 : 요철
303 : 반도체층 304 : 확산 부산물층
305 : 고농도 반도체층 306 : 반사방지막
307 : 전면전극 308 : 후면전극
Claims (3)
- 제 1 도전형의 실리콘 기판을 준비하는 단계;상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물 이온을 확산시켜 제 2 도전형의 반도체층을 형성함과 함께, 상기 기판 표면 상에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온과 실리콘 기판이 반응한 확산 부산물층을 형성하는 단계; 및상기 확산 부산물층의 일부에 레이저를 조사하여 상기 확산 부산물층 내의 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 반도체층으로 확산되도록 하여 고농도의 제 2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 레이저가 조사되는 확산 부산물층은 전면전극이 형성되는 부위에 상응한 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 확산 부산물층은 PSG막 또는 BSG막인 것을 특징으로 하는 태양전지의 선택적 에미터 형성방법.
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |