KR20110089291A - Methods of forming multi-doped junctions on a substrate - Google Patents

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서닐 샤
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이노바라이트, 잉크.
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Abstract

기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 제1 표면 영역과 제2 표면 영역을 가진 제1 기판면을 구비하고 붕소로 도핑된 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제1 표면 영역에 제1 도펀트를 포함하는 제1 나노입자 세트를 증착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 기판을 불활성 분위기에서 제1 온도까지 제1 시간 동안 가열하여, 제1 고밀도막을 형성하고 제1 표면 영역 아래의 기판에 제1 확산 깊이를 가진 제1 확산 영역을 추가로 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 기판을 제2 온도에서 제2 시간 동안 인을 포함하는 확산 가스에 노출하여, 제1 기판 표면에 PSG층을 형성하고 제2 표면 영역 아래의 기판에 제2 확산 깊이를 가진 제2 확산 영역을 추가로 형성하는 단계를 더 포함하되, 제1 확산 영역은 제2 확산 영역에 인접한다. 상기 방법은 기판을 제3 온도에서 제3 시간 동안 산화 가스에 노출하여, PSG층과 기판 표면 사이에 SiO2층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 제1 확산 깊이는 제2 확산 깊이보다 실질적으로 더 크다.A method of forming a multi-doped junction on a substrate is disclosed. The method includes providing a substrate doped with boron and having a first substrate surface having a first surface region and a second surface region. The method also includes depositing a first set of nanoparticles comprising a first dopant in a first surface region. The method includes heating the substrate in an inert atmosphere to a first temperature for a first time to form a first high density film and further to form a first diffusion region having a first diffusion depth in the substrate below the first surface region. It includes more. The method also exposes the substrate to a diffusion gas comprising phosphorus for a second time at a second temperature to form a PSG layer on the first substrate surface and a second having a second diffusion depth on the substrate below the second surface area. Further forming a diffusion region, wherein the first diffusion region is adjacent to the second diffusion region. The method further includes exposing the substrate to an oxidizing gas for a third time at a third temperature to form a SiO 2 layer between the PSG layer and the substrate surface, wherein the first diffusion depth is substantially greater than the second diffusion depth. Bigger

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Description

기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법{Methods of Forming Multi-Doped Junctions on a Substrate}Methods of Forming Multi-Doped Junctions on a Substrate}

본 발명은 전반적으로 p-n 접합에 관한 것으로, 특히 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to p-n junctions and, in particular, to a method of forming multiple doped junctions on a substrate.

반도체는 현대 전자공학의 근간을 이룬다. 전도와 절연 사이에서 선택적으로 변경되고 제어될 수 있는 물리적 특성을 보유하기 때문에, 반도체는 대부분의 현대 전기 장치들(예를 들어, 컴퓨터, 휴대 전화, 광전지 등)에 필수적이다.Semiconductors form the basis of modern electronics. Semiconductors are essential for most modern electrical devices (eg, computers, cell phones, photovoltaic cells, etc.) because they possess physical properties that can be selectively changed and controlled between conduction and insulation.

가장 유용한 반도체 구조들 중 하나는 p-n 접합이다. 다수의 전자 및 전기 장치들의 기본적인 빌딩 블록인 p-n 접합은 전류를 일 방향으로 전도하고 다른 방향으로 차단하며 전기장을 형성하는 경향이 있다. 마지막 특성은 태양 전지와 같은 전하 추출 응용에서 유용하다.One of the most useful semiconductor structures is a p-n junction. The p-n junction, the basic building block of many electronic and electrical devices, tends to conduct current in one direction, block it in the other, and form an electric field. The last property is useful in charge extraction applications such as solar cells.

통상의 태양 전지에서 흡수광은 일반적으로 전자-정공 쌍을 생성한다. 다음으로, (내부 전위 또는) 전기장 내의 접합의 p형 측의 전자들은 (통상 인으로 도핑된) n형 영역으로 끌어당겨지고 (통상 붕소로 도핑된) p형 영역으로부터 밀어내어질 수 있는 반면에, 전기장 내의 접합의 n형 측의 정공들은 p형 영역으로 끌어당겨지고 n형 영역으로부터 밀어내어질 수 있다. 일반적으로, n형 영역 및/또는 p형 영역 각각은 n, n+, n++, p, p+, p++ 등으로 종종 나타내는 가변 레벨을 가진 상대적인 도펀트 농도로 이루어질 수 있다. 내부 전위와 그에 따른 전기장의 크기는 일반적으로 두 인접층들 사이의 도핑 레벨에 좌우된다.In conventional solar cells, absorbed light generally produces electron-hole pairs. Next, electrons on the p-type side of the junction in the (internal potential or) electric field can be attracted to the n-type region (usually doped with phosphorus) and pushed out of the p-type region (usually doped with boron) The holes on the n-type side of the junction in the electric field can be attracted to the p-type region and pushed out of the n-type region. In general, each of the n-type region and / or p-type region may consist of relative dopant concentrations with variable levels, often represented by n, n +, n ++, p, p +, p ++, and the like. The internal potential and thus the magnitude of the electric field generally depends on the level of doping between two adjacent layers.

대부분의 태양 전지는 일반적으로 업소버 영역(absorber region)을 형성하는 제1 도펀트(통상, 붕소)로 도핑된 실리콘 웨이퍼에 형성되고, 그 위에 제2 카운터 도펀트(통상, 인)가 에미터 영역(emitter region)을 형성하며 확산되어 p-n 접합을 완성한다. 패시베이션 및 반사 방지 코팅의 추가 후, 금속 접촉부들(에미터의 핑거와 버스바 및 업소버 후방의 패드)이 추가되어, 생성된 전하를 추출할 수 있다. 특히, 에미터 도펀트 농도는 캐리어 수집 및 금속 전극과의 접촉 양자를 위해 최적화되어야 한다.Most solar cells are typically formed on a silicon wafer doped with a first dopant (usually boron) that forms an absorber region, on which a second counter dopant (typically phosphorus) is formed. and diffuse to complete the pn junction. After addition of the passivation and the antireflective coating, metal contacts (pads of the emitter's fingers and busbars and absorbers) can be added to extract the generated charge. In particular, the emitter dopant concentration should be optimized for both carrier collection and contact with the metal electrode.

일반적으로, 에미터 영역 내의 저농도의 도펀트 원자들은 낮은 재결합(그에 따른 높은 태양 전지 효율) 및 금속 전극과의 열악한 전기 접촉 양자를 초래한다. 반면에, 고농도의 도펀트 원자들은 높은 재결합(낮은 태양 전지 효율) 및 금속 전극과의 저저항 오믹 접촉 양자를 초래한다. 종종 제조 비용을 줄이기 위해, 일반적으로 단일 도펀트 확산을 이용하여 에미터를 형성하고, 도핑 농도는 재결합과 오믹 접촉을 절충하여 선택된다. 따라서, 잠재적 태양 전지 효율(전기로 변환되는 태양광의 비율)이 감소한다.In general, low concentrations of dopant atoms in the emitter region result in both low recombination (and thus high solar cell efficiency) and poor electrical contact with the metal electrode. High concentrations of dopant atoms, on the other hand, result in both high recombination (low solar cell efficiency) and low resistance ohmic contact with the metal electrode. Often, in order to reduce manufacturing costs, emitters are generally formed using a single dopant diffusion, and the doping concentration is chosen by compromise of recombination and ohmic contact. Thus, the potential solar cell efficiency (the percentage of sunlight converted to electricity) is reduced.

하나의 해결방안은 이중 도핑된 에미터 또는 선택적 에미터의 사용이다. 선택적 에미터는 낮은 재결합을 위해 최적화된 제1 저농도 도핑 영역, 및 저저항 오믹 금속 접촉을 위해 최적화된 제2 고농도 도핑 영역(동일한 도펀트 타입)을 이용한다. 그러나, 선택적 에미터 구성은 일단계 확산 공정을 달성하기 어려울 수 있으며, 여러 마스킹 공정을 포함할 수 있고, 따라서 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 고농도로 도핑된 에미터 영역과 저농도로 도핑된 에미터 영역 사이에 일반적으로 시각적인 경계가 없기 때문에, 금속 접촉부를 사전 증착된 고농도로 도핑된 영역에 정렬하는 것이 어려울 수 있다.One solution is the use of double doped emitters or optional emitters. The selective emitter uses a first low concentration doped region optimized for low recombination, and a second high concentration doped region (same dopant type) optimized for low resistance ohmic metal contact. However, selective emitter configurations can be difficult to achieve a one-step diffusion process and may involve multiple masking processes, thus increasing manufacturing costs. Also, since there is generally no visual boundary between the heavily doped emitter regions and the lightly doped emitter regions, it may be difficult to align the metal contacts to the pre-deposited heavily doped regions.

에미터 영역처럼 BSF(후면 전계)의 증착에도 문제가 있을 수 있다. BSF는 일반적으로 태양 전지의 후방에 위치하는 영역으로, 웨이퍼의 후면 및 금속화된 영역에서 높은 재결합 존으로부터 업소버 영역의 소수 캐리어를 밀어내는 경향이 있다. 일반적으로, BSF는 업소버 영역에 사용된 것과 같은 타입의 도펀트를 이용하여 형성될 수 있고, 이 경우 BSF 내의 도펀트 원자들의 농도는 업소버 영역을 도핑하는 데 사용된 도펀트 원자들의 농도보다 더 높도록 선택되어, 웨이퍼 벌크와 후면 사이에 전위 장벽을 형성한다.As with the emitter region, there can be problems with the deposition of BSFs (rear fields). The BSF is a region generally located behind the solar cell and tends to push minority carriers in the absorber region from the high recombination zone in the backside and metallized region of the wafer. In general, the BSF can be formed using the same type of dopant as used in the absorber region, in which case the concentration of dopant atoms in the BSF is chosen to be higher than the concentration of the dopant atoms used to dope the absorber region. A potential barrier is formed between the wafer bulk and the backside.

또한, 통상의 태양 전지 구조에서, BSF는 일반적으로 알루미늄(또는 다른 증착 재료)을 이용하여 형성되며, 일반적으로 먼저 태양 전지의 후방에 스크린 인쇄되고, 다음으로 전방측 금속 접촉부들(통상 스크린 인쇄된 은 페이스트로 형성됨)과 함께 벨트형 로에서 동시에 소성된다. 통상적으로, 웨이퍼 내의 실리콘 원자들은 알루미늄에서 확산되어 재결정화되는 경향이 있으며, 알루미늄 원자들을 실리콘 결정으로 통합한다. 그러나, 비교적 제조가 용이하지만, 알루미늄의 열팽창 계수(약 24㎛/m℃)가 실리콘(약 3㎛/m℃)보다 훨씬 더 크기 때문에, 웨이퍼 휨(wafer bowing)이 일어날 수 있다. 그리고, 스크린 인쇄된 알루미늄 BSF가 캐리어 재결합의 일정한 감소를 달성하지만, 후방에서 여전히 상당한 재결합이 일어나며, 이는 태양 전지 효율을 감소시키는 경향이 있다.In addition, in conventional solar cell structures, the BSF is generally formed using aluminum (or other deposition material), generally first screen printed on the back of the solar cell, and then on the front side metal contacts (usually screen printed). Is formed of silver paste) and simultaneously fired in a belt furnace. Typically, silicon atoms in the wafer tend to diffuse in aluminum and recrystallize, incorporating aluminum atoms into silicon crystals. However, although relatively easy to manufacture, wafer bowing may occur because the coefficient of thermal expansion (around 24 μm / m ° C.) of aluminum is much larger than silicon (about 3 μm / m ° C.). And while screen printed aluminum BSF achieves a constant reduction in carrier recombination, there is still a significant recombination at the rear, which tends to reduce solar cell efficiency.

대안적으로, 후면이 업소버 영역에서 사용되는 도펀트 원자들과 반대되는 타입(카운터 도펀트)의 도펀트 원자들의 확산에 의해 패시베이션될 수 있다. 이 경우, 부유 접합이 기판의 후방측에 형성되고, 이 또한 효과적인 패시베이션을 제공하는 것으로 보여진다. 일반적으로, 제2 확산 영역을 이용하여 태양 전지의 업소버 영역에 오믹 접촉을 제공해야 한다.Alternatively, the backside may be passivated by diffusion of dopant atoms of the type (counter dopant) opposite to the dopant atoms used in the absorber region. In this case, a floating junction is formed on the back side of the substrate, which also seems to provide effective passivation. In general, the second diffusion region should be used to provide ohmic contact to the absorber region of the solar cell.

마지막으로, 국부화된 고농도로 도핑된 영역을 이용하여 후면의 작은 영역에만 오믹 접촉을 형성하고 표면 패시베이션층들(예를 들어, SiNx, TiO2, SiO2)에 의해 다른 영역의 재결합을 줄이는 것이 가능하다. 이 경우, 양 표면층들은 실리콘의 표면의 재결합 구역을 줄일 뿐만 아니라, 표면으로부터 소수 캐리어를 밀어내는 고정 전하를 제공한다. 고효율 에미터(예를 들어, 선택적 에미터)의 형성과 마찬가지로, 효과적인 BSF의 형성 또한 종종 다수의 처리 단계를 포함하고, 그에 따라 제조 비용이 상당하다.Finally, localized, heavily doped regions can be used to form ohmic contacts only in small regions at the back and reduce recombination of other regions by surface passivation layers (eg, SiN x , TiO 2 , SiO 2 ). It is possible. In this case, both surface layers not only reduce the recombination zone of the surface of the silicon, but also provide a fixed charge that pushes minority carriers from the surface. As with the formation of high efficiency emitters (eg, selective emitters), the formation of effective BSFs often involves a number of processing steps, and therefore the manufacturing costs are significant.

전술한 내용을 고려하면, 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 최적화된 방법에 대한 요구가 있다.In view of the foregoing, there is a need for an optimized method of forming multiple doped junctions on a substrate.

일 실시형태에서, 본 발명은 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제1 표면 영역과 제2 표면 영역을 가진 제1 기판면을 구비하고 붕소로 도핑된 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제1 표면 영역에 제1 도펀트를 포함하는 제1 나노입자 세트를 증착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 기판을 불활성 분위기에서 제1 온도까지 제1 시간 동안 가열하여, 제1 고밀도막을 형성하고 제1 표면 영역 아래의 기판에 제1 확산 깊이를 가진 제1 확산 영역을 추가로 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 기판을 제2 온도에서 제2 시간 동안 인을 포함하는 확산 가스에 노출하여, 제1 기판 표면에 PSG층을 형성하고 제2 표면 영역 아래의 기판에 제2 확산 깊이를 가진 제2 확산 영역을 추가로 형성하는 단계를 더 포함하되, 제1 확산 영역은 제2 확산 영역에 인접한다. 상기 방법은 기판을 제3 온도에서 제3 시간 동안 산화 가스에 노출하여, PSG층과 기판 표면 사이에 SiO2층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 제1 확산 깊이는 제2 확산 깊이보다 실질적으로 더 크다.In one embodiment, the present invention is directed to a method of forming a multi-doped junction on a substrate. The method includes providing a substrate doped with boron and having a first substrate surface having a first surface region and a second surface region. The method also includes depositing a first set of nanoparticles comprising a first dopant in a first surface area. The method includes heating the substrate in an inert atmosphere to a first temperature for a first time to form a first high density film and further to form a first diffusion region having a first diffusion depth in the substrate below the first surface region. It includes more. The method also exposes the substrate to a diffusion gas comprising phosphorus for a second time at a second temperature to form a PSG layer on the first substrate surface and a second having a second diffusion depth on the substrate below the second surface area. Further forming a diffusion region, wherein the first diffusion region is adjacent to the second diffusion region. The method further includes exposing the substrate to an oxidizing gas for a third time at a third temperature to form a SiO 2 layer between the PSG layer and the substrate surface, wherein the first diffusion depth is substantially greater than the second diffusion depth. Is bigger.

본 발명은 유사한 도면 번호가 유사한 구성 요소를 가리키는 하기 첨부 도면에서 제한의 의도가 아닌 예로서 도시된다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 동시 확산 단계에 의해 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 동시 확산 단계에서 나노입자 BSF로 선택적 에미터를 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 동시 확산 단계에서 감소된 면적의 후방 전극 접촉부와 패시베이션된 후면으로 선택적 에미터를 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 선택적 에미터와 알루미늄 BSF를 가진 태양 전지의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 선택적 에미터와 고밀도막 후방 접촉부를 가진 태양 전지의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 실리콘 기판 상의 고밀도 나노입자막과 결정질 실리콘의 반사율을 비교하는 개략도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 선택적 에미터의 상이한 영역들의 다양한 전기적 특성의 개략도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 저농도로만 도핑된 에미터를 가진 태양 전지와 선택적 에미터를 가진 태양 전지를 비교하는 일련의 I-V 곡선의 개략도를 도시한다.
The invention is illustrated by way of example and not by way of limitation in the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like elements.
1A-1F show a series of schematic diagrams of an optimized method of forming multiple doped junctions to a substrate by a co-diffusion step in accordance with the present invention.
2A-2G show a series of schematic diagrams of an optimized method of forming selective emitters with nanoparticle BSF in a co-diffusion step in accordance with the present invention.
3A-3G show a series of schematic diagrams of an optimized method of forming selective emitters with passivated backsides with reduced area rear electrode contacts in a co-diffusion step in accordance with the present invention.
4 shows a schematic view of a solar cell with a selective emitter and aluminum BSF in accordance with the present invention.
5 shows a schematic view of a solar cell with a selective emitter and high density membrane back contact in accordance with the present invention.
6 shows a schematic diagram comparing the reflectance of crystalline silicon with high density nanoparticle film on a silicon substrate according to the present invention.
7A-7C show schematic diagrams of various electrical properties of different regions of a selective emitter in accordance with the present invention.
8 shows a schematic of a series of IV curves comparing a solar cell with a lightly doped emitter only and a solar cell with a selective emitter according to the present invention.

이하, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 몇몇 바람직한 실시형태를 참조하여 상세히 설명된다. 하기 상세한 설명에서, 다수의 특정 상세가 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 상세들 중 일부 또는 전체 없이도 실시될 수 있음은 당해 기술분야의 숙련자들에게 자명할 것이다. 다른 경우에, 공지된 공정 단계들 및/또는 구조들은 본 발명의 불필요한 모호함을 피하기 위해 상세히 기술되지 않는다.The invention is now described in detail with reference to some preferred embodiments as shown in the accompanying drawings. In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well known process steps and / or structures have not been described in detail in order to avoid unnecessary ambiguity of the present invention.

전술한 바와 같이, 예를 들어 태양 전지를 위해 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 것은 종종 다수의 별개의 확산 및 패터닝 단계를 필요로 하여 제조 비용을 증가시키기 때문에 문제가 있을 수 있다.As mentioned above, forming multiple doped junctions on a substrate, for example for a solar cell, can be problematic because it often requires a number of separate diffusion and patterning steps to increase manufacturing costs.

유리한 방식으로, 다중 도핑된 접합은, 도핑된 IV족 나노입자들을 고농도 도펀트층과 도펀트 확산 소스로 포함함에 의해 동시 확산 단계를 이용하여 기판에 형성될 수 있다. 선택적 에미터의 경우, 제1 및 제2 확산 영역은 동일한 도펀트 타입(모두 n형 또는 p형)이지만, BSF의 경우, 확산 영역은 양 도펀트 타입(n형 및/또는 p형)을 이용하여 형성될 수 있다. 선택적 에미터와 BSF 양자는 또한 동시 확산 단계에서 형성될 수 있다.In an advantageous manner, multiple doped junctions can be formed in a substrate using a co-diffusion step by including doped Group IV nanoparticles as a high concentration dopant layer and dopant diffusion source. For selective emitters, the first and second diffusion regions are the same dopant type (both n-type or p-type), but for BSF, diffusion regions are formed using both dopant types (n-type and / or p-type). Can be. Both the optional emitter and the BSF can also be formed in a co-diffusion step.

일반적으로, 나노입자는 100㎚ 미만의 적어도 하나의 차원을 가진 극미한 입자이다. "IV족 나노입자"라는 용어는 일반적으로 약 1㎚ 내지 100㎚ 사이의 평균 직경을 가지며 실리콘, 게르마늄, 탄소, 또는 그 조합으로 구성된 수소 종단 처리된 IV족 나노입자를 나타낸다. "IV족 나노입자"라는 용어는 또한 크기와 무관하게 일정한 물리적 특성(예를 들어, 용융 온도, 비등 온도, 밀도, 전도성 등)을 가지는 경향이 있는 벌크 재료(100㎚ 초과)와 비교하여 도핑되는 IV족 나노입자를 포함한다.Generally, nanoparticles are microscopic particles having at least one dimension of less than 100 nm. The term “Group IV nanoparticles” generally refers to hydrogen terminated Group IV nanoparticles having an average diameter between about 1 nm and 100 nm and composed of silicon, germanium, carbon, or a combination thereof. The term “Group IV nanoparticles” is also doped in comparison to bulk materials (> 100 nm) that tend to have constant physical properties regardless of size (eg, melting temperature, boiling temperature, density, conductivity, etc.). Group IV nanoparticles.

작은 크기로 인해 나노입자는 또한 다루기 어려운 경향이 있다. 따라서, 유리한 방식으로, 집합된 나노입자들을 잉크와 같은 콜로이드성 분산액 또는 콜로이드에 현탁하여 수송하고 보관할 수 있다. 일반적으로, 입자 표면과 용매의 상호 작용이 밀도 차이를 극복할 정도로 강하기 때문에 IV족 나노입자의 콜로이드성 분산이 가능하고, 통상 액체에 잠기거나 부유하는 물질을 초래한다. 즉, 더 작은 나노입자가 더 큰 나노입자보다 더 쉽게 분산된다.Due to their small size, nanoparticles also tend to be difficult to handle. Thus, in an advantageous manner, the aggregated nanoparticles can be suspended and transported and stored in colloidal dispersions such as inks or colloids. In general, colloidal dispersion of group IV nanoparticles is possible because the interaction of the particle surface with the solvent is so strong as to overcome the difference in density, usually resulting in a substance submerged or suspended in a liquid. That is, smaller nanoparticles disperse more easily than larger nanoparticles.

일반적으로, IV족 나노입자는 진공 또는 불활성의 실질적인 산소 결핍 분위기에서 콜로이드성 분산액에 전달된다. 또한, 초음파 처리, 고전단 혼합기, 및 고압/고전단 균질기와 같은 입자 분산 방법 및 장비를 사용하여, 선택된 용매 또는 용매 혼합물에서 나노입자의 분산을 용이하게 할 수 있다.Generally, Group IV nanoparticles are delivered to the colloidal dispersion in a vacuum or inert, substantially oxygen deficient atmosphere. In addition, particle dispersion methods and equipment such as sonication, high shear mixers, and high pressure / high shear homogenizers can be used to facilitate the dispersion of nanoparticles in selected solvents or solvent mixtures.

용매들의 예로 알코올, 알데히드, 케톤, 카르복실산, 에스테르, 아민, 오르가노실록산, 할로겐화 탄화수소, 및 기타 탄화수소 용매를 포함한다. 또한, 용매들은 혼합되어 점성, 밀도, 극성 등의 물리적 특성을 최적화할 수 있다.Examples of solvents include alcohols, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, amines, organosiloxanes, halogenated hydrocarbons, and other hydrocarbon solvents. In addition, the solvents can be mixed to optimize physical properties such as viscosity, density, polarity and the like.

아울러, 콜로이드성 분산액에서 IV족 나노입자의 분산을 개선하기 위해, 오르가노실록산 뿐만 아니라 알코올, 알데히드, 케톤, 카르복실산, 에스테르, 및 아민과 같은 유기 화합물의 첨가에 의해 나노입자 캡핑 그룹이 형성될 수 있다. 대안적으로, 캡핑 그룹은 플라즈마 챔버에 가스를 첨가하여 그 자리에서 추가될 수 있다. 이러한 캡핑 그룹은 이후 소결 공정 중에 또는 소결 공정 바로 전의 더 낮은 온도의 예열 시에 제거될 수 있다.In addition, nanoparticle capping groups are formed by the addition of organosiloxanes as well as organic compounds such as alcohols, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, and amines to improve the dispersion of group IV nanoparticles in colloidal dispersions. Can be. Alternatively, the capping group can be added in place by adding gas to the plasma chamber. This capping group can then be removed during the sintering process or upon preheating of the lower temperature just before the sintering process.

예를 들어, 캡핑된 IV족 반도체 나노입자의 제조에 사용되기에 적합한 벌키 캡핑제는 트리메틸메톡시실란(TMOS), 데카메틸테트라실록산(DMTS), 트리스(트리메틸실릴)실란(TTMSS), 메톡시(트리스(트리메틸실릴)실란)(MTTMSS)과 같은 오르가노실록세인, 시클로헥사논, 이소부탄알, 부탄알, 메틸-시클로헥사놀, 시클로헥사놀, 이소부탄올, 3급-부탄올과 같은 케톤, 알데히드, 고리형 알코올, C4-C8 분기된 알코올을 포함한다.For example, bulky capping agents suitable for use in the production of capped Group IV semiconductor nanoparticles include trimethylmethoxysilane (TMOS), decamethyltetrasiloxane (DMTS), tris (trimethylsilyl) silane (TTMSS), methoxy Organosiloxanes such as (tris (trimethylsilyl) silane) (MTTMSS), cyclohexanone, isobutanal, butanal, methyl-cyclohexanol, cyclohexanol, isobutanol, ketones such as tert-butanol, aldehydes , Cyclic alcohols, C4-C8 branched alcohols.

일단 조제되면, 콜로이드성 분산액은 기판에 적용되고 열처리를 겪으므로, IV족 나노입자를 고밀도 도전막으로 소결하고 도펀트를 웨이퍼에 확산할 수 있다. 적용 방법들의 예로 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.Once prepared, the colloidal dispersion is applied to the substrate and undergoes a heat treatment, so that the group IV nanoparticles can be sintered into a high density conductive film and the dopant can be diffused onto the wafer. Examples of application methods include, but are not limited to, roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, ink jet printing methods, and the like.

추가적으로, 도핑된 IV족 나노입자 콜로이드성 분산액의 다양한 구성들은 도핑되고/되거나, 도핑되지 않고/않거나, 상이하게 도핑된 IV족 나노입자들의 선택적 혼합에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 혼합된 IV족 나노입자 콜로이드성 분산액의 다양한 제제들이 제조될 수 있고, 여기서 접합의 특정층의 도펀트 레벨은 도핑된 IV족 나노입자와 도핑되지 않은 IV족 나노입자를 혼합함에 의해 공식화되어 상기 층에 대한 요건을 달성한다. 대안적으로, 혼합된 IV족 나노입자 콜로이드성 분산액을 사용하여 산소 원자의 패시베이션과 같은 기판 결함을 보상하여 바람직하지 않은 에너지 상태를 줄일 수 있다.Additionally, various configurations of the doped Group IV nanoparticle colloidal dispersion can be prepared by selective mixing of doped, undoped and / or differently doped Group IV nanoparticles. For example, various formulations of mixed Group IV nanoparticle colloidal dispersions can be prepared, wherein the dopant levels of a particular layer of junction are formulated by mixing doped Group IV nanoparticles with undoped Group IV nanoparticles. To achieve the requirements for this layer. Alternatively, mixed Group IV nanoparticle colloidal dispersions can be used to compensate for substrate defects, such as passivation of oxygen atoms, to reduce undesirable energy states.

이제 도 1a 내지 도 1f를 참조하면, 본 발명에 따른 동시 확산 단계에 의해 선택적 에미터(동일한 도펀트 타입을 사용함) 또는 BSF(상이한 도펀트 타입을 사용함)로 예를 들어 태양 전지의 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.Referring now to FIGS. 1A-1F, multiple doping into a substrate of a solar cell, for example, with an optional emitter (using the same dopant type) or BSF (using a different dopant type) by a co-diffusion step according to the present invention. A series of schematic diagrams of optimized methods of forming a junction is shown.

도 1a에서, 도핑된 나노입자 세트(100)가 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등을 이용하여 도핑된 실리콘 기판(102) 표면에 증착된다. 도핑된 나노입자의 증착 후, 실리콘 기판은 베이킹 온도(바람직하게 100℃ 내지 500℃, 더 바람직하게 약 350℃ 내지 약 450℃, 가장 바람직하게 약 400℃)에서 베이킹되어 잔류 용매를 제거할 수 있다. 이러한 베이킹은 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 성형 가스 등을 이용한 불활성 분위기 또는 대기 분위기에서 수행될 수 있다.In FIG. 1A, a set of doped nanoparticles 100 is deposited on the doped silicon substrate 102 surface using a roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, inkjet printing method, or the like. After deposition of the doped nanoparticles, the silicon substrate may be baked at a baking temperature (preferably between 100 ° C. and 500 ° C., more preferably between about 350 ° C. and about 450 ° C., most preferably about 400 ° C.) to remove residual solvent. . Such baking may be performed in an inert atmosphere or an atmospheric atmosphere using nitrogen gas, argon gas, molding gas, or the like.

도 1b에서, 도핑된 실리콘 기판(102)은 소결 로(예를 들어, 석영관 로, 벨트형 로 등)에 위치된다. 선택적으로, 추가 열 공정에 의해 확산 전에 입자들을 사전 소결하여 낮은 재결합 오믹 접촉의 형성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도핑된 나노입자 세트(100)는 소결 온도(바람직하게 약 500℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 800℃)에서 소결 시간(바람직하게 약 5초 내지 약 2분, 더 바람직하게 약 5초 내지 약 20초, 가장 바람직하게 약 15초; (질소, 아르곤 등과 같은) 불활성 분위기) 동안 소결되어 고밀도 박막을 형성할 수 있다. 추가적으로, 고밀도막이 형성됨에 따라, 도핑된 나노입자 세트(100)의 도펀트 원자들이 도핑된 실리콘 기판(102)에 확산되기 시작하여 초기 제1 도핑 영역(112a)(더 높은 도펀트 농도)을 형성할 수 있다.In FIG. 1B, the doped silicon substrate 102 is located in a sintering furnace (eg, quartz tube furnace, belt furnace, etc.). Optionally, the particles may be presintered prior to diffusion by an additional thermal process to improve the formation of low recombination ohmic contact. For example, the doped nanoparticle set 100 may have a sintering time (preferably between about 500 ° C. and about 1000 ° C., more preferably between about 750 ° C. and about 850 ° C., most preferably about 800 ° C.). Sintering for about 5 seconds to about 2 minutes, more preferably about 5 seconds to about 20 seconds, most preferably about 15 seconds; inert atmosphere (such as nitrogen, argon, etc.) to form a dense thin film. Additionally, as the high density film is formed, dopant atoms of the doped nanoparticle set 100 can begin to diffuse into the doped silicon substrate 102 to form an initial first doped region 112a (higher dopant concentration). have.

또한 태양 전지의 경우, BSF가 도핑된 실리콘 기판의 후면에 적용되어 웨이퍼의 후면 및 금속화된 영역에서 높은 재결합 존으로부터 업소버 영역의 소수 캐리어를 밀어낼 수 있다. BSF는 알루미늄 페이스트(또는 다른 증착 재료)를 이용하여 형성될 수 있고, 일반적으로 먼저 태양 전지의 후방에 스크린 인쇄되고, 다음으로 전방측 금속 접촉부들과 함께 벨트형 로에서 동시에 소성된다.In the case of solar cells, BSF can also be applied to the backside of the doped silicon substrate to push minority carriers in the absorber region from the high recombination zones in the backside and metallized regions of the wafer. The BSF can be formed using aluminum paste (or other deposition material), generally first screen printed on the back of the solar cell and then simultaneously fired in a belt furnace with the front metal contacts.

도 1c에서, 동시 확산 단계를 시작한다. 도핑된 실리콘 기판(102)이 확산 로에 탑재되고, 확산 온도(바람직하게 약 5분 내지 약 30분 동안 약 700℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 10분 내지 약 20분 동안 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 15분 동안 약 800℃)까지 가열된다.In FIG. 1C, the co-diffusion step is started. The doped silicon substrate 102 is mounted in a diffusion furnace and the diffusion temperature (preferably from about 700 ° C. to about 1000 ° C. for about 5 to about 30 minutes, more preferably from about 750 ° C. to about 20 minutes to about 20 minutes). 850 ° C., most preferably about 800 ° C. for about 15 minutes).

이 시간 동안, 질소가 운반 가스로서 저농도 액상 POCl3(Phosphorous Oxychloride), O2 가스 및 N2 가스로 채워진 버블러를 통해 흘러 처리 가스(101)를 형성한다.During this time, nitrogen flows through a bubbler filled with low concentration liquid Phosphorous Oxychloride (POCl 3 ), O 2 gas and N 2 gas as the carrier gas to form process gas 101.

도 1d에서, 도 1c의 열 공정 중에, O2 분자들이 POCl3 분자들과 반응하여, 도핑된 실리콘 기판(102)에 P2O5(Phosphorous Oxide)를 포함하는 PSG(Phosphorous Silicate Glass)층(106)을 형성한다. 부산물로 생성된 Cl2 가스는 도핑된 실리콘 기판(102)에서 금속 불순물과 상호 작용하여 이를 제거한다. 화학 공정이 계속됨에 따라, 인은 실리콘 웨이퍼에 확산되어 제2 도핑 영역(104)(더 낮은 도펀트 농도)을 형성한다.In FIG. 1D, during the thermal process of FIG. 1C, O 2 molecules react with POCl 3 molecules to form a Phosphorous Silicate Glass (PSG) layer comprising P 2 O 5 (Phosphorous Oxide) on the doped silicon substrate 102. 106). Cl 2 gas generated as a by-product interacts with and removes metal impurities in the doped silicon substrate 102. As the chemical process continues, phosphorus diffuses into the silicon wafer to form a second doped region 104 (lower dopant concentration).

도 1e에서, 제2 산화 가스(109)가 O2와 N2를 이용하여 형성된다. 로 챔버는 먼저 산화 온도(바람직하게 약 800℃ 내지 약 1100℃, 더 바람직하게 약 950℃ 내지 약 1050℃, 가장 바람직하게 약 1000℃)까지 가열된다. 다음으로, 산소 가스가 도핑된 실리콘 기판(102) 표면의 실리콘 원자들과 반응한 결과로 (약 1:1의 N2:O2 혼합물에서) SiO2(Silicon Dioxide)층(107)(약 10㎚~50㎚)이 형성된다.In FIG. 1E, a second oxidizing gas 109 is formed using O 2 and N 2 . The furnace chamber is first heated to an oxidation temperature (preferably between about 800 ° C and about 1100 ° C, more preferably between about 950 ° C and about 1050 ° C, most preferably about 1000 ° C). Next, a SiO 2 (Silicon Dioxide) layer 107 (about 10) as a result of reacting with silicon atoms on the surface of the oxygen substrate doped silicon substrate 102 (in a mixture of about 1: 1 in an N 2 : O 2 ) Nm-50 nm) are formed.

예를 들어, 15분 내지 30분 후 충분한 SiO2 두께가 달성되면, O2 가스 흐름이 종료된다. 석영 챔버가 N2 분위기에서 약 900℃ 내지 1100℃까지 가열되어, 원래 도핑된 나노입자 세트(100) 내의 도펀트 원자들을 도핑된 실리콘 기판(102) 내부로 더 깊이 들어가게 하여, 최종 제1 도핑 영역(112b)(더 높은 도펀트 농도)을 형성한다. 즉, SiO2층(107)에 의해 실리콘 기판(102)에 진입할 수 없는 PSG층(106) 내의 도펀트 원자들과는 달리, 도핑된 나노입자 세트(100) 내의 도펀트 원자들은 계속 제1 도핑 영역(112b)에 확산될 수 있다. 따라서, 최종 제1 도핑 영역(112b)의 확산 깊이는 제2 도핑 영역(104)의 대응하는 확산 깊이보다 실질적으로 더 크고, 전방 금속 접촉부(도 4에 도시됨)가 저농도로 카운터 도핑된 기판에 침투함에 의해 야기되는 션트(shunting)의 가능성을 최소화한다.For example, if a sufficient SiO 2 thickness is achieved after 15-30 minutes, the O 2 gas flow is terminated. The quartz chamber is heated to about 900 ° C. to 1100 ° C. in an N 2 atmosphere, allowing the dopant atoms in the original doped nanoparticle set 100 to penetrate deeper into the doped silicon substrate 102, resulting in a final first doped region ( 112b) (higher dopant concentration). That is, unlike dopant atoms in the PSG layer 106 that cannot enter the silicon substrate 102 by the SiO 2 layer 107, the dopant atoms in the doped nanoparticle set 100 continue to be the first doped region 112b. ) Can be spread. Therefore, the diffusion depth of the final first doped region 112b is substantially greater than the corresponding diffusion depth of the second doped region 104, and the front metal contact (shown in FIG. 4) is applied to the lightly counter-doped substrate. Minimize the possibility of shunting caused by penetration.

도 1f에서, 필요하다면, PSG층(206)이 배치 HF 습식 벤치 또는 기타 적절한 수단을 이용하여 제거될 수 있다.In FIG. 1F, the PSG layer 206 may be removed using a batch HF wet bench or other suitable means, if desired.

이제 도 2a 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명에 따른 동시 확산 단계에서 나노입자 BSF로 선택적 에미터를 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.Referring now to FIGS. 2A-2G, a series of schematic diagrams of an optimized method of forming selective emitters with nanoparticle BSF in a co-diffusion step according to the present invention is shown.

도 2a에서, 고농도로 도핑된 n형 나노입자층(200)이 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등의 적용 방법을 이용하여 p형 도핑된 실리콘 기판(202)의 전면에 증착된다. 증착 후, 실리콘 기판이 제1 베이킹 온도(바람직하게 약 100℃ 내지 약 500℃, 더 바람직하게 약 350℃ 내지 약 450℃, 가장 바람직하게 약 400℃)에서 베이킹되어 잔류 용매를 제거할 수 있다. 이러한 베이킹은 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 성형 가스 등을 이용한 불활성 분위기 또는 대기 분위기에서 수행될 수 있다.In FIG. 2A, the heavily doped n-type nanoparticle layer 200 is a p-type doped silicon substrate 202 using an application method such as roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, inkjet printing, or the like. E) is deposited on the front. After deposition, the silicon substrate may be baked at a first baking temperature (preferably about 100 ° C. to about 500 ° C., more preferably about 350 ° C. to about 450 ° C., most preferably about 400 ° C.) to remove residual solvent. Such baking may be performed in an inert atmosphere or an atmospheric atmosphere using nitrogen gas, argon gas, molding gas, or the like.

도 2b에서, 다음으로, 고농도로 도핑된 p형 나노입자층(220)이 역시 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등의 적용 방법을 이용하여 p형 도핑된 실리콘 기판(202)의 후면에 증착되어 BSF를 형성한다(또한 후방 금속 접촉부(후방 전극 격자)와의 오믹 접촉을 형성한다).In FIG. 2B, next, the heavily doped p-type nanoparticle layer 220 is also p-doped using an application method such as roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, inkjet printing, or the like. It is deposited on the backside of the silicon substrate 202 to form BSF (also forms ohmic contact with the back metal contact (rear electrode lattice)).

다음으로, p형 도핑된 실리콘 기판(202)이 제2 베이킹 온도(바람직하게 약 100℃ 내지 약 500℃, 더 바람직하게 약 350℃ 내지 약 450℃, 가장 바람직하게 약 400℃)에서 베이킹되어 고농도로 도핑된 p형 나노입자층(220)의 잔류 용매를 제거한다. 이러한 베이킹은 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 성형 가스 등을 이용한 불활성 분위기 또는 대기 분위기에서 수행될 수 있다.Next, the p-type doped silicon substrate 202 is baked at a second baking temperature (preferably between about 100 ° C. and about 500 ° C., more preferably between about 350 ° C. and about 450 ° C., most preferably about 400 ° C.) to obtain a high concentration. The residual solvent of the p-type nanoparticle layer 220 doped with is removed. Such baking may be performed in an inert atmosphere or an atmospheric atmosphere using nitrogen gas, argon gas, molding gas, or the like.

도 2c에서, 동시 확산 단계를 시작한다. p형 도핑된 실리콘 기판(202)이 로(예를 들어, 석영관 로, 벨트형 로 등)에 위치된다. 선택적으로, 추가 열 공정에 의해 확산 전에 입자들을 사전 소결하여 낮은 재결합 오믹 접촉의 형성을 개선할 수 있다.In Fig. 2c, the co-diffusion step is started. The p-type doped silicon substrate 202 is placed in a furnace (eg, quartz tube furnace, belt furnace, etc.). Optionally, the particles may be presintered prior to diffusion by an additional thermal process to improve the formation of low recombination ohmic contact.

따라서, 다음으로, n형 도핑된 나노입자들(200)과 p형 도핑된 나노입자들(220)이 소결 온도(바람직하게 약 500℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 800℃)에서 소결 시간(바람직하게 약 5초 내지 약 2분, 더 바람직하게 약 5초 내지 약 20초, 가장 바람직하게 약 15초) 동안 (예를 들어, N2, 아르곤, 성형 가스를 이용한) 불활성 분위기에서 동시에 소결되어 각각이 고밀도 박막을 형성할 수 있다.Thus, next, the n-type doped nanoparticles 200 and the p-type doped nanoparticles 220 have a sintering temperature (preferably between about 500 ° C and about 1000 ° C, more preferably between about 750 ° C and about 850 ° C). , Most preferably at about 800 ° C. for a sintering time (preferably from about 5 seconds to about 2 minutes, more preferably from about 5 seconds to about 20 seconds, most preferably about 15 seconds) (eg, N 2 , argon It can be sintered simultaneously in an inert atmosphere (using molding gas) to form high density thin films, respectively.

각각의 고밀도막들이 형성된 후, n형 도핑된 나노입자들(200)의 n형 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(202)에 확산되기 시작하여 초기 n형 도핑된 고농도 영역(212a)을 형성하는 한편, p형 도핑된 나노입자들(220)의 p형 도펀트 원자들이 또한 p형 도핑된 실리콘 기판(202)에 확산되기 시작하여 초기 p형 도핑된 고농도 영역(222a)을 형성한다.After each of the dense films is formed, n-type dopant atoms of the n-type doped nanoparticles 200 begin to diffuse into the p-type doped silicon substrate 202 to form an initial n-type doped high concentration region 212a. Meanwhile, the p-type dopant atoms of the p-type doped nanoparticles 220 also begin to diffuse into the p-type doped silicon substrate 202 to form the initial p-type doped high concentration region 222a.

도 2d에서, p형 도핑된 실리콘 기판(202)이 확산 온도(바람직하게 약 5분 내지 약 30분 동안 약 700℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 10분 내지 약 20분 동안 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 15분 동안 약 800℃)까지 가열되고, 이 시간 동안, 질소가 운반 가스로서 저농도 액상 POCl3(Phosphorous Oxychloride), O2 가스 및 N2 가스로 채워진 버블러를 통해 흘러 처리 가스(230)를 형성한다.In FIG. 2D, the p-type doped silicon substrate 202 has a diffusion temperature (preferably from about 700 ° C. to about 1000 ° C. for about 5 to about 30 minutes, more preferably from about 750 ° C. to about 10 minutes to about 20 minutes). Heated to about 850 ° C., most preferably about 800 ° C. for about 15 minutes, during which time nitrogen is passed through a bubbler filled with low concentration liquid Phosphorous Oxychloride (POCl 3 ), O 2 gas and N 2 gas as carrier gas. Flow to form process gas 230.

도 2e에서, 도 2d에 도시된 열 공정이 계속됨에 따라, O2 분자들이 POCl3 분자들과 반응하여, p형 도핑된 실리콘 기판(202)에 P2O5(Phosphorous Oxide)를 포함하는 전방 PSG층(232)과 후방 PSG층(234)을 형성한다. 부산물로 생성된 Cl2 가스는 p형 도핑된 실리콘 기판(202)에서 금속 불순물과 상호 작용하여 이를 제거한다. 화학 공정이 계속됨에 따라, 인이 실리콘 웨이퍼에 확산되어 전방 n형 도핑된 저농도 영역(204)을 형성한다. 또한, p형 도핑된 나노입자층(201)이 패터닝된 태양 전지 구성에서(미도시), 인은 일반적으로 p형 도핑된 나노입자층(201)이 없는 영역의 실리콘 웨이퍼에 확산된다. 반면에, 저농도의 인(n형)은 BSF층(220)에 확산되고, 이는 실질적으로 더 높은 붕소(p형) 도펀트 농도를 가진다.In FIG. 2E, as the thermal process shown in FIG. 2D continues, the O 2 molecules react with POCl 3 molecules, thereby including P 2 O 5 (Phosphorous Oxide) in the p-type doped silicon substrate 202. PSG layer 232 and back PSG layer 234 are formed. Cl 2 gas produced as a byproduct interacts with and removes metal impurities in the p-type doped silicon substrate 202. As the chemical process continues, phosphorus diffuses into the silicon wafer to form the front n-type doped low concentration region 204. In addition, in a solar cell configuration in which the p-type doped nanoparticle layer 201 is patterned (not shown), phosphorus generally diffuses into the silicon wafer in the region where the p-type doped nanoparticle layer 201 is absent. On the other hand, low concentrations of phosphorus (n-type) diffuse into the BSF layer 220, which has a substantially higher boron (p-type) dopant concentration.

도 2f에서, 제2 산화 가스(236)가 O2와 N2를 이용하여 형성된다. 로 챔버는 산화 온도(바람직하게 약 800℃ 내지 약 1100℃, 더 바람직하게 약 950℃ 내지 약 1050℃, 가장 바람직하게 약 1000℃)까지 약 5분 내지 30분 동안 가열된다.In FIG. 2F, a second oxidizing gas 236 is formed using O 2 and N 2 . The furnace chamber is heated to the oxidation temperature (preferably from about 800 ° C. to about 1100 ° C., more preferably from about 950 ° C. to about 1050 ° C., most preferably about 1000 ° C.) for about 5 to 30 minutes.

산소 가스가 p형 도핑된 실리콘 기판(202) 표면의 실리콘 원자들과 반응함에 따라, 각각이 약 10㎚ 내지 약 50㎚인 전방 SiO2(Silicon Dioxide)층(207)과 후방 SiO2(Silicon Dioxide)층(240)이 p형 도핑된 실리콘 웨이퍼(202) 내에 형성된다. 충분한 SiO2 두께가 달성되면, O2 가스 흐름이 종료된다.As the oxygen gas reacts with the silicon atoms on the surface of the p-type doped silicon substrate 202, the front SiO 2 (silicon dioxide) layer 207 and rear SiO 2 (silicon dioxide) each of about 10 nm to about 50 nm Layer 240 is formed in the p-type doped silicon wafer 202. Once sufficient SiO 2 thickness is achieved, the O 2 gas flow is terminated.

다음으로, 석영 챔버가 N2 분위기에서 약 900℃ 내지 1100℃의 확산 온도까지 확산 시간(바람직하게 약 5분 내지 약 60분, 더 바람직하게 약 15분 내지 약 30분, 가장 바람직하게 약 22분) 동안 가열되어, (원래 n형 도핑된 나노입자층(200)과 p형 도핑된 나노입자층(220) 내의) 도펀트 원자들을 p형 도핑된 실리콘 기판(202) 내부로 더 깊이 들어가게 하여, 최종 n형 도핑된 고농도 영역(212b)과 최종 p형 도핑된 고농도 영역(222b)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 전방 SiO2층(207)에 의해 전방 PSG층(232)의 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(202)에 더 확산되는 것을 방지하는 한편, 후방 SiO2층(240)에 의해 후방 PSG층(234)의 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(202)에 더 확산되는 것을 방지한다. 따라서, 최종 n형 도핑된 고농도 영역(212b)의 확산 깊이는 전방 n형 도핑된 저농도 영역(204)의 대응하는 확산 깊이보다 실질적으로 더 크고, 전방 금속 접촉부(미도시)가 저농도로 카운터 도핑된 기판에 침투함에 의해 야기되는 션트의 가능성을 최소화한다.The quartz chamber is then subjected to a diffusion time (preferably from about 5 minutes to about 60 minutes, more preferably from about 15 minutes to about 30 minutes, most preferably about 22 minutes in a N 2 atmosphere to a diffusion temperature of about 900 ° C to 1100 ° C. ), Allowing the dopant atoms (in the original n-type doped nanoparticle layer 200 and p-type doped nanoparticle layer 220) to enter deeper into the p-type doped silicon substrate 202, resulting in a final n-type Doped high concentration region 212b and final p-type doped high concentration region 222b are formed. As described above, the dopant atoms of the front PSG layer 232 are prevented from further diffusing into the p-type doped silicon substrate 202 by the front SiO 2 layer 207, while the back SiO 2 layer 240 Thereby preventing the dopant atoms of the back PSG layer 234 from further diffusing to the p-type doped silicon substrate 202. Thus, the diffusion depth of the final n-type doped high concentration region 212b is substantially greater than the corresponding diffusion depth of the front n-type doped low concentration region 204, and the front metal contact (not shown) is counter-doped at low concentration. Minimize the possibility of shunts caused by penetration into the substrate.

도 2g에서, 필요하다면, 전방 PSG층(232)과 후방 PSG층(234)이 배치 HF 습식 벤치 또는 기타 적절한 수단을 이용하여 제거될 수 있다.In FIG. 2G, front PSG layer 232 and rear PSG layer 234 may be removed using a batch HF wet bench or other suitable means, if desired.

이제 도 3a 내지 도 3g를 참조하면, 본 발명에 따른 동시 확산 단계에서 감소된 면적의 후방 전극 접촉부와 패시베이션된 후면으로 선택적 에미터를 형성하는 최적화된 방법의 일련의 개략도를 도시한다.Referring now to FIGS. 3A-3G, a series of schematic diagrams of an optimized method of forming selective emitters with a passivated backside with a reduced area of rear electrode contacts in a co-diffusion step in accordance with the present invention.

도 3a에서, 고농도로 도핑된 n형 나노입자층(300)이 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등의 적용 방법을 이용하여 p형 도핑된 실리콘 기판(302)의 전면에 증착된다. 도핑된 나노입자들의 증착 후, 실리콘 기판이 제1 베이킹 온도(바람직하게 약 100℃ 내지 약 500℃, 더 바람직하게 약 350℃ 내지 약 450℃, 가장 바람직하게 약 400℃)에서 베이킹되어 잔류 용매를 제거할 수 있다.In FIG. 3A, the heavily doped n-type nanoparticle layer 300 is a p-type doped silicon substrate 302 using an application method such as roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, inkjet printing, or the like. E) is deposited on the front. After deposition of the doped nanoparticles, the silicon substrate is baked at a first baking temperature (preferably between about 100 ° C. and about 500 ° C., more preferably between about 350 ° C. and about 450 ° C., most preferably about 400 ° C.) to remove residual solvent. Can be removed.

이러한 베이킹은 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 성형 가스 등을 이용한 불활성 분위기 또는 대기 분위기에서 수행될 수 있다. n형 도핑된 나노입자 세트(300)가 선택적 에미터의 고농도로 도핑된 부분을 형성할 것이다.Such baking may be performed in an inert atmosphere or an atmospheric atmosphere using nitrogen gas, argon gas, molding gas, or the like. N-type doped nanoparticle set 300 will form a heavily doped portion of the optional emitter.

도 3b에서, 다음으로, 고농도로 도핑된 p형 나노입자층(301)이 p형 도핑된 실리콘 기판(302)의 후면에 증착되어 감소된 면적의 후방 접촉부를 형성한다. 오믹 접촉을 형성하도록 고농도로 도핑됨에 따라, 감소된 면적의 후방 접촉부는 일반적으로 롤 코팅, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 드럼 인쇄, 잉크젯 인쇄 방법 등의 적용 방법을 이용하여 후방 전극 격자(미도시)(예를 들어, 120㎛ 넓이의 라인들이 500㎛ 넓이의 버스바 라인 쌍에 직각으로 2㎜의 간격으로 이격됨)에 매칭되도록 증착된다. 남은 후면 영역(303)은 일반적으로 패시베이션되어 SiO2, SiNx, 또는 다른 기법을 이용하여 재결합으로 인한 손실을 최소화해야 한다.In FIG. 3B, a heavily doped p-type nanoparticle layer 301 is then deposited on the backside of the p-doped silicon substrate 302 to form a reduced area of back contact. As heavily doped to form an ohmic contact, the reduced area of the rear contact is generally followed by a rear electrode lattice using an application method such as roll coating, slot die coating, gravure printing, flexographic drum printing, inkjet printing, or the like. Not shown) (eg, 120 μm wide lines are deposited to match a 500 μm wide busbar line pair spaced at intervals of 2 mm at right angles). The remaining back region 303 should generally be passivated to minimize losses due to recombination using SiO 2 , SiN x , or other techniques.

이전과 같이, n형 도핑된 나노입자층(300)과 p형 도핑된 나노입자층(301)의 증착 후, p형 도핑된 실리콘 기판(302)이 제2 베이킹 온도(바람직하게 약 100℃ 내지 약 500℃, 더 바람직하게 약 350℃ 내지 약 450℃, 가장 바람직하게 약 400℃)에서 베이킹되어 잔류 용매를 제거할 수 있다. 이러한 베이킹은 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 성형 가스 등을 이용한 불활성 분위기 또는 대기 분위기에서 수행될 수 있다.As before, after deposition of the n-type doped nanoparticle layer 300 and the p-type doped nanoparticle layer 301, the p-type doped silicon substrate 302 may have a second baking temperature (preferably between about 100 ° C. and about 500 ° C.). ° C, more preferably from about 350 ° C to about 450 ° C, most preferably about 400 ° C) to remove residual solvent. Such baking may be performed in an inert atmosphere or an atmospheric atmosphere using nitrogen gas, argon gas, molding gas, or the like.

도 3c에서, p형 도핑된 실리콘 기판(302)이 로(예를 들어, 석영관 로, 벨트형 로 등)에 위치된다. 선택적으로, 추가 열 공정에 의해 확산 전에 입자들을 사전 소결하여 낮은 재결합 오믹 접촉의 형성을 개선할 수 있다.In FIG. 3C, a p-type doped silicon substrate 302 is placed in a furnace (eg, quartz tube furnace, belt furnace, etc.). Optionally, the particles may be presintered prior to diffusion by an additional thermal process to improve the formation of low recombination ohmic contact.

따라서, 다음으로, n형 도핑된 나노입자들(300)과 p형 도핑된 나노입자들(301)이 소결 온도(바람직하게 약 500℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 800℃)에서 소결 시간(바람직하게 약 5초 내지 약 2분, 더 바람직하게 약 5초 내지 약 20초, 가장 바람직하게 약 15초) 동안 (예를 들어, N2, 아르곤, 성형 가스를 이용한) 불활성 분위기에서 동시에 소결되어 각각이 고밀도 박막을 형성할 수 있다.Thus, next, the n-type doped nanoparticles 300 and the p-type doped nanoparticles 301 have a sintering temperature (preferably between about 500 ° C and about 1000 ° C, more preferably between about 750 ° C and about 850 ° C). , Most preferably at about 800 ° C. for a sintering time (preferably from about 5 seconds to about 2 minutes, more preferably from about 5 seconds to about 20 seconds, most preferably about 15 seconds) (eg, N 2 , argon It can be sintered simultaneously in an inert atmosphere (using molding gas) to form high density thin films, respectively.

각각의 고밀도막들이 형성된 후, n형 도핑된 나노입자 세트(300)의 n형 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(302)에 확산되기 시작하여 초기 n형 도핑된 고농도 영역(312a)을 형성하는 한편, p형 도핑된 나노입자 세트(301)의 p형 도펀트 원자들이 또한 p형 도핑된 실리콘 기판(302)에 확산되기 시작하여 초기 p형 도핑된 고농도 영역(313a)을 형성한다.After each of the dense films is formed, the n-type dopant atoms of the n-type doped nanoparticle set 300 begin to diffuse into the p-type doped silicon substrate 302 to form an initial n-type doped high concentration region 312a. Meanwhile, the p-type dopant atoms of the p-type doped nanoparticle set 301 also begin to diffuse into the p-type doped silicon substrate 302 to form the initial p-type doped high concentration region 313a.

도 3d에서, 동시 확산 단계를 시작한다. p형 도핑된 실리콘 기판(302)이 확산 로에 탑재되고, 확산 온도(바람직하게 약 5분 내지 약 30분 동안 약 700℃ 내지 약 1000℃, 더 바람직하게 약 10분 내지 약 20분 동안 약 750℃ 내지 약 850℃, 가장 바람직하게 약 15분 동안 약 800℃)까지 가열되고, 이 시간 동안, 질소가 운반 가스로서 저농도 액상 POCl3(Phosphorous Oxychloride), O2 가스 및 N2 가스로 채워진 버블러를 통해 흘러 처리 가스(330)를 형성한다.In Fig. 3d, the co-diffusion step is started. A p-doped silicon substrate 302 is mounted in a diffusion furnace, and the diffusion temperature (preferably about 700 ° C. to about 1000 ° C. for about 5 to about 30 minutes, more preferably about 750 ° C. for about 10 to about 20 minutes). To a temperature of about 850 ° C., most preferably about 800 ° C. for about 15 minutes, during which time nitrogen is charged with a low concentration liquid POCl 3 (Phosphorous Oxychloride), O 2 gas and N 2 gas as carrier gas. Flow through it to form the processing gas 330.

도 3e에서, 도 3d에 도시된 열 공정이 계속됨에 따라, O2 분자들이 POCl3 분자들과 반응하여, p형 도핑된 실리콘 기판(302)에 P2O5(Phosphorous Oxide)를 포함하는 전방 PSG층(332)과 후방 PSG층(334)을 형성한다. 부산물로 생성된 Cl2 가스는 p형 도핑된 실리콘 기판(302)에서 금속 불순물과 상호 작용하여 이를 제거한다. 화학 공정이 계속됨에 따라, 인이 실리콘 웨이퍼에 확산되어 전방 n형 도핑된 저농도 영역(304)과 후방 n형 도핑된 저농도 영역(322)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 낮은 도펀트 농도는 재결합을 최소화하는 경향이 있다.In FIG. 3E, as the thermal process shown in FIG. 3D continues, the O 2 molecules react with POCl 3 molecules to include P 2 O 5 (Phosphorous Oxide) in the p-type doped silicon substrate 302. PSG layer 332 and back PSG layer 334 are formed. Cl 2 gas generated as a byproduct interacts with and removes metal impurities in the p-type doped silicon substrate 302. As the chemical process continues, phosphorus diffuses into the silicon wafer to form the front n-type doped low concentration region 304 and the back n-type doped low concentration region 322. As mentioned above, low dopant concentrations tend to minimize recombination.

도 3f에서, 제2 산화 가스(336)가 O2와 N2를 이용하여 형성된다. 로 챔버는 산화 온도(바람직하게 약 800℃ 내지 약 1100℃, 더 바람직하게 약 950℃ 내지 약 1050℃, 가장 바람직하게 약 1000℃)까지 약 5분 내지 30분 동안 가열된다.In FIG. 3F, a second oxidizing gas 336 is formed using O 2 and N 2 . The furnace chamber is heated to the oxidation temperature (preferably from about 800 ° C. to about 1100 ° C., more preferably from about 950 ° C. to about 1050 ° C., most preferably about 1000 ° C.) for about 5 to 30 minutes.

산소 가스가 p형 도핑된 실리콘 기판(302)의 실리콘 원자들과 반응함에 따라, 각각이 약 10㎚ 내지 약 50㎚인 전방 SiO2(Silicon Dioxide)층(307)과 후방 SiO2(Silicon Dioxide)층(340)이 p형 도핑된 실리콘 웨이퍼(302) 내에 형성된다. 충분한 SiO2 두께가 달성되면, O2 가스 흐름이 종료된다.As the oxygen gas reacts with the silicon atoms of the p-type doped silicon substrate 302, a front SiO 2 (SiO 2 ) layer 307 and a rear SiO 2 (SiO 2 ), each about 10 nm to about 50 nm Layer 340 is formed in p-type doped silicon wafer 302. Once sufficient SiO 2 thickness is achieved, the O 2 gas flow is terminated.

다음으로, 석영 챔버가 N2 분위기에서 약 900℃ 내지 1100℃의 확산 온도까지 확산 시간(바람직하게 약 5분 내지 약 60분, 더 바람직하게 약 15분 내지 약 30분, 가장 바람직하게 약 22분) 동안 가열되어, (원래 n형 도핑된 나노입자층(300)과 p형 도핑된 나노입자층(301) 내의) 도펀트 원자들을 p형 도핑된 실리콘 기판(302) 내부로 더 깊이 들어가게 하여, 최종 n형 도핑된 고농도 영역(312b)과 최종 p형 도핑된 고농도 영역(313b)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 전방 SiO2층(307)에 의해 전방 PSG층(332)의 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(302)에 더 확산되는 것을 방지하는 한편, 후방 SiO2층(340)에 의해 후방 PSG층(334)의 도펀트 원자들이 p형 도핑된 실리콘 기판(302)에 더 확산되는 것을 방지한다.The quartz chamber is then subjected to a diffusion time (preferably from about 5 minutes to about 60 minutes, more preferably from about 15 minutes to about 30 minutes, most preferably about 22 minutes in a N 2 atmosphere to a diffusion temperature of about 900 ° C to 1100 ° C. ), Allowing the dopant atoms (in the original n-type doped nanoparticle layer 300 and p-type doped nanoparticle layer 301) to enter deeper into the p-type doped silicon substrate 302, resulting in a final n-type Doped high concentration region 312b and final p-type doped high concentration region 313b are formed. As described above, the dopant atoms of the front PSG layer 332 are prevented from further diffusing into the p-type doped silicon substrate 302 by the front SiO 2 layer 307, while the back SiO 2 layer 340 Thereby preventing the dopant atoms of the back PSG layer 334 from further diffusing to the p-type doped silicon substrate 302.

도 3g에서, 필요하다면, 전방 PSG층(332)과 후방 PSG층(334)이 배치 HF 습식 벤치 또는 기타 적절한 수단을 이용하여 제거될 수 있다.In FIG. 3G, the front PSG layer 332 and the rear PSG layer 334 can be removed using a batch HF wet bench or other suitable means, if desired.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 선택적 에미터와 알루미늄 BSF를 가진 태양 전지의 개략도를 도시한다. 전술한 바와 같이, n++ (고농도로 도핑된) 나노입자 고밀도막(412)과 n++ 확산 영역(414)이 p형 (저농도로 도핑된) 실리콘 기판(410)에 형성되고 소결된다. 다음으로, n형 확산 영역(408)이 POCL3 공정에 의해 형성된다. SiO2층(406)이 n형 확산 영역(408) 위에 형성되어 실리콘 기판(410)의 전면의 패시베이션을 도울 뿐만 아니라 POCL3 공정 중에 인 원자들의 확산을 제어한다.Referring now to FIG. 4, there is shown a schematic diagram of a solar cell with a selective emitter and aluminum BSF in accordance with the present invention. As described above, n ++ (highly doped) nanoparticle high density film 412 and n ++ diffusion region 414 are formed and sintered on p-type (lightly doped) silicon substrate 410. Next, an n-type diffusion region 408 is formed by the POCL 3 process. A SiO 2 layer 406 is formed over the n-type diffusion region 408 to help passivation of the front surface of the silicon substrate 410 as well as to control the diffusion of phosphorus atoms during the POCL 3 process.

SiNx층(404)이 SiO2층(406)의 전면에 형성된다. SiO2층(406)처럼 SiNx층(404)은 실리콘 기판(410) 표면의 패시베이션을 돕고, 외부 소스로부터 웨이퍼 벌크의 오염을 최소화할 뿐만 아니라, 실리콘 기판(410)의 표면에서 소수 캐리어 재결합을 줄인다. 추가적으로, SiNx층(404)이 태양 전지의 전면의 반사율을 감소시키도록 최적화될 수 있고, 실질적으로 효율과 그에 따른 성능을 개선한다. 다음으로, 전방 금속 접촉부(402)와 BSF/후방 금속 접촉부(416)가 실리콘 기판(410)에 형성된다. 전방 금속 접촉부(402)는 일반적으로 유기 성분(15wt%~30wt%), PbO-B2O3-SiO2(Lead Borosilicate Glass, 1wt%~10wt%), 및 은 분말(70wt%~80wt%)을 포함하는 은 페이스트로 형성된다. BSF/후방 금속 접촉부(416)는 일반적으로 알루미늄으로 형성되고, 밀어내는 전기장을 형성하며 따라서 소수 캐리어 후면 재결합의 영향을 최소화하도록 구성된다. 또한, 은 패드(미도시)가 일반적으로 BSF/후방 금속 접촉부(416)에 적용되어 모듈 배선을 위한 납땜을 용이하게 한다.SiN x layer 404 is formed on the entire surface of SiO 2 layer 406. Like the SiO 2 layer 406, the SiN x layer 404 assists passivation of the silicon substrate 410 surface and minimizes contamination of the wafer bulk from an external source, as well as minority carrier recombination at the surface of the silicon substrate 410. Reduce Additionally, the SiN x layer 404 can be optimized to reduce the reflectance of the front side of the solar cell, substantially improving efficiency and hence performance. Next, front metal contacts 402 and BSF / rear metal contacts 416 are formed in the silicon substrate 410. The front metal contacts 402 are generally composed of organic components (15 wt% to 30 wt%), PbO-B 2 O 3 -SiO 2 (Lead Borosilicate Glass, 1 wt% to 10 wt%), and silver powder (70 wt% to 80 wt%). It is formed of a silver paste containing. The BSF / rear metal contacts 416 are generally formed of aluminum and are configured to create a retracting electric field and thus minimize the effects of minority carrier back recombination. In addition, silver pads (not shown) are generally applied to the BSF / rear metal contacts 416 to facilitate soldering for module wiring.

이제 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 선택적 에미터와 고밀도막 후방 접촉부를 가진 태양 전지의 개략도를 도시한다. n++ (고농도로 도핑된) 나노입자 고밀도막(512), n++ 확산 영역(514), p++ 나노입자 고밀도막 후방 접촉부(520), 및 p++ 나노입자 확산 영역(518)이 p형 (저농도로 도핑된) 실리콘 기판(510)에 형성되고 소결된다. 다음으로, 전방 n형 확산 영역(508)과 후방 n형 확산 영역(526)이 POCL3 공정에 의해 형성된다. SiO2층(506)이 n형 확산 영역(508) 위에 형성된다. 다음으로, SiNx층(504)이 SiO2층(506)의 전면에 형성된다. 전술한 바와 같이, 전방 금속 접촉부(502)와 후방 금속 접촉부(522)가 은 페이스트를 이용하여 실리콘 기판(510)에 형성된다.Referring now to FIG. 5, there is shown a schematic diagram of a solar cell with a selective emitter and high density film back contact in accordance with the present invention. The n ++ (highly doped) nanoparticle high density film 512, n ++ diffusion region 514, p ++ nanoparticle high density film back contact 520, and p ++ nanoparticle diffusion region 518 are p-type (lightly doped) ) Is formed on the silicon substrate 510 and sintered. Next, the front n-type diffusion region 508 and the rear n-type diffusion region 526 are formed by the POCL 3 process. SiO 2 layer 506 is formed over n-type diffusion region 508. Next, a SiN x layer 504 is formed on the entire surface of the SiO 2 layer 506. As described above, the front metal contact 502 and the rear metal contact 522 are formed on the silicon substrate 510 using silver paste.

이제 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 기판 상의 고밀도 나노입자막과 결정질 실리콘의 반사율을 비교하는 개략도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 양 표면들이 열 성장 산화물과 PECVD 증착 질화물의 층으로 코팅된다. 나노미터로 표시된 파장이 수평축(602)에 도시되고, 퍼센트로 표시된 반사율이 수직축(604)에 도시된다.Referring now to FIG. 6, there is shown a schematic diagram comparing the reflectivity of crystalline silicon with high density nanoparticle films on a silicon substrate in accordance with the present invention. As mentioned above, both surfaces are coated with a layer of thermally grown oxide and PECVD deposited nitride. Wavelengths in nanometers are shown on the horizontal axis 602 and reflectances in percent are shown on the vertical axis 604.

전술한 바와 같이, SiNx는 종종 태양 전지의 반사율을 감소시켜 그 효율을 증가시키도록 사용된다. 태양 전지를 광 타격하는 임의의 소정의 파장에 대해, 반사율 퍼센트는 광이 통과하는 반투명층, 여기선 주로 SiNx층의 두께 및 아래 놓인 표면의 흡수 특성에 관련된다.As mentioned above, SiN x is often used to reduce the reflectance of a solar cell and increase its efficiency. For any given wavelength that strikes the solar cell, the percent reflectance relates to the thickness of the translucent layer through which light passes, the excitation mainly the SiN x layer, and the absorption characteristics of the underlying surface.

도 1a 내지 도 1f에 설명된 바와 같은 (고밀도 나노입자막이 없는) 확산된 선택적 에미터의 경우, 저농도로 도핑된 에미터 영역과 고농도로 도핑된 에미터 영역 양자에 대해 SiNx층과 아래 놓인 표면의 두께는 결정질 실리콘(또는 얇은 열 성장 산화물층으로 덮인 결정질 실리콘)으로 동일하다. 그러므로, 전방 금속 접촉부를 고농도로 도핑된 영역에 시각적으로 정렬하는 것은 문제가 있을 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 아래 놓인 표면들이 상이하고, 그에 따라 시각적으로 구별된다. 저농도로 도핑된 에미터 영역(606)은 결정질 실리콘의 광학적 특성(예를 들어, 흡광 계수와 굴절율)을 갖지만, 고밀도 나노입자 박막(608)은 상이한 광학적 특성을 가지고, 이는 비정질 실리콘의 광학적 특성과 어느 정도 유사하다. 여기서, 저농도로 도핑된 에미터 영역(606)의 반사율은 600㎚의 파장 근처에 최소 반사점을 가지므로 파란색 외관을 야기하는 반면, 고밀도 나노입자 박막(608)의 반사율은 뚜렷한 최소점이 없어 흰색 외관을 야기한다. 따라서, 이러한 광학적 특성의 차이는 각각의 면을 높은 색 대비를 가진 상이한 색으로 만드는 경향이 있고, 전방 금속 접촉부를 고농도로 도핑된 영역에 시각적으로 정렬하는 것이 훨씬 더 용이하게 이루어질 수 있다.For diffused selective emitters (without high-density nanoparticle films) as described in FIGS. 1A-1F, the SiN x layer and underlying layers were deposited for both the lightly doped and heavily doped emitter regions. The thickness of the surface is the same with crystalline silicon (or crystalline silicon covered with a thin layer of thermally grown oxide). Therefore, visually aligning the front metal contact to the heavily doped region can be problematic. In the present invention, however, the underlying surfaces are different and thus visually distinct. The lightly doped emitter regions 606 have the optical properties (eg, extinction coefficient and refractive index) of the crystalline silicon, while the high density nanoparticle thin film 608 has different optical properties, which is different from the optical properties of the amorphous silicon. Somewhat similar. Here, the reflectance of the lightly doped emitter region 606 has a minimum reflection point near the wavelength of 600 nm, resulting in a blue appearance, while the reflectance of the high density nanoparticle thin film 608 has no apparent minimum point, resulting in a white appearance. Cause. Thus, this difference in optical properties tends to make each face a different color with high color contrast, and it can be made much easier to visually align the front metal contacts to the heavily doped regions.

이제 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 본 발명에 따른 선택적 에미터의 상이한 영역들의 다양한 전기적 특성의 개략도를 도시한다. 여기서, 나노입자 기판 세트가 저농도로 붕소 도핑된 실리콘 기판에 준비되어 시트 저항의 네 개의 탐침을 이용한 측정을 용이하게 한다. 기판 표면의 제1 부분에 인 도핑된 나노입자 고밀도막(704)이 형성되었고, 제2 부분에 PSG(702)를 이용하여 인 확산 영역이 형성되었다.Referring now to FIGS. 7A-7C, there is shown a schematic diagram of various electrical properties of different regions of a selective emitter in accordance with the present invention. Here, a set of nanoparticle substrates are prepared on a lightly doped boron doped silicon substrate to facilitate measurement with four probes of sheet resistance. A phosphor-doped nanoparticle high density film 704 was formed in the first portion of the substrate surface, and a phosphorus diffusion region was formed in the second portion using the PSG 702.

도 7a에서, 시트 저항(706)을 측정하였다. 시트 저항은 일반적으로 균일한 두께를 가진 박막 또는 박층의 저항의 척도로, Ohm/sq. 단위로 측정된다. 여기서, 기판은 1000℃에서 20초 동안 사전 소결되었고, 725℃에서 19분 동안 인 증착 확산되었으며, 이후 975℃에서 15분 동안 산화 및 1000℃에서 30분 동안 어닐링되었다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 고밀도 나노입자를 함유하는 영역은 10 Ohm/sq. 내지 20 Ohm/sq.의 시트 저항을 가진 반면, PSG를 구비한 영역은 120 Ohm/sq. 내지 200 Ohm/sq.의 시트 저항을 가진다.In FIG. 7A, the sheet resistance 706 was measured. Sheet resistance is generally a measure of the resistance of thin or thin layers with uniform thickness, Ohm / sq. Measured in units. Here, the substrate was presintered at 1000 ° C. for 20 seconds, phosphorus deposited diffusion at 725 ° C. for 19 minutes, then oxidized at 975 ° C. for 15 minutes and annealed at 1000 ° C. for 30 minutes. As can be seen, the region containing the high density nanoparticles is 10 Ohm / sq. With a sheet resistance of between 20 Ohm / sq., While the region with PSG is 120 Ohm / sq. To sheet resistances from 200 Ohm / sq.

도 7b에서, 효율(708)을 측정하였다. 태양 전지 효율은 일반적으로 태양 전지가 전기 회로에 연결될 때 (흡수광으로부터 전기 에너지로) 변환되고 집광되는 전력의 퍼센트이다. 일반적으로, 태양 전지의 손실은 반사율 손실, 열역학적 손실, 재결합 손실, 및 저항성 전기 손실로 나뉘어질 수 있다.In FIG. 7B, the efficiency 708 was measured. Solar cell efficiency is generally the percentage of power that is converted and collected (from absorbed light to electrical energy) when the solar cell is connected to an electrical circuit. In general, losses of solar cells can be divided into reflectance losses, thermodynamic losses, recombination losses, and resistive electrical losses.

태양 전지의 표면적(㎡)과 표준 시험 조건(STC) 하의 입력광 휘도(W/㎡)로 나누어진 최대 출력점의 비를 이용하여 이 항을 계산한다. STC는 공기량 1.5(AM1.5) 스펙트럼으로 25℃의 온도와 1000W/㎡의 휘도를 특정한다. 최대 출력은 전류(I)와 전압(V)의 곱을 최대화하는 지점이다. 즉, I×V이다.This term is calculated using the ratio of the maximum power point divided by the surface area of the solar cell (m 2) and the input light brightness (W / m 2) under standard test conditions (STC). STC specifies a temperature of 25 ° C. and a luminance of 1000 W / m 2 in the air mass 1.5 (AM1.5) spectrum. The maximum output is the point that maximizes the product of current (I) and voltage (V). That is, I x V.

여기서, 기판들 중 절반은 나노입자 잉크 패턴으로 인쇄된 후에 1000℃에서 20초 동안 소결된 반면, 나머지 절반에는 나노입자 잉크가 적용되지 않았다. 다음으로, 기판들은 750℃에서 26분 동안 인 증착 확산되었고, 이후 975℃에서 15분 동안 산화 및 1000℃에서 30분 동안 어닐링되었다. 이 경우, 인 도핑 강도는 잉크가 없는 영역에서 100 Ohm/sq.를 초과했고, 잉크가 있는 영역에서 60 Ohm/sq. 미만이었다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 고밀도 나노입자를 함유하는 영역들은 약 12% 내지 약 14%의 효율을 보인 반면, PSG를 구비한 영역은 약 2% 내지 약 10%의 효율을 보인다.Here, half of the substrates were sintered at 1000 ° C. for 20 seconds after being printed with the nanoparticle ink pattern, while the other half had no nanoparticle ink applied. Subsequently, the substrates were phosphorus deposited diffused at 750 ° C. for 26 minutes, then oxidized at 975 ° C. for 15 minutes and annealed at 1000 ° C. for 30 minutes. In this case, the phosphorus doping strength exceeded 100 Ohm / sq. In the region without ink and 60 Ohm / sq. Was less. As can be seen, regions containing high density nanoparticles exhibited an efficiency of about 12% to about 14%, while regions with PSG exhibited an efficiency of about 2% to about 10%.

도 7c에서, 충전율(fill factor)(710)을 측정하였다. 충전율은 개방 전압(Voc)과 단락 전류(Isc)의 곱에 의해 나누어진 최대 출력의 비이다. 여기서, 기판들 중 절반은 나노입자 잉크 패턴으로 인쇄된 후에 800℃에서 20초 동안 소결된 반면, 나머지 절반에는 잉크가 적용되지 않았다. 다음으로, 기판들은 750℃에서 26분 동안 인 증착 확산되었고, 이후 975℃에서 15분 동안 산화 및 1000℃에서 30분 동안 어닐링되었다. 이 경우, 인 도핑 강도는 잉크가 없는 영역에서 75 Ohm/sq.를 초과했고, 잉크가 있는 영역에서 50 Ohm/sq. 미만이었다. 세 가지 경우 모두에서, 실리콘 나노입자 잉크는 선택적 도핑의 형성을 용이하게 하였고, 고농도로 도핑된 영역들이 잉크 적용 면적에 형성되었다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 고밀도 나노입자를 함유하는 영역들은 약 75% 내지 약 80%의 충전율(FF)을 보인 반면, PSG를 구비한 영역은 약 55% 내지 약 20%의 효율을 보인다.In FIG. 7C, fill factor 710 was measured. The charge rate is the ratio of the maximum output divided by the product of the open voltage (V oc ) and the short circuit current (I sc ). Here, half of the substrates were sintered at 800 ° C. for 20 seconds after being printed with a nanoparticle ink pattern, while no ink was applied to the other half. Subsequently, the substrates were phosphorus deposited diffused at 750 ° C. for 26 minutes, then oxidized at 975 ° C. for 15 minutes and annealed at 1000 ° C. for 30 minutes. In this case, the phosphorus doping strength exceeded 75 Ohm / sq. In the region without ink and 50 Ohm / sq. Was less. In all three cases, silicon nanoparticle inks facilitated the formation of selective doping, and heavily doped regions were formed in the ink application area. As can be seen, regions containing high density nanoparticles show a fill factor (FF) of about 75% to about 80%, while regions with PSG show an efficiency of about 55% to about 20%.

이제 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 저농도로만 도핑된 에미터를 가진 태양 전지와 선택적 에미터를 가진 태양 전지를 비교하는 일련의 I-V 곡선의 개략도를 도시한다. 일반적으로, 부하가 태양 전지에서 단락 상태(제로 저항) 인근에서 개방 상태(무한 저항) 인근으로 가변될 때, I-V 곡선을 그릴 수 있다.Referring now to FIG. 8, there is shown a schematic of a series of I-V curves comparing a solar cell with a lightly doped emitter only and a solar cell with a selective emitter in accordance with the present invention. In general, an I-V curve can be plotted when the load varies from near the short circuit state (zero resistance) to near the open state (infinite resistance) in the solar cell.

여기서, 전압(V)이 수평축(802)에 도시되고, 전류(J)가 수직축(804)에 도시된다. 선(806)이 저농도로 도핑된 에미터 태양 전지를 나타내는 한편, 선(808)이 고농도로 도핑된 나노입자 고밀도막 선택적 에미터를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 양 전지들이 전방 금속 접촉부와 후방 금속 접촉부를 구비할 때, 저농도로 도핑된 에미터 태양 전지(806)는 전방 금속 접촉부들 아래의 면적을 포함하여 실리콘 기판 전체를 통해 낮고 균일한 도펀트 농도를 가진다. 반면에, 고농도로 도핑된 나노입자 고밀도막 선택적 에미터(808)는 전방 금속 접촉부들 아래에 고농도로 도핑된 영역을 가지고, 태양 전지의 실질적인 잔여부 상에 저농도로 도핑된 영역들을 가진다. 따라서, 고농도로 도핑된 나노입자 고밀도막 선택적 에미터(808)가 전방 금속 접촉부들과 더 나은 오믹 접촉(저저항)을 이루어 더 큰 순 효율에 상응한다. 이는 고농도로 도핑된 나노입자 고밀도막에 의해 가능하게 된 순 출력 이득(그에 따른 효율)을 반영하는 그래프의 영역(810)에서 알 수 있다.Here, the voltage V is shown on the horizontal axis 802 and the current J is shown on the vertical axis 804. Line 806 represents a lightly doped emitter solar cell, while line 808 represents a heavily doped nanoparticle high density film selective emitter. As noted above, when both cells have a front metal contact and a back metal contact, the lightly doped emitter solar cell 806 is low and uniform throughout the silicon substrate, including the area under the front metal contacts. Has a dopant concentration. On the other hand, the heavily doped nanoparticle high density film selective emitter 808 has a heavily doped region under the front metal contacts and has a lightly doped region on the substantial remainder of the solar cell. Thus, the heavily doped nanoparticle high density film selective emitter 808 makes better ohmic contact (low resistance) with the front metal contacts, corresponding to greater net efficiency. This can be seen in the area 810 of the graph which reflects the net power gain (and thus efficiency) made possible by the highly doped nanoparticle high density film.

그러므로, 유리한 방식으로, 선택적 에미터는 나노입자 고밀도 박막으로 형성될 수 있고, 따라서 실질적으로 높은 벌크 수명과 양호한 표면 재결합 전류 밀도를 달성할 수 있다.In an advantageous manner, therefore, the selective emitter can be formed into a nanoparticle high density thin film, thus achieving substantially high bulk life and good surface recombination current density.

본 개시의 목적으로, 다르게 명시되지 않는 한, "a" 또는 "an"은 "하나 이상(one or more)"을 의미한다. 본원에 인용된 모든 특허, 특허 출원, 참고 문헌, 공개 문헌은 개별적으로 참조로 포함될 때와 같은 정도로 그 전체가 이에 참조로 포함된다.For the purposes of the present disclosure, unless otherwise specified, "a" or "an" means "one or more". All patents, patent applications, references, and publications cited herein are incorporated by reference in their entirety to the same extent as if individually incorporated by reference.

본 발명은 다양한 특정의 예시적인 실시형태를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있음은 물론이다. 본 발명의 이점은 태양 전지와 같은 전기 장치를 위한 저비용 고효율 접합의 제조를 포함한다.The present invention has been described with reference to various specific exemplary embodiments. However, various changes and modifications may be made within the spirit and scope of the invention. Advantages of the present invention include the fabrication of low cost, high efficiency junctions for electrical devices such as solar cells.

예시적인 실시형태와 최선의 실시형태를 개시하였지만, 후술하는 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 요지와 사상 내에서, 개시된 실시형태들에 변경과 수정이 이루어질 수 있다.Although exemplary and best embodiments have been disclosed, variations and modifications may be made to the disclosed embodiments within the spirit and spirit of the invention as defined in the following claims.

Claims (31)

기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법으로,
제1 표면 영역과 제2 표면 영역을 가진 전면을 구비하고 붕소로 도핑된 기판을 제공하는 단계;
제1 표면 영역에 제1 도펀트를 포함하는 제1 나노입자 세트를 증착하는 단계;
기판을 불활성 분위기에서 제1 온도까지 제1 시간 동안 가열하여, 제1 고밀도막을 형성하고 제1 표면 영역 아래의 기판에 제1 확산 깊이를 가진 제1 확산 영역을 형성하는 단계;
기판을 제2 온도에서 제2 시간 동안 인을 포함하는 확산 가스에 노출하여, 전면의 제2 표면 영역에 PSG층을 형성하고 제2 표면 영역 아래의 기판에 제2 확산 깊이를 가지며 제1 확산 영역에 인접하는 제2 확산 영역을 형성하는 단계; 및
기판을 제3 온도에서 제3 시간 동안 산화 가스에 노출하여, PSG층과 전면 사이에 SiO2층을 형성하고 제2 확산 깊이에 비해 제1 확산 깊이를 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
By forming a multi-doped junction on a substrate,
Providing a substrate doped with boron and having a front surface having a first surface region and a second surface region;
Depositing a first set of nanoparticles comprising a first dopant in a first surface area;
Heating the substrate for a first time in an inert atmosphere to a first temperature to form a first high density film and to form a first diffusion region having a first diffusion depth in the substrate below the first surface region;
The substrate is exposed to a diffusion gas containing phosphorus for a second time at a second temperature, thereby forming a PSG layer in the second surface region on the front surface and having a second diffusion depth in the substrate below the second surface region and having a first diffusion region. Forming a second diffusion region adjacent to; And
Exposing the substrate to an oxidizing gas for a third time at a third temperature to form an SiO 2 layer between the PSG layer and the front surface and to increase the first diffusion depth relative to the second diffusion depth.
제1항에 있어서, 제1 온도는 약 500℃ 내지 약 1000℃인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first temperature is about 500 ° C. to about 1000 ° C. 3. 제1항에 있어서, 제1 온도는 약 750℃ 내지 약 850℃인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first temperature is about 750 ° C. to about 850 ° C. 7. 제1항에 있어서, 제1 온도는 약 800℃인 것인 방법. The method of claim 1, wherein the first temperature is about 800 ° C. 3. 제1항에 있어서, 제1 시간은 약 5초 내지 약 2분인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first time is about 5 seconds to about 2 minutes. 제1항에 있어서, 제1 시간은 약 5초 내지 약 20초인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first time is about 5 seconds to about 20 seconds. 제1항에 있어서, 제1 시간은 약 15초인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first time is about 15 seconds. 제1항에 있어서, 확산 가스는 POCl3, O2, 및 N2를 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the diffusion gas comprises POCl 3 , O 2 , and N 2 . 제1항에 있어서, 제2 온도는 약 700℃ 내지 약 1000℃이고, 제2 시간은 약 5분 내지 약 30분인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the second temperature is about 700 ° C. to about 1000 ° C. and the second time is about 5 minutes to about 30 minutes. 제1항에 있어서, 제2 온도는 약 750℃ 내지 약 850℃이고, 제2 시간은 약 10분 내지 약 20분인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the second temperature is about 750 ° C. to about 850 ° C. and the second time is about 10 minutes to about 20 minutes. 제1항에 있어서, 제2 온도는 약 800℃이고, 제2 시간은 약 15분인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the second temperature is about 800 ° C. and the second time is about 15 minutes. 제1항에 있어서, 제3 온도는 약 800℃ 내지 약 1100℃인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the third temperature is between about 800 ° C. and about 1100 ° C. 3. 제1항에 있어서, 제3 온도는 약 950℃ 내지 약 1050℃인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the third temperature is about 950 ° C. to about 1050 ° C. 3. 제1항에 있어서, 제3 온도는 약 1000℃인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the third temperature is about 1000 ° C. 3. 제1항에 있어서, 제3 시간은 약 15분 내지 약 30분인 것인 방법.The method of claim 1, wherein the third time is about 15 minutes to about 30 minutes. 제1항에 있어서, 제1 나노입자 세트를 증착한 후에 기판의 후면의 제3 표면 영역에 제2 도펀트를 포함하는 제2 나노입자 세트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising depositing a second set of nanoparticles comprising a second dopant in a third surface region of the backside of the substrate after depositing the first set of nanoparticles. 제16항에 있어서, 기판을 가열하는 단계는 추가로 제2 고밀도막을 형성하고 제3 표면 영역 아래의 기판에 제3 확산 깊이를 가진 제3 확산 영역을 형성하는 것인 방법.The method of claim 16, wherein heating the substrate further forms a second high density film and forms a third diffusion region having a third diffusion depth in the substrate below the third surface region. 제17항에 있어서, 제1 도펀트는 인이고, 제2 도펀트는 붕소인 것인 방법.The method of claim 17, wherein the first dopant is phosphorous and the second dopant is boron. 제1항에 있어서, 기판을 확산 가스에 노출하기 전에 기판의 후면에 제1 금속 페이스트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising depositing a first metal paste on the backside of the substrate prior to exposing the substrate to the diffusing gas. 제19항에 있어서, 기판을 산화 가스에 노출한 후, 기판의 전면에 하나 이상의 표면 패시베이션층을 증착하는 단계와 하나 이상의 표면 패시베이션층에 제2 금속 페이스트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.20. The method of claim 19, further comprising depositing at least one surface passivation layer on the front side of the substrate after exposing the substrate to oxidizing gas and depositing a second metal paste on the at least one surface passivation layer. 기판에 다중 도핑된 접합을 형성하는 방법으로,
제1 표면 영역과 제2 표면 영역을 가진 전면을 구비하고 붕소로 도핑된 기판을 제공하는 단계;
제1 표면 영역에 제1 도펀트를 포함하는 제1 나노입자 세트를 증착하는 단계;
기판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 인을 포함하는 확산 가스에 노출하여, 제1 표면 영역 아래의 기판에 제1 확산 깊이를 가진 제1 확산 영역을 형성하고, 전면의 제2 표면 영역에 PSG층을 형성하고, 제2 표면 영역 아래의 기판에 제2 확산 깊이를 가진 제2 확산 영역을 형성하는 단계; 및
기판을 제2 온도에서 제2 시간 동안 산화 가스에 노출하여, PSG층과 전면 사이에 SiO2층을 형성하고 제2 확산 깊이에 비해 제1 확산 깊이를 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
By forming a multi-doped junction on a substrate,
Providing a substrate doped with boron and having a front surface having a first surface region and a second surface region;
Depositing a first set of nanoparticles comprising a first dopant in a first surface area;
The substrate is exposed to a diffusion gas comprising phosphorus for a first time at a first temperature to form a first diffusion region having a first diffusion depth in the substrate below the first surface region, and PSG in the second surface region on the front surface. Forming a layer, and forming a second diffusion region having a second diffusion depth in the substrate below the second surface region; And
Exposing the substrate to an oxidizing gas at a second temperature for a second time to form a SiO 2 layer between the PSG layer and the front surface and increasing the first diffusion depth relative to the second diffusion depth.
제21항에 있어서, 확산 가스는 POCl3, O2, 및 N2를 포함하는 것인 방법.The method of claim 21, wherein the diffusion gas comprises POCl 3 , O 2 , and N 2 . 제21항에 있어서, 제1 온도는 약 700℃ 내지 약 1000℃이고, 제1 시간은 약 5분 내지 약 30분인 것인 방법.The method of claim 21, wherein the first temperature is about 700 ° C. to about 1000 ° C. and the first time is about 5 minutes to about 30 minutes. 제21항에 있어서, 제1 온도는 약 800℃이고, 제1 시간은 약 15분인 것인 방법.The method of claim 21, wherein the first temperature is about 800 ° C. and the first time is about 15 minutes. 제21항에 있어서, 제2 온도는 약 800℃ 내지 약 1100℃인 것인 방법.The method of claim 21, wherein the second temperature is about 800 ° C. to about 1100 ° C. 23. 제21항에 있어서, 제2 온도는 약 1000℃인 것인 방법.The method of claim 21, wherein the second temperature is about 1000 ° C. 23. 제21항에 있어서, 제2 시간은 약 15분 내지 약 30분인 것인 방법.The method of claim 21, wherein the second time is about 15 minutes to about 30 minutes. 제21항에 있어서, 제1 나노입자 세트를 증착한 후에 기판의 후면의 제3 표면 영역에 제1 도펀트의 카운터 도펀트인 제2 도펀트를 포함하는 제2 나노입자 세트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.22. The method of claim 21, further comprising depositing a second set of nanoparticles comprising a second dopant that is a counter dopant of the first dopant in a third surface region of the backside of the substrate after depositing the first set of nanoparticles. Way. 제28항에 있어서, 제1 도펀트는 인이고, 제2 도펀트는 붕소인 것인 방법.The method of claim 28, wherein the first dopant is phosphorus and the second dopant is boron. 제21항에 있어서, 제1 나노입자 세트를 증착한 후에 기판의 후면에 제1 금속 페이스트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.22. The method of claim 21, further comprising depositing a first metal paste on the back side of the substrate after depositing the first set of nanoparticles. 제30항에 있어서, 기판을 산화 가스에 노출한 후, 기판의 전면에 하나 이상의 표면 패시베이션층을 증착하는 단계와 하나 이상의 표면 패시베이션층에 제2 금속 페이스트를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.31. The method of claim 30, further comprising depositing one or more surface passivation layers on the front side of the substrate after exposing the substrate to oxidizing gas and depositing a second metal paste on the one or more surface passivation layers.
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