KR20110101166A - 솔라 셀을 제조하기 위한 기술 - Google Patents
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Abstract
솔라 셀들을 제조하기 위한 기술들이 개시된다. 하나의 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술은 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계로서, 상기 마스크는 적어도 하나의 개구를 형성하기 위하여 서로 이격된 복수의 필라멘트(filament)들을 포함하는, 상기 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계; 상기 마스크의 적어도 하나의 개구에 의해 형성된 상기 솔라 셀의 일부분을 이온 주입하기 위하여 상기 솔라 셀을 향해 희망하는 종(species)의 리본 이온 빔을 보내는 단계; 및 상기 리본 빔의 더 긴 단면 치수가 하나의 평면에서 상기 개구에 수직이 되도록 상기 리본 이온 빔의 방위를 정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 개시 내용은 솔라 셀(sloar cell) 기판의 제조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 마스크를 이용하여 솔라 셀을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
이온 주입은 전도성 변경 불순물(conductivity-altering impurity)들을 기판에 도입하기 위한 기술이다. 희망하는 불순물 물질은 이온 소스(ion source)에서 이온화되고 추출된다. 그 다음으로, 추출된 이온들은 이온 빔으로 조작되고, 미리 규정된 에너지로 가속되고, 기판을 향해 보내져서 주입된다. 기판을 어닐링(annealing)한 후, 희망하는 전도성을 갖는 영역을 형성하기 위하여 이온들은 기판의 격자 내에 배치된다.
솔라 셀들은 실리콘 기판들을 이용하는 디바이스의 하나의 예에 불과하다. 이들은 공짜인 자연 자원을 이용하여 오염이 없는 동등하게 접근가능한 에너지를 제공하고, 전 세계적으로 더욱 중요해지고 있다. 고성능 솔라 셀들의 제조 또는 생산을 위한 임의의 감소된 비용, 또는 고성능 솔라 셀들을 위한 임의의 효율 향상은 솔라 셀들의 전 세계적 구현에 긍정적인 영향을 가질 것이다. 이것은 이 청정 에너지 기술의 더욱 폭넓은 이용을 가능하게 할 것이다.
솔라 셀들은 효율을 향상시키기 위하여 도핑(doping)을 필요로 할 수 있다. 이 도핑은 솔라 셀 표면의 특정 영역들만 도핑되는 선택적인 도핑의 전체 솔라 셀 표면의 블랭킷 도핑(blanket doping)일 수 있다. 과거에는, 도펀트들을 솔라 셀 내부로 확산시키기 위해 가열되는 도펀트 함유 유리(dopant containing glass) 또는 페이스트(paste)를 이용하여 솔라 셀들이 도핑되었다. 그러나, 프로세스(process)는 셀의 다양한 영역들의 선택적인 도핑을 가능하게 하는 충분한 정확도를 제공하지 않는다. 또한, 공극들, 공기 거품들, 또는 오염물들이 존재하면, 블랭킷 도핑 도중에 불균일한 도핑이 발생할 수 있다.
도핑은 솔라 셀들의 표면이 광전류(photocurrent)를 수집하는 전도체들의 격자(grid)를 포함하는 셀들을 향상시킨다. 이 격자 라인들 아래의 도펀트 도우즈(dose)를 증가시키는 것은 직렬 저항을 감소시킬 것이고, 솔라 셀 효율을 증가시킬 것이다. 그러나, 그 대신에, 블랭킷 도핑을 통해 전체 표면 전반적으로 또는 전체 표면을 가로질러 도우즈를 증가시키는 것은 표면 재결합(surface recombination)을 증가시킬 것이고, 솔라 셀의 효율을 낮출 것이다. 그러므로, 일련의 좁은 줄무늬(stripe)들을 도핑할 수 있는 능력은 솔라 셀 생산에 유익할 것이다.
이온 주입은 솔라 셀의 정밀한 도핑을 허용하고 선택적인 도핑을 가능하게 하므로, 솔라 셀들은 이온 주입으로 이익이 될 수 있다. 그러나, 솔라 셀들의 선택적인 도핑은 솔라 셀 기판의 특정 영역들만 이온들로 주입되는 특정 패턴의 도펀트들을 필요로 할 수 있다. 이미, 기판의 특정 영역들만의 주입은 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 달성되었다. 그러나, 포토레지스트의 이용은 여분의 프로세스 단계들이 포함되므로 솔라 셀 생산을 위해 여분의 비용을 추가할 것이다. 이것은 또한, 주입되어야 할 영역들이 극도로 작을 경우에는 어려움을 제기한다. 따라서, 솔라 셀 기판들의 향상된 주입, 더욱 구체적으로, 마스크를 이용한 솔라 셀 기판들의 향상된 주입에 대한 필요성이 당업계에 존재하고 있다.
솔라 셀들을 제조하기 위한 기술들이 개시되어 있다. 하나의 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술은, 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계로서, 상기 마스크는 적어도 하나의 개구를 형성하기 위하여 서로 이격된 복수의 필라멘트(filament)들을 포함하는, 상기 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계; 상기 마스크의 적어도 하나의 개구에 의해 형성된 상기 솔라 셀의 일부분을 이온 주입하기 위하여 상기 솔라 셀을 향해 희망하는 종(species)의 리본 이온 빔을 보내는 단계; 및 상기 리본 빔의 더 긴 단면 치수가 하나의 평면에서 상기 개구에 수직이 되도록 상기 리본 이온 빔의 방위를 정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은 상기 마스크 및 상기 솔라 셀 사이에 제 1 소정의 거리를 갖는 간격을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은 상기 복수의 필라멘트들 아래의 상기 솔라 셀의 또 다른 부분을 주입하지 않고, 상기 마스크의 적어도 하나의 개구에 의해 형성되는 상기 솔라 셀을 이온 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은 상기 마스크의 상기 필라멘트에 접지 전압을 제공하는 단계를 더 포함한다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징에 따르면, 상기 이온들은 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 및 텔루륨(Te) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 마스크는 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들을 더 포함할 수 있고, 상기 필라멘트들의 각각은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지되는 배선이다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배선은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 및 납(Pb)과, 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함하는 금속 배선일 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 배선은 석영, SiC 및 SiN 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
추가적인 특정한 예시적인 실시예에 따르면, 상기 기술은 솔라 셀을 제조하기 위한 이온 주입기에 의해 실현될 수 있고, 상기 이온 주입기는, 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스; 솔라 셀을 지지하기 위한 기판 지지체; 이온들을 리본 이온 빔으로 조작하고 상기 리본 이온 빔을 상기 솔라 셀을 향해 보내기 위한 적어도 하나의 빔-라인(beam-line) 부품; 및 상기 솔라 셀 상부의 마스크를 포함하고, 상기 마스크는 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들을 포함하고, 상기 필라멘트들을 따라 적어도 하나의 개구를 형성하기 위해 복수의 필라멘트들이 서로 이격되어 있고, 상기 필라멘트들은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지된다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 각각의 필라멘트는 배선을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 상기 필라멘트들은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 추가적인 특징에 따르면, 상기 필라멘트들은 석영, SiC, 및 SiN 중의 적어도 하나의 유전체 물질을 포함할 수 있다.
또 다른 특정한 예시적인 실시예에 따르면, 상기 기술은 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크에 의해 실현될 수 있고, 상기 마스크는, 제 1 소정의 거리만큼 서로 이격된 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들; 및 상기 필라멘트들을 따라 적어도 하나의 개구를 형성하기 위하여 제 2 소정의 거리만큼 서로 이격된 복수의 필라멘트들을 포함할 수 있고, 상기 필라멘트들은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지된다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 실시예에 따르면, 각각의 필라멘트는 배선을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 필라멘트들은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 실시예에 따르면, 상기 필라멘트들은 금속 배선을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 또 다른 추가적인 실시예에 따르면, 상기 필라멘트는 석영, SiC 및 SiN 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시 내용은 첨부 도면들에 도시된 바와 같이 그 예시적인 실시예들을 참조하여 이하 더욱 상세하게 설명될 것이다. 본 개시 내용은 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에서 설명되고 있지만, 본 개시 내용이 그것으로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서의 교시 내용에 접근하는 당업자들은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 본 개시 내용의 범위 내에 속하고 본 개시 내용의 중요한 용도일 수 있는, 다른 이용 분야들뿐만 아니라, 추가적인 구현예들, 변형예들, 및 실시예들을 인식할 것이다.
본 개시 내용의 더욱 완전한 이해를 촉진하기 위하여, 이제 첨부 도면들을 참조한다. 이 도면들은 반드시 축척을 조정하도록 도시되지 않을 수 있다. 또한, 이 도면들은 본 개시 내용을 한정하는 것으로 해석되지 않고, 예시만을 위해 의도된 것이다.
도 1은 예시적인 빔-라인 이온 주입기의 블럭도를 예시한다.
도 2는 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 빔-라인 이온 주입기의 블럭도를 예시한다.
도 3은 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 마스크를 예시한다.
도 4는 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 기술을 예시한다.
도 1은 예시적인 빔-라인 이온 주입기의 블럭도를 예시한다.
도 2는 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 빔-라인 이온 주입기의 블럭도를 예시한다.
도 3은 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 마스크를 예시한다.
도 4는 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 기술을 예시한다.
솔라 셀들을 제조하기 위한 기존의 방법과 관련된 문제들을 해결하기 위하여, 솔라 셀들을 제조하기 위한 신규 기술의 몇몇 실시예들이 소개된다. 명확함과 단순함을 위하여, 본 개시 내용은 빔-라인 이온 주입기에 의해 달성되는 기술에 초점을 맞춘다. 그러나, 당업자들은 본 개시 내용이 그것으로 한정되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 플라즈마 보조 도핑(PLAD : plasma assisted doping) 또는 플라즈마 침지 이온 주입(PIII : plasma immersion ion implantation) 시스템들을 포함하는 다른 유형들의 기판 처리 시스템들이 이용될 수도 있다.
또한, 본 개시 내용은 명확함과 단순함을 위하여 솔라 셀 기판들의 처리에 초점을 맞춘다. 기판은 단결정질(single crystalline), 다결정질(polycrystalline), 미세결정질(microcrystalline), 또는 비정질 기판이나, 미세다공성(micro-porous) 기판일 수 있다. 또한, 기판은 단일 물질을 포함할 수 있고, 또는 기판은 화합물, 합금, 고용체(solid solution), 또는 다수의 물질들을 함유하는 혼합물일 수 있다. 실리콘 기반 솔라 셀 기판이 주로 논의되지만, 본 개시 내용은 다른 물질들을 함유하는 솔라 셀 기판들에 동등하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 카드뮴 텔루라이드(CdTe : cadmium telluride), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS : copper indium gallium selenide), 또는 다른 물질들을 함유하는 솔라 셀 기판들이 적용가능할 수도 있다. 또한, 당업자들은 다른 유형들의 기판이 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 전자, 광, 또는 다른 디바이스들을 제조하기 위한 금속, 다른 유형들의 반전도성, 또는 절연성 기판들이 본 개시 내용에 동일하게 적용가능할 수 있다.
도 1을 참조하면, 빔-라인 이온 주입기의 블럭도가 도시되어 있다. 도면은 축척을 조정하도록 도시된 것이 아니다. 당업자들은 선택된 물질을 도핑하기 위하여 이온들을 제공할 수 있는 빔-라인 이온 주입기들을 인식할 것이다. 따라서, 이 프로세스는 도 1의 빔-라인 이온 주입기들로 전적으로 한정되지 않는다. 일반적으로, 빔-라인 이온 주입기(200)는 예를 들어, 리본 빔(ribbon beam) 또는 스폿 비(spot beam)일 수 있는 이온 빔(212)을 형성하기 위하여 추출되는 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스(280)를 포함한다. 이온 빔(212)은 질량 분석되고, 하나의 예에서, 발산하는 이온 빔으로부터 실질적으로 평행한 이온 궤도들을 갖는 리본 이온 빔으로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-라인 이온 주입기는 가속 또는 감속 유닛(290)을 더 포함할 수 있다.
엔드 스테이션(end station)(211)은 이온 빔(212)의 경로에서 기판(138)과 같은 하나 이상의 기판들을 지지하여, 희망하는 종(species)의 이온들이 기판(138)으로 주입된다. 하나의 예에서, 기판(138)은 하나의 실시예에서 솔라 셀과 같은 반도체 기판일 수 있다. 기판(138)은 예를 들어, 평판 패널(flat panel) 또는 일부 다른 기판일 수도 있다. 엔드 스테이션(211)은 기판(138)을 지지하기 위한 플래튼(platen)(295)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 엔드 스테이션(211)은 이온 빔(212) 단면의 긴 치수에 수직으로 기판(138)을 이동하기 위한 스캐너(scanner)(도시하지 않음)를 포함할 수 있고, 이에 따라, 기판(138)의 전체 표면 위에 이온들을 분포시킬 수 있다.
이온 주입기(200)는 자동화된 기판 취급 장비, 패러데이 센서(Faraday sensor) 또는 전자 플러드 건(electron flood gun)으로 당업자들에게 알려져 있는 추가적인 부품들을 포함할 수 있다. 이온 빔에 의해 이동되는 전체 경로는 이온 주입 동안에 배기(evacuate)된다는 것은 당업자들에게 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 빔-라인 이온 주입기(200)는 이온들의 핫(hot) 또는 콜드(cold) 주입을 통합할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 또 다른 시스템이 도시되어 있다. 도면은 축척을 조정하도록 도시된 것이 아니다. 도면은 빔-라인 이온 주입 시스템(300)을 예시한다. 당업자들은 다른 유형들의 빔-라인 이온 주입기 또는 다른 유형들의 기판 처리 시스템이 본 개시 내용에 적용가능할 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
도 2에 예시된 바와 같이, 시스템(300)은 희망하는 종의 이온들을 발생하기 위한 이온 소스(380)를 포함할 수 있다. 이온 소스(380)는 희망하는 종의 피드 가스(feed gas)를 함유하는 가스 박스(gas box)에 결합된 아크 챔버(arc chamber)(383)를 포함할 수 있다. 피드 가스는 아크 챔버(383)에 공급되고, 그 후에 이온화된다. 이 가스는 I족 및 3A-8A족으로부터의 하나 이상의 원소들을 갖는 종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피드 가스는 수소(H), 헬륨(He), 또는 다른 희귀 가스(rare gas)들, 산소(O), 질소(N), 비소(As), 붕소(B), 인(P), 안티몬, 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 다른 가스들을 포함할 수 있다. 또한, 피드 가스는 카르보란 C2B10H12 또는 또 다른 대분자 화합물을 포함할 수 있다. 다음으로, 아크 챔버(383)에서 발생된 이온들은 억제 전극(suppression electrode)(384) 및 접지 전극(385)을 포함하는 추출 전극에 의해 추출된다. 전력 공급 장치는 추출 전극에 연결될 수 있고 조절가능한 전압을 제공할 수 있다. 본 개시 내용에서는, 아크 챔버(383)로부터 추출된 이온들(312)이 I족 및 3A-8A족으로부터의 임의의 원소를 포함하는 원자 또는 분자 이온들일 수 있다. 하나의 실시예에서, 이온들(312)은 붕소 이온들일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이온들(312)은 카르보란 이온들, 붕소 디플루라이드(boron difluoride) 이온들, 또는 다른 대분자 이온들일 수 있다.
시스템(300)은 희망하는 종의 이온들을 선택하여 이온 빔(312)으로 조작할 수 있는 선택적인 빔-라인 부품들을 포함할 수도 있다. 선택적인 빔-라인 부품들은 질량 분석기(386) 및 각도 보정기 자석(394)을 포함할 수 있다. 질량 분석기(386)는 분해 자석(382) 및 마스킹 전극(masking electrode)(388)을 포함할 수 있다. 만약 포함된다면, 아크 챔버(383)로부터 추출된 이온들(312)은 질량 분석될 수 있는 질량 분석기(386)를 향해 보내진다. 예를 들어, 분해 자석(382)은 그 질량에 기초하여 이온들(312)의 일부분들을 편향시킬 수 있어서, 희망하는 질량을 갖는 이온들(312)은 분해 자석(382) 및/또는 분해 개구(389)를 통과할 수 있다. 한편, 희망하지 않는 질량을 갖는 이온들은 분해 자석(382) 및/또는 마스킹 전극(388)에 의해 차단될 수 있다.
분해 개구(389)를 통과하는 이온들(312)은 각도 보정기 자석(394)을 향해 보내질 수 있다. 각도 보정기 자석(394)은 이온들을 발산하는 이온 빔으로부터, 실질적으로 평행한 이온 궤도들을 갖는 리본 이온 빔(312)으로 변환할 수 있다. 명확함과 단순함을 위하여, 본 개시 내용은 리본 빔 이온 주입기에 초점을 맞출 수 있다. 그러나, 당업자들은 본 개시 내용이 스폿 빔을 이용하는 이온 주입기도 포괄한다는 것을 인식할 것이다. 본 실시예에서, z축을 따라 이동하는 리본 이온 빔(312)은 x축을 따라, 즉 수평 방향으로 긴 치수와, y축을 따라, 즉 수직 방향으로 짧은 치수를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, z축을 따라 이동하는 리본 이온 빔(312)은 y축을 따라 긴 치수와, y축을 따라 짧은 치수를 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 리본 빔(312)은 다른 치수들을 가질 수 있다. 다음으로, 각도 보정기 자석(294)을 통과하는 이온 빔(212)은 시스템(300)의 엔드 스테이션(211)을 향해 보내진다. 일부 실시예들에서, 이온 빔(312)은 시스템(300)의 선택적인 가속 또는 감속 유닛들에 의해 각도 보정기 자석(394)을 통과한 후에 가속 또는 감속될 수 있다.
엔드 스테이션(311)에서, 하나 이상의 기판(138)들은 이온 빔 경로에 위치될 수 있어서, 이온들(312)은 기판(138)으로 도입될 수 있거나, 어떤 경우에는 기판(138)으로 주입될 수 있다. 주입 프로세스를 제어하기 위하여, 엔드 스테이션(311)은 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 스테이션(311)은 기판(138)을 지지할 수 있는 플래튼(395)을 포함할 수 있다. 플래튼(395)은 핫 또는 콜드 이온 주입을 통합하기 위하여 예를 들어, 기판(138)의 온도를 제어할 수도 있다. 콜드 이온 주입을 통합하기 위하여, 기판(138)은 실온(room temperature) 미만, 바람직하게는 273 
미만의 온도에서 유지될 수 있다. 핫 이온 주입을 통합하기 위하여, 기판(138)은 실온을 초과하는, 바람직하게는 293 
보다 큰 온도에서 유지될 수 있다. 플래튼(395)에 추가하여, 본 개시 내용의 시스템(200)은 기판(138)이 이온 주입 이전에 프리-칠링(pre-chilling) 또는 프리-히팅(pre-heating)될 수 있는 프리-칠링 및/또는 프리-히팅 스테이션(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
엔드 스테이션(311)은 이온 빔(312)의 경로에서 기판(138)을 위치시킬 수 있는 기판 스캐너(도시되지 않음), 예를 들어, 로플랫(roplat)을 포함할 수도 있다. 기판(138)을 위치시키는 것에 추가하여, 기판 스캐너는 기판(138)을 이온 빔에 대해 희망하는 방위(orientation)로 병진(translate)/회전(rotate)할 수 있다. 하나의 실시예에서, 기판(138)은 이온 빔(312)에 실질적으로 수직으로 방위가 정해질 수 있다. 이러한 방위에서, 이온들(312)은 실질적으로 0°의 입사 각도(기판(138)에 수직인 가상의 축으로부터 실질적으로 0°)로 기판(138)으로 도입될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판(138)은 이온들(312)이 실질적으로 0°의 입사 각도로 도입되지 않도록 하는 각도로 방위가 정해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온들(312)은 고정된 주입 각도로 도입될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이온들(312)은 변동하는 각도로 도입될 수 있다. 예를 들어, 기판(138)은 제 1 각도로 위치될 수 있다. 주입 중에, 기판(138)은 제 1 각도 이외의 각도로 회전(또는 틸트(tilt))될 수 있다. 본 개시 내용에서, 기판(138)은 주입된 이온들의 도우즈를 제어하기 위하여 희망하는 레이트(rate)로 병진될 수도 있다.
엔드 스테이션(311)은 엔드 스테이션(211)으로/엔드스테이션(211)으로부터 기판(138)을 도입/제거하기 위한 자동화된 기판 취급 장비를 포함할 수도 있다. 엔드 스테이션(311)은 도우즈 측정 시스템 및 전자 플러드 건을 포함할 수도 있다. 이온 빔 경로가 배기될 수 있다는 것이 당업자들에게 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 엔드 스테이션(311)은 기판(138)에 근접한 마스크(100)를 포함할 수도 있다. 마스크(100)는 이온들을 기판(138)의 선택된 하나 이상의 영역들로 도입하기 위한 적어도 하나의 개구(aperture)를 포함할 수 있다. 마스크(100)는 플래튼(395) 및/또는 기판 스캐너에 의해 지지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마스크(100)는 플래튼(395) 및/또는 기판 스캐너 위에 배치된 마스크 홀더(mask holder)(399)에 의해 지지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마스크(100)는 플래튼(395) 및/또는 기판 스캐너로부터 분리되고 독립된 마스크 홀더(399)에 의해 지지될 수 있다. 분리 및 독립된 마스크 홀더(399)는 이온 빔(312) 및/또는 기판(138)에 대해 상이한 방위들에서 마스크(100)의 방위를 정할 수 있다. 마스크(100)를 회전 또는 틸트시키기 위하여, 액추에이터(actuator)(도시되지 않음)가 마스크 홀더(399)에 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마스크(100)는 기판(138)에 의해 지지될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 마스크(100)의 상세한 도면이 도시되어 있다. 도면은 축척을 조정하도록 도시된 것이 아니다. 마스크(100)는 하나 이상의 개구들(102)을 형성하는 복수의 필라멘트(filament)(101)를 포함한다. 도면에 예시된 바와 같이, 필라멘트들(101)은 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들(402 및 404)에 의해 지지된다. 도시되지 않았지만, 마스크(100)는 하나의 실시예에서 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들(402 및 404) 사이에서 거리를 유지하는 적어도 하나의 측면 지지체를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들(402 및 404) 사이의 거리는 예를 들어, 마스크 홀더(399) 또는 엔드 스테이션(311)의 벽과 같은 일부 다른 부품들에 의해 유지될 수 있다.
필라멘트들(101)은 다양한 물질들로 만들어질 수 있다. 하나의 실시예에서, 필라멘트들(101)은 높은 컴플라이언스 값(compliance value)을 가질 수 있다. 이러한 필라멘트들의 예는 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 납(Pb), 흑연(graphite) 및/또는 그 합금들 또는 조성물을 포함하는 얇은 배선 또는 스트링을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 필라멘트(101)는 높은 강성도(stiffness) 및/또는 경도(hardness) 값을 가질 수 있다. 이러한 필라멘트들의 예들은 예를 들어, 석영(quartz), SiC 및 SiN과 같은 세라믹 또는 유전체 물질들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 이온 주입과 관련된 극심한 조건들(예를 들어, 고온)을 견딜 수 있는 물질이 바람직할 수 있다. 배선 또는 스트링 필라멘트들이 이용되는 경우, 필라멘트들(102)은 충분히 높은 장력으로 유지될 수 있다. 프로세스에서, 이온 주입에 의해 유도되는 열 응력(thermal stress)에도 불구하고, 필라멘트들은 그 형상, 형태, 및 방위, 거리를 유지할 수 있다.
한편, 하나의 실시예에서, 필라멘트 지지체들(402 및 404)은 전기 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 지지체들(402 및 404)의 각각은 전기 절연성 물질로 만들어진다. 필라멘트들(101) 및 필라멘트 지지체들(402 및 404)이 전기 전도성 물질로 만들어지는 경우, 지지체들(402 및 404) 중의 적어도 하나 및/또는 필라멘트들(101) 중의 적어도 하나가 접지될 수 있다. 필라멘트들(101) 및 필라멘트 지지체들(402 및 404)은 전기 절연성 물질로 만들어지고, 필라멘트(101) 및 필라멘트 지지체들(402 및 404)은 전기적으로 플로팅(floating) 상태로 유지될 수 있다.
필라멘트들(101) 및 필라멘트 지지체들(402 및 404)을 포함하는 마스크(100)는 도 2에 예시된 바와 같이 기판(138)의 상부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 마스크(100)는 대략 100mm 또는 그 미만으로 기판(138)으로부터 분리될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마스크(100)는 기판(138)으로부터 더욱 상부에 있을 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 마스크(100)는 심지어 기판(138)과 접촉할 수 있다. 마스크(100)를 기판(138)으로부터 멀어지도록 위치시키는 것은 마스크(100)가 기판(138) 및 이온 빔(312)으로부터 독립적으로 이동(예를 들어, 회전, 병진, 틸트 등)하도록 할 수 있다. 따라서, 기판(138)으로부터 마스크(100)를 분리하는 것은 일부 실시예들에서 바람직할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서, 마스크(100)는 개구들(102) 및 리본 빔(312)이 동일한 평면 위에 배치될 경우에 서로에 대해 비-평행(non-parallel)이 되도록 방위가 정해지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 개구(102)는 수직 방향, 즉, y축을 따라 연장될 수 있다. 한편, 리본 빔은 수평 방향, 즉, x축을 따라 연장될 수 있어서, 리본 빔의 긴 치수는 수평 방향으로 연장되고, 리본 빔의 짧은 치수는 수평 방향으로 연장되지 않는다. 개구(102) 및 리본 빔(312)을 수직으로 방위를 정하는 것이 바람직하지만, 본 개시 내용은 개구(102) 및 리본(312)이 서로 평행한 0°를 포함하는 다른 각도들에서 개구(102) 및 리본(312)의 방위를 정하는 것을 배제하지 않는다.
개구(102) 및 리본 빔(312)을 수직으로 방위를 정하는 것은 몇몇 장점들을 제공할 수 있다. 일부 리본 빔 이온 주입 시스템들에서는, 균일한 빔 각도를 달성하기 위한 조정 프로세스가 어려울 수 있다. 하나의 방향으로 균일한 빔 각도를 달성하기 위해 빔이 조정되는 경우, 다른 방향에서는 조정 불일치(out-of-tune)가 될 수 있다. 이와 같이, 수평 방향을 따라 조정된 이온 빔은 수평 방향을 따라 균일한 각도 또는 각도 순도(angle purity)를 갖는 이온들을 가질 수 있다. 그러나, 수직 방향을 따라, 이온들은 불균일한 각도를 가질 수 있다. 빔(312)이 수평 방향을 따라 각도 순도를 가지는 경우, 그리고 빔(312) 및 개구(102)가 동일한 평면에서 직교하도록 방위가 정해지는 경우, 이온 빔(312)으로부터의 이온들은 마스크(100)의 개구(102)에 의해 정의되는 영역에서 주입될 수 있다. 마스크(100)가 기판(138)으로부터 이격되더라도, 이온들은 필라멘트(101) 개구에 의해 정의되는 영역을 지나서 필라멘트(101)의 하부로 주입되지 않을 수 있다. 그러나, 빔(312) 및 개구(102)가 평행하게 방위가 정해지는 경우, 마스크(100)가 기판(138)과 접촉하고 있지 않으면, 이온들은 개구(102)에 의해 정의되는 영역을 지나서 주입될 수 있다. 따라서, 개구(102) 및 이온 빔을 직교하도록 방위를 정하는 것은 마스크(100)를 기판(138)의 상부에 위치시키는 것을 가능하게 하고, 이에 따라, 마스크는 접촉하지 않는 "가상의 마스크(virtual mask)"가 되도록 한다. 이와 동시에, 이 방위 결정은 마스크(100) 및 기판(138)이 독립적으로 이동하도록 한다.
또한, 전기 전도성이고 접지되는 경우, 마스크(100)는 플라즈마 플러드 건과 같은 전하 중화(charge neutralization) 부품들이 불필요하게 하기 위하여 빔의 전하 중화를 제공할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시 내용의 하나의 실시예에 따른 솔라 셀들을 제조하기 위한 기술이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 마스크(100)는 기판(138)의 상부에 위치될 수 있다. 본 실시예에서, 마스크(397)는 도 3에 도시된 것들과 유사할 수 있다. 기판(138) 및 마스크(100)의 상부의 이온 소스(380)에서, 이온들(312)이 발생될 수 있다. 발생된 이온들(312)은 리본 이온 빔(212)의 형태로 기판(138)을 향해 보내질 수 있다. 리본 빔이 바람직하지만, 스폿 이온 빔이 본 개시 내용에서 배치되지는 않는다. 도면에서 예시된 바와 같이, 이온들(212)의 일부분은 개구(102)를 통과하고 기판(138)으로 주입되어 주입된 영역(103)을 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 개구(102)에 실질적으로 수직으로 방위가 정해진 수평으로 조정된 리본 빔(312)이 이용되는 경우, 이온들(312)은 수평 방향, 즉, x축을 따라 0°에서 기판에 접근할 수 있다. 이온들은 주입된 영역(103)을 형성할 수 있고, 영역(103)은 수평 방향을 따라 개구(da)의 치수와 실질적으로 동일한 수평 방향을 따른 치수(di)를 가질 수 있다. 마스크(100)가 기판(138)으로부터 이격되더라도, 실질적으로 균일하고 명확하게 정의된 주입된 영역들(103)은 수평 방향을 따라 형성될 수 있다. 이와 같이, 시스템(200)이 하나의 방향I(예를 들어, 수직 방향)을 따라 조정되지 않더라도, 마스크(100)는 이온 주입 시스템(100)의 이용을 가능하게 할 수 있다. 또한, 마스크(100)는 기판(138)과 접촉할 필요가 없고, 이것은 기판(138) 및 마스크(100)의 독립적인 이동을 가능하게 한다. 이러한 장점들은 솔라 셀들을 제조하기 위한 기술의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 개시 내용에서는, 기판, 예를 들어, 솔라 셀을 제조하기 위한 신규 기술이 개시되어 있다. 본 명세서에서 사용된 용어들 및 표현들은 한정이 아니라 설명을 위해 이용되고 있고, 이러한 용어들 및 표현들을 이용함에 있어서, 도시되고 설명된 특징들(또는 그 일부들)의 임의의 등가물들을 배제하는 것을 의도하고 있지 않다. 다양한 변형들이 청구항들의 범위 내에서 가능하다는 것도 인식된다. 다른 변형들, 변동들 및 대안들도 가능하다. 따라서, 상기 설명은 단지 예시를 위한 것이며, 한정하기 위한 의도가 아니다.
Claims (17)
- 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계로서, 상기 마스크는 적어도 하나의 개구를 형성하기 위하여 서로 이격된 복수의 필라멘트(filament)들을 포함하는, 상기 솔라 셀의 상부에 마스크를 배치하는 단계;
상기 마스크의 적어도 하나의 개구에 의해 형성된 상기 솔라 셀의 일부분을 이온 주입하기 위하여 상기 솔라 셀을 향해 희망하는 종(species)의 리본 이온 빔을 보내는 단계; 및
상기 리본 빔의 더 긴 단면 치수가 하나의 평면에서 상기 개구에 수직이 되도록 상기 리본 이온 빔의 방위를 정하는 단계를 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 마스크 및 상기 솔라 셀 사이에 제 1 소정의 거리를 갖는 간격을 제공하는 단계를 더 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 복수의 필라멘트들 아래의 상기 솔라 셀의 또 다른 부분을 주입하지 않고, 상기 마스크의 적어도 하나의 개구에 의해 형성되는 상기 솔라 셀을 이온 주입하는 단계를 더 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 마스크의 상기 필라멘트에 접지 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 이온들은 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 및 텔루륨(Te) 중의 적어도 하나를 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 마스크는 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들을 더 포함하고, 상기 필라멘트들의 각각은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지되는 배선인, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 배선은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 및 납(Pb)과, 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함하는 금속 배선인, 솔라 셀의 제조 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 배선은 흑연, 석영, SiC 및 SiN 중의 적어도 하나를 포함하는, 솔라 셀의 제조 방법. - 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스;
솔라 셀을 지지하기 위한 기판 지지체;
이온들을 리본 이온 빔으로 조작하고 상기 리본 이온 빔을 상기 솔라 셀을 향해 보내기 위한 적어도 하나의 빔-라인(beam-line) 부품; 및
상기 솔라 셀 상부의 마스크를 포함하고,
상기 마스크는 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들을 포함하고, 상기 필라멘트들을 따라 적어도 하나의 개구를 형성하기 위해 복수의 필라멘트들이 서로 이격되어 있고, 상기 필라멘트들은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지되는, 솔라 셀을 제조하기 위한 이온 주입기. - 청구항 9에 있어서,
각각의 필라멘트는 배선을 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 이온 주입기. - 청구항 9에 있어서,
상기 필라멘트들은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 이온 주입기. - 청구항 9에 있어서,
상기 필라멘트들은 석영, SiC, 및 SiN 중의 적어도 하나의 유전체 물질을 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 이온 주입기. - 제 1 소정의 거리만큼 서로 이격된 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들; 및
상기 필라멘트들을 따라 적어도 하나의 개구를 형성하기 위하여 제 2 소정의 거리만큼 서로 이격된 복수의 필라멘트들을 포함하고,
상기 필라멘트들은 상기 제 1 및 제 2 필라멘트 지지체들에 의해 장력으로 유지되는, 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크. - 청구항 13에 있어서,
각각의 필라멘트는 배선을 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 필라멘트들은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Sn), 주석(Sn), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 탄소 섬유 중의 적어도 하나를 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 필라멘트들은 금속 배선을 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 필라멘트들은 석영, SiC 및 SiN 중의 적어도 하나를 포함하는, 솔라 셀을 제조하기 위한 마스크.
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