KR20110108091A - 플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광기전력 장치는 제1 전극 및 제2 전극 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층, 완충층, 수광층 및 n형 층을 포함하고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다.

Description

플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치 및 그의 제조 방법{PHOTOVOLTAIC DEVICE INCLUDING FLEXIBLE OR INFLEXIBLE SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
비정질 실리콘(a-Si) 광기전력 장치는 1976년에 최초로 개발된 이후로, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)의 가시광 영역에서의 높은 광감응도(photosensitivity), 광학적 밴드갭(optical band gap) 조절의 용이성, 저가, 저온, 대면적 공정 가능성으로 인하여 널리 연구되어져 왔다.
하지만, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)은 빛 조사에 의해 심각히 열화(degradation)되는 치명적인 단점인 스테블러-론스키 효과(Stabler-Wronski effect)가 있는 것이 발견되었다.
따라서, 비정질 실리콘계 물질들의 스테블러-론스키 효과(Stabler-Wronski effect)를 줄이려는 노력들이 행해졌고, 그 결과 실란(SiH4)을 수소 희석(H2 dilution)하는 방법이 개발되었다.
한편, 고 효율의 박막 광기전력 장치를 개발하기 위해서는 열화가 작은 수광층과 더불어, 수광층에 강한 전장(electric field)을 형성하고 그 자신은 가시광 흡수가 최소화된 p형 창층(window layer)이 필수적이다. 이에 따라 p형 창층과 완충층에 대한 연구가 광범위하게 진행되고 있다.
본 발명은 p형 창층과 수광층 사이의 계면 특성을 향상시킬 수 있는 광기전력 장치 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 광기전력 장치는 제1 전극 및 제2 전극 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층, 완충층, 수광층 및 n형 층을 포함하고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 제1 전극 및 제2 전극 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층, 완충층, 수광층 및 n형 층이 적층되고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고, 상기 p형 창층이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다.
본 발명은 p형 완충층을 이용하여 p형 창층과 수광층 사이의 계면에서 재결합을 효과적으로 줄여서 광기전력 장치의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 p-i-n 타입 및 n-i-p 타입 박막 광기전력 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 p형 창층의 제조 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 p형 완충층의 제조 방법을 나타낸다.
이하, 상기와 같은 실리콘 박막 광기전력 장치 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 p-i-n 타입 및 n-i-p 타입 박막 광기전력 장치의 단면도이다.
도1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 기판(10), 제1 전극(20), p형 창층(30a), 완충층(30b), 수광층(40), n형 층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 제1 전극(20) 및 제2 전극(60) 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층(30a), 완충층(30b), 수광층(40) 및 n형 층(50)을 포함한다.
즉, p-i-n 타입 광기전력 장치의 경우, 빛은 기판(10) 및 제1 전극(20)을 통하여 입사된다. 따라서 p-i-n 타입 광기전력 장치는 제1 전극(20)으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층(30a), 완충층(30b), 수광층(40) 및 n형 층(50)을 포함한다.
또한 n-i-p 타입 광기전력 장치의 경우, 빛은 제2 전극(60)을 통하여 입사된다. 따라서 n-i-p 타입 광기전력 장치는 제2 전극(60)으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층(30a), 완충층(30b), 수광층(40) 및 n형 층(50)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 기판(10)은 금속 포일(foil)이나 폴리머와 같은 플렉서블(flexible) 기판일 수도 있고, 유리와 같은 인플렉서블(inflexible) 기판일 수도 있다.
p-i-n 타입 광기전력 장치의 제1 전극(20)과 n-i-p 타입 광기전력 장치의 제2 전극(60)은 투광성을 지닌다. 투광성을 지닌 제1 전극(20) 또는 제2 전극(60)의 경우 ZnO와 같은 투명 도전성 산화물로 이루어질 수도 있다. 투명 도전성 산화물이 화학기상증착법으로 형성될 경우, 투명 도전성 산화물의 표면에는 요철이 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화물의 표면 요철은 빛 가둠 효과(light trapping effect)를 향상시킨다.
한편 p-i-n 타입 광기전력 장치의 제2 전극(60)과 n-i-p 타입 광기전력 장치의 제1 전극(20)은 스퍼터링 방법에 의하여 증착되는 금속으로 이루어질 수 있다.
p형 창층(30a)은 약하게 수소 희석된 비정질 실리콘 카바이드(p-a-SiC:H) 또는 약하게 수소 희석된 비정질 산화실리콘 (p-a-SiO:H)으로 이루어질 수 있다.
이 때, 완충층(30b)은 광기전력 장치의 고 효율화를 위해 p형 창층(30a)에 비하여 상대적으로 강하게 수소 희석된다. 이에 따라 완충층(30b)의 수소 농도는 p형 창층(30a)의 수소 농도보다 크다. 또한 완충층(30b)의 불순물 농도는 p형 창층(30a)의 불순물 농도에 비하여 낮다. 이 때 p형 창층(30a) 및 완충층(30b) 의 수소 함량은 10 atomic % 이상 25 atomic % 이하일 수 있다. 또한 p형 창층(30a)의 불순물 농도는 1ⅹ1019 cm-3 이상 1ⅹ1021 cm-3 이하일 수 있고, 완충층(30b)의 불순물 농도는 1ⅹ1016 cm-3 이상 5ⅹ1019 cm-3 이하일 수 있다.
예를 들어, p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다. 또한 p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다. 이 때 완충층(30b)은 p형 창층(30a)에 비하여 강하게 수소희석되고 그 불순물 농도는 p형 창층(30a)의 불순물 농도 및 산소 또는 탄소 농도에 비하여 낮다.
이하, p형 창층(30a) 및 완충층(30b)를 포함하는 광기전력 장치의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 p형 창층(30a)의 제조 방법을 나타내고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 p형 창층(30b)의 제조 방법을 나타낸다.
p-i-n 타입의 광기전력 장치의 경우, 기판(10) 상에 제1 전극(20)이 형성되고, 제1 전극(10) 상에 p형 창층(30a)이 형성된다. 완충층(30b)은 p형 창층(30a) 상에 형성된다. 다음으로 수광층(40), n형 층(50) 및 제2 전극(60)이 순차적으로 형성될 수 있다.
n-i-p 타입의 광기전력 장치의 경우, 기판(10) 상에 제1 전극(20)이 형성되고, 제1 전극(10) 상에 n형 층(50)이 p형 창층(30a)에 비하여 먼저 형성된다. 수광층(40)은 n형 층(50) 상에 형성되고 이후 완충층(30b), p형 창층(30a) 및 제2 전극(60)이 순서대로 형성된다.
이와 같은 p형 창층(30a), 완충층(30b), 수광층(40) 및 n형 층(50)은 다중접합 광기전력 장치의 상층전지로 사용될 수 있다. 이 때 상층전지는 다중접합 광기전력 장치에 포함된 복수 개의 단위전지들 중 빛이 가장 먼저 입사되는 단위전지이다.
본 발명의 실시예에 따른 p형 창층(30a)은 산소 또는 탄소를 포함하므로 광학적 밴드갭이 크고, 완충층(30b)은 p형 창층(30a)과 수광층(40) 사이 급격한 이종접합을 방지한다.
이에 따라 p형 창층(30a)은 수광층(40)에 강한 전장(electric field)을 형성하고 그 자신은 가시광 흡수가 최소화한다. 또한 급격한 이종접합이 방지되므로 p형 창층(30a)과 수광층(40) 계면 사이의 재결합 손실이 줄어든다.
도 2에 도시된 바와 같이, p층 창층(30a)을 증착하기 위하여 기판(10)이 p층 증착 챔버로 이송된다(S11).
이때, p층 증착 챔버의 기판 홀더(holder)의 온도는 증착 온도로 설정되어 컨트롤되어야 한다(S12). 증착 온도는 약하게 수소 희석된 p형 창층(30a)이 증착되고 있을 때의 기판(10)의 실제 온도로서, 100 oC 이상 200 oC 이하일 수 있다. 온도가 100 oC 보다 작으면, p형 창층(30a)의 증착률이 떨어지고 결함(defect) 밀도가 높은 열악한 박막이 증착 된다. 온도가 200 oC 보다 높으면, 고 에너지 수소 플라즈마에 의한 투명전극의 식각이 심화되어, p형 창층(30a) 밑에 있는 박막의 원자들이 광기전력 장치 제작 중 이후 형성되는 다른 박막에 확산될 수 있다. 이러한 원소는 불순물로 작용하여 광기전력 장치의 양자효율(quantum efficiency)를 감소시키게 되므로, 광전 변환 효율(conversion efficiency)을 감소시킨다.
예를 들어, p-i-n 타입 광기전력 장치의 경우, 제1 전극(20)의 산화아연의 경우, 산화아연의 낮은 준위의 도너(shallow donor)로 작용하는 수소가 200 oC 보다 큰 온도에서는 산화아연의 표면이나 입자경계(grain boundary)로부터 빠져나가 제1 전극(20)의 비저항을 증가시키는 원인이 될 수 있다.
온도가 200 oC 이하에서는 제1 전극(20)의 굴절률이 3.0 이하로 낮아질 수 있으므로 제1 전극(20)과 수광층(40) 사이에서 굴절률 매칭에 의한 반사 방지 효과를 가져와서 광기전력 장치의 단락 전류가 증가될 수 잇다.
기판(10)이 p층 증착 챔버로 반송된 후, 터보펌프(turbo molecular pump)와 같은 고진공 펌프의 동작에 의하여 p층 증착 챔버의 압력이 진공에 가까운 베이스 압력(base pressure)에 도달한다(S13). 이때, 베이스 압력은 10-7 이상 10-5 Torr 이하일 수 있다. 베이스 압력이 베이스 압력은 10-7 보다 낮을 경우 이물질에 의한 오염(contamination)이 적은 양질의 박막이 증착될 수 있으나, 증착 시간이 오래 걸려 생산성이 낮을 수 있다. 또한 베이스 압력이 10-5 Torr 보다 높을 경우, 이물질로 인한 오염 때문에 양질의 박막을 얻을 수 없다.
베이스 압력에 도달한 후, 반응가스가 증착 챔버 내로 유입되며, 반응가스의 유입에 따라 증착 챔버는 증착 압력에 도달한다(S14). 반응가스는 실란(SiH4), 수소(H2), 3족 불순물 가스, 탄소 또는 산소 원료가스를 포함한다. 3족 불순물 가스로는 디보란(B2H6), TMB (TriMethylBoron), TEB (TriEthylBoron) 등이 사용될 수 있다. 탄소 원료가스로는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2) 등이 사용될 수 있으며, 산소 원료가스로는 O2 또는 CO2 등이 사용될 수 있다. 각각의 원료가스의 유량은 각각의 유량조절기(MFC; Mass Flow Controller)에 의해서 조절된다.
설정된 증착 압력에 도달하면, 증착 챔버에 연결되어 있는 압력조절기와 앵글밸브에 의해서 증착 챔버의 압력이 일정하게 유지된다. 증착 압력은 박막의 두께 균일도(uniformity), 양질의 특성 및 적정 증착률을 얻을 수 있는 값으로 설정되는데, 0.4 이상 2.5 Torr 이하일 수 있다. 증착압력이 0.4 Torr 보다 작으면, p형 창층(30a)의 두께 균일도와 증착률이 떨어질 수 있다. 또한 증착압력이 2.5 Torr 보다 크면 증착챔버 내의 플라즈마 전극에 파우더가 발생하거나 가스사용량이 증가하여 제조단가가 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 증착 챔버 내의 압력이 증착 압력으로 안정화되면, 13.56 MHz 주파수를 사용하는 RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)나, 13.56 MHz 보다 큰 주파수를 사용하는 VHF (Very High Frequency) PECVD 방법을 사용하여 증착 챔버 내의 반응가스를 분해(S15)한다. 이에 따라 약하게 수소 희석된 p형 창층(30a)이 증착된다(S16).
p형 창층(30a)의 두께는 12 nm 이상 17 nm 이하일 수 있다. p형 창층(30a)의 두께가 12 nm보다 작으면 전도도가 낮아 진성의 수광층에 강한 전계를 형성할 수 없어서 광기전력 장치의 개방전압이 낮을 수 있다. 또한 p형 창층(30a)의 두께가 17 nm 보다 크면, p형 창층(30a)에서의 광흡수가 늘어나서 단락전류가 감소하여 변환효율이 감소할 수 있다. 증착 중 반응가스의 조성이 일정하게 유지되기 때문에, 광학적 밴드갭이 일정한 수소 희석된 p형 창층(30a)이 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 p형 창층(30a)의 전기적 전도도는 약 1x10-6 S/cm 이고, 광학적 밴드갭은 약 2.0 eV 일 수 있다. p형 창층(30a) 형성시 수소 희석비의 지표인 실란 농도는 4% 이상 10% 이하일 수 있다. 이 때 실란의 농도는 실란 유량에 대한 실란 유량과 수소 유량의 합의 비이다.
실란 농도가 4%보다 낮으면 증착 초기에 p형 창층(30a) 밑에 있는 박막이 활성화된 수소 이온에 의한 손상이 증가될 수 있다. p-i-n 타입 광기전력 장치인 경우, p형 창층(30a) 밑에 있는 박막은 제1 전극(20)일 수 있고, n-i-p 타입 광기전력 장치인 경우, p형 창층(30a) 밑에 있는 박막은 완충층(30b) 일 수 있다. 실란 농도가 10% 보다 크면 p형 창층(30a)의 증착 속도가 너무 빨라서 두께 제어가 어려우며, 창층 조직 내에 무 질서도가 증가하여 미결합손(dangling bond)과 같은 결함 밀도가 증가할 수 있다.
또한, 3족 불순물 가스와, 탄소 또는 산소 원료가스의 유량은 p형 창층(30a)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 동시에 만족하기 위한 값으로 선택된다.
3족 불순물 가스의 농도가 증가하면, 전기적 전도도는 증가하나 광학적 밴드갭은 감소할 수 있다. 반면, 탄소 또는 산소 원료가스의 농도가 증가하면, 전기적 전도도는 감소하나 광학적 밴드갭은 증가한다.
p형 창층(30a) 의 증착 종료는 플라즈마의 턴오프에 의하여 이루어진다(S17).
도4에 나타난 바와 같이, 완충층(30b)을 제조하는 방법은 다음과 같다.
완충층(30b)을 형성하기 위한 반응가스는 실란(SiH4), 수소(H2), 3족 불순물 가스, 탄소 또는 산소 원료가스를 포함한다. 3족 불순물 가스, 탄소 원료가스 및 산소 원료가스는 앞서 언급되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
본 발명의 실시예에서 p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다. 따라서 p형 창층(30a) 형성시 산소 원료가스가 사용되면, 탄소 원료가스 또는 산소 원료가스가 완충층(30b)의 형성에 사용된다.
또한 본 발명의 실시예에서 p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어진 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다. 따라서 p형 창층(30a) 형성시 탄소 원료가스가 사용되면, 산소 원료가스가 완충층(30b)의 형성에 사용된다. 아울러 p형 창층(30a)은 완충층(30b)에 비하여 약하게 수소희석되고 불순물 농도가 높게 도핑될 수 있다. 또한 p 형 창층(30a)의 탄소 함량보다 완충층(30b)의 산소 함량보다 작을 수 있다.
이와 같은 p형 창층(30a)과 완충층(30b)이 형성되므로 p형 창층(30a)과 완충층(30b)의 형성시 반응가스에 포함된 가스들의 설정 유량과 증착 압력이 달라진다.
p형 창층(30a) 형성 후 완충층(30b)이 형성되거나 완충층(30b) 형성 후 p형 창층(30a)이 형성될 경우, 반응가스에 포함된 가스들의 설정 유량과 증착 압력이 달라지므로 증착 챔버의 압력조절기에 연결되어있는 앵글 밸브를 완전히 개방하고, 각각의 유량조절기의 설정을 완충층 증착 유량이나 p형 창층(30a)의 증착 유량으로 바꾸어준다.
이에 따라 압력조절기의 설정 압력을 완충층 증착 압력으로 변경 설정하여 앵글밸브의 조절을 통한 증착 압력의 컨트롤이 실시된다(S21). 완충층(30b)의 증착 압력은 박막의 두께 균일도, 특성 및 적정 증착률을 고려하여 0.4 Torr 이상 2.5 Torr 이하일 수 있다. 완충층(30b)의 증착 압력이 0.4 Torr 보다 낮으면 박막의 균일도와 증착률이 떨어질 수 있다. 또한 완충층(30b)의 증착 압력이 2.5 Torr 보다 크면 증착 챔버의 플라즈마 전극에 파우더가 발생하거나 가스사용량이 증가하여 제조 단가(production cost)가 증가할 수 있다.
증착 챔버 내의 압력이 증착 압력으로 안정화되면 RF PECVD나 VHF PECVD 방법에 따라 증착 챔버 내에서 반응가스가 분해된다 (S22). 이에 따라 p형 창층(30a) 보다 강하게 수소 희석된 완충층(30b)이 증착된다(S23).
완충층(30b)의 두께는 3 nm 이상 8 nm 이하일 수 있다. 완충층(30b)의 두께가 3 nm보다 작으면, p형 창층(30a)과 수광층(40) 사이의 계면에서 재결합을 줄이는 완충층(30b)의 역할이 안정적으로 이루어질 수 없다. 완충층(30b)의 두께가 8 nm 보다 크면 완충층(30b)에서의 광흡수가 늘어나서 단락전류의 감소를 가져오고, 직렬(series) 저항의 증가로 변환효율이 감소한다.
완충층(30b)의 증착 중에 반응가스에 포함된 가스들의 유량이 일정하게 유지되므로, 일정한 광학적 밴드갭을 갖는 완충층(30b)이 형성될 수 있다. 완충층(30b)의 형성시 수소 희석비의 지표인 실란 농도값은 0.5 이상 5% 이하일 수 있다. 실란 농도값이 0.5%보다 낮으면, 고 에너지 수소이온에 의하여 완충층(30b) 밑에 있는 박막의 손상을 초래할 수 있다. 실란 농도값이 5%보다 높으면, 증착 속도가 빨라서 완충층(30b)의 두께 제어가 힘들고 수소 희석이 낮아서 전기적 전도도가 떨어지므로 진성의 수광층에 높은 전계를 형성하지 못하게 될 수 있다. 또한, 완충층(30b) 조직의 무 질서도가 증가하여 미결합손(dangling bond) 밀도가 높아질 수 있다.
한편, p형 창층(30a)에 함유된 불순물이 진성의 수광층(40)으로 확산되어 단파장 영역에서 양자효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 완충층(30b)의 불순물 농도는 p형 창층(30a)의 불순물 농도보다 낮을 수 있다.
이와 같이 불순물이 수광층(40)으로 확산되는 것을 방지하면서도 완충층(30b)의 전기적 전도를 유지할 수 있는 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스 유량의 비는 100 ppm 이상 2000 ppm 이하일 수 있다. 완충층(30b) 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스 유량의 비가 100 ppm 이상인 경우 내부 전계 (built-in potential)의 저하를 방지할 수 있다. 또한 완충층(30b) 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스 유량의 비가 2000 ppm 이하인 경우 p형 창층(30a)과 수광층(40)의 계면에서 불순물이 수광층(40)으로 과도하게 확산되는 것이 방지될 수 있다.
p형 창층(30a) 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스의 유량비는 5000 ppm 이상 50000 ppm 이하일 수 있다. p형 창층(30a) 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스의 유량비는 5000 ppm 이상인 경우 전기적 전도도의 하락으로 인한 개방전압과 곡선 인자 (fill factor)가 악화되는 것이 방지될 수 있다. 또한 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스의 유량비가 50000 ppm 이하인 경우, 미결합손에 의한 재결합 및 흡수계수가 과도하게 증가되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 약하게 수소 희석된 p형 창층(30a)과 수광층(40)의 광학적 밴드갭이나, 탄소 또는 산소 농도의 급격한 변화를 방지하기 위하여 완충층(30b)의 탄소 또는 산소 농도는 0.5 atomic % 이상 3 atomic % 이하일 수 있다.
완충층(30b)의 탄소 또는 산소 농도가 0.5 atomic %보다 낮으면, p형 창층(30a)과 완충층(30b) 사이의 농도차가 커져 p형 창층(30a)과 완충층(30b) 사이의 계면에서 결함(defect) 밀도가 높아져 재결합이 증가한다. 완충층(30b)의 탄소 또는 산소 농도가 3 atomic % 보다 크면, 완충층(30b)의 전도도가 감소하여 수광층(40)에 높은 전계가 형성되기 어렵다.
앞서 설명된 바와 같이 p형 창층(30a)의 전기적 전도도는 약 1x10-6 S/cm 이고, 광학적 밴드갭은 약 2.0 eV 일 수 있다. 이와 같은 p형 창층(30a)의 전기적 전도도 및 광학적 밴드갭을 위하여 p형 창층(30a)의 산소 또는 탄소의 함량은 5 atomic % 이상 40 atomic % 이하일 수 있다.
완충층(30b) 증착의 종료는 플라즈마의 턴오프에의하여 이루어진다(S24). 모든 유량조절기들을 통한 가스의 유량 흐름이 차단되고 압력조절기에 연결된 앵글밸브가 완전히 개방됨으로써 증착 챔버에 잔존하는 가스들이 배기 라인을 통하여 방출된다.
한편, 본 발명의 실시예에서 p형 창층(30a) 및 완충층(30b)이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 배기 공정없이 하나의 증착 챔버에서 p형 창층(30a) 및 완충층(30b)이 형성될 수 있다. 즉, p형 창층(30a) 및 완충층(30b)을 형성시 동일한 종류의 가스들이 사용된다. 따라서 p형 창층(30a) 또는 완충층(30b) 형성 후 다른 하나의 박막은 증착 챔버 내부에 있는 가스들의 배기없이 가스들의 유량 조절 및 압력 조절에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고, p형 창층(30a)이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 완충층(30b)은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어진다. 이 때 완충층(30b)이 p형 창층(30a)에 비하여 높게 수소희석되므로 산소 또는 탄소의 함량이 적더라도 높은 전기 전도도와 넓은 광학적 밴드갭을 얻을 수 있다. 완충층(30b)의 산소 또는 탄소의 함량이 줄어들므로 수광층(40)으로 확산되는 산소 또는 탄소가 감소할 수 있고 빛 조사에 따른 열화율 역시 감소할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기판 20 : 제1 전극
30a : p형 창층 30b : 완충층
40 : 수광층 50 : n형 층
60 : 제2 전극

Claims (18)

  1. 제1 전극 및 제2 전극 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층, 완충층, 수광층 및 n형 층을 포함하고,
    상기 p형 창층이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고,
    상기 p형 창층이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충층의 수소 농도는 상기 p형 창층의 수소 농도에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 p형 창층 및 상기 완충층의 수소 함량은 10 atomic % 이상 25 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충층은 상기 p형 창층의 불순물 농도에 비하여 낮은 농도의 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 완충층의 불순물 농도는 상기 p형 창층의 불순물 농도에 비하여 낮으며,
    상기 p형 창층의 불순물 농도는 1ⅹ1019 cm-3 이상 1ⅹ1021 cm-3 이하일 수 있고, 상기 완충층의 불순물 농도는 1ⅹ1016 cm-3 이상 5ⅹ1019 cm-3 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 p형 창층의 두께는 12 nm 이상 17 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 완충층의 두께는 3 nm 이상 8 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 p형 창층의 산소 또는 탄소의 함량은 5 atomic % 이상 40 atomic % 이하이고,
    상기 완충층의 탄소 또는 산소 농도는 0.5 atomic % 이상 3 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
  9. 제1 전극 및 제2 전극 중 빛이 먼저 입사되는 측으로부터 순차적으로 적층된 p형 창층, 완충층, 수광층 및 n형 층이 적층되고,
    상기 p형 창층이 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지고,
    상기 p형 창층이 수소화된 비정질 실리콘 카바이드로 이루어질 경우, 상기 완충층은 수소화된 비정질 산화실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 완충층의 수소 농도는 상기 p형 창층의 수소 농도에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 완충층은 상기 p형 창층의 불순물 농도에 비하여 낮은 농도의 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 완충층 및 상기 p형 창층의 형성시 공정챔버에 실란 및 불순물 원료가스가 유입되고,
    상기 p형 창층 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스의 유량비는 5000 ppm 이상 50000 ppm 이하이고,
    상기 완충층 형성시 실란의 유량에 대한 불순물 원료가스의 유량비는 100 ppm 이상 2000 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 p형 창층의 두께는 12 nm 이상 17 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 완충층의 두께는 3 nm 이상 8 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 p형 창층의 산소 또는 탄소의 함량은 5 atomic % 이상 40 atomic % 이하이고,
    상기 완충층의 탄소 또는 산소 농도는 0.5 atomic % 이상 3 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 p형 창층 형성시 증착 챔버에 유입되는 실란의 농도는 4% 이상 10% 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 완충층 형성시 증착 챔버에 유입되는 실란의 농도는 0.5 이상 5% 이하 인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 p형 창층 및 상기 완충층이 배기 공정없이 하나의 증착 챔버에서 상기 p형 창층 및 상기 완충층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
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