KR20110115068A - 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정계 실리콘 기판의 표면을 처리하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와; 상기 제1표면처리단계를 통해 상기 제1요철들이 형성된 기판의 외면 중 반사방지막이 형성될 표면을 드라이 에칭하여 상기 제1요철보다 크기가 작은 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 개시한다.
본 발명은 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와; 상기 제1표면처리단계를 통해 상기 제1요철들이 형성된 기판의 외면 중 반사방지막이 형성될 표면을 드라이 에칭하여 상기 제1요철보다 크기가 작은 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 개시한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정계 실리콘 기판의 표면을 처리하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
태양전지(solar cell)란 광전효과의 하나인 광기전력효과를 응용하여 기전력을 발생시킨 전지를 말한다.
태양전지는 기판의 재질에 따라 실리콘계 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 화합물 또는 적층형 태양전지로 분류된다. 여기서 실리콘계 태양전지는 다시 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘과 같은 결정계 실리콘 태양전지 및 비정질 실리콘 태양전지로 구분된다.
태양전지의 효율은 기판의 반사율 등 여러 가지 변수들에 의하여 결정되며 빛을 받는 표면에서의 빛의 반사, 즉 반사율을 최소화함으로써 극대화할 수 있다.
한편 제조비용이 저가인 결정계 실리콘 태양전지 분야에서도 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 빛의 반사율을 최소화하기 위한 다양한 방안들이 연구되고 있다.
본 발명의 목적은 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면에서의 빛의 반사를 최소화할 수 있는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와; 상기 제1표면처리단계를 통해 상기 제1요철들이 형성된 기판의 외면 중 반사방지막이 형성될 표면을 드라이 에칭하여 상기 제1요철보다 크기가 작은 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 개시한다.
상기 제1표면처리단계에서 상기 산성수용액은 HNO3 및 HF를 포함할 수 있으며, 상기 산성수용액은 수용액 내 HNO3 및 HF의 실질적 질량비가 1:1~5.5:1인 비율로 혼합될 수 있다.
상기 제1표면처리단계는 산성수용액이 담긴 저장조에 롤러에 의하여 기판이 이송되면서 수행되는 인라인방식에 의하여 수행되며, 6℃~10℃의 온도로 1분~10분 동안 식각이 수행될 수 있다.
상기 제1표면처리단계는 산성수용액이 담긴 저장조에 침지하여 식각이 수행되는 디핑방식에 의하여 수행되며, 6℃~10℃의 온도로 20분 동안 식각이 수행될 수 있다.
상기 제1표면처리단계 전에는 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판의 데미지를 산성수용액 또는 알칼리수용액으로 제거하는 기판손상처리단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1표면처리단계 후에는 상기 제1표면처리단계에서 발생된 불순물을 제거하는 제1세정공정과, 상기 기판의 외면에 잔존하는 다공성 이산화규소를 알칼리 화합물을 사용하여 일부 식각하는 서브식각공정과, 상기 서브식각공정 후에 기판의 외면에 잔존하는 불순물을 제거하는 제2세정공정과; 상기 제2세정공정 후 상기 기판을 건조시키는 건조공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1표면처리단계 후 및 상기 제2표면처리단계 전에 또는 상기 제2표면처리단계 후에 상기 제1표면처리단계에서 다수의 제1요철들이 형성된 기판의 외면 중 반사방지막이 형성될 표면의 반대면인 이면을 드라이 에칭하여 상기 이면에 형성된 제1요철들을 제거하는 이면요철제거단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2요철은 단면이 실질적으로 삼각형 형상을 이루며, 상기 제1요철의 정상 쪽으로 향하는 쪽의 변이 그 반대쪽 변보다 짧게 형성될 수 있다.
상기 결정계 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판 또는 다결정 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
상기 제1표면처리단계 후에 상기 결정계 실리콘 기판은 그 외면 중 반사방지막이 형성될 표면이 완전히 평면인 상태의 상기 표면의 면적을 이상면적이라고 할 때, 상기 제1표면처리단계에서 식각된 상기 표면의 실제표면적 대 이상면적의 면적비는 1.2 내지 3.2로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 포함하는 태양전지의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식에 의한 제1표면처리단계에 의하여 1차로 요철을 형성하고, 건식, 즉 드라이 에칭에 의한 제2표면처리단계에 의하여 2차로 미세요철을 형성함으로써 태양전지용 기판의 반사율을 현저하게 감소시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
특히 제1표면처리단계를 고온에서 수행되는 알칼리수용액을 사용하지 아니하고 저온에서 수행되는 산성수용액을 사용하여 수행함으로써 공정의 재현성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 상기 제1표면처리단계에서 식각된 상기 결정계 실리콘 기판의 실제표면적 및 이상면적의 면적비를 1.2~3.2로 함으로써 표면처리에 의한 반사율 저감을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식에 의한 요철을 형성하는 제1표면처리단계를 포함함으로써 미세요철 형성을 위한 드라이 에칭에 의한 공정시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식에 의한 요철을 형성하는 제1표면처리단계를 포함함으로써 드라이 에칭에 의한 제2표면처리단계에서 복수개의 기판들을 식각하는 경우 가장자리 쪽에 위치된 기판의 색차(color difference)를 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 태양전지의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 보여주는 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 보여주는 공정도이다.
도 4a는 도 3에 따른 기판의 표면처리방법의 제1표면처리단계에 의하여 1차로 표면처리된 기판을 보여주는 일부 단면도이며, 도 4b 및 도 4c는 각각 제1기판처리 후 면적비가 1.2 미만 및 3.2 이상인 경우를 보여주는 일부 단면도들이다.
도 5는 도 3에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 요철이 형성된 상태를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 제1표면처리단계 및 제2표면처리단계 후의 기판을 보여주는 일부 단면도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 보여주는 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 보여주는 공정도이다.
도 4a는 도 3에 따른 기판의 표면처리방법의 제1표면처리단계에 의하여 1차로 표면처리된 기판을 보여주는 일부 단면도이며, 도 4b 및 도 4c는 각각 제1기판처리 후 면적비가 1.2 미만 및 3.2 이상인 경우를 보여주는 일부 단면도들이다.
도 5는 도 3에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 요철이 형성된 상태를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 제1표면처리단계 및 제2표면처리단계 후의 기판을 보여주는 일부 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 태양전지의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 태양전지의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
본 발명에 따른 태양전지는 일예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, p-n접합구조가 형성된 기판(1)과, 빛을 수광하는 기판(1)의 상면, 즉 수광면(이하 '표면'이라 한다) 및 저면(이하 '이면'이라 한다)에 형성된 상면전극(2) 및 후면전극(3)과, 기판(1)의 표면에 형성된 반사방지막(4)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 기판(1)은 결정계 실리콘 재질, 더욱 바람직하게는 다결정계 실리콘 재질을 가진다. 또한 상기 태양전지는 수광면적을 증가시키기 위하여 수광면에는 전극이 형성되지 않고 이면에만 전극이 형성될 수도 있다.
그리고 상기와 같은 태양전지의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 와이어 소(wire saw)와 같은 장치로 슬라이싱하여 실리콘 기판(1)을 가공하는 기판가공단계(S10)와, 기판가공단계(S10) 후에 실리콘 기판(1)의 표면에서 요철을 형성하는 표면처리단계(S20)와; 표면처리단계(S20) 후에 p-n접합구조를 형성하는 도핑단계(S30)와; 도핑단계(S30) 후에 기판(1)의 표면에 반사방지막(4)을 형성하는 반사방지막 형성단계(S40)와; 기판(1)의 표면과 이면에 전극(2, 3)을 형성하는 전극형성단계(S50)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 전극형성단계(S50)는 태양전지의 제조방법에 따라서 도핑단계(S30) 전에 수행되는 등 그 공정순서가 달라질 수 있다. 그리고 상기 기판가공단계(S10)는 별도로 수행되거나 표면처리단계(S20)를 포함하는 후속단계들과 같이 수행될 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 단계들을 포함하는 태양전지의 제조방법은 각 단계별로 다양한 방법이 존재하는바 편의상 자세한 설명은 생략하고 표면처리단계(S20)와 관련하여 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법을 보여주는 공정도이다.
본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판(1)을 산성수용액으로 식각하여 기판(1)의 외면에 다수의 제1요철(10)들을 형성하는 제1표면처리단계(S210)와; 제1표면처리단계(S210)를 통해 다수의 제1요철(10)들이 형성된 기판(1)의 외면 중 반사방지막(4)이 형성될 기판(1)의 표면을 드라이 에칭하여 제2요철(20)들을 형성하는 제2표면처리단계(S230)를 포함하여 구성된다.
상기 제1표면처리단계(S210)는 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판(1)의 외면을 산성수용액으로 식각하여 제1요철(10)을 형성하는 단계이다. 특히 상기 제1표면처리단계(S210)는 기판(1)의 외면에 도 4a에 도시된 바와 같은 다수개의 제1요철(10)들을 형성하는 것을 목적으로 한다.
여기서 제1표면처리단계(S210)에서 산성수용액을 사용하는 경우 알칼리수용액을 사용하는 것보다 반사방지막(4)이 형성될 기판(1)의 표면에 대한 더 낮은 반사율의 확보가 가능하여 빛의 수광량을 증가시켜 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 제1표면처리단계(S210)에서 알칼리수용액을 사용하는 경우 기판(1)의 재질에 대한 의존성이 큰데 산성수용액을 사용하는 경우 기판(1)의 재질에 대한 의존성을 감소시킬 수 있다.
또한 상기 제1표면처리단계(S210)는 기판(1)의 수광면, 즉 표면에만 제1요철(10)이 형성되는 것이 바람직한바 수광면인 표면의 반대면인 이면에 제1요철(10)이 형성되는 것을 방지하기 위하여 마스크를 형성하는 등 기판(1)의 이면에 제1요철 형성을 방지하기 위한 공정이 수행(마스크 형성단계)될 수 있다.
상기 제1표면처리단계(S210)에서 사용되는 산성수용액은 HNO3 및 HF를 포함하는 수용액이 사용될 수 있으며, 그 질량비, 농도 등은 식각온도, 식각깊이 등을 고려하여 결정된다.
상기 제1표면처리단계(S210)에서 사용되는 산성수용액 중 수용액 내 HNO3및 HF의 실질적 질량비가 1:1~5.5:1인 비율인 것이 바람직하다. 여기서 상기 산성수용액은 표면 활성화제 및 촉매를 추가로 포함할 수 있다.
한편 상기 산성수용액은 HNO3, HF 및 CH3COOH (또는 탈이온수)를 포함하는 수용액이 사용될 수 있다.
이때 상기 제1표면처리단계(S210)에 의하여 식각되는 식각깊이(높이)는 1㎛~10㎛인 것이 바람직하다.
상기와 같은 제1표면처리단계(S210)는 산성수용액이 담긴 저장조(wet station)에서 롤러에 의하여 기판(1)이 이송되면서 식각이 수행되는 인라인방식 또는 산성수용액이 담긴 저장조(wet station)에 침지하여 식각이 수행되는 디핑방식(dipping)에 의하여 수행될 수 있다.
이때 상기 제1표면처리단계(S210)는 롤러에 의하여 기판(1)이 이송되면서, 즉 인라인방식에 수행되며, 6℃~10℃의 온도로 1분~10분 동안 식각이 수행될 수 있다.
상기 제1표면처리단계(S210)는 산성수용액이 담긴 저장조에 침지하여 식각이 수행되는 디핑방식에 의하여 수행되며, 6℃~10℃의 온도로 15~25분 동안 식각이 수행될 수 있다.
한편 상기 제1표면처리단계(S210)는 산성수용액과 같이 습식에 의하여 수행됨에 따라서 식각을 마친 후 기판(1)의 표면을 건조하는 등 후속 공정을 추가로 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1표면처리단계(S210) 후에는 제1표면처리단계(S210)에서 발생된 불순물을 제거하는 제1세정공정(S212)과, 기판(1)의 외면에 잔존하는 다공성 이산화규소(SiO2)를 알칼리 화합물(NaOH 또는 KOH)을 사용하여 일부 식각하는 서브식각공정(S213)과, 서브식각공정(S213) 후에 기판(1)의 외면에 잔존하는 불순물을 제거하는 제2세정공정(S214)과; 제2세정공정(S214) 후 기판(1)을 건조시키는 건조공정(S215)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1세정공정(S212) 및 제2세정공정(S214)은 각각 기판(1)의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 단계로서 불순물의 종류 및 특징에 따라서 하나의 단계 또는 복수개의 단계로 나누어서 수행될 수 있다.
도 4a는 도 3에 따른 기판의 표면처리방법의 제1표면처리단계에 의하여 1차로 표면처리된 기판을 보여주는 일부 단면도이며, 도 4b 및 도 4c는 각각 제1기판처리 후 면적비가 1.2 미만 및 3.2 이상인 경우를 보여주는 일부 단면도들이다. 도 4a 내지 도 5는 설명의 편의를 위하여 대략적으로 도시한 것으로 실제로는 식각깊이 및 최상단의 높이, 크기 등은 편차가 존재하며, 그 단면의 형상 또한 실제형상은 불규칙적이며 다양함은 물론이다.
한편 상기 제1표면처리단계(S210)에서 식각되어 외면에 다수개의 제1요철(10)들이 형성된 기판(1)의 외면 중 반사방지막(4)이 형성될 표면의 실제 표면적을 실제표면적(Sr)이라 하고 상기 표면이 완전히 평면인 상태의 표면의 면적을 이상면적(Si)이라 할 때, 제1표면처리단계(S210) 후에 결정계 실리콘 기판(1)은 도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이, 실제표면적(Sr) 대 이상면적(Si)의 면적비는 1.2 내지 3.2인 것이 바람직하다.
상기 면적비가 1.2보다 작은 경우 도 4b에 도시된 바와 같이, 요철(10) 생성의 정도가 작아 제1표면처리단계(S210)에 의한 반사율 감소가 크지 않은 문제점이 있다.
또한 상기 면적비가 3.2보다 큰 경우 도 4c에 도시된 바와 같이, 후속 단계인 제2표면처리단계(S230)에서 플라즈마에 의한 반응이 크지 않아 표면처리 효과를 감소시키는 문제점이 있다. 더 나아가 상기 면적비가 3.2보다 큰 경우 태양전지 제조방법의 후속공정인 전극형성단계(S50)에서 전극형성을 위한 금속물질의 확산을 방해하여 공극이 형성되는 등 후속 공정에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
한편 상기 제1표면처리단계(S210) 전에는 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판(1)에서 슬라이싱 과정에서 발생된 데미지를 산성수용액 또는 알칼리수용액으로 제거하는 기판손상처리단계(S11)를 추가로 포함할 수 있다.
여기서 상기 산성수용액은 HNO3 및 HF의 혼합수용액, HNO3,HF 및 CH3COOH (또는 탈이온수)가 사용될 수 있으며, HNO3 및 HF의 혼합수용액은 7:1로 사용할 수 있다. 여기서 혼합수용액의 H2O의 비율은 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자의 선택에 의하여 정해진다.
그리고 상기 기판손상처리단계(S11)는 알칼리수용액의 경우 약 80℃~90℃에서 약 15분~25분 정도 수행된다. 여기서 상기 알칼리수용액은 NaOH 또는 KOH가 사용되며, IPA(2-isopropyl-alcohol)가 추가로 혼합될 수 있다.
특히 상기 기판손상처리단계(S11)는 실리콘 기판이 단결정인 경우 알칼리수용액을 사용하고, 다결정인 경우 산성수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
한편 상기 기판손상처리단계(S11)는 제1표면처리단계(S210)에 포함되어 하나로 통합되어 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 제1표면처리단계 및 제2표면처리 후의 기판을 보여주는 일부 단면도이다.
상기 제2표면처리단계(S230)는 제1표면처리단계(S210)에서 표면처리된 결정계 실리콘 기판(1)의 외면 중 반사방지막(4)이 형성될 표면을 드라이 에칭하여 미세요철인 제2요철(20)을 형성하는 단계이다. 특히 상기 제2표면처리단계(S230)는 기판(1)의 표면에 도 6에 도시된 바와 같은 다수개의 제2요철(20)들을 형성하는 것을 목적으로 한다. 여기서 상기 제2요철(20)은 제1요철(10)보다 크기가 작은 미세요철들이다. 그리고 상기 제1요철(10)의 폭 및 높이는 대략 2㎛~20㎛ 및 1㎛~10㎛(제1요철(10)은 이상적으로 반구형상을 가짐이 바람직한바 폭은 지름에 해당되며, 높이는 식각깊이로서 반지름에 해당될 수 있음)의 크기를 가지며, 제2요철(20)은 대략 100㎚~800㎚의 크기를 가질 수 있다.
상기 제2표면처리단계(S230)에서 수행되는 드라이 에칭(Dry Etching)은 소정의 진공압 상태를 유지한 진공챔버를 이용하여 RIE(Reactive Ion Etching) 또는 ICP(Inductively coupled plasma)에 의하여 수행될 수 있다.
그리고 드라이 에칭에 사용되는 식각가스는 Cl2/CF4/O2, SF6/O2, CHF3/SF6/O2, NF3, F2 및 그 혼합물이 사용될 수 있다. 이때 식각 시간은 약 수초에서 수분 정도 수행된다.
그리고 상기 드라이 에칭이 RIE에 의하여 수행되는 경우 RIE에 의한 드라이 에칭은 미세요철인 제2요철(20)의 형성을 촉진하기 위하여 기판(1)의 상측에 다수개의 홀들이 형성된 플레이트를 설치하여 수행될 수 있다.
이때 드라이 에칭은 다수개의 기판(1)들이 적재되는 캐리어를 통하여 이송하여 드라이 에칭을 위한 드라이 에칭 장비 내의 기판지지대 상에 적재하여 수행될 수 있다.
한편 상기와 같은 제2표면처리단계(S230)에 의하여 표면처리가 수행된 후의 기판(1)의 표면은 도 6에 도시된 바와 같다.
상기 제2표면처리단계(S230)에서는 제1표면처리단계(S210)에 의하여 형성된 제1요철(10)보다 미세한 다수개의 제2요철(20)들이 기판(1)의 표면에 형성된다.
그리고 상기 제2요철(20)은 도 6에 도시된 바와 같이, 단면이 대략 삼각형 형상을 이루며, 제1요철(10)의 정상 쪽으로 향하는 쪽의 변이 그 반대쪽 변보다 짧게 형성된다.
한편 제1표면처리단계(S21)에서 기판(1)은 반사방지막(4)이 형성되는 '표면' 및 그 반대면인 '이면', 측면을 포함하는 외면 모두에 제1요철(10)들이 형성된다.
그런데 기판(1)의 외면에 형성된 다수개의 제1요철(10)들은 빛의 반사를 감소시켜 수광율을 높이는데 효과가 있지만 제1요철(10) 형성 후에 수행되는 후속공정인 전극형성단계(S50), 특히 기판(1) 이면에 두 개의 전극 모두를 형성하는 고효율 태양전지 기판을 제조할 경우에 전극패턴 형성을 어렵게 하는 문제점이 있다.
따라서 상기 제1요철(10)들은 기판(1)의 외면 중 빛을 수광하는 수광면, 즉 표면에서만 형성되는 것이 바람직하며 나머지 면들을 후속 공정의 편의를 위하여 제거될 필요가 있다.
특히 기판(1)의 외면에서 전극형성을 위하여 스크린 마스크를 사용하여 전극패턴 형성을 용이하게 할 수 있도록 기판(1)의 외면을 평탄화(Etch back)하는 것이 필요하며, 따라서 본 발명에 따른 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법은 제1표면처리단계(S210) 후 및 제2표면처리단계(S230) 전에, 또는 제2표면처리단계(S230) 후에 제1표면처리단계(S210)에서 제1요철(10)들이 형성된 기판(1)의 외면 중 반사방지막(4)이 형성될 표면의 반대면인 이면을 드라이 에칭하여 이면에 형성된 제1요철(10)들을 제거하는 이면요철제거단계(S220)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이면요철제거단계(S220)는 제1표면처리단계 이후 해당 기판(1)의 이면이 위로 향하도록 건식식각 장비 내로 로딩한 다음, RIE 또는 IPC를 사용하여 3um~10um 식각을 진행하여 평탄화를 진행할 수 있다. 이때 상기 기판(1)의 상측에는 필요에 따라서 다수개의 홀들이 형성된 플레이트를 설치하여 수행될 수도 있다.
이러한 이면요철제거단계(S220)에서 사용되는 식각가스는 SF6/O2, SF6/N2및 NF3, CF4,NF3, ClF3, F2 및 그 혼합물이 사용될 수 있다. 이때 식각시간은 약 수초에서 수분 정도이다.
이와 같이 드라이 에칭을 통해 이면요철제거단계(S220)를 진행함으로써, 종래 습식 방식을 통해 기판의 이면에 요철이 형성되는 것을 방지하기 위하여 사용했던 기판 이면에 대한 마스크 형성공정 및 마스크 제거공정을 수행하지 않아도 되어 기판(1)의 표면처리 시간을 단축할 수 있다.
즉, 기판(1)의 이면에 요철이 존재하지 않는 태양전지용 결정계 실리콘 기판을 제조할 경우, 제1표면처리 전에 기판(1) 이면에 요철 형성 방지용 마스크를 형성한 후, 식각 처리한 다음 기판(1) 이면에 형성되었던 마스크를 제거한다. 이로써 기판 표면에만 요철이 형성되는 것이다.
따라서 드라이 에칭적용 시 습식식각에 적용되었던 마스크 형성공정 및 마스크 제거공정이 불필요하기 때문에 제조비용의 절감 및 제조시간의 단축이 가능하며, 평탄한 이면 확보가 가능하다.
- 실시예
가. 제1표면처리
산성수용액: HNO3 및 HF의 실질적 질량비가 2:1인 비율로 혼합
식각시간: 인라인방식에 의하여 1분~10분
식각온도: 약 6℃~10℃
나. 제2표면처리 (드라이 에칭; RIE)
CHF3를 12.0sccm 정도, Cl2를 72sccm 정도, O2를 9sccm 정도 및 SF6를 65sccm정도를 반응압력 약 50mTorr 정도로 하고, 플라즈마를 위한 RF전원을 500W 정도로 하여 약 5초에서 10분 정도로 수행한다.
다. 실시예 및 비교예의 비교
본 발명에 따른 기판의 표면처리방법에 의하여 표면처리된 기판(1)의 반사율은 다음 표 1를 보면 알 수 있듯이, 종래의 방법에 의하여 표면처리된 기판의 반사율에 비하여 현저히 감소하였음을 알 수 있다.
| 구분 | 반사율(%, 350nm~1050nm) |
| 기판손상처리만 수행된 경우 | 28.96 |
| 기판손상처리 및 RIE 가 수행된 경우 | 10.51 |
| 제1표면처리 및 제2표면처리가 수행된 경우 | 7.79 |
여기서 본 발명에 따른 기판의 표면처리방법인 제1표면처리단계 및 제2표면처리단계가 수행된 후 PECVD에 의하여 반사방지막(4)이 형성된 후 반사율은 1.40이었다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1 : 기판 10 : 제1요철
20 : 제2요철
20 : 제2요철
Claims (1)
- 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와;
상기 제1표면처리단계를 통해 상기 제1요철들이 형성된 기판의 외면 중 반사방지막이 형성될 표면을 드라이 에칭하여 상기 제1요철보다 크기가 작은 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 결정계 실리콘 기판의 표면처리방법.
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