KR20120026803A - 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법 - Google Patents

태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정계 실리콘 기판의 표면을 처리하는 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 상기 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와; 제1에칭가스를 사용하여 상기 기판의 외면 중 빛을 수광하는 상면에 에칭잔사를 부착시키면서 상기 제1요철보다 크기가 작은 다수의 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계와; 상기 제2표면처리단계를 거친 상기 기판의 상면에 부착된 에칭잔사를 제거하는 잔사제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법을 개시한다.

Description

태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지 제조방법 {Surface processing method of silicon substrate for solar cell, and manufacturing method of solar cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정계 실리콘 기판의 표면을 처리하는 태양전지기판의 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 습식식각 및 건식식각의 조합에 의하여 기판표면에 다수의 미세요철들을 형성한 후, 건식식각 과정에서 기판표면에 부착된 에칭잔사를 제거함으로써 빛의 반사를 낮추기 위한 미세요철을 효율적으로 형성할 수 있는 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 상기 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와; 제1에칭가스를 사용하여 상기 기판의 외면 중 빛을 수광하는 상면에 에칭잔사를 부착시키면서 상기 제1요철보다 크기가 작은 다수의 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계와; 상기 제2표면처리단계를 거친 상기 기판의 상면에 부착된 에칭잔사를 제거하는 잔사제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법을 개시한다.
상기 제1표면처리단계에서 상기 산성수용액은 HNO3 및 HF를 포함할 수 있다.
상기 제1표면처리단계 전에는 결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판의 데미지를 산성수용액 또는 알칼리수용액으로 제거하는 기판손상처리단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 결정계 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판 또는 다결정 실리콘 기판일 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 3.2인 것이 바람직하다.
상기 잔사제거단계는 잔사제거액이 담긴 저수조에 상기 기판을 침지하거나, 롤러에 의하여 상기 기판이 이송되면서 상기 에칭잔사를 제거할 수 있다.
상기 잔사제거액은 불소산수용액일 수 있으며, 물 또는 불소산수용액을 포함하며 잔사제거단계 수행시 상기 잔사제거액에 초음파가 인가될 수 있다.
상기 잔사제거단계는 제2에칭가스를 플라즈마화하여 상기 기판의 상면에서 상기 에칭잔사를 제거할 수 있다.
상기 제2에칭가스는 불소 또는 염소를 포함할 수 있다.
상기 제2에칭가스는 HCl, ClF3, NF, CF4, C3F8, NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2에칭가스는 상기 제1에칭가스보다 상기 기판과 반응성이 낮을 수 있다.
상기 제1에칭가스는 Ⅶ족에 속하는 원소를 포함하는 가스이며, 상기 제2에칭가스는 Ⅶ족을 제외한 원소들 중 적어도 하나를 포함하는 가스일 수 있다.
상기 제2에칭가스는 불활성가스 및 산소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 잔사제거단계 후, 상기 기판을 불소산 수용액에 침지하는 불소산침지단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 태양전지기판의 표면처리방법을 포함하는 태양전지의 제조방법을 개시한다.
본 발명은 또한 상기와 같은 태양전지의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지를 개시한다.
본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식식각 및 건식식각을 통하여 기판표면에 다수의 제1요철 및 제1요철보다 크기가 작은 다수의 제2요철(미세요철)을 형성하고, 건식식각 과정에서 기판표면에 부착된 에칭잔사를 제거함으로써 태양전지용 기판의 반사율을 현저하게 감소시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
특히 습식식각인 제1표면처리를 고온에서 수행되는 알칼리수용액을 사용하지 아니하고 저온에서 수행되는 산성수용액을 사용하여 수행함으로써 공정의 재현성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식식각인 제1표면처리단계에 의하여 제1요철을 1차로 형성함으로써 건식식각을 사용하여 제2요철인 미세요철 형성을 위한 제2표면처리의 수행시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
더 나아가 본 발명은 습식식각 및 건식식각에 의하여 미세요철을 형성한 후 기판표면에 부착된 에칭잔사를 제거하는 에칭잔사제거단계를 추가로 수행함으로써 미세요철 형성을 위한 제2표면처리단계에서 발생하는 부산물인 에칭잔사를 효율적으로 제거하여 에칭잔사의 잔존으로 인한 태양전지의 효율저하를 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지제조방법은 습식에 의한 요철을 형성하는 제1표면처리단계를 포함함으로써 건식식각에 의한 제2표면처리단계에서 복수개의 기판들을 식각하는 경우 가장자리 쪽에 위치된 기판의 색차(color difference)를 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 태양전지의 구조의 일예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
도 3a는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계에 의하여 1차로 표면처리된 기판을 보여주는 일부 단면도이며, 도 3b 및 도 3c는 각각 제1표면처리단계 후 면적비가 1.2 미만 및 3.2 이상인 경우를 보여주는 일부 단면도들이다.
도 4는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계에 의하여 제1요철이 형성된 상태를 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계 및 제2표면처리단계 후의 기판을 보여주는 일부 단면도이다.
도 6은 도 5에서 A부분을 확대한 확대단면도로서, 기판표면에서 에칭잔사 제거 전의 확대단면도이다.
이하 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법 및 태양전지의 제조방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 태양전지의 구조의 일예를 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
본 발명에 따른 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이, p-n접합구조가 형성된 기판(1)과, 빛을 수광하는 수광면인 기판(1)의 상면 및 저면에 형성된 제1전극(2) 및 제2전극(3)과, 기판(1)의 상면에 형성된 반사방지막(4)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 기판(1)은 결정계 실리콘 재질, 더욱 바람직하게는 다결정계 실리콘 재질을 가진다.
그리고 상기 기판(1)의 반도체구조, 전극-예를 들면 전극은 수광면에 형성되지 않고 저면에만 형성되는 등 다양한 구조가 가능하다- 등은 태양전지소자의 종류에 따라서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에서 요철을 형성하는 표면처리단계(S20)와; 표면처리단계(S20) 후에 p-n접합구조를 형성하는 반도체층형성단계(S30)와; 반도체층형성단계(S30) 후에 기판(1)의 표면에 반사방지막(4)을 형성하는 반사방지막형성단계(S40)와; 기판(1)의 표면과 저면에 전극(2, 3)을 형성하는 전극형성단계(S50)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 단계들을 포함하는 태양전지의 제조방법은 각 단계별로 다양한 방법이 존재하는바 편의상 자세한 설명은 생략하고 표면처리단계(S20)로서, 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법에 관하여 상세히 설명한다.
그리고 상기 실리콘 기판(1)은 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 와이어 소(wire saw)와 같은 장치로 슬라이싱하여 실리콘 기판(1)을 가공하는 기판가공단계(S10)에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법은 기판(1)의 표면, 특히 빛을 수광하는 상면에 다수의 미세요철들을 형성하여 빛의 반사율을 낮추어 태양전지의 효율을 높이기 위한 방법이다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 결정계 실리콘 기판(1)을 산성수용액으로 식각하여 기판(1)의 외면에 다수의 제1요철들을 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 제1에칭가스를 사용하여 건식식각하여 제2요철(20)을 형성하는 제2표면처리단계(S220)와; 기판(1)의 상면에 부착된 에칭잔사(40)를 제거하는 잔사제거단계(S230)를 포함하여 구성된다.
상기 제1표면처리단계(S210)는 결정계 실리콘 기판(1)의 외면을 산성수용액으로 식각하여 제1요철(10)을 형성하는 단계이다. 특히 상기 제1표면처리단계(S210)는 기판(1)의 외면에 도 3a에 도시된 바와 같은 다수개의 제1요철(10)들을 형성하는 것을 목적으로 한다.
여기서 실리콘 기판(1)이 다결정계 실리콘 기판일 때 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 상면에만 제1요철(10)이 형성되는 것이 바람직한바 수광면인 상면의 반대면인 저면에 제1요철(10)이 형성되는 것을 방지하기 위하여 마스크를 형성하는 등 기판(1)의 저면에 제1요철(10)의 형성을 방지하기 위한 공정이 수행될 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 식각깊이는 1㎛~10㎛인 것이 바람직하다.
도 4는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계에 의하여 제1요철이 형성된 상태를 보여주는 개념도이다.
상기 제1표면처리단계(S210)에 의하여 형성되는 제1요철(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 그 식각깊이가 1㎛~10㎛이고 지름이 약 2㎛~20㎛정도의 반구형 형상을 가질 수 있다. 도 4는 제1요철(10)의 이상적인 형상을 도시한 것으로서 대략 반구형상을 가질 수 있다.
상기와 같은 제1표면처리단계(S210)는 알칼리수용액 또는 산성수용액, 바람직하게는 산성수용액이 담긴 저장조(wet station)에 롤러에 의하여 기판(1)이 이송되면서 식각이 수행되는 인라인방식 또는 알칼리수용액 또는 산성수용액, 바람직하게는 산성수용액이 담긴 저장조(wet station)에 침지하여 식각이 수행되는 디핑방식(dipping)에 의하여 수행될 수 있다.
이때 상기 제1표면처리단계(S210)는 인라인방식에 의하여 수행될 때 6~10℃의 온도로 1분~10분 동안 식각이 수행될 수 있다.
상기 제1표면처리단계(S210)는 디핑방식에 의하여 수행될때 6℃~10℃의 온도로 15~25분 동안 식각이 수행될 수 있다.
한편 상기 제1표면처리단계(S210)는 산성수용액과 같이 습식식각에 의하여 수행됨에 따라서 식각을 마친 후 기판(1)의 표면을 건조하는 등 후속 공정을 추가로 포함할 수 있다.
도 3a는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계에 의하여 1차로 표면처리된 기판을 보여주는 일부 단면도이며, 도 3b 및 도 3c는 각각 제1표면처리단계 후 면적비가 1.2 미만 및 3.2 이상인 경우를 보여주는 일부 단면도들이고, 도 4는 도 2의 태양전지의 제조방법 중 제1표면처리단계에 의하여 제1요철이 형성된 상태를 보여주는 개념도이다. 도 3a 내지 도 3c 및 도 4는 설명의 편의를 위하여 대략적으로 도시한 것으로 실제로는 제1요철의 형상, 식각깊이 및 최상단의 높이, 크기 등은 편차가 존재하며, 그 단면의 형상 또한 실제형상은 불규칙적이며 다양함은 물론이다.
한편 도 4에 도시된 바와 같이, 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 실제표면적(Sr) 대 이상면적(Si)의 면적비는 1.2 내지 3.2인 것이 바람직하다.
상기 면적비가 1.2보다 작은 경우 도 3b에 도시된 바와 같이, 요철(10) 생성의 정도가 작아 제1표면처리(S210)에 의한 반사율 감소가 크지 않은 문제점이 있다.
또한 상기 면적비가 3.2보다 큰 경우 도 3c에 도시된 바와 같이, 후속 단계인 제2표면처리단계(S220)에서 RIE(Reactive Ion Etching), ICP (Inductively Coupled Plasma) 및 플라즈마화 중 어느 하나의 방법에 의하여 수행될 때 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 기판손상처리단계가 추가로 수행될 수 있다.
여기서 상기 산성수용액은 HNO3 및 HF의 혼합수용액, HNO3,HF 및 CH3COOH (또는 탈이온수)가 사용될 수 있다. 여기서 혼합수용액의 H2O의 비율은 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자의 선택에 의하여 정해진다.
그리고 상기 기판손상처리단계는 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 기판손상처리단계는 실리콘 기판이 단결정인 경우 알칼리수용액을 사용하고, 다결정인 경우 산성수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
한편 상기 기판손상처리단계는 제1표면처리단계(S210)에 포함되어 하나로 통합되어 수행될 수 있다.
상기 제2표면처리단계(S220)는 제1표면처리단계(S210)에서 표면처리된 결정계 실리콘 기판(1)의 상면을 제1에칭가스를 사용하여 건식식각하여 미세요철인 제2요철(20)을 형성하는 단계이다.
특히 상기 제2표면처리단계(S220)는 기판(1)의 상면에 도 4에 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 각각 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(S220)에서 수행되는 건식식각(Dry Etching)은 제1에칭가스를 플라즈마화하여 기판(1)을 식각하며, RIE 또는 ICP를 사용하여 수행될 수 있다.
그리고 건식식각에 사용되는 제1에칭가스는 Cl2/CF4/O2, SF6/O2, CHF3/SF6/O2, NF3, F2 및 그 혼합물이 사용될 수 있다. 이때 식각 시간은 약 수초에서 수분 정도 수행된다. 여기서 제1에칭가스는 여러 종류의 가스들의 혼합물로 사용되거나 시차를 두고 공정모듈에 순차적으로 주입하는 등 다양한 방법에 의하여 사용될 수 있다.
그리고 상기 건식식각이 RIE에 의하여 수행되는 경우 RIE에 의한 건식식각은 미세요철인 제2요철(20)의 형성을 촉진하기 위하여 기판(1)의 상측에 다수개의 개구부들이 형성된 개구부재(미도시)를 설치하여 수행될 수 있다.
또한 상기 제2표면처리단계(S220)에서 사용되는 제1에칭가스는 H2O를 추가로 포함할 수 있다. 참고로 제1에칭가스에 H2O를 추가로 포함하는 경우 식각속도를 현저히 증가시킴을 실험을 통하여 확인하였다.
한편 건식식각은 다수개의 기판(1)들이 적재되는 트레이와 같은 캐리어를 통하여 이송하여 건식식각을 위한 건식식각 장비 내의 기판지지대 상에 적재하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 제2표면처리단계(S220)에 의하여 표면처리가 수행된 후의 기판(1)의 상면은 도 5에 도시된 바와 같다.
상기 제1표면처리단계(S210)에 의하여 형성된 제1요철(10)보다 미세한 다수개의 제2요철(20)들이 기판(1)의 표면에 형성된다.
그리고 상기 제2요철(20)은 도 5에 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 '상면' 및 그 반대면인 '저면', 측면을 포함하는 외면 모두에 제1요철(10)들이 형성된다.
그런데 기판(1)의 외면에 형성된 다수개의 제1요철(10)들은 빛의 반사를 높여 수광율을 높이는데 효과가 있지만 제1요철(10) 형성 후에 수행되는 후속공정인 전극형성단계(S50), 특히 기판(1) 저면에 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 마스크를 사용하여 전극패턴 형성을 용이하게 할 수 있도록 제1표면처리단계(S210)에서 제1요철들(10)이 형성된 기판(1)의 외면 중 반사방지막(4)이 형성될 상면의 반대면인 저면을 건식식각하여 저면에 형성된 제1요철(10)들이 제거될 수 있다.
도 6은 도 5에서 A부분을 확대한 확대단면도로서, 기판표면에서 에칭잔사 제거 전의 확대단면도이다.
한편 상기 제2표면처리단계(S220)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1에칭가스를 사용하여 에칭잔사(40)를 형성하여 기판(1)의 상면에 부착시키면서 제1요철(10)보다 크기가 작은 제2요철(20)들을 형성하며, 제2표면처리단계(S220) 후에는 에칭잔사제거단계(S230)를 거쳐 제2요철(20)의 형성을 위한 에칭잔사(40)가 제거된다.
상기 잔사제거단계(S230)는 기판(1)의 상면에 부착된 에칭잔사(40)를 제거할 수 있는 방법이면 어떠한 방법도 가능하다.
예를 들면 상기 잔사제거단계(S230)는 잔사제거액, 예를 들면 불소산수용액이 담긴 저수조(미도시)에 기판(1)을 침지하거나, 롤러에 의하여 기판(1)이 저수조 내의 불소산수용액을 통과하면서 에칭잔사(40)를 제거할 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 잔사제거액은 물 또는 불소산수용액을 포함할 수 있으며, 이때 에칭잔사(40)를 보다 효율적으로 제거할 수 있도록 잔사제거액에 초음파가 인가될 수 있다. 즉 저수조에 담긴 잔사제거액에 초음파를 인가하게 되면, 초음파가 인가된 잔사제거액이 기판(1)에 부착된 에칭잔사(40)에 충격을 가함으로써 에칭잔사(40)들이 기판(1)으로부터 분리된다.
여기서 저수조 내에 초음파를 인가하기 위한 장치는 제거될 에칭잔사(40)에 따라서 결정되며, 인가되는 초음파의 주파수는 에칭잔사(40)를 제거할 수 있을 정도이면 충분한 주파수로서 수십 kHz으로부터 수백 kHz까지 다양하게 선택될 수 있다.
상기 잔사제거단계(S230)는 다른 방법으로서, 제2에칭가스를 사용하여 기판(1)의 상면에서 에칭잔사(40)를 제거할 수 있다.
상기 잔사제거단계(S230)는 RIE, ICP 등의 방법에 의하여 제2에칭가스를 플라즈마화하여 기판(1)의 상면에서 에칭잔사(40)를 제거할 수 있다.
한편 상기 잔사제거단계(S230)에서 사용되는 제2에칭가스는 불소 또는 염소를 포함하는 가스, 예를 들면 HCl, ClF3, NF, CF4, C3F8, NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 여기서 상기 제2에칭가스가 SF6가 사용되는 경우 제1에칭가스는 H2O 및 O2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 잔사제거단계(S230)에서 사용되는 제2에칭가스는 불활성가스, 질소(N2) 및 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
특히 상기 잔사제거단계(S230)에서 기판(1)과의 반응성이 높은 경우 미세요철인 제2요철(20)에 손상을 가할 수 있는바, 제2에칭가스는 제2요철(20)의 형성을 위한 제1에칭가스보다 기판(1)과 반응성이 낮은 것으로 사용함이 바람직하다.
여기서 제2에칭가스가 제1에칭가스보다 기판(1)과의 반응성이 낮은 것은 제2에칭가스가 기판(1)의 재질에 대하여 제1에칭가스보다 불활성을 의미한다.
따라서 상기 제1에칭가스는 Ⅶ족에 속하는 원소를 포함하는 가스가 사용될 수 있으며, 제2에칭가스는 Ⅶ족을 제외한 원소들 중 적어도 하나를 포함하는 가스가 사용될 수 있다.
상기와 같이 제2에칭가스를 제1에칭가스보다 기판(1)에 대한 반응성이 낮은 가스를 사용하면, 기판(1)과의 반응성이 낮은바 건식식각시 기판(1)의 표면에 형성된 제2요철(20)은 손상시키지 않고 제2요철(20)의 상단에 형성된 에칭잔사(40)들 만을 제거할 수 있게 된다.
상기 잔사제거단계(S230)를 수행하는 공정모듈은 RIE, ICP 등의 건식식각을 수행할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
한편 상기 잔사제거단계(S230)가 수행될 때 기판(1)들이 적재된 트레이 상에 다수개의 개구부들이 형성된 개구부재가 복개된 후 수행될 수 있다.
상기 개구부재는 RIE에 의하여 실리콘 재질의 기판(1)이 식각될 때 기판(1)이 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하여 기판(1)이 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편 상기 잔사제거단계(S230)가 RIE를 사용하는 건식식각에 의하여 수행되는 경우 제2표면처리단계(S220)와 공정이 유사한 바, 제2표면처리단계(S220) 및 잔사제거단계(S230)가 하나의 공정챔버에 의하여 수행되거나, 제2표면처리단계(S220)를 수행하는 제1공정챔버 및 잔사제거단계(S230)를 수행하는 제2공정챔버를 포함하는 인라인타입 또는 클러스터타입의 기판처리시스템에 의하여 수행될 수 있다.
한편 상기와 같은 잔사제거단계(S230) 후에는 기판(1)의 상면에서 에칭잔사(40)를 완전히 제거하기 위하여 기판(1)을 불소산(HF) 수용액에 침지하는 불소산침지단계(S250)가 추가로 수행될 수 있다.
상기 불소산침지단계(S250)는 잔사제거단계(S230)에 의하여 기판(1)으로부터 분리되거나 크랙이 형성된 에칭잔사(40)를 기판(1)으로부터 완전히 분리하여 기판(1)으로부터 잔존할 수 있는 에칭잔사(40)를 제거한다.
한편 본 발명에 따른 태양전지기판의 표면처리방법에 표면처리된 기판(1)의 반사율을 측정한바 기판손상처리만 수행된 경우의 반사율(%, 350nm~1050nm) 28.96보다 7.79로서 현저히 작아짐을 확인하였다.
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 40 : 에칭잔사

Claims (18)

  1. 결정계 실리콘 기판을 산성수용액으로 식각하여 상기 기판의 외면에 다수의 제1요철들을 형성하는 제1표면처리단계와;
    제1에칭가스를 사용하여 상기 기판의 외면 중 빛을 수광하는 상면에 에칭잔사를 부착시키면서 상기 제1요철보다 크기가 작은 다수의 제2요철들을 형성하는 제2표면처리단계와;
    상기 제2표면처리단계를 거친 상기 기판의 상면에 부착된 에칭잔사를 제거하는 잔사제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1표면처리단계에서 상기 산성수용액은 HNO3 및 HF를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1표면처리단계 전에는
    결정계 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 결정계 실리콘 기판의 데미지를 산성수용액 또는 알칼리수용액으로 제거하는 기판손상처리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 태양전지기판의 표면처리방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 결정계 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판 또는 다결정 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    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 3.2인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔사제거단계는 잔사제거액이 담긴 저수조에 상기 기판을 침지하거나, 롤러에 의하여 상기 기판이 이송되면서 상기 에칭잔사를 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 잔사제거액은 불소산수용액인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 잔사제거액은 물 또는 불소산수용액을 포함하며, 상기 잔사제거단계 수행시 상기 잔사제거액에 초음파가 인가되는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔사제거단계는 제2에칭가스를 플라즈마화하여 상기 기판의 상면에서 상기 에칭잔사를 제거하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2에칭가스는 불소 또는 염소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2에칭가스는 HCl, ClF3, NF, CF4, C3F8, NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2에칭가스는 상기 제1에칭가스보다 상기 기판과 반응성이 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1에칭가스는 Ⅶ족에 속하는 원소를 포함하는 가스이며, 상기 제2에칭가스는 Ⅶ족을 제외한 원소들 중 적어도 하나를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2에칭가스는 불활성가스 및 산소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  15. 청구항 6 내지 청구항 14 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 잔사제거단계 후, 상기 기판을 불소산 수용액에 침지하는 불소산침지단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 표면처리방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 하나의 항에 따른 태양전지기판의 표면처리방법을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 잔사제거단계 후, 상기 기판을 불소산 수용액에 침지하는 불소산침지단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  18. 청구항 16에 따른 태양전지의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지.
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