KR20120037577A - 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법 - Google Patents

태양전지용 잉곳을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법은 재활용(recycle) 대상인 실리콘을 수거하는 단계; 상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 비저항을 기초로 그로잉(growing) 시 추가로 투입될 도펀트 무게를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

태양전지용 잉곳을 제조하는 방법{Manufacturing Method of Photovoltaic Ingot}
실시예는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래기술에 의하면 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 태양전지용(Solar Grade) 표준 폴리실리콘(Standard Poly Silicon)이나 반도체용(Semiconductor Grade) 표준 폴리실리콘(Standard Poly Silicon)을 사용하였다.
종래기술에 의하면 웨이퍼(Wafer) 및 팟 스크랩(Pot Scrap) 등을 사용하려 했으나 비저항 정확도 문제, 공정 사고 등의 문제로 적용이 불가능하였다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon)을 운용하기 위해서는 잔류 도펀트(Dopant)의 량을 정확히 파악할 수 있어야 하나 리젝 웨이퍼(Reject Wafer)의 경우 비저항 확인이 쉽지 않다.
또한, 종래기술에 의하면 해당 자재가 저비저항(Low Res) 제품인지 N형(N-Type) 제품인지 등의 정확한 판단이 어려운 문제가 있었다.
또한, 종래기술에 의하면 칩 타입(Chip Type) 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon) 생산 체계가 없어 고가의 표준 칩 폴리시릴콘(Standard Chip Poly Silicon)을 구매하여 적용해야하는 문제가 있었다.
실시예는 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon)을 사용하여 태양전지용 잉곳(Ingot)을 생산하도록 하여 원가를 절감할 수 있는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법은 재활용(recycle) 대상인 실리콘을 수거하는 단계; 상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 비저항을 기초로 그로잉(growing) 시 추가로 투입될 도펀트 무게를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법에 의하면, 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon)의 종류확대에 따른 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산의 원가를 절감 할 수 있다.
예를 들어 실시예는 에칭(Etching) 이후 공정에서 발생된 반도체 리젝 웨이퍼(Reject Wafer)를 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있고, 또한, 실시예는 잉곳(Ingot) 생산 후 발생되는 팟 스크랩(Pot Scrap)에 대하여 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있으며, 또한, 실시예는 일반적으로 발생되는 시드/테일(Seed/Tail) 등의 부산물에 대해 칩(Chip) 가공 후 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있고, 또한, 실시예는 태양전지용(Solar Grade) 표준 폴리실리콘(Standard Poly Silicon)에 대하여 너겟/칩사이즈(Nugget/ Chip Size)인지 추가 소팅(Sorting)하여 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있다.
또한, 실시예는 정확한 잔류 도펀트 양(Dopant amount) 계산에 의한 비저항 리젝 로스(Reject Loss)를 최소화할 수 있다.
또한, 실시예는 저비저항(Low Res) 제품의 유입 방지에 의한 공정 사고를 최소화할 수 있다.
또한, 실시예는 스태킹(Stacking) 시 석영도가니 변형에 의한 공정사고를 최소화할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법의 순서도.
도 2는 실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법에서 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계의 세부 공정 순서도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법의 순서도이다.
실시예는 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon)을 사용하여 태양전지용 잉곳(Ingot)을 생산하도록 하여 원가를 절감할 수 있는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법은 재활용(recycle) 대상인 실리콘을 수거하는 단계(S110)와, 상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계(S120) 및 상기 계산된 비저항을 기초로 그로잉(growing) 시 추가로 투입될 도펀트 양(dopant amount)을 계산하는 단계(130)을 포함할 수 있다.
농도(atoms/cm3) 부피(cm3) 도펀트 함유량(atoms) 총 도펀트양 배치 평균농도 변환 저항
8.006E+15 9.914E+03 7.938E+19 1.310E+20 7.730E+15 1.83677
9.288E+15 2.876E+03 2.671E+19
6.060E+15 8.584E+03 5.202E+18
5.975E+15 2.661E+03 1.590E+19
5.988E+15 6.438E+02 3.855E+18
합계 1.695E+04
상기 표 1은 실시예에 따라서 비저항을 계산하는 예이나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 수거된 실리콘의 평균 농도를 계산하는 단계(S121)와, 상기 평균 농도를 기초로 상기 수거된 실리콘의 부피를 계산하는 단계(S122) 및 상기 수거된 실리콘의 잔류 도펀트 함유량을 계산하는 단계(S123)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 상기 수거된 실리콘의 평균 농도를 계산하는 단계(S121)는 아래 수학식 1을 이용할 수 있다.
Figure pat00001
단, x는 상기 수거된 실리콘의 비저항의 비저항 평균값, y는 수거된 실리콘의 평균 농도(atoms/cm3)이다.
예를 들어, x는 해당 랏(lot)의 시드(seed)와 테일(tail)의 비저항(Res)의 평균값(Ωcm)이 될 수 있으며, 상기 수학식 1에 의해 수거된 실리콘의 평균 농도(atoms/cm3)가 산출될 수 있다.
실시예에서, 상기 수거된 실리콘의 비저항의 비저항 평균값을 구하기 위해, 상기 수거된 실로콘의 비저항은 휴대용 비저항 측정기(Portable Resistivity Tester)를 사용할 수 있다.
예를 들어, 리젝 웨이퍼(Reject Wafer)의 비저항 검사는 휴대용 비저항 측정기(Portable Resistivity Tester)를 이용하여 5~6장마다 비저항을 확인할 수 있다. 만약, 6장 초과로 검사시 저 비저항(Low Res)의 제품 유입 시 확인이 어려울 수 있다. 한편, 팟 스크랩(Pot Scrap)의 검사는 휴대용 비저항 측정기를 이용하여 스크랩(Scrap) 전량에 대하여 비저항 확인을 진행할 수 있다.
또한, 실시예에서의 휴대용 비저항 측정기(Portable Resistivity Tester)는 와전류(eddy current)에 기초할 수 있으며 이에 따라 웨이퍼, 잉곳 또는 블락의 벌크 저항(bulk resistivity)을 비접촉, 비파괴 검사가 가능할 수 있다. 또한, 실시예에서 휴대용 비저항 측정기(Portable Resistivity Tester)는 단결정 또는 다결정이나 팟-스크랩(pot-scrap)에 대한 신속한 분류를 가능하게 할 수도 있다.
다음으로, 상기 평균 농도를 기초로 상기 수거된 실리콘의 부피를 계산하는 단계(S122)를 진행할 수 있다.
예를 들어, 실리콘 부피(cm3)= 실리콘 무게(kg×1000g/kg)/고체 실리콘의 밀도(2.238g/cm3)로 계산할 수 있다. 동일 랏(lot)의 시드와 테일의 무게를 함께 계량하여 부피를 계산할 수 있다.
예를 들어, 상기 부피 계산식에 의해 부피는 9.914E+3이 될 수 있다.
또한, 해당 배치(Bath)의 총부피는 총무게를 밀도로 나누어서 계산할 수 있으며, 상기 표 1에서 보는 바와 같이 1.695E+4 값이 나올 수 있다.
다음으로, 상기 수거된 실리콘의 잔류 도펀트 함유량을 계산하는 단계(S123)를 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 수거된 실리콘의 잔류 도펀트 함유량(atoms)은 부피×농도로 계산할 수 있다.
이에 따라 배치(Bath) 평균 농도는 총 도펀트양을 총 부피로 나누어서 계산될 수 있다.
예를 들어, 배치(Bath) 평균 농도(7.730E+15)=총 도펀트양(1.310E+20)/총 부피(1.695E+04)로 계산될 수 있다. 한편, 변환 평균 비저항(1.83677)은 상기 배치(Bath) 평균 농도를 통해 계산될 수 있다.
다음으로, 상기 계산된 비저항을 기초로 그로잉(growing) 시 추가로 투입될 도펀트 무게를 계산하는 단계(130)를 진행할 수 있다.
LOT# 농도 잔류도펀트 무게(mg) STD Poly 사용시 무게(mg) 추가할 도펀트 무게(mg)
#N/A 1.07E+20 2915.08 10414 7499
실시예는 투입되는 해당 MS(Manufactured Spec)별 도펀트의 농도를 기준으로 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly silicon)에 함유된 도펀트 양(mg)을 계산한다. 예를 들어, 상기 도펀트량(atoms)을 해당 MS에 사용할 도펀트 무게(mg)로 변환해준다.
표 2에서 농도는 진행될 런(Run)의 MS에 등용된 도펀트 농도이며, 잔류 도펀트 무게 산정시에는 소정의 보정인자, 예를 들어 투입하여 나오는 저항값들을 근거로 잔류 도펀트 무게르 보정해주는 인자가 사용될 수 있으며, 표 2에서는 보정인자의 값이 약 1.022가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
표 2에서 STD Poly 사용시 무게(mg)는 리사클 폴리실리콘을 사용하지않고, 표준 폴리 실리콘을 사용하는 경우에 필요한 도펀트의 무게를 나타낸다.
이에 따라 추가로 필요한 도펀트 무게(7499mg)는 STD Poly 사용시 무게(10414mg)에서 잔류 도펀트 무게(2915.08)를 차감하여 구할 수 있다.
실시예에 따른 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법에 의하면, 재활용 폴리실리콘(Recycle Poly Silicon)의 종류확대에 따른 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산의 원가를 절감 할 수 있다.
예를 들어 실시예는 에칭(Etching) 이후 공정에서 발생된 반도체 리젝 웨이퍼(Reject Wafer)를 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있고, 또한, 실시예는 잉곳(Ingot) 생산 후 발생되는 팟 스크랩(Pot Scrap)에 대하여 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있으며, 또한, 실시예는 일반적으로 발생되는 시드/테일(Seed/Tail) 등의 부산물에 대해 칩(Chip) 가공 후 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있고, 또한, 실시예는 태양전지용(Solar Grade) 표준 폴리실리콘(Standard Poly Silicon)에 대하여 너겟/칩사이즈(Nugget/ Chip Size)인지 추가 소팅(Sorting)하여 태양전지용 잉곳(Ingot) 생산 시 투입할 수 있다.
또한, 실시예는 정확한 잔류 도펀트 양(Dopant amount) 계산에 의한 비저항 리젝 로스(Reject Loss)를 최소화할 수 있다.
또한, 실시예는 저비저항(Low Res) 제품의 유입 방지에 의한 공정 사고를 최소화할 수 있다.
실시예에 의하면 리사이클 웨이퍼의 투입은 다음의 단계로 진행할 수 있다. 예를 들어, 제1 너겟 폴리실리콘을 도가니에 충진하는 단계와, 상기 비저항이 계산된 실리콘을 상기 도가니 중심부 상의 상기 제1 너겟 폴리실리콘 상에 충진하는 단계 및 상기 비저항이 계산된 실리콘 상에 제2 너겟 폴리실리콘을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 스태킹(Stacking)의 경우 상기와 같이 진행하여 융해(melting) 중 도가니 변형 등의 공정 사고가 발생하지 않도록 할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 재활용(recycle) 대상인 실리콘을 수거하는 단계;
    상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 비저항을 기초로 그로잉(growing) 시 추가로 투입될 도펀트 무게를 계산하는 단계;를 포함하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계는,
    상기 수거된 실리콘의 잔류 도펀트 함유량을 계산하는 단계를 포함하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수거된 실리콘에 대해 평균 비저항을 계산하는 단계는,
    상기 수거된 실리콘의 잔류 도펀트 함유량을 계산하는 단계 전에,
    상기 수거된 실리콘의 평균 농도를 계산하는 단계; 및
    상기 평균 농도를 기초로 상기 수거된 실리콘의 부피를 계산하는 단계;를 포함하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수거된 실리콘의 평균 농도를 계산하는 단계는,
    아래 수학식 1을 이용하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
    수학식 1, y= (1.33×1016)/x + (1.082×1017)/(x×(1+(x×54.46)1.105))
    단, x는 상기 수거된 실리콘의 비저항의 비저항 평균값, y는 수거된 실리콘의 평균 농도(atoms/cm3)임.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 수거된 실리콘의 비저항의 비저항 평균값을 구하기 위해,
    상기 수거된 실로콘의 비저항은 휴대용 비저항 측정기(Portable Resistivity Tester)를 사용하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    제1 너겟 폴리실리콘을 도가니에 충진하는 단계;
    상기 비저항이 계산된 실리콘을 상기 도가니 중심부 상의 상기 제1 너겟 폴리실리콘 상에 충진하는 단계; 및
    상기 비저항이 계산된 실리콘 상에 제2 너겟 폴리실리콘을 충진하는 단계;를 포함하는 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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