KR20120095570A - 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20120095570A
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허윤성
박승일
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(유)에스엔티
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Abstract

마스크 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크로서, 투명 기판, 투명 기판의 일면에 형성되며, 패터닝된 개구부를 갖는 적외선 차단막, 및 투명 기판의 일면에 개구부의 위치와 대응되도록 형성되며, 투명 기판과 일체로 형성되는 웨이브 가이드(wave guide)를 포함하는 마스크가 제공된다.

Description

마스크 및 그 제조 방법{MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신재생 에너지 중에서, 특히, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만, 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 하고, 그 제조 가격이 낮아야 한다.
광전변환 효율의 측면에서 살펴보면 실리콘 태양전지가 가지는 이론적 한계효율이 그다지 높지 않기 때문에 실제 태양전지의 광전변환 효율을 높이는데 제한이 있지만, 현재 세계적인 연구 그룹에 의해서 실리콘 태양전지가 24% 이상의 광전변환 효율을 가지는 것으로 보고되고 있다.
하지만, 태양전지를 대량 생산할 경우, 태양전지의 평균 광전변환 효율은 실 제로 17%를 넘기 어려운 실정이다. 따라서 연간 30MW 이상 규모의 자동화 대량 생산공정 라인에서 적용 가능한 고효율 생산 방식이 요구되고 있다.
광전 변환 효율의 증가를 위해, 태양전지에는 선택적 에미터가 형성될 수 있다. 이러한 선택적 에미터는 그 해당 영역에 레이저를 조사함으로써 형성될 수 있다.
그러나 이와 같이 레이저를 이용하는 방식의 경우, 비교적 고가이며, 열충격으로 인한 웨이퍼의 파손 또는 고온에 의한 웨이퍼 손상 등의 문제가 발생될 우려가 있다.
본 발명은, 태양전지의 선택적 에미터를 보다 안정적이고 효율적으로 형성할 수 있는 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크로서, 투명 기판, 투명 기판의 일면에 형성되며, 패터닝된 개구부를 갖는 적외선 차단막, 및 투명 기판의 일면에 개구부의 위치와 대응되도록 형성되며, 투명 기판과 일체로 형성되는 웨이브 가이드(wave guide)를 포함하는 마스크가 제공된다.
적외선 차단막은, 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
웨이브 가이드는 적외선 차단막의 표면 보다 돌출되도록 형성될 수 있다.
웨이브 가이드의 단부는 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있다.
개구부는, 태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역, 및 태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
투명 기판에는 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부가 형성될 수 있다.
투명기판에는 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크를 제조하는 마스크 제조 방법으로서, 투명 기판의 일부 영역을 일부 두께만큼 선택적으로 제거하여, 투명 기판의 일면에 웨이브 가이드를 형성하는 단계, 투명 기판의 일면에 웨이브 가이드를 커버하도록 적외선 차단막을 형성하는 단계, 및 웨이브 가이드의 단부가 노출되도록 적외선 차단막의 일부를 제거하여, 적외선 차단막에 패터닝된 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 마스크 제조 방법이 제공된다.
적외선 차단막은, 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
웨이브 가이드는 적외선 차단막의 표면 보다 돌출되도록 형성될 수 있다.
마스크 제조 방법은, 개구부를 형성하는 단계 이후에, 웨이브 가이드의 단부가 볼록한 곡면 형상을 갖도록 웨이브 가이드의 단부를 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개구부는, 태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역, 및 태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
마스크 제조 방법은, 개구부를 형성하는 단계 이후에, 투명 기판에 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개구부를 형성하는 단계 이후에, 투명기판에 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 보다 안정적이고 효율적으로 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 이용하여 태양전지의 선택적 에미터를 형성하는 과정을 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 적외선 차단막의 입사광 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프.
도 10은 버스바층과 핑거층이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 11은 버스바전극과 핑거전극이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 12 내지 도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성 장치의 마스크를 나타내는 단면도.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 웨이브 가이드에 의한 광 경로를 나타내는 단면도.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제조 방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
본 발명에 따른 마스크 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 마스크(100)를 이용하여 태양전지의 선택적 에미터가 형성되는 과정을 설명한다.
n형 불순물(14)이 확산되어 형성된 제1 에미터층(16)이 상부에 형성된 기판(10)을 준비한다. 이 때, 기판(10)은 테이블 상에 안착되어 있을 수 있다. 이와 같이 기판(10)을 테이블 상에 고정시켜 놓은 상태에서 선택적 에미터를 형성하는 공정을 진행하게 되면, 기판(10)에 진동이 발생할 염려 없이 안정적으로 선택적 에미터를 형성할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)을 제작하기 위하여 붕소 이온이 도핑된 p형 실리콘 웨이퍼(12)의 상면에 인과 같은 n형 불순물(14)을 코팅한 뒤, 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(12)에 열에너지(E1)를 가하는 방법을 이용할 수 있다. 실리콘 웨이퍼(12)의 표면에 열에너지(E1)가 가해지면, 도 4에 도시된 바와 같이 불순물(14) 이온이 실리콘 웨이퍼(12) 내부로 확산되어 제1 에미터층(16)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 에미터층(16)은 인과 같은 불순물(14)이 확산되어 형성된 n층에 해당된다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16)의 상측에 마스크(100)를 배치한 뒤, 마스크(100)의 개구부(122)를 통해 노출된 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 열에너지를 공급하여, n형 불순물(14)이 더욱 확산되어 형성되는 제2 에미터층(18)을 형성한다. 즉, 이미 n형 불순물(14)이 확산되어 있는 제1 에미터층(16) 중 일부 영역에 마스크(100) 및 램프 유닛 등을 이용하여 열에너지를 선택적으로 공급하는 것이다.
이 경우, 제2 에미터층(18)의 형성을 위해 가해지는 에너지(E2)는 제1 에미터층(16)의 형성을 위해 이용되었던 에너지(E1)보다 더 커야 할 필요가 있다(E2 > E1).
한편, 이미 형성되어 있는 n층 즉, 제1 에미터층(16)의 불순물(14) 농도가 부족할 경우에 대비하여, 별도의 n형 불순물(14)을 제2 에미터층(18)이 형성될 위치에 추가로 형성한 후 열에너지를 공급하는 방법을 이용할 수도 있다.
이하, 제2 에미터층(18)이 형성되는 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 일어난다. 확산량이 농도구배(concentration gradient)에 비례한다는 피크(Fick)의 제1 법칙에 따른 확산 현상의 기본이 되는 수식은 아래와 같다.
Figure pat00001
[수학식 1]에서, J는 확산량(즉, 단위면적을 지나는 확산 물질의 양)을 나타내고, D는 확산계수이다. 또한, C는 확산물질의 농도를 나타내고, x는 Y축에서의 확산 물질의 이동 거리를 나타낸다.
이때, 확산계수는 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가하고, 이를 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.
Figure pat00002
[수학식 2]에서, D0는 온도에 민감하지 않은 상수이고, k는 볼츠만(Boltzmann) 상수이고, T는 온도이다. Q는 활성화 에너지(activation energy)로서 불리며, 물질에 따라 약 2?5eV의 값을 가진다. [수학식 2]에 기초한 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프가 도 8 및 도 9에 도시된다. 예를 들어, Q = 2eV이고, D0 = 8 × 10-5㎡/sec인 경우, 300°K에서, D ≒ 10-38㎡/sec이지만, T= 1500°K에서, D = 10-11㎡/sec으로 급격히 증가한다.
따라서 도 6에 도시된 것과 같이, 실리콘 웨이퍼(12)의 두 지점에 온도가 다른 두 개의 에너지 E1과 E2를 각각 주입했다고 가정하면, 두 지역에 대한 확산계수가 D1과 D2로서 서로 다르기 때문에(즉, 온도가 높아질수록 확산계수가 증가하기 때문에), 불순물(14)의 도달 정도가 달라지게 되어 도 5에 도시된 것과 같이 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18)이 형성되어, 양자가 서로 구분될 수 있게 된다.
도 6에 도시된 그래프는, 도 7에 도시된 것과 같이, 로그(log) 함수와 온도의 역수의 관계를 나타내는 그래프로 다시 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 그래프에 대응하게 [수학식 2]를 로그 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.
Figure pat00003
다음으로, 도 8 내지 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크(100)로서, 투명 기판(110), 적외선 차단막(120), 웨이브 가이드(130) 및 렌즈부(140)로 구성되는 마스크(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 램프 유닛 등과 마스크(100)를 이용하여 기판(10)의 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 광에 의한 열에너지를 선택적으로 공급함으로써, 레이저를 이용하는 방식에 비해 보다 저렴하고 안정적으로 제2 에미터층(18)을 형성할 수 있다.
또한 제1 에미터층(16) 중 제2 에미터층(18)이 형성될 일부 영역에만 광을 투과시키기 위한 패턴층으로서 적외선 차단막(120)을 이용함으로써, 장파장 영역의 광을 보다 효과적으로 반사시킬 수 있으므로, 광 흡수에 따른 열에 의해 개구부(122) 형상이 변경되거나 투명 기판(110)과의 접착력이 감소되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고 웨이브 가이드(130)에 의해 광의 진행을 가이드함으로써, 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 보다 효과적으로 열에너지를 공급할 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 15를 참조하여 본 실시예에 따른 마스크(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 마스크(100)는 기판(10) 상에 배치되어 광을 선택적으로 통과시킴으로써, 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18) 형성을 위한 열에너지를 제공할 수 있다.
이러한 마스크(100)는 투명 기판(110), 적외선 차단막(120), 렌즈부(140) 및 웨이브 가이드(130)로 이루어질 수 있다.
투명 기판(110)은 광이 투과할 수 있는 물질, 예를 들어, 유리, 쿼츠(quartz), 파이렉스(Pyrex) 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 적외선 차단막(120)은 제2 에미터층(18)이 형성될 영역과 대응되도록 패터닝되어 램프 유닛 등으로부터 발산되는 광을 선택적으로 투과시키는 개구부(122)를 가질 수 있다.
이 경우 적외선 차단막(120)은 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 예를 들어 28 내지 31층의 다층 구조로 형성될 수 있다. 이러한 적외선 차단막(120)은 투명 기판(110)과 열팽창계수가 유사한 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 제1 굴절률층은 SiO2을 증착함으로써 형성되고, 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질을 증착함으로써 형성될 수 있다.
제2 에미터층(18)의 형성을 위한 열에너지 공급에 있어, 가열의 효과를 보다 높이기 위해서는 램프 유닛으로부터 적외선과 같은 장파장의 광을 입사시킬 필요가 있다. 이 경우, 금속막에 개구부(122)를 형성하여 패턴층으로 이용하는 경우, 패턴층에서 광의 흡수가 일어나 패턴층 자체가 가열될 수 있다. 그리고 이와 같이 패턴층이 가열되는 경우 패턴층과 투명 기판(110) 간의 열팽창계수 차이 등에 따라 개구부(122)의 형상이 변경되거나 패턴층과 투명 기판(110) 간의 접착력이 감소될 수도 있다.
이에 대해 본 실시예의 경우, 적외선 차단막(120)에 개구부(122)를 형성하여 패턴층으로 이용함으로써, 제2 에미터층(18)이 형성되지 않는 불필요한 영역으로 입사하는 장파장 영역의 광이 보다 효과적으로 반사되어 차단될 수 있다. 이러한 적외선 차단막(120)은 도 9에 도시된 바와 같이 파장이 α 이상인 경우 입사되는 광을 모두 반사시킬 수 있으며, α는 예를 들어 300 내지 500 nm일 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16)에 선택적으로 형성되는 제2 에미터층(18)은 태양전지의 버스바전극(13a)이 형성될 위치에 형성되는 버스바층(18a)과, 핑거전극(13b)이 형성될 위치에 형성되는 핑거층(18b)을 포함할 수 있다.
도 11에는 핑거층(18b) 상에 핑거전극(13b)이 형성되고, 버스바층(18a) 상에 버스바전극(13a)이 형성되어 있는 모습이 도시되어 있다. 핑거전극(13b)과 버스바전극(13a)이 형성되지 않은 나머지 부분에는 반사 방지막(11)이 형성된다.
이러한 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성하기 위하여, 마스크(100)에 형성되는 개구부(122)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 형성될 핑거전극(13b)의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역(122a)과, 기판(10)에 형성될 버스바전극(13a)의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역(122b)을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 영역(122a)과 제2 영역(122b)을 모두 포함하는 개구부(122)가 형성된 마스크(100)를 이용하게 되면, 램프 유닛 등을 이용한 1회의 열에너지 공급 공정으로 동시에 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성할 수 있다.
적외선 차단막(120)에 형성되는 개구부(122)에 있어서, 핑거전극(13b)에 대응되는 제1 영역(122a)은 폭이 약 50 ~ 150 ㎛일 수 있으며, 버스바전극(13a)에 대응되는 제2 영역(122b)은 폭이 약 1.5 ~ 3.0 mm일 수 있다.
제1 영역(122a)과 제2 영역(122b)을 통해 기판(10)에 공급되는 단위 면적당의 열에너지의 양은 균일한 것이 좋다. 그러나, 기판(10)에 공급되는 단위 면적당 열에너지의 양은 개방된 영역의 면적이 클수록 커지게 된다. 이는 기판(10)에 공급된 열에너지가 마스크(100)의 저면을 따라 측면 방향으로 퍼지는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
이러한 현상을 고려하여, 제2 영역(122b)에 그리드와 같은 별도의 무늬를 삽입하여, 제1 영역(122a)과 제2 영역(122b) 사이에 단위 면적당 공급되는 열에너지의 편차를 최소화 할 수도 있다. 이 때, 그리드의 폭과 제1 영역(122a)의 폭을 동일하게 설계하면, 상기 편차를 보다 더 줄일 수 있을 것이다.
기판(10) 상의 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 공급되는 열에너지의 밀도를 증가시키기 위해 투명 기판(110)의 상면에는 도 8에 도시된 바와 같이 패턴층의 개구부(122) 위치와 대응되도록 렌즈부(140)가 형성될 수 있다. 렌즈부(140)는 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈부(142) 및 제2 렌즈부(144)로 구성될 수 있다.
제1 렌즈부(142)는, 도 12에 도시된 바와 같이 투명 기판(110)의 상면에 상기 제1 영역(122a)으로의 집광을 위하여 형성될 수 있다. 이에 따라 상대적으로 단위 면적당 공급되는 에너지의 양이 적은 제1 영역(122a)에 입사되는 에너지가 보강될 수 있다.
이와 마찬가지로, 투명 기판(110)의 상면에는 제2 영역(122b)으로의 집광을 위한 제2 렌즈부(144)가 형성될 수 있다. 도 12에는 투명 기판(110)에 제1 렌즈부(142)와 제2 렌즈부(144)가 모두 형성된 모습이 도시되어 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 하나의 마스크(100)에 제1 렌즈부(142)와 제2 렌즈부(144)를 모두 형성하는 경우, 버스바층(18a)과 핑거층(18b)이 서로 교차하는 영역에서 핑거층(18b)이 형성되어야 할 부분에 열에너지가 제대로 가해지지 못할 수도 있다.
이러한 문제를 예방하기 위해, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 제1 렌즈부(142)와 제2 렌즈부(144)가 각각 형성된 마스크(100)를 준비한 다음, 제2 에미터층(18)의 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 형성하는 공정을 분리하여 진행할 수도 있다.
웨이브 가이드(130)는 도 8에 도시된 바와 같이 투명 기판(110)의 일면에 개구부(122)의 위치와 대응되도록 형성될 수 있으며, 투명 기판(110)과 동일한 재질로 이루어져 일체로 형성될 수 있다.
이와 같이 적외선 차단막(120)의 개구부(122) 내에 웨이브 가이드(130)가 형성됨으로써, 투명 기판(110)으로 입사된 광은 렌즈부(140)에 의해 집광된 후, 도 15에 도시된 바와 같이 웨이브 가이드(130)에 의해 그 진행이 가이드될 수 있으므로, 제1 에미터층(16) 중 제2 에미터층(18)이 형성될 영역에 보다 효과적으로 열에너지가 공급될 수 있게 된다.
이 경우, 웨이브 가이드(130)는 도 8에 도시된 바와 같이, 적외선 차단막(120)의 표면 보다 돌출되도록 형성될 수 있으며, 그 단부가 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 웨이브 가이드(130)가 적외선 차단막(120)에 비해 돌출되고 단부가 돌출된 곡면 형상을 가짐으로써, 도 15에 도시된 바와 같이 투명 기판(110)에 입사된 광은 보다 효과적으로 기판(10)을 향해 이동할 수 있으며, 이에 따라 제1 에미터층(16)에는 제2 에미터층(18)의 형성을 위한 충분한 열에너지가 공급될 수 있다.
다음으로, 도 16 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크(100) 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따르면, 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크(100)를 제조하는 마스크(100) 제조 방법으로서, 투명 기판(110)의 일면에 웨이브 가이드(130)를 형성하는 공정(S110), 투명 기판(110)의 일면에 적외선 차단막(120)을 형성하는 공정(S120), 적외선 차단막(120)에 패터닝된 개구부(122)를 형성하는 공정(S130), 웨이브 가이드(130)의 단부를 연마하는 공정(S140) 및 투명 기판(110)에 렌즈부(140)를 형성하는 공정(S150)으로 구성되는 마스크(100) 제조 방법이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 투명 기판(110) 중 일부 영역을 일부 두께만큼 제거하여 투명 기판(110)에 단차를 발생시킴으로써, 적외선 차단막(120)의 개구부(122)를 보다 용이하게 형성함과 동시에 웨이브 가이드(130)도 형성할 수 있다. 이에 따라 적외선 차단막(120)이 적용된 마스크(100)를 보다 용이하고 효과적으로 구현할 수 있다.
이하, 도 16 내지 도 21를 참조하여 본 실시예에 따른 마스크(100) 제조 방법의 각 공정에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)의 일부 영역을 일부 두께만큼 선택적으로 제거하여, 투명 기판(110)의 일면에 웨이브 가이드(130)를 형성한다(S110). 즉, 투명 기판(110) 중 웨이브 가이드(130)가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역을 에칭함으로써, 그 일부 두께만큼을 제거할 수 있다. 본 공정은 다음과 같이 나누어 설명할 수 있다.
우선, 도 17에 도시된 바와 같이, 스핀 코터 등을 이용하여 투명 기판(110)의 일면에 에칭 레지스트층(150)을 코팅하고, 소프트 베이킹(soft baking), 하드 베이킹(hard baking) 등을 수행하여 이를 경화시킨 뒤, 노광 및 현상에 의해 에칭 레지스트층(150) 중 웨이브 가이드(130)가 형성될 영역을 제외한 나머지를 제거한다.
이어서, 도 18에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110) 중 에칭 레지스트층(150)이 잔존하는 영역을 제외한 나머지 영역의 일부 두께를 습식 또는 건식 에칭에 의해 제거한다.
다음으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)의 일면에 웨이브 가이드(130)를 커버하도록 적외선 차단막(120)을 형성한다(S120). 즉, 투명 기판(110) 일면 전체에 적외선 차단막(120)을 형성하는 공정으로서, 예를 들어 증착 방식에 의해, SiO2로 이루어진 제1 굴절률층, TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나로 이루어진 제2 굴절률층을 교대로 반복하여 형성함으로써 적외선 차단막(120)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 웨이브 가이드(130)의 단부가 노출되도록 적외선 차단막(120)의 일부를 제거하여, 적외선 차단막(120)에 패터닝된 개구부(122)를 형성한다(S130). 즉, 본 공정을 통해 웨이브 가이드(130)를 노출시킴과 동시에 적외선 차단막(120)에 개구부(122)를 형성할 수 있다.
예를 들어 SiO2, TiO2, Ta2O5 등으로 이루어지는 적외선 차단막(120)은 습식 또는 건식 에칭 방식에 의해서는 제거가 용이하지 않다. 이에 대해 본 실시예의 경우, 상술한 S110 공정을 통하여 투명 기판(110) 상에 단차를 형성하고, 이와 같이 단차가 형성된 투명 기판(110)의 일면 전체에 적외선 차단막(120)을 형성하게 되므로, 단순히 기계적인 연마 방법에 의해 투명 기판(110)을 평면적으로 가공하더라도 웨이브 가이드(130)가 형성된 영역에 대응되는 적외선 차단막(120)의 일부분은 효과적으로 제거될 수 있다.
이 경우, 상술한 S110 공정 수행시 웨이브 가이드(130)의 높이가 적외선 차단막(120)의 두께보다 크게 되도록 투명 기판(110)이 에칭될 수 있다. 이에 따라 상술한 기계적 연마에 의해 적외선 차단막(120)의 일부를 제거할 경우 원하지 않는 다른 영역의 차단막(120)이 제거되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이어서 웨이브 가이드(130)의 단부가 볼록한 곡면 형상을 갖도록 웨이브 가이드(130)의 단부를 연마한다(S140). 본 공정은 기계적 연마 방법에 의해 수행될 수 있으며, 상술한 S130 공정과 동시에 수행될 수도 있다.
다음으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)에 렌즈부(140)를 형성한다(S150). 투명 기판(110)과 동일한 재질의 투명 기판에 에칭 등에 의해 렌즈부(140)를 형성한 뒤, 이와 같이 렌즈부(140)가 형성된 투명 기판과 적외선 차단막(120)이 형성된 투명 기판(110)을 서로 접합함으로써 본 공정이 수행될 수 있다.
본 실시예의 경우, 별도의 투명 기판에 렌즈부(140)를 형성한 뒤 접합하는 경우를 일 예로 제시하였으나, 이 뿐만 아니라, 적외선 차단막(120)이 형성된 투명 기판(110)의 타면을 에칭 등에 의해 가공하여 렌즈부(140)를 형성할 수도 있음은 물론이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 기판
11: 반사 방지막
12: 실리콘 웨이퍼
14: 불순물
13a: 버스바전극
13b: 핑거전극
16: 제1 에미터층
18: 제2 에미터층
18a: 버스바층
18b: 핑거층
100: 마스크
110: 투명 기판
120: 적외선 차단막
122: 개구부
122a: 제1 영역
122b: 제2 영역
130: 웨이브 가이드
140: 렌즈부
142: 제1 렌즈부
144: 제2 렌즈부
150: 에칭 레지스트층

Claims (16)

  1. 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크로서,
    투명 기판;
    상기 투명 기판의 일면에 형성되며, 패터닝된 개구부를 갖는 적외선 차단막; 및
    상기 투명 기판의 일면에 상기 개구부의 위치와 대응되도록 형성되며, 상기 투명 기판과 일체로 형성되는 웨이브 가이드(wave guide)를 포함하는 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 차단막은, 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 상기 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드는 상기 적외선 차단막의 표면 보다 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드의 단부는 볼록한 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는,
    상기 태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역; 및
    상기 태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투명 기판에는 상기 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 투명기판에는 상기 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  9. 태양전지의 선택적 에미터를 형성하기 위한 마스크를 제조하는 마스크 제조 방법으로서,
    투명 기판의 일부 영역을 일부 두께만큼 선택적으로 제거하여, 상기 투명 기판의 일면에 웨이브 가이드를 형성하는 단계;
    상기 투명 기판의 일면에 상기 웨이브 가이드를 커버하도록 적외선 차단막을 형성하는 단계; 및
    상기 웨이브 가이드의 단부가 노출되도록 상기 적외선 차단막의 일부를 제거하여, 상기 적외선 차단막에 패터닝된 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 마스크 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적외선 차단막은, 서로 상이한 굴절률을 갖는 제1 굴절률층과 제2 굴절률층이 교대로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 굴절률층은 SiO2를 포함하는 재질로 이루어지고, 상기 제2 굴절률층은 TiO2와 Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드는 상기 적외선 차단막의 표면 보다 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 개구부를 형성하는 단계 이후에,
    상기 웨이브 가이드의 단부가 볼록한 곡면 형상을 갖도록 상기 웨이브 가이드의 단부를 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 개구부는,
    상기 태양전지의 핑거전극 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역; 및
    상기 태양전지의 버스바전극 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 개구부를 형성하는 단계 이후에,
    상기 투명 기판에 상기 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 개구부를 형성하는 단계 이후에,
    상기 투명기판에 상기 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
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KR101525474B1 (ko) * 2013-09-25 2015-06-03 한국기계연구원 태양광 집광 시스템 및 이에 사용되는 무반사 및 저반사 특성을 가진 적외선 필터

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