KR20120111784A - 태양 전지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 절단시 발생한 손상의 제거(Damage Removal Etch) 공정, 표면 조직화(Texturing) 공정 및/또는 에지 아이솔레이션 공정을 통합하여 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, RIE 후 DRE 공정을 제거하고 PSG 제거 공정에서 DRE/에지 아이솔레이션(Edge Isolation)/PSG 제거 공정을 동시에 진행함으로써 기판(즉, 웨이퍼) 이동이 최소화되므로 기판 파손율이 감소된다.

Description

태양 전지 제조 방법{Method for manufacturing solar cell}
본 발명은 태양 전지 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 절단시 발생한 손상의 제거(Damage Removal Etch) 공정, 표면 조직화(Texturing) 공정 및/또는 에지 아이솔레이션 공정을 통합하여 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 함)를 일컫는다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell)로 구분된다. 이러한 3가지 종류의 태양전지 중 태양전지 시장에서는 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.
이러한 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다.
이들 전자와 정공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판 하부 및 에미터 도핑층 상부와 접합된 전극으로 이동하며, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.
이때, 이러한 기존 종래 태양광 전지의 공정은 다음과 같은 순서로 이루어진다.
① 표면조직화(Texturing) 공정
② 도핑(PN Junction 형성) 공정
③ 산화막(PSG: Phospho Silicate Glass) 제거 공정
④ 반사 방지막(ARC: Anti-Reflective Coating) 공정
⑤ 금속화(Metal) 공정
⑥ 에지 아이솔레이션(Edge Isolation: 에지 분리) 측정
기존의 태양광 전지(즉, 다결정 Si conventional cell을 들 수 있음)의 Texturing은 Acid(HNO3/HF 조성) 용액을 이용한 Texturing의 방식이 대다수였고, 그 외 습식(Wet) SDR(Saw Damage Removal) & Texturing 후 RIE(Reactive Ion Etch) Texturing을 이용하여 반사율을 낮추어 Jsc(short-circuit current: 회로가 단락된 상태, 즉 외부저항이 없는 상태에서 빛을 받았을 때 나타나는 역방향(음의 값)의 전류밀도이다) 향상시키는 방법이었다.
RIE Texturing의 경우 표면에 발생한 플라즈마 Damage로 인하여 낮은 반사율에도 불구하고 FF(Fill factor)와 Voc(open-circuit voltage)감소로 인한 효율 증가폭을 구현하기 어려운데, 이러한 플라즈마 Damage를 제거하여 주기 위하여 DRE(Damage Removal Etch) 공정이 실시된다. 즉 기존 RIE Texturing의 경우 아래와 같은 공정 순서로 이루어졌다.
① Wet SDR 공정
② RIE 공정
③ DRE 공정
④ Doping 공정
⑤ PSG 제거 공정
⑥ 이하 기존 태양전지 공정과 동일
다결정 기판(즉, wafer)를 이용하여 15% 정도의 변환효율을 달성하기 위하여서는 표면 조직화가 가장 중요한 요소는 아니지만, 16% 이상 효율의 다결정 태양전지 제조를 위해서는 빛을 포획할 수 있는 Texturing 공정이 이슈화될 수 있다.
이러한 종래 방식의 경우, 공정마다 습식 에칭(식각으로도 혼용됨) 공정이 구성되며, 이러한 습식 에칭 공정을 수행하기 위해 습식 에칭 장치가 구비된다. 또한, RIE 공정이 건식 에칭 방식으로 이루어지는 반면 DRE 공정은 습식 에칭 방식이 진행됨에 따라 RIE 장비 이외 습식 에칭을 위한 별도의 습식 에칭 장치를 요하게 된다.
따라서, 이러한 다수의 습식 에칭 공정 및 습식 에칭 장치로 인하여 기판(즉, 웨이퍼) 파손율이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 다수의 습식 에칭 공정을 위한 추가적인 습식 에칭 장치가 요구되므로 설치비 및 유지비가 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술에 따른 문제점을 극복하고자 제안되는 것으로서, 공정중 발생하는 기판 파손율을 감소시키는 태양 전지 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수의 습식 에칭 공정을 위한 추가적인 습식 에칭 장치를 줄임으로써 설치비 및 유지비를 감소시키는 태양 전지 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예는 위에서 제시된 과제를 해결하기 위해 표면 데미지 및 산화막을 동시에 제거하는 태양전지 제조 방법을 제공한다. 이 태양전지 제조 방법은, 절단된 기판상에 생성된 데미지를 제거하는 절단 데미지 제거(SDR: Sawing Damage Removal) 단계; 상기 기판 상부에 RIE(Reactive Ion Etch) 텍스쳐링을 수행하는 기판 표면 구조화(Texturing) 단계; 상기 기판 상부를 상기 기판과 다른 물질로 도핑하는 기판 도핑 단계; DRE(Damage Removal Etching)을 이용하여 상기 기판 도핑 단계에서 상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)을 동시에 제거하는 표면 데미지 및 산화막 제거 단계; 상기 기판 표면상에 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 단계; 레이저 에칭 방식을 이용하여 상기 기판의 에지에 레이저를 조사시켜 상기 반사 방지막과 분리시키는 에지 아이솔레이션 단계; 및 상기 반도체 기판의 상면과 후면에 각각 전면 및 후면 전극을 형성시키는 금속화 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 표면 데미지 및 산화막 제거 단계는, 저농도 KOH 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 상기 기판의 표면 데미지를 제거하는 단계; 및 HCL/HF 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 표면 데미지 및 산화막 제거 단계는 동일한 하나의 습식 에칭 장치에 의해서 수행되는 것을 특징으로 한다.
한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 절단된 기판상에 생성된 데미지를 제거하는 절단 데미지 제거(SDR: Sawing Damage Removal) 단계; 상기 기판 상부에 RIE(Reactive Ion Etch) 텍스쳐링을 수행하는 기판 표면 구조화(Texturing) 단계; 상기 기판 상부를 상기 기판과 다른 물질로 도핑하는 기판 도핑 단계; DRE(Damage Removal Etching)을 이용하여 상기 기판 도핑 단계에서 상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)을 동시에 제거하는 제 1 표면 데미지 및 산화막 제거 단계; 상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)의 나머지를 제거하는 제 2 표면 데미지 및 산화막 제거 단계를 수행하고 동시에 습식 에칭 방식을 이용하여 상기 기판의 에지를 식각함으로써 상기 반사 방지막과 분리시키는 에지 아이솔레이션 단계; 상기 기판 표면상에 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 단계; 및 상기 반도체 기판의 상면과 후면에 각각 전면 및 후면 전극을 형성시키는 금속화 처리 단계를 포함한다.
여기서, 상기 에지 아이솔레이션 단계는, HNO3/H2SO2/H2O2 용액을 이용하여 백사이드 에칭을 통해 상기 반사 방지막과 상기 기판의 에지를 분리시키는 단계; 저농도 KOH 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 상기 기판의 표면 데미지를 제거하고 클리닝하는 단계; 및 HCL/HF 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단 데미지 제거(SDR) 단계는 산성 텍스쳐링(Acid texturing) 방식 및 알칼리성 SDR(Sawing Damage Removal) 방식을 이용하되, 상기 산성 텍스쳐링 방식은 절단 데이지 단계와 기판 표면 구조화 단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 기판은 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물로 구성되며, 상기 도핑 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, RIE 후 DRE 공정을 제거하고 PSG 제거 공정에서 DRE/PSG 및/또는 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 제거 공정을 동시에 진행함으로써 기판(즉, 웨이퍼) 이동이 최소화되므로 기판 파손율이 감소된다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 DRE/PSG 및/또는 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 제거 공정을 하나의 습식 에칭 장치에서 동시 진행하도록 함으로써, 습식 에칭 장치의 수를 줄일 수 있으므로, 장치 설치비 및 유지비가 감소된다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지 표면의 요철 구조에 따른 빛의 반사경로를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 요철 구조에 따른 단락 전류(Isc) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 단결정 기판의 경우 알칼리성 에칭(Alkali Etching)을 통한 텍스쳐링된 표면을 확대한 확대 화면예이다.
도 4는 다결정 기판의 경우 산성 에칭(Acid Etching)을 통한 텍스쳐링된 표면을 확대한 확대 화면예이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에지 아이솔레이션을 레이저 에칭 방식으로 진행할 경우의 RIE(Reactive Ion Etch)를 이용한 태양 전지 제조 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에지 아이솔레이션을 습식 에칭 방식으로 진행할 경우의 RIE를 이용한 태양 전지 제조 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 태양 전지 표면의 요철 구조에 따른 빛의 반사경로를 나타내는 도면이다. 일반적으로 실리콘 태양전지는 p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터 도핑층을 포함하고, 기판과 에미터 도핑층의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
위와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다.
참고로, n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터 도핑층에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다.
광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판 하부 및 에미터 도핑층 상부와 접합된 전극으로 이동하며, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.
따라서, 광흡수를 높이기 위해 표면을 텍스쳐링(표면 구조화로도 불린다)하는 공정이 수행된다. 일반적으로, 텍스쳐링(Texturing)의 목적은 전면에서의 내부 방향 다중반사를 이용하여 흡수되는 빛의 양을 증가시키고, 빛의 통과 길이를 향상시키는 것이다.
이로 인한 효과로써 태양전지의 단락전류(Isc: short circuit current)를 향상시킬 수 있다. 경면 처리된 실리콘 표면 반사율은 30%정도이고, Texturing을 통하여 10%내외로 감소하며 여기에 반사 방지막을 추가하면 반사율은 3%까지 감소한다.
단결정 실리콘 웨이퍼를 Texturing하면 피라미드 구조가 형성되는데, 이때 피라미드 형성각도가 빛의 진행 방향에 중요한 역할을 수행한다. 이를 보여주는 도면이 도 1이다. 즉, 도 1은 요철구조의 구조물 각도와 그에 따른 빛의 반사경로를 나타낸다.
ⅰ) 만일 구조물 각도가 α=30ㅀ이면 V자형 홈 하단부에서만 빛이 2회 반사되는 경로를 가진다.
ⅱ) 만일 구조물 각도가 α=45ㅀ이면, 모든 입사광이 2회의 반사율을 갖는다.
ⅲ) 만일 구조물 각도가 α=60ㅀ이면, 모든 입사광이 3회 반사되는 경로를 가진다.
따라서 피라미드 구조물의 각도가 클수록 반사 횟수가 증가하여 그만큼 광 생성 전류인 단락전류(Isc: short circuit current)가 상승한다.
이를 보여주는 도면이 도 2에 도시된다. 즉, 도 2는 도 2는 도 1의 요철 구조에 따른 단락전류(Isc) 변화를 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면 각도가 53.7ㅀ이상에서 단락전류 Isc가 급격히 상승함을 볼 수 있다.
Texturing의 효과는 다음 수학식과 같은 순으로 도식화할 수 있다.
( 수학식 1)
무작위 구조 ? 전/후면 규칙적인 피라미드 구조 ? 전면 피라미드 구조
여기서, 전/후면까지 조직화를 할 경우에는 후면 재결합 상승으로 효율이 감소하게 되므로, 전/후면 규칙적인 피라미드 구조는 전면 피라미드 구조보다 효율이 감소된다.
이러한 피라미드 구조를 보여주는 도면이 도 3에 도시된다. 즉, 도 3은 단결정의 경우 텍스쳐링된 표면을 확대한 확대 화면예이다. 도 3은 단결정 기판(즉, 웨이퍼) 표면을 NaOH나 KOH와 같은 염기성 용액으로 텍스쳐링(즉, 표면 조직화)한 경우 나타나는 피라미드 구조를 보여준다.
단결정 기판(즉, 웨이퍼)의 경우 NaOH나 KOH와 같은 염기성 용액으로 실리콘 표면을 텍스쳐링을 하는 것이 가능하다. 다이아몬드 격자 구조에서는 111 면이 100 면보다 원자가 훨씬 조밀하게 밀집되어 111 면의 식각 속도가 더 느리다. 따라서, 실리콘 표면에 임의로 생성되는 기포가 식각을 느리게 하는 특성을 이용하여 텍스쳐링(Texturing)이 가능하게 된다.
이와 달리, 도 4는 다결정 기판의 경우 텍스쳐링된 표면을 확대한 확대 화면예이다. 다결정 기판의 경우는 결정방향이 일정하지 않기 때문에, 염기보다는 산성 용액을 이용한 등방성 식각이 효과적이다. 산성 용액의 기본구성은 HF:HNO3:DI 이다. HNO3는 실리콘 표면(즉, 기판 표면임)을 산화시키고, HF는 산화된 표면을 제거한다.
다결정 기판의 경우는 결정방향이 일정하지 않기 때문에, 염기보다는 산성 용액을 이용한 등방성 식각(에칭으로도 혼용됨)이 효과적이다. 산성 용액의 기본구성은 HF:HNO3:DI 이다. HNO3는 실리콘 표면을 산화시키고, HF는 산화된 표면을 제거한다.
다결정 기판의 텍스쳐링은 위에서 기술한 화학적인 방식뿐만 아니라 레이저 방식, 다수의 다이아몬드 날 이용 방식 등이 가능하다. 다이아몬드 날 이용 방식의 경우, 다이아몬드 날을 이용하여 기계적으로 표면을 제거하고 이를 다시 화학용액으로 표면결함을 제거하여 경사각도 35ㅀ내외의 규칙적인 피라미드 구조가 형성된 표면을 얻을 수 있다.
습식 에칭(Wet Etching) 기술뿐만 아니라 건식 에칭(Dry Etching) 기술을 이용한 texturing의 경우에도 사진인쇄공정이나 마스크 사용이 요구되지 않는다. 물론, 건식 에칭의 경우 2% 내외의 극히 낮은 반사율을 얻게 된다. 또한, 플라즈마 식각 시에 발생한 Ion 데미지에 의한 표면 손상이 존재할 수 있으므로 이에 대한 제거가 필요하다.
RIE(Reactive Ion Etching) 방식은 일반적인 플라즈마 식각보다 더 높은 에너지의 이온 가격이 기판에 가해지는데 이는 접지된 전극에 비해 더 높은 음전위가 전극에 형성되기 때문이다. 사용 가스는 Cl2/SF6/O2를 주로 사용하고 경우에 따라 CF4/CHF3를 사용하는 경우도 있다. 건식 에칭 방식에서 O2를 포함하지 않는 식각의 경우 식각형태 조절이 매우 어렵다.
이러한 형태를 조절하는 방식은 측면 활성층(sidewall passivation)으로 측면 패턴에 식각이 진행되지 않도록 하거나 식각 속도를 현저히 떨어뜨릴 수 있는 막을 형성하는 것이다.
즉 식각 Gas(Cl2/SF6)에 O2를 첨가하게 되면 이온포격이 되지 않는 측면에 막이 형성되고 이온 포격이 되는 하부에는 이러한 막이 형성되지 않음으로써 하부로만 식각(에칭: Etching)되는 현상에 의하여 식각 형태 조절이 가능하게 된다.
이러한 원리를 이용하면 극히 낮은 반사도(400~1000nm 파장대에서 가중 (Weighted) AVG가 2%이하임))가 가능하지만, RIE Texturing의 충격에 의한 표면 손상이 존재할 수 있고 이에 따른 표면 재결합으로 달성 가능 전류가 감소한다. 또한, 표면 손상에 기인한 낮은 Voc 와 FF의 원인이 된다. 따라서 반사도와 전기적 표면 손상을 동시에 해결하기 위한 방안으로 DRE(Damage Removal Etch) 공정이 요구된다.
앞서 설명한 대로 RIE Texturing의 경우, 플라즈마(Plasma)에 의해 발생된 표면 데미지(Damage)를 반드시 제거해 주어야 한다. 데미지(Damage) 제거를 하지 않으면 표면 재결합속도 상승으로 인하여 전류값이 감소하게 되며, 이로부터 셀변환 효율의 증가도 기대하기 어렵다. 즉, RIE에 의해 빛 흡수가 증가하였지만, 이와 함께 전자-정공쌍의 소멸도 빨라지므로 증가된 빛 흡수의 효과를 얻을 수 없게 된다.
그러나 DRE 공정에서 너무 과도한 식각(즉, 에칭)이 이루어지면, RIE에 의해 형성된 표면 패턴이 사라져 반사율 감소효과를 얻을 수 없고, 이로부터 빛 흡수의 증가도 기대할 수 없다. 따라서, RIE 패턴을 최대한 유지하여 낮은 반사율을 확보하는 동시에 데미지(Damage)도 효과적으로 제거할 수 있는 최적 DRE 조건의 확보가 RIE 기술 성공의 중요 부분을 차지한다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에서는 DRE(Damage Removal Etch) 공정 + PSG(PhosphorSilicate Glass) 제거 공정을 동시에 진행한다. 이를 보여주는 공정도가 도 5에 도시된다. 즉, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에지 아이솔레이션을 레이저 에칭 방식으로 진행할 경우의 RIE(Reactive Ion Etch)를 이용한 태양 전지 제조 공정도이다.
도 5를 참조하면, 태양전지를 제조하기 위해서는 먼저 태양전지용 실리콘 기판을 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 표면 자국을 없애는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된다(단계 S600).
부연하면, 절단(sawing)에 의해 발생한 손상을 제거하기 위해 SDR(Sawing Damage Removal) 공정이 요구되며, 이 경우 SDE(Saw Damage Etching)을 함으로써 기판 절단시 생성된 데미지가 제거된다. 이러한, SDE 공정은 케미컬을 사용하여 기판 표면을 에칭하거나 표면에 형성된 산화막(Phosphoric silicate glass layer)을 제거하는 공정이다.
이러한 SDE 공정을 마친 기판에 대해 스크래칭 작업인 RIE(Reactive Ion Etching) 텍스쳐링(Texturing) 공정이 수행된다(단계 S610).
그런 다음 기판 표면에 전도성을 띠게 하기 위해 다른 타입(예를 들면, 5족 원소 또는 3족 원소)의 불순물을 확산시켜 에미터를 형성하는 도핑 공정이 수행된다(단계 S520).
도핑 공정 시 발생한 기판 표면상의 데미지를 제거하기 위해 DRE(Damage Removal Etching)를 수행하고, 이와 동시에 산화막(PSG)을 제거한다(단계 S530). DRE 공정과 PSG 제거 공정 동시 진행 시, 저농도 KOH 상온 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 기판의 표면 데미지를 제거함으로써 DRE 공정을 수행하고, HCl/HF 용액을 이용하여 클리닝(cleaning)을 실시함으로써 PSG 제거 공정을 수행한다.
DRE & PSG 제거 공정 이후, 태양광 반사를 막아 효율을 높이도록 해주는 반사 방지막(ARC: Anti-Reflective Coating)을 형성시키는 공정이 수행된다(단계 S540).
반사 방지막 형성 공정(S540) 이후, 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정이 수행된다(단계 S550). 부연하면, 기판의 에지(edge) 부분에도 도핑물질이 도핑되기 때문에 기판의 전면전극과 후면전극이 전기적으로 연결되어 있어서 효율감소의 원인이 되므로, 기판의 전면전극과 후면전극을 분리시키기 위한 공정이 요구된다.
이러한 에지 아이솔레이션 공정은 도핑 공정(S520) 다음에 수행될 수도 있다.
에지 아이솔레이션 공정(S640) 이후, 후면전극과 전면전극을 형성하는 금속화 처리 공정이 수행된다(단계 S560).
도 5의 제 1 실시예에 따른 DRE 공정 + PSG 제거 공정 동시 진행 방식을 이용하였을 경우 종래 기술과의 변환효율을 비교하면 다음 표1과 같다.
Isc(단위: A) Voc(단위: mA) FF(단위: %) Eff(단위: %)
종래기술 7.982 619 78.44 15.94
제 1 실시예 7.976 619 78.61 15.96
여기서, Isc(short circuit current)는 단락 전류, Voc(open circuit voltage)는 개방 전압, FF(Fill Factor)는 곡선 인자, Eff(Efficiency)는 광변환 효율을 나타낸다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정 + DRE 공정 + PSG 제거 공정을 동시 진행한다. 이를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다. 즉, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에지 아이솔레이션을 습식 에칭 방식으로 진행할 경우의 RIE를 이용한 태양 전지 제조 공정도이다.
도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같이, SDR 공정, RIE 텍스쳐링 공정, 도핑 고정 및 DRE&PSG 공정이 동일하게 수행된다(단계 S600 내지 S630).
물론, 여기서 DRE & PSG 제거 공정(S630)은 제 1 DRE & PSG 제거 공정이 되며, 이 제 1 DRE & PSG 제거 공정은 에지 아이솔레이션과 함께 수행되는 제 2 DRE & PSG 제거 공정과 구별된다. 일반적으로, 습식 에칭 방식의 경우, 하나의 습식 에칭 장치에서 DRE & PSG 제거 공정이 수행되는데, 도 6에서는 제 1 DRE & PSG 제거 공정을 미리 수행한 후, 에지 아이솔레이션과 함께 제 2 DRE & PSG 제거 공정이 동시에 수행된다(단계 S640).
여기서, HNO3/H2SO2/H2O2 용액을 이용하여 백사이드 에칭(Back side Etch)을 통하여 에지 아이솔레이션(Edge Isolation)을 실시하고 저농도 KOH(상온) 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 기판의 표면 데미지 제거 및 클리닝(Cleaning)을 실시하여 DRE 공정을 수행하고 이 DRE 공정 실시후 HF 용액을 이용하여 클리닝(Cleaning)함으로써 PSG 제거 공정을 실시한다.
이때 이들 용액의 농도를 조절하여 RIE 텍스쳐링에 의한 반사율이 15% 이내, 도핑(Doping) 면저항의 변화가 10%이내 수준에서 이루어지도록 한다.
에지 아이솔레이션 공정(S640) 이후, 태양광 반사를 막아 효율을 높이도록 해주는 반사 방지막(ARC: Anti-Reflective Coating)을 형성시키는 공정이 수행된다(단계 S650).
다음으로, 후면전극과 전면전극을 형성하는 금속화 처리 공정이 수행된다(단계 S660).
도 7은 본 발명에 따른 에지 아이솔레이션 공정이 완료된 태양전지의 단면도를 도시한 것이다. 도 2는 기판(30)에 에미터층(32), 반사 방지막(34), 후면전극(36), 전면전극(38), 후면 전계층(39)이 형성된 상태에서, 에미터층(32) 및 반사 방지막(34)의 에지 부분(40)이 제거된 상태를 나타내고 있다. 따라서, 후면전극(36)과 전면전극(38)이 션트(shunt) 되는 것이 방지된다.
물론, 도 7에 도시된 태양전지의 구조는 본 발명의 이해를 위한 것으로 구조는 다소 차이가 날 수 있으며, 이러한 구조의 차이는 당업자라면 당연히 이해 가능할 것이다.
α: 구조물 각도
β: 반사 및/또는 입사 각도
a: 제 1 광경로
b: 제 2 광경로
c1,c2: 반사점
30: 기판 32: 에미터층
34: 반사 방지막 36: 후면전극
38: 전면전극 39: 후면 전계층
40: 에지 부분

Claims (9)

  1. 절단된 기판상에 생성된 데미지를 제거하는 절단 데미지 제거(SDR: Sawing Damage Removal) 단계;
    상기 기판 상부에 RIE(Reactive Ion Etch) 텍스쳐링을 수행하는 기판 표면 구조화(Texturing) 단계;
    상기 기판 상부를 상기 기판과 다른 물질로 도핑하는 기판 도핑 단계;
    DRE(Damage Removal Etching)을 이용하여 상기 기판 도핑 단계에서 상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)을 동시에 제거하는 표면 데미지 및 산화막 제거 단계;
    상기 기판 표면상에 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 단계;
    레이저 에칭 방식을 이용하여 상기 기판의 에지에 레이저를 조사시켜 상기 반사 방지막과 분리시키는 에지 아이솔레이션 단계; 및
    상기 반도체 기판의 상면과 후면에 각각 전면 및 후면 전극을 형성시키는 금속화 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 데미지 및 산화막 제거 단계는,
    저농도 KOH 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 상기 기판의 표면 데미지를 제거하는 단계; 및
    HCL/HF 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 데미지 및 산화막 제거 단계는 동일한 하나의 습식 에칭 장치에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절단 데미지 제거(SDR) 단계는 산성 텍스쳐링(Acid texturing) 방식 및 알칼리성 SDR(Sawing Damage Removal) 방식을 이용하되, 상기 산성 텍스쳐링 방식은 절단 데이지 단계와 기판 표면 구조화 단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물로 구성되며, 상기 도핑 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  6. 절단된 기판상에 생성된 데미지를 제거하는 절단 데미지 제거(SDR: Sawing Damage Removal) 단계;
    상기 기판 상부에 RIE(Reactive Ion Etch) 텍스쳐링을 수행하는 기판 표면 구조화(Texturing) 단계;
    상기 기판 상부를 상기 기판과 다른 물질로 도핑하는 기판 도핑 단계;
    DRE(Damage Removal Etching)을 이용하여 상기 기판 도핑 단계에서 상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)을 동시에 제거하는 제 1 표면 데미지 및 산화막 제거 단계;
    상기 기판상에 생성된 데미지 및 산화막(PSG: PhosphorSilicate Glass)의 나머지를 제거하는 제 2 표면 데미지 및 산화막 제거 단계를 수행하고 동시에 습식 에칭 방식을 이용하여 상기 기판의 에지를 식각함으로써 상기 반사 방지막과 분리시키는 에지 아이솔레이션 단계;
    상기 기판 표면상에 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 단계; 및
    상기 반도체 기판의 상면과 후면에 각각 전면 및 후면 전극을 형성시키는 금속화 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에지 아이솔레이션 단계는,
    HNO3/H2SO2/H2O2 용액을 이용하여 백사이드 에칭을 통해 상기 반사 방지막과 상기 기판의 에지를 분리시키는 단계;
    저농도 KOH 또는 NH4OH/H2O/H2O2 용액을 이용하여 상기 기판의 표면 데미지를 제거하고 클리닝하는 단계; 및
    HCL/HF 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 절단 데미지 제거(SDR) 단계는 산성 텍스쳐링(Acid texturing) 방식 및 알칼리성 SDR(Sawing Damage Removal) 방식을 이용하되, 상기 산성 텍스쳐링 방식은 절단 데이지 단계와 기판 표면 구조화 단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 기판은 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물로 구성되며, 상기 도핑 3족 원소 또는 5족 원소의 불순물인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 방법.
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