KR20120125077A - 플라즈마 식각 장치 및 이를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 태양전지의 표면에 텍스쳐링 공정을 수행하는 플라즈마 식각 장치에 있어서, 공정 가스가 채워지고, 식각 공정을 수행하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부의 일측에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극이 배치된 일측과 대향되는 상기 공정 챔버 내부의 타측에 배치되는 제2 전극; 기판을 안착시키기 위해 상기 제2 전극 정면에 설치되는 척; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되되, 상기 제2 전극으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되고, 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 제1 전극 및 제2 전극을 통해 형성된 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척으로 입사되도록 하는 메시 구조물;을 구비한다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 리모트 플라즈마를 이용하여 플라즈마 형성 영역과 증착 영역을 구분되는 위치에 메시 구조물을 배치시킴으로써, 블랙실리콘 형성 원리 및 메시 구조물을 통한 플라즈마의 회절과 산란으로 인하여 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하게 된다.

Description

플라즈마 식각 장치 및 이를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법{Plasma etching apparatus and texturing method for solarcell using same}
본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 챔버 내에 금속 구조물을 배치하고, 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용함으로써, 태양전지의 텍스쳐링 구조를 피라미드 구조로 형성할 수 있는 플라즈마 식각 장치 및 이를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지 고갈과 심각한 환경오염 문제가 대두됨에 따라 차세대 에너지 개발의 중요성이 증대되고 있다. 한편, 차세대 대체 에너지원 중 태양전지는 무한한 에너지로써 공해가 없고 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다.
일반적인 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 먼저, 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만드는데, p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 전자와 정공이 발생하게 된다. 빛 에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부 전계에 의하여 각각 n형 반도체 측과 p형 반도체 측으로 이동하여 양쪽의 전극 부분에 모아진다. 이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부의 부하나 시스템에서 전력원으로 이용할 수 있게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 태양전지는 동작 중에 캐리어의 재결합에 의한 손실, 캐리어를 수집하는 전극 부분에서의 저항에 따른 손실, 태양전지 표면에서 발생하는 광학적 손실 등에 의하여 그 특성이 저하되는 것으로 알려져 있다. 그 중에서도 특히 태양전지 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실이 가장 큰 비중을 차지하고 있다.
이러한 태양전지의 광학적 손실을 저감시키기 위하여 주로 텍스쳐링(texturing) 방법이 사용된다. 텍스쳐링이란 태양전지에서 사용되는 실리콘 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 실리콘 기판 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스쳐링으로 실리콘 표면이 거칠어지면 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시킴으로써 광 포획량이 증가되어 광학적 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 플라즈마 식각 방법(Plasma Etching)은 건식 식각의 일종으로써, 반응성 기체나 이온을 통해 분해된 가스를 이용하여 물질을 선택적으로 제거하는 방법이다. 반응성 기체를 이용하는 경우, 등방성 식각(isotropic etching) 형태가 얻어지지만, 분해된 가스나 이온을 이용하여 식각하는 경우 대체로 이방성 식각(anistropic etching)의 형태를 얻게 된다. 상기 플라즈마 식각 방법은 습식 식각과는 달리 적은 양의 가스만을 이용하므로 가스의 비용이 적게 들며, 대면적의 공정이 가능하고, 공정자동화도 용이하다는 장점이 있다.
한편, 단결정 실리콘 태양전지는 습식이나 건식 식각을 통해 요철 및 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하지만, 다결정 실리콘 태양전지는 임의의 결정 방향성때문에 표면 텍스쳐링 공정에 많은 어려움을 가진다. 다시 말해, 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 다결정 실리콘 태양전지의 텍스쳐링 공정을 수행할 시에는 표면 반사율이 5% 이하의 블랙실리콘(black silicon)이라 불리우는 바늘 타입 구조(needle-like or grass)가 형성된다. 도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 표면 텍스쳐링 구조를 나타낸 SEM 사진이다. 도 1을 참조하면, 이러한 구조는 표면에서의 단파장 대역의 흡수가 어렵고, n+층 형성 시에 P-N 접합 면적이 감소하고, 반사방지막(ARC) 형성이 어려우며, 전극 형성 시 접촉 저항이 증가되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 챔버 내에 금속 구조물을 배치하고, 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하여 태양전지의 텍스쳐링 구조가 피라미드 구조를 형성함으로써, 블랙 실리콘과 같은 낮은 반사율을 가지면서 기존 그라스(grass) 또는 바늘 타입(needle-like) 구조의 문제점을 해결할 수 있는 플라즈마 식각 장치 및 이를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법을 제공하고자 하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 태양전지의 표면에 텍스쳐링 공정을 수행하는 플라즈마 식각 장치에 있어서, 공정 가스가 채워지고, 식각 공정을 수행하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부의 일측에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극이 배치된 일측과 대향되는 상기 공정 챔버 내부의 타측에 배치되는 제2 전극; 기판을 안착시키기 위해 상기 제2 전극 정면에 설치되는 척; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되되, 상기 제2 전극으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되고, 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 제1 전극 및 제2 전극을 통해 형성된 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척으로 입사되도록 하는 메시 구조물;을 구비하고, 상기 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 형성 영역과 식각 영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하되, 상기 플라즈마 형성 영역과 식각 영역을 구분하는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary)와 제2 전극 사이에 상기 메시 구조물을 배치하여 상기 척에 안착된 기판의 표면을 피라미드 구조로 텍스쳐링(texturing)하는 것을 특징으로 한다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 플라즈마 식각 장치는 제2 전극의 가장자리에 배치되는 가이드 지그; 및 상기 가이드 지그의 정면에 배치되고, 사전에 설정된 길이로 형성되어 있어 상기 메시 구조물을 제2 전극으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되도록 고정시키는 지지부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 메시 구조물의 다수 개의 홀은 원형 또는 다각형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 메시 구조물은 금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 가이드 지그는 퀄츠(quartz) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 공정 가스는 SF6 가스 및 CF4 가스 중 어느 하나에 O2 가스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 공정가스는 Ar 가스 및 Cl 가스 중 어느 하나를 더 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서, (a) 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내의 척에 태양 전지용 기판을 배치하는 단계; (b) 상기 태양 전지용 기판의 전면에 메시구조물을 배치하는 단계; (c) 상기 플라즈마 식각 장치에 전원을 인가하여 기판의 표면을 식각하는 단계;를 포함하고,상기 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 형성 영역과 식각 영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하여 상기 척에 안착된 기판의 표면을 피라미드 구조로 텍스쳐링(texturing)하는 것을 특징으로 한다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서, 상기 메시 구조물은 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 상기 플라즈마 형성 영역에서 식각 영역으로 이동하는 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척으로 입사되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서, 상기 메시 구조물의 다수 개의 홀은 원형 또는 다각형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서, 상기 메시 구조물은 금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 리모트 플라즈마를 이용하여 플라즈마 형성 영역과 증착 영역을 구분되는 위치에 메시 구조물을 배치시킴으로써, 블랙실리콘 형성 원리 및 메시 구조물을 통한 플라즈마의 회절과 산란으로 인하여 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 진행한 후, 형성된 실리콘 기판 표면의 피라미드 구조의 단면 SEM 사진이다. 태양전지의 텍스쳐링 효과를 갖기 위해 54°이상의 각을 갖는 피라미드 구조가 요구되는데, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 진행하였을 때, 사이즈 1 um 이상의 60°의 각을 가지는 피라미드 구조가 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 공정시간을 변화시키면서 형성된 블랙실리콘의 표면 반사율을 측정한 도표이다. 이때 측정한 실리콘 기판의 표면에는 반사 방지막(Anti Reflection coating; ARC)을 형성하지 않았다. 도 7을 참조하면, 공정 시간을 달리하여 진행한 텍스쳐링 공정을 통해 형성된 실리콘 기판 중, 15분으로 공정 시간을 진행한 실리콘 기판의 반사율이 약 10%로 가장 낮은 반사율을 나타냄을 알 수 있다. 이는 베어 실리콘 기판(bare silicon wafer)보다 약 30% 낮은 반사율로써, 태양전지 표면 텍스쳐링으로써의 우수한 특징을 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 8은 베어 실리콘 기판, 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판 및 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판의 반사율을 측정하여 도시한 도표이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판의 반사율이 베어 실리콘 기판이나 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판의 반사율에 비해 월등히 낮은 5% 이하의 값을 가짐을 알 수 있다.
도 7 및 도 8을 통한 반사율 비교 결과에 따라, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 피라미드 구조의 블랙 실리콘을 형성함으로써, 태양전지 표면의 단면적을 넓혀 태양광의 흡수량을 증가시키면서 낮은 반사율을 갖게 되어 태양전지의 효율을 극대화할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용한 공정에서 사용해야 하는 유독성의 Cl 가스를 첨가하지 않아도 되기 때문에, 작업자에게 안전한 공정 환경을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 메시 구조물을 이용해서 텍스쳐링 공정을 수행하는 과정 중에 5~6um 정도 표면을 식각시켜 피라미드 구조를 형성시키게 되므로, 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용해서 텍스쳐링 공정을 진행할 때 반드시 추가해야 했던 SDR(Saw Damage Remove) 공정이 필요하지 않게 된다. 종래의 SDR 공정은 기판 절단 공정 중에 생성된 남은 흔적들을 제거하기 위해서 습식 식각 공정을 이용하여 결정질 실리콘 기판의 표면을 약 5 um 정도 식각시키는 것인데, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 텍스쳐링 공정 중에 자연스럽게 5~6 um 정도 표면이 식각되면서 피라미드가 형성되므로 종래의 SDR 공정이 필요없는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 태양전지의 제작 공정을 간소화할 수 있는 장점을 갖게 된다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 표면 텍스쳐링 구조를 나타낸 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 메시 구조물을 예시적으로 나타낸 사진이다.
도 4는 블랙 실리콘의 형성 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 진행한 실리콘 기판 표면의 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 진행한 후, 형성된 실리콘 기판 표면의 피라미드 구조의 단면 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 공정시간을 변화시키면서 형성된 블랙실리콘의 표면 반사율을 측정한 도표이다.
도 8은 베어 실리콘 기판, 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판 및 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 형성된 블랙 실리콘 상에 ARC 코팅을 형성한 기판의 반사율을 측정하여 도시한 도표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 구조 및 동작 원리에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 공정챔버(100), 제1 전극(110), 제2 전극(120), 척(130) 및 메시 구조물(140)을 구비한다.
상기 공정챔버(100)는 공정 가스가 채워지고, 식각 공정을 수행한다. 상기 공정가스는 SF6 및 CF4 중 어느 하나에 O2 가스를 첨가한 것으로서, 본 발명에서는 상기 메시 구조물(140)에 의해 종래의 태양전지 텍스쳐링 공정에 필요한 Cl 가스가 반드시 첨가될 필요가 없다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다. 또한, 상기 공정가스는 전술한 혼합 가스에 Ar 또는 Cl 가스를 더 추가할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 상기 공정 챔버(100) 내부의 일측에 배치되며, 바람직하게는 상기 공정 챔버(100)의 상부에 배치된다. 상기 제2 전극(120)은 상기 제1 전극(110)이 배치된 일측과 대향되는 상기 공정 챔버(100) 내부의 타측에 배치되는데, 바람직하게는 상기 공정 챔버(100)의 하부에 배치된다.
상기 척(130)은 기판을 안착시키기 위해 상기 제2 전극 정면에 설치된다.
이하, 메시 구조물(140)에 대하여 구체적으로 설명한다.
상기 메시 구조물(140)은 상기 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 배치되되, 상기 제2 전극(120)으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치된다. 상기 메시 구조물(140)을 상기 공정 챔버(100) 내에 고정시키기 위해, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 제2 전극의 가장자리에 배치되는 가이드 지그(150) 및 상기 가이드 지그(150)의 정면에 배치되고, 사전에 설정된 길이로 형성되어 상기 메시 구조물을 제2 전극(120)으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되도록 고정시키는 지지부재(160)을 더 구비할 수 있다. 상기 가이드 지그(150)는 퀄츠 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 메시 구조물을 예시적으로 나타낸 사진이다. 도 3을 참조하면, 상기 메시 구조물(140)은 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 제1 전극 및 제2 전극을 통해 형성된 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척(130)으로 입사되도록 한다. 상기 메시 구조물(140)의 다수 개의 홀은 상기 플라즈마가 통과하면서 회절 및 산란시킬 수 있을 정도로 충분히 작은 크기면 어떤 형태를 지니든 상관없다. 도 3에서는 원형의 미세한 홀이 형성된 메시 구조물(140)을 예시적으로 나타내었으며, 다각형 모양으로도 형성이 가능하다. 또한, 상기 메시 구조물은(140)은 금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 플라즈마 형성 영역과 식각영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 것이 바람직하다. 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 형성 영역과 식각 영역을 구분하는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary)를 기준으로 제1 전극(110)과 쉬쓰 바운더리 사이에 플라즈마가 형성되고, 제2 전극(120)과 쉬쓰 바운더리 사이에 척이 배치되어 있어 식각영역이 형성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary, 'a')와 제2 전극 사이에 메시 구조물을 배치하고, 상기 쉬쓰 바운더리로부터 제2 전극으로 이동하는 플라즈마의 이온을 메시 구조물(140)의 다수 개의 미세한 홀에 통과하도록 함으로써, 회절되고 산란되어 상기 척에 안착된 기판에 입사하게 한다. 이렇게 회절 및 산란되는 플라즈마는 도 2에서와 같은 궤적으로 실리콘으로 형성된 기판에 입사되므로, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(10)는 기판 표면에 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하게 된다.
종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 수행하는 경우, SF6 가스에 유독성의 Cl 가스를 첨가하여 실리콘 기판을 식각하는데, 식각하는 과정에서 SiOF가 형성되어 기판에 재흡착이 되면서 블랙실리콘(black silicon)을 형성하게 된다. 도 4는 블랙 실리콘의 형성 원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 이러한 종래의 텍스쳐링 공정은 블랙 실리콘이 형성됨으로 인하여 반사율을 저감시키는 효과는 있으나, 식각되는 실리콘 기판의 표면 구조가 도 1에서와 같이 바늘 타입 구조(needle-like)로 형성된다. 한편, 메시 구조물을 이용하는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 수행하는 경우, 도 4와 같은 블랙실리콘의 형성 원리와 도 2에서와 같은 플라즈마의 이온의 궤적을 통해서 피라미드 구조를 갖는 블랙실리콘을 형성할 수 있게 되는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용하여 텍스쳐링 공정을 진행한 실리콘 기판 표면의 SEM 사진이다. 도 5에서의 텍스쳐링 공정 진행 전, 단결정 실리콘 기판을 초기 세정 공정을 진행하여 표면 오염물과 자연 산화막을 제거하였다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 텍스쳐링 공정은 SF6/O2 가스를 1:1 비율로 하여 공정을 진행하였으며, 홀의 크기가 90um 이며, 홀 사이의 간격이 5 um, 홀과 홀의 길이를 190um로 하는 메시 구조물을 사용하였다. 또한, 상기 텍스쳐링 공정은 압력, 고주파 전원, 온도를 각각 200 mTorr, 200 W, 5 도로 고정시키고, 공정 시간을 1 내지 20 분으로 변경시키며 진행하였다. 도 5를 참조하면, 공정시간이 3 분일 때, 실리콘 표면의 변화가 피라미드 구조로 나타남을 알 수 있다. 또한, 시간이 증가됨에 따라 종래의 바늘 타입 구조가 아닌 피라미드 구조를 가지며, 특히, 15분과 20분으로 공정을 진행할 때에는 약 1 um의 직경을 갖는 피라미드가 형성되었음을 알 수 있다.
전술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 리모트 플라즈마를 이용하여 플라즈마 형성 영역과 증착 영역을 구분되는 위치에 메시 구조물을 배치시킴으로써, 블랙실리콘 형성 원리 및 메시 구조물을 통한 플라즈마의 회절과 산란으로 인하여 피라미드 구조의 텍스쳐링이 가능하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법에 대하여 설명한다.
태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서, 먼저, 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내의 척에 태양 전지용 기판을 배치한다. 다음, 상기 태양 전지용 기판의 전면에 메시구조물을 배치한다. 상기 메시 구조물은 공정챔버 내의 전술한 가이드 지그 및 지지부재를 이용하여 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 형성 영역과 식각 영역이 구분되는 리모트 플라즈마를 이용함에 있어서, 상기 두 영역의 경계인 쉬쓰 바운더리와 하부 전극 사이에 메시 구조물이 배치되는 것이 바람직하다. 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하므로, 생략한다. 다음, 상기 플라즈마 식각 장치에 전원을 인가하여 기판의 표면을 식각한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 태양전지의 표면 텍스쳐링 공정 분야에 널리 사용할 수 있다. 특히, 다결정 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제작하는 공정에 활용할 수 있다.
10 : 플라즈마 식각 장치
100 : 공정 챔버
110 : 제1 전극
120 : 제2 전극
130 : 척
140 : 메시 구조물
150 : 가이드 지그
160 : 지지부재

Claims (11)

  1. 태양전지의 표면에 텍스쳐링 공정을 수행하는 플라즈마 식각 장치에 있어서,
    공정 가스가 채워지고, 식각 공정을 수행하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부의 일측에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극이 배치된 일측과 대향되는 상기 공정 챔버 내부의 타측에 배치되는 제2 전극;
    기판을 안착시키기 위해 상기 제2 전극 정면에 설치되는 척;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제2 전극으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되고, 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 제1 전극 및 제2 전극을 통해 형성된 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척으로 입사되도록 하는 메시 구조물;
    을 구비하고,
    상기 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 형성 영역과 식각 영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하되, 상기 플라즈마 형성 영역과 식각 영역을 구분하는 쉬쓰 바운더리(sheath boundary)와 제2 전극 사이에 상기 메시 구조물을 배치하여 상기 척에 안착된 기판의 표면을 피라미드 구조로 텍스쳐링(texturing)하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 식각 장치는
    제2 전극의 가장자리에 배치되는 가이드 지그; 및
    상기 가이드 지그의 정면에 배치되고, 사전에 설정된 길이로 형성되어 있어 상기 메시 구조물을 제2 전극으로부터 사전에 설정된 거리만큼 떨어져 배치되도록 고정시키는 지지부재;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 메시 구조물의 다수 개의 홀은
    원형 또는 다각형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 메시 구조물은
    금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 가이드 지그는
    퀄츠(quartz) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 공정 가스는
    SF6 가스 및 CF4 가스 중 어느 하나에 O2 가스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 공정가스는
    Ar 가스 및 Cl 가스 중 어느 하나를 더 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  8. 태양전지의 텍스쳐링 방법에 있어서,
    (a) 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내의 척에 태양 전지용 기판을 배치하는 단계;
    (b) 상기 태양 전지용 기판의 전면에 메시구조물을 배치하는 단계;
    (c) 상기 플라즈마 식각 장치에 전원을 인가하여 기판의 표면을 식각하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 형성 영역과 식각 영역이 구분되는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하여 상기 척에 안착된 기판의 표면을 피라미드 구조로 텍스쳐링(texturing)하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 메시 구조물은
    다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 상기 플라즈마 형성 영역에서 식각 영역으로 이동하는 플라즈마가 상기 미세한 홀을 통과하면서 회절 및 산란되어 상기 척에 안착된 기판의 표면으로 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 메시 구조물의 다수 개의 홀은
    원형 또는 다각형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 메시 구조물은
    금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치를 이용한 태양전지의 텍스쳐링 방법.
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