KR20130016719A - 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조 단가를 감소시킬 수 있도록 한 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 PN 접합 구조를 가지는 태양 전지의 상면에 적어도 2개의 개구부를 가지는 마스크 부재를 위치 정렬하여 배치하는 단계; 및 전도성 물질로 이루어진 타겟을 이용한 증착 공정을 통해 상기 마스크 부재의 개구부를 통과하는 타겟 물질을 상기 태양 전지의 상면에 증착시켜 적어도 2개의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.

Description

태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING OF SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 제조 단가를 감소시킬 수 있도록 한 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양 전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양 전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(Hole)과 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양 전지는 박막형 태양 전지와 기판형 태양 전지로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조한 것이고, 상기 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양 전지는 상기 박막형 태양 전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조로 종래의 기판형 태양 전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 기판형 태양 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 기판형 태양 전지는 P형 실리콘층(10), N형 실리콘층(20), 반사 방지층(30), P+형 실리콘층(40), 전면 전극(50), 및 후면 전극(60)으로 이루어진다.
P형 실리콘층(10) 및 그 상면에 형성된 N형 실리콘층(20)은 태양 전지의 PN접합 구조를 이루는 것으로서, P형 실리콘층(10) 및 N형 실리콘층(20)의 상면은 요철 구조로 형성되어 태양 광이 태양 전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 구성된다.
반사 방지층(30)은 입사광의 반사를 최소화시키는 역할을 함과 더불어 N형 실리콘층(20)에서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
P+형 실리콘층(40)은 P형 실리콘층(10)의 하면에 형성되어 태양 광에 의해서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
전면 전극(50)은 반사 방지층(30)의 상부에서부터 N형 실리콘층(20)까지 연장 형성된다. 이러한 전면 전극(50)은 은(Ag) 페이스트를 이용한 프린팅 공정에 의해 반사 방지층(30)의 상면에 형성된 후, 고온 열처리 공정에 의해 반사 방지층(30)을 뚫고 N형 실리콘층(20)까지 침투하여 N형 실리콘층(20)에 전기적으로 접속된다.
후면 전극(60)은 P+형 실리콘층(40)의 하면에 형성된다. 이러한 후면 전극(60)은 은(Ag) 페이스트를 이용한 프린팅 공정에 의해 P형 실리콘층(10)의 하면에 형성된 후, 전면 전극(50)과 함께 수행되는 고온 열처리 공정에 의해 P형 실리콘층(10)의 하면으로 침투하여 P+형 실리콘층(40)을 통해 P형 실리콘층(10)에 전기적으로 접속된다. 이때, P+형 실리콘층(40)은 상기 고온 열처리 공정에 의해 P형 실리콘층(10)의 하면으로 침투하는 후면 전극(60)에 의해 형성된다.
그러나, 종래의 태양 전지는 전면 전극(50)과 후면 전극(60)의 재질로써 전기 전도도가 우수한 은(Ag) 재질을 사용하기 때문에 제조 단가가 증가하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조 단가를 감소시킬 수 있도록 한 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 PN 접합 구조를 가지는 태양 전지의 상면에 적어도 2개의 개구부를 가지는 마스크 부재를 위치 정렬하여 배치하는 단계; 및 전도성 물질로 이루어진 타겟을 이용한 증착 공정을 통해 상기 마스크 부재의 개구부를 통과하는 타겟 물질을 상기 태양 전지의 상면에 증착시켜 적어도 2개의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 물질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치는 마스크 부재와 전도성 재질로 이루어진 타겟을 이용한 증착 공정을 통해 태양 전지의 전극을 형성함으로써 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전극의 재질로 은(Ag)을 사용하지 않기 때문에 제조 단가를 감소시킬 수 있다.
둘째, 마스크 부재를 통해 전극을 원하는 패턴 형태로 형성하므로 타겟 소모량을 최소화하여 제조 단가를 더 감소시킬 수 있다.
셋째, 기존의 프린팅 공정 방식으로 은(Ag) 페이스트로 전극을 형성할 때보다 전극의 폭을 좁게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 전극의 높이를 더 높게 형성할 수 있기 때문에 전극으로 인한 광 입사 면적의 감소를 줄여 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기판형 태양 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2i는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 마스크 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 마스크 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 2i는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2i를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110) 상에 제 2 도전 타입의 반도체층(120)을 형성한다.
상기 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 이용할 수 있는데, 단결정 실리콘은 순도가 높고 결함 밀도가 낮기 때문에 태양전지의 효율이 높으나 가격이 너무 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 다결정 실리콘은 상대적으로 효율은 떨어지지만 저가의 재료와 공정을 이용하기 때문에 생산비가 적게 들어 대량생산에 적합하다. 이러한 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)은 상면에 형성된 요철 구조(또는 패턴)(도 1 참조)를 포함하여 구성될 수 있다. 요철 패턴은 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE), 산액을 이용한 등방성 에칭법, 또는 기계적 에칭법 등에 의해 형성될 수 있다.
제 2 도전 타입의 반도체층(120)은 플라즈마 이온 도핑법을 이용한 N형 도펀트의 도핑 공정에 의해 반도체 기판(110) 상에 형성된다. 이때, 제 2 도전 타입의 반도체층(120)은 0.3 ~ 0.5㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 제 2 도전 타입의 반도체층(120)은 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)과 PN 접합 구조를 형성한다.
상기 제 2 도전 타입의 반도체층(120)의 상면은 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)의 상면에 형성된 요철 구조에 대응되는 요철 구조를 포함하도록 형성된다.
그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 도전 타입의 반도체층(120)의 상면에 반사 방지층(130)을 형성한다. 반사 방지층(130)은 수소 원자를 함유하는 물질, 예로서 실리콘 질화물과 같은 물질로 이루어진다. 실리콘 질화물은 NH3, SiH4, 및 N2 가스를 이용하여 플라즈마 CVD 공정을 통해 형성할 수 있다. 여기서, 반사 방지층(130)은 700 ~ 900Å 범위의 두께로 형성될 수 있다.
상기 반사 방지층(130)의 상면은 제 2 도전 타입의 반도체층(120)의 상면에 형성된 요철 구조에 대응되는 요철 구조를 포함하도록 형성된다.
그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 나란하게 형성된 복수의 제 1 개구부(210)를 포함하는 제 1 전극용 마스크 부재(200)를 반사 방지층(130)의 상부에 위치 정렬한다.
그런 다음, 전도성 물질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극을 형성한다. 구체적으로, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 스퍼터링 공정을 수행함으로써, 도 2d에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 제 1 개구부(210) 각각에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극(140)을 형성한다. 즉, 제 1 전극용 마스크 부재(200)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 타겟으로부터 스퍼터링되는 타겟 입자들을 제 1 전극용 마스크 부재(200)의 제 1 개구부(210)들에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 증착시킴으로써 각 제 1 개구부(210)에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극(140)을 형성한다. 여기서, 제 1 개구부(210)는 일자 형태 또는 빗살 형태를 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 형성하고자 하는 제 1 전극(140)의 형태에 대응되는 형태를 갖는다.
상기 제 1 전극(140)은 100㎚ ~ 2㎛ 범위의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 제 1 전극(140)의 두께가 100㎚ 이하일 경우 저항이 증가될 수 있다. 또한, 제 1 전극(140)의 두께가 2㎛ 이상일 경우 공정 시간이 증가될 수 있고, 타겟의 소모량이 증가하여 제조 단가가 증가될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(140)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(140)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 제 1 전극용 마스크 부재(200)에 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력을 인가하여 제 1 개구부(210)를 통과하는 타겟 입자의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들에 의해 반사 방지층(130)의 손상을 방지하게 된다.
상기와 같이, 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 제 1 전극(140)을 형성할 경우, 기존의 프린팅 공정 방식으로 은(Ag) 페이스트로 제 1 전극을 형성할 때보다 제 1 전극(140)의 폭을 좁게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제 1 전극(140)의 높이를 더 높게 형성할 수 있다. 이로 인하여, 제 1 전극(140)으로 인한 광 입사 면적의 감소를 줄여 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
그런 다음, 반도체 기판(110) 상에서 제 1 전극용 마스크 부재(200)를 제거한 후, 반도체 기판(110)을 반전시킨다.
그런 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 나란하게 형성된 복수의 제 2 개구부(230)를 포함하는 제 2 전극용 마스크 부재(220)를 반전된 반도체 기판(110)의 하면에 위치 정렬시킨다. 이때, 복수의 제 2 개구부(230)는 복수의 제 1 전극(140)과 나란하게 형성될 수 있다.
그런 다음, 전도성 물질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반전된 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극을 형성한다. 구체적으로, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 스퍼터링 공정을 수행함으로써, 도 2f에 도시된 바와 같이, 복수의 제 2 개구부(230) 각각에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다. 즉, 제 2 전극용 마스크 부재(220)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 타겟으로부터 스퍼터링되는 타겟 입자들을 제 2 전극용 마스크 부재(220)의 제 2 개구부(230)들에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 증착시킴으로써 각 제 2 개구부(230)에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다. 여기서, 제 2 개구부(230)는 일자 형태 또는 빗살 형태를 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 형성하고자 하는 제 2 전극(150)의 형태에 대응되는 형태를 갖는다.
한편, 제 2 전극(150)은, 도 2f의 확대도와 같이, 반전된 반도체 기판(110)의 하면 전체에 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 전극(150)은 상술한 제 2 전극용 마스크 부재(220)를 사용하지 않는 스퍼터링 공정에 의해 형성된다.
상기의 제 2 전극(150)의 형성을 위한 스퍼터링 공정은 상술한 제 1 전극(140)의 형성을 위한 스퍼터링 공정과 동일한 공정 조건에 의해 동일한 두께로 형성될 수 있다.
이어서, 반도체 기판(110) 상에서 제 2 전극용 마스크 부재(220)를 제거한 후, 반도체 기판(110)을 반전시킨다.
그런 다음, 도 2g에서 알 수 있듯이, 고온 열처리 공정을 수행하여 복수의 제 1 전극(140), 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155), 및 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다.
즉, 고온(예를 들어, 850℃ 이상) 열처리 공정하면, 복수의 제 1 전극(140)은 반사 방지층(130)을 뚫고 제 2 도전 타입의 반도체층(120)까지 침투하여, 제 2 도전 타입의 반도체층(120)에 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 고온 열처리 공정에 의해 복수의 제 2 전극(150)은 반도체 기판(110)의 하면으로 침투하여 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155)을 형성한다. 이에 따라, 최종적으로 복수의 제 2 전극(150)은 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155)을 통해 반도체 기판(110)에 전기적으로 접속된다.
그런 다음,도 2h에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 나란하게 형성된 적어도 2개의 제 3 개구부(250)를 포함하는 집전 전극용 마스크 부재(240)를 반도체 기판(110)의 상부에 위치 정렬시킨다. 이때, 적어도 제 3 개구부(250)는 복수의 제 1 전극(140)과 교차하는 방향으로 형성된다.
그런 다음, 전도성 물질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반사 방지층(130)과 제 1 전극(140) 상에 적어도 2개의 제 2 전극을 형성한다. 구체적으로, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 스퍼터링 공정을 수행함으로써, 도 2i에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 제 3 개구부(250) 각각에 중첩되는 반사 방지층(130)과 제 1 전극(140) 상에 적어도 2개의 집전 전극(160)을 형성한다. 즉, 집전 전극용 마스크 부재(240)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 타겟으로부터 스퍼터링되는 타겟 입자들을 집전 전극용 마스크 부재(240)의 제 3 개구부(250)들에 중첩되는 반사 방지층(130)과 제 1 전극(140) 상에 증착시킴으로써 각 제 3 개구부(250)에 중첩되는 반사 방지층(130)과 제 1 전극(140) 상에 적어도 2개의 집전 전극(160)을 형성한다. 여기서, 제 3 개구부(250)는 일자 형태 또는 빗살 형태를 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 형성하고자 하는 집전 전극(160)의 형태에 대응되는 형태를 갖는다.
상기 집전 전극(160)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 집전 전극(160)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 집전 전극용 마스크 부재(240)에 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력을 인가하여 제 3 개구부(250)를 통과하는 타겟 입자의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들에 의해 반사 방지층(130)과 제 1 전극(140)의 손상을 방지하게 된다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 마스크 부재(200, 220, 240)와 전도성 재질로 이루어진 타겟을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 통해 제 1 및 제 2 전극(140, 150)과 집전 전극(160) 각각을 형성함으로써 전극(140, 150, 16)의 재질로 은(Ag)을 사용하지 않기 때문에 제조 단가를 감소시킬 수 있으며, 마스크 부재(200, 220, 240)를 통해 전극(140, 150, 16) 각각을 원하는 패턴 형태로 형성하므로 타겟 소모량을 최소화하여 제조 단가를 더 감소시킬 수 있다.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 3g를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 이러한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 적어도 2개의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160)을 동시에 형성하는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 각 공정의 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110) 상에 제 2 도전 타입의 반도체층(120)을 형성한다. 이러한 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)은 상면에 형성된 요철 구조(또는 패턴)(도 1 참조)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 2 도전 타입의 반도체층(120)은 플라즈마 이온 도핑법을 이용한 N형 도펀트의 도핑 공정에 의해 반도체 기판(110) 상에 형성되어 제 1 도전 타입의 반도체 기판(110)과 PN 접합 구조를 형성한다.
그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 2 도전 타입의 반도체층(120)의 상면에 반사 방지층(130)을 형성한다.
그런 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 마스크 부재(300)를 반사 방지층(130)의 상부에 위치 정렬한다.
상기 제 1 마스크 부재(300)는 제 1 방향을 따라 나란하게 이격됨과 아울러 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 소정 간격으로 이격된 적어도 2개의 제 1 개구부(310), 및 제 2 방향을 따라 이격된 제 1 개구부(310) 각각을 교차하도록 제 2 방향을 따라 나란하게 형성되어 제 2 방향을 따라 이격된 제 1 개구부(310) 각각에 연통되는 적어도 2개의 제 2 개구부(320)를 포함하여 구성된다.
이격된 제 1 개구부(310) 각각과 이에 교차하는 적어도 2개의 제 2 개구부(320)는 핑거(Finger) 구조, "+"자 형태, 또는 "‡"자 형태를 가지게 된다.
그런 다음, 전도성 물질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극과 적어도 2개의 집전 전극을 동시에 형성한다. 구체적으로, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 스퍼터링 공정을 수행함으로써, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 개구부(310, 320) 각각에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극(140)과 적어도 2개의 집전 전극(160)을 동시에 형성한다. 즉, 제 1 마스크 부재(300)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 타겟으로부터 스퍼터링되는 타겟 입자들을 제 1 마스크 부재(300)의 제 1 및 제 2 개구부(310, 320)들에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 증착시킴으로써 각 제 1 및 제 2 개구부(310, 320)에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 적어도 2개의 제 1 전극(140)과 각 제 1 전극(140)에 교차하는 적어도 2개의 집적 전극(160)을 동시에 형성한다.
상기 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)은 100㎚ ~ 2㎛ 범위의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)의 두께가 100㎚ 이하일 경우 저항이 증가될 수 있다. 또한, 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)의 두께가 2㎛ 이상일 경우 공정 시간이 증가될 수 있고, 타겟의 소모량이 증가하여 제조 단가가 증가될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 제 1 마스크 부재(300)에 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력을 인가하여 제 1 및 제 2 개구부(310, 320)를 통과하는 타겟 입자의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들에 의해 반사 방지층(130)의 손상을 방지하게 된다.
상기와 같이, 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)을 형성할 경우, 기존의 프린팅 공정 방식으로 은(Ag) 페이스트로 제 1 전극을 형성할 때보다 제 1 전극(140)의 폭을 좁게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제 1 전극(140)의 높이를 더 높게 형성할 수 있다. 이로 인하여, 제 1 전극(140)으로 인한 광 입사 면적의 감소를 줄여 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
그런 다음, 반도체 기판(110) 상에서 제 1 마스크 부재(300)를 제거한 후, 반도체 기판(110)을 반전시킨다.
그런 다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 나란하게 형성된 복수의 제 3 개구부(350)를 포함하는 제 2 마스크 부재(340)를 반전된 반도체 기판(110)의 하면에 위치 정렬시킨다. 이때, 복수의 제 3 개구부(350)는 복수의 제 1 전극(140)과 나란하게 형성될 수 있다.
그런 다음, 전도성 물질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다. 구체적으로, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 타겟(미도시)을 이용한 스퍼터링 공정을 수행함으로써, 도 3f에 도시된 바와 같이, 복수의 제 3 개구부(350) 각각에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다. 즉, 제 2 마스크 부재(340)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 타겟으로부터 스퍼터링되는 타겟 입자들을 제 2 마스크 부재(340)의 제 3 개구부(350)들에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 증착시킴으로써 각 제 3 개구부(350)에 중첩되는 반도체 기판(110)의 하면에 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다.
한편, 제 2 전극(150)은, 도 3f의 확대도와 같이, 반전된 반도체 기판(110)의 하면 전체에 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 전극(150)은 상술한 제 2 마스크 부재(340)를 사용하지 않는 스퍼터링 공정에 의해 형성된다.
상기의 제 2 전극(150)의 형성을 위한 스퍼터링 공정은 상술한 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)의 형성을 위한 스퍼터링 공정과 동일한 공정 조건에 의해 동일한 두께로 형성될 수 있다.
이어서, 반도체 기판(110) 상에서 제 2 마스크 부재(340)를 제거한 후, 반도체 기판(110)을 반전시킨다.
그런 다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 고온 열처리 공정을 수행하여 복수의 제 1 전극(140), 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155), 및 복수의 제 2 전극(150)을 형성한다.
즉, 고온(예를 들어, 850℃ 이상) 열처리 공정하면, 복수의 제 1 전극(140)과 집적 전극(160)은 반사 방지층(130)을 뚫고 제 2 도전 타입의 반도체층(120)까지 침투하여, 제 2 도전 타입의 반도체층(120)에 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 고온 열처리 공정에 의해 복수의 제 2 전극(150)은 반도체 기판(110)의 하면으로 침투하여 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155)을 형성한다. 이에 따라, 최종적으로 복수의 제 2 전극(150)은 제 1 도전 타입의 고농도 반도체층(155)을 통해 반도체 기판(110)에 전기적으로 접속된다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 마스크 부재(300, 340)를 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 이용하여 제 1 전극(140)과 집전 전극(160) 및 제 2 전극(150)을 형성함으로써 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일한 효과를 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 하나의 제 1 마스크 부재(300)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 제 1 전극(140)과 집전 전극(160)을 동시에 형성함으로써 공정을 단순화함과 아울러 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 마스크 부재를 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 통해 제 1 및 제 2 전극(140, 150), 및 집전 전극(160)을 형성한다. 이를 위해, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 공정 챔버(1110), 서셉터(1120), 기판 트레이(1130), 마스크 부재(1140), 백킹 플레이트(1150), 타겟(1160), 및 자계(磁界) 형성 수단(1170)을 포함하여 구성된다.
공정 챔버(1110)는 공정 공간을 형성하는 것으로서, 공정 챔버(1110)는 소정의 진공 펌프(미도시)와 연결되어 그 내부를 진공으로 유지할 수 있다. 이러한 공정 챔버(1110)는 복수의 반도체 기판(W)이 적재된 기판 트레이(1130)가 공정 공간으로 출입하는 트레이 출입구(미도시), 및 공정 공간의 공정 가스 및 부산물을 배기시키기 위한 배기구(1112)를 더 포함하여 구성된다.
상기의 공정 챔버(110)에는 물리 화학 기상 증착 공정을 위한 불활성(예를 들어, 아르곤(Ar)) 가스 등)의 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(미도시)이 연결된다. 가스 공급관은 플라즈마 방전이 일어나는 영역, 즉 타겟(1160)과 기판 트레이(1130) 사이의 영역으로 공정 가스가 공급되도록 공정 챔버(1110)에 연결된다.
서셉터(1120)는 공정 챔버(1110)의 내부에 위치하여 공정 챔버(1110)로 로딩되는 기판 트레이(1130)를 지지한다. 이러한 서셉터(1120)는 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착시키기 위한 밀착 부재(1122)를 포함하여 구성된다.
밀착 부재(1122)는 서셉터(1120)의 상부, 하부, 또는 내부 전체 또는 소정 영역에 설치되어 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착시킨다. 이러한 밀착 부재(1122)는 전자석으로 구성될 수 있다.
또한, 서셉터(1120)는 전자석으로 구성된 밀착 부재(1122)의 구동시 발생되는 열을 방열하기 위한 냉각 부재(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
기판 트레이(1130)는 일정한 간격으로 가지도록 격자 형태로 적재된 복수의 반도체 기판(W)을 지지한다. 이러한 기판 트레이(1130)는 공정 챔버(1110)에 일측 챔버 벽에 마련된 트레이 출입구를 통해 공정 공간으로 로딩되어 서셉터(1120) 상에 안착된다.
마스크 부재(1140)는 기판 트레이(1130) 상에 배치된다. 이러한 마스크 부재(1140)는 후술되는 물리 화학 기상 증착 공정시 타겟(1160)으로부터 스터터링된 타겟 입자들을 선택적으로 통과시켜 기판 트레이(1130)에 적재된 복수의 반도체 기판(W) 각각에 적어도 2개의 전극 패턴(미도시)을 형성한다. 이를 위해, 마스크 부재(1140)는 마스크 프레임(1142), 및 복수의 관통부(1144)를 포함하여 구성된다.
마스크 프레임(1142)은 평판 형태로 형성되어 기판 트레이(1130)에 적재된 복수의 반도체 기판(W) 각각에 중첩되는 복수의 투과 영역과 복수의 투과 영역을 제외한 차단 영역을 포함하여 구성된다.
복수의 관통부(1144) 각각은 각 반도체 기판(W)에 중첩되도록 각 투과 영역마다 마스크 프레임(1142)을 관통하여 형성된다. 이러한 복수의 관통부(1144) 각각은 반도체 기판(W)에 형성될 전극 패턴과 동일한 형태를 가지도록 형성된다.
한편, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 마스크 부재(1140)와 기판 트레이(1130) 간의 얼라인을 위한 얼라인 수단(1146)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
얼라인 수단(1146)은 기판 트레이(1130)의 각 모서리 부분으로부터 소정 높이로 돌출된 복수의 얼라인용 돌출부(1146a), 및 얼라인용 돌출부(1146a)에 중첩되도록 마스크 프레임(1142)에 형성되어 얼라인용 돌출부(1146a)가 삽입되는 복수의 삽입 홀(1146b)을 포함하여 구성된다. 이러한 얼라인 수단(1146)은 기판 트레이(1130)의 각 얼라인용 돌출부(1146a)를 마스크 부재(1140)에 형성된 복수의 삽입 홀(1146b)을 삽입시킴으로써 기판 트레이(1130)와 마스크 부재(1140)를 얼라인하게 된다.
이와 같이, 마스크 부재(1140)가 기판 트레이(1130) 상에 배치되면, 상술한 밀착 수단(1122)을 구동하여 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착하게 된다.
한편, 상술한 설명에서는 밀착 수단(1122)의 구동을 통해 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착하는 것으로 설명하였지만, 밀착 수단(1122) 대신에 서셉터(1120)의 가장자리에 설치된 클램프 수단(미도시)의 구동을 통해 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착할 수도 있다.
백킹 플레이트(1150)는 타겟(1160)을 지지함과 아울러 타겟(1160)에 전압이 인가되도록 한다. 이를 위해, 백킹 플레이트(1150)는 외부 전원(미도시), 예를 들어, DC 전원, AC 전원, 또는 RF 전원에 전기적으로 접속되어 외부 전원으로부터 공급되는 플라즈마 전원을 타겟(1160)에 인가한다.
타겟(1160)은 기판 트레이(1140)에 대향되도록 백킹 플레이트(130)의 배면에 설치된다. 이때, 타겟(1160)은 전도성 물질로써 반도체 기판(W)에 형성될 전극 패턴의 재질로 이루어진다. 예를 들어, 타겟(1160)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
자계 형성 수단(1170)은 타겟(1160)을 사이에 두고 반도체 기판(W)에 대향되도록 설치되어 백킹 플레이트(1150)의 상부(또는 상면)에 설치된다. 이러한 자계 형성 수단(1170)은 스퍼터링 공정시 복수의 영구자석을 포함하는 자석 모듈을 일정한 주기(또는 폭)로 진동함과 아울러 소정 방향으로 이동하면서 타겟(1160)의 표면에 자계를 형성함으로써 자계에 의한 타겟(1160)의 침식 영역을 타겟(1160)의 전체 면적에 균일하게 분포시켜 타겟(1160)의 사용 효율을 최대화시킨다. 또한, 자계 형성 수단(1170)은 자계를 통해 타겟(1160)의 표면에 고밀도 플라즈마를 형성시킴으로써 반도체 기판(W) 상에 증착되는 전극 패턴의 증착 속도를 향상시킨다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 반도체 기판(W)이 안착된 기판 트레이(1130)가 서셉터(1120) 상에 안착되면, 공정 챔버(1110)의 공정 공간에 공정 가스를 유입하면서 공정 챔버(1110) 내부에 스퍼터링 공정에 적합한 진공 분위기를 형성한다.
그런 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판 트레이(1130) 상에 마스크 부재(1140)를 위치 정렬한 후, 밀착 수단(1122) 또는 클램프 수단의 구동을 통해 마스크 부재(1140)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착한다.
그런 다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(1150)에 플라즈마 전원을 인가하여 공응 공간에 플라즈마 방전을 발생시켜 스퍼터링 공정을 수행함과 동시에, 자계 형성 수단(1170)의 자석 모듈을 소정 주기(폭)로 진동시키면서 이송시킨다. 이에 따라, 플라즈마 방전에 의해 공정 가스가 이온화되고, 이온화 입자들이 타겟(1160) 쪽으로 가속되어 타겟(1160)에 충돌되고, 이로 인해 타겟(1160)으로부터 스퍼터링된 타겟 입자들(TP)이 마스크 부재(1140)의 관통부(1144; 도 4의 확대도 참조)를 통과하여 반도체 기판(W) 상에 증착된다. 따라서, 각 반도체 기판(W) 상에는 관통부(1144)의 형상에 대응되는 전극 패턴이 형성된다.
상기 전극 패턴은 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140), 도 2f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150), 도 2i에 도시된 태양 전지의 집전 전극(160), 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160), 또는 도 3f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150)이 될 수 있다.
한편, 상기의 스퍼터링 공정시, 마스크 부재(1140)에는 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력이 인가될 수 있다. 이 경우, 마스크 부재(1140)의 관통부(1144)를 통과하는 타겟 입자(TP)의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들(TP)에 의해 반도체 기판(W)에 형성된 반사 방지층(130)의 손상을 방지하게 된다.
상기의 스퍼터링 공정을 통해 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140) 또는 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160)을 형성할 경우, 상기 전극 패턴은 100㎚ ~ 2㎛ 범위의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 상기 전극 패턴의 두께가 100㎚ 이하일 경우 저항이 증가될 수 있다. 또한, 상기 전극 패턴의 두께가 2㎛ 이상일 경우 공정 시간이 증가될 수 있고, 타겟의 소모량이 증가하여 제조 단가가 증가될 수 있다.
또한, 상기 전극 패턴을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들(TP)의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 마스크 부재를 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 통해 제 1 및 제 2 전극(140, 150), 및 집전 전극(160)을 형성한다. 이를 위해, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 공정 챔버(1110), 서셉터(1120), 기판 트레이(1130), 마스크 부재(1240), 백킹 플레이트(1150), 타겟(1160), 및 자계 형성 수단(1170)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치에서 마스크 부재(1240)를 제외한 나머지 구성들은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치와 동일한 구성을 가지므로 동일한 구성들에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 하고, 이하 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
마스크 부재(1240)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 마스크 프레임(1242), 복수의 마스크 지지부(1244), 및 복수의 마스크(1246)를 포함하여 구성된다.
마스크 프레임(1242)은 평판 형태로 형성된다.
복수의 마스크 지지부(1244) 각각은 기판 트레이(1130)에 적재된 복수의 반도체 기판(W) 각각에 중첩되도록 마스크 프레임(1242)에 형성된다. 이러한, 복수의 마스크 지지부(1244) 각각의 측벽은 복수의 마스크(1246) 각각을 지지하기 위해 계단 형태를 갖는다.
복수의 마스크(1246) 각각은 복수의 마스크 지지부(1244) 각각에 삽입되어 복수의 반도체 기판(W) 각각에 중첩된다. 복수의 마스크(1246) 각각은 투과 영역, 투과 영역을 제외한 차단 영역, 및 투과 영역에 형성된 복수의 관통부(1246a)를 포함하여 구성된다.
복수의 관통부(1246a) 각각은 각 반도체 기판(W)에 중첩되도록 투과 영역의 마스크(1246)를 관통하여 형성된다. 이러한 복수의 관통부(1246a) 각각은 반도체 기판(W)에 형성될 전극 패턴과 동일한 형태를 가지도록 형성된다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 복수의 반도체 기판(W)이 안착된 기판 트레이(1130)가 서셉터(1120) 상에 안착되면, 공정 챔버(1110)의 공정 공간에 공정 가스를 유입하면서 공정 챔버(1110) 내부에 스퍼터링 공정에 적합한 진공 분위기를 형성한다.
그런 다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 기판 트레이(1130) 상에 마스크 부재(1240)를 위치 정렬한 후, 밀착 수단(1122) 또는 클램프 수단의 구동을 통해 마스크 부재(1240)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착한다.
그런 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(1150)에 플라즈마 전원을 인가하여 공응 공간에 플라즈마 방전을 발생시켜 스퍼터링 공정을 수행함과 동시에, 자계 형성 수단(1170)의 자석 모듈을 소정 주기(폭)로 진동시키면서 이송시킨다. 이에 따라, 플라즈마 방전에 의해 공정 가스가 이온화되고, 이온화 입자들이 타겟(1160) 쪽으로 가속되어 타겟(1160)에 충돌되고, 이로 인해 타겟(1160)으로부터 스퍼터링된 타겟 입자들(TP)이 각 마스크(1246)의 관통부(1246a; 도 7 참조)를 통과하여 반도체 기판(W) 상에 증착된다. 따라서, 각 반도체 기판(W) 상에는 관통부(1246a)의 형상에 대응되는 전극 패턴이 형성된다.
상기 전극 패턴은 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140), 도 2f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150), 도 2i에 도시된 태양 전지의 집전 전극(160), 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160), 또는 도 3f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150)이 될 수 있다.
한편, 상기의 스퍼터링 공정시, 마스크 부재(1240)에는 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력이 인가될 수 있다. 이 경우, 각 마스크(1246)의 관통부(1246a)를 통과하는 타겟 입자(TP)의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들(TP)에 의해 반도체 기판(W)에 형성된 반사 방지층(130)의 손상을 방지하게 된다.
상기의 스퍼터링 공정을 통해 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140) 또는 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160)을 형성할 경우, 상기 전극 패턴은 100㎚ ~ 2㎛ 범위의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 상기 전극 패턴의 두께가 100㎚ 이하일 경우 저항이 증가될 수 있다. 또한, 상기 전극 패턴의 두께가 2㎛ 이상일 경우 공정 시간이 증가될 수 있고, 타겟의 소모량이 증가하여 제조 단가가 증가될 수 있다.
또한, 상기 전극 패턴을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들(TP)의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 마스크 부재를 이용한 물리 화학 기상 증착 공정을 통해 제 1 및 제 2 전극(140, 150), 및 집전 전극(160)을 형성한다. 이를 위해, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 공정 챔버(1110), 서셉터(1120), 기판 트레이(1130), 복수의 마스크 부재(1340), 백킹 플레이트(1150), 타겟(1160), 및 자계 형성 수단(1170)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치에서 복수의 마스크 부재(1340)를 제외한 나머지 구성들은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치와 동일한 구성을 가지므로 동일한 구성들에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 하고, 이하 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
복수의 마스크 부재(1340) 각각은 마스크 로딩 수단(미도시)에 의해 기판 트레이(1130)에 적재된 각 반도체 기판(W)을 덮도록 기판 트레이(1130) 상에 안착되어 스퍼터링 공정시 타겟(1160)으로부터 스퍼터링된 타겟 입자들을 선택적으로 투과시켜 각 반도체 기판(W)에 증착되도록 한다. 이를 위해, 복수의 마스크 부재(1340) 각각은, 도 10에 도시된 바와 같이, 마스크 프레임(1342), 및 복수의 관통부(1344)를 포함하여 구성된다.
마스크 프레임(1242)은 기판 트레이(1130)에 적재된 각 반도체 기판(W) 보다 큰 면적을 가지도록 형성된다. 이때, 마스크 프레임(1242)은 반도체 기판(W) 상에 안착되도록 평판 형태로 형성되거나, 반도체 기판(W)을 덮도록 상자 형태로 형성될 수 있다. 이러한 마스크 프레임(1242)은 기판 트레이(1130)에 적재된 각 반도체 기판(W) 상에 기판 트레이(1130) 상에 안착된다.
복수의 관통부(1344) 각각은 각 반도체 기판(W)에 중첩되도록 마스크 프레임(1242)의 상면을 관통하여 형성된다. 이러한 복수의 관통부(1344) 각각은 반도체 기판(W)에 형성될 전극 패턴과 동일한 형태를 가지도록 형성된다.
이와 같은, 복수의 마스크 부재(1340) 각각은 마스크 로딩 수단에 의해 기판 트레이(1130)에 안착되면, 상술한 밀착 수단(1122)의 구동에 의해 각 반도체 기판(W)에 밀착된다.
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치에서 상술한 얼라인 수단은 생략된다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 복수의 반도체 기판(W)이 안착된 기판 트레이(1130)가 서셉터(1120) 상에 안착되면, 공정 챔버(1110)의 공정 공간에 공정 가스를 유입하면서 공정 챔버(1110) 내부에 스퍼터링 공정에 적합한 진공 분위기를 형성한다.
그런 다음, 도 11b에 도시된 바와 같이, 기판 트레이(1130) 상에 적재된 복수의 반도체 기판(W) 각각에 중첩되도록 복수의 마스크 부재(1340) 각각의 위치를 정렬한 후, 각 마스크 부재(1340)를 각 반도체 기판(W) 상에 안착시킨다. 이어서, 밀착 수단(1122)의 구동을 통해 각 마스크 부재(1340)와 반도체 기판(W) 사이를 밀착한다.
그런 다음, 도 11c에 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(1150)에 플라즈마 전원을 인가하여 공응 공간에 플라즈마 방전을 발생시켜 스퍼터링 공정을 수행함과 동시에, 자계 형성 수단(1170)의 자석 모듈을 소정 주기(폭)로 진동시키면서 이송시킨다. 이에 따라, 플라즈마 방전에 의해 공정 가스가 이온화되고, 이온화 입자들이 타겟(1160) 쪽으로 가속되어 타겟(1160)에 충돌되고, 이로 인해 타겟(1160)으로부터 스퍼터링된 타겟 입자들(TP)이 각 마스크 부재(1340)의 관통부(1344; 도 10 참조)를 통과하여 반도체 기판(W) 상에 증착된다. 따라서, 각 반도체 기판(W) 상에는 각 마스크 부재(1340)에 형성된 관통부(1344)의 형상에 대응되는 전극 패턴이 형성된다.
상기 전극 패턴은 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140), 도 2f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150), 도 2i에 도시된 태양 전지의 집전 전극(160), 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160), 또는 도 3f에 도시된 태양 전지의 제 2 전극(150)이 될 수 있다.
한편, 상기의 스퍼터링 공정시, 마스크 부재(1240)에는 정극성(+) 전력 또는 부극성(-) 전력이 인가될 수 있다. 이 경우, 각 마스크 부재(1340)의 관통부(1344)를 통과하는 타겟 입자(TP)의 이온을 제어함으로써 타겟 입자들(TP)에 의해 반도체 기판(W)에 형성된 반사 방지층(130)의 손상을 방지하게 된다.
상기의 스퍼터링 공정을 통해 도 2d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140) 또는 도 3d에 도시된 태양 전지의 제 1 전극(140)과 집전 전극(160)을 형성할 경우, 상기 전극 패턴은 100㎚ ~ 2㎛ 범위의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 상기 전극 패턴의 두께가 100㎚ 이하일 경우 저항이 증가될 수 있다. 또한, 상기 전극 패턴의 두께가 2㎛ 이상일 경우 공정 시간이 증가될 수 있고, 타겟의 소모량이 증가하여 제조 단가가 증가될 수 있다.
또한, 상기 전극 패턴을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 타겟 입자들(TP)의 증착 효율을 증가시키기 위해 300℃ 이하의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제 1 도전 타입의 반도체 기판 120: 제 2 도전 타입의 반도체층
130: 반사 방지층 140: 제 1 전극
150: 제 2 전극 160: 집전 전극
200: 제 1 전극용 마스크 부재 220: 제 2 전극용 마스크 부재
240: 집전 전극용 마스크 부재 300: 제 1 마스크 부재
340: 제 2 마스크 부재 1110: 공정 챔버
1120: 서셉터 1130: 기판 트레이
1140: 마스부 부재 1150: 백킹 플레이트
1160: 타겟 1170: 자계 형성 수단

Claims (2)

  1. PN 접합 구조를 가지는 태양 전지의 상면에 적어도 2개의 개구부를 가지는 마스크 부재를 위치 정렬하여 배치하는 단계; 및
    전도성 물질로 이루어진 타겟을 이용한 증착 공정을 통해 상기 마스크 부재의 개구부를 통과하는 타겟 물질을 상기 태양 전지의 상면에 증착시켜 적어도 2개의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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