KR20130040162A - 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20130040162A
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Abstract

선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 방법은 기판 수용 표면상에 기판을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 기판은 선택적인 이미터들을 한정하는 제1도펀트 농도를 갖는 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역, 그리고 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 갖는 제2의 도핑된 이미터 지역을 포함하는 표면을 가지며, 상기 제2의 도핑된 이미터 지역은 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 둘러싼다. 상기 방법은 필터링된 옵티칼 영상을 프로세싱하기 위해 퓨리에 변환을 사용함으로써 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 위치를 결정하는 단계, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 상기 결정된 위치로부터 수신된 정보를 사용함으로써 스크린 프린팅 마스크의 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 정렬하는 단계, 및 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 일부상에 물질의 층을 증착하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATION OF SOLAR CELLS WITH SELECTIVE EMITTERS}
본 발명의 실시예들은 선택적인 이미터(emitter)들을 갖는 솔라(solar) 전지들을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 결정(crystalline) 실리콘 베이스(base)로 솔라 전지들을 제조하기 위해 선택적인 이미터 지역들과 스크린 프린팅 패턴을 정렬하기 위한 방법에 관한 것이다.
솔라 전지들은 태양광(sunlight)을 전력으로 직접 변환시키는 광전지(photovoltaic: PV) 디바이스들이다. PV 시장은 지난 10 년간 30% 를 초과하는 평균 비율들로 성장을 경험하였다. 일부 기사(article)들은 전세계 솔라 전지 전력이 가까운 장래에 10 GWp 를 초과할 수 있음을 제안하고 있다. 모든 솔라 모듈들의 95% 이상이 실리콘 웨이퍼에 기반한 것으로 추정된다. 솔라 전기 비용들을 실질적으로 감소시킬 필요성과 조합한 높은 시장 성장률은 고품질 솔라 전지들을 값싸게 형성하기 위한 수많은 중대한 도전들로 나타난다. 따라서, 상업적으로 실행 가능한 솔라 전지들의 제조시 한가지 주요한 요소(component)는 디바이스 수율(yield)을 개선시킴으로써 또한 기판 처리율(throughput)을 증가시킴으로써 솔라 전지들을 형성하는데 필요한 제조 비용들의 감소에 있다.
솔라 전지들은 전형적으로 하나 또는 둘 이상의 p-n 접합들을 갖는다. 각각의 p-n 접합은 한쪽 측부가 p-타입 지역으로 표시되고 다른쪽 측부가 n-타입 지역으로 표시되는 반도체 물질 내에 2개의 상이한 지역들을 포함한다. 솔라 전지의 p-n 접합이 태양광[광자(photon)로부터 에너지를 구성하는]에 노출될 때, 상기 태양광은 PV 효과를 통해 전기로 직접 변환된다. 솔라 전지들은 특정한 양의 전력을 발생시키며, 원하는 양의 시스템 전력을 분배하는 크기를 갖는 모듈로 부착된다(tiled). 솔라 모듈들은 특정한 프레임들 및 커넥터들을 갖는 패널로 접합된다. 솔라 전지들은 통상적으로 실리콘 기판들상에 형성되며, 이는 단일의 또는 다결정(multicrystalline) 실리콘 기판들일 수 있다. 전형적인 솔라 셀은 실리콘 기판상에 형성되는 p-타입 지역의 상부에 n-타입 실리콘의 얇은 층을 갖는 전형적으로 두께가 약 0.3 mm 미만인 웨이퍼, 기판, 또는 시트(sheet)를 포함한다.
도1a 및 1b는 웨이퍼(11)상에 제조된 표준 실리콘 솔라 셀(10)을 개략적으로 도시하고 있다. 웨이퍼(11)는 p-타입 베이스 지역(21), n-타입 이미터 지역(22), 및 그 사이에 배치되는 p-n 접합 지역을 포함한다. 음전하 캐리어(carrier)들, 즉 전자들의 개수를 증가시키기 위하여, 일정한 타입들의 요소들[예를 들어, 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)]로 반도체를 도핑함으로써 n-타입 지역 또는 n-타입 반도체가 형성된다. 유사하게, p-타입 지역 또는 p-타입 반도체는 결정 격자(lattice)에 3가 원자들의 추가에 의해 형성되며, 실리콘 격자에 수직한 4개의 공유(covalent) 결합들 중 하나로부터 잃어버린 원자로 나타난다. 따라서, 제4결합을 완성하기 위해, 도펀트(dopant) 원자는 근처의 원자들 공유 결합으로부터 전자를 받아들일 수 있다. 상기 도펀트 원자는 전자를 받아들여서, 근처의 원자로부터 하나의 결합의 절반의 손실을 유발시키며 또한 "정공(hole)" 의 형성으로 나타난다.
솔라 전지상에 광이 떨어질 때, 입사 광자들로부터의 에너지는 p-n 접합 지역(23)의 양 측부들상에 전자-정공 쌍들을 발생시킨다. 전자들은 p-n 접합에 걸쳐 낮은 에너지 레벨로 확산(diffuse)하며, 정공들은 반대 방향으로 확산하여 이미터상의 음전하 및 베이스에서의 그 대응하는 양전하 축적을 유발시킨다. 이미터와 베이스 사이에 전기 회로가 형성되고 그리고 p-n 접합이 광의 일정한 파장들에 노출될 때, 전류가 흐를 것이다. 조명(illuminate)되었을 때 반도체에 의해 발생된 전기 전류는 솔라 전지(10)의 전방측, 즉 수광측과 후방측(19)상에 배치된 접점(contact)들을 통해 흐른다. 도1a에 도시된 바와 같이, 상부 접점 구조물(structure)은 일반적으로 대형 버스바아(busbar)(15)에 전류를 공급하는 넓게 이격된 얇은 금속 라인들 또는 핑거(finger)들(14)로서 구성된다. 후방 접점(25)은 일반적으로 다수의 얇은 금속 라인들로 형성되도록 강요되지 않는데, 그 이유는 입사광이 솔라 전지(10)를 타격(strike)하는 것을 후방 접점이 방지하기 때문이다. 솔라 전지(10)는 일반적으로 반사방지(antireflction) 코팅(16)으로서 작용하는 Si3N4 와 같은 유전체 물질의 얇은 층으로 덮이거나, 또는 솔라 전지(10)의 상부 표면(22A)으로부터의 광 반사를 최소화하는 ARC 로 덮인다.
스크린 프린팅은 옷감(cloth) 또는 세라믹들과 같은 물체들상에 디자인들을 프린팅하는데 오랫동안 사용되어 왔으며, 기판의 표면상에 전기 접점들 또는 상호연결부(interconnect)들과 같은 전기 부품 디자인들을 프린팅하기 위해 전자 산업에 사용되고 있다. 최첨단의(state of the art) 솔라 전지 제조 프로세스들도 스크린 프린팅 프로세스들을 사용하고 있다. 일부 적용들에 있어서, 솔라 전지 기판상에 핑거들(14)과 같은 접점 라인들을 스크린 프린팅하는 것이 바람직하다. 상기 핑거들(14)은 기판과 접촉하고 있으며, 그리고 하나 또는 둘 이상의 도핑된 지역들[예를 들어, n-타입 이미터 지역(22)]과의 오옴(Ohmic) 연결을 형성할 수 있다. 오옴 접점은, 디바이스의 전류-전압(I-V) 곡선(curve)이 선형적이고 대칭적이도록 준비된, 즉 반도체 디바이스의 도핑된 실리콘 지역과 금속 접점 사이에 고저항 인터페이스가 없도록 준비된 반도체 디바이스상의 지역이다. 솔라 전지의 성능과 솔라 전지 제조 프로세스로 형성된 회로들의 안정성을 위해서는 저저항의 안정한 접점들이 중요하다. 솔라 전지 디바이스와의 접촉을 강화하기 위해, 기판 표면 내에 형성되는 심하게(heavily) 도핑된 지역(17)상에 핑거(14)를 위치시켜 오옴 접점의 형성을 가능하게 하는 것이 전형적이다. 상기 형성된 심하게 도핑된 지역들(17)은 그 전기 특성들로 인해 그를 통과할 수 있는 광의 양을 차단 또는 최소화하려는 경향을 갖기 때문에, 그 크기를 최소화하는 것이 바람직하며, 또한 핑거들(14)이 신뢰성있게 정렬되어 그 위에 형성될 수 있는 것을 충분히 보장할 수 있도록 이들 지역들을 크게 제조한다. 자동화된 전달 디바이스상에서의 기판의 포지셔닝(positioning)의 에러들로 인해 하부의 심하게 도핑된 지역들(17)에 대한 증착된 핑거들(14)의 오정렬, 상기 기판의 엣지의 결함들, 기판 표면상에 심하게 도핑된 지역(17)의 알려지지 않은 등록(registration) 및 정렬 및/또는 자동화된 전달 디바이스상에서의 기판의 시프팅(shifting)은 빈약한 디바이스 성능 및 낮은 디바이스 효율을 초래할 수 있다. 스크린 프린팅 패턴 정렬을 위한 비전(vision) 시스템이 국제 특허출원 WO-A-2010/068331호에 서술되어 있다. 예를 들어 패턴화된(patterened) 확산 장벽을 사용하는 인 확산 단계들을 수행함으로써 더 심한 및 더 약한(lighter) 도핑의 구역들을 생성하기 위해, 다양한 패터닝 기술들을 사용하여 심하게 도핑된 지역들(17)이 기판 표면상에 형성될 수 있다. 후방 접점은, 기판의 p-타입 베이스 지역과의 오옴 접점을 형성함으로써 솔라 전지가 전류를 생산하는데 필요로 하는 전기 회로를 완성시킨다.
이 분야에서는 솔라 전지들의 전방 표면상에 선택적 이미터(22A)의 구조물을 달성하는, 스크린 프린팅의 인용된 기술에 의해 결정 실리콘 베이스를 갖는 솔라 전지를 생산하는 것으로 알려져 있다. 상기 선택적인 이미터들은, 이미터 지역을 구성하는 저농도(약 1019 원자들/cm3 )를 갖는 인-도핑된 층상에, 스크린 프린팅 작동을 사용하여 선택적인 이미터들(SE)의 라인들의 패턴의 증착물(deposit)에 의해 통상적으로 약 150 mm 폭으로 심하게 인-도핑되거나 또는 고농도로(약 1020 원자들/cm3 ) 형성된다. SE 라인들의 피치(pitch) 또는 왕복 거리는 약 1.7 mm 이다. 질화물에 기초한 반사방지 코팅 막(ARC)을 증착한 후, 다른 스크린 프린팅 작동에 의해 SE 라인들의 상부에 금속 접점 라인들이 원하는 패턴으로, 일반적으로 100 mm 폭으로 증착된다. 솔라 전지들의 좋은 효율을 위한 탐색(search)은, 상기 금속 접점 라인들이 SE 라인들 위에 오버랩하도록 정확하게 정렬될 것을 요구한다. 그 결과, 금속 접점 라인들을 프린팅하기 전에 SE 라인들의 위치를 설정하기 위해, SE 라인들의 고해상도 영상이 요구된다. 영상들의 분석을 위해 채택된 콘트라스트(contrast) 메카니즘은 상이한 도펀트 농도, 즉 가시(visible)의 파장들로 작동하는 영상 분석의 종래의 옵티칼 기술들에 의해서는 검출될 수 없는 미약하게 도핑된 이미터 지역들에 의해 둘러싸인 심하게 도핑된 SE 라인들 사이의 차이를 이용한다. 영상들을 사용하여 정렬을 제어하기 위한 성공적인 기술을 위해서는 상기 상이한 도펀트 농도에 민감한 것이 바람직하다.
대안적으로, 상이한 표면 텍스처(texture) 또는 상이한 높이의 단계들이 주어진다면, 선택적인 이미터들을 생산하기 위한 일부 프로세스들은 SE 라인들과 이미터 지역들 사이의 지형적 차이들을 유발시킬 수도 있으며, 이는 영상 분석의 더욱 전통적인 옵티칼 기술들을 실행하게 한다.
또한, 솔라 전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 베이스를 가질 수 있으며, 이것은 다결정 실리콘에서는 실리콘 입자(grain)의 상이한 배향들을 갖는 지역들이 있기 때문에 추가적인 어려움을 부가시키며, 이는 반사된 광의 양을 변화시킬 수 있으며 따라서 SE 라인들의 콘트라스트를 흐릿하게 한다.
본 발명의 적어도 일 실시예의 목적은 옵티칼 영상화(imaging)에 의해 결정 실리콘 베이스를 갖는 솔라 전지들의 형성시 스크린 프린팅 패턴의 선택적인 이미터들을 정렬하기 위한 방법을 달성하는 것이며, 이는 금속 접점 라인들을 프린팅하기 전에 SE 라인들의 위치를 설정하기 위해 SE 라인들의 고해상도 영상들을 공급하며, 따라서 이렇게 얻어진 솔라 전지들의 더 높은 효율이라는 장점이 주어질 경우 그 정렬이 정확하고 신뢰성이 있다.
최근의 단점들을 극복하고 이들 및 다른 목적들 그리고 장점들을 얻기 위해, 본 출원인은 본 발명을 고안하고 테스트하고 그리고 실시하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법은, 기판 수용 표면상에 기판을 위치시키는 단계; 상기 기판상에 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 실제 위치를 결정하는 단계; 상기 기판상의 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 상기 결정된 실제 위치로부터 수신되는 정보를 사용하여 스크린 프린팅 마스크의 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 정렬하는 단계; 및 금속 전도층을 한정하기 위해 상기 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 정렬시킨 후 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 적어도 일부상에 물질의 층을 증착하는 단계를 포함하며, 상기 기판은 상기 표면상에 형성되는 적어도 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 가지며 상기 선택적인 이미터들을 한정(define)하는 제1도펀트 농도를 가지며 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 갖는 제2의 도핑된 이미터 지역에 의해 둘러싸이는 표면을 가지며, 상기 실제 위치를 결정하는 단계는 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득, 상기 옵티칼 영상의 옵티칼 필터링, 상기 필터링을 받게 되는 옵티칼 영상의 퓨리에(Fourier) 변환 프로세싱, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이에서 필터링 및 퓨리에 변환 프로세싱을 받게 되는 옵티칼 영상의 콘트라스트의 평가를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 퓨리에 변환 프로세싱은 광학적으로(optically) 필터링된 영상의 퓨리에 변환; 상기 제1의 심하게 도핑된 지역에 속하는 퓨리에 변환 공간에서 영상의 특징부들의 선택 및 강조(highlighting), 그에 따라 필터링된 퓨리에 변환 영상을 얻기 위해 불필요한 배경 영상을 필터링하여 제거; 상기 제1의 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이에 더 큰 콘트라스트를 갖는 최종 영상을 생성하기 위해 상기 필터링된 퓨리에 변환 영상의 역퓨리에(Inverse Fourier) 변환을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득은 표면으로부터 도달하는 가시 광의 필드(field)의 제한된 서브-범위(sub-range)의 제1파장으로 전자기 방사선(radiation)의 수신을 제공한다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득은 표면으로부터 도달하는 적외선 파장들의 필드의 제한된 서브-범위의 제1파장으로 전자기 방사선의 수신을 제공한다.
따라서, 퓨리에 변환 프로세싱은 가시 및 적외선 영상들 모두에 적용될 수 있다. 퓨리에 변환 프로세싱은 선택된 이미터들 라인들과 주변의 이미터 지역 사이의 콘트라스트를 강화시킨다. 적외선에 있어서, 적외선 콘트라스트가 충분하지 않다면, 퓨리에 변환 프로세싱이 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 방법은, 기판 수용 표면상에 기판을 위치시키는 단계; 상기 기판상에 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 실제 위치를 결정하는 단계; 상기 기판상의 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 상기 결정된 위치로부터 수신된 정보를 사용하여, 스크린 프린팅 마스크의 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 정렬하는 단계; 및 금속 전도층을 한정하기 위해 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 정렬시킨 후, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 적어도 일부상에 물질의 층을 증착하는 단계를 포함하며, 상기 기판은 상기 표면상에 형성되는 적어도 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 가지며 상기 선택적인 이미터들을 한정하는 제1도펀트 농도를 가지며 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 갖는 제2의 도핑된 이미터 지역에 의해 둘러싸이는 표면을 가지며, 상기 실제 위치를 결정하는 단계는 상기 표면으로부터 도달하는 약 8 미크론(㎛) 이상의 장파 적외선 스펙트럼의 제1파장으로 전자기 방사선의 수신을 제공하는 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 옵티칼 영상의 콘트라스트의 평가를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 장파 적외선 스펙트럼에서 표면으로부터 도달하는 제1파장은 약 8㎛ 내지 14㎛ 이다.
14㎛보다 긴 파장들이 일반적으로 더 유리하지만, 그러나 약 8㎛ 내지 14㎛ 의 범위는 본 발명의 목적들을 위해 더 긴 파장들로 작동할 수 있는 가능한 카메라들의 사용을 배제하지 않고, 검출 상한치들을 갖는 현재 상용적으로 입수할 수 있는 장파 적외선 카메라의 비용들과 성능 사이에 허용 가능한 타협을 제공한다.
일부 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 제1도펀트 원자들을 갖는 제1도펀트 물질을 제1도펀트 농도로 기판의 표면상에 패턴으로 증착하는 단계; 표면의 제1도펀트 물질의 도펀트 원자들의 확산을 결정하기 위해 상기 기판 및 제1도펀트 물질을 가열하고, 그리고 상기 선택적인 이미터들을 한정하는 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 얻는 단계; 제2의 도핑된 이미터 지역을 한정하기 위해 증착된 제1도펀트 물질 사이의 기판의 표면의 지역들에 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도로 제2도펀트 원자들을 갖는 제2도펀트 물질을 증착하는 단계를 포함한다.
일부 변형예들에 있어서, 제1도펀트 원자들 및 제2도펀트 원자들은 인, 비소, 안티몬, 붕소, 알루미늄 및 갈륨을 포함하는 요소들의 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 일부 변형예에 따르면, 제1도펀트 원자들 및 제2도펀트 원자들은 동일한 타입의 도펀트 원자들이다.
일부 실시예들에 있어서, 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 적어도 하나의 부분상에 증착되는 층은 전도성 물질을 포함하고, 상기 기판은 실리콘을 포함하며 그리고 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역은 약 1018 원자들/cm3보다 큰 도펀트 농도를 갖는다.
일부 실시예들에 있어서, 전자기 방사선의 수신은 표면의 근처에 위치되는 옵티칼 검출기에 의해 달성된다.
일부 실시예들에 있어서, 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득은 표면을 향해 전자기 방사선을 방출하는 것을 제공한다.
일부 실시예들에 있어서, 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득은 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 부분에 의해 또한 제2의 도핑된 이미터 지역에 의해 반사되는 전자기 방사선의 세기(intensity)의 변화의 검출도 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 기판의 표면으로부터 도달하는 전자기 방사선의 수신은, 주위 온도보다 높은 온도로 공급된 기판에 의해 방출되는 적외선 방사선을 검출하도록 제공된다.
또한, 본 발명은 일 실시예에서 표면상에 형성되는 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 제1도펀트 농도를 가지며 그리고 상기 선택적인 이미터들을 한정하며 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 갖는 제2의 도핑된 이미터 지역에 의해 둘러싸이는 표면을 갖는 기판을 위한 지지 표면; 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득과 상기 옵티칼 영상의 옵티칼 필터링을 위해 구성되는 검출기 조립체; 스크린 프린팅 마스크와 상기 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성되는 적어도 작동기를 갖는 증착 챔버; 상기 검출기 조립체에 의한 필터링을 받게 되는 옵티칼 영상의 수신, 필터링을 받게 되는 옵티칼 영상의 퓨리에 변환 프로세싱, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이에서 필터링 및 퓨리에 변환 프로세싱을 받게 되는 옵티칼 영상의 콘트라스트의 평가, 및 상기 평가에 따라 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 대한 상기 스크린 프린팅 마스크의 위치의 조정을 위해 구성되는 제어기를 포함하는 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 장치에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들의 형성을 위한 장치는, 표면상에 형성되는 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 제1도펀트 농도를 가지며 그리고 상기 선택적인 이미터들을 한정하며 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 갖는 제2의 도핑된 이미터 지역에 의해 둘러싸이는 표면을 갖는 기판 지지 표면; 표면으로부터 도달하는 약 8㎛ 이상의 장파 적외선 스펙트럼의 제1파장으로 전자기 방사선의 수신에 의한 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상의 획득을 위해 구성되는 검출기 조립체; 스크린 프린팅 마스크와 상기 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성되는 적어도 작동기를 갖는 증착 챔버; 상기 검출기 조립체로부터의 옵티칼 영상의 수신, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 옵티칼 영상의 콘트라스트의 평가, 상기 평가에 따라 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 대한 상기 스크린 프린팅 마스크의 위치의 조정을 위해 구성되는 제어기를 포함하는 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치에 관한 것이다.
변형 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 기판의 표면을 향해 전자기 방사선을 방출하도록 위치되는 전자기 방사선 소스를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 검출기 조립체는 카메라를 포함한다.
변형 실시예에 있어서, 검출기 조립체는 상기 표면과 상기 카메라 사이에 배치되는 적어도 옵티칼 필터를 포함하며, 검출기 조립체에서 상기 옵티칼 필터는 제1파장이 카메라를 통과하게 할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 주어지는 바람직한 실시예의 하기의 서술로부터 명백하게 될 것이다.
도1a는 금속화된 상호연결 패턴을 포함하는 종래 기술의 솔라 전지의 등각도.
도1b는 도1a에 도시된 종래 기술의 솔라 전지의 측부 횡단면도.
도2a-2d는 솔라 전지 디바이스의 선택적인 이미터 및 활성 지역들을 형성하는데 사용되는 프로세싱 시퀀스 중 솔라 전지 기판의 측부 횡단면도.
도3a는 원하는 패턴의 복수의 층들을 형성하기 위해 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 시스템의 개략적인 등각도.
도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도3a의 시스템의 개략적인 상부 평면도.
도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 프린팅 시스템의 프린팅 네스트(nest) 부분의 등각도.
도3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 전방 표면을 검사하도록 위치되는 검사 조립체를 갖는 회전식 작동기 조립체의 일 실시예의 개략적인 등각도.
도4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옵티칼 검사 시스템의 개략적인 횡단면도.
도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 네스트에 위치되는 옵티칼 검사 시스템의 개략적인 횡단면도.
도5는 도2a-2d의 활성 지역들을 형성하기 위한 방법의 흐름도를 도시한 도면.
도6은 솔라 전지의 생산을 위한 선택적인 이미터들의 정렬을 개략적으로 도시한 도면.
도7은 본 발명의 실시예들에 따른 솔라 전지의 제1의 심하게 도핑된 지역상에 전도층을 증착하는데 사용되는 프로세싱 시퀀스를 도시한 도면.
도8은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들을 사용하여 획득될 수 있는 영상들의 예들을 도시한 도면.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 이미터의 정렬을 검출하는데 사용될 수 있는 프로세스의 예를 도시한 도면.
도10은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들을 사용하여 획득될 수 있는 영상들의 예를 도시한 도면.
도11은 여기에 서술되는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들을 사용하여 획득될 수 있는 영상의 예를 도시한 도면.
이해를 촉진시키기 위하여, 도면에서 공통적인 동일한 요소들을 표시하기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호가 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징부들은 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 사용될 수 있음이 예상된다.
본 발명의 실시예들은, 기판 프로세싱 라인의 소유 비용(CoO) 및 디바이스 수율을 개선시킬 수 있는 개선된 패턴화된 물질 증착 프로세싱 시퀀스를 사용하는 시스템에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 상기 시스템은 기판이 원하는 물질로 패턴화되고 그 후 하나 또는 둘 이상의 후속의 프로세싱 챔버들에서 프로세싱되는 결정 실리콘 솔라 전지 생산 라인의 일부 내에서 스크린 프린팅 프로세스를 수행하는데 적용되는 스크린 프린팅 시스템이다. 상기 후속의 프로세싱 챔버들은 하나 또는 둘 이상의 베이크(bake) 단계들 및 하나 또는 둘 이상의 세척 단계들을 수행하는데 적용될 수 있다. 여기에서의 서술은 주로 솔라 전지 디바이스의 표면상의 접점 또는 상호연결 구조물과 같은 패턴의 스크린 프린팅의 프로세스들을 논의하였지만, 이 구성은 서술되는 본 발명의 범위에 대해 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있는 다른 기판 물질들은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 폴리결정(polycrystalline) 실리콘 또는 다른 바람직한 기판 물질들을 포함하는 활성 지역들을 포함할 수 있는 기판들을 포함한다.
옵티칼 검사 시스템
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판(1410)의 표면상에 원하는 패턴으로 형성되는 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 위에 금속 접점들(1432)의 형성을 포함하는 솔라 전지 형성 프로세스를 제공한다. 일부 구성들에 있어서, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)은 선택적인 이미터 라인들 또는 지역들을 한정하며, 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)에 의해 둘러싸인다(도2a-2d).
상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 오옴 접점이 형성되는 것을 허용하기 위해, 본 발명의 일부 실시예들은 상기 패턴화된 심하게 도핑된 지역들상에 유사하게 형성되는 또는 패턴화되는 금속 접점 구조물을 신뢰성있게 위치시키는데 사용되는 지지 장치와 검사 시스템을 제공한다.
도2d는 SE 라인들을 한정하는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)과 그리고 그 위에 형성되는 패턴화된 금속 접점 구조물(1432)을 갖는 기판(1410)의 표면(1401)의 측부 횡단면도이다.
이들 두개의 지역들 사이에 고품질 전기 연결[즉, 시임(shime) 접점]이 형성될 수 있도록, 핑거들 및 버스바아들과 같은 금속 접점 구조물(1432)이 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상에 형성된다. 위에 서술한 바와 같이, 저저항을 갖는 고품질 전기 접점들은 솔라 전지의 성능에 중요한 안정된 접점들이다.
형성된 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 실제 정렬 및 배향을 검출하는 능력은, 심하게 도핑된 및 약하게(lightly) 도핑된 지역들 모두가 기판(1410)에 형성되고 그리고 반사방지 코팅층(1431)(즉, SiN 층들)으로 덮인 후에는 특히 어려운 것으로 여겨진다.
따라서 본 발명의 실시예들은 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역들(1420)의 실제 정렬 및 배향을 먼저 검출하고, 그리고 그 후 수집된 정보를 사용하여 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 표면상에 패턴화된 금속 접점들을 형성하는 방법들을 제공한다.
도4a는 기판(1410)의 전방 표면(1401)의 적어도 옵티칼 영상의 획득을 위해 구성되고 그에 의해 기판(1410)의 전방 표면(1401)상에 형성되는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 패턴의 배향 및 실제 정렬을 결정하는 옵티칼 검사 시스템(400)의 일 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 목적을 위해, "옵티칼 영상" 이라는 표현은 가시 적외선 또는 다른 바람직한 파장들에서 획득된 영상을 의미한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 정렬 및 배향이 기판(1410)의 심하지 않게(non-heavily) 도핑된 다른 지역들에 대해 광학적으로 결정될 수 있도록, 옵티칼 검사 시스템(400)은 일반적으로 검출기 조립체(401)를 포함하며, 이는 기판(1410)의 전방 표면(1401)에 의해 방출된 또는 반사된 방사선을 획득하도록 구성된다.
일부 실시예들에 있어서, 옵티칼 검사 시스템(400)은 방사선을 원하는 파장으로 방출하도록 구성되는, 방사선 소스(403)와 같은 전자기 방사선의 소스를 포함한다. 일부 예들에 있어서, 상기 방사선 소스(403)는 레이저, 전자 비임, 조명기(illuminator), 단색광(monochromatic light) 소스, 적외선(IR) 광, 발광 다이오드(LED), LED 어레이, Hg-Cd 램프, 아크 램프, 플래시 램프, Xe 또는 할로겐 램프, 또는 임의의 다른 적절한 소스를 포함할 수 있다.
하기에 서술되는 바와 같이 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 옵티칼 영상들과 그리고 정렬 및 배향에 관해 수집된 대응하는 데이터는, 패턴화된 금속화 기술을 사용함으로써 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 표면상에서 핑거들 및 버스바아들과 같은 금속 접점 구조물(1432)의 스크린 프린팅 및 정렬의 위치를 조정 및 제어하도록 구성되는 시스템 제어기(101)로 분배된다. 패턴화된 금속화 기술들은 스크린 프린팅 방법들, 잉크젯 프린팅 프로세스들, 리소그래픽(lithographic) 프로세스들 및 블랭킷(blanket) 금속 증착 프로세스, 또는 다른 유사한 패턴화된 금속화 기술들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 금속 접점들은 도3a-3d에 대해 하기에 서술되는 바와 같이 스크린 프린팅 시스템(100)의 스크린 프린팅 프로세스를 사용하여 기판(1410)의 표면상에 배치된다.
상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)이 실리콘 기판 내에 형성되는 구성들에 있어서, 자외선(UV) 및 적외선(IR) 파장 지역들 내의 파장들로 방출된 전자기 방사선은 실리콘 기판 또는 심하게 도핑된 지역들에 의해 바람직하게 흡수, 반사 또는 전송될 것으로 여겨진다. 따라서, 방출된 방사선의 전송, 흡수 또는 반사의 차이점은 검출기 조립체(401) 및 시스템 제어기(101)에 의해 분석(resolve)될 수 있는 일부 식별 가능한 콘트라스트를 생성하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 가시의 파장으로, 즉 약 400 nm 내지 900 nm 의 파장으로 전자기 방사선들을 방출하는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 약 8㎛ 이상의 파장으로 장파 적외선 타입의 옵티칼 방사선을 방출하는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 범위는 약 8㎛ 내지 14㎛ 이다. 지역들 사이의 원하는 콘트라스트가 검출기 조립체(401)에 의해 검출될 수 있을 때까지 옵티칼 방사선이 방출되는데, 그 이유는 단파 적외선 스펙트럼에 대해 약 0.9㎛ 내지 1.7㎛ 범위가 도펀트 농도에 상당히 민감하기 때문인 것으로 예상된다. 따라서, 상기 범위는 선택적인 이미터들의 생산을 위해 특히 적합하며, 그리고 반사 타입의 옵티칼 검출 기술이 사용될 때 검출기 조립체(401)에 대해 낮은 비용을 제공할 뿐만 아니라, 좋은 옵티칼 콘트라스트를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 방사선 소스(403)는 하나 또는 둘 이상의 원하는 광 파장들을 분배할 수 있는 발광 다이오드(LED)이다. 다른 실시예에서, 방사선 소스(403)는 옵틱 파이버들(403B)의 번들(bundle)에 의해 전송된 할로겐 전구로부터 방사선을 방출하는 조명기이다.
다른 실시예에서, 방사선 소스(403)는 없거나 또는 사용되지 않으며, 검출기 조립체(401)는 주위 온도보다 높은 온도인 가열된 기판(1410)의 표면으로부터 방출되는 전자기 방사선을 적외선 범위로 검출하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 옵티칼 검사 시스템(400)은 전자기 방사선 "B2" 를 기판(1410)의 표면(1401)으로 전송하도록 구성되는 방사선 소스(403)이며, 이는 검출기 조립체(401)와 동일한 기판의 측부상에 있다. 이 구성에 있어서, 하나 또는 둘 이상의 방출된 파장들은 기판(1410)의 부분들에 의해, 즉 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및/또는 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)에 의해 반사될 것이며 그리고 경로 "C" 를 따라 검출기 조립체(410)로 전송될 것이다.
검출기 조립체(401)는 전자기 방사선 검출기, 하나 또는 둘 이상의 파장들로 수신된 전자기 방사선의 세기를 측정하도록 구성된, 렌즈들과 관련된 카메라 또는 다른 유사한 디바이스를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 도4b에 있어서, 검출기 조립체(401)는 방사선 소스(403)에 의해 방출된 원하는 파장 범위 내에서 기판의 표면상의 구별되는 요소들을 검출 및 분석하도록 구성되는 카메라(401A)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 카메라(401A)는 검출 신호의 신호-노이즈 비율을 강화시키기 위해 차가운(cooled) CCD 어레이를 갖는 InGaAs 타입 카메라이다. 일부 구성들에 있어서, 기판(1410)의 표면(1401)과 카메라(401A) 사이의 구역들을 둘러싸거나 또는 차폐함으로써 주변 광으로부터 검출기 조립체를 격리(isolate)시키는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 또한 검출기 조립체(401)는 하나 또는 둘 이상의 옵티칼 필터들(도시되지 않음)을 포함하며, 이는 기판의 표면(1401)과 카메라(401A) 사이에 배치된다. 이 구성에 있어서, 옵티칼 필터/필터들은 오직 원하는 일정한 파장들만 카메라(401A)를 통과하여 카메라(401A)에 의해 수신될 불필요한 에너지의 양을 감소시켜 검출된 방사선의 신호-노이즈 비율을 증가시키도록 선택된다. 옵티칼 필터/필터들은 밴드-패스(band-pass) 필터, 협소한 밴드 필터, 옵티칼 엣지 필터, 노치 필터 또는 예를 들어 바르 어소시에이츠(Barr Associates) 인코포레이티드 또는 안도버(Andover) 코포레이션으로부터 구매된 광대역 필터일 수 있다. 본 발명의 다른 면(aspect)에 있어서, 기판상에 투사(project)되고 그리고 카메라(401A)에 의해 검출되는 파장들을 제한하기 위해, 옵티칼 필터가 방사선 소스(403)와 기판(1410) 사이에 추가된다. 이 구성에 있어서, 광범위한 파장들을 분배하고 기판의 표면을 타격하는 파장들을 제한할 수 있는 방사선 소스들(403)을 선택하는 것이 바람직하다.
도3a는 개략적인 등각도이고, 도3b는 스크린 프린팅 시스템 또는 시스템(100)의 일 실시예를 도시한 개략적인 평면도이며, 이는 옵티칼 검사 시스템(400)을 사용하여 솔라 전지 기판(1410)의 표면상에 원하는 패턴으로 금속 접점들을 형성하기 위해 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 시스템(100)은 인입(incoming) 컨베이어(111), 회전식 작동기 조립체(130), 스크린 프린트 챔버(102), 및 인출(outgoing) 컨베이어(112)를 포함한다. 인입 컨베이어(111)는 입력 컨베이어(113)와 같은 입력 장치로부터 기판(1410)을 수용하고(즉, 도3b의 경로 "A") 그리고 상기 기판(1410)을 회전식 작동기 조립체(130)에 연결된 프린팅 네스트(131)로 전달하도록 구성된다. 인출 컨베이어(112)는 회전식 작동기 조립체(130)와 연결된 프린팅 네스트(131)로부터 프로세싱된 기판(1410)을 수용하고 그리고 출구 컨베이어(114)와 같은 제거 디바이스로 상기 기판(1410)을 전달하도록 구성된다(즉, 도3b의 경로 "E"). 입력 컨베이어(113) 및 출구 컨베이어(114)는 대형 생산 라인의 부분인 자동화된 기판 핸들링 디바이스들일 수 있다.
회전식 작동기 조립체(130)는 회전식 작동기(도시되지 않음) 및 시스템 제어기(101)에 의해 축선(axis) "F" 에 대해 회전되고 그리고 각도를 이루어(angularly) 위치될 수 있으며, 따라서 프린팅 네스트들(131)이 시스템(100) 내에서 선택적으로 각도를 이루어 위치될 수 있다(즉, 도3b의 경로들 "D1" 및 "D2"). 또한, 프린팅 네스트들(131) 또는 시스템(100)의 기판 프로세싱 시퀀스를 수행하는데 사용되는 다른 자동화된 디바이스들의 제어를 촉진시키기 위하여, 회전식 작동기 조립체(130)는 하나 이상의 지지 부품들을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 회전식 작동기 조립체(130)는 스크린 프린트 챔버(102) 내에서 수행되는 스크린 프린팅 프로세스 중 기판(1410)을 지지하도록 각각 적용되는 4개의 프린팅 네스트들(131) 또는 기판 지지체들을 포함한다. 도3b는 인입 컨베이어(111)로부터 기판(1410)을 수용하기 위해 하나의 프린팅 네스트(131)가 위치 "1" 에 있고, 기판(1410)이 그 표면상의 스크린 프린트된 패턴을 수용할 수 있도록 다른 프린팅 네스트(131)가 스크린 프린트 챔버(102) 내에서 위치 "2" 에 있고, 프로세싱된 기판(1410)을 인출 컨베이어(112)로 전달하기 위해 다른 프린팅 네스트(131)가 위치 "3" 에 있고, 그리고 다른 프린팅 네스트(131)가 위치 "1" 과 "3" 사이의 중간 스테이지(stage)인 위치 "4" 에 있는 회전식 작동기 조립체(130)의 위치를 개략적으로 도시하고 있다.
도3c에 도시된 바와 같이, 프린팅 네스트(131)는 일반적으로 공급 스풀(spool)(135), 권취(take-up) 스풀(136), 롤러들(140) 및 상기 공급 스풀(135) 및/또는 권취 스풀(136)에 연결되고 압반(platen)(138)에 걸쳐 위치되는 지지 물질(138)을 공급 및 유지시키도록 적용되는 하나 또는 둘 이상의 작동기들(148)을 갖는 컨베이어 조립체(139)로 구성된다. 압반(138)은 스크린 프린트 챔버(102)에서 수행되는 스크린 프린트 프로세스 중 기판(1410) 및 지지 물질(137)이 위치되는 기판 지지 표면을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 지지 물질(137)은 지지 물질(137)의 한쪽 측부상에 배치되는 기판(1410)이 종래의 진공 발생 디바이스[예를 들어, 진공 펌프, 진공 이젝터(ejector)]에 의해 지지 물질(137)의 반대측에 적용되는 진공에 의해 압반(138)상에 유지되게 하는 다공성(porous) 물질이다. 일 실시예에 있어서, 기판이 압반(138)의 기판 지지 표면(138A)에 척결합(chucked)될 수 있도록, 압반(138)의 기판 지지 표면(138A)에 형성되는 진공 포트들(도시되지 않음)에 진공이 적용된다. 일 실시예에 있어서, 지지 물질은 동일한 기능을 수행하는 플라스틱 또는 텍스타일(textile) 물질과 같은 담배 또는 다른 유사한 물질을 위해 사용되는 타입의 예를 들어 발산 가능한(transpirable) 종이로 구성되는 발산 가능한 물질이다. 일 예에 있어서, 지지 물질(137)은 벤젠 라인들을 포함하지 않는 담배 종이이다.
일 구성에 있어서, 지지 물질(137)상에 위치된 기판(1410)의 운동이 프린팅 네스트(131) 내에서 정확하게 제어될 수 있도록, 작동기들(148)은 공급 스풀(135) 및 권취 스풀(136)에 연결되거나 또는 이와 결합하도록 적용된다. 일 실시예에 있어서, 공급 스풀(135) 및 권취 스풀(136)은 지지 물질(137)의 길이의 반대측 단부들을 수용하도록 각각 적용된다. 일 실시예에 있어서, 압반(138)에 걸친 지지 물질(137)의 운동 및 위치를 제어하기 위해, 작동기들(148)은 공급 스풀(135) 및/또는 권취 스풀(136)상에 위치되는 지지 물질(137)의 표면에 연결 또는 접촉되는 하나 또는 둘 이상의 구동 휘일들(147)을 각각 포함한다.
일 실시예에 있어서, 도3a에 있어서, 시스템(100)은 위치 "1" 에서 프린팅 네스트(131)상에 위치되는 기판(1410)을 검사하도록 적용되는 검사 조립체(200)를 포함한다. 검사 조립체(200)는 위치 "1" 에서 프린팅 네스트(131)상에 위치되는 인입하는 또는 프로세싱되는 기판(1410)을 검사하도록 위치된 하나 또는 둘 이상의 카메라들(121)을 포함할 수 있다. 이 구성에 있어서, 검사 조립체(200)는 적어도 하나의 카메라(121)(예를 들어, CCD 카메라)와, 그리고 검사할 수 있으며 또한 프린팅 네스트(131)상의 기판(1410)의 배향 및 위치를 분석하는데 사용되는 시스템 제어기(101)로 검사 결과들을 통신할 수 있는 다른 전자 부품들을 포함한다. 다른 실시예에서, 검사 조립체(200)는 위에 서술된 옵티칼 검사 시스템(400)을 포함한다.
스크린 프린트 챔버(102)는 스크린 프린팅 프로세스 중 위치 "2" 에서 프린팅 네스트(131)상에 위치된 기판(1410)의 표면상에 물질을 원하는 패턴으로 증착하도록 적용된다. 일 실시예에 있어서, 스크린 프린트 챔버(102)는 복수의 작동기들, 예를 들어 시스템 제어기(101)와 통신하며 그리고 프린팅될 기판(1410)에 대해 스크린 프린트 챔버(102) 내에 배치되는 스크린 프린팅 마스크(102B)(도3b)의 위치 및/또는 각도 배향을 조정하는데 사용되는 작동기들(102A)[예를 들어, 스테퍼(stepper) 모터들 또는 서보모터(servomotor)들]을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 스크린 프린팅 마스크(102B)는 복수의 구별되는 요소들(102C)(도3b)을 갖는 금속 시트 또는 플레이트이다. 일 실시예에 있어서, 상기 구별되는 요소는 기판(1410)의 표면상에 스크린 프린트되는 물질[예를 들어, 잉크 또는 페이스트(paset)]의 패턴 및 배치를 한정하기 위해 그를 통과하여 형성되는 구멍들, 슬롯들 또는 다른 구멍들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 기판(1410)의 표면상에 증착되는 스크린 프린트되는 패턴은, 검사 조립체(200)로부터 시스템 제어기(101)에 의해 수신된 정보 및 작동기들(102A)을 사용하여 기판 표면상의 원하는 위치에 스크린 프린팅 마스크(102B)를 배향시킴으로써 자동화된 형태로 기판(1410)과 정렬된다. 다른 실시예에서, 스크린 프린트 챔버(102)는 약 125 mm 내지 약 156 mm 의 폭과 그리고 약 70 mm 내지 약 156 mm 의 길이를 갖는 솔라 전지 기판상에 금속 또는 유전체 물질을 포함하는 물질을 증착하도록 적용된다. 일 실시예에 있어서, 기판의 표면상에 금속 접점 구조물을 형성하기 위해, 스크린 프린트 챔버(102)는 금속을 포함하는 페이스트를 기판의 표면상에 증착하도록 적용된다.
시스템 제어기(101)는 전체 시스템(100)의 제어 및 자동화를 촉진시키며, 그리고 중앙 처리 장치(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 지원 회로(또는 I/O)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. CPU 는 다양한 프로세스들 및 하드웨어(예를 들어, 컨베이어, 옵티칼 검사 조립체들, 모터들, 유체 분배 하드웨어 등)를 제어하기 위한 산업적 세팅에 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있으며, 시스템 및 챔버 프로세스들(예를 들어, 기판 위치, 프로세스 시간, 검출기 신호 등)을 모니터링한다. 메모리는 CPU 에 연결되며, 랜덤 억세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 로컬 또는 원격인 임의의 형태의 디지탈 스토리지(storage)와 같은 하나 또는 둘 이상의 용이하게 입수할 수 있는 메모리일 수 있다. CPU 에 명령하기 위해, 소프트웨어 명령들 및 데이터가 메모리 내에 코딩 및 기억된다. 또한, 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 지원 회로들이 CPU 에 연결된다. 지원 회로들은 캐시(cache), 전원 공급부들, 클락 회로들, 입력/출력 회로, 서브-시스템들 등을 포함할 수 있다. 시스템 제어기(101)에 의해 판독 가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령들)은 기판상에서 어떤 작업들이 수행 가능한지를 결정한다. 바람직하기로는, 상기 프로그램은 적어도 기판 위치 정보, 다양한 제어된 부품들의 운동의 시퀀스, 기판 옵티칼 검사 시스템 정보, 및 그 임의의 조합을 발생 및 저장하기 위한 코드를 포함하는 시스템 제어기(101)에 의해 판독 가능한 소프트웨어이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 여기에 완전히 참조인용된 국제 특허출원 WO-A-2010/068331호 에 서술된 바와 같이 획득할 수 있는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및/또는 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 및/또는 정렬 마크(mark)들 및 구별되는 요소들의 위치들을 분석하기 위해, 상기 시스템 제어기(101)는 패턴 인식 소프트웨어를 포함한다.
그 위에 패턴화된 전도층을 형성하기 전에 기판 표면(1401)상에 형성된 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)의 정렬 및 배향을 직접 결정하기 위한 노력으로, 시스템 제어기(101)는 원하는 데이터를 수집하기 위해 하나 또는 둘 이상의 옵티칼 검사 시스템들(400)을 사용할 수 있다.
도4b는 프린팅 네스트(131)의 부분 내로 합체된 옵티칼 검사 시스템(400)과 그리고 옵티칼 검사 조립체(200)의 일 실시예를 도시하고 있다. 일 실시예에 있어서, 검사 조립체(200)는 카메라(401A)를 포함하며, 프린팅 네스트(131)는 컨베이어 조립체(139), 지지 물질(137), 압반(138), 및 방사선 소스(403)를 포함한다. 이 구성에 있어서, 하나 또는 둘 이상의 방출된 파장들이 기판(1410)의 부분들에 의해 흡수 또는 반사되고 그리고 경로 "C" 를 따라 카메라(401A)를 향해 분배되도록, 방사선 소스(403)는 지지 물질(137) 및 압반(138)상에 위치된 기판(1410)의 표면(1401)으로 전자기 방사선 "B2" 를 방출하도록 적용된다.
도3d는 프린팅 네스트(131)상에 배치된 기판(1410)의 표면(1401)을 검사하도록 위치되는 검사 조립체(200)를 도시한 회전식 작동기 조립체(130)의 일 실시예의 개략적인 등각도이다. 일 실시예에 있어서, 카메라(401A)의 관찰(viewing) 구역(122)이 기판(1401)의 적어도 하나의 지역을 검사할 수 있도록, 카메라(401A)가 기판(1410)의 표면(1401) 위에 위치된다. 카메라(401A)에 의해 수신된 정보는 스크린 프린팅 마스크를 정렬하는데 사용되며, 따라서 시스템 제어기(101)로부터 작동기(102A)로 전송된 명령들의 사용에 의해 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 물질을 연속적으로 증착한다. 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및/또는 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)의 위치의 정상적인 프로세스 시퀀스 중, 기판이 스크린 프린트 챔버(102)로 분배되기 전에, 각각의 프린팅 네스트(131)상에 위치된 각각의 기판(1410)을 위해 정보가 수집된다. 또한, 기판상에 형성된 패턴을 더 바람직하게 분석하는 것을 돕기 위해, 검사 조립체(200)는 상기 프린팅 네스트(131)상에 위치된 기판(1410)의 상이한 구역들을 관찰하도록 적용되는 복수의 옵티칼 검사 시스템들(400)을 포함할 수 있다.
선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 생산하는 방법
본 발명의 일부 실시예들은, 선택적인 이미터들을 구성하는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상에 배치 및 정렬되고 텍스처된(textured) 기판(1410)의 전방 표면(1401)상에 형성된 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)에 의해 둘러싸이는 금속 접점 구조물(1432)(예를 들어, 핑거들 및 버스바아들)을 형성하는 단계를 포함하는 솔라 전지 형성 프로세스에, 선택적인 이미터들을 제공한다. 전형적인 텍스처링(texturing) 프로세스들은 약 1 미크론(㎛) 내지 약 10㎛ 의 거칠기(roughness)를 갖는 표면을 제공한다. 텍스처된 표면상에 핑거들 및 버스바아들을 형성하는데 사용되는 물질들을 포함하는 금속의 증착은, 텍스처되지 않은 구역과는 달리, 증착된 금속이 덮어야만 하는 증가된 표면적으로 인해, 상기 형성된 핑거들 및 버스바아들의 전기 저항에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 유사하게, 또한 텍스처된 표면의 거칠기는 텍스처되지 않은 표면과는 달리, 형성 프로세스 중 그를 통해 도펀트 원자들이 통과할 이들 지역들의 증가된 표면적으로 인해, 상기 형성된 심하게 도핑된 지역들의 공간 해상도에 상당한 영향을 끼질 것이다. 또한, 위에 서술한 바와 같이, 종래의 검사 기술들은 전형적으로 기판 표면상의 상기 심하게 도핑된 지역들의 위치를 광학적으로 결정할 수 없다. 따라서, 상기 심하게 도핑된 지역들과 핑거들과 버스바아들 사이에 완전한 오옴 접점이 생성되는 것을 보장하기 위해, 상기 심하게 도핑된 지역들상에 핑거들 및 버스바아들을 신뢰성있게 위치시키는 것이 바람직하다.
선택적인 이미터들의 생산을 위한 방법
도2a-2d는 솔라 전지 디바이스의 활성 지역들을 형성하는데 사용된 프로세싱 시퀀스의 상이한 스테이지 중 솔라 전지 기판(1410)의 개략적인 횡단면도를 도시하고 있다.
도2a-2d에 도시된 스테이지들에 대응하는 도5에 도시된 프로세스 시퀀스(1600)는, 솔라 전지(1400)와 같은 솔라 전지 디바이스의 전방 표면(1401)상에 선택적인 이미터 구조물을 형성하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 형성된 솔라 전지(1400)는 일반적으로 기판(1410), 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및 전방 표면(1401)과는 반대인 기판(1410)의 후방 표면(1402)상에 배치되는 접점층(1414)을 포함한다.
일 예에 있어서, 기판(1410)은 p-타입 도핑된 결정 기판이다.
일 구성에 있어서, 상기 접점층(1414)은 p-타입의 실리콘 이산화물층, 실리콘 질화물층 또는 실리콘 옥시질화물층과 같은 유전체층(1411) 위에 배치되며, 후방 표면(1402)상에 증착된다.
일 실시예에 있어서, 접점층(1414)은 약 2000 옹스트롬(Å) 내지 약 50,000 Å 두께의 금속을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 접점층(1414)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN), 및/또는 몰리브덴 질화물(MoN), 등과 같은 내화(refratory) 금속 또는 내화 금속들의 합금의 층이다. 따라서, 접점층(1414)을 포함하는 내화 금속 또는 내화 금속들의 합금은 하기에 서술될 프로세싱 시퀀스(1600)의 고온 프로세싱 단계들의 일부를 지지할 수 있다. 그러나, 접점층(1414)을 포함하는 내화 금속 또는 내화 금속들의 합금은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않은데, 그 이유는 고온 프로세스들이 수행된 후 상기 접점층(1414)이 증착될 수 있기 때문이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 형성된 솔라 전지(1400)의 광 트래핑(trapping)을 개선시키기 위해, 전방 표면(1401)은 도2a에 도면부호 1412 로 도시된 바와 같이 텍스처된다.
단계(1602)에서, 도2a 및 도5에 도시된 바와 같이, 제1도펀트 원자들에 의해 제1도펀트 농도로 형성된 제1도펀트 물질(1419)이 기판(1410)의 전방 표면상에 증착된다. 일 실시예에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)은 잉크젯 프린팅, 또는 스크린 프린팅, 고무 스탬핑 또는 다른 유사한 프로세스의 사용에 의해 원하는 패턴으로 증착 또는 프린트된다.
제1도펀트 물질(1419)은 초기에는 전형적으로 약 1020 원자들/㎤ 의 제1도펀트 농도를 갖는 제1의 심하게 도핑된 지역을 형성하는데 사용되는 액체, 페이스트 또는 겔일 수 있다.
일부 경우들에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)을 배치한 후, 기판은 제1도펀트 물질(1419)이 전방 표면(1401)상에 남아서 제1도펀트 물질(1419)이 경화, 고밀도화(densify) 및/또는 전방 표면(1401)과의 결합의 형성을 유발시키는 것을 보장하기에 바람직한 온도로 가열된다.
전형적으로, 실리콘 솔라 전지 제조에 사용되는 n-타입 도펀트들은 인(P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb)과 같은 요소들이다. 일 실시예에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)은 기판(1410)의 전방 표면(1401)상에 증착되는 인을 함유하는 도핑 페이스트이다. 상기 기판은 약 80℃ 내지 약 500℃ 의 온도로 가열된다. 다른 실시예에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)은 폴리인산, 포스포실리케이트(phosphosilicate) 유리 전구체, 인산(H3PO4), 아인산(H3PO3), 하이포아인산(H3PO2), 및/또는 그 다양한 암모늄 염들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 물질들을 함유할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)은 인의 약 6 내지 약 30 원자% 를 함유하는 겔 또는 페이스트이다.
박스(box)(1602)에 서술된 프로세스는 도3a-3d에 대해 서술된 바와 같이 스크린 프린팅 시스템(100) 내에 위치되는 스크린 프린트 챔버(102)에 의해 수행될 수 있다.
단계(1604)에 있어서, 도2b 및 도5에 도시된 바와 같이, 기판(1410)은 제1도펀트 물질(1419)을 확산시키도록 가열된다. 일 실시예에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)의 도핑 요소들이 기판(1410)의 전방 표면(1401) 내로 확산함으로써 선택적인 이미터들을 구성하는 기판(1410) 내에 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)을 형성하도록, 기판(1401)이 약 750℃ 이상의 온도로 가열된다.
따라서 형성된 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 각각은 솔라 전지(1400)의 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)의 전방 표면상에 바람직한 전기 연결이 이루어질 수 있는 심하게 도핑된 지역으로서 사용될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)이 평방 센티미터당 약 50 오옴(Ω/㎠) 미만의 시트 저항을 갖는 것이 바람직하다. 단계(1604)의 일 실시예에서, 기판은 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2), 공기 또는 그 조합이 있는 곳에서 약 1분 내지 약 120분의 시간 동안 약 750℃ 내지 약 1300℃ 의 온도로 가열된다.
다른 실시예에 있어서, 기판은 질소(N2)가 풍부한 환경에 약 1000℃ 의 온도로 약 5분 동안 급속 열 어닐링 챔버(RTA)에서 가열된다.
단계(1604)의 또 다른 실시예에서, 증착된 제1도펀트 물질(1419) 사이의 기판(1410)의 전방 표면(1401)의 지역들은, 제2도펀트 원자들에 의해 형성된 제2도펀트 물질로 제2도펀트 농도로 도핑된다. 제2도펀트 농도는 제1도펀트 농도보다 낮다. 예를 들어, 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)을 형성하기 위해, 제2도펀트가 n-타입일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1도펀트 물질(1419)의 제1도펀트 원자들 및 제2도펀트 물질의 제2도펀트 원자들은 동일한 타입이다.
일 실시예에 있어서, 기판의 전방 표면(1401) 내로 제1도펀트 물질(1419)의 구동 프로세스의 일부 중, 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)을 형성하기 위해, 상기 전방 표면은 도펀트 포함 증기 또는 가스에 노출된다.
일 실시예에 있어서, 열 프로세싱 중 제1도펀트 물질(1419)의 일부의 기화(vaporization)에 의해 도펀트 포함 증기의 적어도 일부가 생성된다.
다른 실시예에 있어서, n-타입 솔라 전지 기판에 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)을 형성하기 위해, 전방 표면(1401)은 열 프로세싱 중 산(acid)에 노출된다.
또 다른 실시예에 있어서, 기판이 튜브 로(furnace)에서 열적으로 프로세싱될 동안 기판의 전방 표면(1401)은 POCI3 또는 다른 바람직한 도펀트 포함 가스에 노출된다.
여기에 도시되지는 않았지만, 본 기술분야의 숙련자라면 접점층(1414)이 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)을 형성하는데 사용되거나 또는 형성의 부산물인 도펀트 포함 증기들에 의한 후방 표면(1402)의 불필요한 도핑을 방지하는 신뢰성 있는 보호 마스크를 유리하게 형성한다는 것을 확실히 인식할 것이다.
일 실시예에 있어서, 상기 형성된 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)은 평방 센티미터당 약 80 내지 200 오옴(Ω/㎠)의 시트 저항을 갖는다.
단계(1604)에서 서술되는 제2도펀트 물질의 드라이브-인(drive-in) 프로세스는 시스템(100)에 연결되는 열처리 모듈 또는 제2프로세싱 모듈에 의해 수행될 수 있다.
단계(1606)에 있어서, 도2c 및 도5에 도시된 바와 같이, 반사방지(ARC)층(1431)이 기판의 전방 표면(1401)상에 형성된다.
일 실시예에 있어서, 반사방지 층(1431)은 얇은 패시베이션(passivation)/반사방지 층(예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물)을 포함한다. 도2c는 단일 층인 반사방지 층(1431)을 도시하고 있지만, 이 구성은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 단지 반사방지 층의 일 예를 도시하는 것으로 의도된다. 일 예에 있어서, 상기 패시베이션/반사방지 층은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물들을 포함하는 2개 또는 3개 이상의 층들을 포함한다. 단계(1606)에 서술되는 반사방지 층의 증착은 시스템(100)의 제4프로세싱 모듈에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사방지 층은 PVD 챔버 또는 CVD 챔버를 사용하여 증착된다.
일 실시예에서, 상기 반사방지 층 형성 프로세스는 제3프로세싱 모듈을 사용하여, 예를 들어 시스템(100)에 부착되는 플라즈마-강화된 CVD 증착 모듈을 사용하여 수행될 수 있다.
단계(1608)에 있어서, 도2d 및 도5에 도시된 바와 같이, 패턴화된 전도층(1432)이 반사방지 층(1431)상에 증착된다. 일 실시예에 있어서, 상기 형성된 전도층(1432)은 약 2000 Å 내지 약 50,000 Å 의 두께를 가지며, 금속을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 형성된 전도층(1432)은 은(Ag)을 함유하는 페이스트와 같은 금속을 함유하는 페이스트로 제조되며, 이는 기판의 전방 표면(1401)상에 스크린 프린트된다.
일 실시예에서, 전도층(1432)의 원하는 패턴이 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 위에 증착됨으로, 상기 전도층(1432)은 후속의 열 프로세스가 단계(1610)에서 실행된 후 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)과 바람직한 접촉을 형성할 것이다.
일 실시예에서, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 위에 배치된 반사방지 층(1431)의 부분들은 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상에 전도층(1432)을 증착하기 전에 제거된다.
일반적으로, 전도층(1432)과 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)과의 정렬 및 포지셔닝의 프로세스들은 기판의 전방 표면(1401)상에 존재하는 구별되는 요소들에 대한 상기 전방 표면(1401)의 부분들의 실제 위치의 결정을 이용하는 정렬을 제공한다.
단계(1608)의 일 실시예에 있어서, 도7에 도시된 바와 같이, 프로세싱 시퀀스(700)에서 나타나는 프로세싱 단계들 및 시스템(100)을 사용하여 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상에 전도층(1432)이 스크린 프린트된다. 프로세스 시퀀스(700)는 단계(702)에서 시작하며, 거기에서 위치 "1" 에 있는 프린팅 네스트(131)는 인입 컨베이어(111)로부터 기판(1410)을 수용하고 그리고 상기 기판을 압반(138)상에 "척결합"시킨다.
이어서, 단계(704)에 있어서, 상기 시스템 제어기(101)와 그리고 도4b에 도시된 바와 유사하게 구성된 옵티칼 검사 시스템(400)은 하기에 더욱 상세히 도시되는 바와 같이 검출된 전자기 방사선을 사용하여 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및/또는 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)의 패턴을 검출하는데 사용된다.
이어서, 단계(706)에 있어서, 회전식 작동기 조립체(130)가 스크린 프린트 챔버(102)로 프린팅 네스트(131)를 회전시킨다[즉, 경로(d1)]. 단계(706)에 있어서, 그 후 시스템 제어기(101) 및 작동기들(102A)은 단계(704) 중 수신된 데이터를 사용하여 그 내부에 형성되는 원하는 스크린 프린팅 패턴을 갖는 스크린 프린팅 마스크를 상기 기판(1410)상에 형성된 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 배향 및 정렬시킨다. 일단 스크린 프린팅 마스크가 정렬되면, 스크린 프린팅 마스크(102B)에 형성된 구별되는 사인(sign)들을 통해 페이스트 또는 겔의 전도층을 분배함으로써 상기 전도층(1432)이 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상에 배치된다.
연속해서, 상기 프로세싱된 기판(1410)은 기판이 다른 후속의 프로세싱 챔버들로 전달될 수 있도록 상기 인출 컨베이어(112)로 전달된다[즉, 경로(D2)].
단계(704)의 대안적인 실시예에 있어서, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이에 생성된 콘트라스트로 인해, 옵티칼 검사 조립체(200) 및 시스템 제어기(101)는 기판(1410)의 표면(1401)상에 형성되는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 위치 및 배향을 결정하도록 구성된다. 이 구성에 있어서, 옵티칼 검사 조립체(200)는, 주변 광 또는 백열 램프 또는 다른 램프로부터의 광 또는 램프로부터의 또는 기판 자체에 의해 방출되는 적외선 광을 사용하여, 도펀트 농도의 변화로 인해 그 형성된 패턴을 검출할 수 있는 다른 유사한 디바이스 또는 카메라를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 옵티칼 검사 조립체(200)의 관찰 구역은 표면(1401)상에서 발견되는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)을 옵티칼 검사 조립체가 볼 수 있고 분석할 수 있도록 위치된다. 이어서, 옵티칼 검사 조립체(200)로부터 수신된 정보를 사용하여, 그 후 시스템 제어기(101)는 위에 서술된 단계들에 이어 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)상의 전도층(1432)의 증착을 제어한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전도층(1432)은 시스템(100)에 연결되는 제4프로세싱 모듈에서 스크린 프린팅 프로세스, 잉크젯 프린팅 또는 다른 유사한 프로세스의 사용에 의해 원하는 패턴으로 증착되는 은을 함유한 물질이다.
단계(1608)에 서술된 전도층(1432)의 증착은 시스템(100)에 위치되는 제4프로세싱 모듈에 의해 수행될 수 있다. 제4프로세싱 모듈은 화학 기상 증착(CVD) 챔버들, 스퍼터링 챔버들, 물리적 기상 증착(PVD) 챔버들, 플라즈마-강화된 화학 기상 증착(PECVD) 챔버들을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되지 않는다.
단계(1610)에서 기판이 가열된다. 일 실시예에 있어서, 기판(1410)의 전방 표면(1401) 내로 전도층(1432)을 고밀도화 및/또는 확산시켜 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 부분들과의 바람직한 오옴 접점을 형성하기 위해, 상기 기판은 400℃ 이상의 온도로 및/또는 약 800℃ 미만의 온도로 가열된다.
단계(1610)의 일 실시예에 있어서, 기판은 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2), 공기 또는 그 조합물이 있는 곳에서 약 1분 내지 약 120분의 시간 동안 약 400℃ 내지 약 500℃ 의 온도로 가열된다.
일 실시예에 있어서, 기판은 시스템(100)에 위치되는 제5프로세싱 모듈로 가열된다.
대안적으로, 시스템(100)에 위치되는 기판을 가열하기 위해 열처리 모듈이 사용될 수도 있다. 어닐링 챔버, 관형 로 챔버, 벨트 로, 또는 다른 임의의 적절한 가열 방법이 사용될 수 있다.
여기에 서술된 실시예들은 전도층들(1432) 사이에 형성되는 전기 연결부들이 낮은 접촉 저항을 가질 것이며 그리고 하부의 p-타입 물질상에 형성되는 이미터를 통한 "스파이킹(spiking)" 에 의해 상기 형성된 솔라 전지 접합부들을 손상시키지 않을 거라는 점에서 다른 종래의 기술들에 비해 유리하다.
여기에 서술된 구성들에 있어서, 전도층들(1432)은 시스템(100)에 위치되는 점화(firing) 로 모듈을 사용하여 반사방지 층 및/또는 유전체층을 통해 점화된다. 일 예에 있어서, 상기 점화 로 모듈은 기판 표면들상에 형성되는 패턴화된 금속층들과의 원하는 접점을 형성하기 위해 상기 기판을 원하는 온도로 가열하도록 구성된 로이다.
선택적인 이미터들의 정렬을 위한 데이터 획득
제1실시예에 있어서, 단계(704)에서 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)의 패턴의 획득은, 가시 광의 필드의 작동, 옵티칼 필터의 채택, 및 제어 시스템(101)을 사용할 동안 퓨리에 변환에 기초하여 시스템(400)에 의해 획득된 영상들의 프로세싱 기술 및 옵티칼 검사 시스템(400)의 사용을 제공한다.
제1실시예는 옵티칼 검사 시스템(400)을 사용하며, 상기 옵티칼 검사 시스템에서 방사선 소스(403)에 의해 방출된 그리고 검출기 조립체(401)에 의해 수신된, 예를 들어 카메라(401A)(도4b)에 의해 수신된 전자기 방사선은 약 400 nm 내지 약 900 nm 의 가시 파장에 있다. 이 제1실시예는, 텍스처의 차이들 또는 상이한 높이들의 단계들로 인해, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정되는 SE 라인들과 기판, 특히 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이의 강한 콘트라스트들의 경우에 바람직하게 작동하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 미약한 자연적인 콘트라스트가 있다면, 즉 텍스처 또는 상이한 높이들의 단계들이 없고 오직 농도의 차이만 있을 때, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정되는 SE 라인들의 경우에서 자주 있는 것처럼, 본 발명은 콘트라스트를 개선시키기 위해 퓨리에 변환으로 옵티칼 필터링 작동을 영상 프로세싱과 조합할 것을 제안한다. 일부 실시예들에 있어서, 전체 가시 스펙트럼 대신에 제한 가시 스펙트럼 밴드로 조명 광을 제한하기 위해, 필터링 작동은 필터의 사용을 제공한다. 실제로, 전체 가시 범위가 사용되었다면, 기판(1410)은 대신에 스펙트럼의 다른 부분들의 낮은 콘트라스트 응답에 의해 악영향을 받는 제한된 스펙트럼 범위로 좋은 콘트라스트를 유리하게 제공할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 필터링 작동은 적외선 필드의 제한된 스펙트럼으로 수행될 수 있다.
도8은 위에 서술된 옵티칼 필터링의 예들을 도시하고 있다. 일 실시예에 있어서, 영상(a)은 가시의 전체 스펙트럼을 사용하여 획득할 수 있는 선명한 필드에서 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 영상이며, 이는 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 대응하는 영상들(b, c, d, e)에서처럼 청색, 녹색, 적색 및 거의 적외선 필드와 비교된다. 영상(e)은 도4a 및 4b의 가상선들에 의해 도시된 위치로 옵틱 파이버(403B)를 위치시킴으로써 획득할 수 있는 어두운(dark) 필드를 나타낸다. 이 경우, 청색 필터[영상(b)]가 최상의 콘트라스트를 제공한다. 어떤 경우라도, 콘트라스트는 미약할 수 있으며, 신호와 노이즈 사이의 낮은 비율을 가지며, 이는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들의 위치를 정확하게 검출하는 것을 어렵게 한다.
상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420) 및 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430)에 의해 한정된 SE 라인들 사이의 콘트라스트를 추가로 개선시키기 위하여, 본 발명은 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 영상의 퓨리에 변환(FT) 프로세싱을 사용하고 그리고 상기 영상을 옵티칼 필터링할 것을 제안하고 있다.
일 실시예에서, 상기 퓨리에 변환 프로세싱은 (ⅰ)광학적으로 필터링된 영상의 퓨리에 변환, (ⅱ)SE 라인들 및 버스바아들에 대응하는 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)의 퓨리에 변환 공간에서 영상의 특징부들의 선택 및 강조, 및 그에 따라 필터링된 퓨리에 변환 영상을 얻기 위해 불필요한 배경 영상의 필터링 제거, (ⅲ)상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이에 더 큰 콘트라스트를 갖는 최종 영상을 생성하기 위해 상기 필터링된 퓨리에 변환 영상의 역퓨리에(Inverse Fourier) 변환을 포함한다.
검출기 조립체(401)에 의해 획득된 본래 영상의 상기 제1의 심하게 도핑된 지역(1420)에 의해 한정된 SE 라인들의 반복적인 패턴이 바람직한데, 그 이유는 반복적인 패턴이 퓨리에 변환 공간의 강한 신호들을 알려진 위치에 생성하기 때문이다. 이것은 SE 라인들과 관련되지 않은 다른 지역들을 배제하고 역퓨리에 변환을 위해 강조될 수 있다. 또한, 퓨리에 변환 프로세싱은 기판(1410)상에 존재하는 반복적인 구조물들을 개선 및 강조한다. 결과적인 역퓨리에 변환 영상은 SE 라인들의 더욱 강한 콘트라스트를 보여준다(도9). 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 본래 영상이 주어진 축선에 대해 강한 신호를 생산하기에 충분한 정보를 갖고 있지 않다면, 퓨리에 변환 프로세싱은 다른 축선에 대한 기판의 각도 배향을 결정하는데 사용될 수 있다. 이 배향 정보는 새로운 구별되는 요소들(예를 들어, 버스바아들의 축선)을 갖는 영상을 위해 모든 구별되는 요소를 개선시키는 엣지의 검출 필터를 발생시키는데 사용될 수 있다.
위에 도시된 바와 같이, 일단 검출기 조립체(401)에 의해 획득된 영상에 강항 콘트라스트가 결정되면, 표준 패턴 인식 알고리즘을 사용하여 SE 라인들의 위치가 식별될 수 있다. 이렇게 획득된 데이터는 위에 서술된 단계(706)에서 제어기(101)에 의해 사용된다.
제2실시예에 있어서, 장파 적외선의 영상 획득 기술은 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들과 주변의 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이의 상이한 도펀트 농도를 검출하는데 사용된다. 이 해법(solution)은 프로세스 또는 기판 변화들에 관계없이 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들에 대해 특정한 정렬을 적용하기 위한 이상적인 콘트라스트 메카니즘을 제공한다. 제2실시예에 있어서, 장파 적외선(LWIR)은 8㎛ 이상이다. 일부 실시예들에 있어서, 사용된 장파 적외선(LWIR)은 약 8㎛ 내지 14㎛ 이다.
제2실시예의 제1변형예는 검출기 조립체(401)를 이용하여 기판(1410)을 광학적으로 제어하는 것을 제공하며, 이것은 주위 온도 이상의 온도에서 심지어 단지 수 도(℃)에서도 이루어진다(도10). 일 실시예에 있어서, 파장들의 범위는 약 8㎛ 이상이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 범위는 약 8㎛ 내지 14㎛ 이다. 위에 서술된 범위들에 있어서, 가시 또는 적외선의 단파들의 검출과는 달리 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들과 기판, 특히 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이의 열 복사율(emissivity)의 차이에 의해 나타나는 콘트라스트 메카니즘을 사용하는 것이 가능한데, 그 이유는 주어진 온도에서 상기 두 지역들이 상이한 양들의 적외선 광을 방출하기 때문이다. 상기 제1변형예는 방사선 소스(403)에 의한 그 어떤 조명도 요구하지 않으며, 따라서 이는 생략되거나 사용되지 않는다는 장점을 갖는다.
제2변형예는 기판(1410)을 조명하기 위해 방사선 소스(403)를 사용하는 표준 영상 획득 모델과 유사하며, 상기 영상은 기판에 의해 반사된 광에 의해 형성된다(도11). 도11에 도시된 바와 같이, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들과 기판, 특히 제2의 도핑된 이미터 지역(1430) 사이의 콘트라스트는 도10에 대해 역전된 것으로 보여진다. 이 제2변형예에 있어서, 콘트라스트 메카니즘은 약 8㎛ 이상의 IR 파장에서 두 지역들 사이의 반사율의 차이에 의해 주어진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 범위는 약 8㎛ 내지 14㎛ 이다. 제1실시예에 따른 가시 파장 범위에서의 영상 획득의 경우처럼, 상기 제1의 심하게 도핑된 지역들(1420)에 의해 한정된 SE 라인들의 위치는 표준 패턴 인식 알고리즘을 사용하여 식별될 수 있다. 이렇게 획득된 데이터는 위에 서술된 바와 같이 단계(706)에서 제어기(101)에 의해 사용된다.
400: 옵티칼 검사 시스템 401: 검출기 조립체
401A: 카메라 403: 방사선 소스
1410: 기판 1401: 전방 표면
1431: 반사방지 층 1432: 전도층

Claims (16)

  1. 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법으로서:
    기판 수용 표면상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판상에 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 위치를 결정하는 단계;
    상기 기판상의 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 상기 결정된 위치로부터 수신된 정보를 사용함으로써, 스크린 프린팅 마스크의 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 정렬하는 단계; 및
    상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 적어도 일부상에 물질의 층을 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 기판은 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 선택적인 이미터들을 한정하는 제1도펀트 농도를 가지며, 상기 표면상에 형성되는 적어도 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과, 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 가지며, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 둘러싸는 제2의 도핑된 이미터 지역을 포함하며,
    상기 위치를 결정하는 단계는 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하는 단계, 상기 옵티칼 영상의 옵티칼 필터링 단계, 필터링된 옵티칼 영상을 프로세스하기 위해 퓨리에 변환을 사용하는 단계, 및 상기 제1의 패턴화된 및 심하게 도핑된 지역의 위치를 결정하기 위해 상기 필터링되고 그리고 퓨리에 변환된 옵티칼 영상에서 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 콘트라스트를 평가하는 단계를 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터링된 옵티칼 영상을 프로세싱하기 위해 퓨리에 변환을 사용하는 단계는
    퓨리에 변환 공간에서 상기 필터링된 옵티칼 영상의 상기 제1의 심하게 도핑된 지역의 특징부들을 선택하고 그리고 불필요한 배경 영상들을 필터링하여 제거함으로써 필터링된 퓨리에 변환 영상을 생성하는 단계; 및
    역퓨리에 변환의 사용에 의해 상기 제1의 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이에 더 큰 콘트라스트를 갖는 최종 영상을 생성하기 위해 상기 필터링된 퓨리에 변환 영상을 변환하는 단계를 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하는 단계는 제1파장으로 상기 표면으로부터 전자기 방사선을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 제1파장은 가시 범위 또는 적외선 범위의 제한된 서브-범위인
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  4. 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법으로서:
    기판 수용 표면상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판상에 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 위치를 결정하는 단계;
    상기 기판상의 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 결정된 위치로부터 수신된 정보를 사용함으로써, 스크린 프린팅 마스크의 하나 또는 둘 이상의 구별되는 요소들을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 정렬하는 단계; 및
    상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역의 적어도 일부상에 물질의 층을 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 기판은 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 선택적인 이미터들을 한정하는 제1도펀트 농도를 가지며, 상기 표면상에 형성되는 적어도 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과, 상기 제1도펀트 농도보다 낮은 제2도펀트 농도를 가지며, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 둘러싸는 제2의 도핑된 이미터 지역을 포함하며,
    상기 위치를 결정하는 단계는 상기 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하는 단계, 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역과 상기 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 옵티칼 영상의 콘트라스트를 평가하는 단계를 포함하며,
    상기 옵티칼 영상을 획득하는 단계는 약 8㎛보다 길거나 이와 동일한 장파 적외선 스펙트럼의 제1파장으로 상기 표면으로부터 전자기 방사선을 수신하는 단계를 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
    상기 표면은
    제1도펀트 원자들을 갖는 제1도펀트 물질을 제1도펀트 농도로 상기 기판의 표면상에 패턴으로 증착하는 단계;
    상기 제1도펀트 물질의 도펀트 원자들을 상기 표면 내로 확산시키기 위해 그리고 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 형성하기 위해 상기 기판 및 상기 제1도펀트 물질을 가열하는 단계; 및
    상기 제2의 도핑된 이미터 지역을 한정하기 위해 제2도펀트 원자들을 갖는 제2도펀트 물질을 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역을 둘러싸는 지역들에 제2도펀트 농도로 증착하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1도펀트 원자들 및 상기 제2도펀트 원자들은 인, 비소, 안티몬, 붕소, 알루미늄 및 갈륨을 포함하는 요소들의 그룹으로부터 각각 선택되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1도펀트 원자들 및 상기 제2도펀트 원자들은 동일한 타입의 도펀트 원자들인
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항에 있어서,
    상기 제1의 심하게 도핑된 지역의 부분상에 증착되는 층은 전도성 물질을 포함하며, 상기 기판은 실리콘을 포함하고, 상기 제1도펀트 농도는 약 1018 원자들/㎤를 초과하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항에 있어서,
    상기 전자기 방사선을 수신하는 단계는 상기 표면의 근처에 위치되는 옵티칼 검출기에 의해 획득되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항에 있어서,
    상기 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하는 단계는 상기 표면을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 전자기 방사선을 제공하는 단계를 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하는 단계는 상기 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역 및 상기 제2의 도핑된 이미터 지역의 부분에 의해 반사된 전자기 방사선의 세기의 차이를 검출하는 단계를 더 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기판의 표면으로부터 전자기 방사선을 수신하는 단계는 주위 온도보다 높은 온도로 상기 기판에 의해 방출되는 적외선 방사선을 검출하는 단계를 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 방법.
  13. 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치로서:
    기판을 지지하도록 구성되는 지지 표면;
    상기 기판의 표면의 일부의 옵티칼 영상을 획득하도록 구성되고 상기 옵티칼 영상을 필터링하도록 구성되는 검출기 조립체;
    스크린 프린팅 마스크와 상기 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성되는 적어도 작동기를 갖는 증착 챔버; 및
    제어기를 포함하며
    상기 제어기는
    필터링된 옵티칼 영상을 수신하고,
    상기 필터링된 옵티칼 영상을 퓨리에 변환하고,
    상기 필터링된 옵티칼 영상 및 상기 퓨리에 변환된 옵티칼 영상의 제1의 심하게 도핑된 지역과 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 콘트라스트를 평가하고, 그리고
    상기 평가에 따라 기판의 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 대한 스크린 프린팅 마스크의 위치를 정렬하도록 구성되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치.
  14. 선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치로서:
    기판을 지지하도록 구성되는 지지 표면;
    약 8㎛를 초과하거나 이와 동일한 장파 적외선 스펙트럼의 제1파장으로 상기 기판의 표면의 일부의 옵티칼 영상을 상기 표면으로부터 전자기 방사선을 수신함으로써 획득하도록 구성되는 검출기 조립체;
    스크린 프린팅 마스크와 상기 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성되는 적어도 작동기를 갖는 증착 챔버; 및
    제어기를 포함하며
    상기 제어기는,
    상기 검출기 조립체로부터 상기 옵티칼 영상을 수신하고,
    제1의 심하게 도핑된 지역과 제2의 도핑된 이미터 지역 사이의 옵티칼 영상의 콘트라스트를 평가하고, 그리고
    상기 평가에 따라 상기 기판의 제1의 패턴화된 심하게 도핑된 지역에 대한 스크린 프린팅 마스크의 위치를 정렬하도록 구성되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 향해 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 전자기 방사선 소스를 더 포함하는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치.
  16. 제13항, 제14항, 또는 제15항에 있어서,
    상기 검출기 조립체는 상기 표면과 카메라 사이에 배치되는 적어도 옵티칼 필터를 포함하며, 상기 옵티칼 필터는 제1파장이 그 사이를 통과할 수 있도록 구성되는
    선택적인 이미터들을 갖는 솔라 전지들을 형성하기 위한 장치.
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