KR20130088642A - 태양전지의 ｐ형 도핑층 및 ｎ형 도핑층 동시 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 번의 확산공정만으로 p형 도핑층과 n형 도핑층을 형성할 수 있으며, 별도의 패시베이션층 형성공정이 요구되지 않는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법은 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막의 일부를 제거하여, 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 단계와, 상기 제 1 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 제 2 도전형의 비정질 박막층을 적층하는 단계 및 상기 기판을 열처리하여, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 내의 제 1 도전형의 불순물 원자를 기판 내부로 확산시켜 제 1 도전형의 도핑층을 형성함과 함께 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물을 기판 내부로 확산시켜 제 2 도전형의 도핑층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 기판을 열처리하여 제 1 도전형의 도핑층과 제 2 도전형의 도핑층을 형성함에 있어서, 상기 제 1 실리콘 산화막은 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물이 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 그 하부의 기판 내부로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 제 1 도전형과 제 2 도전형은 서로 반대되는 도전형이며, p형 비정질 박막층과 n형 비정질 박막층 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 번의 확산공정만으로 p형 도핑층과 n형 도핑층을 형성할 수 있으며, 동시 확산공정 과정의 부산물로 형성되는 산화막을 표면 패시베이션층으로 사용함으로써 별도의 패시베이션층 형성공정이 요구되지 않는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 수광하여 광전변환시키는 소자이다. 일반적인 태양전지는 전면과 후면에 각각 전면전극과 후면전극이 구비되는 구조를 갖는다. 그러나, 수광면인 전면에 전면전극이 구비됨에 따라, 전면전극의 면적만큼 수광면적이 줄어들게 된다.
수광면적이 축소되는 문제를 해결하기 위해 후면전극형 태양전지가 제안되었다(미국등록특허 7,339,110호). 후면전극형 태양전지는 태양전지의 후면 상에 (+)전극과 (-)전극을 구비시켜 태양전지 전면의 수광면적을 극대화할 수 있다.
후면전극형 태양전지를 포함한 종래의 태양전지는 전면과 후면 중 어느 한 면으로만 태양광이 수광됨에 따라, 태양광 수광에 있어 근본적인 한계가 있다. 이에, 최근에는 전면과 후면의 양면으로 수광이 가능한 양면수광형 태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 후면전극형 태양전지의 경우 기판의 한 면에 p형 도핑층과 n형 도핑층이 모두 구비되는 구조를 이루며, 양면수광형 태양전지의 경우에도 기판의 한 면에 p형 도핑층과 n형 도핑층이 모두 구비되는 구조가 적용될 수 있다.
기판의 한 면에 p형 도핑층과 n형 도핑층을 함께 형성시키기 위해서, 다양한 공정이 적용될 수 있는데 일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이 제 1 확산공정(BBr3 확산)을 통해 p형 도핑층(102)을 형성하고(도 1의 (a)), 확산부산물층(103)을 패터닝한 후 확산부산물층(103)을 식각마스크로 하여 기판(101)의 일부를 식각, 제거한 다음(도 1의 (b), (c)), 제 2 확산공정(POCl3 확산)을 통해 n형 도핑층(104)을 형성(도 1의 (d)하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법의 경우 확산공정이 2번 수행해야 한다는 단점이 있다.
다른 방법으로, 이온주입 공정을 적용하여 p형 도핑층과 n형 도핑층을 형성하는 방법이 있으나, 별도의 이온주입 방지막을 형성해야 하는 등 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 상술한 종래의 기술들은 p형 도핑층과 n형 도핑층의 형성 후, 별도의 공정을 통해 패시베이션층을 형성해야 하는 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 한 번의 확산공정만으로 p형 도핑층과 n형 도핑층을 형성할 수 있으며, 동시 확산공정 과정의 부산물로 형성되는 산화막을 표면 패시베이션층으로 사용함으로써 별도의 패시베이션층 형성공정이 요구되지 않는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법은 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막의 일부를 제거하여, 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 단계와, 상기 제 1 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 제 2 도전형의 비정질 박막층을 적층하는 단계 및 상기 기판을 열처리하여, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 내의 제 1 도전형의 불순물 원자를 기판 내부로 확산시켜 제 1 도전형의 도핑층을 형성함과 함께 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물을 기판 내부로 확산시켜 제 2 도전형의 도핑층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 기판을 열처리하여 제 1 도전형의 도핑층과 제 2 도전형의 도핑층을 형성함에 있어서, 상기 제 1 실리콘 산화막은 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물이 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 그 하부의 기판 내부로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 제 1 도전형과 제 2 도전형은 서로 반대되는 도전형이며, p형 비정질 박막층과 n형 비정질 박막층 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 p형 비정질 박막층은 p형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(p+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(p+ a-SiOx:H)이며, 상기 n형 비정질 박막층은 n형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(n+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(n+ a-SiOx:H)일 수 있다.
상기 제 1 도전형의 비정질 박막층과 제 1 실리콘 산화막은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 동일 챔버 내에서 연속 공정으로 형성되며, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층이 p형 비정질 박막층인 경우, 상기 p형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, B2H6 및 <O2 또는 N2O>이며, 상기 제 1 실리콘 산화막의 전구체는 SiH4 및 <O2 또는 N2O>이다.
또한, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층이 n형 비정질 박막층인 경우, 상기 n형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, PH3 및 <O2 또는 N2O>일 수 있다.
이와 함께, 상기 제 1 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 제 2 도전형의 비정질 박막층 및 제 2 실리콘 산화막을 순차적으로 적층하며, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 및 제 2 실리콘 산화막은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 동일 챔버 내에서 연속 공정으로 형성되며, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층이 n형 비정질 박막층인 경우, 상기 n형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, PH3 및 <O2 또는 N2O>이며, 상기 제 1 실리콘 산화막의 전구체는 SiH4 및 <O2 또는 N2O>일 수 있다.
상기 기판의 열처리는, p형 또는 n형 비정질 박막층이 비정질 실리콘 박막층인 경우 산화 분위기 하에서 진행되고, p형 또는 n형 비정질 박막층이 비정질 실리콘 산화막층인 경우 질소 또는 산화 분위기 하에서 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
p형 비정질 박막층 및 n형 비정질 박막층 각각의 상부에 실리콘 산화막이 구비됨에 따라, 불순물 이온이 불필요한 영역으로 확산되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 실리콘 산화막 자체가 패시베이션층의 역할을 함에 따라 별도의 패시베이션층 형성공정이 요구되지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 도핑층 형성공정을 설명하기 위한 참고도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 2a를 참조하면, 먼저 p형 또는 n형 결정질 실리콘 기판(201)을 준비한다. 이어, 상기 기판(201) 전면 상에 p형 비정질 박막층(202) 및 제 1 실리콘 산화막(203)을 순차적으로 적층한다. 상기 p형 비정질 박막층(202)은 후술하는 p형 도핑층(206)(p+)을 형성하기 위한 도핑소스 역할을 하며, 상기 제 1 실리콘 산화막(203)은 패시베이션층의 역할을 한다. 또한, 상기 p형 비정질 박막층(202)은 p형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(p+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(p+ a-SiOx:H)으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 실리콘 산화막(203) 및 후술하는 제 2 실리콘 산화막은 진성(intrinsic)의 박막이다.
상기 p형 비정질 박막층(202)과 제 1 실리콘 산화막(203)은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 통해 동일 챔버 내(in-situ)에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 상기 p형 비정질 박막층(202)은 비정질 실리콘 박막층(p+ a-Si:H)일 경우 전구체(precursor)로서 SiH4 , B2H6 을 공급하여 형성할 수 있고, 비정질 실리콘 산화막층(p+ a-SiOx:H)일 경우 전구체로서 SiH4 , B2H6 와 <O2 또는 N2O>를 전구체로 공급하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 실리콘 산화막(203)은 SiH4 와 <O2 또는 N2O>를 전구체로 이용하여 형성할 수 있다.
구체적으로, 소정의 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에 상기 전구체들을 시계열적으로 챔버 내에 공급하면 상기 기판(201) 전면 상에 p형 비정질 박막층(202)과 제 1 실리콘 산화막(203)이 순차적으로 형성된다.
상기 p형 비정질 박막층(202)과 제 1 실리콘 산화막(203)이 순차적으로 적층된 상태에서, 상기 p형 비정질 박막층(202)과 제 1 실리콘 산화막(203)의 일부를 식각, 제거하여 기판(201)의 일부를 노출시킨다(도 2b 참조). 기판(201) 표면이 노출된 영역은 n형 도핑층(207)(n+)이 형성될 영역이며, p형 비정질 박막층(202)(및 제 1 실리콘 산화막(203))이 잔존하는 영역은 p형 도핑층(206)(p+)이 형성될 영역에 상응한다.
이와 같은 상태에서, 상기 제 1 실리콘 산화막(203)을 포함한 기판(201) 전면 상에 n형 비정질 박막층(204)과 제 2 실리콘 산화막(205)을 순차적으로 적층한다(도 2c 참조). 상기 n형 비정질 박막층(204)은 후술하는 n형 도핑층(207)(n+)을 형성하기 위한 도핑소스 역할을 하며, 상기 제 2 실리콘 산화막(205)은 상기 제 1 실리콘 산화막(203)과 마찬가지로 패시베이션층의 역할을 한다. 상기 n형 비정질 박막층(204)은 n형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(n+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(n+ a-SiOx:H)으로 이루어질 수 있다.
상기 n형 비정질 박막층(204)과 제 2 실리콘 산화막(205) 역시 PECVD 공정을 통해 형성하는 것이 바람직하며, 연속 공정을 통해 형성한다. 연속 공정 진행시 상기 n형 비정질 박막층(204)은 SiH4, PH3 와 <O2 또는 N2O>를 전구체로 이용하여 형성하며, 상기 제 2 실리콘 산화막(205)은 SiH4와 <O2 또는 N2O>를 전구체로 이용하여 형성한다. 이 때, 상기 제 2 실리콘 산화막(205)의 형성을 생략하고, 상기 n형 비정질 박막층(204)만 형성하는 것도 가능하다.
상기 p형 비정질 박막층(202)과 n형 비정질 박막층(204)이 형성된 상태에서, 도 2d에 도시한 바와 같이 확산공정을 실시하여 p형 도핑층(206)(p+) 및 n형 도핑층(207)(n+)을 형성한다. 구체적으로, 챔버 내에 기판(201)을 장착시킨 상태에서, 일정 온도 하에서 상기 기판(201)을 가열하면 p형 비정질 박막층(202) 내의 p형 불순물 이온이 기판(201) 내부로 확산되어 p형 도핑층(206)(p+)이 형성되고, 이와 동시에 n형 비정질 박막층(204) 내의 n형 불순물 원자 역시 기판(201) 내부로 확산되어 n형 도핑층(207)(n+)이 형성된다. 이 때, 상기 p형 비정질 박막층(202) 상에 적층되어 있는 제 1 실리콘 산화막(203)은 상기 n형 비정질 박막층(204) 내의 n형 불순물 이온이 p형 비정질 박막층(202) 및 그 하부의 기판(201)으로 확산되는 것을 억제하는 확산방지막의 역할을 수행한다.
한편, 상기 확산공정은 산화분위기에서 진행할 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 실리콘 산화막(205)은 불순물 이온의 함유율이 최소화된 실리콘 산화막(SiO2)의 형태를 띠게 되어 패시베이션층으로서의 역할과 p형 및 n형 불순물간의 상호 오염을 방지하는 역할이 더욱 강화된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법을 설명하였는데, 상술한 설명에서 p형 비정질 박막층을 먼저 적층하고 이어 n형 비정질 박막층이 적층되는 공정을 제시하였으나 그 반대의 경우도 가능하다. 예를 들어, 제 1 도전형의 비정질 박막층과 제 1 실리콘 산화막을 적층한 다음, 제 2 도전형의 비정질 박막층과 제 2 실리콘 산화막을 적층하는 것으로 정의할 수 있으며, 상기 제 1 도전형과 제 2 도전형은 서로 반대되는 도전형으로서 제 1 도전형이 p형이면 제 2 도전형은 n형, 제 1 도전형이 n형이면 제 2 도전형은 p형일 수 있다.
201 : 결정질 실리콘 기판 202 : p형 비정질 박막층
203 : 제 1 실리콘 산화막 204 : n형 비정질 박막층
205 : 제 2 실리콘 산화막 206 : p형 도핑층(p+)
207 : n형 도핑층(n+)
203 : 제 1 실리콘 산화막 204 : n형 비정질 박막층
205 : 제 2 실리콘 산화막 206 : p형 도핑층(p+)
207 : n형 도핑층(n+)
Claims (6)
- 결정질 실리콘 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 전면 상에 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 제 1 실리콘 산화막의 일부를 제거하여, 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 단계;
상기 제 1 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 제 2 도전형의 비정질 박막층을 적층하는 단계; 및
상기 기판을 열처리하여, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층 내의 제 1 도전형의 불순물 원자를 기판 내부로 확산시켜 제 1 도전형의 도핑층을 형성함과 함께 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물을 기판 내부로 확산시켜 제 2 도전형의 도핑층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 기판을 열처리하여 제 1 도전형의 도핑층과 제 2 도전형의 도핑층을 형성함에 있어서, 상기 제 1 실리콘 산화막은 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 내의 제 2 도전형의 불순물이 제 1 도전형의 비정질 박막층 및 그 하부의 기판 내부로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하며,
상기 제 1 도전형과 제 2 도전형은 서로 반대되는 도전형이며, p형 비정질 박막층과 n형 비정질 박막층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 p형 비정질 박막층은 p형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(p+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(p+ a-SiOx:H)이며, 상기 n형 비정질 박막층은 n형 불순물 원자를 포함하는 비정질 실리콘 박막층(n+ a-Si:H) 또는 비정질 실리콘 산화막층(n+ a-SiOx:H)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 도전형의 비정질 박막층과 제 1 실리콘 산화막은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 동일 챔버 내에서 연속 공정으로 형성되며,
상기 제 1 도전형의 비정질 박막층이 p형 비정질 박막층인 경우,
상기 p형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, B2H6 및 <O2 또는 N2O>이며, 상기 제 1 실리콘 산화막의 전구체는 SiH4 및 <O2 또는 N2O>인 것을 특징으로 하는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 상기 제 2 도전형의 비정질 박막층이 n형 비정질 박막층인 경우,
상기 n형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, PH3 및 <O2 또는 N2O>인 것을 특징으로 하는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 실리콘 산화막을 포함한 기판 전면 상에 제 2 도전형의 비정질 박막층 및 제 2 실리콘 산화막을 순차적으로 적층하며,
상기 제 2 도전형의 비정질 박막층 및 제 2 실리콘 산화막은 PECVD 공정을 통해 형성하며, 동일 챔버 내에서 연속 공정으로 형성되며,
상기 제 2 도전형의 비정질 박막층이 n형 비정질 박막층인 경우,
상기 n형 비정질 박막층의 전구체는 SiH4, PH3 및 <O2 또는 N2O>이며, 상기 제 1 실리콘 산화막의 전구체는 SiH4 및 <O2 또는 N2O>인 것을 특징으로 하는 태양전지의 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 기판의 열처리는, p형 또는 n형 비정질 박막층이 비정질 실리콘 박막층인 경우 산화 분위기 하에서 진행되고, p형 또는 n형 비정질 박막층이 비정질 실리콘 산화막층인 경우 질소 또는 산화 분위기 하에서 진행되는 것을 특징으로 하는 p형 도핑층 및 n형 도핑층 동시 형성방법.
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