KR20130107446A - 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도핑 공정을 단순화시킬 수 있도록 한 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 공정; 적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 소정 영역에 도펀트를 선택적으로 도핑시켜 상기 반도체 기판의 소정 영역과 PN 접합을 형성하는 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 도핑 공정을 단순화시킬 수 있도록 한 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 세기를 전기 세기로 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 세기에 의해 상기 반도체 내에서 정공(Hole)과 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 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 전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 기판형 태양 전지는 P형 반도체 기판(10), N형 반도체층(20), 반사 방지층(30), P+형 반도체층(40), 전면 전극(50), 및 후면 전극(60)으로 이루어진다.
상기 P형 반도체 기판(10) 및 그 상면에 형성된 N형 반도체층(20)은 태양 전지의 PN 접합 구조를 이루는 것으로서, 상기 P형 반도체 기판(10) 및 N형 반도체층(20)의 상면은 요철 구조로 형성되어 태양광이 태양 전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 구성된다.
상기 반사 방지층(30)은 입사광의 반사를 최소화시키는 역할을 함과 더불어 N형 반도체층(20)에서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 P+형 반도체층(40)은 상기 P형 반도체 기판(10)의 하면에 형성되어 태양광에 의해서 형성된 전자가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 전면 전극(50)은 상기 반사 방지층(30)의 상부에서부터 상기 N형 반도체층(20)까지 연장 형성되고, 상기 후면 전극(60)은 상기 P+형 반도체층(40)의 하면에 형성된다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 종래의 기판형 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, P형 반도체 기판(10a)을 준비한 후, P형 반도체 기판(10a)의 상면을 요철 구조로 식각한다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(10a)에 N형 도펀트를 도핑시켜 상기 P형 반도체 기판(10a)에 N형 반도체층(20a)을 형성한다.
이 도핑 공정은 상기 P형 반도체 기판(10a)을 대략 800℃ 이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 P형 반도체 기판(10a)의 표면으로 확산시키는 공정으로 이루어진다.
한편, 이와 같은 고온 확산 공정은 800℃ 이상의 고온에서 수행되기 때문에 P형 반도체 기판(10a)의 표면에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 부산물이 형성될 수 있다. 상기 PSG는 태양 전지에서 전류를 차폐시키는 문제를 야기하기 때문에 태양 전지의 효율을 높이기 위해서 식각 용액 등을 이용하여 상기 PSG를 제거한다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 P형 반도체 기판(10a)의 측부 및 하부에 형성된 N형 반도체층(20a)을 제거하여, 상기 P형 반도체 기판(10a)의 상부에만 N형 반도체층(20a)을 형성한다. 따라서, P형 반도체 기판(10) 및 그 상면에 형성된 N형 반도체층(20)으로 이루어진 PN 접합층이 형성된다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(20) 상면에 반사 방지층(30)을 형성한다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 반사 방지층(30) 상면에 전면 전극(50)을 형성하고, 상기 P형 반도체 기판(10)의 하면에 후면 전극(60)을 형성한다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 고온에서 열처리 공정을 수행하여 도 1과 같은 기판형 태양 전지를 완성한다. 이와 같이, 고온의 열처리 공정을 수행하면, 상기 전면 전극(50)을 구성하는 금속물질이 상기 반사 방지층(30)을 뚫고 상기 N형 반도체층(20)까지 침투하게 되어 전면 전극(50)이 N형 반도체층(20)과 전기적으로 연결되게 된다. 또한, 상기 후면 전극(60)을 구성하는 금속물질이 상기 P형 반도체 기판(10)으로 침투하게 되어 상기 P형 반도체 기판(10)의 하부에 P+형 반도체층(40)이 형성되게 된다.
이상과 같은 종래의 기판형 태양 전지는 PN 접합 공정을 위해 전술한 고온 확산 공정을 이용하기 때문에 진공 및 고온 장비를 사용하므로 도핑 공정이 복잡하고 공정 시간이 길어 생산성이 저하되며, 다량의 도펀트 가스를 사용하므로 생산 비용이 증가하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도핑 공정을 단순화시킬 수 있도록 한 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 기판과 전극의 접촉 저항을 최소화하여 효율을 향상시킬 수 있도록 한 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 공정; 적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 소정 영역에 도펀트를 선택적으로 도핑시켜 상기 반도체 기판의 소정 영역과 PN 접합을 형성하는 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 공정; 적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 소정 영역에 도펀트를 선택적으로 도핑시켜 상기 반도체 기판의 소정 영역과 PN 접합을 형성하는 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정; 상기 복수의 제 1 도핑 영역을 포함하는 반도체 기판 상에 반사 방지층을 형성하는 공정; 상기 반사 방지층을 관통하여 상기 복수의 제 1 도핑 영역 각각에 접속되는 복수의 전면 전극을 형성하는 공정; 및 상기 반도체 기판에 접속되는 적어도 하나의 후면 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 레이저 도핑 공정은 상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 도펀트 물질을 선택적으로 형성하는 공정; 및 상기 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 상기 도펀트를 상기 반도체 기판의 소정 영역에 선택적으로 도핑시켜 상기 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 도펀트 물질을 선택적으로 형성하는 공정은 상기 반도체 기판의 소정 영역에 중첩되는 개구부를 가지는 마스크를 상기 반도체 기판 상에 배치하는 공정; 및 상기 마스크의 개구부에 중첩되는 상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 상기 도펀트 물질을 코팅하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 공정; 상기 반도체 기판의 상면 전체에 도펀트 물질을 형성하는 공정; 적어도 하나의 레이저 조사 수단에서 발생되는 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 도펀트를 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 도핑시켜 상기 반도체 기판의 비도핑 영역과 PN 접합을 형성하는 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정; 상기 제 1 도핑 영역 상에 반사 방지층을 형성하는 공정; 상기 반사 방지층을 관통하여 소정 간격으로 상기 제 1 도핑 영역에 접속되는 복수의 전면 전극을 형성하는 공정; 및 상기 반도체 기판에 접속되는 적어도 하나의 후면 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기판형 태양 전지의 제조 방법은 상기 레이저 도핑 공정의 이전에 상기 반도체 기판을 소정 온도로 예열하는 기판 예열 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기판형 태양 전지의 제조 방법은 상기 레이저 도핑 공정의 이후에 상기 반도체 기판을 소정 온도로 가열하여 열처리하는 열처리 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 레이저 도핑 공정은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔에 의해 수행될 수 있다.
상기 레이저 도핑 공정은 제 1 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 1 레이저 조사 수단과 상기 복수의 제 1 레이저 조사 수단 사이에 배치되어 상기 제 1 세기보다 높은 제 2 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 2 레이저 조사 수단에 의해 수행되고, 상기 반도체 기판에는 상기 제 1 세기의 레이저 빔이 먼저 조사된다.
상기 레이저 도핑 공정은 각기 다른 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 조사 수단에 의해 수행되고, 상기 반도체 기판에는 가장 약한 세기의 레이저 빔이 먼저 조사된다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 도핑 방법은 반도체 기판의 상면에 도펀트 물질을 형성하는 공정; 및 적어도 하나의 레이저 조사 수단에서 발생되는 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 도펀트를 상기 반도체 기판에 도핑시켜 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 레이저 도핑 공정은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔에 의해 수행될 수 있다.
상기 도펀트 물질은 상기 반도체 기판의 상면에 소정 간격으로 이격되도록 패턴 형태로 형성되고, 상기 레이저 도핑 공정은 상기 패턴 형태의 도펀트 물질에 레이저 빔을 조사해 도펀트를 상기 반도체 기판에 선택적으로 침투시켜 상기 반도체 기판에 소정 간격으로 이격되는 복수의 도핑 영역을 형성할 수 있다.
상기 도펀트 물질은 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 형성되고, 상기 레이저 도핑 공정은 상기 도펀트 물질에 레이저 빔을 조사해 도펀트를 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 침투시켜 상기 반도체 기판에 도핑 영역을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판의 상면에 도펀트 물질을 형성하는 공정은 상기 반도체 기판의 소정 영역에 중첩되는 개구부를 가지는 마스크를 상기 반도체 기판 상에 배치하는 공정; 및 상기 마스크의 개구부에 중첩되는 상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 상기 도펀트 물질을 코팅하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 도핑 영역은 상기 반도체 기판의 상면에서부터 0.01㎛ ~ 1㎜ 범위의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판형 태양 전지는 상기 기판형 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 기판형 태양 전지는 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 제 2 도핑 영역을 더 포함하여 구성되고, 상기 후면 전극은 상기 제 2 도핑 영역을 통해 상기 반도체 기판에 접속될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판형 태양 전지는 반도체 기판의 소정 영역마다 선택적으로 형성되는 제 1 도핑 영역이 반도체 기판의 소정 영역과 선택적으로 PN 접합을 형성함으로써 반도체 기판과 전극 간의 접촉 저항이 최소화되고, 이로 인해 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법 및 도핑 방법은 반도체 기판 상에 도펀트 물질을 형성한 후, 도펀트 물질에 레이저 빔을 분사하여 반도체 기판에 선택적으로 PN 접합되는 제 1 도핑 영역을 형성함으로써 PN 접합 공정을 위한 도핑 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 제 1 도핑 영역의 도핑 깊이 및 도핑 농도 등을 용이하게 제어할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법 및 도핑 방법은 레이저 도핑 공정시 레이저 다이오드를 이용함으로써 태양 전지의 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
도 1은 종래의 기판형 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 종래의 기판형 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 1 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 2 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에 사용되는 레이저 도핑 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 종래의 기판형 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 1 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 2 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에 사용되는 레이저 도핑 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)을 준비한 후, 반도체 기판(110)의 상면을 식각하여 반도체 기판(110)의 상면에 요철 구조(111)를 형성한다.
반도체 기판(110)은 제 1 극성(예를 들어, P형)의 실리콘 기판 또는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성(예를 들어, N형)의 실리콘 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 기판(110)의 상면에 요철 구조(111)는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 반응성 이온 에칭 공정을 이용할 경우에는 Cl2, SF6, NF3, HBr, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 주 가스로 이용하고, Ar, O2, N2, He, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 첨가 가스로 이용할 수 있다.
이와 같이, 반응성 이온 에칭 공정을 이용하여 반도체 기판(110)의 일면을 식각하게 되면, 고압의 플라즈마로 인해서 반도체 기판(110)의 상면에 SiOx와 같은 반응 부산물(미도시)이 잔존할 수 있다. 이에 따라, 요철 구조(111)를 형성하는 반응성 이온 에칭 공정 이후에 반도체 기판(110)의 상면에 잔존하는 반응 부산물 등을 제거하는 반응물 제거 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 반응물 제거 공정은 전술한 반응성 이온 에칭 공정을 이용하되, 산소를 포함하지 않는 반응 가스를 사용할 수 있다.
전술한 요철 구조(111)를 형성하는 공정과 반응물 제거 공정은 동일한 장비 내에서 연속 공정을 수행할 수 있으며, 그에 따라, 실질적으로 공정 추가나 공정 장비 추가가 발생하지 않게 된다. 한편, 전술한 요철 구조(111)를 형성하는 공정에서 공정 조건이 최적화되어 전술한 반응 부산물이 생성되지 않을 경우에는 전술한 반응물 제거 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 소정 간격으로 이격된 복수의 개구부(121o)를 가지는 마스크(121)를 반도체 기판(110) 상에 정렬하여 배치하고, 마스크(121)의 상부에 배치된 적어도 하나의 코팅 수단(122)을 이용하여 마스크(121)의 개구부(121o) 각각에 중첩되는 반도체 기판(110)의 소정 영역 상에 제 1 도펀트 물질(123)을 코팅한다.
상기 마스크(121)는 금속 물질 또는 유기 계열의 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 도펀트 물질(123)은 에어로졸(Aerosol) 코팅 공정 또는 스핀 코팅 공정에 의해 코팅될 수 있다.
제 1 도펀트 물질(123)은 제 1 도펀트, 예를 들어, 인산 등의 P 원소 또는 붕산 등과 같은 B 원소를 함유하는 유기(또는 무기) 계열의 액상(또는 분말) 물질로 이루어진다. 이때, 상기 제 1 도펀트 물질(123)에 함유하는 제 1 도펀트의 함유량은 0.1% ~ 90% 범위로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반도체 기판(110)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 제 1 도펀트 물질(123)은 인산 등의 P 원소를 함유하는 유기(또는 무기) 계열의 액상(또는 분말) 물질로 이루어진다. 반면, 반도체 기판(110)이 N형 반도체로 이루어진 경우, 제 1 도펀트 물질(123)은 붕산 등과 같은 B 원소 등의 제 1 도펀트를 함유하는 유기(또는 무기) 계열의 액상(또는 분말) 물질로 이루어진다.
제 1 도펀트 물질(123)이 액상 물질일 경우, 제 1 도펀트 물질(123)은 전술한 에어로졸(Aerosol) 코팅 방식 또는 스핀 코팅 방식에 따라 코팅될 수 있다. 반면, 제 1 도펀트 물질(123)이 분말 물질일 경우, 제 1 도펀트 물질(123)은 유기 용액(Solution)과 함께 분사 방식으로 코팅될 수 있다.
상기 제 1 도펀트 물질(123)은 0.1㎛ ~ 1㎜ 범위의 두께로 코팅될 수 있다. 즉, 제 1 도펀트 물질(123)의 코팅 두께는 반도체 기판(110)의 상면에서부터 침투되어 전술한 제 1 도펀트의 도핑 깊이에 영향을 미친다. 이에 따라, 제 1 도펀트 물질(123)이 0.1㎛ 이하의 두께로 형성될 경우에는 제 1 도펀트가 반도체 기판(110)으로 침투되지 않거나 침투 깊이가 매우 얕을 수 있다. 또한, 제 1 도펀트 물질(123)이 1mm 이상의 두께로 형성될 경우에는 제 1 도펀트 물질(123)의 사용량이 증가하여 제조 비용이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 도펀트 물질(123)의 코팅 두께는 제 1 도펀트의 침투 깊이 및 제 1 도펀트 물질의 사용량을 고려하여 반도체 기판(110)의 상면에 0.1㎛ ~ 1㎜ 범위의 두께를 가지도록 코팅되는 것이 바람직하다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상부에 배치된 마스크(121)를 제거한다. 이에 따라, 반도체 기판(110)의 상면에는 소정 간격으로 이격되는 소정 두께의 제 1 도펀트 물질(123)이 소정의 패턴 형태로 형성된다.
한편, 반도체 기판(110)의 상부에 배치된 마스크(121)를 제거한 후, 반도체 기판(110) 상에 형성된 제 1 도펀트 물질(123)을 건조하는 건조 공정을 추가로 수행할 수 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)을 소정 방향으로 이송시키면서, 반도체 기판(110)의 상부에 설치된 레이저 조사 수단(125)을 이용하여 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔(LB)을 반도체 기판(110) 상에 조사한다. 이에 따라, 레이저 빔(LB)은 제 1 도펀트 물질(123)에 열 세기를 제공하여 제 1 도펀트 물질(123)의 제 1 도펀트를 반도체 기판(110)의 소정 영역에 침투시킴으로써 반도체 기판(110)의 소정 영역에 복수의 제 1 도핑 영역(120)을 선택적으로 형성한다. 즉, 제 1 도펀트 물질(123)에 함유된 제 1 도펀트는 레이저 빔(LB)의 열에 의해 반도체 기판(110)의 표면에 침투하여 반도체 기판(110)의 소정 영역에 소정 깊이로 도핑된다. 이에 따라, 상기 제 1 도핑 영역(120)은 반도체 기판(110)의 소정 영역과 PN 접합을 형성한다.
상기 복수의 제 1 도핑 영역(120) 각각은 반도체 기판(110)의 상면에서부터 0.01㎛ ~ 1㎜ 범위의 도핑 깊이로 형성될 수 있다. 이때, 상기 복수의 제 1 도핑 영역(120) 각각의 도핑 깊이가 0.01㎛ 이하일 경우에는 반도체 기판(110)과 제 1 도핑 영역(120) 간의 PN 접합이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 복수의 제 1 도핑 영역(120) 각각의 도핑 깊이가 1mm 이상일 경우에는 제 1 도펀트 물질의 사용량이 증가하여 제조 비용이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 제 1 도핑 영역(120) 각각은 PN 접합의 형성 및 제 1 도펀트 물질의 사용량을 고려하여 반도체 기판(110)의 상면에서부터 0.01㎛ ~ 1㎜ 범위의 도핑 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.
레이저 조사 수단(125)은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저를 소정의 슬릿 형태의 레이저 빔(LB)을 생성하여 제 1 도펀트 물질(123) 전체에 조사한다. 이때, 레이저 빔(LB)은 대략 700nm ~ 800nm 범위를 파장을 가질 수 있다.
상기 제 1 도펀트 물질(123)을 반도체 기판(110)에 도핑 공정시, 레이저 다이오드를 이용하게 되면, 일반적인 펄스 타입의 레이저를 사용하는 것에 비해 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
한편, 전술한 레이저 도핑 공정은 도 3b에 도시된 마스크(121)를 제거하지 않은 상태에서 수행될 수도 있다.
전술한 레이저 도핑 공정이 완료되면, 복수의 제 1 도핑 영역(120)이 형성된 반도체 기판(110)을 소정 온도로 가열하는 열처리 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정은 고온 열처리 공정 또는 급속 열처리 공정이 될 수 있다. 이러한 상기 열처리 공정은 레이저 도핑 공정시 반도체 기판(110)의 표면으로 침투하여 도핑된 도펀트의 원자를 재배열시키거나, 도펀트의 원자와 반도체 기판(110)의 실리콘 원자를 재배열 및/또는 결정을 재배열한다. 나아가, 상기 열처리 공정은 반도체 기판(110) 상에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(123)에 함유된 제 1 도펀트를 복수의 제 1 도핑 영역(120)에 더 침투시켜 복수의 제 1 도핑 영역(120)의 도핑 농도를 증가시킨다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 소정 영역에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(123)을 제거한다. 이에 따라, 반도체 기판(110)의 상면에는 소정 간격을 가지도록 제 1 도펀트가 선택적으로 도핑된 복수의 제 1 도핑 영역(120), 및 복수의 제 1 도핑 영역(120) 사이사이(또는 주변)에 제 1 도펀트가 도핑되지 않는 비도핑 영역이 마련된다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 복수의 제 1 도핑 영역(120)과 복수의 제 1 도핑 영역(120) 사이사이의 비도핑 영역을 포함하는 반도체 기판(110)의 상면 전체에 반사 방지층(130)을 형성된다.
상기 반사 방지층(130)은 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 통해 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 이러한 반사 방지층(130)은 반도체 기판(110)의 상면에 형성된 요철 구조(111)에 대응되는 요철 구조(111)를 가지도록 형성된다.
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 복수의 제 1 도핑 영역(120)에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 전면 전극 물질(150a)을 소정의 패턴으로 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 하면에 후면 전극 물질(160a)을 형성한다.
상기 전면 전극 물질(150a)을 먼저 형성한 후, 상기 후면 전극 물질(160a)을 형성할 수도 있고, 상기 후면 전극 물질(160a)을 먼저 형성한 후, 상기 전면 전극 물질(150a)을 형성할 수도 있다.
상기 전면 전극 물질(150a)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn와 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
상기 후면 전극 물질(160a)은 제 1 도펀트의 극성과 반대되는 극성을 가지는 제 2 도펀트로 기능할 수 있는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 후면 전극 물질(160a)은 Al, Al+Ag, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Al+Mg, Al+Mn, Al+Zn 등과 같은 금속물질을 들 수 있다. 한편, 전술한 후면 전극 물질(160a)은 반도체 기판(110)의 하면에 일정한 간격으로 가지도록 소정의 복수 패턴으로 형성될 수도 있다.
상기 전면 전극 물질(150a) 및 후면 전극 물질(160a)은 프린팅 공정 또는 마스크를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때, 프린팅 공정의 경우 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing) 또는 미세접촉 프린팅(Micro contact Printing) 등이 될 수 있다.
다음, 도 3h에서 알 수 있듯이, 열처리 공정을 수행하여 복수의 전면 전극(150), 제 2 도핑 영역(140), 및 후면 전극(160)을 형성함으로써 기판형 태양 전지 셀을 완성한다.
상기 열처리 공정, 예를 들어 850℃ 이상의 온도로 열처리 공정을 수행하면, 상기 전면 전극 물질(150a)이 상기 반사 방지층(130)을 관통해 복수의 제 1 도핑 영역(120)까지 침투하여 복수의 제 1 도핑 영역(120)에 전기적으로 접속되는 복수의 전면 전극(150)이 형성된다.
또한, 850℃ 이상의 온도로 열처리 공정을 수행하면, 상기 후면 전극 물질(160a)에 포함된 제 2 도펀트가 반도체 기판(110)의 하면에서부터 소정 깊이로 침투하여 제 2 도핑 영역(130)이 형성된다. 예를 들어, 상기 반도체 기판(110)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 상기 제 2 도핑 영역(140)은 P+형 반도체로 이루어지게 된다. 따라서, 최종적으로 후면 전극(600)은 제 2 도핑 영역(130)을 통해 반도체 기판(110)에 전기적으로 접속된다.
한편, 상기 후면 전극 물질(160a)로서 제 2 도펀트로 기능할 수 없는 물질로 이루어지는 경우에는, 제 2 도펀트를 함유하는 제 2 도펀트 함유 가스를 이용한 플라즈마 이온 도핑 공정을 통해 제 2 도핑 영역(140)을 형성한 후, 제 2 도핑 영역(140)의 하면에 후면 전극(160)을 형성하게 된다. 이와 같이, 제 2 도핑 영역(140)을 먼저 형성한 후, 후면 전극(160)을 형성하는 경우에는, 상기 전면 전극(150)은 후면 전극(160)과 동시에 형성하지 않고, 후면 전극(1600)의 형성 공정 이전 또는 이후에 형성할 수 있다.
이상과 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판(110) 상에 도펀트 물질(123)을 패턴 형태로 형성한 후, 도펀트 물질(123)에 레이저 빔(LB)을 조사하여 반도체 기판(110)의 소정 영역에 선택적으로 PN 접합되는 복수의 제 1 도핑 영역(120)을 형성함으로써 PN 접합 공정을 위한 도핑 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 제 1 도핑 영역(120)의 도핑 깊이 및 도핑 농도 등을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 선택적인 레이저 도핑 공정을 이용해 반도체 기판(110)의 소정 영역마다 선택적으로 PN 접합을 형성하는 제 1 도핑 영역(120)을 선택적으로 형성함으로써 반도체 기판(110)과 전극(150) 간의 접촉 저항을 최소화하여 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에서, 도펀트 물질(123)의 형성 공정은 마스크(121)를 이용한 코팅 공정에 의해 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 마스크를 이용하지 않는 프린팅 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 프린팅 공정은 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 또는 롤러를 이용한 프린팅 공정이 될 수 있다.
다른 한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에서, 레이저 도핑 공정은 도 3d에서 알 수 있듯이, 하나의 레이저 조사 수단(125)을 이용하여 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 복수의 레이저 조사 수단을 이용하여 수행될 수 있다.
도 4는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 1 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제 1 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 반도체 기판(110)의 상부에 소정 간격을 배치된 제 1 내지 제 3 레이저 조사 수단(125a, 125b, 125c) 각각으로부터 조사되는 제 1 내지 제 3 레이저 빔(LB1, LB2, LB3)을 이용하여 수행될 수 있다.
제 1 레이저 조사 수단(125a)은 반도체 기판(110)의 이송 방향을 기준으로 반도체 기판(110)의 전방 부분에 대응되도록 설치된다. 이러한 제 1 레이저 조사 수단(125a)은 슬릿(Slit) 형태를 가지는 제 1 세기의 제 1 레이저 빔(LB1)을 마스크(121) 상에 조사함으로써 마스크(121)의 개구부(121o)을 통해 제 1 세기의 제 1 레이저 빔(LB1)을 제 1 도펀트 물질(123)에 조사한다.
제 2 레이저 조사 수단(125b)은 제 1 레이저 조사 수단(125a)의 후방에 설치된다. 이러한 제 2 레이저 조사 수단(125b)은 슬릿(Slit) 형태를 가지는 제 2 세기의 제 2 레이저 빔(LB2)을 마스크(121) 상에 조사함으로써 마스크(121)의 개구부(121o)을 통해, 제 1 세기의 제 1 레이저 빔(LB1)이 조사된 제 1 도펀트 물질(123)에 제 2 세기의 제 2 레이저 빔(LB2)을 조사한다. 이때, 제 2 세기의 제 2 레이저 빔(LB2)은 제 1 세기의 제 1 레이저 빔(LB1)보다 큰 세기(Power)을 갖는다.
제 3 레이저 조사 수단(125c)은 제 2 레이저 조사 수단(125b)의 후방에 설치된다. 이러한 제 3 레이저 조사 수단(125c)은 슬릿(Slit) 형태를 가지는 제 3 세기의 제 3 레이저 빔(LB3)을 마스크(121) 상에 조사함으로써 마스크(121)의 개구부(121o)을 통해, 제 2 세기의 제 2 레이저 빔(LB2)이 조사된 제 1 도펀트 물질(123)에 제 3 세기의 제 3 레이저 빔(LB3)을 조사한다. 이때, 제 3 세기의 제 3 레이저 빔(LB3)은 제 1 세기의 제 1 레이저 빔(LB1)과 동일한 세기를 가지거나, 제 2 세기의 제 2 레이저 빔(LB2)보다 큰 세기(Power)를 가질 수 있다.
이와 같은, 제 1 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 반도체 기판(110)을 소정 방향으로 이송시키면서, 제 1 레이저 조사 수단(125a)에 의한 제 1 세기의 레이저 빔(LB1), 제 2 레이저 조사 수단(125b)에 의한 제 2 세기의 레이저 빔(LB2) 및 제 3 레이저 조사 수단(125c)에 의한 제 3 세기의 레이저 빔(LB3)을 조사함으로써 제 1 도펀트 물질(123)의 도펀트를 반도체 기판(110)의 소정 영역에 선택적으로 도핑시킨다. 이때, 소정 방향으로 이송되는 반도체 기판(110)에는 제 1 세기의 레이저 빔(LB1), 제 2 세기의 레이저 빔(LB2), 및 제 3 세기의 레이저 빔(LB3)이 순차적으로 조사됨으로써 반도체 기판(110)의 온도는 단계적으로 증가하게 된다.
따라서, 제 1 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 레이저 빔(LB1, LB2, LB3)에 의한 반도체 기판(110)의 급격한 온도 변화를 방지해 레이저 빔(LB1, LB2, LB3)에 의한 반도체 기판(110)의 깨짐을 방지하면서 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수 있다.
한편, 제 1 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 제 1 내지 제 3 레이저 조사 수단(125a, 125b, 125c)에 의해 수행되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로써, 전술한 레이저 도핑 공정은 제 1 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 1 레이저 조사 수단과 복수의 제 1 레이저 조사 수단 사이에 배치되어 제 1 세기보다 큰 제 2 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 2 레이저 조사 수단에 의해 수행될 수 있으며, 이때, 반도체 기판(110)에는 제 1 세기의 레이저 빔이 먼저 조사된다. 다른 예로써, 전술한 레이저 도핑 공정은 각기 다른 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 조사 수단에 의해 수행될 수 있으며, 이때, 반도체 기판(110)에는 가장 약한 세기의 레이저 빔이 먼저 조사된다.
도 5는 도 3d에 도시된 레이저 도핑 공정의 제 2 변형 실시 예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 2 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 반도체 기판(110)의 하부에 배치된 레이저 조사 수단(125)으로부터 반도체 기판(110)의 후면에 조사되는 레이저 빔(LB)을 이용하여 수행될 수 있다.
레이저 조사 수단(125)은 반도체 기판(110)의 후면에 슬릿 형태의 레이저 빔(LB)을 조사하여 반도체 기판(110)에 열 세기를 제공함으로써 반도체 기판(110)의 열에 의해 제 1 도펀트 물질(123)의 제 1 도펀트가 반도체 기판(110)의 표면으로 침투하여 전술한 복수의 제 1 도핑 영역(120)을 형성하도록 한다.
따라서, 제 2 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은 반도체 기판(110)에 형성된 제 1 도펀트 물질(123)의 도펀트가 레이저 빔(LB)에 의해 손상되는 것을 방지하면서 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수 있다.
한편, 제 2 변형 실시 예에 따른 레이저 도핑 공정은, 전술한 제 1 변형 실시 예의 레이저 도핑 공정과 같이, 반도체 기판(110)의 하부에 소정 간격으로 배치된 제 1 내지 제 3 레이저 조사 수단 각각으로부터 조사되는 레이저 빔을 이용하여 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 반도체 기판(110)의 온도는 단계적으로 증가시켜 레이저 빔에 의한 반도체 기판(110)의 깨짐을 방지함과 아울러 레이저 빔에 의해 도펀트의 손상을 방지하면서 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)을 준비한 후, 반도체 기판(110)의 상면을 식각하여 반도체 기판(110)의 상면에 요철 구조(111)를 형성한다. 상기 요철 구조(111)를 형성하는 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 소정 간격으로 이격된 복수의 개구부(121o)를 가지는 마스크(121)를 반도체 기판(110) 상에 정렬하여 배치하고, 마스크(121)의 상부에 배치된 적어도 하나의 코팅 수단(122)을 이용하여 마스크(121)의 개구부(121o) 각각에 중첩되는 반도체 기판(110)의 소정 영역 상에 제 1 도펀트 물질(123)을 코팅한다. 상기 제 1 도펀트 물질(123)을 코팅하는 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상부에 배치된 마스크(121)를 제거한 다음, 반도체 기판(110) 상에 형성된 제 1 도펀트 물질(123)을 건조함과 아울러 반도체 기판(110)의 온도를 소정의 온도로 예열한다. 상기 기판 예열 공정은 후속 공정인 레이저 도핑 공정시 레이저 빔의 온도에 따른 반도체 기판(110)의 갑작스런 온도 변화에 의한 반도체 기판(110)이 깨지는 현상을 방지한다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 전술한 기판 예열 공정이 완료되면, 반도체 기판(110)을 소정 방향으로 이송시키면서, 반도체 기판(110)의 상부에 설치된 레이저 조사 수단(125)을 이용하여 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔(LB)을 반도체 기판(110) 상에 조사함으로써 제 1 도펀트 물질(123)의 제 1 도펀트를 반도체 기판(110)의 소정 영역에 도핑시켜 반도체 기판(110)의 소정 영역에 복수의 제 1 도핑 영역(120)을 선택적으로 형성한다. 상기 레이저 도핑 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 전술한 레이저 도핑 공정이 완료되면, 복수의 제 1 도핑 영역(120)이 형성된 반도체 기판(110)을 소정 온도로 가열하는 열처리 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정은 고온 열처리 공정 또는 급속 열처리 공정이 될 수 있다. 이러한 상기 열처리 공정은 레이저 도핑 공정시 반도체 기판(110)의 표면으로 침투하여 도핑된 도펀트의 원자를 재배열시키거나, 도펀트의 원자와 반도체 기판(110)의 실리콘 원자를 재배열 및/또는 결정을 재배열한다. 나아가, 상기 열처리 공정은 반도체 기판(110) 상에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(123)에 함유된 제 1 도펀트를 복수의 제 1 도핑 영역(120)에 더 침투시켜 복수의 제 1 도핑 영역(120)의 도핑 농도를 증가시킨다.
다음, 도 6e에서 알 수 있듯이, 전술한 레이저 도핑 공정이 완료되면, 반도체 기판(110)을 소정 온도로 냉각시킴으로써 복수의 제 1 도핑 영역(120)이 형성된 반도체 기판(110)의 후속 공정으로 반송시 반도체 기판(110)의 갑작스런 온도 변화에 의해 반도체 기판(110)이 깨지는 현상을 방지한다.
다음, 도 6f에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상면에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(123)을 제거한다. 이에 따라, 반도체 기판(110)의 상면에는 소정 간격을 가지도록 제 1 도펀트가 선택적으로 도핑된 복수의 제 1 도핑 영역(120), 및 복수의 제 1 도핑 영역(120) 사이사이(또는 주변)에 제 1 도펀트가 도핑되지 않는 비도핑 영역이 마련된다.
다음, 도 6g에서 알 수 있듯이, 복수의 제 1 도핑 영역(120)과 복수의 제 1 도핑 영역(120) 사이사이의 비도핑 영역을 포함하는 반도체 기판(110)의 상면 전체에 반사 방지층(130)을 형성된다. 상기 반사 방지층(130)의 형성 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6h에서 알 수 있듯이, 복수의 제 1 도핑 영역(120)에 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 전면 전극 물질(150a)을 소정의 패턴으로 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 하면에 후면 전극 물질(160a)을 형성한다. 상기 전면 전극 물질(150a) 및 후면 전극 물질(160a)은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6i에서 알 수 있듯이, 열처리 공정을 수행하여 복수의 전면 전극(150), 제 2 도핑 영역(140), 및 후면 전극(160)을 형성함으로써 기판형 태양 전지 셀을 완성한다. 상기 열처리 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법과 동일한 효과를 제공할 뿐만 아니라, 레이저 도핑 공정의 이전 및 이후에 반도체 기판(110)을 가열하는 기판 가열 공정을 추가로 수행함으로써 반도체 기판(110)의 형성되는 제 1 도핑 영역(120)의 도핑 깊이 및 도핑 농도, 도펀트의 원자 배열 등을 용이하게 제어할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에서, 레이저 도핑 공정은, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 레이저 조사 수단(125a, 125b, 125c)을 이용하여 수행되거나, 도 5에 도시된 반도체 기판(110)의 하부에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사 수단(125)을 이용하여 수행될 수 있다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)을 준비한 후, 반도체 기판(110)의 상면을 식각하여 반도체 기판(110)의 상면에 요철 구조(111)를 형성한다. 상기 요철 구조(111)를 형성하는 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상부에 배치된 코팅 수단(222)을 이용하여 반도체 기판(110)의 상면 전체에 제 1 도펀트 물질(223)을 소정 두께로 코팅한다. 상기 제 1 도펀트 물질(223)은 에어로졸(Aerosol) 코팅 공정, 슬릿 코팅 공정, 스핀 코팅 공정, 또는 프린팅 공정에 의해 코팅될 수 있다. 이때, 프린팅 공정의 경우 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing) 또는 미세접촉 프린팅(Micro contact Printing) 등이 될 수 있다.
한편, 제 1 도펀트 물질(223)의 코팅 공정이 완료되면, 반도체 기판(110) 상에 형성된 제 1 도펀트 물질(123)을 건조함과 아울러 반도체 기판(110)의 온도를 소정의 온도로 예열할 수 있다. 상기 기판 예열 공정은 후속 공정인 레이저 도핑 공정시 레이저 빔의 온도에 따른 반도체 기판(110)의 갑작스런 온도 변화에 의한 반도체 기판(110)이 깨지는 현상을 방지한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)을 소정 방향으로 이송시키면서, 반도체 기판(110)의 상부에 설치된 레이저 조사 수단(125)을 이용하여 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔(LB)을 반도체 기판(110) 상에 조사함으로써 제 1 도펀트 물질(223)의 제 1 도펀트를 반도체 기판(110)의 표면 전체 영역에 도핑시켜 반도체 기판(110)의 표면 전체 영역에 제 1 도핑 영역(220)을 형성한다. 상기 레이저 도핑 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 전술한 레이저 도핑 공정이 완료되면, 제 1 도핑 영역(220)이 형성된 반도체 기판(110)을 소정 온도로 가열하는 열처리 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정은 고온 열처리 공정 또는 급속 열처리 공정이 될 수 있다. 이러한 상기 열처리 공정은 레이저 도핑 공정시 반도체 기판(110)의 표면으로 침투하여 도핑된 도펀트의 원자를 재배열시키거나, 도펀트의 원자와 반도체 기판(110)의 실리콘 원자를 재배열 및/또는 결정을 재배열한다. 나아가, 상기 열처리 공정은 반도체 기판(110) 상에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(223)에 함유된 제 1 도펀트를 제 1 도핑 영역(220)에 더 침투시켜 제 1 도핑 영역(220)의 도핑 농도를 증가시킨다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상면에 잔존하는 제 1 도펀트 물질(223)을 제거한다.
다음, 도 7e에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(110)의 상면, 즉 제 1 도핑 영역(220)의 상면에 반사 방지층(130)을 형성된다. 상기 반사 방지층(130)의 형성 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7f에서 알 수 있듯이, 제 1 도핑 영역(220)의 소정 영역마다 중첩되는 반사 방지층(130) 상에 전면 전극 물질(150a)을 소정의 패턴으로 형성하고, 상기 반도체 기판(110)의 하면에 후면 전극 물질(160a)을 형성한다. 상기 전면 전극 물질(150a)과 후면 전극 물질(160a) 각각의 형성 공정은 전술한 도 3g에 도시된 기판형 태양 전지의 제조 방법과 동일하게 프린팅 공정 또는 마스크를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.
다음, 도 7g에서 알 수 있듯이, 열처리 공정을 수행하여 복수의 전면 전극(150), 제 2 도핑 영역(140), 및 후면 전극(160)을 형성함으로써 기판형 태양 전지 셀을 완성한다. 상기 열처리 공정은 전술한 실시 예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은 반도체 기판(110)의 상면 전체에 도펀트 물질(223)을 형성한 후, 도펀트 물질(223) 전체에 레이저 빔(LB)을 조사하여 반도체 기판(110)의 비도핑 영역에 PN 접합되는 제 1 도핑 영역(120)을 형성함으로써 PN 접합 공정을 위한 도핑 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 제 1 도핑 영역(120)의 도핑 깊이 및 도핑 농도 등을 용이하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 상부에 소정 간격으로 배치된 제 1 내지 제 3 레이저 조사 수단 각각으로부터 조사되는 레이저 빔을 이용하여 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수도 있다.
다른 한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 하부에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 조사되는 레이저 빔을 이용하여 전술한 레이저 도핑 공정을 수행할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판형 태양 전지의 제조 방법에 사용되는 레이저 도핑 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 도핑 장치는 기판 지지 수단(100), 및 레이저 조사 수단(125)을 포함하여 구성된다.
기판 지지 수단(100)은 도펀트 물질(123/223)이 형성된 반도체 기판(110)을 지지한다. 이러한 기판 지지 수단(100)은 레이저 도핑 공정을 위한 공정 챔버(미도시) 내부에 설치된 스테이지(미도시)에 XYZ 축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 한편, 기판 지지 수단(100)은 인-라인(In-Line) 형태의 이송 수단(미도시)에 지지되어 이송 수단의 구동에 따라 일정한 방향으로 이송될 수 있다.
반도체 기판(110)은 제 1 극성(예를 들어, P형)의 실리콘 기판 또는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성(예를 들어, N형)의 실리콘 기판이 될 수 있다.
반도체 기판(110)에는 전술한 바와 같이, 도펀트 물질(123/223)이 형성되어 있다. 이때, 도펀트 물질(123/223)은 반도체 기판(110)과 PN 접합을 형성하기 위한 도펀트를 함유하여 이루어지는 것으로, 이는 전술한 실시 예의 기판형 태양 전지의 제조 방법 및 도핑 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 이러한 도펀트 물질(123/223)은 반도체 기판(110) 상에 소정 간격을 가지는 패턴 형태로 형성되거나, 반도체 기판(110)의 상면 전체 영역에 소정 두께로 형성될 수 있다.
레이저 조사 수단(125)은 반도체 기판(100)에 레이저 빔(LB)을 조사하여 도펀트 물질(123/223)의 도펀트를 반도체 기판(110)의 표면으로부터 침투시켜 반도체 기판(110)에 도핑 영역을 형성한다. 이를 위해, 레이저 조사 수단(125)은 레이저 다이오드 모듈(310), 레이저 전송 부재(320), 및 광학계(330)를 포함하여 구성된다.
레이저 다이오드 모듈(310)은 적어도 하나의 레이저 다이오드(미도시)를 포함하도록 구성되어 레이저 다이오드의 구동에 따라 레이저를 발생하고, 발생된 레이저를 레이저 전송 부재(320)로 방출한다.
레이저 전송 부재(320)는 레이저 다이오드 모듈(310)의 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저를 광학계(330)로 전송한다. 이러한 레이저 전송 부재(320)는 광 섬유(Optical Fiber)로 이루어질 수 있다.
광학계(330)는 레이저 전송 부재(320)로부터 전송되는 레이저를 슬릿(Slit)로 가공하여 도펀트 물질(123/223)에 조사함으로써 전술한 도핑 영역(120/220)을 형성한다.
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: 반도체 기판 120: 제 1 도핑 영역
121: 마스크 123: 도펀트 물질
125: 레이저 조사 수단 130: 반사 방지층
140: 제 2 도핑 영역 150: 전면 전극
150a: 전면 전극 물질 160: 후면 전극
160a: 후면 전극 물질 LB: 레이저 빔
121: 마스크 123: 도펀트 물질
125: 레이저 조사 수단 130: 반사 방지층
140: 제 2 도핑 영역 150: 전면 전극
150a: 전면 전극 물질 160: 후면 전극
160a: 후면 전극 물질 LB: 레이저 빔
Claims (20)
- 반도체 기판을 준비하는 공정; 및
적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 소정 영역에 도펀트를 선택적으로 도핑시켜 상기 반도체 기판의 소정 영역과 PN 접합을 형성하는 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 반도체 기판을 준비하는 공정;
적어도 하나의 레이저 조사 수단으로부터 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 소정 영역에 도펀트를 선택적으로 도핑시켜 상기 반도체 기판의 소정 영역과 PN 접합을 형성하는 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정;
상기 복수의 제 1 도핑 영역을 포함하는 반도체 기판 상에 반사 방지층을 형성하는 공정;
상기 반사 방지층을 관통하여 상기 복수의 제 1 도핑 영역 각각에 접속되는 복수의 전면 전극을 형성하는 공정; 및
상기 반도체 기판에 접속되는 적어도 하나의 후면 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정은,
상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 도펀트 물질을 선택적으로 형성하는 공정; 및
상기 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 상기 도펀트를 상기 반도체 기판의 소정 영역에 선택적으로 도핑시켜 상기 복수의 제 1 도핑 영역을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 도펀트 물질을 선택적으로 형성하는 공정은,
상기 반도체 기판의 소정 영역에 중첩되는 개구부를 가지는 마스크를 상기 반도체 기판 상에 배치하는 공정; 및
상기 마스크의 개구부에 중첩되는 상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 상기 도펀트 물질을 코팅하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 반도체 기판을 준비하는 공정;
상기 반도체 기판의 상면 전체에 도펀트 물질을 형성하는 공정;
적어도 하나의 레이저 조사 수단에서 발생되는 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 도펀트를 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 도핑시켜 상기 반도체 기판의 비도핑 영역과 PN 접합을 형성하는 제 1 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정;
상기 제 1 도핑 영역 상에 반사 방지층을 형성하는 공정;
상기 반사 방지층을 관통하여 소정 간격으로 상기 제 1 도핑 영역에 접속되는 복수의 전면 전극을 형성하는 공정; 및
상기 반도체 기판에 접속되는 적어도 하나의 후면 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항, 제 2 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정의 이전에 상기 반도체 기판을 소정 온도로 예열하는 기판 예열 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항, 제 2 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정의 이후에 상기 반도체 기판을 소정 온도로 가열하여 열처리하는 열처리 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정은 제 1 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 1 레이저 조사 수단과 상기 복수의 제 1 레이저 조사 수단 사이에 배치되어 상기 제 1 세기보다 높은 제 2 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제 2 레이저 조사 수단에 의해 수행되고,
상기 반도체 기판에는 상기 제 1 세기의 레이저 빔이 먼저 조사되는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정은 각기 다른 세기의 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 조사 수단에 의해 수행되고,
상기 반도체 기판에는 가장 약한 세기의 레이저 빔이 먼저 조사되는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 제조 방법. - 반도체 기판의 상면에 도펀트 물질을 형성하는 공정; 및
적어도 하나의 레이저 조사 수단에서 발생되는 레이저 빔을 상기 도펀트 물질에 조사하여 도펀트를 상기 반도체 기판에 도핑시켜 도핑 영역을 형성하는 레이저 도핑 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 슬릿(Slit) 형태의 레이저 빔에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 도펀트 물질은 상기 반도체 기판의 상면에 소정 간격으로 이격되도록 패턴 형태로 형성되고,
상기 레이저 도핑 공정은 상기 패턴 형태의 도펀트 물질에 레이저 빔을 조사해 도펀트를 상기 반도체 기판에 선택적으로 침투시켜 상기 반도체 기판에 소정 간격으로 이격되는 복수의 도핑 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 도펀트 물질은 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 형성되고,
상기 레이저 도핑 공정은 상기 도펀트 물질에 레이저 빔을 조사해 도펀트를 상기 반도체 기판의 상면 전체 영역에 침투시켜 상기 반도체 기판에 도핑 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 상면에 도펀트 물질을 형성하는 공정은,
상기 반도체 기판의 소정 영역에 중첩되는 개구부를 가지는 마스크를 상기 반도체 기판 상에 배치하는 공정; 및
상기 마스크의 개구부에 중첩되는 상기 반도체 기판의 소정 영역 상에 상기 도펀트 물질을 코팅하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도핑 영역은 상기 반도체 기판의 상면에서부터 0.01㎛ ~ 1㎜ 범위의 깊이를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 제 13 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 도핑 공정의 이전에 상기 반도체 기판을 소정 온도로 예열하는 기판 예열 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 기판형 태양 전지의 도핑 방법. - 청구항 제 2 항 내지 청구항 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 기판형 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지.
- 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 도핑 영역은 상기 반도체 기판의 상면에서부터 0.01㎛ ~ 1㎜ 범위의 깊이를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지. - 제 18 항에 있어서,
상기 반도체 기판의 후면에 형성된 제 2 도핑 영역을 더 포함하여 구성되고,
상기 후면 전극은 상기 제 2 도핑 영역을 통해 상기 반도체 기판에 접속되는 것을 특징으로 하는 기판형 태양 전지.
Priority Applications (1)
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| KR1020120029223A KR20130107446A (ko) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 기판형 태양 전지와 그의 제조 방법, 및 기판형 태양 전지의 도핑 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117317065A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 单晶太阳能电池制备设备 |
-
2012
- 2012-03-22 KR KR1020120029223A patent/KR20130107446A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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| CN117317065A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 单晶太阳能电池制备设备 |
| CN117317065B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-01 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 单晶太阳能电池制备设备 |
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