KR20130137339A - Method for manufacturing poly crystalline silicon wafers for solar cell and multi crystalline silicon wafers using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조방법에 관한 것으로 구체적으로 다결정 실리콘 웨이퍼로 가공되는 다결정 실리콘 잉곳의 슬라이싱 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 다결정 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline silicon wafer, and more particularly, to a method for slicing a polycrystalline silicon ingot processed into a polycrystalline silicon wafer, and a polycrystalline silicon wafer manufactured using the method.
태양광 발전에 사용되는 태양전지는 실리콘 또는 각종 화합물로 이루어진 솔라셀을 단위로 하고 있으며, 솔라셀을 이용하여 태양광 및 열에 의해 전기를 생산할 수 있고, 이러한 솔라셀을 필요한 용량에 따라 복수개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하고 있다.
Solar cells used in solar power generation are made up of solar cells made of silicon or various compounds. Solar cells can be used to produce electricity by sunlight and heat, and a plurality of such solar cells can be connected in series Or connected in parallel.
이러한 태양광 모듈을 이용하면 다른 에너지원이 없다 하더라도 가정과 산업 현장에서 소비되는 전력을 보충할 수 있어 경제적으로 도움이 된다.
Such a solar module can be economically beneficial because it can supplement the power consumed in the home and industrial field even if there is no other energy source.
통상적으로 태양광 모듈에 사용되는 솔라셀은 주로 실리콘을 주원료로 사용하고 있는데, 단결정 또는 다결정 웨이퍼가 사용될 수 있다. 단결정 웨이퍼의 경우 단결정 자체의 물성이 우수한 반면 생산 속도가 느리고 그에 따라 제조 단가가 고가이므로 경제적으로 부담이 있는 반면 다결정 실리콘 웨이퍼의 경우 물성은 단결정 실리콘 웨이퍼에 비교하여 우수하지는 않지만 대량 생산이 용이하여 단결정 실리콘 웨이퍼에 비해 보다 저렴한 가격으로 제조될 수 있다는 특징이 있다.
Generally, a solar cell used in a solar module mainly uses silicon as a main material, and a single crystal or a polycrystalline wafer can be used. Monocrystalline wafers are excellent in physical properties of monocrystals themselves, but are slow in production speed and therefore expensive to manufacture. Therefore, monocrystalline wafers are economically burdensome, while polycrystalline silicon wafers are not superior in physical properties to monocrystalline silicon wafers, It can be manufactured at a lower cost than silicon wafers.
또한 최근 태양전지용 실리콘 웨이퍼의 대면적화가 더욱 진해됨에 단결정 방식을 이용한 실리콘 웨이퍼의 제조보다 다결정 방식을 이용한 실리콘 웨이퍼의 제조 방식이 더욱 더 주목되고 있다.
In addition, as the area of the silicon wafer for solar cells is further increased, the manufacturing method of the silicon wafer using the polycrystalline method is more attention than the manufacturing of the silicon wafer using the single crystal method.
도 1은 통상의 HEM(Heat Exchange Method) 다결정 성장 방식으로 제조된 다결정 실리콘 웨이퍼 잉곳을 도시한 도면이다. 참고로, HEM 방식의 다결정 실리콘 제조 방법은 육면체의 노(Furnace)에 실리콘 원재료 덩어리를 넣어 녹인후 하부로부터 냉각하여 육면체의 실리콘 덩어리(실리콘 잉곳)를 제조하는 방법으로, 이 방법에 따르면 노에서 용융된 실리콘 재료에 대한 냉각처리가 노의 하부로부터 상부로 진행됨에 따라 실리콘 잉곳의 다결정의 성장 방향이 노의 하부로부터 상부로 이어지게되고 결국 노의 바닥면으로부터 수직방향으로 입자의 성장이 이루어진다.
1 is a view showing a polycrystalline silicon wafer ingot manufactured by a conventional heat exchange method (HEM) polycrystalline growth method. For reference, the method of manufacturing polycrystalline silicon of the HEM method is a method of manufacturing a hexahedral silicon lump (silicon ingot) by melting a silicon raw material lump in a furnace of a hexahedron and cooling it from the bottom. As the cooling of the silicon material proceeds from the bottom of the furnace to the top, the growth direction of the polycrystals of the silicon ingot is led from the bottom of the furnace to the top, and eventually the particles grow vertically from the bottom of the furnace.
통상적으로 태양전지용 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조시, HEM 방식으로 제조된 큰 직육면의 다결정 실리콘 잉곳은 태양광 전지의 규격에 맞게 웨이퍼로서 잘라서 사용된다.
Typically, in the production of polycrystalline silicon wafers for solar cells, large rectangular parallelepiped polycrystalline silicon ingots made by HEM are used as wafers to meet the specifications of the solar cell.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 전술한 방식으로 제조된 육면체 형상의 다결정 실리콘 잉곳(10)은 상이한 입자 형태(a1~a11)를 따라 주상(기둥 형상)의 결정이 형성된다. 통상적으로 다결정 실리콘 웨이퍼는 씨드 입자의 성장 방향(도 1에서는 수직방향)에 대해 수직한 방향으로(수평방향) 실리콘 잉곳을 슬라이싱하는데, 슬라이싱 처리된 실리콘 웨이퍼는 도 1의 (b)에 도시한 바와 같다.
As shown in (a) of FIG. 1, the hexahedral
이와 같이 HEM 제조 방식으로 제조된 다결정 실리콘 잉곳을 입자의 성장 방향에 수평인 방향으로 슬라이싱하면 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 실리콘의 입자 경계(grain boundary)(11)가 차지하는 면적이 크게 된다.
As described above, when the polycrystalline silicon ingot manufactured by the HEM manufacturing method is sliced in a direction parallel to the growth direction of the particles, the grain boundary of silicon per unit area of the polycrystalline silicon wafer as shown in FIG. ) Occupies a large area.
이러한 다결정 실리콘 웨이퍼에서 입자 경계(11)는 누설 전류와 같은 결함을 증가시켜 태양광의 광전 변환 효율을 감소시키는 원인이 된다.
In such a polycrystalline silicon wafer, the
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조시 입자 경계가 차지하는 비율을 감소시켜 다결정 실리콘 웨이퍼의 광전변환 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to improve the photoelectric conversion efficiency of a polycrystalline silicon wafer by reducing the proportion of particle boundaries in manufacturing the polycrystalline silicon wafer.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 따르면 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 방법이 제공되는데, 이 방법은, In order to solve the above-mentioned problems, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a polycrystalline silicon wafer, which method,
다결정 실리콘 원재료를 제공하는 단계; 상기 다결정 실리콘 원재료의 입자 성장을 수직방향을 따른 주상 형태로 성장시켜 다결정 실리콘 잉곳을 형성하는 단계; 및 상기 다결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱하는 단계를 포함하고, 상기 슬라이싱 단계는 상기 다결정 실리콘 잉곳을 형성하는 입자의 성장 방향에 대해 평행한 방향으로 수행되는 되는 것을 특징으로 한다.
Providing a polycrystalline silicon raw material; Growing the grain growth of the polycrystalline silicon raw material into a columnar shape along a vertical direction to form a polycrystalline silicon ingot; And slicing the polycrystalline silicon ingot, wherein the slicing step is performed in a direction parallel to the growth direction of the particles forming the polycrystalline silicon ingot.
또한 본 발명에 따르면 슬라이싱 단계는 멀티 와이어 쏘우 또는 익시머 레이저를 이용한 방식에 의해 수행될 수 있다.
In addition, according to the present invention, the slicing step may be performed by a method using a multi-wire saw or an excimer laser.
또한 본 발명은 슬라이싱 단계 이후 슬라이스된 다결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 물질을 세정하기 위해 워싱 단계를 더 포함할 수 있고, 워싱 단계 이후 웨이퍼의 에지에서 발생할 수 있는 칩핑이나 브로큰을 방지하기 위한 에지를 연마하는 에지 그라인딩 단계를 더 포함할 수도 있다.
The present invention may further include a washing step for cleaning the material remaining on the surface of the sliced polycrystalline silicon wafer after the slicing step, and an edge for preventing chipping or cracking that may occur at the edge of the wafer after the washing step. It may further comprise an edge grinding step of polishing.
또한 본 발명의 제2 양태에 따르면, 다결정 실리콘 원재료로 하여 이루어진 다결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이싱 처리되어 형성된 다결정 실리콘 웨이퍼로서, 상기 다결정 실리콘 웨이퍼는 상기 다결정 실리콘 잉곳의 입자의 성장 방향에 대해 평행한 방향으로 슬라이싱된 것을 구성적 특징으로 포함한다.
According to a second aspect of the present invention, there is also provided a polycrystalline silicon wafer formed by slicing from a polycrystalline silicon ingot made of a polycrystalline silicon raw material, wherein the polycrystalline silicon wafer is sliced in a direction parallel to the growth direction of particles of the polycrystalline silicon ingot. Included as a constitutional feature.
본 발명에 따르면 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조시 입자 경계가 차지하는 비율을 감소시켜 실리콘 웨이퍼의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency of the silicon wafer by reducing the proportion of the grain boundary in manufacturing the polycrystalline silicon wafer.
도 1은 종래 다결정 실리콘 잉곳의 슬라이싱 방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 공정을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 잉곳의 슬라이싱 방법을 개략적으로 도시한 도면.1 is a schematic diagram illustrating a slicing method of a conventional polycrystalline silicon ingot.
2 is a schematic illustration of a process for producing a polycrystalline silicon wafer according to the present invention;
3 schematically illustrates a method for slicing a polycrystalline silicon ingot according to the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is thoroughly disclosed and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. And the present invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Moreover, terms used herein (to be referred to) are intended to illustrate embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Also, components and acts referred to as " comprising (or comprising) " do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 웨이퍼(100)의 제조 방법을 설명한 도면이다.2 is a view for explaining a method of manufacturing a polycrystalline silicon wafer 100 according to the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 다결정 실리콘 재료를 제공하는 단계(S110), 제공된 다결정 실리콘 재료를 이용하여 다결정 실리콘 잉곳을 바닥면에 대해 수직인 방향으로 성장시키는 단계(S120), 및 상기 다결정 실리콘 잉곳을 성장 방향을 따라 슬라이싱 하여 실리콘 웨이퍼를 형성하는 단계를 포함한다.
As shown in FIG. 2, in the method of manufacturing a polycrystalline silicon wafer according to the present invention, by providing a polycrystalline silicon material (S110), the polycrystalline silicon ingot is grown in a direction perpendicular to the bottom surface using the provided polycrystalline silicon material. Forming a silicon wafer by slicing the polycrystalline silicon ingot along a growth direction (S120).
웨이퍼 재료로 이용되는 실리콘은 지구 상에서 산소 다음으로 흔한 물질로, 실리콘을 웨이퍼의 재료로 사용하기 위해서는 모래를 화학 처리하여 실리콘 만을 추출하고 정제 과정을 거쳐 고순도의 실리콘 원재료를 제조한다.
Silicon, which is used as a wafer material, is the second most common material on earth after oxygen. In order to use silicon as a wafer material, sand is chemically extracted, only silicon is extracted and refined to produce high-purity silicon raw materials.
이와 같이 추출된 실리콘 원재료는 전술한 HEM 방식을 통해 육면체의 실리콘 잉곳으로 형성된다.
The silicon raw material thus extracted is formed into a hexahedral silicon ingot through the above-described HEM method.
도 3의 (a) 은 전술한 방법에 의해 형성된 육면체 형상의 다결정 실리콘 잉곳(100)을 도시한 도면이다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 입자 결정은 바닥면으로부터 수직한 방향을 따라 기둥 형상으로 형성된다.
FIG. 3A shows a hexahedral
본 발명에서는 잉곳(100)의 슬라이싱 방향을 종래와 같이 입자의 성장방향에 대해 수직한 방향이 아닌 입자의 성장 방향과 평행한 방향(바닥면에 수직한 방향)으로 슬라이싱을 진행한다.
In the present invention, the slicing direction of the
이와 같이 다결정 실리콘 잉곳(100)을 기둥형상의 입자 성장 방향을 따라 슬라이싱을 수행하면 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘 웨이퍼가 얻어진다. 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘 웨이퍼에는 입자 성장 방향을 따른 입자 경계만이 나타나게 되고 따라서 단위 면적당 입자 경계가 차지하는 면적이 줄어들 수 있다.
As described above, when the
다결정 실리콘 웨이퍼의 슬라이싱 가공은 다결정 실리콘 잉곳을 일정한 두께로 절단하여 웨이퍼의 형태로 만들기 위한 공정으로서, 비용 측면에서 멀티 와이어쏘우(multi wire saw)와 같은 방식이 주로 사용되고 있지만 익시머 레이저(excimer lazer)를 사용한 슬라이싱 방식을 더 포함할 수도 있다.
Slicing of polycrystalline silicon wafers is a process for cutting polycrystalline silicon ingots to a certain thickness to form wafers. In terms of cost, a method such as multi wire saw is mainly used but an excimer lazer It may further include a slicing method using.
이렇게 제조된 다결정 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼 표면에 잔존하는 물질을 세정하는 워싱 공정이 수행되고, 이 후 후공정 진행시 에지에서 발생할 수 있는 칩핑이나 브로큰을 방지하기 위한 에지 그라인딩 가공 등이 수행된다.
The polycrystalline silicon wafer thus manufactured is subjected to a washing process for cleaning the material remaining on the wafer surface, and then subjected to an edge grinding process to prevent chipping or cracking that may occur at the edge during the subsequent process.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10, 100: 다결정 실리콘 잉곳
11, 110: 입자 경계(그레인 바운더리)10, 100: polycrystalline silicon ingot
11, 110: grain boundary (grain boundary)
Claims (5)
다결정 실리콘 원재료를 제공하는 단계;
상기 다결정 실리콘 원재료의 입자 성장을 수직방향을 따른 주상 형태로 성장시켜 다결정 실리콘 잉곳을 형성하는 단계; 및
상기 다결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱하는 단계를 포함하고,
상기 슬라이싱 단계는 상기 다결정 실리콘 잉곳을 형성하는 입자의 성장 방향에 대해 평행한 방향으로 수행되는 되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
In the manufacturing method of a polycrystalline silicon wafer,
Providing a polycrystalline silicon raw material;
Growing the grain growth of the polycrystalline silicon raw material into a columnar shape along a vertical direction to form a polycrystalline silicon ingot; And
Slicing the polycrystalline silicon ingot;
And said slicing step is performed in a direction parallel to the growth direction of the particles forming said polycrystalline silicon ingot.
상기 슬라이싱 단계는 멀티 와이어 쏘우 또는 익시머 레이저를 이용한 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
The method of claim 1,
And said slicing step is performed by a method using a multi-wire saw or excimer laser.
상기 슬라이싱 단계 이후 슬라이스된 다결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 잔존하는 물질을 세정하기 위해 워싱 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
The method of claim 1,
And washing the material remaining on the surface of the sliced polycrystalline silicon wafer after the slicing step.
상기 워싱 단계 이후 웨이퍼의 에지에서 발생할 수 있는 칩핑이나 브로큰을 방지하기 위한 에지를 연마하는 에지 그라인딩 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
The method of claim 3,
And an edge grinding step of grinding the edges to prevent chipping or cracking that may occur at the edges of the wafer after the washing step.
A polycrystalline silicon wafer prepared by the method of claim 1.
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