KR20150105369A - 기판에 보론 도핑 영역을 제공하는 방법 및 이러한 기판을 이용한 태양 전지 - Google Patents

기판에 보론 도핑 영역을 제공하는 방법 및 이러한 기판을 이용한 태양 전지 Download PDF

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유지 코마츠
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폴 코르넬리스 바턴
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쉬티흐틴크 에네르지온데르조크 센트룸 네델란드
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Abstract

(a) 기판(1)의 제1면(2) 상에 보론 도핑 소스(6)를 증착하는 단계; (b) 상기 보론 도핑 소스(6)로부터 상기 제1면(2)으로 보론을 확산시켜 보론 도핑 영역을 얻기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계; (c) 상기 제1면(2)의 적어도 일부로부터 상기 보론 도핑 소스(6)를 제거하는 단계; (d) 상기 제1면(2) 상에 언도핑된 실리콘 산화물(10)을 증착하는 단계; (e) 상기 언도핑된 실리콘 산화물에 의한 보론 흡수를 통해 상기 보론 도핑 영역(8,8a)에서 보론의 피크 농도를 낮추기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계;를 포함하는, 실리콘 기판(1)에 보론 도핑 영역(8,8a,8b)을 제공하는 방법. 실리콘 산화물(10)은 보론 도핑 영역(8)의 소망되는 농도를 얻기 위해 보론 흡수체로 작용한다.

Description

기판에 보론 도핑 영역을 제공하는 방법 및 이러한 기판을 이용한 태양 전지{METHOD OF PROVIDING A BORON DOPED REGION IN A SUBSTRATE AND A SOLAR CELL USING SUCH A SUBSTRATE}
본 발명은 실리콘 기판에 보론 도핑 영역을 제공하는 방법에 관한 것이다.
US 특허 공보 5,928,438 (Salami et al.)에는 선택적 (보론) 에미터를 갖는 태양 전지가 개시되어 있다. 상기 태양 전지는 제1 및 제2면을 갖는 반도체 기판, 상대적으로 낮은 도펀트 농도를 갖는 상기 제1 및 제2면 중 하나에 형성되는 복수의 제1에미터 영역, 바람직하게 상기 복수의 제1영역보다 상대적으로 높은 도펀트 농도를 갖는 복수의 제1영역보다 실질적으로 더 큰 깊이로 제1 및 제2면 중 하나에 형성되는 복수의 제2에미터 영역을 포함한다. 반도체 기판은 바람직하게 n형 도핑 실리콘을 포함하고, 복수의 제1에미터 영역은 바람직하게 보론과 같은 p+형 도펀트 재료를 이용하여 형성된다. 복수의 제2에미터 영역은 바람직하게 순수한 알루미늄 또는 알루미늄과 실리콘의 합금을 포함하는 p+형 도펀트 재료로부터 형성된다. 기판 표면의 두번째에 형성되는 도펀트 영역은 바람직하게 인과 같은 n+형 도펀트 재료를 이용하여 형성된다.
기판에 낮게 도핑된 보론층 및 태양 전지의 선택적 에미터의 이용을 가능하게 하기 위한 선택적 로우-하이 도핑 프로파일(low-high doping profile)은 N. Bateman 등의 'High quality ion implanted boron emitters in an interdigitated back contact solar cell with 20% efficiency', Energy Procedia 8 (2011), p 509-514에 개시되어 있다. 그러나, 이는 값비싼 가공 단계를 필요로 한다.
본 발명은 합리적인 가격으로 더 높은 효율을 갖는 개선된 균질의 및 선택적 보론 도핑 영역 또는 에미터를 제공하는 방법을 제공하려고 한다.
본 발명에 따라, 서두에 따른 방법이 제공되고, 상기 방법은,
(a) 기판의 제1면 상에 보론 도핑 소스(boron doping source)를 증착하는 단계;
(b) 상기 보론 도핑 소스로부터 상기 제1면으로 보론을 확산시켜 보론 도핑 영역을 얻기 위해, 상기 기판을 어닐링하는 단계;
(c) 상기 제1면의 적어도 일부로부터 상기 보론 도핑 소스를 제거하는 단계 (즉, 완전히 또는 선택적으로);
(d) 상기 제1면 상에 언도핑된 실리콘 산화물을 증착하는 단계;
(e) 상기 언도핑된 실리콘 산화물에 의한 보론 흡수를 통해 상기 보론 도핑 영역에서 보론의 피크 농도를 낮추기 위해 상기 기판을 어닐링하는 단계;
를 포함한다.
가공 단계 (a) 및 (b)는 당업자에게 알려진 바와 같이, 단일 공정으로 조합될 수 있다. 어닐링하는 단계(단계(b) 및 단계(e))는 기판의 온도를 증가시키고, 이어서 기판을 냉각하는 것을 포함한다. 다시, 이는 당업자에게 알려진 바와 같이 몇몇 기술을 이용하여 완성될 수 있다.
보론 도핑 영역은 n-형 기판에 에미터로 시행될 수 있다. 또는, 보론 도핑 영역은, 기판이 p-형 기판인 경우에도 시행될 수 있다. 일부 적용 시에, p-형 기판은 낮은 농도지만 이미 보론으로 도핑되었다. 보론 도핑 영역의 용어는, 보론 농도가 기판의 나머지보다 매우 높은(예컨대, 적어도 100배) 높게 도핑된 영역으로 이해되어야 한다.
어떤 형태의 보론 도핑 영역이 얻어질지에 따라서, 보론 도핑 소스를 제거하는 단계(c)는 보론 도핑 소스의 완전한 또는 선택적(부분적) 제거를 포함한다. 특히, 제1면으로부터 보론 도핑 소스의 완전한 제거는 균질한 보론 도핑 영역을 얻는 것을 의미하지만, 제1면으로부터 보론 도핑 소스의 선택적(부분적) 제거는 선택적 보론 도핑 영역을 얻는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 방법의 실시형태는, 일반적으로 낮은 균질한 보론 농도를 갖는 연속 보론 도핑층, 즉 균질한 보론 도핑 에미터, 또는 더 높고, 더 낮은 보론 농도의 부드럽게 배치된 영역을 갖는 연속 보론 도핑층, 즉 선택적 보론 도핑 에미터를 포함하는 보론 도핑 영역을 수득한다.
증착된 언도핑 실리콘 산화물의 어닐링은 에미터로부터 보론 원자를 뽑아내어, 도핑 레벨을 감소시킨다. 선택적 에미터의 실시형태의 경우에, 선택적으로 남아 있는 보론 도핑 소스의 어닐링은 접촉을 위해 높은 도핑 레벨을 유지한다. 결과적으로, 선택적 에미터는 보론 도핑 레벨의 콘트라스트가 높은 기판에 얻어진다.
본 발명에 따라서, 어닐링하는 단계(e)는, 예컨대 후면 전계(BSF)로 작용하는 인 도핑층을 수득하기 위해 기판의 제2면으로 인을 확산시키는 것을 더 포함할 수 있고, 보론 흡수 및 인 확산은 어닐링 동안 동일한 가공 단계에서 일어난다. 실제로, 어닐링하는 단계(e)는 적어도 900 ℃를 요하지만, 인 확산은 780-860 ℃에서 일어난다. 따라서, 어닐링 및 인 확산은 반드시 동시에 일어나지 않지만, 하나의 공정 챔버 내에서 연속하여 행해질 수 있다. 어닐링하는 단계(e)의 냉각 시퀀스를 이용하기 때문에, 인 확산을 위한 가열 단계가 필요 없다. 이 공정 단계에서, 언도핑된 실리콘 산화물 막은 2가지 작용을 한다: 어닐링 동안 보론 풀러(puller)/흡수체 및 인 확산 동안 확산 배리어.
본 발명은 도면을 참조하여 다수의 예시적인 실시형태에 근거하여 이하에 더욱 자세히 설명될 것이다:
도 1a-g는 본 발명의 방법의 실시형태에 따라 가공된 기판의 중간상을 도시한다.
도 2a-d는 본 발명의 따른 기판의 다른 방법의 실시형태에 따라 가공된 기판의 중간상을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 방법을 이용하여 얻어진 보론 도핑 프로파일을 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 4a-h는 또 다른 방법의 실시형태에 따라 가공된 기판의 상을 도시한다.
본 발명에 따라, 도 1a는 보론 도핑 영역, 더욱 구체적으로는 특히 태양 (광기전) 전지에 이용되는 균질한 또는 선택적 보론 도핑 에미터가 제공될 실리콘 기판(1)을 도시한다. 기판(1)은 제1면(2) 및 제2면(4)을 포함한다. 제1면(2)은 전측이라고도 할 수 있고, 제2면(4)은 후측이라고도 할 수 있다. 실시형태에서, 실리콘 기판(1)은 p-형 기판(1)이다. 다른 실시형태에서, 기판(1)은 n-형 기판(1)이다.
이어서, 상기 정의된 및 도 1a에 나타낸 기판(1)은, 실리콘 기판(1)에 보론 도핑 영역(8)을 제공하기 위한 본 발명의 방법의 실시형태의 가공 단계에 가해지고, (a), (b), (c)...등과 같은 표시는 상기 방법의 기능적 가공 단계를 표지 및 편리하게 말하기 위해 이용될 것이다.
도 1b에 나타낸, 본 발명의 방법의 실시형태는, 기판(1)의 제1면(2) 상에 보론 도핑 소스(6)를 증착하는 단계(a)를 포함한다. 일반적인 실시형태에서, 보론 도핑 소스(6)는 기판(1)의 제1면(2)을 커버하는 층일 것이다. 실시형태의 군에서, 보론 도핑 소스(6)의 증착하는 단계(a)는, 고온, 예컨대 850 ℃ 이상, 일반적으로 900-950 ℃에서 BBr3 공정 또는 BCl3 및 O2 공정에 의한 보로실리케이트 유리(BSG) 형성을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 보론 도핑 소스(6)의 증착하는 단계(a)는, BSG, 또는 고체 보론, 또는 비정질 보론, 또는 B2O3, 또는 이들의 혼합물의 화학 증기 증착(CVD)을 포함할 수 있다. B2O3은 550~1500 ℃에서 액체상이지만, 언급된 다른 확산 소스는 고체상이다. B2O3은 표면 상에 확산된 액체로서 기판 상에 머무를 수 있고, 확산 소스로서 작용할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 보론 도핑 소스(6)의 증착하는 단계(a)는 보론의 스핀 코팅을 포함할 수 있다.
도 1c에 나타낸, 본 발명의 방법의 실시형태는, 보론 도핑 소스(6)로부터 기판(1)의 제1면(2)으로 보론을 확산시켜 보론의 깊이 및 피크 농도를 갖는 제1면(2)에 보론 도핑 영역 또는 에미터(8)를 얻기 위해 기판(1)을 어닐링하는 단계(b)를 더 포함한다. 유리한 실시형태에서, 어닐링하는 단계(b)는 적어도 850 degrees Celsius의 온도로 기판을 가열하는 단계를 포함한다.
종래에는, 확산에 의해 제조된 보론 도핑 영역(8)의 피크 농도는 그 고용해도 제한(solid solubility limit)과 동일한, 즉 2E20/㎤이다. 표면 패시베이션을 개선하고, 보론 도핑 영역(8)의 소수 캐리어 재조합(minority carrier recombination)을 감소시키기 위해, 피크 농도는 특히 선택적 에미터, 즉 빛나는 또는 투명한 영역의 경우에 접촉 핑거 사이에서 상당히 낮아져야 한다.
본 발명에 따라, "어닐링(annealing)"의 용어는, 소정의 시간 동안 소정의 온도까지 기판(1)을 가열하고나서, 기판(1)이 활동적으로 또는 열정적으로 예컨대 주변 온도까지 냉각되는 것과 같이, 표본을 열 처리한 후 상기 표본을 냉각하는 것을 말한다.
본 발명에 따른 방법에서 다른 가공 단계는, 보론 도핑 소스(6)의 적어도 일부의 제거이다. 도 1d-1f에서, 상기 방법의 실시형태는, 균일 및 균질한 보론 도핑 영역(8)을 얻기 위해, 전체 보론 도핑 소스(6)가 제거되는 경우를 도시한다. 도 2a-2d에서, 다른 방법의 실시형태는, 예컨대 선택적 에미터(8)를 형성하기 위해, 보론 도핑 소스(6)가 부분적으로 제거되는 경우를 도시한다.
도 1d에(및 도 2a에) 나타낸, 본 발명의 방법은, 기판(1)으로부터 완전히 또는 선택적으로 보론 도핑 소스(6)를 제거하는 단계(c)를 더 포함한다. 도 1d에 도시된 실시형태에서, 제거하는 단계(c)는 기판(1)으로부터 보론 도핑 소스(6)를 완전히 제거하는 것을 포함한다. 결과적으로, 제1(현재, 보론 도핑된)면(2)은 완전히 노출되고, 보론 도핑 소스(6)로 커버되지 않는다. 도 2a에 도시된 실시형태에서, 제거하는 단계(c)는 선택적 보론 도핑 소스(6)를 얻기 위해 보론 도핑 소스(6)를 선택적으로 제거하는 것을 포함한다. 선택적 보론 도핑 소스(6)는, 패터닝된 또는 그리드와 같은 구조체, 예컨대 제1면(2) 상에 일반적으로 평행한 "핑거"의 그리드가 예상될 수 있다.
실제로, 보론 도핑 소스(6)가 제거된 후에 일부 나머지가 영역(8) 상에 남을 수 있다. 도핑 소스가 BSG, B2O3, 또는 보론의 스핀 코팅인 경우에, 소스의 대부분은 실온에서 웨트 화학 공정에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 나머지, 일반적으로 몇 nm의 보론 실리사이드(boron silicide)(BxSi, x = 1~6)는 제거하기 어렵다. 이를 "보론이 풍부한 층(boron-rich layer)", 또는 BRL이라고도 부른다. 다른 경우에, 더 강한 에칭액(대부분의 경우에 에칭 용액이 가열됨)은 BRL을 완전히 제거하기 위해 이용될 수 있다. 이 경우에, 영역(8)의 일부 표면 부분은 BRL과 함께 에칭된다. 이러한 에칭 깊이는 영역(8)보다 더 깊지 않다. 실제로, 거의 0 nm 내지 영역(8) 깊이의 반이다. 두 경우에, 어닐링하는 단계(e) 후 최종 보론 피크 농도는 최고일 때 5E19/㎤로 조절될 수 있다. 또한, BRL에서 보론은 언도핑된 실리콘 산화물 막으로 뽑힐 수 있다.
실시형태에서, 제거하는 단계(c)는 보론 도핑 소스(6)를 완전히 또는 선택적으로 제거하기 위해 보론 도핑 소스(6)를 에칭하는 것을 포함한다. 다른 실시형태에서, 제거하는 단계(c)는 기판(1)의 제1면(2)의 작은 표면적을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 이는 기판(1)의 제1면(2) 부근 영역(8)의 도핑 프로파일의 형성을 가능하게 할 것이다.
요약에서, 균질한 보론 도핑 영역이 얻어질 경우에, 제거하는 단계(c)는 보론 도핑 소스(6)를 완전히 제거하는 단계(c)를 포함한다. 선택적 보론 도핑 영역(에미터)가 얻어질 경우에, 제거하는 단계(c)는 보론 도핑 소스(6)에 그리드와 같은 구조체를 얻기 위해 보론 도핑 소스(6)를 선택적으로 제거하는 단계(c)를 포함한다.
도 1e 및 도 2b에 나타낸, 본 발명의 방법의 실시형태는 제1면(2) 상에 언도핑된 실리콘 산화물(10)을 증착하는 단계(d)를 더 포함한다. 도 1e의 실시형태에서, 보론 도핑 소스(6)는 완전히 제거되기 때문에, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 제1면(2)에 완전히 붙어 있고, 커버된다. 도 2b의 실시형태에서, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 그리드, 즉 평행한 "핑거"(6) 사이에 제1면(2) 뿐만 아니라 선택적 보론 도핑 소스(6)에 붙어 있고, 커버된다. 따라서, 제1면(2) 상에 언도핑된 실리콘 산화물(10)의 증착하는 단계(d)는, 그것이 존재하는 경우에, 언도핑된 실리콘 산화물(10)이 선택적 보론 도핑 소스(6) 상에 또한 제1면(2) 상에 증착되는 것을 의미한다.
실시형태에서, 증착하는 단계(d)는 언도핑된 실리콘 산화물의 화학 증기 증착을 포함한다. 다른 실시형태에서, 증착하는 단계(d)는 언도핑된 실리콘 산화물의 액체 코팅을 소성(baking)하는 것을 포함하고, 일반적으로 상기 액체는 실라놀(SiH3OH)을 포함한다. 실시형태 전체에서, 실리콘 산화물 (막)의 용어가 이용되고, 이는 화학식 SiO2, SiOx (1<x≤2), 또는 SiOx:H (1<x≤2)으로의 증착을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. CVD 실리콘 산화물 및 스펀-온(spun-on) 실리콘 산화물은 보통 화학양론적이지 않다는 것을 숙지해야 한다.
도 1f 및 도 2c에 나타낸, 본 발명의 방법의 실시형태는 제1면(2)에 보론 도핑 영역(8)의 피크 농도를 낮추기 위해 기판(1)을 어닐링하는 단계(e)를 더 포함한다. 본 발명의 실시형태의 어닐링하는 단계(e)에서, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 보론 도핑 영역(8)으로부터 보론을 뽑아내어, 보론 도핑 영역(8)의 보론의 피크 농도를 낮추기 위한 보론 흡수체로서 작용한다.
도 1f에 도시된 실시형태에서, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 어닐링하는 단계(e) 동안 보론 도핑 영역(8)으로부터 보론을 균질하게 흡수, 뽑아내거나 추출하여, 낮아진 피크 농도를 갖는 균질한 보론 도핑 영역(8)을 수득하기 위한 층으로 구체화된다 (도 1e와 비교하여 영역(8)의 더 작은 사이즈로 나타냄). 실시형태에서, 균질한 보론 도핑 영역(8)의 피크 농도는 5E+19/㎤보다 낮거나 3E+19/㎤보다 낮다. 상기 에미터(8)의 시트 저항은, 가공에서 나중에 태양 전지의 실제 (금속) 전극에 우수한 결합이 가능한, 적어도 30 ohm/sq이다.
도 2c의 실시형태에서, 어닐링하는 단계(e)는 선택적 보론 도핑 소스(6)에 적용된다. 이 실시형태에서, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 동시에 보론 도핑 소스 및 보론 도핑 에미터(8)로부터 보론을 흡수, 뽑아내거나 추출하기 위한 층(10)으로 구체화된다. 에미터(8)의 이러한 실시형태에서, 이는, 보론 도핑 소스(6)가 여전히 존재 하에 직접 낮게 도핑된 영역(lowly doped regions)(8a) 및 높게 도핑된 영역(highly doped regions)(8b)을 야기한다.
낮게 도핑된 영역(8a)은 태양 전지의 실제 사용 동안에 빛나는, 즉 기판(1)의 표면 접촉(예컨대 전극) 사이 영역을 말한다. 반면에, 높게 도핑된 영역(8b)은 표면 접촉이 적용되고, 따라서 가능한 낮은 접촉 저항이 요구되는 면(2)의 영역을 말한다.
실시형태에서, 선택적 낮게 보론 도핑된 영역(8a)의 피크 농도는 5E19/㎤보다 낮거나 3E19/㎤보다 낮고, 낮게 도핑된 영역(8a)의 시트 저항은 30 내지 200 ohm/sq이다. 높게 도핑된 영역(8b)의 불투명한 스팟에서 보론의 피크 농도는 상대적으로 높게 유지된다(어닐링하는 단계(e)가 오직 선택적 보론 도핑 소스(6)를 더 어닐링하기 때문에, 약 1E20/㎤). 즉, 실리콘 산화물은 어닐링하는 단계(e) 동안 선택적 보론 도핑 소스(6)에 의해 차단되기 때문에, 언도핑된 실리콘 산화물(10)은 높게 도핑된 영역(8b)으로부터 보론을 흡수할 수 없다.
유리한 실시형태에서, 어닐링하는 단계(e)는 적어도 900 degree Celsius, 예컨대 940 degree Celsius의 온도로 기판(1)을 가열하는 것을 포함한다. 예컨대, 어닐링은 900-1150 ℃, 예컨대 940-1100 ℃ 범위의 온도에서 수행된다.
도 1g 및 도 2d에 나타낸, 본 발명의 어닐링하는 단계(e)는 기판(1)의 제2면(4)으로 인을 확산시켜, 후면 전계(BSF)로 작용하는 인 도핑층(12)을 수득하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 충분히 고온에서의 어닐링하는 단계(e)는 제1면(2)에서 보론의 흡수 및 제2면에서 인 확산이 동시에 또는 연속하여 완료되는 단일 단계 공정을 가능하게 한다 (즉, 어닐링하는 단계(e) 동안 다른 온도 범위에서). 이러한 단일 단계 공정은, 언도핑된 실리콘 산화물층(10)이 보론 흡수체 뿐만 아니라 균질한 또는 선택적 보론 도핑 영역(8)으로 인 확산을 억제하는 인에 대한 확산 배리어로 작용하는 것을 가능하게 한다.
실시형태에서, 인 도핑층(12)의 표면 농도가 1E20/㎤보다 높다. 다른 실시형태에서, 제2면(4)으로 인을 확산시키는 단계는 POCl3 공정을 포함한다. 특정 실시형태에서, 특정 가공 단계는 어닐링하는 단계(e) 동안 형성될 수 있는 박형 산화물을 제거하기 위해 더 적용된다.
따라서, 지금까지 개시된 상세한 방법의 단계(a) 내지 (e)를 고려하여, 본 발명의 방법은 이하 단계를 포함하는, 실리콘 기판(1)에 보론 도핑 영역(8)을 제공하는 방법으로 요약될 수 있다:
(a) 기판(1)의 제1면(2) 상에 보론 도핑 소스(6)를 증착하는 단계;
(b) 상기 보론 도핑 소스(6)로부터 상기 제1면(2)으로 보론을 확산시켜 보론 도핑 영역(8)을 얻기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계;
(c) 상기 보론 도핑 소스(6)를 완전히 또는 선택적으로 제거하는 단계;
(d) 보론 흡수를 위해, 상기 제1면(2) 상에 언도핑된 실리콘 산화물(10)을 증착하는 단계;
(e) 상기 언도핑된 실리콘 산화물에 의한 보론 흡수를 통해 상기 보론 도핑 영역(8)에서 보론의 피크 농도를 낮추기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계.
어닐링하는 단계(e)는 인 도핑층(12)을 수득하기 위해 기판(1)의 제2면(4)으로 인을 확산시키는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 보론 흡수 및 인 확산은 단일 공정 단계에서 동시에 또는 연속하여 일어난다. 즉, 어닐링하는 단계(e)는 확산 배리어로서 실리콘 산화물을 이용하여 후면 전계(BSF)를 얻기 위해 인 확산과 조합될 수 있다. 실시형태에서, 증착하는 단계(a) 및 어닐링하는 단계(b)는 단일 가공 단계에 조합될 수 있고, 즉 하나의 공정 챔버로 오직 하나의 로딩/언로딩 공정을 필요로 할 수 있다.
어닐링하는 단계(b)가 일반적으로 균질한 보론 도핑 영역(8)을 수득하는 것을 숙지하는 것은 중요하다. 그 후, 제거하는 단계(c)는, 보론 도핑 소스(6)를 완전히 제거함으로써 균질한 보론 도프 영역(8)을 유지할 것인지, 예컨대 그리드와 같은 구조체를 얻기 위해 보론 도핑 소스(6)를 선택적으로(부분적으로) 제거함으로써 선택적 보론 도핑 에미터를 얻을 것인지에 대한 선택권을 제공한다.
따라서, 본 발명은 보론 도핑 에미터(8)를 제공하는 효율적인 방법을 제공한다. 제거하는 단계(c)에 따라서, 에미터(8)는 일반적으로 균질한 보론 농도를 갖는 연속 보론 도핑층, 즉 균질한 보론 도핑 에미터, 또는 보론 농도가 더 높고, 더 낮은 부드럽게 배치된 영역(8a,8b), 즉 선택적 보론 도핑 에미터(8)가 구비된 연속 보론 도핑층을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시형태는 맞물려진 후면 접촉 태양 전지(interdigitated back contact solar cell)와 같은 다른 형태의 태양 전지에도 적용될 수 있다. 이러한 맞물려진 후면 접촉 태양 전지에서, 보론 도핑된 에미터(8)는, 예컨대 스트립과 같은 방법으로 인 도핑층(12)과 교차되어 기판(1)의 후면 상에 제공된다. 또한, 본 발명의 방법의 실시형태가 적용될 수 있고, 언도핑 실리콘 산화물(10)이 오직 (d)의 보론 도핑된 에미터(8) 영역에 적용된 후, 보론 추출 및 인 확산은 맞물려진 후면 접촉 태양 전지의 접한 영역에서 단일 어닐링하는 단계(e)로 얻어질 수 있다.
또한, 가공 단계의 이러한 시퀀스는 도 4a-4h에 개략적으로 도시된다. 이 경우에, 기판(1)의 제1측(2)은 태양 전지의 후측이고, 기판(1)의 제2측(4)은 태양 전지의 방사선을 받아 들이는 전측이다.
보론 확산까지, 가공은 도 1a-c에 나타낸 것과 유사하다. 맞물려진 후면 접촉 태양 전지의 경우에, 다시, 보론 소스(6)는 도 4a에 도시된 특정 부분이 제거된다. 일반적으로, 남아 있는 보론 (스트립)(6) 사이의 거리는, 사이에 있는 인 도핑층(12)을 수용하기 위해, 도 2a의 실시형태보다 크다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물(10)은 제1면 상에 증착되고, 선택적으로 제거된다. 실리콘 산화물(10)이 제거되는 경우에, 보론 도핑 영역(8), 실리콘 산화물층(10)과 보론 소스(6) 사이에 더 깊은 트랜치(20)를 얻기 위해 에칭이 적용된다(도 4c 참조). 이 단계에서, 실리콘 산화물(10)은 실리콘을 에칭하기 위해 종종 이용되는 알칼리성 용액 (예컨대, NaOH 또는 KOH)에 대해 에칭 배리어로서 작용한다.
연속하여, 기판(1)은 어닐링되고, 선택적 보론 도핑층이 형성된다(도 4d에 도시된 바와 같이, 보론 소스(6) 하에 직접 낮게 도핑된 영역(8a) 및 높게 도핑된 영역(8b).
또한, 동일한 가공 챔버에서, 도 4e에 나타낸 단계는, 즉 인 확산이 실행되어, 실리콘 산화물(10)에 의해 커버된 영역을 제외하고 기판(1)의 모든 측면에 인 도핑층(12)을 생성한다.
그 후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 언도핑된 실리콘 산화물(10) 및 보론 소스(6)가 제거된다. 맞물려진 태양 전지를 더 완성하기 위해, 도 4g에 도시된 바와 같이, 패시베이팅 막(21)은, 예컨대 열적 실리콘 산화물 증착, CVD SiN 증착, 또는 Al2O3 원자층 증착을 이용하여 기판(1)에 적용된다(즉, 전체에). 마지막으로, 도 4h에 도시된 바와 같이, 보론 도핑 영역의 금속 접촉(22) 및 인 도핑 영역의 금속 접촉(23)은, 예컨대 금속 증착/인쇄 및 어닐링을 통한 소성을 이용하여 실시되어, 각각 에미터(8) 및 인 도핑 영역(12)에 도달하도록 금속이 패시베이팅층(21)을 관통한다.
실험적 셋업 시에, 태양 전지의 선택적 보론 도핑 에미터의 형성이 변화된다. 실시예에서, BBr3 공정은 기판(1)의 표면(2) 상에 보론 도핑 소스(6)를 제공하기 위해 적용된다(a).
제1실시예에서, 보론 도핑 에미터(8)가 형성(b)된 후, 보론 도핑 소스(6)가 제거(c)된다. 그 후, 실리콘 산화물층은 플라즈마 강화 화학 증기 증착(PECVD)을 이용하여 적용되고, 얻어진 기판(2)은 60분 동안 940 ℃의 N2 환경에서 어닐링된다.
제2실시예에서, 보론 도핑 소스(6)는 제거되지 않고, 다른 단계가 유사하게 적용된다(보론 도핑층이 실제 적용에서 제거되지 않는 표면의 일부를 나타냄.
마지막으로, 제3, 비교, 실시예는 실리콘 산화물층의 형성 없이 제조될 뿐 아니라, 어닐링이 60분 동안 940 ℃의 N2 분위기에서 수행된다.
얻어진 도핑 프로파일은 수직축 상에 도핑 농도, 수평축 상에 기판(1)의 표면(2)으로의 깊이를 이용하여 도 3에 도시된다 (mm로). 제1실시예의 도핑 프로파일은 저부 그래프(작은 쇄선), 제2실시예의 도핑 프로파일은 상부 그래프(직선), 및 제3실시예의 도핑 프로파일은 그 사이의 그래프(큰 쇄선)이다.
피크 농도는 제2실시예의 면 부근에서 1E+20/cm3부터, 제1실시예의 약 3E+19/cm3 까지 내려간다. 언도핑된 실리콘 산화물 없이, 피크 농도의 감소는 도핑 프로파일에 도시되는 바와 같이 적다(큰 쇄선). 제1실시예의 피크 농도는 증착 및 어닐링을 조절함으로써 더 낮아질 수 있지만, 제2실시예의 피크 농도는 유지되는 것으로 추정된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 본 발명의 방법은, 완성된 태양 전지를 제공하기 위한 가공 단계를 더 포함한다. 이는, 예컨대 상기 도 4g 및 4h에 도시된 맞물려진 태양 전지의 실시형태와 관련하여 이미 도시 및 기재된 바와 같이, 기판에 도전성 접촉을 제공하는 것을 포함한다.
그 후, 방법은 적어도 도전성(예컨대 금속) 전극이 기판 상에 형성될 영역에서 일반적으로 실리콘 산화물(10)을 제거, 제1 및 제1면(2,4)의 패시베이팅, 및 도전성 전극(22,23)의 제공하는 것에 의한 기판의 다른 가공을 포함한다. 또한, 실리콘 산화물 막(10)의 제거는 도 2d 및 도 4e에 도시된 실시형태의 경우에 도핑 소스(6)를 제거하는 것을 포함한다.
기판(1)과 도전성 전극(22,23)의 실제 접촉은 2가지 다른 방법으로 완성될 수 있다:
첫번째는 제1 및/또는 제2면 상에 도전성 전극(22,23)을 제공하고(예컨대, 인쇄 기술, 적용 가능한 영역(8)의 높게 보론 도핑된 영역으로 얼라이닝(aligned)하는 것을 이용하여), 기판의 어닐링을 통해 소성하여, 인쇄된 접촉이 패시베이션막(21)을 통해 영역(8)에 도달할 때까지 관통시키는 것이다.
또는, 패시베이션막은 도전성 전극(22,23)이 위치될 영역 상에 제거되고(예컨대 도 2d의 경우에 영역(8b)), 도전성 전극(22,23)은 패시베이션막(21)이 부분적으로 제거되는 경우에 적용된다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 방법의 실시형태 중 임의의 하나에 따른 방법에 의해 얻어지는 보론 도핑 영역(8)을 포함하는 태양 전지로 구체화된다. 이는, 보론 도핑 에미터로 얻어지는 도핑 프로파일(도 3 및 그 상세한 설명 참조), 특히 선행 기술의 방법을 이용하여 얻어질 수 없는 낮은 레벨의 도핑에서 볼 수 있다. 또한, 선택적 에미터가 존재하는 경우의 도핑 프로파일의 특정 조합은 태양 전지를 이용할 준비가 된 것이 보일 수 있는 것이 특징이다. 다른 실시형태에서, 태양 전지는 제1면(2) 상에 Ag-Al 합금으로 제조된 접촉을 더 포함한다. 다른 실시형태에서, 태양 전지는 제1면(2) 상에 Al로 제조된 시드 접촉(seed contact)을 포함한다. 접촉의 이러한 형태는 에미터(8)에 보론의 국부적 도핑 레벨이 더 높도록 완전히 매칭된다.
보론 에미터(8) 및 인 BSF(12)를 갖는 n-기판 태양 전지(1)의 보통의 공정 흐름은 이하의 공정 흐름을 갖는다:
(i) 전측 상에 보론 확산 및 보론 소스 제거,
(ii) 확산 배리어로 전측 상에 언도핑된 실리콘 산화물 막, 및
(iii) 후측 상에 인 확산.
본 발명의 하나의 새로운 양태는 하나의 공정 챔버에 연속하여 행해질 수 있는 (iii) 전에 어닐링하는 단계(e)를 갖는 것이다. 본 발명은 오직 두개의 여분의 절차: (A) (i)에서 선택적 보론 소스 제거 및 (B) (iii) 전에 인 확산보다 고온에서 어닐링 이외에 보통의 공정 흐름으로부터 단계의 수를 증가시키지 않는다.
본 발명의 실시형태의 신규한 기술은 금속 접촉이 형성될 경우에 확산 배리어 하에서 보론 확산 소스를 유지한다. 낮은 접촉 저항이 가능하도록, 보론 표면 농도는 높게 유지된다.
본 발명의 실시형태는 도면을 참조하여 도시 및 기재되는 바와 같이 다수의 예시적인 실시형태를 참조하여 설명된다. 일부 부분 또는 요소의 변형 및 다른 실시가 가능하고, 첨부되는 청구항에 정의되는 보호의 범위 내에 포함된다.

Claims (16)

  1. 실리콘 기판(1)에 보론 도핑 영역(8,8a,8b)을 제공하는 방법으로,
    (a) 상기 기판(1)의 제1면(2) 상에 보론 도핑 소스(6)를 증착하는 단계;
    (b) 상기 보론 도핑 소스(6)로부터 상기 제1면(2)으로 보론을 확산시켜 보론 도핑 영역을 얻기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계;
    (c) 상기 제1면(2)의 적어도 일부로부터 상기 보론 도핑 소스(6)를 제거하는 단계;
    (d) 상기 제1면(2) 상에 언도핑된 실리콘 산화물(10)을 증착하는 단계;
    (e) 상기 언도핑된 실리콘 산화물에 의한 보론 흡수를 통해 보론 도핑 영역(8,8a)에서 보론의 피크 농도를 낮추기 위해 상기 기판(1)을 어닐링하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어닐링하는 단계(e)는 인 도핑층(12)을 얻기 위해 상기 기판(1)의 제2면(4)으로 인을 확산시키는 것을 포함하고, 상기 보론 흡수 및 인 확산은 동일한 가공 단계에서 일어나는 것인, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인 확산은 POCl3 공정을 포함하는 것인, 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 인 도핑층(12)은 표면 농도가 1E+20/㎤보다 높은 것인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물(10)을 제거하는 단계;
    상기 제1 및 제2면(2,4)을 패시베이팅하는 단계;
    도전성 전극(22,23)을 제공하는 단계;
    를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계(a)는 BBr3 또는 BCl3 공정에 의해 보로실리케이트 유리 형성을 포함하는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계(a)는 보로실리케이트 유리, 또는 고체 보론, 또는 비정질 보론, 또는 B2O3, 또는 이들의 혼합물의 화학 증기 증착을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계(a)는 보론의 스핀 코팅을 포함하는 것인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거하는 단계(c)는 상기 보론 도핑 소스를 에칭하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계(d)는 언도핑된 실리콘 산화물의 화학 증기 증착을 포함하는 것인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보론 도핑 에미터(8,8a)의 피크 농도는 5E+19/㎤이고, 상기 보론 도핑 에미터(8,8a)의 시트 저항은 30 ohm/sq. 이상인 것인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐링하는 단계(b)는 적어도 850 degrees Celsius의 온도로 상기 기판을 가열하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐링하는 단계(e)는 적어도 900 degrees Celsius의 온도로 상기 기판을 가열하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 보론 도핑 영역을 포함하는 태양 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1면 상에 Ag-Al 합금으로 제조되는 접촉을 포함하는, 태양 전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1면 상에 Al로 제조되는 시드 접촉을 포함하는, 태양 전지.
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