KR20160057713A - 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 제조를 위한 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템에 관한 것이다.
본 발명은 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 SiO2층의 형성 후 이면전극이 형성되는 태양전지 제조방법으로서, 이면전극의 형성 전에 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 상기 깊이에 산소이온을 주입하는 제1이온주입단계와; 상기 제1이온주입단계에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법을 개시한다.
본 발명은 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 SiO2층의 형성 후 이면전극이 형성되는 태양전지 제조방법으로서, 이면전극의 형성 전에 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 상기 깊이에 산소이온을 주입하는 제1이온주입단계와; 상기 제1이온주입단계에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 제조를 위한 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 전기에너지로 바꾸는 장치로서, P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으킨다.
태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생하며, 발생된 전하들은 P형 반도체, N형반도체로 이동하며 이 현상에 의해 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.
태양전지는 사용되는 재질에 따라서 실리콘 재질을 사용하는 것과 화합물 재질을 사용하는 것으로 크게 분류되며, 다시 실리콘 재질의 태양전지는 단결정 및 다결정의 결정계 실리콘과 비결정계 실리콘으로 분류된다.
현재, 태양광 발전 시스템으로 일반적으로 사용하고 있는 것은 실리콘 재질의 태양전지가 대부분이다.
특히 결정계 실리콘 재질의 단결정 및 다결정 태양전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아서 널리 사용하고 있다.
여기서 단결정 실리콘 재질의 태양전지는 효율이 높은 장점이 있으나 제조비용이 단점이 있다.
이에 비하여 다결정 실리콘 재질의 태양전지는 단결정 실리콘 기판에 비하여 효율이 낮은 단점이 있으나 제조비용이 저렴하며 대량생산이 용이한 장점이 있다.
상기와 같이 결정계 실리콘 재질의 태양전지, 특히 다결정 실리콘 재질의 태양전지는 제조비용이 저렴하며 대량생산이 용이한 장점에 의하여 그 수요가 높아지고 있으며 이에 효율이 낮은 단점을 보완하기 위한 다양한 방안이 요구되는 실정이다.
한편 태양전지의 효율을 높이기 위한 태양전지 구조에 관한 논문으로서, "높은 계면보호율 및 우수한 수송특성을 제공하는 고효율 n형 실리콘 태양 전지를 위한 보호된 이면 접촉"의 논문(Passivated Rear Contacts for High-Efficiency n-type Si Solar Cells Providing High Interface Passivation Quality and Excellent Transport Characteristics; Solar Energy Materials and Solar Cells Volume 120, Part A, January 2014, Pages 270-274 )이 있다.
이 논문에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 이면전극의 형성 전에 SiO2층 및 인을 이용한 p형 반도체층이 형성된 구조를 제시하고 있다.
상기 SiO2층은, 습식 화학 산화층의 성장에 의하여 초박형으로 20Å 이하로 형성되며, p형 반도체층은 SiO2층의 형성 후에 20㎚ 두께의 인이 도핑된 Si층을 증착에 의하여 형성된다. 이후 소정 온도의 가열에 의하여 SiO2층 및 인이 도핑된 Si층이 활성화 된다.
그런데 상기와 같은 태양전지 구조는, 효율을 높이는 측면에서는 이점이 있으나, SiO2층 및 인이 도핑된 Si층의 형성 및 후속 열처리 공정이 추가되어 태양전지의 제조를 위한 공정이 복잡하고 결과적으로 태양전지 제조비용을 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 이면전극 형성 전에 SiO2층이 형성된 태양전지의 제조에 있어서 공정을 간단화하여 제조비용을 현저히 절감할 수 있는 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 SiO2층의 형성 후 이면전극이 형성되는 태양전지 제조방법으로서, 이면전극의 형성 전에 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 상기 깊이에 산소이온을 주입하는 제1이온주입단계와; 상기 제1이온주입단계에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법을 개시한다.
상기 제1이온주입단계 후에 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입하는 제2이온주입단계를 추가로 포함하며, 상기 열처리단계는, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 수행될 수 있다.
상기 SiO2층의 형성 후 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입되는 제2이온주입단계를 추가로 포함하며, 상기 제2이온주입단계는, 상기 불순물 이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 고농도 반도체층을 형성하는 후속 열처리단계를 포함할 수 있다.
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계는, 하나의 공정모듈 또는 서로 분리된 2개의 공정모듈에서 각각 수행될 수 있다.
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계는, 하나의 공정모듈 또는 서로 분리된 2개의 공정모듈에서 각각 수행될 수 있다.
상기 제1이온주입단계 후 또는 상기 SiO2층의 형성 후에 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 증착공정을 통하여 형성하는 고농도 반도체층형성단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 고농도 반도체층 형성단계는, 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 고농도 반도체층을 형성하는 후속 열처리단계를 포함할 수 있다.
상기 SiO2층은, 5Å~20Å의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 SiO2층은, 5Å~20Å의 두께로 형성되며, 상기 고농도 반도체층은, 10㎚~50㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과; 상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과; 상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 제1열처리모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 제2열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과; 상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하고, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행을 위하여 제1이온주입부 및 제2이온주입부가 설치된 공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와, 상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 제1열처리부와, 상기 제1이온주입부 및 상기 제1열처리부가 설치된 제1공정챔버를 포함하는 제1공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 제2열처리부와, 상기 제2이온주입부 및 상기 제2열처리부가 설치된 제2공정챔버를 포함하는 제2공정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
상기 모듈들은 각 단계의 순서에 따라서 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 모듈들이 결합된 하나 이상의 반송모듈을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와; 상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리부와; 상기 제1이온주입부와, 상기 제2이온주입부와, 상기 열처리부가 설치된 공정챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템을 개시한다..
본 발명에 따른 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템은, 태양전지효율을 높이기 위하여 태양전지 실리콘 기판의 이면에 SiO2층을 형성함에 있어서 이온빔을 조사하여 기판에 이온을 주입함으로써, 습식방법에 의한 종래의 방법보다 태양전지 실리콘 기판에 SiO2층의 두께에 대한 제어를 정확하게 수행할 수 있다는 이점이 있다.
더 나아가 SiO2층의 형성을 위한 공정을 이온주입법에 의하여 수행하고, SiO2층 상의 고농도 반도체층의 형성을 위한 공정을 증착공정 또는 이온주입법에 의하여 수행함으로써 형성되는 SiO2층 및 고농도 반도체층의 형성 두께를 보다 정확하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
특히, 균일한 깊이의 이온주입이 가능하여 이면에서의 층의 형성 두께가 얇게 제어하기 용이하며, SiO2층 및 고농도 반도체층 모두 이온주입법에 의하여 수행되는 경우 불순물의 분포가 기판 전체에 균일하게 되어 PSG와 같은 부산물이 발생되지 않으므로 생산성이 높다는 이점이 있다.
또한 SiO2층 및 고농도 반도체층 모두 이온주입법에 의하여 수행되는 경우 SiO2층과 고농도 반도체층의 제조공정이 간단화하여 제조비용을 현저히 절감할 수 있다는 이점이 있다.
한편 태양전지의 효율을 높이기 위한 태양전지 구조에 관한 논문으로서, "높은 계면보호율 및 우수한 수송특성을 제공하는 고효율 n형 실리콘 태양 전지를 위한 보호된 이면 접촉"의 논문에 개시된 종래의 방법의 경우 태양전지 실리콘 기판의 이면에 증착에 의하여 SiO2층 및 고농도 반도체층이 습식증착법 등에 의하여 증착되는바 증착면의 고루 형성되지 않아 이면 전극의 형성시 결함(Defect)이 발생되어 태양전지의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
특히 종래의 방법에 따르면, SiO2층 및 고농도 반도체층이 2번의 증착을 통해서만 형성이 가능하였다.
그러나, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, SiO2층을 및 고농도 반도체층이 2번의 증착을 통한 종래의 방법 대신에, 이온주입법을 이용하여 기판의 이면으로부터 소정 깊이 내로 SiO2층을 형성하고, 기판의 이면에서 소정 깊이로 고농도 반도체층을 형성함으로써 공정이 간단하고 표면결합이 적어 이면전극의 형성에 결함이 발생되지 않아 태양전지 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하여 제조되는 태양전지의 일예를 보여주는 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 일예를 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 3c는, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 수행하기 위한 태양전지 제조시스템의 예들을 보여주는 개념도들이다.
도 2는, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 일예를 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 3c는, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 수행하기 위한 태양전지 제조시스템의 예들을 보여주는 개념도들이다.
이하 본 발명에 따른 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 태양전지제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면에 SiO2층(11)의 형성 후 이면전극(16)이 형성되는 태양전지 제조방법으로서, 이면전극(16)의 형성 전에 산소이온을 주입하는 제1이온주입단계(S100)와; 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층(11)을 형성하는 열처리단계(S300)를 포함한다.
여기서 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하여 제조되는 태양전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면에 SiO2층(11)이 형성되는 구조이면 어떠한 구조도 가능하다.
상기 기판(10)의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 형성된 SiO2층(11)은, 태양전지 실리콘 기판(10)과 그 이면에 설치되는 이면전극(16) 사이에서의 정공(carrier)의 터널링효과를 높여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 SiO2층(11)는, 기판(10)의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 형성됨으로써 태양전지 실리콘 기판(10)에서 SiO2층(11)을 기준으로 상하로 구획하며 상측에 위치된 태양전지 실리콘 기판(10)과 이면전극 간의 정공(carrier)의 터널링효과를 높이게 된다.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법이 적용되는 태양전지 실리콘 기판(10)은 n형 반도체특성 또는 p형 반도체특성 중 어느 하나의 반도체특성을 가지는 베이스이며, 상면에 기판(10)의 반도체특성과 반대되는 반도체층(13), 패시베이션층(14; passivation layer) 및 반사방지막(15)이 순차적으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 태양전지는, 다양한 구조의 전극이 형성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 상면전극(17) 및 이면전극(16)이 형성될 수 있다. 여기서 물론 태양전지의 전극은 수광면적을 증가시키기 위해 기판(10)의 이면에만 형성될 수 있다.
상기 제1이온주입단계(S100)는, 이면전극(16)의 형성 전에 O3와 같은 산소이온을 주입하기 위해, 산소이온을 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면에 조사하는 단계로서 이온빔 조사장치에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 제1이온주입단계(S100)는, 산소이온을 기판(10)의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 SiO2층(11)의 형성이 가능하도록 해당 깊이로 산소이온을 주입한다.
구체적으로, 상기 SiO2층(11)은 기판(10)의 이면에서 일정 깊이 내부에서 일정한 두께로 형성될 필요가 있으며, 이를 위하여 기판(10)의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 산소이온이 주입된다.
그리고 상기 산소이온의 미리 설정된 주입깊이는, 주입시 가해지는 이온의 에너지에 의하여 결정되며, 산소이온의 주입층, 즉 SiO2층(11)의 형성두께는 주입되는 산소이온의 양에 의하여 결정된다.
그리고 상기 제1이온주입단계(S100)는, SiO2층(11)의 형성 두께가 20Å 이하, 바람직하게는 5Å~20Å이 될 수 있도록 이온빔의 조사강도 및 조사시간이 선택될 수 있다.
또한 후술하는 고농도 반도체층(12)의 추가 형성됨을 고려하여 태양전지 실리콘 기판(10)의 표면으로부터 충분한 미리 설정된 깊이 내로 산소이온이 침투되도록 조사강도 및 조사시간이 선택될 수 있다.
특히 후술하는 고농도 반도체층(12)의 형성 두께가, 10㎚~50㎚, 보다 바람직하게는 20㎚인 점을 고려하여 태양전지 실리콘 기판(10)의 표면으로부터 10㎚~50㎚의 깊이 또는 20㎚ 내로 산소이온이 침투되도록 조사강도 및 조사시간이 선택될 수 있다.
상기 열처리단계(S300)는, 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층(11)을 형성하는 단계로서 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
상기 SiO2층(11)을 형성하기 위한 온도조건은, 600℃~1200℃인 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 열처리단계(S300)에 있어서, 600℃보다 작거나 1200℃보다 큰 경우 SiO2층(11)이 충분하게 형성되지 않거나 계면 보호 효과가 급격하게 떨어지는 문제점이 있기 때문에 상기 열처리단계(S300)는, 600℃~1200℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
한편 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하여 제조되는 태양전지 기판(10)에 이면전극(16)을 형성할 때 이면전극(16)이 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면과 직접 결합하는 것을 방지할 필요가 있다.
이에 태양전지 실리콘 기판(10) 및 이면전극(16) 사이에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면을 이루며 태양전지 실리콘 기판(10)의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층(12)이 형성될 필요가 있다.
여기서 상기 SiO2층(11)의 외측으로부터 기판(10)의 이면까지 형성된 고농도 반도체층(12)은, 태양전지 전체 구조에서 BSF(Back Surface Field) 및 이면전극(16)의 형성시 전극형성 물질이 SiO2층(11)을 뚫고 그 내부로 접촉되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편 상기 고농도 반도체층(12)은, 기판 이면에 대한 불순물 증착 및 열처리에 의한 방법, 불순물 이온 주입 및 열처리에 의한 방법이 있다.
먼저, 상기 고농도 반도체층(12)을 형성함에 있어서 기판 이면에 대한 불순물 증착 및 열처리에 의한 방법을 사용하는 경우, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 제1이온주입단계 후 또는 SiO2층의 형성 후에 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 증착공정을 통하여 형성하는 고농도 반도체층형성단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 고농도 반도체층형성단계는, CVD, ALD, PVD, 열확산법 등의 증착공정을 통하여 불순물을 확산시켜 태양전지 실리콘 기판의 이면에 고농도 반도체층을 형성하는 단계로서 다양한 방법이 사용될 수 있다.
한편, 상기 고농도 반도체층 형성단계는, 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 고농도 반도체층을 형성하는 후속 열처리단계가 포함한다.
여기서 상기 후속 열처리단계는, 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계(S300)가 수행됨을 고려하여 열처리단계(S300)와의 동시 수행, 별도 수행 등 다양한 조합이 가능하다.
다음으로, 상기 고농도 반도체층(12)을 형성함에 있어서 불순물 이온 주입 및 열처리에 의한 방법을 사용하는 경우, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 제1이온주입단계(S100) 후에 태양전지 실리콘 기판(10)의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층(12)을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입하는 제2이온주입단계(S200)가 추가로 포함될 수 있다.
상기 제2이온주입단계(S200)는, 이면전극(16)의 형성시 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면과 직접 결합하는 것을 방지할 수 있도록 태양전지 실리콘 기판(10)에 형성된 SiO2층(11) 및 이면전극(16) 사이에서 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면을 이루며 제1이온주입단계(S100) 후에 태양전지 실리콘 기판(10)의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층(12)을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입하는 단계로서 이온주입법에 의하여 수행된다.
상기 제2이온주입단계(S200)는, 태양전지 실리콘 기판(10)이 n형 반도체특성을 가지는 경우, SiO2층(11)보다 외측, 즉 이면의 가장 바깥 쪽면에 고농도의 n형 반도체특성을 가질 수 있는 불순물 이온을 이온주입법에 의하여 주입한다.
여기서 상기 불순물 이온이 주입되는 깊이 및 농도는, 주입되는 불순물 이온의 양 및 에너지에 의하여 결정될 수 있다.
상기 제2이온주입단계(S200)는, 불순물 이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하는 후속 열처리단계를 포함함으로써 최종적으로 태양전지 실리콘 기판(10)의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층(12)을 형성한다.
상기 고농도 반도체층(12)을 형성하기 위한 후속 열처리 단계는, 불순물 이온 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열함으로써 태양전지 실리콘 기판(10)의 이면, 특히 SiO2층보다 외면에 고농도 반도체층(12)을 형성하는 단계로서 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.
예를 들면, 불순물이 인(P)인 경우 800℃~900℃, 붕소(Boron)인 경우 800℃~1200℃인 것이 바람직하다.
한편, 상기 후속 열처리단계는, 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계(S300)가 수행됨을 고려하여 다양한 조합이 가능하다.
즉, 상기 제2이온주입단계(S200)는 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계(S300)의 수행 후에 수행될 수 있다.
또한 상기 제1이온주입단계(S100)에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계(S300)는, 후속 열처리단계와 통합, 즉, 제1이온주입단계(S100) 및 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 수행됨으로써 SiO2층 및 고농도 반도체층(12)을 동시에 형성할 수 있다.
여기서 상기 SiO2층 및 고농도 반도체층(12)이 한번의 열처리단계(S300)에 의하여 형성되는 경우 두 층의 형성조건, 예를 들면 고농도 반도체층(12)이 더 높은 온도조건을 요구하는바 해당 고농도 반도체층(12)의 형성 온도를 고려하여 800℃~1200℃의 온도 조건에서 열처리가 수행되는 것이 바람직하다.
상기 열처리단계(S300)가 제1이온주입단계(S100) 및 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 수행되는 경우 후술하는 태양전지 제조시스템의 구성에 있어서, 제1이온주입단계(S100) 및 상기 제2이온주입단계(S200)는, 하나의 공정모듈 또는 서로 분리된 2개의 공정모듈에서 수행될 수 있다.
상기와 같은 태양전지 제조방법은, SiO2층 및 고농도 반도체층이 증착법이 아닌 이온주입에 의하여 형성됨에 따라서 표면결합이 적어 이면전극의 형성에 결함이 발생되지 않아 태양전지 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한 상기 SiO2층 및 고농도 반도체층의 형성에 있어서 산소이온의 주입 및 고농도 불순물이온의 주입 후에 열처리를 한번에 수행함으로써 전체 공정을 줄여 태양전지의 제조시간을 현저히 줄여 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.
한편 상기와 같은 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조방법은, 제1이온주입단계, 제2이온주입단계 및 열처리단계의 조합에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
먼저, 본 발명에 따른 태양전지 제조시스템은, 제1이온주입단계 및 제2이온주입단계의 수행을 위한 하나 이상의 공정모듈과, 제1이온주입단계 및 제2이온주입단계 중 적어도 어느 하나의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리모듈을 포함할 수 있다.
더 나아가 제1이온주입단계 및 제2이온주입단계 및 열처리단계가 하나의 모듈, 즉 하나의 공정챔버 내에서 수행될 수 있으며, 이때 본 발명에 따른 태양전지 제조시스템은, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와; 상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리부와; 상기 제1이온주입부와, 상기 제2이온주입부와, 상기 열처리부가 설치된 공정챔버를 포함할 수 있다.
그리고, 공정모듈 및 열처리모듈은, 각 단계의 순서에 따라서 순차적으로 배치된 인라인타입, 하나의 반송챔버에 공정모듈 및 열처리모듈이 결합되는 클러스터타입 등 다양한 구조가 가능하다.
한편 본 발명에 따른 태양전지 제조시스템은, 제1이온주입단계 및 제2이온주입단계의 수행을 위한 공정모듈의 수, 열처리단계의 수행순서에 따라서 다양한 실시예가 가능하다.
제1 및 제2실시예로서, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 태양전지시스템은, 도 3a 및 도 3b에 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판(10)이 트레이(110)에 안착된 상태로 이송되면서 SiO2층(11) 및 고농도 반도체층(12)을 형성하는 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서, 제1이온주입단계(S100)의 수행을 위한 제1이온주입부(210)가 설치된 제1공정모듈(21)과; 제2이온주입단계(S200)의 수행을 위한 제2이온주입부(220)가 설치된 제2공정모듈(22)과; 제1이온주입단계(S100) 및 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하는 하나 이상의 열처리모듈(30, 31, 32)을 포함할 수 있다.
상기 제1공정모듈(21) 및 제2공정모듈(22)은, 이동되는 태양전지 실리콘 기판(10)에 산소이온 또는 고농도 불순물이온의 이온빔을 조사하는 모듈로서, 이온빔 조사를 위한 이온조사부(210, 220)이 설치된다.
상기 열처리모듈(30)은, 이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하기 위한 모듈로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1공정모듈(21) 및 제2공정모듈(22)이 먼저 연결된 후 제2공정모듈(22)에 후속되어 하나로 연결될 수 있다.
또한 상기 열처리모듈(31, 32)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1공정모듈(21) 및 제2공정모듈(22)의 사이에, 그리고 제2공정모듈(22)에 후속되어 연결될 수 있다.
즉, 제2실시예로서, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지시스템은, 제1이온주입단계(S100)의 수행을 위한 제1이온주입부(210)가 설치된 제1공정모듈(21)과; 제2이온주입단계(S200)의 수행을 위한 제2이온주입부(220)가 설치된 제2공정모듈(22)과; 제1이온주입단계(S100)의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층(11)을 형성하는 제1열처리모듈(31)과; 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 고농도 반도체층(12)을 형성하는 제2열처리모듈(31)을 포함할 수 있다.
또한 상기 제1열처리모듈(31) 및 상기 제2열처리모듈(31)은, 각각 제1공정모듈(21) 및 제2공정모듈(22)과 병합될 수 있으며, 이때 변형된 태양전지 제조시스템은, 상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와, 상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 제1열처리부와, 상기 제1이온주입부 및 상기 제1열처리부가 설치된 제1공정챔버를 포함하는 제1공정모듈과; 상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 제2열처리부와, 상기 제2이온주입부 및 상기 제2열처리부가 설치된 제2공정챔버를 포함하는 제2공정모듈을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1이온주입단계(S100) 및 상기 제2이온주입단계(S200)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 하나의 공정모듈(20)에서 수행될 수 있다.
즉, 제3실시예로서, 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지 제조시스템은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1이온주입단계(S100) 및 제2이온주입단(계S200)의 수행을 위하여 제1이온주입부(210) 및 제2이온주입부(220)가 설치된 공정모듈(20)과; 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하는 열처리모듈(30)을 포함할 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3b 중 설명하지 않은 도면부호 40 및 50은 각각 외부에서 공정모듈로의 기판도입을 위한 로드락모듈, 공정 수행 후 기판을 외부로 배출하기 위한 언로드락모듈을 가리킨다.
그리고 이온주입을 위한 공정모듈의 구체적인 실시예들은, 한국 공개특허공보 제10-2011-0123983호 및 제10-2011-0087979호에 개시되어 있는바 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 제조시스템은, 하나의 열처리모듈로서, 클러스터 타입인 경우, 열처리모듈(30)은, 제1이온주입단계(S100)의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 SiO2층(11)을 형성하고, 제2이온주입단계(S200)의 수행 후에 태양전지 실리콘 기판(10)을 가열하여 고농도 반도체층(12)을 형성할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 :기판
11 :SiO2층
12 :고농도 반도체층
21 :제1공정모듈 22 :제2공정모듈 30 :열처리모듈
21 :제1공정모듈 22 :제2공정모듈 30 :열처리모듈
Claims (15)
- 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 미리 설정된 깊이에 SiO2층의 형성 후 이면전극이 형성되는 태양전지 제조방법으로서,
이면전극의 형성 전에 태양전지 실리콘 기판의 이면으로부터 상기 깊이에 산소이온을 주입하는 제1이온주입단계와;
상기 제1이온주입단계에서 산소이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1이온주입단계 후에 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입하는 제2이온주입단계를 추가로 포함하며,
상기 열처리단계는, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 SiO2층의 형성 후 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 형성하기 위하여 불순물 이온을 고농도로 주입되는 제2이온주입단계를 추가로 포함하며,
상기 제2이온주입단계는, 상기 불순물 이온이 주입된 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 고농도 반도체층을 형성하는 후속 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계는, 하나의 공정모듈 또는 서로 분리된 2개의 공정모듈에서 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계는, 하나의 공정모듈 또는 서로 분리된 2개의 공정모듈에서 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1이온주입단계 후 또는 상기 SiO2층의 형성 후에 상기 태양전지 실리콘 기판의 이면을 이루며 상기 태양전지 실리콘 기판의 반도체 특성과 동일한 반도체특성을 가지는 고농도 반도체층을 증착공정을 통하여 형성하는 고농도 반도체층형성단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 고농도 반도체층 형성단계는, 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 고농도 반도체층을 형성하는 후속 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 SiO2층은, 5Å~20Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 SiO2층은, 5Å~20Å의 두께로 형성되며, 상기 고농도 반도체층은, 10㎚~50㎚의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 2에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과;
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 3에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과;
상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 제1열처리모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 제2열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 3에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부가 설치된 제1공정모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부가 설치된 제2공정모듈과;
상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하고, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 2에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행을 위하여 제1이온주입부 및 제2이온주입부가 설치된 공정모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 열처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 3에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와, 상기 제1이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 SiO2층을 형성하는 제1열처리부와, 상기 제1이온주입부 및 상기 제1열처리부가 설치된 제1공정챔버를 포함하는 제1공정모듈과;
상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와, 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하여 상기 고농도 반도체층을 형성하는 제2열처리부와, 상기 제2이온주입부 및 상기 제2열처리부가 설치된 제2공정챔버를 포함하는 제2공정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템. - 하나 이상의 태양전지 실리콘 기판이 트레이에 안착된 상태로 이송되면서 청구항 2에 따른 태양전지 제조방법의 수행을 위한 태양전지 제조시스템으로서,
상기 제1이온주입단계의 수행을 위한 제1이온주입부와;
상기 제2이온주입단계의 수행을 위한 제2이온주입부와;
상기 제1이온주입단계 및 상기 제2이온주입단계의 수행 후에 상기 태양전지 실리콘 기판을 가열하는 하나 이상의 열처리부와;
상기 제1이온주입부와, 상기 제2이온주입부와, 상기 열처리부가 설치된 공정챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020140158665A KR20160057713A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140158665A KR20160057713A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20160057713A true KR20160057713A (ko) | 2016-05-24 |
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Family Applications (1)
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| KR1020140158665A KR20160057713A (ko) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 태양전지 제조방법 및 태양전지 제조시스템 |
Country Status (1)
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-
2014
- 2014-11-14 KR KR1020140158665A patent/KR20160057713A/ko not_active Application Discontinuation
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