KR20170044497A - 웨이퍼형 태양전지의 제조 방법 및 제조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반응가스를 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하는 공정; 및 상기 웨이퍼의 상면의 요철구조에 잔존하는 불순물을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 불순물을 제거하는 공정은 건식 식각 공정으로 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조방법 및 제조 시스템을 제공한다.

Description

웨이퍼형 태양전지의 제조 방법 및 제조 시스템{Method and System of manufacturing Wafer type Solar Cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 박막형 태양전지(thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 웨이퍼형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조로 종래의 웨이퍼형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 웨이퍼형 태양전지의 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 웨이퍼형 태양전지는 P형 반도체층(10), N형 반도체층(20), 반사 방지층(30), 전면 전극(40), P+형 반도체층(50), 및 후면 전극(60)으로 이루어진다.
상기 P형 반도체층(10) 및 상기 P형 반도체층(10) 위에 형성된 N형 반도체층(20)은 태양전지의 PN접합 구조를 이룬다.
상기 반사 방지층(30)은 상기 N형 반도체층(20)의 상면에 형성되어 입사되는 태양광의 반사를 방지하는 역할을 한다.
상기 P+형 반도체층(50)은 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 형성되어 태양광에 의해서 형성된 캐리어(carrier)가 재결합하여 소멸되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 전면 전극(40)은 상기 반사 방지층(30)의 상부에서부터 상기 N형 반도체층(20)까지 연장되어 있고, 상기 후면 전극(60)은 상기 P+형 반도체층(50)의 하면에 형성된다.
이와 같은 종래의 웨이퍼형 태양전지는, 그 내부로 태양광이 입사되면 PN접합구조에서 전자(electron) 및 정공(hole)이 생성되고, 생성된 전자는 상기 N형 반도체층(20)을 통해 전면 전극(40)으로 이동하고, 생성된 정공은 상기 P+형 반도체층(50)을 통해 후면 전극(60)으로 이동하여 전력을 생산하게 된다.
이상 설명한 종래의 웨이퍼형 태양전지는 다음과 같은 공정을 통해서 제조된다.
도 2a 내지 도 2g는 종래의 웨이퍼형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, P형 웨이퍼(10a)를 준비한다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼(10a)의 상면에 요철구조를 형성한다.
상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면을 식각하는 공정은 건식 식각 공정, 구체적으로 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE)을 이용할 수 있다. 상기 반응성 이온 에칭법은 고압의 플라즈마 상태에서 소정의 반응가스를 이용하여 대상물을 식각하는 공정이다.
상기 반응성 이온 에칭법을 이용하여 P형 웨이퍼(10a)의 상면을 식각하게 되면, 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면에 반응가스 물질을 포함한 셀프 마스크(self mask)(1)가 생성된다.
상기 셀프 마스크(1)가 생성된 영역은 식각이 되지 않고 상기 셀프 마스크(1)가 생성되지 않은 영역은 식각이 되어 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(10a)의 상면에 요철구조가 형성된다.
이때, 상기 식각 공정이 완료된 상태에서 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면에 상기 셀프 마스크(1)의 일부가 잔존할 수 있다. 식각 공정이 진행되면서 상기 셀프 마스크(1)의 크기도 점차로 작아지게 되지만 식각 공정이 완료된 시점에서 상기 셀프 마스크(1)의 일부는 여전히 제거되지 않고 잔존하게 된다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면에 잔존하는 셀프 마스크(1)를 제거한다.
상기 셀프 마스크(1)를 제거하는 공정은 습식 식각 공정을 이용하여 수행한다. 즉, 식각액을 이용하여 상기 셀프 마스크(1)를 제거하게 된다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면에 N형 도펀트를 도핑하여 PN접합을 형성한다.
즉, 상기 P형 웨이퍼(10a)의 상면에 N형 도펀트를 도핑하면, 도펀트에 의해 도핑되지 않은 영역이 P형 반도체층(10)을 구성하게 되고, 도펀트에 의해 도핑된 영역이 N형 반도체층(20)을 구성하게 된다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 N형 반도체층(20)의 상면에 반사 방지층(30)을 형성한다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 반사 방지층(30)의 상면에 전면 전극 물질(40a)을 도포하고, 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 후면 전극 물질(60a)을 도포한다.
다음, 도 2g에서 알 수 있듯이, 고온에서 열처리(firing)를 수행하여, 도 1과 같은 웨이퍼형 태양전지를 완성한다.
고온에서 열처리를 수행하면, 상기 전면 전극 물질(40a)이 상기 반사 방지층(30)을 뚫고 상기 N형 반도체층(20)까지 침투하여 전면 전극(40)이 형성된다.
또한, 고온에서 열처리를 수행하면, 상기 후면 전극 물질(60a)이 상기 P형 반도체층(10)의 하면으로 침투하여 상기 P형 반도체층(10)의 하면에 P+형 반도체층(50)이 형성되고 그 아래에 후면 전극(60)이 형성된다.
이와 같은 종래의 웨이퍼형 태양전지는 전술한 도 2c 공정에서 습식 식각 공정을 통해 상기 셀프 마스크(1)를 제거하기 때문에 다음과 같은 단점이 있다.
우선, 습식 식각 공정을 수행하기 위해서 습식 식각 장비 및 습식 식각액이 추가로 필요하여 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.
또한, 습식 식각 공정 이후 폐수가 생기기 때문에 환경 오염 문제가 발생하고, 또한 폐수 처리를 위해서 폐수처리 시설이 추가로 요구되어 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 단점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 반응성 이온 에칭법을 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각한 후에 웨이퍼의 상면에 잔존하는 셀프 마스크를 건식 식각 공정을 통해 제거할 수 있는 웨이퍼형 태양전지의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 반응가스를 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하는 공정; 및 상기 웨이퍼의 상면의 요철구조에 잔존하는 불순물을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 불순물을 제거하는 공정은 건식 식각 공정으로 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 건식 식각 공정은 애싱 처리 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 애싱 처리 공정은 산소(O2) 플라즈마를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 산소(O2)의 함량은 250sccm 내지 400sccm 범위일 수 있다.
상기 애싱 처리 공정은 20mTorr 내지 50mTorr의 압력 범위 및 50℃ 내지 100℃의 온도범위에서 수행할 수 있다.
상기 요철 구조를 형성하는 공정은 상기 웨이퍼의 상면에 상기 반응 가스를 구성하는 적어도 하나의 물질을 셀프 마스크로 형성하여 수행할 수 있다.
상기 반응가스는 SF6, Cl2, 및 O2의 혼합가스를 포함할 수 있다.
상기 요철구조를 형성하는 공정 및 상기 애싱 처리 공정은 동일한 건식 식각 장비에서 연속 공정으로 수행할 수 있다.
상기 웨이퍼의 상면에 도펀트를 도핑하여, 상기 도펀트가 도핑되지 않은 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상면에 상기 도펀트가 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층의 상면에 반사 방지층을 형성하는 공정; 상기 반사 방지층의 상면에 제1 전극 물질을 형성하고, 상기 제1 반도체층의 하면에 제2 전극 물질을 형성하는 공정; 및 상기 제1 전극 물질 및 제2 전극 물질에 대해서 열처리를 수행하여, 상기 제1 전극 물질이 상기 반사 방지층을 뚫고 상기 제2 반도체층까지 침투하도록 하고 상기 제2 전극 물질을 상기 제1 반도체층의 하면으로 침투시키는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 반응가스를 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하기 위한 반응성 이온 에칭 장비; 및 상기 반응성 이온 에칭 장비의 후방에 위치하며, 상기 웨이퍼의 상면의 요철구조에 잔존하는 불순물을 제거하기 위한 애싱 처리 장비를 포함하여 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 제공한다.
상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 인라인 구조로 배열될 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 클러스터 구조로 배열될 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 하나의 동일한 건식 식각 장비로 이루어질 수 있다.
상기 애싱 처리 장비의 후방에 도핑(Doping) 장비, 반사방지층 코팅(ARC) 장비, 인쇄(Printing) 장비, 및 열처리(Firing) 장비를 추가로 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성한 후 잔존하는 불순물을 습식 식각 공정을 이용하지 않고 애싱 처리 공정으로 제거하기 때문에 습식 식각 장비와 습식 식각액이 필요하지 않고, 또한 습식 식각 공정 이후 폐수가 생기지 않기 때문에 폐수로 인한 환경 오염 문제 및 폐수 처리 시설 등이 추가로 요구되지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하는 공정 및 요철 구조의 상면에 잔존하는 불순물을 제거하는 공정이 하나의 동일한 건식 식각 장비 내에서 연속 공정으로 수행할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 건식 식각 장비와 습식 식각 장비와 같은 총 2대의 장비가 필요하지 않기 때문에 비용이 감소되고, 또한 건식 식각 장비와 습식 식각 장비를 연속해서 이동할 필요가 없기 때문에 공정 시간이 단축될 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼형 태양전지의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 종래의 웨이퍼형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 도시한 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 웨이퍼(100a)를 준비한다.
상기 웨이퍼(100a)는 실리콘 웨이퍼, 예로서 P형 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼로는 단결정실리콘 또는 다결정실리콘을 이용할 수 있는데, 단결정실리콘은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮기 때문에 태양전지의 효율이 높으나 가격이 너무 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있고, 다결정실리콘은 상대적으로 효율은 떨어지지만 저가의 재료와 공정을 이용하기 때문에 생산비가 적게 들어 대량생산에 적합하다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 요철구조를 형성한다.
상기 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하는 공정은 건식 식각 공정, 구체적으로 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion Etching:RIE)을 이용할 수 있다. 상기 반응성 이온 에칭법은 고압의 플라즈마 상태에서 소정의 반응가스를 이용하여 대상물을 식각하는 공정이다.
상기 반응성 이온 에칭법을 이용하여 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하게 되면, 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 반응가스를 구성하는 적어도 하나의 물질을 포함한 셀프 마스크(self mask)(101)가 생성된다.
상기 셀프 마스크(101)가 생성된 영역은 식각이 되지 않고 상기 셀프 마스크(101)가 생성되지 않은 영역은 식각이 되어 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 요철구조가 형성된다.
이와 같이 상기 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 요철구조를 형성하는 공정은 별도의 마스크를 형성하지 않고 반응가스 물질을 포함한 셀프 마스크(101)를 이용하여 수행되므로 상기 셀프 마스크(101)를 형성할 수 있는 물질을 식각 공정을 위한 반응가스로 선택한다. 구체적으로, 상기 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하기 위한 반응가스는 SF6, Cl2, 및 O2의 혼합가스를 포함한다.
이때, 상기 식각 공정이 완료된 상태에서 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 상기 셀프 마스크(101)의 일부가 불순물로 잔존할 수 있다. 식각 공정이 진행되면서 상기 셀프 마스크(101)의 크기도 점차로 작아지게 되지만 식각 공정이 완료된 시점에서 상기 셀프 마스크(101)의 일부는 여전히 제거되지 않고 잔존하게 된다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 웨이퍼(100a)의 요철구조의 상면에 잔존하는 셀프 마스크(101)를 제거한다.
상기 웨이퍼(100a)의 요철구조의 상면에 잔존하는 셀프 마스크(101)를 제거하는 공정은 건식 식각 공정, 특히 애싱(Ashing) 처리 공정을 이용하여 수행한다. 보다 구체적으로, 상기 애싱 처리 공정은 산소(O2) 플라즈마를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 애싱 처리 공정은 일반적으로 유기물(organic material)로 이루어진 박막을 식각하기 위해 이용되는 공정이다. 그러나, 본 발명자는 상기 셀프 마스크(101)가 유기물로 이루어지지 않고 무기물로 이루어졌음에도 불구하고 상기 애싱 공정을 통해 제거될 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이상과 같은 도 3b 및 도 3c 공정은 하나의 동일한 건식 식각 장비 내에서 공정 가스 종류 및 플라즈마 처리 등의 공정 조건만을 변경하면서 연속 공정으로 수행할 수 있다.
따라서, 종래와 같이 건식 식각 장비와 습식 식각 장비와 같은 총 2대의 장비가 필요하지 않기 때문에 비용이 감소되고, 또한 건식 식각 장비와 습식 식각 장비를 연속해서 이동할 필요가 없기 때문에 공정 시간이 단축될 수 있다.
또한, 본 발명은 종래와 같이 습식 식각 공정을 이용하지 않기 때문에 폐수로 인한 환경 오염 문제 및 폐수 처리 시설 등이 추가로 요구되지 않는 장점이 있다.
상기 애싱 처리 공정시 이용되는 산소(O2)의 함량은 250sccm 내지 400sccm 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위 내의 산소를 이용할 경우 상기 셀프 마스크(101)의 제거가 보다 용이할 수 있다.
또한, 상기 애싱 처리 공정은 20mTorr 내지 50mTorr의 압력 범위 및 50℃ 내지 100℃의 온도범위에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 압력 범위 및 온도 범위 내에서 상기 셀프 마스크(101)의 제거가 보다 용이할 수 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 웨이퍼(100a)의 상면에 도펀트를 도핑하여 제1 반도체층(100) 및 제2 반도체층(200)으로 이루어진 PN접합층을 형성한다.
상기 웨이퍼(100a)의 상면에 도펀트를 도핑하면, 도펀트에 의해 도핑되지 않은 영역이 제1 반도체층(100)을 구성하고, 도펀트에 의해 도핑된 영역이 제2 반도체층(200)을 구성하게 된다.
예로서, 상기 웨이퍼(100a)가 P형 웨이퍼로 이루어진 경우에는 N형 도펀트를 도핑함으로써, P형 웨이퍼로 이루어진 제1 반도체층(100) 및 상기 제1 반도체층(100)의 상면에 N형 웨이퍼로 이루어진 제2 반도체층(200)을 형성할 수 있다.
상기 제2 반도체층(200)의 상면은 전술한 도 3c에서와 같은 요철구조를 구비하게 된다. 상기 도펀트가 동일한 두께로 도핑된 경우에는 상기 제1 반도체층(100)의 상면도 상기 제2 반도체층(200)의 상면과 동일한 요철구조를 구비할 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 만약 상기 도펀트가 동일한 두께로 도핑되지 않은 경우에는 상기 제1 반도체층(100)의 상면은 상기 제2 반도체층(200)의 상면과 상이한 요철구조를 구비할 수 있다.
상기 도펀트를 도핑하는 공정은 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 고온확산법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 웨이퍼(100a)를 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 웨이퍼(100a)의 표면으로 확산시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑하는 공정은, 상기 웨이퍼(100a)을 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3 또는 PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 웨이퍼(100a)의 상면으로 입사하여 이온 도핑될 수 있다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 반도체층(200)의 상면에 반사 방지층(300)을 형성한다.
상기 제2 반도체층(200)의 상면이 요철구조로 형성됨에 따라 상기 반사 방지층(300)도 유사한 요철구조로 형성된다.
상기 반사 방지층(300)은 플라즈마 CVD법을 이용하여 실리콘질화물 또는 실리콘산화물로 형성할 수 있다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 상기 반사 방지층(300)의 상면에 제1 전극 물질(400a)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(100)의 하면에 제2 전극 물질(600a)을 형성한다.
상기 제1 전극 물질(400a) 및 제2 전극 물질(600a)의 형성 공정은 Ag, Al, Ti, Mo, Ni, Cu, 이들의 2 이상의 혼합물, 또는 이들의 2 이상의 합금 페이스트(paste)를 이용한 인쇄 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극 물질(400a)은 태양광이 입사되는 면에 형성되므로, 상기 반사 방지층(300)의 상면 전체에 형성하지 않고 소정 패턴으로 형성한다.
상기 제2 전극 물질(600a)은 태양광이 입사되는 면의 반대면에 형성되므로, 상기 제1 반도체층(100)의 하면 전체에 형성할 수 있다. 다만, 경우에 따라서, 반사되는 태양광이 태양전지 내부로 입사될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제2 전극 물질(600a)을 소정 패턴으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 고온에서 열처리(firing)를 수행하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조를 완성한다.
고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제1 전극 물질(400a)이 상기 반사 방지층(300)을 뚫고 상기 제2 반도체층(200)까지 침투함으로써, 상기 제2 반도체층(200)과 접촉하는 제1 전극(400)이 형성될 수 있다.
또한, 고온에서 열처리를 수행하게 되면, 상기 제2 전극 물질(600a)이 상기 제1 반도체층(100)의 하면으로 침투함으로써 상기 제1 반도체층(100)의 도펀트 농도보다 높은 도펀트 농도를 가지는 제3 반도체층(500)이 상기 제1 반도체층(100)의 하면에 형성되고, 상기 제3 반도체층(500)의 하면에 제2 전극(600)이 형성된다.
예를 들어, 상기 제1 반도체층(100)이 P형 반도체로 이루어진 경우, 상기 제3 반도체층(500)은 P+형 반도체층으로 이루어지게 된다.
이상은 P형 웨이퍼에 N형 도펀트를 도핑시켜 PN접합구조를 형성한 후 이후 공정을 진행하는 방법에 대해서 설명하였는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, N형 웨이퍼에 P형 도펀트를 도핑시켜 PN접합구조를 형성한 후 이후 공정을 진행하는 방법도 포함한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 공정을 구현하기 위한 제조 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 도시한 도면으로서, 이들 각각은 전술한 도 3b 내지 도 3g에 따른 제조공정을 구현하기 위한 제조 시스템이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 도시한 개략도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템은, 반응성 이온 에칭 장비(RIE), 애싱 처리 장비(Ashing), 도핑(Doping) 장비, 반사방지층 코팅(ARC) 장비, 인쇄(Printing) 장비, 및 열처리(Firing) 장비를 포함하여 이루어진다.
상기 반응성 이온 에칭 장비(RIE)는 전술한 도 3b 공정, 즉, 웨이퍼(100a)의 상면을 식각하여 요철구조를 형성하는 공정(Texuring)을 수행하기 위한 장비이다. 상기 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE) 장비는 반응가스를 이용하여 웨이퍼에 요철 구조를 형성할 수 있는 당업계에 공지된 다양한 장비를 이용할 수 있다.
상기 애싱 처리 장비(Ashing)은 상기 반응성 이온 에칭 장비(RIE)의 후방에 위치한다. 본 명세서에서 어느 장비가 다른 장비의 후방에 위치한다는 것은 상기 어느 장비에서의 공정이 먼저 수행되고 그 후에 상기 다른 장비에서 후속 공정이 이루어지는 것을 의미한다.
상기 애싱 처리 장비(Ashing)은 전술한 도 3c 공정, 즉, 웨이퍼(100a)의 상면에 잔존하는 셀프 마스크(self mask)(101)를 제거하는 공정을 수행하기 위한 장비이다. 상기 애싱 처리 장비(Ashing)는 산소(O2) 플라즈마를 이용하는 당업계에 공지된 다양한 장비를 이용할 수 있다.
상기 도핑(Doping) 장비는 상기 애싱 처리 장비(Ashing)의 후방에 위치한다. 상기 도핑(Doping) 장비는 전술한 도 3d 공정, 즉, 도펀트 도핑 공정을 수행하기 위한 장비이다. 이와 같은 도핑(Doping) 장비는 플라즈마 분위기에서 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있고 고온의 확산로에 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 당업계에 공지된 장비를 이용할 수도 있다.
상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비는 상기 도핑(Doping) 장비의 후방에 위치한다. 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비는 전술한 도 3e 공정, 즉, 반사방지층을 코팅하기 위한 장비이다. 이와 같은 반사방지층 코팅(ARC) 장비는 당업계에 공지된 PECVD 장비를 이용할 수 있다.
상기 인쇄(Printing) 장비는 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비의 후방에 위치한다. 상기 인쇄(Printing) 장비는 전술한 도 3f 공정, 즉, 전극 물질을 인쇄하는 장비로서, 스크린 인쇄장비 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 인쇄 장비를 이용할 수 있다.
상기 열처리(Firing) 장비는 상기 인쇄(Printing) 장비의 후방에 위치한다. 상기 열처리(Firing) 장비는 전술한 도 3g 공정을 수행하기 위한 장비로서, 당업계에 공지된 다양한 열처리 장비를 이용할 수 있다.
도 4에는 반응성 이온 에칭 장비(RIE)와 애싱 처리 장비(Ashing)가 별도의 공정 장비로 구비된 모습을 도시하였지만, 경우에 따라서 반응성 이온 에칭 장비(RIE)와 애싱 처리 장비(Ashing)가 하나의 동일한 건식 식각 장비로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 공정 가스 종류 및 플라즈마 처리 등의 공정 조건만을 변경하여 상기 요철구조의 형성 공정(Texuring)과 셀프 마스크(self mask)(101)의 제거 공정을 하나의 동일한 건식 식각 장비 내에서 연속 수행하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 반응성 이온 에칭 장비(RIE)와 애싱 처리 장비(Ashing)가 클러스터(Cluster) 구조로 이루어진 점을 제외하고, 전술한 도 4와 동일하다.
즉, 전술한 도 4에 따른 제조 시스템에 따르면, 상기 반응성 이온 에칭 장비(RIE), 상기 애싱 처리 장비(Ashing), 상기 도핑(Doping) 장비, 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비, 상기 인쇄(Printing) 장비, 및 상기 열처리(Firing) 장비가 순서대로 일렬로 배열된 인-라인(In-line) 구조로 이루어져 각각의 공정이 연속공정으로 이루어질 수 있다.
그에 반하여, 도 5에 따른 제조 시스템에 따르면, 상기 반응성 이온 에칭 장비(RIE)와 상기 애싱 처리 장비(Ashing)가 클러스터 구조로 이루어지고, 나머지 상기 도핑(Doping) 장비, 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비, 상기 인쇄(Printing) 장비, 및 상기 열처리(Firing) 장비가 순서대로 일렬로 배열된 인-라인(In-line) 구조로 이루어져 각각의 공정이 연속공정으로 이루어질 수 있다.
상기 클러스터 구조에서 상기 애싱 처리 장비(Ashing)는 상기 반응성 이온 에칭 장비(RIE)의 후방에 위치한다. 또한, 상기 클러스터 구조는 로드락 챔버(LRC)와 연결되어 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 도핑(Doping) 장비가 플라즈마 분위기에서 도펀트 가스를 공급하여 도핑할 수 있는 장비로 이루어진 경우, 상기 도핑 장비도 상기 클러스터 구조 내에 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 도핑 장비는 상기 애싱 처리 장비 후방에 위치한다. 또한, 상기 도핑 장비가 상기 클러스터 구조 내에 포함될 경우 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비도 상기 클러스터 구조 내에 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 반사방지층 코팅(ARC) 장비는 상기 도핑 장비의 후방에 위치한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 셀프 마스크 100a: 웨이퍼
100: 제1 반도체층 200: 제2 반도체층
300: 반사 방지층 400a, 400: 제1 전극 물질, 제1 전극
500: 제3 반도체층 600a, 600: 제2 전극 물질, 제2 전극

Claims (14)

  1. 반응가스를 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하는 공정; 및
    상기 웨이퍼의 상면의 요철구조에 잔존하는 불순물을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 불순물을 제거하는 공정은 건식 식각 공정으로 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서 ,
    상기 건식 식각 공정은 애싱 처리 공정으로 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 애싱 처리 공정은 산소(O2) 플라즈마를 이용하여 수행하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산소(O2)의 함량은 250sccm 내지 400sccm 범위인 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 애싱 처리 공정은 20mTorr 내지 50mTorr의 압력 범위 및 50℃ 내지 100℃의 온도범위에서 수행하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 요철 구조를 형성하는 공정은 상기 웨이퍼의 상면에 상기 반응 가스를 구성하는 적어도 하나의 물질을 셀프 마스크로 형성하여 수행하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응가스는 SF6, Cl2, 및 O2의 혼합가스를 포함하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 요철구조를 형성하는 공정 및 상기 애싱 처리 공정은 동일한 건식 식각 장비에서 연속 공정으로 수행하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상면에 도펀트를 도핑하여, 상기 도펀트가 도핑되지 않은 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층의 상면에 상기 도펀트가 도핑된 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층의 상면에 반사 방지층을 형성하는 공정;
    상기 반사 방지층의 상면에 제1 전극 물질을 형성하고, 상기 제1 반도체층의 하면에 제2 전극 물질을 형성하는 공정; 및
    상기 제1 전극 물질 및 제2 전극 물질에 대해서 열처리를 수행하여, 상기 제1 전극 물질이 상기 반사 방지층을 뚫고 상기 제2 반도체층까지 침투하도록 하고 상기 제2 전극 물질을 상기 제1 반도체층의 하면으로 침투시키는 공정을 추가로 포함하는 웨이퍼형 태양전지의 제조방법.
  10. 반응가스를 이용하여 웨이퍼의 상면을 식각하여 상기 웨이퍼의 상면에 요철구조를 형성하기 위한 반응성 이온 에칭 장비; 및
    상기 반응성 이온 에칭 장비의 후방에 위치하며, 상기 웨이퍼의 상면의 요철구조에 잔존하는 불순물을 제거하기 위한 애싱 처리 장비를 포함하여 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 인라인 구조로 배열되어 있는 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 클러스터 구조로 배열되어 있는 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 반응성 이온 에칭 장비와 상기 애싱 처리 장비는 하나의 동일한 건식 식각 장비로 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 애싱 처리 장비의 후방에 도핑(Doping) 장비, 반사방지층 코팅(ARC) 장비, 인쇄(Printing) 장비, 및 열처리(Firing) 장비를 추가로 포함하여 이루어진 웨이퍼형 태양전지의 제조 시스템.
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