KR20170103028A - 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 관한 태양전지의 제조 방법에서는, 다음 공정을 포함한다. 알루미늄 원소를 포함하는 용액(14)을 미스트화한다. 그리고, 대기 중에서, 미스트화된 용액(14)을, p형 실리콘 기판(4)의 주면에 대해 분무함에 의해, 산화알루미늄막(5)을 성막한다. 그리고, 당해 산화알루미늄막(5)이 형성된 p형 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제작한다.
Description
본 발명은, 태양전지의 제조 방법에 관한 발명으로, 특히 실리콘 기판상에 형성된 패시베이션막의 성막 방법에 관한 것이다.
결정 실리콘 태양전지의 분야에서, 실리콘 사용량의 저감 및 실리콘 기판에서의 변환 효율의 향상을 목적으로 하여, 실리콘 기판의 박형화가 진행되고 있다. 그러나, 실리콘 기판의 박형화가 진행됨에 따라, 변환 효율의 저하가 현저해진다. 이것은, 예를 들면, 도전성을 갖는 실리콘 기판 표면에 많이 존재한 결함이 주된 요인이 되고, 광조사에 의해 발생한 소수 캐리어( p형의 경우는 전자)의 수명(라이프 타임)이 감소하기 때문이다. 즉, 이 소수 캐리어의 소실을 저감시키는 것이, 태양전지의 변환 효율을 향상시키는 것에 연결된다.
캐리어의 라이프 타임 저감을 억제하기 위해, 일반적으로, 당해 실리콘 기판 이면에 대해, 패시베이션막이 성막된다. 여러가지 있는 패시베이션막 중에서도, 당해 패시베이션막으로서, p형 실리콘 기판에 대해 높은 패시베이션 효과(라이프 타임 저감의 억제 기능)를 갖는, 산화알루미늄막이 주목되고 있다.
산화알루미늄막은 막 중에 부(負)의 고정 전하를 가지며, 당해 고정 전하에 의해 생기는 전계 효과에 의해, 패시베이션 효과를 발생시키는 것이 알려져 있다. 즉, p형 실리콘 기판 표면에 부의 고정 전하를 갖는 산화알루미늄막을 형성함으로써, 소수(小數) 캐리어인 전자의 기판 표면으로의 확산을 억제하고, 결과로서 캐리어의 소실을 방지할 수 있다.
또한, p형 실리콘 기판에 대해, 패시베이션막인 산화알루미늄막을 성막하는 방법으로서, CVD법이 채용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
그러나, CVD법에 의한 산화알루미늄막의 성막에서는, TMA(Tri-Methyl-Aluminium)라는, 취급이 곤란하고 비용이 높은 원료를 사용할 필요가 있다. 또한, CVD법에서는, 성막 영역의 진공 처리가 필요해져서, 성막 비용 상승의 요인으로 되어 있다. 또한, 플라즈마 CVD법에 의한 산화알루미늄막의 성막에서는, 실리콘 기판이 플라즈마에 의해 데미지를 받는 것도 문제이다.
또한, 실리콘 기판에 대해 산화알루미늄막을 성막하는 방법으로서, ALD법도 채용하는 것도 생각된다. 그러나, 당해 ALD법에서도, TMA가 필요하고 진공 처리도 필요하기 때문에, 제조 비용이 상승한다는 문제를 갖는다. 또한, ALD법에서는, 성막 속도가 매우 느려, 생산 효율의 저하를 초래한다. 성막 속도 향상을 위해 플라즈마를 이용한 ALD법을 적용하는 것도 상정될 수 있다. 그러나, 당해 플라즈마를 이용한 ALD법에서도, 실리콘 기판이 데미지를 받는다는 문제가 생긴다.
그래서, 본 발명은, 낮은 제조 비용으로, 실리콘 기판에 데미지를 주는 일 없이, 높은 생산 효율로, 패시베이션막인 산화알루미늄막을 성막할 수 있는, 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 태양전지의 제조 방법은, (A) p형의 도전형을 갖는 실리콘 기판을 준비하는 공정과, (B) 상기 실리콘 기판의 주면(主面)에 대해 패시베이션막을 성막하는 공정과, (C) 상기 패시베이션막이 형성된 상기 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제작하는 공정을, 구비하고 있고, 상기 공정(B)은, (B-1) 알루미늄 원소를 포함하는 용액을 미스트화하는 공정과, (B-2) 대기 중에서, 상기 미스트화된 상기 용액을, 상기 실리콘 기판의 상기 주면에 대해 분무함에 의해, 산화알루미늄막인 상기 패시베이션막을 성막하는 공정을, 갖는다.
본 발명에 관한 태양전지의 제조 방법은, (A) p형의 도전형을 갖는 실리콘 기판을 준비하는 공정과, (B) 상기 실리콘 기판의 주면에 대해 패시베이션막을 성막하는 공정과, (C) 상기 패시베이션막이 형성된 상기 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제작하는 공정을, 구비하고 있고, 상기 공정(B)은, (B-1) 알루미늄 원소를 포함하는 용액을 미스트화하는 공정과, (B-2) 대기 중에서, 상기 미스트화된 상기 용액을, 상기 실리콘 기판의 상기 주면에 대해 분무함에 의해, 산화알루미늄막인 상기 패시베이션막을 성막하는 공정을, 갖는다.
따라서 염가이며 취급하기 용이한 재료에 의해, p형 실리콘 기판에 산화알루미늄막으로 이루어지는 이면(裏面) 패시베이션막을 성막할 수 있다. 또한, 진공 처리 등이 불필요하게 되어, 제조 비용의 저감을 도모할 수도 있다. 또한, 성막 처리에서, p형 실리콘 기판에 대해 데미지를 주는 일도 없다. 또한, 생산 효율의 향상도 도모할 수 있다.
이 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.
도 1은 태양전지의 구성을 도시하는 단면도 .
도 2는 실시의 형태 1에 관한 성막 방법을 실현하기 위한 성막 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 실시의 형태 2에 관한 성막 방법을 실현하기 위한 성막 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 실시의 형태 1에 관한 성막 방법을 실현하기 위한 성막 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 실시의 형태 2에 관한 성막 방법을 실현하기 위한 성막 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 1은, 태양전지의 기본 구성을 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, p형의 도전형을 갖는 실리콘 기판(4)(이하, p형 실리콘 기판(4)이라고 칭한다)의 상면(표면) 내에, n형의 도전형을 갖는 실리콘층(3)(이하, n형 실리콘층(3)이라고 칭한다)이 형성되어 있다. 또한, n형 실리콘층(3)의 상면(표면)에는, 투명성을 갖는 표면 패시베이션막(예를 들면, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막)(2)가 형성되어 있다. 그리고, 당해 표면 패시베이션막(2)에는, n형 실리콘층(3)과 접속하는 표면 전극(1)이 형성되어 있다.
또한, p형 실리콘 기판(4)의 하면(이면)에는, 이면 패시베이션막(5)이 형성되어 있다. 당해 이면 패시베이션막(5)으로서, 산화알루미늄막(AlOx)을 채용한다. 그리고, 당해 이면 패시베이션막(5)에는, p형 실리콘 기판(4)과 접속하는 이면 전극(6)이 형성되어 있다.
도 1에 도시하는 태양전지에서, 표면 패시베이션막(2)측부터 입사하고, 실리콘 기판(3, 4)(n형 실리콘층(3) 및 p형 실리콘 기판(4))에서의 pn 접합부에 도달한 광에 의해 캐리어가 발생하고, 발전하고, 당해 발전한 전기가 전극(1, 6)으로부터 취출된다.
상기한 바와 같이, 캐리어의 라이프 타임의 저감을 억제하기 위해, 패시베이션막(2, 5)이 형성된다. 즉, 실리콘 기판(3, 4)의 주면에서 결함(격자 결함 등)이 많이 발생하고 있고, 당해 결함을 통하여 광조사에 의해 발생한 소수 캐리어가 재결합된다. 그래서, 실리콘 기판(3, 4)의 주면에, 패시베이션막(2, 5)을 형성함에 의해, 캐리어의 재결합을 억제하고, 결과로서 캐리어의 라이프 타임을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, p형 실리콘 기판(4)에, 이면 패시베이션막(5)으로서 산화알루미늄막(5)을 성막하는 방법에 관한 것이고, 이하, 본 발명을 그 실시의 형태를 나타내는 도면에 의거하여 구체적으로 설명한다.
<실시의 형태 1>
도 2는, 본 실시의 형태에 관한 산화알루미늄막(5)의 성막 방법을 실현하는 것이 가능한 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 당해 성막 장치는, 반응 용기(11), 가열기(13), 용액 용기(15), 미스트화기(16)로부터 구성되어 있다.
당해 성막 장치에서는, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에 미스트화한 소정의 용액(14)을 분무함에 의해, 당해 p형 실리콘 기판(4)의 이면상에 산화알루미늄막(5)을 성막할 수 있다.
가열기(13)상에 p형 실리콘 기판(4)이 재치되어 있는 상태에서, 대기 중인 반응 용기(11) 내에, 미스트(입경이 작은 액상 용액(14))이 공급되고, 소정의 반응에 의해, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에는 산화알루미늄막(5)이 성막된다. 또한, p형 실리콘 기판(4)의 표면이 가열기(13)에 재치된다.
가열기(13)는, 히터 등이고, 당해 가열기(13)에 재치된 p형 실리콘 기판(4)을 가열할 수 있다. 외부 제어부에 의해, 성막시에는, 산화알루미늄막(5)의 성막에 필요한 온도까지 가열기(13)는 가열된다.
용액 용기(15) 내에는, 산화알루미늄막(5)을 성막하기 위한 원료 용액(이하, 용액이라고 칭한다)(14)이 충전되어 있다. 당해 용액(14)에는, 금속원으로서, 알루미늄(Al) 원소가, 포함되어 있다.
미스트화기(16)로서, 예를 들면 초음파 무화 장치를 채용할 수 있다. 당해 초음파 무화 장치인 미스트화기(16)는, 용액 용기(15) 내의 용액(14)에 대해 초음파를 인가함에 의해, 용액 용기(15) 내의 용액(14)을 미스트화시킨다. 미스트화된 용액(14)은, 경로(L1)를 통과하여, 반응 용기(11) 내의 p형 실리콘 기판(4)의 이면을 향하여 공급된다.
반응 용기(11) 내에 미스트상(狀)의 용액(14)이 공급되면, 가열 중인 대기 중의 p형 실리콘 기판(4)상에서, 용액(14)이 반응하여, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에 산화알루미늄막(5)이 성막된다. 또한, 반응 용기(11)에서 미반응으로 된 용액(14)은, 경로(L3)를 통하여, 반응 용기(11) 밖으로 항상(연속적으로) 배출된다.
다음에, 본 실시의 형태에 관한 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))의 성막 방법에 관해 설명한다.
우선, 실리콘 기판에 대해 소정의 불순물을 도입함에 의해, p형의 도전형을 갖는 실리콘 기판(p형 실리콘 기판(4))을 제작한다. 그리고, 당해 p형 실리콘 기판(4)을, 반응 용기(11) 내의 가열기(13)의 위에 재치한다. 이 때, 재치면은, p형 실리콘 기판(4)의 표면이고, 반응 용기(11) 내는 대기압이다.
그리고, 가열기(13)에 의해, 당해 가열기(13)상에 재치되어 있는 p형 실리콘 기판(4)은, 산화알루미늄막(5)의 성막 온도까지 가열되고, 당해 성막 온도로 p형 실리콘 기판(4)의 온도는 유지되어 있다.
한편, 용액 용기(15) 내에서, 미스트화기(16)에 의해, 용액(14)은 미스트화된다. 미스트화된 용액(14)(입경이 작은 액상의 용액(14))은, 경로(L1)를 통과하여, 정류(整流)되어, 반응 용기(11) 내에 공급된다. 여기서, 용액(14)에는, 알루미늄이 금속원으로서 함유되어 있다.
대기 중에서 가열 상태에 있는 p형 실리콘 기판(4)의 이면에, 정류된 미스트상의 용액(14)이 공급된다. 가열 상태의 p형 실리콘 기판(4)에 미스트상의 용액(14)이 분무되면, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에는, 산화알루미늄막(5)이 성막한다.
그 후, 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))이 성막된 p형 실리콘 기판(4)을 이용하여, 도 1에 도시한 구성의 태양전지를 제작한다. 여기서, 일반적으로는, 이면 패시베이션막(5)은, n형 실리콘층(3) 형성 후에 행하여진다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))의 성막 방법에서는, 미스트법(즉, 대기 중에서, 액상의 용액(14)를 분무하는 성막 방법)에 의해, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에 산화알루미늄막(5)을 성막하고 있다.
이와 같이, 본 발명에서는, CVD법이나 ALD법 등과 같이, 기화(氣化)한 원료를 p형 실리콘 기판(4)에 공급하여, 산화알루미늄막(5)을 성막하고 있는 것이 아니라, 미스트화된 액상의 용액(14)을, p형 실리콘 기판(4)에 분무하여, 산화알루미늄막(5)을 성막하고 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 용액(14)에는 알루미늄 원소가 포함되어 있다. 따라서, TMA 등의 고가이고 취급이 곤란 재료를 사용하는 일 없이, 염가이며 취급하기 용이한 재료에 의해, p형 실리콘 기판(4)에 산화알루미늄막으로 이루어지는 이면 패시베이션막(5)을 성막할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 대기 중에서의 성막 처리이기 때문에, 진공 처리 등이 불필요하게 되어, 제조 비용의 저감을 도모할 수도 있다. 또한, 본 발명에서는, p형 실리콘 기판(4)에 미스트상의 용액(14)을 분무함에 의해, 성막 처리가 실시되고 있다. 따라서, 성막 처리에서, p형 실리콘 기판(4)에 대해 플라즈마 등의 조사에 의한 데미지를 주는 일도 없다.
또한, 미스트법에 의한 산화알루미늄막(5)의 성막 속도 10∼15㎚/min이고, ALD법 등에 의한 산화알루미늄막의 성막 속도와 비교하여, 5배 이상 빠르다. 따라서 본 발명에 관한 성막 방법을 채용함에 의해, 생산 효율의 향상도 도모할 수 있다.
<실시의 형태 2>
발명자들은, 정력적으로, 많은 다양한 실험·해석 등에 입각한 결과, 캐리어의 라이프 타임을 대폭적으로 향상시키는, 산화알루미늄막(5)의 성막 방법을 발견하는데 성공하였다. 즉, 산화알루미늄막(5)의 패시베이션 효과를 증대시키는 성막 조건을 발견하는데 성공하였다. 이하, 당해 성막 방법에 관해 설명한다.
도 3은, 본 실시의 형태에 관한 산화알루미늄막(5)의 성막 방법을 실현하는 것이 가능한 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2와 도 3과의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 성막 장치에서는, 도 2의 구성에, 오존 발생기(17)가 더하여져 있다. 이하, 도 2의 구성과 상위한 부분에 관해, 설명을 행한다.
오존 발생기(17)는, 오존을 발생시킬 수 있다. 오존 발생기(17)에서는, 예를 들면, 평행하게 배치한 평행 전극 사이에 고전압을 인가하고, 그 전극 사이에 산소를 통과시킴으로써 산소 분자가 분해하고, 다른 산소 분자와 결합함에 의해, 오존을 발생시킬 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 오존 발생기(17)와 반응 용기(11)는, 경로(L1)와 다른 경로(L2)에 의해 접속되어 있다. 따라서 오존 발생기(17)에서 생성된 오존은, 경로(L2)를 통과하여, 반응 용기(11) 내의 p형 실리콘 기판(4)의 이면을 향하여 공급된다.
상기에서 설명한 내용 이외의 구성은, 실시의 형태 1에서 설명한 구성과 같기 때문에, 당해 같은 구성의 설명은, 여기서는 생략한다.
또한, 본 실시의 형태에 관한 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))의 성막 방법은, 하기한 바와 같다.
대기압인 반응 용기(11) 내에서, p형 실리콘 기판(4)은 가열기(13)상에 재치되어 있다. 당해 가열기(13)상에 재치되어 있는 p형 실리콘 기판(4)은, 산화알루미늄막(5)의 성막 온도(예를 들면, 360℃ 정도)까지 가열되고, 당해 성막 온도로 p형 실리콘 기판(4)의 온도는 유지되어 있다.
한편, 용액 용기(15) 내에서, 미스트화기(16)에 의해, 용액(14)은 미스트화된다. 미스트화된 용액(14)(입경이 작은 액상의 용액(14))은, 경로(L1)를 통과하여, 정류되어, 반응 용기(11) 내에 공급된다. 여기서, 용액(14)에는, 알루미늄 원소가 금속원으로서 함유되어 있다. 예를 들면, 용액(14)으로서, 메탄올 용액중에 알루미늄아세틸아세토네이트를 용해시킨 용액을 채용할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 오존 발생기(17)에서 오존은 생성되고, 당해 생성된 오존은, 경로(L2)를 통과하여, 반응 용기(11) 내에 공급된다.
대기 중에서 가열 상태에 있는 p형 실리콘 기판(4)의 이면에, 정류된 미스트상의 용액(14)이 분무되고, 또한 오존이 공급되면, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에는, 산화알루미늄막(5)이 성막된다. 또한, 반응 용기(11)에서 미반응으로 된 용액(14) 및 오존은, 경로(L3)를 통하여, 반응 용기(11) 밖으로 항상(연속적으로) 배출된다.
그 후, 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))이 성막된 p형 실리콘 기판(4)을 이용하여, 도 1에 도시한 구성의 태양전지를 제작한다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 이면 패시베이션막(5)(산화알루미늄막(5))의 성막 방법에서는, 반응 용기(11) 내에 미스트법에 의해 용액(14)을 분무하고, 또한 반응 용기(11) 내에 오존을 공급하고, p형 실리콘 기판(4)의 이면상에 산화알루미늄막(5)을 성막하고 있다.
이에 의해, 실시의 형태 1에서 설명한 성막 방법을 채용하여 제작된 태양전지보다도, 본 실시의 형태에서 설명한 성막 방법을 채용하여 제작된 태양전지의 쪽이, 캐리어의 라이프 타임의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 산화알루미늄막(5)의 성막시에, 오존 가스의 첨가를 행함으로써, 산화알루미늄막(5)의 패시베이션 효과를 증대시킬 수 있다.
FZ법(Float Zone technology)을 이용하여, p형 실리콘 기판(4)을 제작하였다. 여기서, 당해 p형 실리콘 기판(4)의 저항률은 3Ω·㎝이고, p형 실리콘 기판(4)의 두께는 280㎛이다.
그리고, 일방의 p형 실리콘 기판(4)에 대해, 실시의 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하고, 당해 일방의 p형 실리콘 기판(4)상에, 막두께가 60㎚인 산화알루미늄막(Al2O3)을 성막하였다. 또한, 타방의 p형 실리콘 기판(4)에 대해, 실시의 형태 2에 관한 성막 방법을 실시하고, 당해 타방의 p형 실리콘 기판(4)상에, 막두께가 60㎚인 산화알루미늄막(Al2O3)을 성막하였다. 여기서, 오존 공급의 유무 이외의 성막 조건은, 양 성막 방법에서 같다.
그리고, Al2O3가 성막된 일방의 p형 실리콘 기판(4) 및 Al2O3가 성막된 타방의 p형 실리콘 기판(4)에 대해, μ-PCD(Microwave Photo Conductivity Decay)법을 이용하여, 캐리어의 라이프 타임을 측정하였다.
결과, 타방의 p형 실리콘 기판(4)에서의 캐리어의 라이프 타임은, 일방의 p형 실리콘 기판(4)에서의 캐리어의 라이프 타임의 5배 이상이라는 결과가 얻어졌다. 즉, 산화알루미늄막(5)의 성막시에 오존을 공급한 쪽이, 대폭적으로 캐리어의 라이프 타임이 향상하는 것이 실험에 의해 확인되었다.
이 발명은 상세히 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에서, 예시이고, 본 발명이 그것으로 한정되는 것이 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형례가, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 해석된다.
4 : p형 실리콘 기판
5 : 이면 패시베이션막(산화알루미늄막)
11 : 반응 용기
13 : 가열기
14 : (원료) 용액
15 : 용액 용기
16 : 미스트화기
17 : 오존 발생기
L1, L2, L3 : 경로
5 : 이면 패시베이션막(산화알루미늄막)
11 : 반응 용기
13 : 가열기
14 : (원료) 용액
15 : 용액 용기
16 : 미스트화기
17 : 오존 발생기
L1, L2, L3 : 경로
Claims (1)
- (A) p형의 도전형을 갖는 실리콘 기판을 준비하는 공정과,
(B) 상기 실리콘 기판의 주면에 대해 패시베이션막을 성막하는 공정과,
(C) 상기 패시베이션막이 형성된 상기 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제작하는 공정을 구비하고,
상기 공정(B)은,
(B-1) 알루미늄 원소를 포함하는 용액을 미스트화하는 공정과,
(B-2) 대기 중에서, 상기 미스트화된 상기 용액을, 상기 실리콘 기판의 상기 주면에 대해 분무함에 의해, 산화알루미늄막인 상기 패시베이션막을 성막하는 공정을 가지고,
상기 공정(B-2)은,
오존을 상기 실리콘 기판에 대해 공급하고, 상기 패시베이션막을 성막하는 공정이고,
상기 공정(B)은 상기 패시베이션막을 성막 속도 10 내지 15㎚/min로 성막하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
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