KR20170139580A - 공확산 공정에서 인 확산을 동시 억제하는 스크린 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 중합체 입자의 존재하에 무기 산화물의, 바람직하게는 이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소의 전구체들에 기초한 하이브리드 겔 형태의 신규한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트에 관한 것으로, 본 발명에 따른 페이스트는 태양 전지의 제조를 위한 단순화된 프로세스에서 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 하이브리드 겔은 도핑 매질 및 확산 장벽 양자 모두로서 기능한다.

Description

공확산 공정에서 인 확산을 동시 억제하는 스크린 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트{SCREEN-PRINTABLE BORON DOPING PASTE WITH SIMULTANEOUS INHIBITION OF PHOSPHORUS DIFFUSION IN CO-DIFFUSION PROCESSES}
본 발명은 유기 중합체 입자의 존재하에 무기 산화물의, 바람직하게는 이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소의 전구체들에 기초한 하이브리드 겔 형태의 신규한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트에 관한 것으로, 본 발명에 따른 페이스트는 태양 전지의 제조를 위한 단순화된 프로세스에서 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 하이브리드 겔은 도핑 매질 및 확산 장벽 양자 모두로서 기능한다.
단순한 태양 전지 또는 현재 시장에서 가장 큰 시장 점유율로 표현되는 태양 전지의 제조는 아래에 약술된 필수적인 제조 단계들을 포함한다.
1. 절단 손상 에칭 및 텍스처
실리콘 웨이퍼 (단결정, 다결정 또는 준단결정, 베이스 도핑 p 또는 n 형) 에서 에칭 방법들에 의해 부착성 절단 손상을 없애고 일반적으로 동일한 에칭 욕에서 "동시에" 텍스처링된다. 이 경우 텍스처링 (texturing) 은 에칭 단계의 결과로서 우선적으로 정렬된 표면 (성질) 의 생성 또는 웨이퍼 표면의 단순히 의도적지만, 특별히 정렬되지 않은 조면화를 의미하는 것으로 받아들여진다. 텍스처링의 결과로서, 웨이퍼의 표면은 이제 확산 리플렉터로서 작용하고 이로써 파장 및 입사 각도에 의존하는 지향성 반사를 감소시켜, 궁극적으로 표면에 입사하는 광의 흡수율의 증가와 이에 따라 태양 전지의 변환 효율의 증가를 낳는다.
실리콘 웨이퍼들의 처리를 위해 위에 언급된 에칭 용액들은 통상적으로, 단결정 웨이퍼들의 경우, 이소프로필 알코올이 용매로서 첨가된 묽은 수산화 칼륨 용액으로 이루어진다. 이소프로필 알코올보다 증기압이 더 높거나 비점이 더 높은 다른 알코올들이 또한, 이에 의해 원하는 에칭 결과를 얻을 수 있다면, 대신 첨가될 수도 있다. 얻어지는 원하는 에칭 결과는 통상적으로, 랜덤하게 배열되거나 또는 더 적절히 말하자면 원래 표면으로부터 에칭되는 정사각형 밑면을 갖는 피라미드들에 의해 특징지어지는 모르폴로지 (morphology) 이다. 따라서, 피라미드들의 밀도, 높이와 따라서 밑면 면적은 에칭 용액의 위에 언급된 성분들, 에칭 온도 및 에칭 탱크에서의 웨이퍼들의 체류 시간의 적절한 선택에 의해 부분적으로 영향을 받을 수 있다. 단결정 웨이퍼들의 텍스처링은 통상적으로, 70 - < 90℃ 의 온도 범위에서 수행되며, 여기서 웨이퍼 측 마다 최대 10 ㎛ 의 재료가 에칭에 의해 제거될 수 있다.
다결정 실리콘 웨이퍼들의 경우, 에칭 용액은 중간 농도 (10 - 15%)를 갖는 수산화 칼륨 용액으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이 에칭 기술은 산업적 실시에서 여전히 거의 사용되지 않는다. 보다 빈번하게는, 질산, 불화수소산 및 물로 이루어지는 에칭 용액이 사용된다. 이 에칭 용액은 다양한 첨가제들, 이를 테면 예를 들어, 황산, 인산, 아세트산, N-메틸피롤리돈, 및 또한 특히 에칭 용액의웨팅 특성 및 또한 그의 에칭 레이트가 특히 영향을 받을 수 있게 하는 계면 활성제에 의해 개질될 수 있다. 이러한 산성 에칭 혼합물은 표면에 네스팅된 에칭 트렌치들 (nested etching trenche) 의 모르폴로지를 만든다. 에칭은 통상적으로, 4 ℃ 와 < 10℃ 사이 범위의 온도에서 수행되며, 여기서 에칭에 의해 제거되는 재료의 양은 일반적으로 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 이다.
텍스처링 직후, 실리콘 웨이퍼들은 후속 고온 처리를 위한 준비로, 이전 처리 단계들의 결과로서 형성된 화학적 산화물 층 및 그 내부 및 또한 그 상부에 흡수 및 흡착된 오염 물질들을 제거하기 위해서, 물로 집중적으로 세정되고 묽은 불화수소산으로 처리된다.
2. 확산 및 도핑
이전 단계에서 에칭 및 세정된 웨이퍼들 (이 경우 p형 베이스도핑) 은 통상적으로 750 ℃ 와 < 1000 ℃ 사이의 상승된 온도에서 산화인으로 이루어진 증기로 처리된다. 이 동작 동안, 웨이퍼들은 관로 (tubular furnace) 내 석영 관에서 건식 질소, 건식 산소 및 염화포스포릴로 이루어진 제어된 분위기에 노출된다. 이를 위해서, 웨이퍼들은 600 과 700 ℃ 사이 온도의 석영관 속으로 도입된다. 가스 혼합물이 석영 관을 통해 운반된다. 강하게 데워진 관을 통한 가스 혼합물의 운반 동안, 염화포스포릴은 분해하여 산화인 (예를 들어, P2O5) 및 염소 가스로 이루어지는 증기를 생산한다. 산화인 증기는, 특히, 웨이퍼 표면 (코팅) 상에 침적한다. 동시에, 실리콘 표면은 이 온도에서 박형 산화물 층의 형성과 함께 산화된다. 침적된 산화인이 이 층에 매립되어, 이산화 규소 및 산화인의 혼합 산화물이 웨이퍼 표면 상에 형성되게 한다. 이 혼합 산화물은 포스포실리케이트 유리 (PSG) 로서 알려져 있다. 이 PSG 는 존재하는 산화인의 농도에 따라 산화인에 대한 상이한 확산 상수 및 상이한 연화점을 갖는다. 혼합 산화물은 실리콘 웨이퍼를 위한 확산 소스의 역할을 하고, 여기서 산화인은 확산하는 동안 PSG 와 실리콘 웨이퍼 사이 계면의 방향으로 확산하고, 웨이퍼 표면에서 실리콘과의 반응에 의해(규소열적으로 (silicothermally)) 인으로 환원된다. 이러한 방식으로 형성된 인은, 그것이 형성되었던 유리 매트릭스에서보다 자릿수 더 높은 실리콘내 용해도를 가지며 따라서 매우 높은 편석 계수 (segregation coefficient) 로 인해 실리콘내에 우선적으로 용해한다. 용해 후, 인은 실리콘에서 농도 구배를 따라 실리콘의 체적속으로 확산한다. 이 확산 프로세스에서, 105 정도의 농도 구배가 1021 atoms/cm2 의 통상적 표면 농도와 1016 atoms/cm2 의 영역에서의 베이스 도핑 사이에 형성된다. 통상적인 확산 깊이는 250 내지 500 nm 이고, 선택된 확산 온도 (예를 들어 약 880 ℃), 그리고 강하게 데워진 분위기에서의 웨이퍼들의 총 노출 지속시간 (가열 & 코팅 페이즈 & 드라이브-인 (drive-in) 페이즈 및 냉각) 에 의존한다. 코팅 페이즈 동안, 통상적으로 40 내지 60 nm 의 층 두께를 갖는 PSG 층이 형성된다. 실리콘의 체적속으로의 확산이 또한 이미 발생하는, PSG 에 의한 웨이퍼들의 코팅 다음에 드라이브-인 페이즈가 뒤따른다. 이것은 코팅 페이즈로부터 분리될 수 있지만, 실제로는 일반적으로 시간 측면에서 코팅에 직접 결합되며, 따라서 보통 동일한 온도에서 또한 수행된다. 여기서 가스 혼합물의 조성은 염화포스포릴의 추가 공급이 억제되는 방식으로 조정된다. 드라이브-인 동안, 실리콘의 표면은 가스 혼합물에 존재하는 산소에 의해 추가로 산화되어, 산화인을 마찬가지로 포함하는산화인-공핍형 이산화 규소 층이 실제 도핑 소스, 고도의 산화인-풍부형 PSG 와 실리콘 웨이퍼 사이에 생성되게 한다. 이 층의 성장은 소스 (PSG) 로부터 도펀트의 질량 흐름 (mass flow) 에 비해 매우 더 빠른데, 이는 산화물 성장이 웨이퍼 자체의 높은 표면 도핑에 의해 가속 (1 내지 2 자릿수 만큼 가속) 되기 때문이다. 이것은 도핑 소스의 공핍 또는 분리가 소정의 방식으로 달성될 수 있게 하며, 확산하는 산화인에 의한 그의 침투는 온도와 따라서 확산 계수에 의존하는 재료 흐름에 의해 영향을 받는다. 이러한 방식으로, 실리콘의 도핑은 소정 한계내에서 제어될 수 있다. 코팅 페이즈 및 드라이브-인 페이즈로 이루어지는 통상의 확산 지속시간은, 예를 들어 25 분이다. 이 처리 후, 관로는 자동으로 냉각되고 웨이퍼는 600℃ 와 700℃ 사이 온도의 프로세스 관으로부터 제거될 수 있다.
n형 베이스 도핑의 형태로 웨이퍼들을 붕소 도핑하는 경우에, 상이한 방법이 사용되는데, 이는 여기에서 따로 설명되지 않을 것이다. 이 경우들에서의 도핑은, 예를 들어, 삼염화붕소 또는 삼브롬화붕소로 수행된다. 도핑을 위해 채용된 가스 분위기의 조성의 선택에 따라, 웨이퍼들 상에서 소위 붕소 스킨의 형성이 관측될 수도 있다. 이 붕소 스킨은 여러 영향 인자들: 결정적으로, 위에 언급된 도핑 분위기, 온도, 도핑 지속시간, 소스 농도 및 결합 (또는 선형 조합된) 파라미터들에 의존한다.
그러한 확산 프로세스들에 있어서, 기판들이 대응 전처리 (예를 들어, 이것을 확산-저지 및/또는 -억제 층 및 재료로 구조화하는 것) 를 미리 받지 않았던 경우, 사용된 웨이퍼들이 (불균질한 가스 흐름들 및 결과적인 불균질한 조성의 가스 포켓들에 의해 형성된 것들 외에도) 바람직한 확산 및 도핑의 어느 영역들도 포함할 수 없음은 말할 것도 없다.
완전성을 위해, 실리콘에 기초한 결정질 태양 전지들의 제조에서 상이한 정도로 확립되어 있는 추가의 확산 및 도핑 기술들도 있다는 것이 여기에서 지적되어야 한다. 따라서, 다음이 언급될 수도 있다:
● 이온 주입,
● 예를 들어, APCVD, PECVD, MOCVD 및 LPCVD 프로세스들에 의한,PSG 및 BSG (보로실리케이트 유리) 의 것들과 같은, 혼합 산화물들의 기상 (gas-phase) 성막을 통해 증진된 도핑,
● 혼합 산화물 및/또는 세라믹 재료들 및 경성 재료들 (예를 들어,질화 붕소) 의 (코)스퍼터링, 후자 2개의 기상 성막, 고체 도펀트 소스들 (예를 들어, 산화 붕소 및 질화 붕소)로부터 시작하는 순수 열 기상 성막, 및
● 그리고 도핑 작용을 갖는 액체들 (잉크들) 및 페이스트들의 액상 성막.
후자는 소위 인라인 (inline) 도핑에서 종종 사용되며, 여기서 도핑될 웨이퍼 측에 적절한 방법들에 의해 대응 페이스트들 및 잉크들이 도포된다. 도포 후 또는 심지어 도포 중에도, 도핑을 위해 채용된 조성물들에 존재하는 용매들은 온도 및/또는 진공 처리에 의해 제거된다. 이것은 실제 도펀트를 웨이퍼 표면 상에 남겨 둔다. 채용될 수 있는 액체 도핑 소스들은, 예를들어 인산 또는 붕산의 묽은 용액, 그리고 또한 졸-겔-계 (sol-gel-based) 시스템들 또는 중합체성 보라질 화합물들의 용액들이다. 대응 도핑 페이스트들은 사실상 추가의 증점 중합체 (thickening polymer) 들의 사용에 의해서만 특징지어지며 적절한 형태의도펀트들을 포함한다. 위에 언급된 도핑 매질들로부터의 용매들의 증발 다음에보통, 고온에서의 처리가 뒤따르며, 이 처리 동안에 원치않고 방해되는 첨가제들 그러나 제형을 위해 필요한 첨가제들이 "연소" 및/또는 열분해된다. 용매들의 제거 및 연소 (burning-out) 는 동시에 일어날 수도 있지만 동시에 일어나야 하는 것은 아니다. 후속하여 코팅된 기판들은 보통, 800 ℃ 와 1000 ℃ 사이의 온도에서 스루-플로우 로 (through-flow furnace) 를 통과하며, 여기서 온도는 통과 시간을 단축하기 위해서 관로에서의 기상 확산과 비교하여 약간 증가될 수도 있다. 스루-플로우 로에서 우세한 가스 분위기는 도핑의 요건들에 따라 상이할 수도 있고, 건식 질소, 건식 공기, 건식 산소 및 건식 질소의 혼합물, 및/또는, 통과될 노의 설계에 따라, 위에 언급된 가스 분위기들 중 하나 또는 다른 것의 구역들로 이루어질 수도 있다. 추가 가스 혼합물들이 고려될 수 있지만, 현재 산업적으로 주요한 중요성을 갖지 않는다. 인라인 확산의 특징은 도펀트의 코팅 및 드라이브-인이원리적으로 서로 분리되어 일어날 수 있다는 것이다.
3. 도펀트 소스의 제거 및 선택적 에지 절연
도핑 후 존재하는 웨이퍼들은 표면의 양측 상의 다소간의 유리로양측이 코팅된다. 이 경우 "다소간" (more or less) 은 도핑 프로세스 동안 적용될 수 있는 개질을 지칭한다: 사용된 프로세스 보우트 (process boat) 들의 일 위치에서 2 개의 웨이퍼들의 백투백 배열 (back-to-back arrangement) 에 의해 증진되는 양면 확산 대 의사 단일면 확산. 후자의 변형은 주로 단일면 도핑을 가능하게 하지만, 이면 상의 확산을 완전히 억제하지는 않는다. 양자 모두의 경우들에서, 현재 기술 수준은 묽은 불화수소산에서의 에칭에 의해 표면들로부터 도핑 후 존재하는 유리의 제거이다. 이를 위해, 웨이퍼들는 한편으로는 배치 (batch) 식으로 습식 공정 보우트로 리로딩되며, 후자의 도움으로 전형적으로 2 % 내지 5 %의, 묽은 불화수소산의 용액에 디핑되며, 거기에서 표면에 유리들이 완전히 없어지거나 또는 필요 에칭 지속시간 및 머신에 의한 프로세스 자동화의 합계 파라미터를 나타내는 프로세스 사이클 지속시간이 만료될 때까지 두어진다. 유리의 완전한 제거는, 예를 들어, 묽은 불화수소산 수용액에 의한 실리콘 웨이퍼 표면의 완전한 디웨팅 (dewetting) 으로부터 확립될 수 있다. PSG 의 완전한 제거는, 예를 들어 2% 불화수소산 용액을 사용하여, 이러한 프로세스 조건들 하에서 실온에서 210 초 이내에 달성된다. 대응 BSG들의 에칭은 더 느리고 더 긴 프로세스 시간 그리고 가능하게는 또한 더 높은 농도의 불화수소산이 사용되는 것을 필요로 한다. 에칭 후, 웨이퍼들은 물로 린싱된다.
다른 한편으로, 웨이퍼 표면들 상의 유리의 에칭은 또한 수평 작업 프로세스에서 수행될 수 있으며, 여기서 웨이퍼들은 대응 프로세스 탱크들 (인라인 머신) 을 웨이퍼들이 수평으로 통과하는 에처 (etcher) 속으로 일정한 흐름으로 도입된다. 이 경우, 웨이퍼들이 또한 프로세스 탱크들 및 그 내부에 존재하는 에칭 용액들을 통해 롤러들 상에서 이송되거나, 또는 에칭 매질은 롤러 도포에 의해 웨이퍼 표면들 상으로 운반된다. PSG 의 에칭 동안 웨이퍼들의 통상의 체류 시간은 약 90 초이고, 사용된 불화수소산은 증가된 에칭 레이트의 결과로서 더 짧은 체류 시간을 보상하기 위해서 배치 프로세스의 경우에서 보다 약간 더 고도로 농축된다. 불화수소산의 농도는 통상적으로 5% 이다. 탱크 온도는 선택적으로 실온 (> 25℃ < 50 ℃) 과 비교하여 추가적으로 약간 증가될 수도 있다.
마지막에 약술된 프로세스에서, 소위 에지 절연을 순차적으로동시에 수행하며, 약간 수정된 프로세스 흐름: 에지 절연 → 유리 에칭을 발생시키는 것이 확립되었다. 에지 절연은 양면 확산의 시스템 내재적 특징으로부터 발생되는 프로세스에서, 또한 의도적인 단일면의 백투백 확산 (single-sided back-to-back diffusion) 의 경우에, 기술적으로 불가피하다. 대면적 기생 p-n 접합은 태양 전지의 (나중에) 이면 상에 존재하고, 이것은 프로세스 엔지니어링의 이유로, 나중에 프로세싱 동안, 부분적으로 그러나 완전하지는 않게, 제거된다. 이것의 결과로서, 태양 전지의 전면 및 이면은 기생 및 잔류 p-n 접합 (터널 콘택) 을 통해 단락될 것이고, 이는 나중에 태양 전지의 변환 효율을 감소시킨다. 이러한 접합의 제거를 위해, 웨이퍼들은 질산 및 불화수소산으로 이루어진 에칭 용액 위로 일측이 통과된다. 에칭 용액은 2차적 구성성분으로서 예를 들어 황산 또는 인산을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 에칭 용액은 웨이퍼의 이면 상에 롤러들을 통해 운반된다 (이송된다). 약 1 ㎛ 의 실리콘 (처리될 표면 상에 존재하는 유리 층을 포함) 은 통상적으로, 4 ℃ 와 8 ℃ 사이 온도로 이 프로세스에서 에칭하는 것에 의해 제거된다. 이 프로세스에서, 웨이퍼의 반대 측에 여전히 존재하는 유리 층은, 이 측 상에 오버에칭에 대한 소정의 보호를 제공하는 마스크의 역할을 한다. 후속하여 이 유리 층은 이미 설명한 유리 에칭의 도움으로 제거된다.
부가적으로, 에지 절연은 또한 플라즈마 에칭 프로세스들의 도움으로 수행될 수 있다. 다음으로, 이 플라즈마 에칭은 일반적으로 유리 에칭 전에 수행된다. 이를 위해서, 복수의 웨이퍼들은 차곡차곡 적층되고 외측 에지들이 플라즈마에 노출된다. 플라즈마에는 불화 가스들, 예를 들어 테트라플루오로메탄이 피드된다. 이 가스들의 플라즈마 분해시 발생하는 반응성 종들은 웨이퍼의 에지들을 에칭한다. 일반적으로, 그 후 플라즈마 에칭 다음에 유리 에칭이 뒤따른다.
4. 반사방지 층에 의한 전면의 코팅
유리의 에칭 및 선택적 에지 절연 후에, 나중 태양 전지들의 전면은, 보통 비정질 및 수소-풍부 질화 규소로 이루어지는, 반사방지 코팅으로 코팅된다. 대안의 반사방지 코팅이 고려될 수 있다. 가능한 코팅들은 이산화티탄, 불화마그네슘, 이산화주석 및/또는 이산화 규소 및 질화규소의 대응하는 적층된 층들로 이루어질 수도 있다. 하지만, 상이한 조성을 갖는 반사방지 코팅들이 또한 기술적으로 가능하다. 위에 언급된 질화규소에 의한 웨이퍼 표면의 코팅은 본질적으로 2가지 기능들을 이행한다: 한편으로 그 층은 많은 통합된 양 전하들로 인해 전기장을 생성하고, 이는 실리콘내 전하 캐리어들을 표면으로부터 멀리 유지할 수 있고 실리콘 표면에서의 이 전하 캐리어들의 재결합 레이트를 상당히 감소시킬 수 있으며 (필드 효과 패시배이션), 다른 한편으로, 이 층은 그의 광학적 파라미터들, 이를 테면 예를 들어, 굴절률 및 층 두께에 따라, 반사 감소 (reflection-reducing) 특성을 생성하고, 이는 나중의 태양 전지에 더 많은 광이 결합되는 것을 가능하게 하는데 기여한다. 그 2가지 효과들은 태양 전지의 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 현재 사용되는 층들의 통상적인 특성들은: 위에 언급된 질화규소만 사용 시 ~80 nm 의 층 두께이며, 약 2.05 의 굴절률을 갖는다. 반사방지 감소는 600 nm 의 광 파장 영역에서 가장 분명히 나타난다. 여기서 지향성 및 비지향성 반사는 원래 입사 광 (실리콘 웨이퍼의 수직 면에 대한 수직 입사) 의 약 1 % 내지 3 % 의 값을 나타낸다.
위에 언급된 질화규소 층은 현재 일반적으로 직접 PECVD 프로세스에 의해 표면 상에 성막된다. 이를 위해서, 실란 및 암모니아가 도입되는 플라즈마가 아르곤 가스 분위기에서 점화한다. 실란 및 암모니아는 이온성 및 자유-라디칼 반응들을 통해 플라즈마에서 반응되어 질화규소를 생성하고 동시에 웨이퍼 표면 상에 성막된다. 층들의 특성들은 예를 들어, 반응물의 개별 가스 흐름들을 통해, 조정되고 제어될 수 있다. 위에 언급된 질화규소 층들의 성막은 또한 캐리어 가스로서 수소와 함께 및/또는 반응물 단독으로 수행될 수 있다. 통상적인 성막 온도는 300 ℃ 와 400 ℃ 사이의 범위이다. 대안의 성막 방법들은, 예를 들어 LPCVD 및/또는 스퍼터링일 수 있다.
5. 전면 전극 그리드의 제조
반사방지 층의 성막 후, 전면 전극이 질화규소로 코팅된 웨이퍼 표면 상에 정의된다. 산업적 실시에 있어서, 금속성 소결물 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄 방법의 도움으로 전극을 제조하는 것이 확립되어 있다. 하지만, 이것은 단지 원하는 금속 콘택들의 제조를 위한 많은 상이한 가능성들 중 하나일 뿐이다.
스크린 인쇄 금속화 (screen-printing metallisation) 에 있어서, 은 입자이 매우 풍부한 페이스트 (은 함량 ≤ 80%) 가 일반적으로 사용된다. 나머지 구성성분들의 합계는, 페이스트의 제형을 위해 필요한 유동학적 보조물 (assistant) 들, 이를 테면 예를 들어, 용매, 바인더 및 증점제 (thickener) 로부터 발생한다. 또한, 은 페이스트는 특수 유리 프릿 (special glass-frit) 혼합물, 보통 이산화 규소, 보로실리케이트 유리, 및 또한 산화납 및/또는 산화비스무트에 기초한 산화물 및 혼합 산화물을 포함한다. 유리 프릿은 본질적으로 2가지 기능들을 이행한다: 한편으로, 웨이퍼 표면과 소결될 은 입자들의 덩어리 사이의 접착 증진제의 역할을 하고, 다른 한편으로, 하지 실리콘과의 직접적인 오믹 콘택을 용이하게 하기 위해서 질화규소 상단층의 침투를 담당한다. 질화규소의 침투는 실리콘 표면속으로 유리 프릿 매트릭스에서 용해된 은의 후속 확산과 함께 에칭 프로세스를 통해 일어나며, 이에 의해 오믹 콘택 형성이 달성된다. 실제로, 은 페이스트는 스크린 인쇄에 의해 웨이퍼 표면 상에 성막되고 후속하여 몇 분 동안 약 200 ℃ 내지 300 ℃ 의 온도에서 건조된다. 완전성을 위해, 산업적으로 이중 인쇄 프로세스들이 또한 사용되고, 이는 제 2 전극 그리드가 제 1 인쇄 단계 동안 생성된 전극 그리드 상에 정확한 레지스트레이션 (registration) 으로 인쇄되는 것을 가능한다는 것이 언급되어야 한다. 따라서, 은 금속화의 두께가 증가되어, 전극 그리드에서의 전도성에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 건조 동안, 페이스트에 존재하는 용매들은 페이스트로부터 배출된다. 인쇄된 웨이퍼는 후속하여 스루 플로우 로를 통과한다. 이러한 타입의 로는 일반적으로 복수의 가열 구역들을 가지며, 이 구역들은 서로 독립적으로 활성화되고 온도 제어될 수 있다. 스루 플로우 로의 패시배이션 동안, 웨이퍼들은 약 950 ℃ 에 이르기까지의 온도로 가열된다. 하지만, 개별 웨이퍼는 일반적으로 단지 몇 초 동안만 이 피크 온도로 처리된다. 스루 플로우 페이즈의 나머지 동안, 웨이퍼는 600 ℃ 내지 800 ℃ 의 온도를 갖는다. 이 온도에서, 예를 들어 바인더와 같은, 은 페이스트에 존재하는 유기 수반 물질은 연소되고, 질화규소 층의 에칭이 개시된다. 우세한 피크 온도의 짧은 시간 구간 동안, 실리콘과의 콘택 형성이 일어난다. 후속하여 웨이퍼가 냉각될 수 있게 한다.
이 방식에서 간략하게 약술된 콘택 형성 프로세스는 보통 2개의 나머지 콘택 형성들 (6 및 7 참조) 과 동시에 수행되는데, 그래서 동시 소성 (co-firing) 프로세스라는 용어가 이 경우에 사용된다.
전면 전극 그리드는 그 자체로, 통상적으로 80 ㎛ 내지 140 ㎛ 의 폭을 갖는 박형 핑거들 (통상적인 수 ≥ 68), 및 또한 1.2 mm 내지 2.2 mm 범위의 폭들을 갖는 버스바들 (그들의 수, 통상적으로 2 내지 3 에 따름) 로 이루어진다. 인쇄된 은 엘리먼트들의 통상적인 높이는 일반적으로 10 ㎛ 와 25 ㎛ 사이이다. 종횡비는 0.3 보다 거의 크지 않다.
6. 이면 버스바들의 제조
일반적으로, 이면 버스바들이 마찬가지로 스크린 인쇄 프로세스에 의해 도포되고 정의된다. 이를 위해서, 전면 금속화를 위해 사용되는 것과 유사한 은 페이스트가 사용된다. 이 페이스트는 유사한 조성을 갖지만, 통상적으로 알루미늄의 비율이 2 % 를 차지하는 알루미늄 및 은의 합금을 포함한다. 게다가, 이 페이스트는 더 낮은 유리 프릿 함량을 포함한다. 일반적으로 2개의 유닛들인 버스바들이 4 mm 의 통상의 폭으로 스크린 인쇄에 의해 웨이퍼의 이면 상에 인쇄되고 사항 5 에서 이미 설명된 바처럼 압축 (compact) 및 소결된다.
7. 이면 전극의 제조
이면 전극은 버스바들의 인쇄 후 정의된다. 전극 재료는 알루미늄으로 이루어지는데, 그래서 알루미늄 함유 페이스트가 전극의 정의를 위해 에지 세퍼레이션 ＜ 1 mm 로 스크린 인쇄에 의해 웨이퍼 이면의 나머지 자유 영역 (free area) 상에 인쇄된다. 페이스트는 ≤ 80 % 알루미늄으로 구성된다. 나머지 성분들은 사항 5 에서 이미 언급된 것들 (이를 테면, 예를 들어 용매, 바인더 등) 이다. 알루미늄 페이스트는 가온 동안 용융하기 시작하는 알루미늄 입자들 및 용융된 알루미늄에 용해하는 웨이퍼로부터의 실리콘에 의해 동시 소성 동안 웨이퍼에 본딩된다. 용융된 혼합물은 도펀트 소스로서 작용하고 알루미늄을 실리콘에 방출하며 (용해도 한계: 0.016 원자 퍼센트), 여기서 실리콘은 이 드라이브-인의 결과로서 p+ 도핑된다. 웨이퍼의 냉각 동안, 577 ℃ 에서 응고하고 Si 의 몰분율이 0.12인 조성을 가지는, 실리콘 및 알루미늄의 공융 (eutectic) 혼합물이 특히 웨이퍼 표면 상에 성막된다.
실리콘 내부로의 알루미늄의 드라이브-인의 결과로서, 실리콘에서 자유 전하 캐리어들의 부분들 상에 미러의 타입 ("전기 미러") 으로서 작용하는, 고도 도핑된 p형 층이 웨이퍼의 이면 상에 형성된다. 이 전하 캐리어들은 이러한 포텐셜 벽을 극복할 수 없으므로 매우 효율적으로 이면 웨이퍼 표면으로부터 멀리 유지되는데, 이것은 이와 같이 이 표면에서 전하 캐리어들의 전체 감소된 재결합 레이트로부터 분명하다. 이러한 포텐셜 벽은 일반적으로 "이면 필드" 로서 지칭된다.
사항들 5, 6 및 7 에서 설명된 프로세스 단계들의 순서는, 여기서 약술된 순서에 대응할 수도 있지만, 그래야 하는 것은 아니다. 약술된 프로세스 단계들의 순서는 원리적으로 임의의 고려가능한 조합으로 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 분명하다.
8. 선택적 에지 절연
웨이퍼의 에지 절연이 사항 3 에서 설명된 바와 같이 아직 수행되지 않은 경우, 이것은 통상적으로 동시 소성 후 레이저 빔 방법들의 도움으로 수행된다. 이를 위해서, 레이저 빔은 태양 전지의 전면으로 지향되고, 전면 p-n 접합은 이러한 빔에 의해 결합되는 에너지의 도움으로 분리된다. 레이저의 작용의 결과로서 최대 15 ㎛ 의 깊이를 갖는 절삭 트렌치들이 여기서 생성된다. 실리콘은 애블레이션 메커니즘 (ablation mechanism) 을 통해 처리된 사이트로부터 제거되거나 레이저 트렌치로부터 배출된다. 이러한 레이저 트렌치는 통상적으로, 30 ㎛ 내지 60 ㎛ 의 폭을 가지며 태양 전지의 에지로부터 약 200 ㎛ 떨어져 있다.
제조 후에, 태양 전지들은 그 개개의 성능들에 따라 개개의 성능 범주들로 특성화되고 분류된다.
당업자는 n 형 그리고 또한 p형 베이스 재료 양자 모두를 갖는 태양 전지 아키텍처들에 익숙하다. 이러한 태양 전지 유형들은 특히,
● PERC 태양 전지,
● PERL 태양 전지,
● PERT 태양 전지,
● 이들로부터 도출된 MWT-PERT 및 MWT-PERL 태양 전지,
● 양면 태양 전지,
● 이면 콘택 전지,
● 인터디지털 (intergital) 콘택들을 갖는 이면 콘택 전지 (IBC 전지) 을 포함한다.
도입부에서 이미 설명된 기상 도핑에 대한 대안으로서, 대안의 도핑 기술들의 선택은 일반적으로 실리콘 기판 상에 국부적으로 상이하게 도핑된 영역들을 만드는 문제를 해결할 수 없다. 여기서 언급될 수도 있는 대안의 기술들은 PECVD 및 APCVD 프로세스들에 의한 도핑된 유리의 또는 비정질 혼합 산화물의 성막이다. 이러한 유리 아래에 위치된 실리콘의 열적으로 유도된 도핑은 이 유리들로부터 쉽게 달성될 수 있다. 하지만, 국부적으로 상이하게 도핑된 영역들을 생성하기 위해서, 이러한 유리는 대응 구조들을 그로부터 생산하기 위해서 마스크 프로세스들에 의해 에칭되어야 한다. 대안적으로, 유리의 성막에 대한 구조화된 확산 장벽들이 도핑될 영역들을 정의하기 위해서 실리콘 웨이퍼들 상에 성막될 수 있다. 하지만, 이 프로세스에서 불리하게도, 각각의 경우 단지 하나의 극성 (n 또는 p) 만이 기판들의 도핑에서 달성될 수 있다.
도 1은 IBC 태양 전지를 통해 단순화된 단면을 도시한다 (축척대로가 아니며, 표면 텍스처가 없으며, 반사방지 및 패시베이션 층이 없으며, 이면 금속화를 갖지 않음). 교번하는 pn 접합들은, 예를 들어, 서로 바로 인접하거나 또는 진성 영역과의 갭을 갖는 것과 같이 상이한 배열을 가질 수 있다.
아래에서, 소위 IBC 태양 전지 (도 1) 의 제조 프로세스의 가능한 발췌에 대해 단순화된 방식으로 집중하기로 한다. 이 발췌 및 이와 같이 약술된 부분 프로세스는 이 고려에서 완전성 또는 배타성을 주장하지 않는다. 설명된 프로세스 체인의 편차와 수정은 쉽게 상상될 수 있고 또한 달성될 수 있다. 출발점은 CZ 웨이퍼이며, 이것은, 예를 들어, 일측이 알칼리 연마되거나 또는 절단 손상 에칭된 표면을 갖는다. 이 웨이퍼는, 예를 들어 200 nm 이상과 같은 적절한 두께의 CVD 산화물에 의해, 연마되지 않고 따라서 나중에 전면이 되는 일측의 전체 표면을 덮게 코팅된다. 일측에 CVD 산화물로 코팅한 후, 웨이퍼는 예를 들어 전구체로서 삼브롬화 붕소에 의해, 종래의 관로에서 B 확산을 받는다. 붕소 확산 후, 웨이퍼는 이제 확산된 이면 상에 국부적으로 구조화되어 나중에 베이스에 대한 나중의 콘택들을 위한 그리고 이 경우에 인으로 확산된 국부 이면 필드의 제조를 위한 영역들을 정의하고 궁극적으로 생성해야 한다. 이러한 구조화는, 예를 들어, 이면 상에 존재하는 도핑된 유리를 국부적으로 애블레이팅하는 레이저의 도움으로 달성될 수 있다. 고효율 태양 전지의 생산에 레이저 방사선을 사용하는 것은 실리콘 웨이퍼의 벌크에 대한 손상 때문에 문제가 된다. 그러나, 단순화를 위해, 그것은 가능했고 추가의 근본적인 문제가 없었거나 또는 없다고 가정하기로 한다. 다음으로, 적어도 표면에 존재하는 확실하게 손상된 실리콘은 레이저 처리 후에, 알칼리 손상 에칭의 도움으로 제거되어야 한다. 실제적으로, 이 지점에 존재하는 붕소 이미터는, 동시에 용해되고 제거되는데 (이 경우에 마찬가지로, 보통 알려진 바와 같이, 고도로 붕소-도핑된 실리콘은 KOH계 에칭 용액에 대한 에칭 스톱이 아닌 것으로 가정된 것을 조건으로 하며)-폐쇄 지점에서 남은 보로실리케이트 유리 (BSG) 가 KOH 용액에 대한 실리콘의 적절한 보호를 나타낸다는 것이 정당하게 가정될 수 있는 것을 조건으로 한다 (80 ℃에서 30 % KOH 중의 SiO2의 에칭 레이트는 약 3nm/min 이며, 이것은 BSG의 경우 "무질서한 산화물"이 가정되면 KOH 에서 다소 더 높을 수 있다). 플래토 (plateau) 또는 트렌치 유형이 여기서 실리콘내에 에칭된다. 대안적으로, 예를 들어 스크린 인쇄에 의해 이면에 에칭 마스크를 도포하고 후속하여 2개의 연속적 또는 심지어 단 하나의 에칭 단계의 도움으로 개방 지점들을 처리함으로써 나중의 국부적인 이면 필드에 대한 베이스 콘택이 생성될 수 있다: 불화수소산에서의 에칭 및 후속하여 KOH 용액에서의 에칭, 또는 한 단계로 양쪽 모두 재료의 에칭에 의해 하나의 표면으로부터의 유리의 제거. 에칭 마스크 및 도핑된 유리 중 어느 하나 또는 도핑된 유리만이 후속하여, 각각의 경우에, 이면의 일측으로부터 제거된다. CVD 산화물 층이 후속하여 웨이퍼의 이면 상에 성막되고, 정확하게는 붕소 이미터가 이전에 제거되었던 지점에서, 국부적으로 개방되고 구조화된다. 후속하여 웨이퍼는 인 확산을 받는다. 이 확산의 프로세스 파라미터들이 어떻게 상세하게 보이는지에 따라, 정확하게는, 예를 들어, 인 확산의 수행이 BSG 유리의 동시적 존재에서 이미 획득된 붕소 도핑 프로파일에 더 이상 영향을 미치지 않거나, 또는 제어가능한 방식으로 그것에 영향을 미치는 경우에, 위에서 설명된 구조화를 한번만 수행하기만 하면 된다. 이어서, 웨이퍼의 일측에서 그 전면 상의 보호 산화물을 없애고 약한 인 확산 처리한다. 단순화를 위해, 이 시점에서 이면에 존재하는 BSG 유리는 웨이퍼 표면 상에 잔류할 수 있고 따라서 더 이상의 간섭 또는 영향을 야기하지 않는다고 가정되었다. 전면에서의 약한 확산 후에, 웨이퍼들은 불화수소산으로 에칭되고 모든 산화물 및 유리가 제거된다. 전체적으로, 위에서 약술된 프로세스는 다음의 단계들 및 이들의 전체 수에 의해 특성화된다 (레이저 프로세스에 의한 구조화를 위해 단순화된 용어들로 설술되며; 에칭 레지스트의 사용의 경우, 레지스트의 인쇄 및 스트리핑이 또한 추가되야 한다):
1. 전체 전면 상의 산화물 마스크
2. 붕소 확산
3. 이면의 구조화 및 에칭
4. 전체 이면 상의 산화물 마스크
5. 이면의 구조화
6. 인 확산
7. 전면 상의 산화물 마스크의 제거
8. 인 확산
9. 모든 유리의 제거
전체적으로, 9개의 프로세스 단계들이 웨이퍼의 구조화된 도핑을 달성하기 위해 필요하다. 대조적으로, 카운팅 방법에 따라, 전체 표준 알루미늄 BSF 태양 전지의 생산을 위해 8개의 프로세스 단계들이 필요하다. IBC 전지의 제조에 있어서, 다른 가능성들이 사용 가능할 수도 있으며, 구조화된 도핑을 달성하기 위한 노력은 각각의 경우에 매우 높으며, 이들 경우들의 각각의 경우에 비용이 많이 들며, 경우에 따라 단일 표준 알루미늄 BSF 태양 전지의 제조처럼 비용이 많이 든다. 이 전지 기술의 추가적인 확산은 각각의 경우 프로세스 비용의 절감에 달려 있으며, 따라서 이것은 프로세스를 단순화함에도 불구하고 높은 전지 효율을 가능하게 하는 대안들의 확립으로부터 현저하게 이득을 볼 것이다.
목적
특히 염화포스포릴 및/또는 삼브롬화 붕소와 같은 반응성 전구체들과의 기상 촉진 확산에 의해, 태양 전지의 산업적 제조에 보통 사용되는 도핑 기술들은, 국부 도핑 및/또는 국부적으로 상이한 도핑이 목표된 방식으로 실리콘 웨이퍼들 상에 생성되는 것을 가능하게 하지 않는다. 알려진 도핑 기술을 사용하여 이러한 구조를 생성하는 것은 기판들의 복잡하고 값 비싼 구조화를 통해서만 가능하다. 그 구조화 동안, 다양한 마스킹 프로세스들은 서로 매칭되어야 하고, 이는 그러한 기판들의 산업적 대량 생산을 매우 복잡하게 만든다. 이러한 이유 때문에, 그러한 구조화를 필요로 하는 태양 전지의 제조를 위한 개념은 지금까지는 자리 잡을 수 없었다. 따라서, 본 발명의 목적은 수행하기 용이한 비용이 적게 드는 프로세스, 및 이 프로세스에 사용될 수 있는 매질을 제공하는 것이며, 이로써 이들 문제점 및 보통 필요한 마스킹 단계들이 쓸모 없어지고 따라서 제거된다. 또한, 국부적으로 도포될 수 있는 도핑 소스는, 바람직하게는 태양 전지 제조 기술 분야에서 확립된 알려진 인쇄 기술에 의해 웨이퍼 표면에 도포될 수 있다는 사실에 의해 구별된다. 또한, 본 발명에 따른 프로세스의 특별한 특징은, 사용되는 인쇄 가능한 도핑 매질이 종래에 산업에서 사용되는 기상 도펀트 염화 포스포릴, 및 또한 유사한 도펀트들 (이들은, 정확하게 표현하면, 기상에서 연소의 결과로서 오산화인으로 변환되는 도펀트들일 수 있음) 에 대한 확산 저지 작용을 가지며, 따라서 가장 단순한 방식으로, 실리콘에서 반대 극성들의 동시적 또는 순차적 도핑을 위해 2개의 도펀트들에 의한 동시적일 뿐만 아니라, 임의의 원하는 순차적 확산 및 도핑을 허용한다는 사실로부터 발생된다.
본 발명의 간단한 설명
본 발명은 이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소등의 전구체들에 기초한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트 및/또는 겔에 관한 것으로서, 이들은 태양 전지의 제조에 있어서, 바람직하게는 구조화된 방식으로 도핑된 고효율 태양 전지들의 제조에 있어서 적합한 인쇄 프로세스들에 의해 일측상의 국부 및/또는 전체 영역 확산 및 도핑의 목적으로 실리콘 표면들 상에 인쇄되고, 건조되며 후속하여 붕소 페이스트 아래 위치된 기판으로 건조된 페이스트에 존재하는 산화 붕소 전구체의 방출을 위해 적합한 고온 프로세스에 의해 기판 자체에 특정 도핑된다.
인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트는 다음의 산화물 재료의 전구체를 기반으로 한다:
a) 이산화 규소: 대칭 및 비대칭 1- 내지 4치환 카르복시-, 알콕시- 및 알콕시알킬실란, 명시적으로 알킬알콕시실란을 포함함, 여기서 중심 규소 원자는 규소 원자에 직접 본딩된 적어도 하나의 수소 원자에 의한 [라쿠나 (lacuna) ] 의 치환도를 가질 수 있음, 이를테면 예를 들어, 트리에톡시실란, 그리고 여기서 또한 치환도는 존재하는 가능한 카르복실 및/또는 알콕시 기들의 수에 관한 것임, 이들은, 양자 모두 알킬 및/또는 알콕시 및/또는 카르복실 기들의 경우에, 개별 또는 상이한 포화, 불포화 분지, 비분지 지방족, 지환족 및 방향족 라디칼들을 함유함, 이들은 차례로 일킬, 일콕시드 또는 카르복실 라디칼의 임의의 원하는 위치에서 O, N, S, Cl 및 Br 그룹으로부터 선택된 헤테로원자들에 의해 관능화될 수도 있음, 및 위에서 언급된 전구체들의 혼합물; 위에서 언급된 요구들을 만족시키는 개개의 화합물들은: 테트라에틸 오르토실리케이트 등, 트리에톡시실란, 에톡시트리메틸실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 비스[트리에톡시실릴]에탄 및 비스[디에톡시메틸실릴]에탄 등이다
b) 산화 알루미늄: 대칭 및 비대칭 치환된 알루미늄 알코올레이트 (알콕시드), 이를테면 알루미늄 트리에탄올레이트, 알루미늄 트리이소프로필레이트, 알루미늄 트리-sec-부틸레이트, 알루미늄 트리부틸레이트, 알루미늄 트리아밀레이트 및 알루미늄 트리이소펜타놀레이트, 알루미늄 트리스(β-디케톤), 이를테면 알루미늄 아세틸아세토네이트 또는 알루미늄 트리스(1,3-시클로헥산디오네이트), 알루미늄 트리스(β-케토에스테르), 알루미늄 모노아세틸아세토네이트 모노알코올레이트, 알루미늄 트리스(하이드록시퀴놀레이트), 알루미늄 비누, 이를테면 단- 및 이염기 알루미늄 스테아레이트 및 알루미늄 트리스테아레이트, 알루미늄 카르복실레이트, 이를테면 염기성 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 트리아세테이트, 염기성 알루미늄 포메이트, 알루미늄 트리포메이트 및 알루미늄 트리옥타노에이트, 수산화 알루미늄, 알루미늄 메타하이드록시드 및 알루미늄 트리클로라이드 등, 및 이들의 혼합물
c) 산화 붕소: 산화 이붕소, 단순 알킬 보레이트, 이를테면 트리에틸 보레이트, 트리이소프로필 보레이트, 관능화된 1,2-글리콜, 이를테면 예를 들어 에틸렌 글리콜, 관능화된 1,2,3-트리올, 이를테면 예를 들어, 글리세롤, 관능화된 1,3-글리콜, 이를테면 예를 들어, 1,3-프로판디올의 붕산 에스테르, 붕산 에스테르와, 구조적 서브 단위로서 위에 언급된 구조적 모티프 (motif) 들, 이를테면 예를 들어, 2,3-디히드록시숙신산 및 이들의 거울상이성질체를 함유하는 붕산 에스테르, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로판올아민, 디프로판올아민 및 트리프로판올아민의 붕산 에스테르, 붕산 및 카르복실산의 혼합 무수물, 이를테면 예를 들어, 테트라아세톡시 디보레이트, 붕산, 메타붕산, 및 위에 언급된 전구체들의 혼합물,
이들은 동시에 또는 순차적으로 졸-겔 기술의 도움으로 함수 또는 무수 조건하에서 부분적으로 또는 전체적으로 종내 및/또는 종간 축합되고, 형성된 도핑 잉크 및 도핑 잉크 겔의 겔화 정도는 전구체 농도, 수분 함량, 촉매 함량, 반응 온도 및 시간, 축합 제어제, 이를테면 예를 들어 다양한 위에서 언급된 착화제 및 킬레이트제의 첨가, 이들의 다양한 용매 및 개별 체적 분율, 및 또한 용이 휘발성인 반응 보조제 및 불리한 부산물의 특정 제거와 같은 응축 조건 세트의 결과로서 특히 제어되고 원하는 방식으로 영향을 받아, 저장 안정성, 매우 용이하게 인쇄 가능하고 인쇄 안정적인 제형을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트는 적어도 하나의 고전적 중합체성 증점 물질을 포함하고, 이들 레올로지 영향 물질들은, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐부티랄, 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 미세결정 셀룰로오스, 나트륨 전분 글리콜레이트, 크산탄 및 젤란 검, 젤라틴, 한천, 알긴산 및 알기네이트, 구아 가루 (guar flour), 펙틴, 카루빈 (carubin), 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 회합 증점 폴리우레탄, 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되지만, 여기서 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐부티랄 및 에틸셀룰로오스 및 이들의 혼합물이 특히 바람직하다.
이러한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트는 중합체성 증점 물질을 사용하여 조제되며, 여기서 이들은 회합적으로 그리고 따라서 예를 들어 배위 및 킬레이트 메카니즘을 통해 하이브리드 졸의 부분들과 구조 형성 방식으로 상호작용하여, 중합체성 증점 화합물의 단독 사용을 통한것보다 현저히 더 확연한 구조적 점성을 낳는다.
특히, 본 발명은, 레올로지를 개질하고 또한 건조된 페이스트의 층 두께에 긍정적 영향을 주는 입자상 제형 보조제 (particulate formulation assistant) 로서, 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄, 콜로이드적 침적성 또는 고 분산 이산화 규소, 이산화 주석, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화규소, 알루미늄 티타네이트, 이산화 티탄, 탄화 티탄, 질화 티탄, 탄질화 티탄을 사용하여 조제된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트에 관한 것이다.
이들 붕소 도핑 페이스트는, 스핀 또는 딥 코팅, 드롭 캐스팅, 커튼 또는 슬롯-다이 코팅, 스크린 또는 플렉소그래피 인쇄, 그라비어, 잉크젯 또는 에어로졸 젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 미세접촉 인쇄, 전기수력학적 디스펜싱 (electrohydrodynamic dispensing), 롤러 또는 스프레이 코팅, 초음파 스프레이 코팅, 파이프 젯 프린팅, 레이저 전사 인쇄, 패드 인쇄, 플랫 베드 스크린 인쇄 및 회전식 스크린 인쇄와 같은 인쇄 프로세스들에 의해, 하지만 특히 바람직하게는 플랫 베드 스크린 인쇄에 의해 처리될 표면들 상에 프로세싱 및 성막될 수 있다.
광기전, 미세전자, 미세기계 및 미세-광학 응용을 위해 실리콘 웨이퍼의 처리용 도핑 매질로서의 청구항 1 내지 6 에 대응하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
이에 의해 제공되는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트들은, PERC, PERL, PERT, 및 IBC 태양 전지들 등의 제조를 위해 특히 적합하고, 여기서 태양 전지들은 MWT, EWT, 선택적 이미터, 선택적 전면 필드, 선택적 이면 필드 및 양면성 (bifaciality) 과 같은 추가 아키텍처 특징들을 갖는다.
특히, 본원에 기재된 신규한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트는 실리콘 상에 붕소-함유 도핑 매질로서 작용할뿐만 아니라 이들 매질 자체를 통한 인의 확산에 대한 확산 장벽 또는 확산 저지 층으로서 작용하는 데 그리고 이것을 완전히 차단 또는 적당한 정도로 저지하여, 이러한 인쇄된 매질 (printed-on media) 밑에 우세한 도핑이 p형, 즉 붕소-함유가 되게 하는데 양자 모두에 적합하다.
본 발명에 따른 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트는, 적합한 온도 처리를 통해, 인쇄된 기판의 도핑 및 미인쇄 실리콘 웨이퍼 표면을 반대 극성의 도펀트들로 종래의 기상 확산에 의해 동시적으로 및/또는 순차적으로 도핑하는 것을 유도하는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었고, 여기서 인쇄된 붕소 도핑 페이스트는 반대 극성의 도펀트들에 대해 확산 장벽으로서 작용한다.
본 발명에 따라, 여기에 설명된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트를 사용한 태양 전지의 제조 방법은 다음을 특징으로 한다
a) 실리콘 웨이퍼는 붕소 도핑 페이스트로 일측 또는 양측이 국부적으로 또는 일측의 전체 전체 표면 상에 인쇄되고, 페이스트는 건조, 압축되며, 이어서 실리콘 웨이퍼는 예를 들어 염화 포스포릴로 후속 기상 확산을 받아, 인쇄된 영역들에 p형 도핑을 제공하고, 오직 기상 확산만 받은 영역들에서 n형 도핑을 제공하거나, 또는
b) 실리콘 웨이퍼 상에 큰 영역에 걸쳐 인쇄된 붕소 도핑 페이스트가 압축되고, 하지 기판 재료의 국부 도핑이 레이저 방사의 도움으로 건조 및/또는 압축된 페이스트로부터 개시되고, 다음으로 실리콘에서 2-단계 p형 도핑 레벨을 생성하기 위한 고온 확산 및 도핑이 뒤따르거나, 또는
c) 실리콘 웨이퍼는 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 여기서 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 실리콘 웨이퍼는 이어서 PVD- 및/또는 CVD- 증착된 인-도핑 도펀트 소스의 도움으로 웨이퍼의 동일한 측의 전체 표면 상에 코팅되고, 여기서 붕소 도핑 페이스트의 인쇄된 구조는 캡슐화되고, 전체 중첩 구조가 적절한 고온 처리에 의해 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 여기서 인쇄된 붕소 페이스트는 상단에 위치한 인-함유 도펀트 소스 및 내부에 존재하는 도펀트에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
d) 실리콘 웨이퍼는 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 여기서 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 도핑 도핑 잉크 또는 도핑 페이스트의 도움으로 웨이퍼의 동일한 측의 전체 표면 상에 코팅되고, 여기서 붕소 도핑 페이스트의 인쇄된 구조가 캡슐화되고, 전체 중첩 구조가 적절한 고온 처리에 의해 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 여기서 인쇄된 붕소 페이스트는 상단에 위치한 인-함유 도펀트 소스 및 내부에 존재하는 도펀트에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
e) 실리콘 웨이퍼는 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조들은 건조 및 압축되며, 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 페이스트의 도움으로 이전 인쇄와 비교하여 네가티브 구조로 웨이퍼의 동일한 측에 인쇄되고, 전체 구조는 일측에 그리고 반대측의 전체 표면 상에, 예를 들어 염화 포스포릴과 같은 종래 인계 기상 확산 소스의 존재하에서 적합한 고온 처리에 의해 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 여기서 인쇄된 붕소 페이스트는 동시에 존재하는 다른 인 함유 확산 소스들에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
f) 실리콘 웨이퍼는 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 페이스트의 도움으로 이전 인쇄와 비교하여 네가티브 구조로 웨이퍼의 동일한 측에 인쇄되고, 동일한 웨이퍼의 반대측은 이어서 추가 인 도핑 페이스트로 인쇄되고, 여기서 인 도핑 페이스트들의 도포의 인쇄 단계들의 순서는 반드시 상기 시리즈로 일어날 필요는 없고, 전체 구조는 일측에 그리고 반대측의 전체 표면 상에 적합한 고온 처리에 의해 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 여기서 인쇄된 붕소 페이스트는 동시에 존재하는 다른 인 함유 확산 소스들에 대한 확산 장벽으로서 작용한다.
본 발명의 상세한 설명
놀랍게도, 졸-겔 프로세스에 기초하여 조제된 붕소-함유 도핑 잉크는 매우 용이하게 인쇄 가능한 제형들이 그로부터 얻어질 수 있는 그러한 방식으로 고전적인 증점제의 도움으로 제형화될 수 있다는 것을 알아냈다. 고려될 수도 있는 적합한 인쇄 프로세스들은 적어도 아래에 언급되는 것들이다: 스핀 또는 딥 코팅, 드롭 캐스팅, 커튼 또는 슬롯-다이 코팅, 스크린 또는 플렉소그래피 인쇄, 그라비어, 잉크젯 또는 에어로졸 젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 미세접촉 인쇄, 전기수력학적 디스펜싱, 롤러 또는 스프레이 코팅, 초음파 스프레이 코팅, 파이프 젯 인쇄, 레이저 전사 인쇄, 패드 인쇄, 플랫 베드 스크린 인쇄 및 회전식 스크린 인쇄. 페이스트 내로 추가로 제형화되는 붕소-함유 도핑 잉크는 바람직하게는 스크린 인쇄 프로세스의 도움으로 실리콘 표면 상에 인쇄되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 붕소-함유 도핑 잉크는 졸-겔 프로세스의 도움으로 여기에서 조제되며 적어도 다음의 산화물: 산화 알루미늄, 이산화 규소 및 산화 붕소의 산화물 전구체로 이루어진다. 언급된 산화물 전구체의 혼합비는 무작위로 선택된 비율로 존재할 수도 있다. 아래에서 하이브리드 졸로도 지칭되는, 본 발명에 따른, 그러나 상기 예들에만 오로지 한정되는 것은 아닌 붕소-함유 도핑 잉크의 조제를 위한 산화물의 전형적인 전구체들이 아래에 제시된다:
산화 알루미늄: 대칭 및 비대칭 치환된 알루미늄 알코올레이트 (알콕시드), 이를테면 알루미늄 트리에탄올레이트, 알루미늄 트리이소프로필레이트, 알루미늄 트리-sec-부틸레이트, 알루미늄 트리부틸레이트, 알루미늄 트리아밀레이트 및 알루미늄 트리이소펜타놀레이트, 알루미늄 트리스(β-디케톤), 이를테면 알루미늄 아세틸아세토네이트 또는 알루미늄 트리스 (1,3시클로헥산디오네이트), 알루미늄 트리스(β-케토에스테르), 알루미늄 모노아세틸아세토네이트 모노알코올레이트, 알루미늄 트리스(하이드록시퀴놀레이트), 알루미늄 비누, 이를테면 단- 및 이염기성 알루미늄 스테아레이트 및 알루미늄 트리스테아레이트, 알루미늄 카르복실레이트, 이를테면 염기성 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 트리아세테이트, 염기성 알루미늄 포메이트, 알루미늄 트리포메이트 및 알루미늄 트리옥타노에이트, 수산화 알루미늄, 알루미늄 메타하이드록시드 및 알루미늄 트리클로라이드 등, 그리고 이들의 혼합물.
이산화 규소: 대칭 및 비대칭 1- 내지 4치환된 카르복시-, 알콕시- 및 알콕시알킬실란, 명시적으로 알킬알콕시실란을 포함, 여기서 중심 규소 원자는 규소 원자에 직접 본딩된 적어도 하나의 수소 원자에 의한 [라쿠나 (lacuna) ] 의 치환도를 가질 수 있음, 이를테면 예를 들어, 트리에톡시실란, 그리고 여기서 또한 치환도는 존재하는 가능한 카르복실 및/또는 알콕시 기들의 수에 관한 것임, 이들은, 양자 모두 알킬 및/또는 알콕시 및/또는 카르복실 기들의 경우에, 개별 또는 상이한 포화, 불포화 분지, 비분지 지방족, 지환족 및 방향족 라디칼들을 함유함, 이들은 차례로 일킬, 일콕시드 또는 카르복실 라디칼의 임의의 원하는 위치에서 O, N, S, Cl 및 Br 그룹으로부터 선택된 헤테로원자들에 의해 관능화될 수도 있음, 및 위에서 언급된 전구체들의 혼합물; 위에서 언급된 요구들을 만족시키는 개개의 화합물들은: 테트라에틸 오르토실리케이트 등, 트리에톡시실란, 에톡시트리메틸실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 비스[트리에톡시실릴]에탄 및 비스[디에톡시메틸실릴]에탄 등이다
산화 붕소: 산화 이붕소, 단순 알킬 보레이트, 이를테면 트리에틸 보레이트, 트리이소프로필 보레이트, 관능화된 1,2-글리콜, 이를테면 예를 들어 에틸렌 글리콜, 관능화된 1,2,3-트리올, 이를테면 예를 들어, 글리세롤, 관능화된 1,3-글리콜, 이를테면 예를 들어, 1,3-프로판디올의 붕산 에스테르, 붕산 에스테르와, 구조적 서브 단위로서 위에 언급된 구조적 모티프들, 이를테면 예를 들어, 2,3-디히드록시숙신산 및 이들의 거울상이성질체를 함유하는 붕산 에스테르, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로판올아민, 디프로판올아민 및 트리프로판올아민의 붕산 에스테르, 붕산 및 카르복실산의 혼합 무수물, 이를테면 예를 들어, 테트라아세톡시 디보레이트, 붕산, 메타붕산, 및 위에 언급된 전구체들의 혼합물.
가능한 조합은 또한 위에 언급된 가능한 조성물에 반드시 한정되는 것은 아니다 : 졸에 유리한 성질을 부여할 수있는 추가의 물질이 하이브리드 졸에서 추가적인 성분으로서 존재할 수도 있다. 그들은: 세륨, 주석, 아연, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 아연, 게르마늄, 갈륨, 니오븀, 이트륨의 산화물, 염기성 산화물, 수산화물, 알콕시드, 카르복실레이트, β-디케토네이트, β-케토에스테르, 실리케이트 등일 수도 있으며, 이들은 졸-겔 합성에서 직접 또는 미리 축합된 형태로 사용될 수 있다. 하이브리드 졸은 착화 및 킬레이트 물질의 사용에 의해 입체적으로 안정화되고, 이들은 또한 산화물 전구체의, 특히 알루미늄의 그리고 또한 다른 금속 양이온의 축합 거동을 제어할 수도 있다. 이러한 점에서 적합한 물질은, 예를 들어, 아세틸아세톤, 1,3-시클로헥산디온, 디하이드록시벤조산의 이성질체 화합물, 아세트알독심, 및 추가적으로 또한 특허 출원 WO 2012/119686 A, WO2012119685 A1, WO2012119684 A, EP12703458.5 및 EP12704232.3 에 개시되고 존재하는 것들이다. 그러므로, 이들 명세서들의 내용은 본원의 개시 내용에 포함된다. 하이브리드 졸은 무수 또는 함수 졸-겔 합성의 도움으로 조제될 수 있다. 또한, 추가의 보조제가 스크린 인쇄 가능한 페이스트를 형성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 졸의 제형에 사용될 수 있다. 그러한 보조제는 다음일 수도 있다:
● 웨팅 및 건조 거동에 영향을 주기 위한 계면활성제, 장력활성제 화합물
● 건조 거동에 영향을 주기 위한 소포제 및 탈기제,
● 산화물 전구체의 축합 반응의 개시를 위한 강한 카르복실 산, 적어도 다음이 적합한 카르복실산의 역할을 한다: 포름산, 아세트산, 옥살산, 트리플루오로아세트산, 모노-, 디- 및 트리클로로아세트산, 글리옥살산, 타르타르산, 말레산, 말론산, 피루브산, 말산, 2-옥소글루타르산.
● 입도 분포, 사전-축합의 정도, 축합, 웨팅 및 건조 거동 및 인쇄 거동에 영향을 주기 위한 고비점 및 저비점의 비극성 및 또한 극성 양성자성 및 비양성자성 용매, 여기서 이것들은: 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 카르복실레이트, 폴리올, 테르피네올, 텍사놀 (Texanol), 부틸 벤조에이트, 벤질 벤조에이트, 디벤질 에테르, 부틸 벤질 프탈레이트 및 기타, 및 이들의 혼합물,
● 유동학적 특성에 영향을 주기 위한 입자성 첨가제,
● 건조후 발생하는 건조 막 두께 및 이의 모르폴로지에 영향을 주기 위한 입자성 첨가제 (예를 들어, 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄, 콜로이드적 침적성 또는 고 분산 이산화 규소, 이산화 티탄, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화규소, 알루미늄 티타네이트, 이산화티탄, 탄화티탄, 질화티탄, 탄질화티탄),
● 건조된 막의 긁힘 저항성에 영향을 주기 위한 입자성 첨가제 (예를 들어, 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄, 콜로이드적 침적성 또는 고 분산 이산화 규소, 이산화 티탄, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화규소, 알루미늄 티타네이트, 이산화티탄, 탄화티탄, 질화티탄, 탄질화티탄),
● 축합 레이트 및 저장 안정성에 영향을 주기 위한 아세톡시트리알킬실란, 알콕시트리알킬실란, 할로트리알킬실란 및 이들의 유도체 그룹으로부터 선택된 캡핑제 (capping agent),
● 왁스 및 왁스형 (wax-like) 화합물, 이를테면 밀랍 (beeswax), 싱크로왁스 (Syncrowax), 라놀린, 카르나우바 왁스, 호호바, 일본 왁스 등, 지방산 및 지방 알코올, 지방 글리콜, 지방산 및 지방 알코올의 에스테르, 트리글리세리드, 지방 알데히드, 지방 케톤 및 지방 ?-디케톤 및 이들의 혼합물, 여기서 위에서 언급된 부류의 물질은 각각, 탄소 원자 수 12 개 이상의 사슬 길이를 갖는 분지형 및 비분지형 탄소 사슬을 함유해야 한다,
● 중합체성 증점제, 레올로지 개질 첨가제, 이를테면 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐부티랄, 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 미세결정 셀룰로오스, 나트륨 전분 글리콜레이트, 크산탄 및 젤란검, 젤라틴, 한천, 알긴산 및 알기네이트, 구아 가루, 펙틴, 카루빈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 회합 증점 폴리우레탄, 및 이들의 혼합물.
하나의 합성 방법은 산화 알루미늄의 산화물 전구체를, 바람직하게는 고비점 글리콜 에테르 또는 바람직하게는 고비점 글리콜 에테르 및 알코올의 그룹으로부터 선택되는, 용매 또는 용매 혼합물에 용해하는 것에 기초하며, 여기에 적합한 산, 바람직하게는 카르복실산, 및 여기서 특히 바람직하게는 포름산 또는 아세트산이, 후속하여 첨가되고, 이것은 적합한 착화제 및 킬레이트제, 이를테면 예를 들어 적합한 β-디케톤, 이를테면 아세틸아세톤 또는 예를 들어 1,3-시클로헥산디온, α- 및 β- 케토카르복실산 및 이의 에스테르, 이를테면 예를 들어 피루브산 및 이의 에스테르, 아세토아세트산 및 에틸 아세토아세테이트, 이성질체의 디히드록시벤조산, 이를테면 예를 들어 3,5디히드록시벤조산, 및/또는 옥심, 이를테면 예를 들어 아세트알독심, 및 이러한 유형의 추가 인용된 화합물, 및 또한 위에서 언급된 착화제, 킬레이트제 및 축합의 정도를 제어하는 제제의 임의의 바람직한 혼합물의 첨가에 의해 완료된다. 다음으로, 위에서 언급된 용매 또는 용매 혼합물과 물로 이루어진 혼합물을 실온에서 산화 알루미늄 전구체의 용액에 적하 첨가하고, 이어서 혼합물을 80 ℃에서 최대 24시간 동안 환류하에 가온한다. 산화 알루미늄 전구체의 겔화는, 사용된 산화 알루미늄 전구체 대 물, 대 산의 몰비 및 또한 채용된 착물화제의 몰량 및 유형을 통해 특히 제어될 수 있다. 각각의 경우에 필요한 합성 지속시간은 전술한 몰비에 마찬가지로 의존한다. 후속하여, 반응에서 발생하는 용이 휘발성 및 바람직한 기생 부산물은 완성된 반응 혼합물로부터 제거되는데, 이것은 선택적으로 이미 진공 증류에 의해 더욱이 희석된다. 진공 증류는 70 ℃의 일정 온도에서 최종 압력을 30mbar 로 단계적으로 감소시킴으로써 이루어진다. 하이브리드 겔은 그들의 원하는 특성에 대해, 증류 처리 후 또는 심지어 그 전에, 페이스트의 레올로지 및 인쇄가능성에 이로운 적합한 용매들, 이를테면 예를 들어, 고비점 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 카르복실레이트 및 추가 용매들 이를테면 테르피네올, 텍사놀, 부틸 벤조에이트, 벤질 벤조에이트, 디벤질 에테르, 부틸 벤질 프탈레이트, 및 용매 혼합물의 특정의 첨가에 의해 조정되고, 선택적으로 희석된다. 페이스트 특성의 조정 및 희석과 병행하여, 이산화 규소 및 산화 붕소의 축합된 산화물 전구체로 이루어지는 혼합물이 첨가된다. 이 목적을 위해, 산화 붕소의 전구체는 초기에 용매, 이를테면 예를 들어 디벤질 에테르, 부틸 벤질 프탈레이트, 벤질 벤조에이트, 부틸 벤조에이트, THF 또는 유사한 용매에 도입되고, 적합한 카르복실산 무수물, 이를테면 예를 들어 아세트산 무수물, 포르밀 아세테이트 또는 프로피온산 무수물 또는 유사한 무수물이 첨가되고, 맑은 용액이 존재할 때까지 환류하에 용해 또는 반응된다. 선택적으로, 사용된 반응 용매에 미리 용해된 이산화 규소의 적절한 전구체가 이 용액에 적하 첨가된다. 이어서 반응 혼합물을 최대 24 시간 동안 가온 또는 환류시켰다. 모든 성분의 혼합 후에, 페이스트 레올로지를 추가로, 마찬가지로 위에서 상세히 이미 설명한 보조제 및 첨가제에 대응하는 특정 요건에 따라 조정하고 라운드오프 (round off) 될 수 있으며, 여기서 상기 중합체성 증점제의 본 발명에 따른 용도가 특정 역할을 한다. 증점제는 혼합물 내에 교반되며 격렬히 교반되고, 이때 교반 지속시간은 사용되는 각각의 증점제에 의존한다. 증점제의 교반은 선택적으로, 진공 처리 단계로 완료될 수 있으며, 그 동안 고 점성 덩어리 속으로 들어간 기포가 제거된다. 사용된 증점제에 따라, 최종 페이스트는 최대 3 일의 기간 동안 팽윤되게 두어야 할 수도 있다.
대안적인 합성 방법은 이산화 규소 및 붕소 산화물의 산화물 전구체의 축합된 졸의 제조에 기초한다. 이 목적을 위해, 산화 붕소의 전구체는 초기에 용매, 이를테면 예를 들어 디벤질 에테르, 부틸 벤질 프탈레이트, 벤질 벤조에이트, 부틸 벤조에이트, THF 또는 유사한 용매에 도입되고, 적합한 카르복실산 무수물, 이를테면 예를 들어 아세트산 무수물, 포르밀 아세테이트 또는 프로피온산 무수물 또는 유사한 무수물이 첨가되고, 맑은 용액이 존재할 때까지 환류하에 용해 또는 반응된다. 선택적으로, 사용된 반응 용매에 미리 용해된 이산화 규소의 적절한 전구체가 이 용액에 적하 첨가된다. 이어서 반응 혼합물을 최대 24 시간 동안 가온 또는 환류시켰다. 적합한 용매, 이를테면 예를 들어, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 카르복실레이트 및 추가의 용매 이를테면 테르피네올, 텍사놀, 부틸 벤조에이트, 벤질 벤조에이트, 디벤질 에테르, 부틸 벤질 프탈레이트, 또는 이들의 용매 혼합물, 여기서 적합한 착화제 및 킬레이트제, 이를테면 예를 들어 적합한 β-디케톤, 이를테면 아세틸아세톤 또는 예를 들어 1,3-시클로헥산디온, α- 및 β-케토카르복실산 및 이의 에스테르, 이를테면 예를 들어 피루브산 및 이의 에스테르, 아세토아세트산 및 에틸 아세토아세테이트, 이성질체의 디히드록시벤조산, 이를테면 예를 들어 3,5-디히드록시벤조산, 및/또는 옥심, 이를테면 예를 들어 아세트알독심, 및 이러한 유형의 추가 인용된 화합물, 및 또한 위에서 언급된 착화제, 킬레이트제 및 축합의 정도를 제어하는 제제의 임의의 바람직한 혼합물이, 이들은 이미 물의 존재 중에 사전 용해되어 있으며, 후속하여 졸에 첨가되고, 혼합물이 교반되고, 여기서 반응 혼합물의 온도는 동시에 증가될 수도 있다. 두 용액의 혼합 지속시간은 0.5 분 내지 5 시간일 수 있다. 전체 혼합물은 온도가 일반적으로 155 ℃로 설정된 오일 욕의 도움으로 가열된다. 적합한 것으로 알려진 2-부분 용액들로부터 완성된 전체 용액의 혼합의 지속시간 후에, 위에서 언급된 용매 또는 용매 혼합물 중 하나에 그 자체가 미리 용해된 적절한 산화 알루미늄 전구체가 후속하여, 첨가가 첨가의 시작 이후 5 분의 시간 윈도우에서 완료되게 하는 방식으로 반응 혼합물에 흘러들게 하거나 또는 적하 첨가된다. 이제 이런 식으로 완료된 반응 혼합물을 다음으로 환류하에 1 내지 4 시간 동안 가온시켰다. 다음으로, 데워진 겔화된 혼합물은 그의 유동학적 특성에 관하여 추가로, 특히 위에서 이미 언급된 추가 보조제를 사용하여, 하지만, 특히 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 중합체성 증점제의 사용을 통해, 개질될 수있다. 증점제는 혼합물 내에 교반되며 여기서 격렬히 교반되고, 이때 교반 지속시간은 사용되는 각각의 증점제에 의존한다. 증점제의 교반은 선택적으로, 진공 처리 단계로 완료될 수 있으며, 그 동안 고 점성 덩어리 속으로 들어간 기포가 제거된다. 사용된 증점제에 따라, 최종 페이스트는 최대 3 일의 기간 동안 팽윤되게 두어야 할 수도 있다.
놀랍게도, 페이스트 제형화 동안 사용된 중합체가 하이브리드 졸에 존재하는 성분들과 회합하여 유리하게 상호작용할 수 있다는 것을 알아냈다. 이러한 상호 작용은 제형을 위해 교반되는 중합체들과 또한 하이브리드 졸에 존재하는 성분들, 이 경우 바람직하게는 알루미늄의 성분들 사이의 배위 또는 킬레이트 착물 형성에 기초한다.
이하의 예들에서, 본 발명의 바람직한 실시형태들이 재현된다.
위에 언급된 바처럼, 본 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 포괄적으로 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 추가 코멘트가 없더라도, 당업자는 위의 설명을 가장 넓은 범위에서 이용할 수 있으리라고 생각될 것이다.
어느 것이 불명확하다면, 인용된 공보 및 특허 문헌이 참고되야 한다는 것은 말할 필요도 없다. 따라서, 이들 문헌들은 본 설명의 개시 내용의 부분으로서 간주된다.
더 나은 이해를 위하여 그리고 본 발명을 예시하기 위하여, 본 발명의 보호 범위 내에 있는 실시예들이 아래에 주어진다. 이들 실시예들은 또한 가능한 변형들을 예시하는 역할을 한다. 하지만, 설명된 본 발명의 원리의 일반적인 타당성 덕분에, 실시예들은 본출원의 보호 범위를 이들만으로 축소시키는데 적합하지 않다.
또한, 주어진 실시예들 그리고 또한 나머지 설명 양자 모두에서, 조성물들에 존재하는 성분 양들은 항상, 전체 조성물에 기초로, 항상 100중량%, mol-% 또는 부피% 에 이르기까지만 첨가되고, 더 높은 값들이 표시된 퍼센트 범위들로부터 발생할 수 있더라도, 이를 초과할 수 없다는 것은 당업자에게 말할 나위도 없는 일이다. 따라서, 달리 표시하지 않으면, % 데이터는 중량%, mol-% 또는 부피% 로 간주된다.
실시예들 및 설명에 그리고 청구항에 주어진 온도는 항상 ℃ 단위이다.
실시예
실시예 1:
처음에 산화 붕소 8g을 유리 플라스크에 넣고 80g의 아세트산 무수물 및 160g의 테트라하이드로퓨란에 현탁시켰다. 혼합물을 환류시키고, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 (EGB) 24.2g 을 첨가하였다. 이어서, 24.2g 의 디에톡시디메틸실란 및 31g 의 디메틸디메톡시 실란을 환류 혼합물에 첨가하고, 이를 30 분 동안 비등하면서 가온시켰다. 물 2.5g, 1,3-시클로헥산디온 2g 및 아세트알독심 4.2g 을 용해시킨 EGB 480g 과 Texanol 250g 으로 이루어지는 용액을 실록산 함유 용액에 첨가하고 20 분 동안 혼합되게 하였다. 동일 기간 동안, 반응 온도를 80 ℃ 에서 120 ℃로 올렸다. 혼합 후, 400g 의 디벤질 에테르에 용해된 50g 의 알루미늄 트리-sec-부틸레이트를 5 분 동안에 걸쳐 반응 혼합물에 흘러들게 하였고, 완성된 혼합물을 추가로 55 분 동안 반응하게 두었다. 이어서, 30 mbar의 최종 압력에 도달할 때까지 70 ℃에서 진공 증류에 의해 반응 혼합물에서 용이 휘발성 용매 및 반응 생성물을 없앴다. 에틸셀룰로오스에 교반하여 붕소 함유 도핑 잉크로부터 여러 페이스트 혼합물을 조제하였다.
Figure pct00001
표 1: 나중에 에틸셀룰로오스를 사용하여 증점되는 붕소-함유 도핑 잉크의 혼합물. 2.9 %와 3.4 % 사이의 질량 비율로부터의 혼합물은 쉽게 스크린 인쇄 가능했다. 에틸셀룰로오스의 질량 비율이 > 5 % 인 페이스트 혼합물은 더 이상 인쇄 가능하지 않았다.
실시예 2:
에틸셀룰로오스 질량 비율이 4.3 인 것을 특징으로 하는 실시예 1에 따른 페이스트를 와이어 직경 16㎛ 의 350 메시 스크린, 에멀젼 두께 8㎛ 내지 12㎛ 을 사용하여, 그리고 또한 200 mm/s의 스퀴지 (squeegee) 속도 및 1 bar의 스퀴지 압력을 사용하여, 실리콘 웨이퍼 표면 상에 인쇄하였고, 이어서 다음 가열 구역 온도: 350/350/375/375/375/400/400℃ 를 사용하여 스루-플로우 오븐에서 건조시켰다.
질량 비율이 5 %를 초과하는 페이스트 혼합물 및 또한 질량 비율이 2.5 질량 % 미만인 페이스트 혼합물은 스크린 인쇄 프로세스에 의해 프로세싱될 수 없다.
도 2는 스루 플로우 오븐에서 건조시킨 후, 본 발명에 따른 붕소-함유 도핑 페이스트의 도움으로 그리고 실시예 1의 조성물 및 조제에 따라 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 도시한다. 상이한 색상 (→간섭 색상) 은 국부적으로 존재하는 유리 막 두께의 차이에 대응한다. 인쇄 프로세스의 최적화는 인쇄된 웨이퍼의 보다 균일한 컬러 외관을 낳는다.
실시예 3:
처음에 산화 붕소 4g을 유리 플라스크에 넣고 40g의 아세트산 무수물 및 80g의 테트라하이드로퓨란에 현탁시켰다. 혼합물을 환류시키고, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 (EGB) 11.25 g 을 첨가하였다. 이어서, 12.1 g 의 디에톡시디메틸실란 및 15.1 g 의 디메틸디메톡시 실란을 환류 혼합물에 첨가하고, 이를 30 분 동안 비등하면서 가온시켰다. 실록산 함유 용액 32.5g 을 EGB 240g 및 텍사놀 125g 으로 이루어진 용액 69.8g과 혼합하였고, 반응 혼합물을 교반하면서 가열 온도를 20 분 동안에 걸쳐 80 ℃에서 120 ℃로 증가시켰다. 1.75g의 1,3-시클로헥산디온, 0.75g의 아세트알독심, 및 0.5g의 물을 반응 혼합물에 용해시켰다. 이어서, 40 g의 디벤질 에테르에 용해된 10 g의 알루미늄 트리-sec-부틸레이트를 5 분 동안에 걸쳐 반응 혼합물에 적하 첨가하였다. 첨가 후, 혼합물을 추가로 55 분 동안 반응하게 두었다. 이어서, 반응 혼합물에서 용이 휘발성 용매 및 반응 생성물을 없애기 위하여, 30 mbar의 최종 압력에 도달할 때까지 70 ℃에서 반응 혼합물을 진공 증류처리했다. 여기서 31.74 g 의 질량 손실이 결정되었다. 에틸 셀룰로오스에 교반하여 붕소 함유 도핑 잉크로부터 여러 페이스트 혼합물을 조제하였다:이 목적으로, 5.1 g의 에틸셀룰로오스를 106.1 g의 도핑 잉크내에 교반하였다. 교반 후, 페이스트를 밤새 방치하였다.
실시예 4:
실시예 3에 따른 본 발명에 따른 페이스트를 18 ㎛의 와이어 직경을 갖는 400 메쉬 스크린의 도움으로 알칼리 에칭된 n형 CZ 웨이퍼 상에 인쇄하였다. 다른 인쇄 파라미터들은 실시예 2에서 이미 설명한 것들 (마찬가지로 사용된 레이아웃) 에 대응한다. 인쇄된 웨이퍼는 인-함유 도핑 잉크의 도움으로 스프레이 코팅에 의해 코팅되고, 이어서 웨이퍼는 935 ℃에서 30 분 동안 공확산 (co-diffusion) 프로세스를 받고, 다음으로 건조 합성 공기 중에서 5 분간의 산화가 뒤따르고, 더 나아가 다음으로 15 분의 추가 드라이브 인 (drive-in) 단계가 뒤따른다. 붕소가 도핑된 영역은 2차 이온 질량 분광계 (SIMS) 를 사용하여 조사되었다. 웨이퍼의 주요 도핑은 붕소에 의한 p-도핑에 대응한다.
도 3은 실시예 3에 따른 본 발명에 따른 도핑 페이스트로 인쇄된, 알칼리 에칭된 n형 CZ 웨이퍼의 SIMS 도핑 프로파일을 도시한다. 도핑된 구조는 전적으로 집중적인 붕소 도핑을 갖는다. 인 도핑은 n형 웨이퍼의 배경 도핑에 대응한다.
실시예 5:
실시예 1에 따른 본 발명에 따른 페이스트를 원뿔 평판 레오메타 (cone-and-plate rheometer) 의 도움으로 동점성에 대해 조사하였다. 페이스트는 비뉴톤 유동 특성을 가졌다.
Figure pct00002
표 2: 실시예 1에 따른 본 발명에 따른 페이스트의 동점성.
별개의 배치 (separate batch) 에서, 150g의 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 75.9g 의 텍사놀 및 121.9g 의 디벤질 에테르를 혼합하였다. 용매 혼합물의 점성은 3.47 mPa*s이었다. 하나의 경우에는, 에토 셀 3.5g 및 두번째 경우에는 에토 셀 4.5g 을 각 경우 100g 의 용매에 교반하였다. 또한, 실시예 1에 따라 붕소 함유 도핑 잉크의 동점성을 결정하였다. 조사된 모든 매질은 뉴턴 유동 특성을 나타냈다.
Figure pct00003
표 3: 실시예 1에 따른 본 발명에 따른 페이스트의 동점성.
표 2 및 표 3을 비교하면 하이브리드 졸이 용해된 용매 혼합물에 증점제를 첨가하면 혼합물의 점성이 증가한다는 것을 알 수 있다. 하이브리드 졸의 활성 성분과의 상호 작용이 없으면, ~600 mPas의 점성 증가가 예상된다. 대조적으로, 동일한 질량 비율의 에틸셀룰로오스를 갖는 대응하는 페이스트 혼합물은 26.1 Pa*s의 동점성, 즉 예상 값의 약 45 배를 나타낸다. 이러한 이유로, 이들 실시예에서 사용된 증점제는 하이브리드 졸의 부분들과 회합성 상호작용을 받아서, 순수한 용매 혼합물에서 일어나는 구조 형성과 비교하여 용액에서 일어나는 구조 형성이 현저하게 증가되는 것으로 추정될 수 있다. 이러한 구조 형성은 하이브리드 졸에 존재하는 알루미늄 코어와 중합체의 착물 및 킬레이트 착물 형성에 의해 설명될 수 있다.

Claims (24)

  1. 태양 전지 제조 프로세스들에서 일측의 국부 및/또는 전체 영역 확산 및 도핑을 위해 채용될 수 있는, 이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소 등의 전구체들에 기초한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트 및/또는 겔로서,
    폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐부티랄, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 미세결정 셀룰로오스, 나트륨 전분 글리콜레이트, 크산탄 및 젤란검, 젤라틴, 한천, 알긴산, 알기네이트, 구아 가루, 펙틴, 카루빈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 회합 증점 폴리우레탄 또는 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체를 증점제로서 포함하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트 및/또는 겔.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐부티랄 및 에틸셀룰로스 또는 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 중합체를 증점제로서 포함하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하이브리드 졸의 성분과 회합적으로 그리고 따라서 구조 형성 방식으로 상호 작용하고 중합체성 증점 화합물만을 포함하는 유사한 페이스트보다 현저히 더 확연한 구조적 점성을 유발하는 적어도 하나의 폴리머를 증점제로서 포함하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배위 및/또는 킬레이트 메카니즘을 통해 하이브리드 졸의 성분과 상호작용하는 적어도 하나의 중합체를 증점제로서 포함하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    건조된 페이스트의 층 두께에 긍정적 영향을 주는 입자성 제형 보조제, 및 페이스트 레올로지를 조정하기 위해 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄, 콜로이드적 침적성 또는 고 분산 이산화 규소, 이산화 주석, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화규소, 알루미늄 티타네이트, 이산화 티탄, 탄화 티탄, 질화 티탄 및 탄질화 티탄의 그룹으로부터 선택된 첨가제들을 포함하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소의 전구체들을 기반으로 하는 조성물인 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소의 전구체들의 혼합물을 기반으로 하는 조성물인 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 수소 원자가 중심 규소 원자에 본딩되는 대칭적 또는 비대칭적 1 내지 4치환된 카르복시-, 알콕시- 및 알콕시알킬실란, 특히 알킬알콕시실란, 차례로 O, N, S, Cl 및 Br 그룹으로부터 선택된 헤테로원자에 의해 알킬, 알콕시드 또는 카르복실 라디칼의 임의의 원하는 위치에서 관능화될 수 있는, 개개의 또는 상이한 포화, 불포화 분지형, 비분지형 지방족, 지환족 및 방항족 라디칼들을 포함하는, 카르복시-, 알콕시- 및 알콕시알킬실란, 특히 알킬알콕시실란, 및 이들 전구체의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는, 이산화 규소의 전구체들에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    테트라에틸 오르토실리케이트 및 이와 유사한 것, 트리에톡시실란, 에톡시트리메틸실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 비스[트리에톡시실릴]에탄 및 비스[디에톡시메틸실릴]에탄 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는, 이산화 규소의 전구체에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대칭 및 비대칭적으로 치환된 알루미늄 알코올레이트 (알콕시드), 알루미늄 트리스(β-디케톤), 알루미늄 트리스(β-케토에스테르), 알루미늄 비누, 알루미늄 카르복실레이트, 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는, 산화 알루미늄의 전구체에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알루미늄 트리에탄올레이트, 알루미늄 트리이소프로필레이트, 알루미늄 트리-sec-부틸레이트, 알루미늄 트리부틸레이트, 알루미늄 트리아밀레이트 및 알루미늄 트리이소펜타놀레이트, 알루미늄 아세틸아세토네이트 또는 알루미늄 트리스(1,3-시클로헥산디오네이트), 알루미늄 모노아세틸아세토네이트 모노알코올레이트, 알루미늄 트리스(히드록시퀴놀레이트), 단- 및 이염기성 알루미늄 스테아레이트 및 알루미늄 트리스테아레이트, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 트리아세테이트, 염기성 알루미늄 포메이트, 알루미늄 트리포메이트 및 알루미늄 트리옥타노에이트, 수산화 알루미늄, 알루미늄 메타하이드록사이드 및 알루미늄 트리클로라이드 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는, 산화 알루미늄의 전구체들에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알킬 보레이트, 관능화된 1,2-글리콜의 붕산 에스테르, 알칸올아민의 붕산 에스테르, 붕산 및 카르복실 산의 혼합된 무수물, 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는, 산화 붕소의 전구체들에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화 붕소, 산화이붕소, 트리에틸 보레이트, 트리이소프로필 보레이트, 붕산 글리콜 에스테르, 붕산 에틸렌 글리콜 에스테르, 붕산 글리세롤 에스테르, 2,3-디히드록시숙신산의 붕산 에스테르, 테트라아세톡시 디보레이트 및 알칸올아민 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로판올아민, 디프로판올아민 및 트리프로판올아민의 붕산 에스테르의 그룹으로부터 선택되는, 산화붕소의 전구체들에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동시에 또는 순차적으로, 졸겔 기법의 도움으로 함수 또는 무수 조건 하에서 제 8 항 내지 제 13 항의 전구체를 부분적 또는 완전한 종간 및/또는 종내 축합시켜 획득가능하며, 저장 안정성, 매우 용이하게 인쇄 가능하고 인쇄 안정한 제형들을 형성하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    축합 반응 동안 휘발성 반응 보조제 및 부산물의 제거에 의해 획득가능한, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    전구체 농도, 물 및 촉매 함량 및 반응 온도 및 시간의 조정에 의해 획득가능한, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    착화제 및/또는 킬레이트 제의 형태의 축합 제어제, 다양한 용매들을 전체 부피에 기초하여, 정의된 양으로 특정 첨가하는 것에 의해 획득가능하며, 이에 의해 형성된 하이브리드 졸 및 겔의 겔화 정도가 특히 제어되는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트.
  18. 태양 전지의 제조에 있어서, 바람직하게는 구조화된 방식으로 도핑된 고효율 태양 전지들의 제조에 있어서 적합한 인쇄 프로세스들에 의해 일측상의 국부 및/또는 전체 영역 확산 및 도핑의 목적으로 실리콘 표면들 상에 인쇄되고, 건조되며 후속하여 붕소 페이스트 아래 위치된 기판으로 건조된 페이스트에 존재하는 산화 붕소 전구체의 방출을 위해 적합한 고온 프로세스에 의해 기판에 특정 도핑되는, 태양 전지의 제조를 위한 프로세스에서의 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 이산화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소의 전구체들에 기초한 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트 및/또는 겔의 용도.
  19. 스핀 또는 딥 코팅, 드롭 캐스팅, 커튼 또는 슬롯 다이 코팅, 스크린 또는 플렉소그래피 인쇄, 그라비아, 잉크젯 또는 에어로졸-젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 미세접촉 인쇄, 전기수력학 디스펜싱, 롤러 또는 스프레이 코팅, 초음파 스프레이 코팅, 파이프-젯 인쇄, 레이저 전사 인쇄, 패드 인쇄, 플랫 베드 스크린 인쇄 및 회전식 스크린 인쇄의 그룹으로부터 선택되는 인쇄 프로세스에 의해 프로세싱 및 성막되는, 태양 전지의 제조 프로세스에 있어서의 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도.
  20. 광기전, 미세전자, 미세기계 및 미세-광학 응용을 위해 실리콘 웨이퍼의 처리용 도핑 매질로서의 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도.
  21. PERC, PERL, PERT, 및 IBC 태양 전지들 및 유사한 태양 전지들의 제조를 위한 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도로서,
    상기 태양 전지들은 MWT, EWT, 선택적 이미터, 선택적 전면 필드, 선택적 후면 필드 및 양면성과 같은 추가 아키텍처 특징들을 갖는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도.
  22. 실리콘을 위한 붕소-함유 도핑 매질로서 작용하는 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도로서,
    상기 매질은 상기 매질을 통한 인의 원하지 않는 확산에 대한 확산 장벽 또는 확산 저지 층으로서 동시적으로 작용하고 상기 원하지 않는 확산을 완전히 차단 또는 적당한 정도로 저지하여, 이러한 인쇄된 매질 밑에 우세한 도핑이 p형, 즉 붕소-함유가 되게 하는, 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도.
  23. 제 22 항에 있어서,
    인쇄된 기판의 도핑은 적절한 온도 처리에 의해 수행되고, 반대 극성의 도펀트로 인쇄되지 않은 실리콘 웨이퍼 표면을 도핑하는 것은 종래의 기상 확산에 의해 동시에 및/또는 순차적으로 유도되고, 인쇄된 붕소 도핑 페이스트는 상기 반대 극성의 도펀트에 대한 확산 장벽으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트의 용도.
  24. 붕소 도핑 페이스트를 사용하여 실리콘 웨이퍼를 도핑하는 방법으로서,
    a) 실리콘 웨이퍼는 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 인쇄 가능한 붕소 도핑 페이스트로 일측 또는 양측이 국부적으로 또는 일측의 전체 전체 표면 상에 인쇄되고, 인쇄된 페이스트는 건조, 압축되며, 이어서 상기 실리콘 웨이퍼는 예를 들어 염화 포스포릴로 후속 기상 확산을 받아, 인쇄된 영역들에 p형 도핑을 제공하고, 오직 기상 확산만 받은 영역들에서 n형 도핑을 제공하거나, 또는
    b) 상기 실리콘 웨이퍼 상에 큰 영역에 걸쳐 인쇄된 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 붕소 도핑 페이스트가 압축되고, 하지 기판 재료의 국부 도핑이 레이저 방사의 도움으로 건조 및/또는 압축된 페이스트로부터 개시되고, 다음으로 고온 처리됨으로써, 확산 및 도핑이 실리콘에서 2-단계 p형 도핑 레벨을 생성하기 위해 유도되거나, 또는
    c) 상기 실리콘 웨이퍼는 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 상기 실리콘 웨이퍼는 이어서 PVD- 및/또는 CVD-증착된 인-도핑 도펀트 소스의 도움으로 상기 웨이퍼의 동일한 측의 전체 표면 상에 코팅되고, 붕소 도핑 페이스트의 인쇄된 구조가 캡슐화되고, 전체 중첩 구조가 적절한 고온 처리에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 인쇄된 붕소 페이스트는 상단에 위치한 인-함유 도펀트 소스 및 내부에 존재하는 도펀트에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
    d) 상기 실리콘 웨이퍼는 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 상기 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 도핑 도핑 잉크 또는 도핑 페이스트의 도움으로 상기 웨이퍼의 동일한 측의 전체 표면 상에 코팅되고, 붕소 도핑 페이스트의 인쇄된 구조가 캡슐화되고, 전체 중첩 구조가 적절한 고온 처리에 의해 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 그리고 인쇄된 붕소 페이스트는 상단에 위치한 인-함유 도펀트 소스 및 내부에 존재하는 도펀트에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
    e) 상기 실리콘 웨이퍼는 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조들은 건조 및 압축되며, 상기 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 페이스트의 도움으로 이전 인쇄와 비교하여 네가티브 구조로 상기 웨이퍼의 동일한 측에 인쇄되고, 전체 구조는 일측에 그리고 반대측의 전체 표면 상에, 예를 들어 염화 포스포릴과 같은 종래 인계 기상 확산 소스의 존재에서 적합한 고온 처리에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 인쇄된 붕소 페이스트는 동시에 존재하는 다른 인 함유 확산 소스들에 대한 확산 장벽으로서 작용하거나, 또는
    f) 상기 실리콘 웨이퍼는 제 1 항 내지 제 17 항에 기재된 붕소 도핑 페이스트로 일측에 국부적으로 인쇄되고, 구조화된 성막은 선택적으로, 교번하는 라인들을 가질 수도 있고, 인쇄된 구조는 건조 및 압축되며, 상기 실리콘 웨이퍼는 이어서 인 페이스트의 도움으로 이전 인쇄와 비교하여 네가티브 구조로 상기 웨이퍼의 동일한 측에 인쇄되고, 동일한 웨이퍼의 반대측은 이어서 추가 인 도핑 페이스트로 인쇄되고, 인 도핑 페이스트들의 도포의 인쇄 단계들의 순서는 기재된 시리즈로 일어날 필요는 없고, 전체 구조는 일측에 그리고 반대측의 전체 표면 상에 적합한 고온 처리에 의해 상기 실리콘 웨이퍼의 구조화 도핑되고, 인쇄된 붕소 페이스트는 동시에 존재하는 다른 인 함유 확산 소스들에 대한 확산 장벽으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 붕소 도핑 페이스트를 사용하여 실리콘 웨이퍼를 도핑하는 방법.

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