KR20190077378A - 태양 전지의 표면 처리 - Google Patents

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Abstract

표면 처리를 사용하여 태양 전지의 이미터 영역을 제조하는 방법, 및 그 결과 생성된 태양 전지가 본원에 기술된다. 일례로, 태양 전지를 제조하는 방법은 실리콘 기판의 표면을 처리하여 두 개의 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 형성하는 단계 그리고 친액성 영역에 실리콘 물질을 함유하는 액상 물질을 증착시켜 이미터 영역을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

태양 전지의 표면 처리
본 개시의 구현예는 재생 가능 에너지 분야에 관한 것이며, 특히 표면 처리 기술을 사용하여 이미터 영역을 형성하는 것이다.
통상 태양 전지로서 알려진 광전지는 태양 복사선을 전기 에너지로 직접 변환하기 위한 주지의 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 기판의 표면 부근에 p-n 접합을 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에 제조된다. 기판의 표면에 충돌하고 기판 내로 진입하는 태양 복사선은 기판의 대부분에서 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p 도핑 영역 및 n 도핑 영역으로 이동함으로써 도핑 영역 사이에 전압 차이를 생성한다. 도핑 영역은 태양 전지 상의 전도성 영역에 연결되어 셀로부터의 전류를 셀에 결합된 외부 회로로 보낸다.
도 1은 기판의 배면 표면 위에 형성된 이미터 영역을 갖는 배면 접촉 태양 전지의 단면도를 도시한다.
도 2는 배면 접촉 태양 전지의 N형 및 P형 이미터 영역의 단면도를 도시한다.
도 3은 이미터 영역 구조를 정의하기 위해 웨이퍼 기판의 표면 개질을 사용하여 태양 전지를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 이미터 영역 구조를 정의하기 위해 웨이퍼 기판의 표면 개질을 사용하여 태양 전지를 제조하는 방법의 운용을 도시한다.
하기의 상세한 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명 요지 또는 본 출원의 실시예들 및 이러한 실시예들의 용도를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본원에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서 역할하는 것"을 의미한다. 본원에서 예시로서 기술된 임의의 실시가 반드시 다른 실시에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 발명의 내용 또는 하기의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시적 또는 암시적 이론으로 구속되고자 하는 의도는 없다.
본 명세서는 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 언급을 포함한다. "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"라는 어구의 등장은 반드시 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징, 구조, 또는 특성은 본 개시와 일치하는 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기의 단락들은 본 개시(첨부된 청구범위를 포함)에서 발견되는 용어에 대한 정의 및/또는 문맥을 제공한다:
"포함하는". 이 용어는 개방형이다. 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성된". 다양한 유닛 또는 구성 요소가 작업 또는 작업들을 수행 "하도록 구성된" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 이러한 문맥에서, "~하도록 구성된"은 유닛/구성 요소가 작동 중에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성 요소는 명시된 유닛/구성 요소가 현재 작동하지 않을 때에도(예, 온(on)/활성 상태(active)가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성되었다고 할 수 있다. 유닛/회로/구성 요소가 하나 이상의 작업을 수행 "하도록 구성된" 것임을 언급하는 것은, 그 유닛/구성 요소에 대해 명시적으로 35 U.S.C §112의 6번째 단락을 적용하지 않으려는 의도이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "제1", "제2" 등 용어는 이들 용어가 선행하는 명사에 대한 표지로서 사용되며, 임의 유형의 순서화(예, 공간적, 시간적, 논리적 등)를 암시하지 않는다. 예를 들어, "제1" 소액성 영역의 언급은, 이 소액성 영역이 차례에 있어서 첫번째 소액성 영역임을 반드시 의미하는 것은 아니며, 대신에 용어 "제1"은 이 소액성 영역을 다른 소액성 영역(예컨대, "제2" 소액성 영역)으로부터 구별하기 위해 사용된다.
"결합된" - 하기의 설명은 함께 "결합되는" 요소 또는 노드 또는 특징부를 언급한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "결합된"은 기계적일 필요는 없지만 하나의 요소/노드/특징부가 또 다른 요소/노드/특징부에 직접 또는 간접적으로 결합(또는 그와 직접 또는 간접적으로 연통)된 것을 의미한다.
"억제하다" - 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 억제하다는 효과를 감소 또는 최소화시키는 것을 기술하는 데 사용된다. 구성 요소 또는 특징부가 작용, 동작 또는 조건을 억제하는 것으로 기술되는 경우, 이는 결과 또는 결과물 또는 미래의 상태를 완전히 예방할 수 있다. 또한, "억제하다"는, 그렇지 않을 경우 발생할 수도 있는 결과물, 성능 및/또는 효과의 감소 또는 완화를 지칭할 수도 있다. 따라서, 구성 요소, 요소 또는 특징부가 결과 또는 상태를 억제하는 것으로 지칭되는 경우에, 이는 결과 또는 상태를 완전히 예방하거나 제거할 필요는 없다.
또한, 특정 용어가 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수도 있으며, 따라서 제한적인 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들어, "상부", "하부", "위" 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. "전면", "배면", "후면", "측면, "외측" 및 "내측"과 같은 용어는 일관되긴 하지만 임의적인 기준틀 내에서 구성 요소 일부분의 방향 및/또는 위치를 기술하며, 그 기준틀은 논의 중인 구성 요소를 기술하는 본문 및 관련 도면을 참조하여 명확해진다. 이러한 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
효율은 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되므로 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지 생산 효율은 이러한 태양 전지의 비용 효율성과 직접적으로 관련이 있다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키는 기술, 또는 태양 전지의 제조 효율을 증가시키는 기술이 일반적으로 바람직하다. 본 개시의 일부 구현예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규 공정을 제공함으로써 태양 전지 제조 효율을 증가시킨다. 본 개시의 일부 구현예는 신규 태양 전지 구조물을 제공함으로써 태양 전지 효율을 증가시킨다.
문맥을 제공하기 위해, 배면 접점 태양 전지는 음극 접점을 위한 n형 영역과 양극 접점을 위한 P형 영역을 포함하고, 상기 영역은 태양 전지의 후면에서 직접 접근할 수 있고, 즉 입사광에 바로 노출되지 않는 면이다. n형 영역 및 P형 영역은 서로 맞물려질 수 있고, 이미터 영역 또는 "핑거(fingers)"로서 지칭될 수 있다. 핑거 구조 형태는 태양 전지 기능에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 핑거 구조를 제어 가능하도록 형성하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 핑거 구조의 형성은 번거로운 공정일 수 있다. 그러나, 핑거 구조를 형성하는 데 어려움이 있음에도 불구하고, 배면 접점 태양 전지는 성능 및 신뢰성과 관련하여 이점을 제공하기 때문에 매력적인 제품이다. 따라서, 배면 접점 태양 전지를 형성하는 복잡성이 감소하고, 이미터 영역 구조를 정의하거나 제어하는 방법이 일반적으로 바람직하다.
하나의 구현예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 두 개의 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 형성하기 위해 실리콘 기판의 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 방법은 친액성 영역의 표면 상에 액상 물질, 예를 들어 실란형 중합체를 증착시켜 두 개의 소액성 영역 사이에 이미터 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이미터 영역은 P형 도핑 영역 또는 N형 도핑 영역일 수 있다.
도 1은 기판의 배면 표면 위에 형성된 이미터 영역을 갖는 배면 접촉 태양 전지의 단면도를 도시한다. 태양 전지는 수광 표면(102)을 갖는 실리콘 기판(100)을 포함한다. 패시베이팅 유전체층(108)은 실리콘 기판(100)의 수광 표면 상에 배치될 수 있다. 선택적인 중간 물질층(들)(110)이 패시베이팅 유전체층(108) 상에 배치될 수 있다. 반사 방지 코팅(ARC)층(119)은 도시된 바와 같이 선택적인 중간 물질층(들)(110) 상에 배치될 수 있거나, 패시베이팅 유전체층(108) 상에 배치될 수 있다.
기판(100)의 배면 표면 상에, 교번하는 P형(120) 및 N형(122) 이미터 영역이 형성된다. 그러한 일 구현예에서, 트렌치는 교번하는 P형(120) 및 N형(122) 이미터 영역 사이에 배치된다. 더 상세하게 일 구현예에서, 제1 다결정질 실리콘 이미터 영역(122)은 얇은 유전체층(124)의 제1 부분 상에 형성되고 N형 불순물로 도핑된다. 제2 다결정질 실리콘 이미터 영역(120)은 얇은 유전체층(124)의 제2 부분 상에 형성되고 P형 불순물로 도핑된다. 하나의 구현예에서, 터널 유전체(124)는 대략 2 나노미터 이하의 두께를 갖는 실리콘 산화물층이다.
전도성 접점 구조물들(128/130)은 우선 개구들을 갖도록 절연층(126)을 증착하고 패턴화한 후에, 개구들 내에 하나 이상의 전도층을 형성함으로써 제조된다. 전도성 접점 구조물들(128/130)은 금속을 포함하고, 증착, 리소그래피 및 에칭 방법 또는 대안적으로 인쇄 또는 도금 공정, 또는 대안적으로 포일 또는 와이어 접착 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 배면 접촉 태양 전지의 N형 및 P형 이미터 영역의 단면도가 도시된다. N형(202) 및 P형(204) 핑거, 즉 이미터 영역은 웨이퍼(200) 상의 얇은 터널 산화물(206) 상에 배치될 수 있다. 트렌치 영역(208)은 도핑될 수 있고, 이미터 영역 핑거 사이에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 트렌치 영역(208)은 N형 도핑될 수 있다. 산화물층(210)은 전체 구조물을 덮을 수 있고, 이는 주로 PSG층, 즉 SiO2와 P2O5의 혼합물일 수 있다.
도 3을 참조하면, 이미터 영역 구조를 정의하거나 제어하기 위해 웨이퍼 기판의 표면 개질을 사용하여 태양 전지를 제조하는 방법의 흐름도가 도시된다. 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 방법의 운용의 예시일 수 있는, 태양 전지를 제조하는 방법의 운용을 도시한다. 따라서, 후술은 도 4a 및 도 4b에 도시된 운용과 함께 도 3을 참조한다.
일 구현예에서, 기판 상의 얇은 터널 산화물은 얇은 실리콘층으로 덮인다. 얇은 실리콘층은 노출 표면, 예를 들어 상부 표면을 가질 수 있다. 얇은 실리콘층은 실리콘 기판으로서 지칭될 수 있다. 이미터 영역 핑거를 형성하는 액상 물질의 증착 이전에, 소액성 영역 및/또는 친액성 영역의 패턴이 실리콘 기판 상에 형성될 수 있다.
도입부로서, 이 설명 전반에 걸쳐서 소액성 및 친액성이라는 용어는 실리콘 기판의 하부 영역의 표면 특성을 지칭하기 위해 사용된다. 기판 표면의 영역은 특정 물질에 대한 습윤 표면 특성을 갖는 경우에 친액성이며, 이는 후술되는 바와 같이 이미터 영역, 예를 들어 N형 또는 P형 이미터 영역을 형성하기 위해 사용되는 액상 물질일 수 있다. 기판 표면의 영역은 특정 액상 물질에 대해 비 습윤 표면 특성을 가질 때 소액성이다. 따라서, 친액성 영역 및 소액성 영역이라는 용어는 영역 상에 증착되는 물질의 맥락에서 의미가 있다. 이것은 "친수성"및 "소수성"이라는 용어와 비교되고 대조될 수 있고 이는 증착된 물질이 물이라고 추정한다. 즉, 친수성 영역은 물에 대한 습윤 표면 특성을 가질 수 있지만, 그럼에도 불구하고 상이한 관심 물질에 대해 소액성일 수 있다. 예를 들어, 산화물층은 물에 대한 습윤 표면 특성을 가지나, 실리콘 물질을 함유하는 액상 물질에 대해서는 비 습윤 표면 특성을 갖는 점에서 친수성일 수 있다. 따라서, 후술되는 바와 같은 소액성 및 친액성 영역의 형성은, 실리콘 기판 표면을 개질하여, 일 구현예에서 실리콘과는 상이할 수 있는 소정의 물질에 대해 습윤 또는 비 습윤 표면 특성을 갖도록 하는 상이한 공정을 사용하여 달성될 수 있음을 이해할 것이다.
운용(301)에서, 실리콘 기판의 노출 표면은 두 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 형성하도록 처리된다. 예를 들어, 실리콘 기판의 노출 표면은 원래 친액성일 수 있고, 제1 소액성 영역 및 제2 소액성 영역은 이들 영역이 소액성이 되도록 하는 방식으로 실리콘 노출 표면을 개질시킴으로써 형성될 수 있다. 제1 소액성 영역은 제2 소액성 영역으로부터 횡방향으로 분리될 수 있다. 제1 및 제2 소액성 영역 사이의 미처리 영역은 친액성 영역일 수 있다.
대안적인 일 구현예에서, 기판 물질, 예를 들어 실리콘 기판은 원래 소액성일 수 있고, 친액성 영역은 기판 물질을 개질함으로써 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 실리콘 노출 표면은 처리 영역이 친액성이 되도록 하는 방식으로 개질될 수 있다. 새로 형성된 친액성 영역은 제2 소액성 영역으로부터 제1 소액성 영역을 횡방향으로 분리시킬 수 있다.
도 4a를 참조하여, 일 구현예에서, 실리콘 기판(404)의 표면(도시된 바와 같이, 하부 기판 또는 웨이퍼(400) 상의 산화물층(402) 상의 실리콘층(404)일 수 있거나 벌크 단결정질 실리콘 기판 표면일 수 있음)은 2개 이상의 소액성 영역(408)을 형성하기 위해 실리콘 기판 상에 산화물층(406)을 형성하는 단계를 포함한다. 산화물층(406)을 형성하는 단계는, 실리콘 기판 표면의 전부 또는 일부를 수소화한 다음 수소화된 표면 영역을 국부적으로 산화시켜 소액성 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
실리콘 기판 표면을 수소화하는 것은 실리콘 기판의 친액성 노출 표면(410)을 수소로 종결시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소로 기판의 실리콘 표면을 종결시키는 불산과 같은 수소 종결제에 표면을 노출시킬 수 있다. 대안적으로, 실리콘 표면은 수소 플라즈마에 노출되어 수소 종결 표면을 생성할 수 있다.
산화물층(406)을 형성하는 단계는, 수소 종결 표면을 산소를 함유한 분위기에 노출시키는 단계, 및 UV선 또는 레이저 조사와 같은 에너지 공급에 의해 산화를 국부적으로 자극하는 단계를 포함할 수 있다. 산화물층은 관심있는 증착 재료, 예를 들어 이미터 핑거 영역을 형성하는 액상 재료에 대해 후술하는 바와 같이 소액성일 수 있다. 따라서, 산화물층을 형성하는 단계는 처리된 영역이 2개의 소액성 영역을 형성하기 위해 소액성이 되도록 원래 친액성인 기판 표면을 개질할 수 있다.
실리콘 기판의 수소 종결 표면은, 산소 함유 분위기에서 실리콘 기판 표면을 에너지에 국부적으로 노출시킴으로써 산화될 수 있다. 에너지는 UV선, 레이저, 또는 플라즈마의 에너지를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 소액성 영역으로 변형되는 처리 영역은 공기 중에서 혹은 산소에서 레이저로 조사된다. 레이저 조사는, 처리된 영역의 친액성 조건이 소액성 상태로 되는 영역 위로 레이저 빔을 주사함으로써 패턴으로 적용될 수 있다. 국부적인 조사는 얇은 산화물층을 형성하여 처리된 영역에 소액 특성을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 처리 영역은 UV 선으로 공기 중이나 산소를 함유한 분위기에서 조사된다. UV 조사는 적절한 광학을 이용하여 원하는 패턴으로 적용될 수 있다. 대안적으로 섀도우 마스크가 UV선에 대한 실리콘 표면의 노출을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 섀도우 마스크는 실리콘 기판 표면 상에 바로 놓일 수 있고, 따라서 UV선은 처리된 영역의 친액성 상태가 소액성 상태로 되는 영역으로 제한될 수 있다. 국부적인 조사는 얇은 산화물층을 형성하여 처리된 영역에 소액 특성을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 산소를 함유한 분위기는 일반적인 오존 환경이다. 웨이퍼를 일반적인 오존 환경에 노출시키는 단계 이전에, 마스크는 실리콘 기판 표면 상에 위치할 수 있다. 웨이퍼는 그 다음 일반적인 오존 환경에 노출될 수 있다. 마스크는 일반적인 오존 환경으로부터 실리콘 기판 표면의 하부 영역을 차폐할 수 있고, 비 마스크 영역은 일반적인 오존 환경에 의해 산화되어 얇은 산화물층을 형성하여 처리된 영역에 소액성을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 처리된 영역은 산소 플라즈마에 노출된다. 대기 플라즈마 처리는, 예를 들어 진공 처리와 비교하여 비용 지출이 절감될 수 있다. 대기 플라즈마 처리는 표면의 습윤 거동을 변화시킬 수 있고, 처리된 영역의 원하는 친액성/소액성 상태를 달성하기 위하여 제어될 수 있다. 섀도우 마스크를 사용하여 원하는 패턴이 형성될 수 있다. 섀도우 마스크는 실리콘 기판 표면 상에 바로 놓일 수 있고, 따라서 플라즈마 처리는 처리된 영역의 친액성 상태가 소액성 상태로 되는 영역으로 제한될 수 있다.
전술한 처리 옵션, 즉 UV선 노출, 레이저 노출, 또는 (플라즈마 노출이, 예를 들어 산소 플라즈마, N2O 플라즈마 또는 불활성 가스 플라즈마를 포함할 수 있는) 플라즈마 노출은 실리콘 상의 산화물 형성을 가속시킬 수 있다. 보다 상세하게, 처리 옵션은 친액성 실리콘 표면의 수소 종결 표면을 개질함으로써, 소액성 실리콘 표면을 생성할 수 있다. 노출은 최소일 수 있다. 즉, 노출은 결과적으로 생성된 산화물 두께에 관계없이, 표면 특성에 대해 원하는 변화를 달성하기 위해 요구되는 노출량으로 제한될 수 있다. 수소 종결 표면을 산화 조건으로 노출하여 얇은 산화물층을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 소액성 영역은 하나 이상의 산화물 단일층을 갖는 산화물층을 포함하여 소액성 표면을 생성할 수 있다. 일 구현예에서, 산화물층은 산화물 단일층 10개 미만을 갖는다. 따라서 산화물층은 처리된 영역의 친액성 상태를 소액성 상태로 변하게 할 수 있다.
다시 명확히 하기 위해, 본래의 친액성 표면이 2개의 소액성 표면 영역을 형성하도록 개질된 일 구현예가 제시되지만, 다른 구현예에서는 원래의 소액성 표면이 원래의 두 소액성 영역 사이에 친액성 표면 영역을 형성하도록 개질된다. 어느 경우에서도, 기판 표면을 처리한 후에, 표면은 2개의 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 포함하는 패턴을 갖는다. 또한, 이 설명은 2개의 소액성 영역 사이에 단일 친액성 영역을 갖는 기판 표면의 일부에 국한되었지만, 이 방법은 2개의 소액성 영역의 각 그룹 사이에 여러 개의 친액성 영역을 갖는 더 큰 패턴을 형성하도록 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판의 개질 표면은 단일 소액성 영역에 의해 서로 분리된 친액성 영역, 및 단일 친액성 영역에 의해 서로 분리된 소액성 영역의 순차적 배열을 포함할 수 있다.
표면의 상이한 패턴 영역, 즉 소액성 영역 사이의 친액성 영역은 상이한 표면 상태를 가질 수 있다. 즉, 친액성 영역은 관심 물질에 대해 친액성일 수 있고, 소액성 영역은 관심 대상 물질에 대해 소액성일 수 있다. 표면 상태의 이러한 차이는, 액상에서 증착된 물질이 들어가지 못하는 정지 영역을 정의할 수 있다. 따라서 패턴화된 영역은 후술하는 증착 물질의 구조를 제어하고 정의할 수 있다.
운용(303)에서, 액상 물질은 친액성 영역의 표면 상에 증착되어 두 개의 소액성 영역 사이에 이미터 영역을 형성할 수 있다. 이미터 영역을 형성하기 위해 사용되는 액상 물질은 실리콘을 함유하는 액상 물질일 수 있다. 예를 들어, 액상 물질은 용제에 배출된 실란형 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 액상 물질은 용제에 배출된 실리콘 나노 입자를 포함할 수 있다. 따라서, 액상 물질은 실리콘층을 형성하기 위한 전구체로서 증착될 수 있는 실리콘 물질을 포함하는 임의의 액상 물질을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 증착된 액상 물질은 고온에서, 예를 들어 섭씨 1400도 미만의 온도에서 서냉되어 실리콘 핑거 모양을 형성할 수 있다.
일 구현예에서, 액상 물질은 이미터 영역 핑거를 형성하는 실제 실리콘을 포함하지 않을 수 있지만, 액상 물질은 그럼에도 불구하고 도펀트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미터 영역 핑거는 실리콘 기판 상에 액상 물질을 배출함으로써 형성될 수 있고, 액상 물질 내에 함유된 도펀트는 실리콘 기판 내로 확산되어 실리콘 기판 내에 이미터 영역 핑거를 형성할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제1 소액성 영역과 제2 소액성 영역(408) 사이의 친액성 영역(410)에 액상 물질(412)을 증착할 수 있다.
물질이 소액성 영역 사이의 친액성 영역으로 증착됨에 따라, 물질의 가장자리는 궁극적으로는 소액성 영역과 접촉하여, 증착된 물질 가장자리(414)의 형상을 변화시킬 수 있다. 즉, 증착 물질, 예를 들어 용제에 배출된 실리콘은 일부 경우에서 전체 친액성 영역 위에 퍼질 수 있다. 증착된 물질의 양이 친액성 영역을 채우기 위해 필요한 양보다 큰 경우, 증착된 물질은 소액성 영역으로 접하는 가파른 접촉각(420)을 형성할 수 있다. 친액성 영역에 증착된 물질의 가장자리는, 친액성 영역 내에서 물질이 퍼지기 때문에 얇고 칼 모양이 될 수 있지만, 소액성 영역과 접촉하면 물질의 횡방향 퍼짐이 멈추고 물질의 가장자리가 두꺼워질 수 있다. 액상은 소액성 영역의 산화물의 소액 특성에 의해 억제될 수 있다. 표면 장력은 증착된 물질을 횡방향으로 구속할 수 있어서, 증착된 막이 횡방향 가장자리 사이에서 실질적으로 일정한 두께를 가지도록 하고, 각 가장자리는 가파르게 된다. 예를 들어, 각 가장자리는 막 두께와 유사하거나 더 작고 횡방향 거리 내에서 영(zero)으로 떨어지는 두께를 가질 수 있다. 하나의 비 제한적인 예로서, 각 가장자리는 10배 이하의, 예를 들어 두께의 1.25배 이하의 횡방향 거리 내에서 영으로 떨어지는 두께를 가질 수 있다. 횡방향 거리는 두께 미만일 수 있다. 일 구현예에서 각 가장자리(414)는 기판 표면으로부터 외측으로 팽창하는 볼록부(416)를 포함한다. 증착된 물질은, 전술한 바와 같이 가장자리에서 영으로 층 두께가 급격히 변화하는 두꺼운 에지를 갖는 이미터 영역(418)을 형성할 수 있다.
유사한 방식으로, 증착된 실리콘 핑거 및 그 사이의 트렌치 영역의 상이한 습윤 특성을 사용하여, 이미터 영역 핑거의 표면에 자기 정렬성 유전체를 적용하는 것이 가능하다. 계획된 시나리오에서, 유전체는 액상 또는 점액상을 통해 증착된다. 몇 가지 옵션을 열거하면, 증착은 디핑, 잉크젯팅, 또는 스크린 프린팅을 포함할 수 있다. 관련 표면의 습윤 특성이 적절하게 설계된 경우, 증착된 물질은 의도된 핑거 영역만을 습윤시키고 트렌치를 덮지 않을 것이다.
위의 설명은 배면 접점 태양 전지에 대한 간단한 생산 순서의 유망한 전략을 사용하기 위한 경로를 제공한다. 실란형 중합체를 프린팅하는 것과 같이 실리콘 물질을 함유한 액상 물질의 국부 증착은, 태양 전지의 실리콘 기판 상에 이미터 영역을 형성하는 유망한 전략을 제공할 수 있다. 기술된 방법은 소정의 구조적 윤곽, 예를 들어 두께가 영으로 급격히 변화하는 가장자리를 포함하기 위한 이미터 영역 구조를 형성할 수 있다. 또한, 상이한 습윤 표면 특성을 갖는 패턴화된 영역의 사용을 통해 정의된 이미터 영역 구조는, 효과적인 배면 접촉 태양 전지의 저비용 및 간단한 생산을 위한 경로를 제공할 수 있다.
따라서, 이미터 영역 구조를 제어하기 위해 웨이퍼 기판의 표면 처리를 사용하여 태양 전지를 제조하는 방법, 및 그 결과 생성된 태양 전지가 개시되었다.
특정 구현예가 전술되었지만, 특정 특징부에 대해 단일 구현예만이 기술된 경우에도, 이들 구현예가 본 개시의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 개시에 제공된 특징부의 예는 달리 언급되지 않는 한, 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백한 바와 같이, 상술한 설명은 이러한 대안예, 수정예 및 균등물을 포함하고자 하는 것이다.
본원에서 다루어지는 문제 중 임의의 것 또는 전부를 완화하는지 여부에 관계없이, 본 개시의 범위는 본원에 (명시적으로 또는 암시적으로) 개시된 임의의 특징 또는 특징의 조합 또는 이들의 임의적인 일반화를 포함한다. 따라서 본 출원(또는 이에 대해 우선권을 주장하는 출원)의 절차 진행 동안 임의의 이러한 특징들의 조합에 대해 새로운 청구항이 만들어질 수 있다. 특히 첨부된 청구 범위를 참조하여, 종속 청구항으로부터의 특징이 독립 청구항의 특징과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징은 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있고, 단순히 첨부된 청구 범위에 열거된 특정 조합만은 아니다.

Claims (20)

  1. 태양 전지를 제조하는 방법으로서,
    제1 소액성 영역과 제2 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 형성하기 위해 실리콘 기판의 표면을 처리하는 단계; 및
    상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역 사이에 이미터 영역을 형성하기 위해 상기 친액성 영역의 표면 상에 실리콘 물질을 함유한 액상 물질을 증착하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역을 형성하기 위해 상기 표면을 처리하는 단계는 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역을 형성하기 위해 상기 표면을 처리하는 단계는,
    상기 표면을 수소화하는 단계; 및
    상기 수소화된 표면을 산소를 함유한 분위기에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    UV선 또는 레이저 조사로부터 공급되는 에너지에 의해 산화를 국부적으로 자극하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액상 물질은 하나 이상의 실란형 중합체 또는 실리콘 나노 입자를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 표면은 실리콘 웨이퍼 상의 실리콘 산화물층 상의 실리콘층 표면인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 표면은 벌크형 단결정질 실리콘 기판의 표면인 방법.
  8. 제1항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지.
  9. 태양 전지를 제조하는 방법으로서,
    제1 소액성 영역과 제2 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 제공하기 위해 실리콘 기판의 친액성 표면을 처리하는 단계; 및
    상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역 사이에 이미터 영역을 형성하기 위해 상기 친액성 영역의 표면 상에 실리콘 물질을 함유한 액상 물질을 증착하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역을 형성하기 위해 상기 친액성 표면을 처리하는 단계는 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역을 형성하기 위해 상기 친액성 표면을 처리하는 단계는,
    상기 친액성 표면을 수소화하는 단계; 및
    상기 수소화된 표면을 산소를 함유한 분위기에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    UV선 또는 레이저 조사로부터 공급되는 에너지에 의해 산화를 국부적으로 자극하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 액상 물질은 하나 이상의 실란형 중합체 또는 실리콘 나노 입자를 포함하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 친액성 표면은 실리콘 웨이퍼 상의 실리콘 산화물층 상의 실리콘층 표면인 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 친액성 표면은 벌크형 단결정질 실리콘 기판의 표면인 방법.
  16. 제9항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지.
  17. 태양 전지를 제조하는 방법으로서,
    제1 소액성 영역과 제2 소액성 영역 사이에 친액성 영역을 제공하기 위해 실리콘 기판의 소액성 표면을 처리하는 단계; 및
    상기 제1 소액성 영역과 상기 제2 소액성 영역 사이에 이미터 영역을 형성하기 위해 상기 친액성 영역의 표면 상에 실리콘 물질을 함유한 액상 물질을 증착하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 소액성 표면은 실리콘 웨이퍼 상의 실리콘 산화물층 상의 실리콘층 표면인 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 소액성 표면은 벌크형 단결정질 실리콘 기판의 표면인 방법.
  20. 제17항의 방법에 의해 제조되는 태양 전지.
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