KR20230150684A - 솔라셀 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 솔라셀 제조 장치는 솔라셀을 형성하는 기판이 투입되고, 상기 기판에 이미터층을 형성하는 챔버; 상기 이미터층의 형성 단계에서 상기 챔버의 내부에 공정 가스를 분사하는 노즐부;를 포함하고, 상기 노즐부에는 상기 공정 가스가 토출되는 복수의 토출구가 마련되며, 각 토출구는 상기 챔버 내의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 솔라셀을 제조하는 장치에 관한 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인하여 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 부각되고 있다.
그 중에서 태양 전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며, 반영구적인 수명을 가지고 있어서, 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 주요 수단으로 기대되고 있다.
태양 전지 개발에 있어 고효율화가 필요하다. 고효율 결정질 실리콘 태양전지의 예로서, PERC(Passivated Emitter Rear Cell) 솔라셀(Solar cells)이 알려져 있다.
솔라셀의 대량 생산을 위해 단일 챔버 내에 복수의 웨이퍼(wafer)를 투입하고 처리하는 방식이 고려될 수 있다.
복수의 웨이퍼가 단일 챔버에서 처리되는 방식에 따르면 각 웨이퍼의 처리 균일도가 저하되는 문제가 존재한다.
한국등록특허공보 제10-1686663호에 따르면, 솔라셀의 후면에 전극을 형성하는 제조 방법이 개시되고 있으나, 복수 웨이퍼의 처리 균일도를 개선하는 방안은 나타나지 않고 있다.
본 발명은 각 기판의 처리 균일도가 개선된 솔라셀 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 솔라셀 제조 장치는 솔라셀을 형성하는 기판이 투입되고, 상기 기판에 이미터층을 형성하는 챔버; 상기 이미터층의 형성 단계에서 상기 챔버의 내부에 공정 가스를 분사하는 노즐부;를 포함하고, 상기 노즐부에는 상기 공정 가스가 토출되는 복수의 토출구가 마련되며, 각 토출구는 상기 챔버 내의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 솔라셀 제조 장치에 따르면, 공정 가스가 토출되는 토출구가 챔버 내의 서로 다른 위치에 복수로 형성될 수 있다.
복수의 토출구에 의해, 챔버 내로 분사된 공정 가스는 챔버 내에서 위치에 상관없이 균일한 농도로 분포될 수 있다.
그 결과, 챔버 내에 배치된 복수의 기판 각각의 이미터층이 균일하게 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 솔라셀 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 노즐부를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제조 장치로 제조된 PERC 솔라셀을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 PERC 솔라셀을 제조하는 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제조 장치에 의해 제조된 PERC 솔라셀의 이미터층 면저항 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 노즐부를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제조 장치로 제조된 PERC 솔라셀을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 PERC 솔라셀을 제조하는 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제조 장치에 의해 제조된 PERC 솔라셀의 이미터층 면저항 균일도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 솔라셀 제조 장치를 나타낸 개략도이다. 도 2는 본 발명의 노즐부를 나타낸 개략도이다. 도 3은 본 발명의 제조 장치로 제조된 PERC 솔라셀을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4는 PERC 솔라셀을 제조하는 공정을 나타낸 흐름도이다. 도 5는 본 발명의 제조 장치에 의해 제조된 PERC 솔라셀의 이미터(emitter)층 면저항 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 기판(100)의 전면에 이미터층(110)이 증착되고 이미터층(110) 위에 반사 방지막(112)(ARC)이 적층될 수 있다. 실리콘(Si)을 포함하는 기판(100)은 도핑되어 P형 반도체가 될 수 있다. 이미터층(110)은 기판(100) 위에 형성되며 N형 반도체가 될 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체는 서로 다이오드와 같은 접합 구조를 가지며, 상기 접합 구조의 솔라셀에 광이 입사되면 광과 솔라셀의 반도체를 구성하는 물질 간의 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의하여 (-)전하를 띤 전자(electron)와 (+)전하를 띤 정공(hole)이 쌍으로 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.
예를 들어 n형 반도체인 이미터층(110)의 상부에 접합된 전면 전극(114)의 방향으로 전자가 이동하고, 예를 들어 p형 반도체인 기판(100)의 하부에 접합된 후면 전극(124)으로 정공이 이동할 수 있다. 따라서, 전면 전극(114)과 후면 전극(124)을 전기적으로 연결하면 전력을 얻을 수 있다.
도 4를 참조하면, 먼저 솔라셀을 만들기 위해 제1 도전형의 실리콘 기판(100)을 준비하고, 제1 도전형의 실리콘 기판(100)의 표면에 존재하는 결함 또는 손상을 제거(SDR, saw damage removal)할 수 있다(S 511).
제1 도전형의 실리콘 기판(100)으로 p형 또는 n형 타입 모두가 사용될 수 있다. 다만, 소수 캐리어에 해당하는 전자의 수명(life time)과 이동도(mobility)가 큰 것을 고려하여 p형 실리콘 기판을 사용하는 것이 유리하다. 제1 도전형의 실리콘 기판(100)의 표면손상제거(SDR, saw damage removal)를 위해 습식 및 건식방법을 모두 사용할 수 있지만, 제조 원가와 생산성을 고려하여 NaOH, KOH 등의 용액으로 습식방법을 사용하는 것이 바람직하다.
이후, 기판(100)을 텍스쳐링(texturing)할 수 있다(S 513).
텍스쳐링 공정은 기판(100)의 표면에 불규칙한 요철 구조를 만드는 것일 수 있다. 텍스쳐링 공정을 수행함으로써 솔라셀에 입사되는 광이 외부로 반사되어 솔라셀의 효율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다. 텍스쳐링 공정에는 알칼리성이나 산성을 띄는 용액을 이용하는 습식 방법 또는 플라즈마를 이용하는 건식 방법이 적용될 수 있다.
이후, 제1 도전형의 기판(100)과 반대되는 타입의 도전형을 갖는 제2 도전형의 이미터층(110)을 형성할 수 있다(S 515).
이미터층(110)을 형성하는 이미터 형성 공정에서는 제2 도전형의 이미터층(110)을 형성하기 위해 제1 도전형의 실리콘 기판(100)에 인(P)을 열 확산(thermal diffusion) 도핑(doping)할 수 있다. 열 확산 도핑 시 POCl3, H3PO4 등의 인(P)이 함유되거나 BF3, B2H6 등의 붕소(B)가 함유된 소스가 이용될 수 있다.
이후, 이미터 형성 공정에서 형성된 부산물인 PSG나 BSG를 제거할 수 있다(S 517)
PSG 제거 공정은 HF, DHF, BOE 등의 용액을 이용한 습식방법 및 CF4, SF6 등의 소스로 플라스마를 이용한 건식 방법이 적용될 수 있다.
PSG가 제거되면, 기판의 후면에 패시베이션층(120)을 형성하는 후면 패시베이션 증착 공정(S 519)이 수행될 수 있다.
패시베이션(passivation)은, 반도체 칩 표면이나 접합부에 적당한 처리를 하여 보호막을 씌우는 것을 말한다. 유해한 환경을 차단하여 디바이스 특성의 안정화를 꾀할 수 있다. 예를 들면 SiO2막에 Na+와 같은 알칼리 이온이 부착하면, 이것이 쉽게 내부에 확산하여 Si/SiO2 계면 상황을 변화시켜서 반전층을 만들기 때문에 접합부 누설 전류의 증가, 전류 증폭률의 변동. MOS 임계값 전압 변화, 잡음의 증가 등을 초래하게 된다. 패시베이션은 경계면에 대한 보호막으로 작용하므로, 이러한 유해 이온의 흡수나 이동을 저지하는 블로킹 수단이 될 수 있다.
일 실시예로서, 후면 패시베이션층(120)은 Si를 포함하는 기판(100)의 후면에 AlOx 막 또는 SiNx막을 성장시킨 것일 수 있다.
후면 패시베이션 증착 공정(S 519)은 캡핑층(122)으로 패시베이션층(120)을 덮는 공정을 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 캡핑층(122)은 후면 패시베이션층(120)에 SiNx 막을 성장시킨 것으로서, 후면 패시베이션을 보호하거나 절연시킬 수 있다. SiNx 막으로 된 캡핑층(122)은 전기적(electrical) 패시베이션층(120)인 AlOx막을 보호하거나, 화학적(chemical) 패시베이션층(120) 역할을 하거나, 후면 반사막 기능을 하거나, 전기적 절연 작용을 할 수 있다.
이후, 제2 도전형의 이미터층(110)에 전면 반사 방지막(112)인 SiNx막을 증착할 수 있다(S 521).
SiNx막의 증착은 저압 화학기상 증착법(LPCVD, low pressure chemical vapor deposition) 또는 플라스마 화학기상 증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) 등에 의해 실시될 수 있다.
이미터층(110) 상에 증착된 전면 SiNx막은 반사 방지막(ARC, anti-reflection coating)의 역할과 표면 패시베이션(passivation)의 역할, 그리고 수분, 먼지 등의 외부 환경으로 부터 소자를 보호하는 역할을 할 수 있다. 반사 방지막(ARC)은 실리콘 기판(100)을 통하여 입사된 빛이 이미터층(110)에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사되어 태양전지의 광전변환효율을 저하시키는 현상을 방지할 수 있다. 반사 방지막(ARC)의 물질은 솔라셀의 표면에서 전지 표면과 반응하지 말아야 하고, 재질로써 전지 표면을 보호할 수 있는 SiO2 등의 실리콘 산화물(SiOx), Si3N4 등의 실리콘 질화물(SiNx) 또는 TiO2 등의 물질을 사용할 수 있다.
이후, 후면 전극 콘택트 오픈(contact open) 공정(S 523)이 수행될 수 있다.
콘텍트 오픈 공정은 패시베이션층(120) 및 캡핑층(122)를 관통하는 전극 홀을 레이저 가공 등을 통해 형성할 수 있다. 전극 홀의 저면에 노출된 기판(100)의 일부는 국부 BSF층(126)(local BSF layer)이 될 수 있다. 국부 BSF층(126)은 광 에너지를 흡수한 전자를 여기(exiting)시키는 배면 표면 전계(BSF: Back Surface Field)를 국부적으로 형성할 수 있다.
후면 전극 콘택트 오픈 공정(S 523) 이후에는 전/후 전극 형성 공정(S 525)이 수행될 수 있다.
스크린 프린팅(printing) 기법을 사용하여 전극을 형성하는데, 상기 스크린 프린팅 기법은 패턴이 설계된 메쉬(mesh) 위에 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 페이스트(paste) 소스를 놓고 실리콘 기판(100)에 인쇄한 후 페이스트를 건조시키는 기법이다. 전면 전극(114)의 재질로써 은(Ag) 페이스트(paste)를 사용하고, 후면 전극(124)의 재질로써 알루미늄(Al) 페이스트(paste)를 사용할 수 있다. 후면 전극(124)을 형성하기 위하여 알루미늄 페이스트가 BSF층(126)에 대면되는 전극 홀 또는 캡핑층(122)에 스크린 프린팅될 수 있다.
이후, 전면 전극(114)과 후면 전극(124)을 고온에서 소성(firing)하여 제2 도전형의 이미터층(110)과 제1 도전형의 실리콘 기판(100)을 옴 접촉(ohmic contact)하는 공정이 수행될 수 있다(S 527).
소성 공정(S 527)은 열로(thermal furnace)나 RTP(rapid thermal process), 벨트형 인라인(belt type in-line) 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다. 이때 상기 소성 공정은 SiNx 막의 특성과 전극 물질의 특성을 고려하여 시간, 온도 등을 조절하여 수행한다.
소성 공정(S 527)이 완료되면, 솔라셀의 특성을 평가하고 평가 결과에 따라 솔라셀을 분류할 수 있다(S 529).
소성 공정(S 527)까지 마친 완성된 솔라셀에 대하여 개방 전압(Voc), 단락 전류(Isc), 곡선 인자(FF), 변화 효율(Efficiency) 등의 특성이 평가될 수 있다. 평가 등급에 따라 솔라셀이 분류될 수 있다.
기판(100)에 이미터층(110)을 형성하는 이미터 형성 공정(515)은 도 1과 같이 챔버(210) 내에서 이루어질 수 있다. 이때, 대량 생산을 위해 단일 챔버(210)에 복수의 기판(100)이 삽입될 수 있다.
품질 관리를 위해 챔버(210)에 삽입된 복수의 기판(100)은 이미터층(110)의 면저항이 서로 동일한 것이 좋다.
각 기판(100)의 이미터층(110) 면저항이 서로 동일하도록 하기 위해서는 챔버(210) 내에 분사된 공정 가스의 분포가 균일한 것이 좋다. 그러나, 현실적으로, 챔버(210) 내에 분사된 공정 가스는 국부적으로 고농도로 분포되는 불균일성을 가질 수 있다.
일 예로, 도 1에 개시된 바와 같이 본 발명의 솔라셀 제조 장치는 솔라셀을 형성하는 복수의 기판이 투입되고, 기판에 이미터층을 형성하는 챔버(210), 노즐부(214)를 포함할 수 있다.
결정질 실리콘이 포함된 기판(100)에 이미터층(110)을 형성할 때, 열 확산(thermal diffusion) 방법이 이용될 수 있다. 열 확산 방법은 열로(thermal furnace)나 RTP(rapid thermal process)를 사용할 수 있다.
열 확산 방법에 의하면 고온의 공정으로 인한 부산물인 PSG(phosphosilicate glass)나 BSG(borosilicate glass)가 형성될 수 있고, PSG나 BSG에 포함된 불순물이 확산하여 이미터층(110)을 형성할 수 있다.
챔버(210)는 복수의 기판(100)을 수용하기 위해 길다란 원통 형상 또는 튜브 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 챔버(210)의 일단은 개구되어 챔버(210)의 출입구를 형성할 수 있다. 챔버(210)의 내부 또는 외부에는 챔버(210)에 열을 공급하는 히터(250)가 설치될 수 있다. 챔버(210)에는 챔버(210) 내의 가스를 외부로 배출하는 펌핑관(219)이 마련될 수 있다.
챔버(210)의 출입구는 프론트 도어(211)(front door)에 의해 개폐될 수 있다. 결과적으로, 챔버(210)의 일측에는 프론트 도어(211)에 의해 개폐되는 출입구가 형성된 셈이다. 솔라셀 제조 장치는 출입구를 통해 챔버(210)에 삽입되는 보트(220)를 포함할 수 있다.
보트(220)에는 복수의 기판(100)이 적재될 수 있다.
프론트 도어(211)가 개방된 상태에서, 복수의 기판(100)이 적재된 보트(220)가 챔버(210)의 출입구를 통하여 투입될 수 있다.
보트(220)가 입력되면 프론트 도어(211)에 의해 출입구가 폐쇄되고, 챔버(210) 내에 배치된 기판(100)에 대해 이미터 형성 공정 등 다양한 공정이 수행될 수 있다.
이미터 형성 공정이 완료되거나, 솔라셀의 제조가 완료되면, 프론트 도어(211)에 의해 출입구가 개방될 수 있다. 출입구가 개방되면, 복수의 기판(100)이 적재된 보트(220)가 챔버(210)로부터 출력될 수 있다.
많은 개수의 기판(100)을 수용하기 위해 챔버(210)는 길다란 원통 형상으로 형성될 수 있다.
원통 형상의 챔버 내부로 공정 가스를 비롯한 각종 가스의 투입을 위해 노즐부(214)가 이용될 수 있다.
노즐부(214)는 챔버(210)의 출입구에 대면되는 챔버(210)의 반대측 타측벽으로부터 출입구를 향해 연장되는 관 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 노즐부(214)는 챔버 내 각종 가스와 반응하지 않는 석영관을 포함할 수 있다.
노즐부(214)의 토출구는 챔버(210)의 출입구 측 단부에 형성될 수 있다. 이에 따르면, 노즐부(214)로부터 분사되는 공정 가스는 프론트 도어(211) 측에 집중적으로 분포될 수 있다.
프로트 도어(211)에 집중된 가스의 분사로 인해 챔버 내의 가스 분포는 불균일할 수 있다.
텍스쳐링(texturing) 단계에서 실리콘 기판(100)의 표면에 불규칙한 요철 구조가 형성될 수 있다. 요철 구조의 꼭대기(top), 경사면(slop), 골짜기(valley)를 갖는 구조에 대하여 접합 깊이(junction depth)가 균일하게 조절되는 것이 바람직하다. 그런데, 불균일한 공정 가스의 분포로 인해, 접합 깊이가 균일하지 못할 수 있다. 따라서, 챔버(210) 내에 분사된 공정 가스의 불균일한 분포로 인해 특정 기판의 이미터층(110) 면저항은 다른 기판의 이미터층(110) 면저항과 다를 수 있다.
이미터층(110)의 면저항은 솔라셀의 효율을 결정할 수 있다. 따라서, 동일한 챔버(210)에서 생산된 솔라셀들이 서로 다른 면저항을 갖는다면, 품질 관리가 매우 어려워질 수 있다. 일 예로, 동일한 챔버(210)에서 생산된 복수의 솔라셀을 일일이 평가해서 분류하는 작업이 수행되어야 한다. 만약, 동일한 챔버(210)에서 생산된 복수의 솔라셀이 서로 균일한 이미터층 면저항을 갖는다면, 랜덤한 몇개만 평가하면 충분할 수 있다.
또한, 국부적으로 고농도로 분포된 공정 가스에 접한 기판(100)은 설계치를 넘는 공정 가스와의 접촉에 의해 이미터층 면저항 특성이 악화될 수 있다.
따라서, 이미터층 면저항 특성의 악화 방지 및 품질 관리의 개선을 위해, 챔버(210)에 삽입된 복수의 기판(100)의 이미터층 면저항을 균일하게 형성하는 기술이 필요하다.
일 예로, 노즐부(214)는 이미터층의 형성 단계(S 515)에서 열 확산 온도로 유지되는 챔버(210)의 내부에 옥시데이션 프로커서(Oxidation precursor)를 분사할 수 있다. 이때, 노즐부(214)는 인(P) 또는 붕소(B)가 함유된 POCL3, BF3 등의 공정 가스가 투입되기 전에 옥시데이션 프로커서를 챔버(210) 내부에 분사할 수 있다.
노즐부(214)는 이미터층(110)의 형성 단계에서 H2O, O2, O3 중 적어도 하나를 포함하는 옥시데이션 프리커서를 분사할 수 있다.
열 확산 온도는 700 ~ 1000℃일 수 있다.
일 실시예로서, 노즐부(214)는 옥시데이션 프리커서와 함께 질소 가스를 챔버(210) 내부에 분사할 수 있다. 구체적으로, H2O 또는 수증기에 질소 가스를 통과시키고, H2O 또는 수증기를 통과한 질소 가스를 열 확산 온도로 유지되는 챔버(210)에 분사하여 기판(100) 또는 이미터층(110)을 처리할 수 있다.
노즐부(214)에서 옥시데이션 프리커서가 분사되고 챔버(210) 내부의 온도가 열 확산 온도로 유지되면, 기판(100)의 친수성(hydrophilic) 표면이 소수성(hydrophobic) 표면으로 변할 수 있다.
노즐부(2140는 옥시데이션 프리커서의 분사 후에 인 또는 붕소가 함유된 공정 가스를 챔버(210) 내부에 분사할 수 있다. 소수성으로 변한 기판(100)의 표면에 인 또는 붕소가 열 확산 도핑될 수 있다.
단독으로 또는 질소 가스와 함께 챔버(210) 내부로 분사된 옥시데이션 프리커서는 추후 동일한 노즐부(214)로 분사되는 공정 가스와 동일한 경로를 따라 흐를 수 있다. 따라서, 공정 가스가 고농도로 분포되는 챔버(210) 내 국부 영역에 옥시데이션 프리커서 역시 고농도로 분포될 수 있다.
옥시데이션 프리커서가 고농도로 분포된 영역에 배치된 특정 기판의 소수성화는 다른 기판보다 강하게 발생될 수 있다.
추후, 공정 가스시, 소수성화가 강하게 일어난 특정 기판은 고농도의 공정 가스에 접하더라도 소수성 표면으로 인해 열 확산 도핑 깊이가 공정 가스에 접한 양과 비교하여 줄어들 수 있다. 그 결과 고농도의 공정 가스가 분포된 영역에 배치된 특정 기판의 열 확산 도핑 깊이는 다른 기판의 열 확산 도핑 깊이와 유사해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 선 증착 단계에서 PSG 또는 BSG를 형성하는 공정 가스가 노즐부(214)를 통해 챔버(210)에 투입될 수 있다. 옥시데이션 프리커서는 공정 가스가 투입되는 동일한 노즐부(214)를 통해 온도 유지 단계에서 챔버(100)에 투입될 수 있다.
공정 가스가 투입되는 동일한 노즐부(214)를 통해 챔버(210)에 투입된 옥시데이션 프리커서는 사전에 공정 가스의 경로를 답사하면서 주변의 기판(100)을 소수성화시킬 수 있다.
본 발명의 솔라셀 제조 방법에 따르면, 이미터층 형성 공정(S 515)는 온도 유지 단계(Temperature stability), 선 증착 단계(Pre-deposition), 확산 단계(Drive-in)를 포함할 수 있다.
온도 유지 단계는 솔라셀을 형성하는 기판(100)이 챔버(210)에 투입되고, 챔버(210) 내의 온도를 열 확산 온도로 유지하는 단계일 수 있다.
선 증착 단계는 기판(100)에 PSG(phosphosilicate glass) 또는 BSG(borosilicate glass)가 형성되는 단계일 수 있다. 일 예로, 870℃를 10분동안 유지하면서 POCL3 가스가 챔버(210)에 투입될 수 있다. POCL3 가스와 함께 O2(이때의 O2는 옥시데이션 프리커서와 구분되는 공정 가스에 해당)가 투입되면 기판(100)의 표면에 PSG에 해당하는 P2O5가 형성될 수 있다.
확산 단계는 PSG 또는 BSG에 포함된 불순물이 기판(100) 속으로 확산하는 단계일 수 있다. 일 예로, 열 확산 온도에서 기판(100) 표면의 P2O5는 기판(100)과 반응하여 4P와 5SiO2가 되고, 농도차에 의해 기판(100) 속으로 인이 확산될 수 있다.
본 발명에 따르면, PSG 또는 BSG가 형성되기 전 온도 유지 단계에서 열 확산 온도로 유지되는 상기 챔버의 내부에 옥시데이션 프리커서(Oxidation precursor)가 분사될 수 있다.
온도 유지 단계에서 투입된 옥시데이션 프리커서로 인해 기판(100)의 친수성 표면이 소수성 표면으로 변화될 수 있다.
선 증착 단계 또는 확산 단계에서 PSG 또는 BSG를 형성하는 공정 가스가 챔버 내부에 국부적으로 정체되는 여부에 관계없이, 소수성으로 변한 기판(100) 표면으로 인해 챔버(100) 내에 투입된 복수의 기판(100)에 인 또는 붕소가 균일하게 열 확산 도핑될 수 있다.
다른 실시예로, 노즐부(214)의 토출구(271, 281)를 이용해서 챔버(210) 내 공정 가스의 분포를 고르게 할 수 있다.
일 예로, 노즐부(214)에는 옥시데이션 프리커서 또는 공정 가스가 토출되는 복수의 토출구(271, 281)가 마련될 수 있다.
각 토출구는 챔버(210) 내의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
일 예로, 챔버(210)가 도 1과 같이 원통 형상으로 형성된 경우, 노즐부(214)는 챔버(210)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 이때, 각 토출구(271, 281)는 챔버(210)의 길이 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
한편, 챔버(210)에 투입되는 기판(100)의 개수, 크기 등에 따라 토출구의 위치가 변경될 필요가 있다. 토출구의 위치 변경이 용이하도록, 노즐부(214)는 챔버(210)에 이동 가능하게 지지되거나 회전 가능하게 지지될 수 있다. 일 예로, 노즐부(214)는 챔버(210)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 챔버(210)에 설치될 수 있다. 또는 노즐부(214)는 챔버(210)의 길이 방향을 따라 연장되는 가상의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 챔버(210)에 설치될 수 있다. 또는 노즐부(214)는 챔버(210)의 길이 방향에 기울어진 가상의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 챔버(210)에 설치될 수 있다.
노즐부(214)의 이동 또는 회전에 따라 챔버(210) 내 토출구의 위치가 자유롭게 조정될 수 있으며, 토출구가 공정 가스를 분사하는 각도 역시 자유롭게 조정될 수 있다.
한편, 이미터층을 형성하는 공정 가스는 액상의 리퀴드 소스(liquid source)가 질소 등에 의해 버블링(bubbling)되어 기화된 것일 수 있다. 따라서, 챔버(210) 내로 유입되는 공정 가스에는 미기화된 액상의 소스가 포함될 수 있다. 챔버(210) 내로 분사된 액상의 소스는 기판(100)에 국부적 고농도의 이미터층을 형성할 수 있다.
액상의 소스가 챔버(210)로 유입되는 것을 방지하기 위해 노즐부(214)는 다중관 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 노즐부(214)는 공정 가스가 입력되는 제1 관(270), 제1 관(270)이 수용되는 제2 관(280)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 관(270)은 제2 관(280)의 센터 영역에 배치될 수 있다. 자세하게, 수평 방향을 기준으로 제1 관(270)의 중심은 제2 관(280)의 중심과 오버랩되도록 배치될 수 있다.
제1 관(270)에는 공정 가스가 토출되는 제1 홀(271)이 형성될 수 있다.
제2 관(280)에는 제1 홀(271)로부터 토출된 공정 가스가 챔버(210)의 내부로 토출되는 제2 홀(281)이 형성될 수 있다. 제2 홀(281)은 제1 홀(271)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 일례로, 제2 홀(281)의 직경은 제1 홀(271)의 직경의 약 1.2배 내지 약 5배일 수 있다. 상기 제1 및 제2 홀(271, 281)의 직경 비율이 약 1.2배 미만인 경우, 제1 홀(271)로부터 토출된 공정 가스가 제2 홀(281)을 통해 원활하게 배출되지 않아 제2 관(280) 내부 압력이 증가할 수 있다. 또한, 상기 직경 비율이 약 5배를 초과할 경우 제1 홀(271)로부터 토출된 공정 가스가 제2 관(280) 내에 균일하게 확산되기 어려워 제2 홀(281)을 통한 균일한 배출이 어려울 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 홀(271, 281)의 직경 비율은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.
제1 관(270)의 제1 홀(271)을 통해 일부 액상의 소스가 토출될 수 있다. 제1 홀(271)을 통해 토출된 액상의 소스는 곧바로 챔버(210) 내부로 분사되지 못하고, 제1 관(270)을 둘러싸고 있는 제2 관(280)에 머무르게 된다.
이미터층 형성 공정을 위해 높은 온도로 가열된 챔버(210) 내에 배치된 제2 관(280)은 높은 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 제2 관(280)에 머무른 액상의 소스는 기화되어 정상적인 기체 상태의 공정 가스가 되고, 제2 홀(281)을 통해 챔버(210)로 분사될 수 있다.
제2 홀(281)을 통해 챔버(210)로 분사된 공정 가스는 기체 상태이므로, 챔버(210) 내 일부 위치에 국부적으로 존재하지 않고 챔버(210) 내에 넓게 퍼질 수 있다. 그 결과, 챔버(210) 내 공정 가스의 분포가 균일해질 수 있다.
제2 홀(281)이 제1 홀(271)에 대면하게 위치하면, 제1 홀(271)로부터 토출된 액상의 소스가 그대로 충분히 기화되기 전에 곧바로 제2 홀(281)을 통해 챔버(210)로 유입될 수 있다. 액상의 소스가 챔버(210)로 유입되는 것을 방지하기 위해, 제2 홀(281)은 제1 홀(271)에 대면하지 않는 위치에 형성되는 것이 좋다.
일 예로, 제2 홀(281)이 제2 관(280)의 일측벽에 형성될 때, 제1 홀(271)은 제2 관(280)의 타측벽을 향해 공정 가스가 토출되게 형성될 수 있다. 도 2의 경우, 제2 홀(281)이 제2 관(280)의 상측벽에 형성되고, 제1 홀(271)이 제1 관(270)의 하측벽에 형성되고 있다. 그 결과, 제1 홀(271)은 챔버(210)로부터 폐쇄된 제2 관(280)의 하측벽에 대면할 수 있다. 제1 홀(271)로부터 출력된 액상의 소스는 중력에 의해 제2 관(280)의 하측벽에 머무르면서 고열에 의해 기화되고, 제2 관(280)의 상측벽에 형성된 제2 홀(281)을 통해 기판(100)이 위치한 챔버(210)의 내부로 유입될 수 있다.
한편, 노즐부(214)의 공정 가스가 직접 기판(100)을 향해 분사되면, 챔버(210) 내 공정 가스의 균일한 분포와 무관하게 기판(100)의 처리가 불균일해질 수 있다.
노즐부(214)는 기판(100)과 챔버(210)의 일측벽 사이에 배치될 수 있다. 제2 홀(281)은 기판(100)과 반대되는 챔버의 일측벽을 향해 공정 가스가 토출되게 형성될 수 있다. 일 예로, 기판(100)이 챔버(210)의 하측벽 측에 배치되고, 노즐부(214)는 기판(100)과 챔버(210)의 상측벽 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제2 홀(281)은 챔버(210)의 상측벽을 향해 공정 가스가 토출되게 형성될 수 있다.
챔버(210)의 상측벽을 향해 토출된 공정 가스는 챔버(210)의 상측벽에 부딪힌 후 사방으로 고르게 퍼질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 기판의 처리 균일도, 일 예로, 이미터층의 면저항 균일도가 개선될 수 있다.
제1 관(270)과 제2 관(280) 중 적어도 하나는 챔버(210)에 이동 가능하게 지지되거나 회전 가능하게 지지될 수 있다.
제1 관(270)과 제2 관(280)은 서로 독립적으로 이동 가능하게 형성될 수 있다. 서로 독립적으로 이동 가능하게 형성된 제1 관(270)과 제2 관(280)의 위치 또는 각도를 조정함으로써, 제1 홀(271)과 제2 홀(281)의 위치 및 토출 각도를 자유롭게 조절할 수 있다.
챔버(210)의 내부까지 연장된 제2 관(280)의 단부는 폐쇄될 수 있다. 반면, 폐쇄된 제2 관(280)의 단부에 대면되는 제1 관(270)의 단부는 공정 가스가 배출되도록 개방되며 제2 관(280)의 단부로부터 이격되게 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 관(270)을 따라 흐르는 공정 가스 중 제1 홀(271)을 통해 배출된 것을 제외한 나머지가 제1 관(270)의 단부에 형성된 관 개구부(273)를 통해 배출될 수 있다.
관 개구부(273)를 통해 배출된 공정 가스는 제2 관(280)의 단부에 부딪힌 후 제1 관(270)을 따라 공정 가스가 흐르는 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 따라 흐르면서 제2 홀(281)을 통해 배출될 수 있다.
공정 가스가 제1 관(270)을 따라 일측으로부터 타측으로(제1 방향) 흐를 때, 제1 홀(271)은 제1 관(270)의 일측으로부터 타측까지 서로 다른 위치에 복수로 형성될 수 있다. 이때, 압력차로 인해 제1 관(270)의 일측에 형성된 제1 홀(271)로부터 분사되는 공정 가스의 양이 제1 관(270)의 타측에 형성된 제1 홀(271)로부터 분사되는 공정 가스의 양보다 많을 수 있다. 그 결과, 제1 관(270)의 일측에 대면된 챔버 공간의 가스 농도가 제1 관(270)의 타측에 대면된 챔버 공간의 가스 농도보다 높을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 관 개구부(273)로부터 출력된 공정 가스가 제2 관(280)의 단부에 부딪힌 후 제2 방향을 따라 흐를 수 있다. 제2 관(280)의 단부에 부딪힌 후 제2 방향을 따라 흐르는 공정 가스의 양은 제2 방향을 따라갈수록 줄어들 수 있다. 제2 방향을 따라 흐르는 공정 가스는 제1 관(270)으로부터 출력된 공정 가스와 합쳐져서 제2 홀(281)을 통해 출력될 수 있다. 그 결과, 각 제1 홀(271)로부터 출력되는 서로 다른 양의 공정 가스가 보충되며, 결과적으로 제1 방향 또는 제2 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성된 각 제2 홀(281)로부터 출력되는 공정 가스의 양은 서로 동일해질 수 있다.
챔버(210) 내 서로 다른 위치에 형성된 복수의 토출구로 인해, 노즐부(214)로부터 분사된 공정 가스 등은 챔버 내에 고르게 분포할 수 있다.
복수의 토출구 중 일부 토출구는 노즐부(214)의 연장 방향 상으로 기판(100)과 출입구 사이에 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 챔버(210)의 가운데에 배치된 기판(100)뿐만 아니라 출입구 측에 배치된 기판(100)까지 균일하게 이미터층(11)이 형성될 수 있다.
도 5의 (a)는 온도 유지 단계에서 옥시데이션 프리커서를 투입하지 않은 비교 실시예의 이미터층 면저항 균일도를 나타낸 것이다. 도 5의 (a)는 프론트 도어(211)에 대면되는 노즐부(1개의 관으로만 형성)의 일단에만 개구부가 형성된 상태이다.
도 5의 (b)는 온도 유지 단계에서 옥시데이션 프리커서를 투입한 본 발명의 이미터층 면저항 균일도를 나타낸 것이다. 도 5의 (b)는 제1 관(270), 제2 관(280)을 갖는 노즐부가 적용된 상태이다.
도 5의 가로축은 챔버(210)의 길이 방향을 나타낸다.
비교 실시예의 경우, 프론트 도어(211) 측에 고농도로 분포한 공정 가스로 인해 프로트 도어(211)에 가깝게 배치된 기판(100)의 면저항 균일도가 악화된 것을 알 수 있다. 또한, 챔버(210)의 길이 방향을 따라 서로 다른 위치에 배치된 각 기판(100)의 면저항 균일도가 서로 달라 품질 관리가 어려울 것이 예상된다.
반면, 본 발명의 경우, 프론트 도어(211) 측에 배치된 기판(100)의 면저항 균일도가 크게 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 챔버(210) 내에 배치된 위치에 상관없이 모든 기판(100)의 면저항 균일도가 서로 유사한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100...기판
110...이미터(emitter)층
112...반사 방지막(ARC(antireflection coating) layer)
114...전면 전극 120...패시베이션층(Passivation layer)
122...캡핑층(capping layer) 124...후면 전극
126...국부 BSF층(local BSF layer)
210...챔버 211...프론트 도어
214...노즐부 219...펌핑관
220...보트 250...히터
270...제1 관 271...제1 홀
273...관 개구부 280...제2 관
281...제2 홀
112...반사 방지막(ARC(antireflection coating) layer)
114...전면 전극 120...패시베이션층(Passivation layer)
122...캡핑층(capping layer) 124...후면 전극
126...국부 BSF층(local BSF layer)
210...챔버 211...프론트 도어
214...노즐부 219...펌핑관
220...보트 250...히터
270...제1 관 271...제1 홀
273...관 개구부 280...제2 관
281...제2 홀
Claims (9)
- 솔라셀을 형성하는 기판이 투입되고, 상기 기판에 이미터층을 형성하는 챔버;
상기 이미터층의 형성 단계에서 상기 챔버의 내부에 공정 가스를 분사하는 노즐부;를 포함하고,
상기 노즐부에는 상기 공정 가스가 토출되는 복수의 토출구가 마련되며,
각 토출구는 상기 챔버 내의 서로 다른 위치에 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 챔버는 원통 형상으로 형성되고,
상기 노즐부는 상기 챔버의 길이 방향을 따라 연장되며,
각 토출구는 상기 챔버의 길이 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 노즐부는 상기 챔버에 이동 가능하게 지지되거나 회전 가능하게 지지되고,
상기 노즐부의 이동 또는 회전에 따라 상기 토출구의 위치가 조정되는 솔라셀 제조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 챔버의 일측에는 프론트 도어에 의해 개폐되는 출입구가 형성되고,
상기 노즐부는 상기 출입구에 대면되는 상기 챔버의 타측벽으로부터 상기 출입구를 향해 연장되며,
복수의 상기 토출구 중 일부 토출구는 상기 노즐부의 연장 방향 상으로 상기 기판과 상기 출입구 사이에 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 노즐부는 상기 공정 가스가 입력되는 제1 관, 상기 제1 관이 수용되는 제2 관을 포함하고,
상기 제1 관에는 상기 공정 가스가 토출되는 제1 홀이 형성되며,
상기 제2 관에는 상기 제1 홀로부터 토출된 상기 공정 가스가 상기 챔버의 내부로 토출되는 제2 홀이 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 홀이 상기 제2 관의 일측벽에 형성될 때,
상기 제1 홀은 상기 제2 관의 타측벽을 향해 상기 공정 가스가 토출되게 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 노즐부는 상기 기판과 상기 챔버의 일측벽 사이에 배치되고,
상기 제2 홀은 상기 기판에 반대되는 상기 챔버의 일측벽을 향해 상기 공정 가스가 토출되게 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 관과 상기 제2 관 중 적어도 하나는 상기 챔버에 이동 가능하게 지지되거나 회전 가능하게 지지되고,
상기 제1 관과 상기 제2 관은 서로 독립적으로 이동 가능하게 형성된 솔라셀 제조 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 챔버의 내부까지 연장된 상기 제2 관의 단부는 폐쇄되고,
폐쇄된 상기 제2 관의 단부에 대면되는 상기 제1 관의 단부는 상기 공정 가스가 배출되도록 개방되며 상기 제2 관의 단부로부터 이격되게 형성된 솔라셀 제조 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220050437A KR102697743B1 (ko) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 솔라셀 제조 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220050437A KR102697743B1 (ko) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 솔라셀 제조 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230150684A true KR20230150684A (ko) | 2023-10-31 |
| KR102697743B1 KR102697743B1 (ko) | 2024-08-23 |
Family
ID=88543408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220050437A KR102697743B1 (ko) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 솔라셀 제조 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102697743B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150139029A (ko) * | 2014-05-30 | 2015-12-11 | 주성엔지니어링(주) | 가요성 기판 처리 장치 |
| KR101686663B1 (ko) | 2015-09-01 | 2016-12-14 | 금오공과대학교 산학협력단 | 후면 전극형 박막 솔라셀과 그의 제조방법 |
| KR20190025429A (ko) * | 2017-09-01 | 2019-03-11 | 주식회사 한화 | 계면 특성이 향상된 perc 솔라셀, 솔라셀 제조 방법 및 제조 장치 |
| KR102256106B1 (ko) * | 2019-12-13 | 2021-05-27 | 주식회사 금강쿼츠 | 반도체 제조에 사용되는 압력보충용 2중관 노즐 |
-
2022
- 2022-04-22 KR KR1020220050437A patent/KR102697743B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150139029A (ko) * | 2014-05-30 | 2015-12-11 | 주성엔지니어링(주) | 가요성 기판 처리 장치 |
| KR101686663B1 (ko) | 2015-09-01 | 2016-12-14 | 금오공과대학교 산학협력단 | 후면 전극형 박막 솔라셀과 그의 제조방법 |
| KR20190025429A (ko) * | 2017-09-01 | 2019-03-11 | 주식회사 한화 | 계면 특성이 향상된 perc 솔라셀, 솔라셀 제조 방법 및 제조 장치 |
| KR102256106B1 (ko) * | 2019-12-13 | 2021-05-27 | 주식회사 금강쿼츠 | 반도체 제조에 사용되는 압력보충용 2중관 노즐 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102697743B1 (ko) | 2024-08-23 |
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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