KR960001468B1 - 반사 방지막을 갖는 태양 전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 습식광전지에 관한 것으로, 특히 태양 전지 에너지 변환 능률을 증진시키기 위한 실리콘 태양 전지의 개량된 제조방법에 관한 것이다.
1984. 6. 5자 특허된 어럽.알.초우허리에 의한 미국특허 제4451969호, "태양 전지의 제조방법"에는 금속 화용 마스크로서와 반사 방지막으로서 질화 규소층을 사용한 반도체 태양 전지의 제조방법이 서술되어 있다.
또한 비슷한 방법으로 1987. 2. 3자 특허된 사카에 코이와이 등에 의한 미국 특허 제4640001호 "태양전지 제조방법"이 소개되어 있다.
초우허리 특허는,
(1) 실리콘 기재에서 포스핀 확산에 의한 얕은 접합형성,
(2) 실리콘 기재상에 "폴리실라잔" 막 형성,
(3) 신속하고 능률적으로 조절된 가열로의 사용으로(a) 사진 평판에 의한 그리드 전자 모양 형성에 사용된 감광성 내식막 제거(b)거의 질화규소(Si3N4)이고 감소된 에칭율을 갖는 기재로 폴리실라잔의 변화(4)기재 후면에 알루미늄 피막 사용과(5) 실리콘 기재와 알루미늄이 합금되어 부착 옴 접점을 형성하도록 기재 가열이 이루어지는 태양 전지 제조에 속하는 여러 공정이 서술되어 있다.
본 발명의 첫째 목적은 미국특허 제4451969호와 제4640001호에 서술된 방법을 개량한 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 새로운 방법을 제공하는데 있다.
특히 본 발명의 목적은 질화규소 함유 막이 장치의 한 명에서 예정된 그리드-형상 전자의 선택 도금을 가능하게 하는 마스크로서와 반사 방지막으로서 작용하는 반도체 접합 장치를 제조하는 개량된 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 고온에서 플라스마 CVD 방법에 의하여 창안된 질화 규소 반사방지막으로 특징되는 전지로, 약 12.6-16.0%의 총괄 전지 능률을 갖는 다결정성 태양 전지를 제조하는 개량된 방법을 공급하는데 있다.
더욱이 본 발명의 목적은 실리콘 태양 전지 기재에서 수소 주입을 일으키기 위하여 암모니아 플라스마 처리를 한 다음, 수소 주입 처리를 더하고 비교적 높은 에칭율을 갖는 폴리실라잔(질화규소의 형성)의 엷은 막을 형성시킴으로써 이루어지는 습식 광전지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 (1) (a) 수소 주입을 일으키는 암모니아 플라스마처리 (b) 부가적 수소 주입을 얻기 위한 혼합된 실란과 암모니아 플라스마 처리와 비교적 높은 에칭률을 갖는 질화 규소 막의 형성에 의하여 보강된 질화 규소막의 형성, (2) 그리드 모양을 형성시키기 위한 질화 규소막의 에칭 (3) 알루미늄 박막으로 기재의 뒷면 피복, (4) 알루미늄을 합금하고 질화규소 막을 밀도있게 하도록 가열함으로서 이루어지는 태양 전지의 제조방법을 개량하는데 있다.
특히 전술한 목적은 실리콘 태양 전지의 제조에 사용되는 바람직한 특징이 무엇보다도 다음과 같은 공정을 포함하는 방법에 의하여 달성할 수 있다:
(1) 기재의 전면에 절연층(인 유리)을 만들므로서 실리콘의 전면에 얕은 접합을 형성시키고; (2) 기재에서 절연층을 제거하고; (3) (a) 먼저 기재를 예정된 기간동안 암모니아 플라스마 처리하여 부가적 수소 주입을 얻고 폴리실라잔(수소화된 질화 규소) 막이 형성되게 하고; (4) 폴리실라잔 막에 그리드 전자 형상을 에칭하고; (5) 기재 뒷면에 알루미늄 박막을 사용하고; (6) 알루미늄과 실리콘 기재가 합금되도록 기재를 가열하고; (7) 높은 전도성의 땜질 가능한 금속(예를들어 니켈)의 부착 피막을 갖는 기재의 전면에 알루미늄 박막과 노출되는 실리콘을 도금한다.
암모니아와 암모니아/릴란 플라스마 처리는 기재로 수소가 확산함으로서 태양 전지의 변환 능률을 향상시키는 효과를 갖는다.
알루미늄 합금을 위한 열처리는 주입된 수소가 기재로 더 확산되는 경향이 있으므로, 기재의 집합체 확산 길이 특성을 유리하게 변경함으로써 입사광에 반응하여 생성된 소수 운반체의 재결합을 감소시킨다. 또한 합금 열처리로 거의 질화 규소가 되도록 폴리실라잔 막을 밀도있게 한다.
본 발명의 특징과 장점은 바람직한 본 발명에 따른 태양 전지에 포함되는 공정을 예시한 첨부 도면으로 상세히 하기에 설명했으며, 첨부 도면에서 몇몇 막과 부분의 두께와 깊이는 설명의 편의상 이들의 상대 비율에 따라 정확히 표시하지 않았다.
본 발명자는 (a)먼저 수소 주입이 생기는데 충분한 시간동안 선택된 온도에서 기재를 암모니아 플라스마 처리를 한 다음, (b)기재를 실란과 암모니아 플라스마 처리를 하여 질화 규소의 형성, 즉 SixHyNz(폴리실라잔) (여기서 x와 z는 각각 약 1.0-1.3이고 y는 약 0.05-0.30이다)의 막과 정확히 같은 수소화된 질화 규소의 형성으로 보이는 규소화 질소-함유 층이 형성되게 함으로써 P/N접합을 갖는 실리콘 기재와 질화 규소 반사 방지막으로된 형인 실리콘 습식광 태양 전지의 변환 능률을 증진시킬 수 있다는 것을 알았다.
SixHyNz막은 (a) 실리콘의 뚜렷한 에칭 없이 선택된 금속화 모양의 형성으로 쉽고 정확하게 기재와 떨어져서 에칭할 수 있고, (b) 전자의 형성을 위하여 선택된 금속 도금이 가능한 마스크로서 작용할 수 있고, (c) 반사 방지 막으로 작용할 수 있는 절연층이다. 더욱이, 두-공정 플라스마 처리에서 나온 수소 주입은 태양 전지의 변화 능률을 증진시킨다.
도면을 참고하면, 본 발명의 바람직한 특징은 EFG-성장 P-형 다결정성 실리콘 리본으로부터 태양 전지의 제조에 관한 것이다.
그러나, 본 발명은 다른 방법에 의하여 제조된 실리콘 리본 또는 기재, 예를들어 초크랄스키(CZ)성장 결정으로부터 제조된 기재를 사용하여 실시할 수 있다.
첫 공정으로서, 평리본(2)형태의 미리 세정한 실리콘 기재를, 기재의 첫면(이후 "전면"이라함)에서 비교적 얕은 접합(4), (즉 약 3000-5000 앙그스트롬 단위 깊이의 접합), N-형 전도성 부분(6)과 규산인 유리(8)를 생성시키도록 계산된 포스핀 확산처리한다. 이와 같은 본 발명의 바람직한 특징은 기질의 다른 면("후면")은 확산 단계에서 벗겨지지 않으므로, 실제로 같은 깊이의 두번째 접합(4A), 다른 N-형 전도성 부분(6A)과 규산 인 유리의 층(8A)이 기재의 다른 면에 생성된다. 에칭에 의하여 제거할 수 있는 리본의 표면에서 불순물을 흡수하기 위하여 개터 처리하는 느린로 냉각 단계에 의하여 확산이 종결된다.
포스핀 확산 공정은 약 800-1000℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하고, 케터 처리는 약 1.5-3.0시간동안 약650℃의 온도로 리본 기재를 냉각시키는 것을 포함한다. 게터 처리시, 실리콘 기재를 산소와 질소(바람직 하기로는 약 1:1의 채적비)가스의 대기에 노출시킨다.
다음, 규산 인 유리층(8)과 (8A)는 기재를 약 25-40℃의 온도에서 예를들어 10 NH4F"(40%):1HF 의 완충 용액에 침지시켜서 에칭한다.
다음 공정에서, 기재는 두-단계 질화 규소 석출 과정으로 처리된다. 두 공정 과정의 첫 공정은 플라스마 반응실에 기재를 넣고, 수소 주입을 일으키는데 충분한 시간동안 선택된 온도에서 기재를 암모니아 플라스마 처리하는 것이다.
다음, 기재를 플라스마 반응실에서 유지하고 부가적인 수소 주입과 실리콘상에 적합한 두께의 폴리실라잔 막을 생성시키는데 충분한 시간동안 선택된 온도에서 암모니아와 실란의 혼합된 플라스마로 처리한다. 이 두-공정 질화 규소 석출 과정에서, 얕은 접합(4)을 통하여, 수소를 기재의 전면으로 주입한다.
두-공정 질화 규소(폴리실라잔) 석출 과정은 통상의 평행판 전극 플라스마-보강된 CVD장치를 사용하여 행하는 것이 바람직하다.
더욱이, 두-공정 폴리실라잔 과정은 다음 공정을 포함하는 것이 바람직하다:(1) 전극 표면에 기재를 놓고, (2) 기재를 갖는 진공실을 선택된 온도로 가열하고, (3) 약 0.2토르 또는 그 이하의 압력으로 진공실을 배기하고, (4) 약 1-2토르의 압력의 평형을 유지하기 위하여 약 15초 이상동안 선택된 비율로 암모니아 가스를 진공실에 도입하고, (5) 암모니아 플라스마를 발생시키는 전극으로 RF 전력을 바꾸고, (6) RF전력의 평형을 이룬 후(통상 약 6-12초 이내), 기재에 수소를 주입하는데 충분한 시간동안 암모니아 플라스마 제조를 계속하고, (7) 실란 가스를 진공실에 도입하면서 암모니아 가스의 유동을 유지하고, (8) 충분한 두께의 폴리실라잔 막이 기재상에 형성된 후, RF전력과 암모니아와 실란 가스 유동을 종결시키는 것이다.
여기서 사용된 "폴리실라잔"이란 용어는 일반식 SixHyNz(여기서 Si, N와 H는 각각 규소, 질소와 수소를 나타내고, X와 Z는 각각 약 1.0-1.3이고 y는 약 0.05-0.30이다)으로 표시되는 조성을 갖는 수소화된 질화규소의 형태를 뜻한다.
이러한 폴리실라잔("질화규소") 막(10)은 조밀하고 이의 수소 함량이, 형성된 온도에 따라 약 5-30원자 퍼센트의 범위를 가지므로, 초우허리 특허에 서술된 석출 과정에서 최초로 형성된 폴리실라잔 막과 다르다.
이는 HF와 NH4F의 용액과 같은 완충 산화물에서 약 40-100 앙크스트롬/분의 에칭률을 가지며, 비교적 엷은 층, 즉 약 500-1500 앙그스트롬 두께로 석출된다.
2-공정 질화 규소 석출 과정은 약 320-500℃의 온도로 가열된 플라스마 반응실과 35-450킬로헤르쯔의 주파수를 갖는 RF전력공급원에 의하여 에너지 공급된 전극으로 행한다. 300-800왓트의 Rf전력은 쌍 사이의 틈에서 이루어지는 플라스마 방전으로 공급된다.
상기 두-공정 과정, 즉 공정(6)과 (7)은 3.0-20분사이에, 반응기에 암모니아와 실란을 도입함으로써 완결된다.
2-공정 질화 규소 석출과정이 완료된 후, 다음 공정은 적합한 방법, 예를들어 분무에 의하여 음화 감광성 내식막으로 기재의 전면을 피복하는 것이다. 통상의 경우, 내식막의 용매를 제거하기 위하여 감광성 내식막을 가열한다.
통상, 가열은 약 30-60분동안 감광성 내식막을 80-100℃로 하는 것이다.
다음 감광성 내식막을 적합한 그리드 모양 마스크로 적합한 복사 에너지원에 노출시켜서 내식막의 노출된 부분이 중합되도록 한다. 전극 모양이 미국특허 제3686063호에 표시된 다중-핑거 모양과 유사한 것이다. 내식막은 노출 부문(12A)을 완전하게 남겨두고, 내식막의 비노출 부분이 제거되도록 이를 하나 또는 그 이상의 적합한 용매와 접촉시켜서 현상한다.
다음 기재를 10NH4F(40%):1HF의 완충 용액과 같은 적합한 완충 산화물로 처리하여, 내식막이 제거된 부분에 질화물을 에칭하고 기재의 후면을 세정한다.
다음 공정은 남은 내식막을 제거하는 것으로, 이는 기재의 부식없이 내식막을 침지한 반응성 용액과 기재를 접촉시켜서 한다.
다음 증발 또는 열분해에 의하여 제거할 수 있는 유기 용액에서의 알루미늄 분말로 이루어진 선택된 알루미늄-함유 페이스트층(14)으로 기재의 후면을 피복한다. 이 공정 다음에는 두번째 가열공정이다. 이 두번째 가열 공정에서, 기재를 약 0.5-2.0분 동안 약 700-800℃의 온도로 가열하여 페이스트의 휘발 또는 열분해할 수 있는 유기 성분을 제거하고 페이스트의 알루미늄을 실리콘 기재와 합금시킨다.
이 합금 공정으로 알루미늄 박막을 기재의 후면과 합금시킴으로써, N-형 부분(6A)을 약 1-3미크론의 깊이를 갖는 P+부분(16)으로 변환시킨다. 이와같은 열 공정은 폴리실라잔-형 질화 규소를, 거의 Si3N4이고 밀도가 있는 질화 규소 형태로 변환하는 작용을 가지고, 분당 약 20 또는 그 이하의 앙그스트롬으로, 최초 석출보다 더 느린 에칭 속도를 갖는다. 또한 이 가열 공정은 수소를 기재로 더 들어가게 한다. 이는 입사광에 반응하여 생성되는 소수 운반체의 재결합을 감소시켜서 기재의 집합특성을 개량한다.
상기 가열공정이 완료된 후, 기재를 처리하여 전면 노출 실리콘 형태와 댐질 할 수 있는 뒷면 알루미늄을 만들며, 예를 들어, 니켈로 기재의 양면을 도금하고, 뒷면에 니켈층(18)으로 도금하여 알루미늄층 전부분에 사용하고, 전면상의 니켈층(20)을 질화 규소막이 제거되는 전면 부분에 사용한다. 니켈은 기재 전면에 남아 있는 조밀한 질화 규소 막(10A)상에 석출되지 않는다. 니켈층 도금은 여러 가지 방법으로 행한다. 바람직하기로는 이는 공지된 무전해 니켈 도금법, 예를 들어 커리트 파텔등의 미국특허 제4321283호에 서술된 형의 방법에 따라 행한다.
니켈을 사용한 후, 기재를 니켈층이 소결되는데 충분한 시간과 온도로 질소 또는 산소에서 가열하고 기재의 전면상의 니켈층(20)을 인접한 실리콘과 반응시켜 규화 니켈 옴 접점을 형성시킨다.
바람직하기로는 기재를 약 15-40분동안 약 300℃의 온도로 가열하는 것이다. 이는 약 300 앙그스트롬 단위의 깊이를 갖는 규화 니켈층을 제공한다.
후면상의 니켈층(18)은 알루미늄층과 합금을 형성한다.
소결이 완료된 후, 니켈을 질산으로 에칭하여 기재의 양면에서 과잉량의 니켈을 제거한다. 밀도 있는 질화 규소 필름(10A)은 니켈 에칭 용액에 대하여 높은 내성을 가지며 따라서 과잉량의 니켈을 에칭 제거할 때, 밑에 있는 실리콘을 보호하는 마스크로서 작용한다.
다음 규화 니켈과 니켈/알루미늄을 더 금속화하여 적합한 전도성 접촉을 제공한다. 필수적인 것은 아니나 이와 같은 부가적 금속화는 공지 방법에 따라 기재 양면상의 니켈층에 두번째 니켈층을 적용하는 것이다. 다음, 하나 또는 그 이상의 동의 층을 기재 양면상의 노출된 니켈에 사용하여 니켈층에 접합시켜서 이들을 산화에서 보호한다. 동은 전해 도금으로 사용한다.
다음, 다른 공지의 처리 방법으로 장치를 처리하며, 예를들어 주석과 땝납층을 미리 사용된 금속층상에 계속적으로 사용한다.
니켈 에칭으로 과잉량의 니켈과 소결 공정에서 기재의 후면에 형성된 약간의 니켈 알루미늄 합금을 제거한다. 니켈 에칭 공정 후, 기재의 전면은 예비 선택된 전극 그리드 모양의 전체 팽창에 따른 규화 니켈과, 기재 후면상의 알루미늄 전극층 위에 있는 알루미늄/니켈 합금층에 의하여 특징을 갖는다.
기재 전면에 남아 있는 질화 규소는 효과적인 반사 방지 막으로 작용한다.
암모니아와 암모니아/실란 플라스마 처리를 약 320-500℃의 온도에서 행할 때 가장 좋은 변환 능률이 성취됨을 시험으로 알 수 있다. 또한 혼합된 암모니아/실란 플라스마 처리를 시작하기전에 약 1.0-15분, 바람직하기로는 약 1.0-10분동안 암모니아 플라스마 처리를 행할 때, 가장 좋은 능률을 얻음을 시험으로 알 수 있다.
암모니아 플라스마 처리를 15분 이상 행하면, 능률이 더 개량되는 것은 관찰되지 않았다.
암모니아 가스를 희석하지 않고 반응기에 공급하는 것이 바람직하다. 암모니아의 유속은 반응기실의 체적에 따르며, 그러나 어떠한 경우에도 플라스마를 사용된 RF전기하에서 유지할 수 있고 적당한 수소 주입이 일어날 수 있는 것이 확실히 되어야 한다. 실란의 유속은 암모니아와 실란의 체적 유속이 약 5:1 내지 10:1이 되도록 유지하는 것이 바람직하다.
암모니아/실란 플라스마 처리는 폴리 실라잔 막이 약 840-890앙그스트롬의 두께를 갖도록 약 1.0-4.0분, 바람직하기로는 약 2.5분동안 행한다. 이러한 범위의 두께는 열처리후 폴리실라잔층의 체적 반사 방지성을 제공한다. 밀도 있는 질화 규소는 2.15의 굴절지수를 갖는다.
본 발명을 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.
EFG 방법에 의하여 만들고, 약 2-3ohm-cm의 전도성을 갖는 P-형 전도성 실리콘 리본 형태의 대용물을, 약 25℃에서 약 3분동안 NHO3:HF(1:1)의 용액에서 에칭하여 세정한다. 다음 리본을 확산로에 넣고 약 30분동안 약 900℃의 온도에서 산소, 질소와 포스핀(pH3)와 같은 인 급원으로 이루어진, 계속적으로 유동하는 대기에 노출시킨다. 다음, 포스핀의 유동을 종결하고 로를 약 1.5시간 이상 약 650℃의 온도로 공기(산소와 질소)에서 냉각시킨후, 이를 로에서 제거한다.
확산로에서, 반응은 다음과 같이 일어난다:
Si(s) + O2(g) → SiO2(s)
2pH3(g) + 4O2(g) → P2O5(g) + 3H2O(g)
P2O5(g) + SiO2(s) → (P2O5)x(SiO2)y(s)
2P2O5(s) + 5Si(s) → 4P(s) + SiO2(s)
여기서 (g)와 (s)는 각각 가스상과 고체상을 나타낸다.
(P2O5)x(Si2)y는 규산인 유리이다. 후자를 HF산완충용액, 예를들어 10NH4F (40%):1HF에 약 2분동안 침지시켜 리본 야면에서 이를 제거한다.
다음, 리본 기재를 통상의 평행판 전극 플라스마-보강된 CVD장치의 플라스마 반응실에 넣고 기재를 반응실에서 두-단계 질화규소 석출 과정을 거치게 한다.
반응기실을 약 0.2토르의 압력 수준으로 배기하고, N2가스에서 유지하는 반면에 360℃의 온도로 가열한다. 암모니아 가스를 반응기에 공급하여 약 1.0토르의 압력을 제공한다. 반응실에서 압력을 평형되게 하면, RF전력을 공급할 때 암모니아 가스를 통하여 플라스마 방전이 발생한다.
RF전력 공급원은 150킬로헤르쯔에서 조작하고 플라스마에 약 580왓트의 평균 RF 전력을 유도하도록 고정 시킨다.
다음, 약 10분후, 최초의 속도로 진공 반응실로 유동하는 암모니아 가스와 실란 가스를 반응기에 도입하여 암모니아와 실란 가스사이의 체적비가 약 10:1이 되도록 한다. 평균 RF 압력을 약 580왓트로 유지한다. 약 2.8분 더 지난후, RF 전력 공급을 중단하고 가스 유동을 종료시킨다. 반응실을 상압으로 되돌린 후, 리본 기재를 반응기실에서 제거한다. 이는 약 850앙그스트롬 두께의 폴리실라잔 막을 갖는다.
음화 감광성 내식막층을 리본의 전면에 사용하며, 바람직한 음화 내식막은 "Dynachem"이란 명칭으로 판매되고 있다.
감광성 내식막을 80-90℃의 온도에서 약 40-60분동안 미리 가열하여 실리콘에 견고하게 부착되도록 한다. 이 감광성 내식막층은 다중-핑거 그리드 전극, 예를 들어 미국특허 제3686036호에 예시한 형태를 갖는 전극 모양의 마스크로 커버된다.
그리드 마스크를 약 3초 동안 자외선으로 조사하여 감광성-내식막의 조명된 부분이 중합되도록 한다. 다음, 감광성 내식막을 톨루엔이나 프로판올 또는 다른 적합한 화학품과 접촉시켜 현상한다.
이 현상 과정은 조사되지 않고 지금가지 중합되지 않은 내식막의 부분을 제거한다.
내식막의 현상 후, 리본을 HF와 NH4F의 용액으로 된 완충 산화물로 처리한다. 에칭제는 내식막이 제거된 리본의 전면 부분상에서 질화물을 에칭한다. 질화 규소는 분당 약 100앙그스트롬의 에칭률을 갖는다.
실리콘 리본을 약 3분동안 황산조에 침지시켜 남은 감광성 내식막을 제거하고, 다음 기재를 수세하고 건조한다.
잔존 내식막을 제거한 후, 휘발성 유기 용액, 바람직하기로는 테르피네올에서의 미세 알루미늄 입자로 된 알루미늄 페이스트로 리본의 뒷면을 피복하며, 페이스트는 비교적 엷은 층으로 사용한다.
다음, 기재를 약 1.0분동안 약 700-800℃ 또는 그 이상의 온도에서 적외선 가열 처리하여 알루미늄 페이스트의 유기 성분을 제거하고 잔존 알루미늄을 실리콘에 합금한다. 이 합금 공정으로 리본 후면에서 N-형 부분이 약 1-3 미크론을 갖는 P+부분(16)으로 변환된다. 또한 이는 질화 규소를 밀도있게 하고 굴절 지수는 2.15를 나타낸다.
실리콘 리본의 양면을 상기 미국특허 제4321283호에 서술된 방법에 따라 니켈층으로 피복하고, 특히 약 2-4분동안 약 2.9의 pH와 실온에서 염화 니켈과 불화 암모늄의 수성조에 리본을 침지시켜서 실리콘 리본의 양면을 니켈층으로 피복한다. 다음 리본을 약 25분동안 질소 기체에서 약 300℃의 온도로 로에서 소결시킴으로써, 리본 전면 상의 니켈층(20)은 인접한 노출 실리콘과 반응하여 규화니켈 옴 접점을 형성하고, 뒷면사의 니켈층(18)은 밑에 있는 알루미늄층(14)과 합금을 형성한다. 니켈층은 리본의 전면에 남아 있는 질화 규소에 석출되지 않음을 알 수 있다.
리본을 HNO3로 된 에칭 용액에 침지시키고 약 1-2분동안 유지하여 리본의 양면에서 과잉량의 니켈을 제거한다. 이러한 욕조에서 니켈을 제거하면, 리본 전면의 니켈은 모두 규화 니켈형태로 존재한다.
리본을 니켈 에칭제에서 제거한 후, 다시 물에서 초음파 세정을 행하여 모든 잔유물을 제거한다. 두번째 니켈 도금 조성물을, 최초 니켈 도금에 대하여 전술한 방법에 따라 리본 양면의 금속화된 부분에 사용한다.
두번째 니켈 도금 공정이 완료된 후 즉시, 무전해 동의 층을 리본의 두면의 금속화 부분에 사용한다. 이 다음, 전해적으로 석출된 동의 두번째 층을 리본 양면의 금속화 부분에 사용한다.
주석층은 주석 전해조에 리본을 침지시켜서 매 동층상에 전해 석출된다. 최종 전지를 62%의 주석, 36%의 납과 2%의 은으로 된 땜납조에 침지하여 주석 피막사에 땜납층을 형성시킨다.
통상 EFG 성장 리본으로부터 전술한 실시예에 의하여 만든 태양전지는 12.5%-16%의 변환 능률을 나타냄을 알 수 있다. 마무리된 장치의 전면상에 남은 질화 규소는 효과적인 반사 방지 막으로 작용한다.
전술한 바와 같이, (1)얕은 접합과 게터용 로 냉각을 창안하도록 포스핀 확산을 포함한 고성능 접합 형성법과, (2)저가-금속화법의 장점을 결합하기 위하여 전지 성능이 쇠퇴하지 않고 선택적 도금을 제공하는 마스크로서 작용할 수 있는 절연체가 필요하다.
플라스나-석출 질화 규소는 필수적인 것이고 또한 매우 효과적인 반사 방지막의 부가된 이점을 제공하고 알루미늄을 피복하고 합금하는 방법은 집합체 분산 길이 특성을 유리하게 변경한다.
합금 공정에 의하여 제공된 열처리 없이 집합체 분산 길이의 개량은 인정될 수 없다. 본 발명은 질화 규소막을 밀도있게 하는데 분리된 열처리가 요구되지 않는 이점을 제공한다.
본 발명은 미국특허 제4451969호에 서술된 방법의 많은 이점을 이용한다. 즉 예를들어, 실리콘이 산화 불화물 스테인 A/R막으로 변하는 화학적 스테인에 의하여 반사-방지막이 형성될 때 또는 질화 규소 반사-방지 막이 열 질소화 경화법(직열 질화물 필름의 형성에 관한 미국특허 제4266985호 참조)에 의하여 형성될 때, 질화 규소 막은 석출보다 오히려 중도우프된, 즉 높은 전도성의 N+실리콘의 변화에 의하여 형성된다.
물론, 본 발명에 의하여 제공되는 방법은 EFG기재로부터 태양전지를 제조하는데 제한은 없다. 따라서, 예를들어 CZ성장 원석에서 유도되거나 EFG이외의 방법에 의하여 용융물에서 성장된 실리콘 기재는 본 발명에 따른 비교적 높은 능률의 태양 전지를 형성시키는데 사용할 수 있다.
본 발명은 리본이나 평면이 아닌 실리콘 기재에, 예를들어 실리콘의 원형 조각이나 호상 또는 다각 다면상을 갖는 형태의 실리콘에 사용할 수 있다.
본 명세서에 서술된 제조공정은 다른 종류의 반도체 장치의 제조에 사용할 수 있다.
뚜렷이 다른 변경은 확산 접합 형성 공정에서 기재의 후면을 엄폐함으로서 뒷면 접합(4A)와 N-형 부분(6A)의 형성을 방지하는 것이다. 이러한 경우에, (16)으로 표시된 P+부분은 알루미늄 층(14)이 실리콘 기재에 합금될 때 생성된다.
또한 그리드 전극 모양을 형성하기 위한 폴리실라잔 막의 에칭을 사진 평판 없이 성취하며, 예를들어 플라스마나 레이저 에칭기술을 사용하여 행한다.
또 다른 변경은 본 말명의 원리를 벗어나지 않고 할 수 있는데, 예를들면, 알루미늄 페인트 대신에 불꽃 분무 알루미늄을 사용하거나 두번째 및 계속적으로 니켈 피막 또는 동 피막을 사용한 다른 방법을 사용하여, 전지의 P+뒷부분을 형성시키거나, 이온 주입에 의하여 접합을 형성시키는 것이다. 또한 은 또는 몇몇 다른 전도성 및 납땜 가능한 금속을 니켈 대신에 사용하여 옴 접점을 형성시키는 것을 생각할 수 있다.
또, 본 발명의 방법은 여러 가지 형의 통상의 평행판-전극 플라스마-보강된 CVD기를 사용하여 실시 할 수 있다.
Claims (21)
- 첫째와 둘째 대항 표면을 갖는 실리콘 기재를 공급하고 첫째 표면에 인접한 기재에 P/N접합(4)을 형성시키고, 플라스마 반응에 의하여 첫째 표면에 폴리실라진 피막(10)을 형성시키고 첫째와 둘째 각각에 전기 접점(20, 14)을 형성시키는 단계로 이루어지고 첫째 접점이 상기 폴리실라잔 피막으로 확장하여 측면과 접하는 광태양 전지의 제조방법에 있어서, 전기 접점이 형성되기 전에 기재를 플라스마 화학증기 석출("PVCD")장치의 플라스마 반응실에 넣고 반응실을 배기시킨 후 첫째 표면에 수소를 주입하는 암모니아 플라스마를 포함하는 플라스마와 첫째 표면에서 폴리실라잔 피막을 형성하는 암모니아/실란 반응플라스마를 포함하는 플라스마로 첫째 표면을 연속적으로 처리한 다음 피복된 기재를 열처리하여 상기 전체 기재에 주입된 수소를 유도함을 특징으로 하는 상기 제조방법.
- 제1항에 있어서, 35∼450킬로헤르쯔의 주파수에서 플라스마 반응실에 RF전력을 공급하여 플라스마를 형성시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 피복된 기재를 열처리하여 기재의 수소손실로 폴리실라잔 피막의 밀도를 증가시킴을 특징으로하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 플라스마 처리후와 기재를 열처리하여 기재에 주입된 수소를 유도하기전에 알루미늄-함유 피막(14)을 둘째 표면에 적용함을 특징으로 하고 알루미늄-함유 피막의 알루미늄이 실리콘 기재와 합금을 일으키는데 충분한 온도와 시간동안 기재를 가열하여 둘째 표면에 알루미늄 전기 접점을 형성시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 피복된 기재를 가열하여 알루미늄-함유 피막의 알루미늄성분과 실리콘 기재가 합금을 이룬후 상기 폴리실라잔 피막이 2.15의 굴절률을 갖도록 상기 암모니아/실란 반응플라스마로 첫째 표면을 처리하는 기간을 선택함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제5항에 있어서, 피복된 기재를 2분동안 약 700∼800℃의 온도로 가열하여 알루미늄-함유 피막의 알루미늄성분과 실리콘기재의 합금을 성취함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 가열단계에 약 700∼800℃의 온도로 피복된 기재의 가열을 포함함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리실라잔 피막이 연속 플라스마 처리 후 8.4×10-8M 내지 8.9×10-8M(840과 890 앙스트롬)의 두께를 가짐을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 기재를 약 320∼500℃의 온도에서 암모니아 플라스마로 처리함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제9항에 있어서, 기재를 약 360℃의 온도에서 암모니아 플라스마에 노출시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 기재를 약 360℃의 온도에서 암모니아/실란 반응플라스마에 노출시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 기재를 1.5∼10분동안 암모니아 플라스마에 노출시킨 후 1.0∼4분동안 암모니아/실란 반응 플라스마에 노출시킴을 특징으로 하는 상기 제조방법.
- 제1항에 있어서, 첫째 표면이 9실리콘 기재에서 N+의 N+표면임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 플라스마 반응실에 암모니아 가스를 주입하고 플라스마 반응실에서 암모니아 가스를 RF 전력으로 처리하여 암모니아 플라스마를 형성시키고, 플라스마 반응실에서 암모니아 가스의 유통을 방해함이 없이 RF 전력의 존재하에 플라스마 반응실에 실란 가스를 주입하여 실란/암모니아 반응 플라스마를 형성시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제14항에 있어서, 다음 연속 단계:기재를 "PCVD"장치의 플라스마 반응실에 넣는 단계:플라스마 반응실을 가열하여 배기시키고, 암모니아 가스를 플라스마 반응실에 주입하고 35-450 킬로베르쯔의 주파수에서 RF전력을 적용하여 암모니아 플라스마 방전을 일으킴으로써, 수소를 기재의 첫째 표면에 주입하는 단계:다음 플라스마 반응실에 실란과 암모니아를 주입하고 RF 전력을 적용하여 플라스마 강화 화학 증기 석출 반응을 확립함으로써, 살란과 암모니아 반응하여 상기 첫째 표면에 폴리실라잔의 피막을 형성하는 단계에 의하여 암모니아 플라스마 처리와 살란/암모니아 반응 플라스마 처리를 성취시킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제15항에 있어서, RF전력을 적용하여 암모니아 플라스마방전과 플라스마 강화 화학증기 석출반응을 일으키는 시간동안 기재를 약 300∼500℃의 온도로 가열함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플라스마 처리 단계 후 상기 첫째 표면상의 폴리실라잔 피막에 감광내식성 물질의 접착성 피막으로 커버하고 감광내식성 물질의 피막을 예정된 이-차원형을 이루는 마스크를 통하여 복사 에너지에 노출시키고 이 감광내식성 물질을 화학적으로 전개하여 감광내식피막증 선택된 부분을 상기 예정된 형에 따라 폴리실라잔 피막부분을 제거하여 사이 첫째 표면의 선택된 부분을 대기에 노출시키고 전도성 금속을 첫째 표면의 선택된 부분에 사용함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 1∼15분동안 약 320∼500℃의 온도에서 기재를 암모니아 플라스마로 처리함을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 폴리실라잔 피막이 식 SixHyNz로 표시되고 이 식에서 Si, H와 N는 각각 규소, 수소와 질소를 나타내고 x와 z는 각각 약 1.0∼1.3이고 y는 약 0.05∼0.30임을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 플라스마 처리를 300∼800왓트의 RF전력을 사용하여 실시하여 플라스마 반응실에서 플라스마를 일으킴을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 약 150킬로헤르쯔의 주파수를 갖는 RF전력을 사용하여 상기 플라스마 반응실에서 플라스마를 일으킴을 특징으로 하는 제조방법.
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