WO2018124632A1 - 광기전력 소자 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

광기전력 소자 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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WO2018124632A1
WO2018124632A1 PCT/KR2017/015230 KR2017015230W WO2018124632A1 WO 2018124632 A1 WO2018124632 A1 WO 2018124632A1 KR 2017015230 W KR2017015230 W KR 2017015230W WO 2018124632 A1 WO2018124632 A1 WO 2018124632A1
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wafer
unit
heating
chamber module
cooling
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PCT/KR2017/015230
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김용주
허용석
남형준
김철준
정대영
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주식회사 한화
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a photovoltaic device.
  • Photovoltaic elements such as solar cells, can convert light into current.
  • a pair of spatially separated charge carriers at the pn junction between the emitter region and the base region must be supplied to an external current circuit with the aid of the electrical contacts of the solar cell.
  • Solar cells are mainly manufactured on the basis of silicon as a semiconductor substrate material.
  • the silicon substrate may be provided in the form of a monocrystalline or polycrystalline wafer. Solar cells produced on the basis of crystalline silicon wafers may experience a significant loss of efficiency of 1% or more due to a degradation effect that reduces the efficiency of the solar cell.
  • the present invention is to provide a photovoltaic device manufacturing apparatus that is easy to maintain, the efficiency and safety of the silicon substrate is improved.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention includes a first heating unit for heating a wafer above a heating temperature; A cooling unit cooling the wafer passed through the first heating unit to a cooling temperature or less; A second heating unit for reheating the wafer having passed through the cooling unit above a holding temperature; A holding unit for maintaining the wafer having passed through the second heating unit at the holding temperature for a predetermined time; It may be disposed on the holding portion or disposed in the rear end of the holding portion, the illumination unit for illuminating the wafer at an illumination temperature or more.
  • a photovoltaic device manufacturing method of the present invention includes a first heating step of heating a wafer in which aluminum and silver are sequentially stacked on one surface of a P-type silicon substrate at a heating temperature or higher; A cooling step of cooling the wafer heated above the heating temperature to below a cooling temperature; A second heating step of reheating the wafer cooled below the cooling temperature to above a holding temperature; And maintaining the wafer reheated above the holding temperature at the holding temperature for a predetermined time.
  • the annealing process of the wafer is performed in two steps, damage to the wafer lattice can be reliably removed.
  • the efficiency of the solar cell is reduced, the efficiency of the solar cell can be improved by the holding unit and the lighting unit of the present invention. have.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention since each element is modular, it is easy to maintain and can be adaptively used in various manufacturing environments.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic plan view showing a first chamber module, a second chamber module and a relay module of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photovoltaic device of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing another photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention.
  • the solar cell may be manufactured on the P-type silicon wafer 90 by the following process.
  • a texturing process may be performed to remove damage and contamination of the surface of the wafer 90 made by cutting a silicon ingot.
  • the textured wafer 90 may go through an Emitter Diffusion process for N doping.
  • the N-doped wafer 90 may be subjected to an edge isolation process that removes N doping at the edge of the wafer 90 to electrically separate the front and rear surfaces of the wafer 90.
  • the edge-isolated wafer 90 may be subjected to anti reflection coatings to prevent the solar cell from reflecting sunlight.
  • the wafer 90 may be screen printed with silver and aluminum for forming electrodes on the front and rear surfaces thereof.
  • the wafer 90 completed by the screen print process may be completed by annealing the wafer 90 through a firing process to be a solar cell.
  • the ion implantation process in the shear process (Emitter Diffusion, Anti Reflection Coatings, etc.)
  • the problem that the ions injected into the wafer 90 hits the crystal atoms of the wafer 90 causes a crystal defect. Therefore, an annealing process is required to recover damaged crystal defects, and the firing process may correspond to the annealing process.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention may be for a firing process.
  • the solar cell may be a PN junction semiconductor in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded.
  • a solar cell In order to form a PN junction, a solar cell generally forms phosphorus (P) or the like into a P-type semiconductor type silicon to which boron is added to form an N-type semiconductor 92 region.
  • P phosphorus
  • boron bonded to silicon in the region of the N-type semiconductor 92 may be a minority carrier. However, when the boron is combined with oxygen of silicon, minority carriers may be reduced, and solar absorption efficiency of the solar cell may be reduced.
  • the boron-doped P-type silicon wafer 90 may be produced by melting polycrystalline polysilicon into a quartz crucible to produce a single crystal silicon ingot and then cutting the ingot.
  • the P-type silicon wafer 90 generated as described above may contain excessive oxygen as an impurity, and may cause photodegradation to fail to maintain initial efficiency after light irradiation.
  • Oxygen which has been bonded with silicon, reacts with and bonds with boron over a period of time after light irradiation, resulting in a decrease in solar efficiency due to the reduction of minority carriers.
  • a method of preventing boron from bonding with oxygen in the wafer 90 and inducing boron to bond with silicon may be further provided.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the wafer (90).
  • 5 is a schematic view showing another photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus illustrated in FIG. 1 may include a first heating unit 110, a cooling unit 130, a second heating unit 210, a holding unit 230, and an lighting unit 250.
  • the first heating unit 110 may heat the wafer 90 to a heating temperature h or higher.
  • the heating temperature h may be 600 ° C. in order to modify the properties of the silicon wafer 90.
  • an electrode or a pattern for transferring electricity generated from sunlight to the outside may be formed on the wafer 90.
  • the wafer 90 input to the first heating unit 110 may be laminated with aluminum and silver, which are electrodes of a solar cell or a conductive pattern in which electricity flows.
  • the wafer 90 may be formed by sequentially stacking aluminum (Al) and silver (Ag) on one surface of the P-type silicon substrate 91.
  • Aluminum may be stacked on one surface of the P-type silicon substrate 91, and silver may be stacked on the aluminum. Accordingly, the first layer 97 of aluminum (Al) and the second layer 96 of silver (Ag) may be sequentially stacked on one surface of the wafer 90.
  • an N-type semiconductor 92 On the other surface of the P-type silicon substrate 91, an N-type semiconductor 92, an oxide layer 93 stacked on the N-type semiconductor 92 so that sunlight is absorbed without reflection, and an electrode layer stacked on the oxide film 93 ( 95 may be provided.
  • the electrode layer may include silver (Ag).
  • the silver of the second layer 96 penetrates through the first layer 97 having a low melting point, and thus the wafer 90, specifically, the P-type silicon substrate 91. ) May be contacted.
  • Silver in contact with the P-type silicon substrate 91 may be a first electrode that transmits electricity to the outside.
  • silver deposited on the oxide film 93 penetrates the oxide film 93 and enters the wafer 90, specifically, the N-type semiconductor 92.
  • silver in contact with the N-type semiconductor 92 may be a second electrode that transmits electricity to the outside.
  • the setting condition may include a period after silver is contacted with the wafer 90 and the like.
  • the silver heated to the heating temperature h or higher due to the heating of the first heating unit 110 may penetrate the oxide layer 93 or the aluminum layer having a lower melting point than the silver and contact the wafer 90. At this time, it is good that the aluminum and the oxide film 93 harden in the initial stage when silver contacts the wafer 90. This is because, even after silver is in contact with the wafer 90, if aluminum, the oxide film 93, etc. do not harden and remain muggy, the silver in contact with the wafer 90 may move along the surface of the wafer 90. Because. As the silver moves along the surface of the wafer 90, the initial position of the silver corresponding to the electrode or the pattern may change.
  • the oxide film 93 and the aluminum layer are in a muggy state for a long time. Problems such as a change in the position of the silver corresponding to the electrode may occur.
  • the cooling unit 130 may be used so that the electrode is accurately formed at the set position.
  • the cooling unit 130 may cool the wafer 90 passing through the first heating unit 110 to a cooling temperature c or less.
  • the cooling temperature c at this time may be 60 ° C or less.
  • the cooling unit 130 may forcibly cool the wafer 90 by force so as to satisfy the set condition in which silver penetrates.
  • the cooling unit 130 may include a discharge means 133 for discharging the cooling gas.
  • the cooling gas discharged from the discharge means 133 can rapidly cool the wafer 90 heated above the heating temperature.
  • a post-treatment process for discharging the cooling gas existing in the chamber module provided with the cooling unit 130 is required.
  • the cooling unit 130 may include a cooling tube 131 through which cooling water flows.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention includes a heating space 18 in which the first heating unit 110 is installed, and a cooling space 19 in which the cooling unit 130 is installed, in which the wafer 90 passes.
  • One chamber module 10 may be included.
  • the cooling unit 130 may be installed in the first chamber module 10 together with the first heating unit 110 so that the wafer 90 heated above the heating temperature is rapidly cooled.
  • a partition wall 170 made of an insulating material may be provided between the heating space 18 and the cooling space 19.
  • the cooling unit 130 is installed on at least one of the inner wall of the first chamber module 10 facing the cooling space 19 and one surface of the partition 170 facing the cooling space 19 and cooling water flows. It may include a tube 131. As the cooling space 19 is cooled by the cooling tube 131, the wafer 90 passing through the cooling space 19 may be rapidly cooled.
  • the first layer 97 or the second layer 96 stacked on the wafer 90 input to the first heating unit 110 may be applied in a paste state.
  • the paste may include an adhesive binder so that the state adhered to the wafer 90 is maintained. Since the binder functions as an unnecessary impurity after the photovoltaic device corresponding to the solar cell is completed, it is preferable to remove the binder.
  • the first heating unit 110 may maintain the wafer 90 at a predetermined burn out temperature b for a predetermined time so that the binder evaporates.
  • the burnout section in which the burnout temperature b is maintained may be formed before or after the highest heating temperature of the wafer 90.
  • the burnout period may last at least 10 seconds.
  • the first heating unit 110 includes the first heating means 111 for heating the wafer 90 to a set temperature higher than the heating temperature, and the second heating means 113 for heating and maintaining the wafer 90 at the burnout temperature. It may include.
  • the second heating means 113 may be disposed before or after the first heating means 111 in the flow of the wafer 90.
  • the wafer 90 may be annealed. Although the damage caused to the lattice of the semiconductor by annealing can be eliminated a large part,
  • a regeneration process may be performed by the second heating unit 210 to further increase the efficiency of the solar cell.
  • the second heating unit 210 may perform a regeneration process by reheating the wafer 90 passing through the cooling unit 130 to a maintenance temperature s or more.
  • the second heating unit 210 may reheat the wafer 90 to a temperature lower than the heating temperature.
  • the second heating unit 210 may reheat the wafer 90 cooled to the cooling temperature c or less, and the holding temperature s may be 200 ° C to 300 ° C.
  • the number of minority carriers present in the wafer 90 is increased by the regeneration process, thereby improving the photoelectric efficiency of the photovoltaic device.
  • a light induced degradation (LID) phenomenon may occur in a photovoltaic device, thereby degrading photoelectric efficiency.
  • the regeneration process of maintaining the wafer 90 at a holding temperature between 200 ° C. and 300 ° C. for at least 10 seconds or more can recover or compensate for the degradation of photoelectric efficiency due to the LID phenomenon.
  • the holding unit 230 may maintain the wafer 90 passed through the second heating unit 210 at a holding temperature for a predetermined time.
  • the holding unit 230 may maintain the wafer 90 at a holding temperature between 200 ° C. and 300 ° C. for at least 10 seconds.
  • Hydrogen may be introduced into the wafer 90 to prevent bonding with oxygen.
  • Wafer 90 may include hydrogenated silicon for the introduction of hydrogen.
  • Hydrogen in the silicon layer may be introduced into the P-type silicon substrate 91 or the N-type semiconductor 92 by heating the first heating unit 110 or the second heating unit 210. Thereafter, the means provided to prevent the outflow of the introduced hydrogen may be the holding unit 230.
  • the outflow of hydrogen can be prevented, and consequently the number of minority carriers can be increased.
  • the first heating unit 110, the second heating unit 210, and the holding unit 230 may include a rod-shaped lamp or a heating wire that generates heat by power supply.
  • the lighting unit 250 may be used to smoothly couple the boron and the silicon substrate.
  • the lighting unit 250 may be disposed in the holding unit 230 or at the rear end of the holding unit 230, and may illuminate the wafer 90 at an illumination temperature i or higher. At this time, the illumination temperature i may be at least 90 °C.
  • the illumination unit 250 may combine boron and silicon and secure minority carriers by irradiating light in a wavelength band having energy above the energy band gap of silicon.
  • a minority carrier regeneration voltage may be formed on the silicon wafer 90 through light irradiation of a specific wavelength region through the lighting unit 250 to induce coupling of boron and silicon.
  • the minority carrier regeneration voltage may refer to a voltage generated in the silicon wafer 90 when light of a wavelength having energy above the energy band gap of the silicon wafer 90 is irradiated.
  • the lighting unit 250 may be for securing minority carriers on the N-type semiconductor 92 side of the wafer 90.
  • the N-type semiconductor 92 side may be an upper surface of the wafer 90 placed on the conveyor belt and transferred. In order to illuminate the top surface of the wafer 90, the lighting unit 250 may be disposed above the conveyor belt.
  • the lighting unit 250 may be manufactured as a lamp or an LED light source.
  • the lighting unit 250 is manufactured as an LED light source, light may easily set a wavelength band.
  • the first heating unit 110, the cooling unit 130, the second heating unit 210, the holding unit 230, and the lighting unit 250 are one chamber unit in a continuous form as shown in FIG. 5. It may be provided at 300.
  • the chamber unit 300 may form a continuous furnace.
  • the first heating unit 110, the cooling unit 130, the second heating unit 210, the holding unit 230, and the lighting unit 250 are illustrated in FIG. 1 for convenience of transportation, storage, and maintenance.
  • the plurality of chamber modules 10 and 20 may be divided and installed.
  • the plurality of chamber modules 10 and 20 may include a first chamber module 10 and a second chamber module 20.
  • a heating and cooling process may be performed, and in the second chamber module 20, a regeneration process may be performed.
  • the wafer 90 may be cooled to a cooling temperature c or below or to room temperature by the cooling unit 130.
  • the wafer 90 may be reheated above the holding temperature by the second heating unit 210.
  • each element constituting the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention may be divided into a plurality of chamber modules.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention may include a first chamber module 10 and a second chamber module 20 through which the wafer 90 passes.
  • the first heating unit 110 and the cooling unit 130 may be installed in the first chamber module 10.
  • the second heating unit 210 and the holding unit 230 may be installed in the second chamber module 20.
  • the lighting unit 250 may also be installed in the second chamber module 20.
  • the first chamber module 10 and the second chamber module 20 may be spaced apart by a set distance L with an atmospheric environment therebetween.
  • L may be at least 10 cm.
  • the wafer may be cooled to 60 ° C. or less in an atmospheric environment located between the cooling section and the second heating section.
  • the first chamber module 10 may be provided with a first conveyor belt 11 for transferring the wafer 90.
  • the second chamber module 10 may be provided with a second conveyor belt 21 for transferring the wafer 90.
  • the wafer 90 output from the first chamber module outlet 15 provided at the output end of the first chamber module 10 may be input to the second chamber module inlet 25 provided at the input end of the second chamber module 10. have.
  • the wafer 90 that has undergone the cooling step in the first chamber module 10 may be transferred to the second chamber module 20 through the first chamber module outlet 15.
  • the wafer 90 obtained through the second chamber module inlet 25 may undergo a regeneration process in the second chamber module 20.
  • the regeneration process may include a reheating process by the second heating unit 210, a holding process by the holding unit 230, and an lighting process by the lighting unit 250.
  • the wafer 90 output from the first chamber module 10 may be input to the second chamber module 20 after passing through the atmospheric environment. Even the wafer 90 may be stored for a predetermined time after being output from the first chamber module 10 and then input to the second chamber module 20. According to the present embodiment, since the first chamber module 10 and the second chamber module 20 are spaced apart from each other, there is an easy maintenance compared to the integrated chamber. In addition, even if the first chamber module 10 is changed to another type, there is an advantage that the second chamber module 20 can be used as it is. On the contrary, even if the second chamber module 20 is changed to another type, the first chamber module 10 may be used as it is.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the first chamber module 10, the second chamber module 20, and the relay module 30 of the present invention.
  • first chamber module 10 and the second chamber module 20 are spaced apart, separate means for inputting the wafer 90 output from the first chamber module 10 back to the second chamber module 20. This can be arranged.
  • the photovoltaic device manufacturing apparatus of the present invention may include a relay module 30 interposed between the first chamber module 10 and the second chamber module 20.
  • the first chamber module 10 and the second chamber module 20 may be detachably connected to the relay module 30.
  • various types of the first chamber module 10 or the second chamber module 20 may be connected to each other with the relay module 30 interposed therebetween.
  • the plurality of first chamber modules 10 or the plurality of second chamber modules 20 may be connected to the relay module 30.
  • the relay module 30 may distribute and input the wafer 90 output from one first chamber module 10 to the plurality of second chamber modules 20 as shown in FIG. 2A. This embodiment is suitable for the case where the processing speed of the wafer 90 of the first chamber module 10 is high while the processing speed of the wafer 90 of the second chamber module 20 is slow.
  • the relay module 30 may input the wafers 90 output from the plurality of first chamber modules 10 into one second chamber module 20 as shown in FIG. 2B. This embodiment is suitable when the second chamber module 20 has a faster processing speed of the wafer 90 than the wafer 90 processing speed of the first chamber module 10.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photovoltaic device of the present invention.
  • the photovoltaic device manufacturing method of the present invention may include a first heating step S 510, a cooling step S 520, a second heating step S 530, and a holding step S 540.
  • the wafer 90 in which aluminum and silver are sequentially stacked on one surface of the P-type silicon substrate 91 may be heated to a heating temperature or higher.
  • the first heating step may be performed by the first heating unit 110.
  • an electrode is normally formed on the wafer 90, and the coarse structure of the wafer 90 may be modified into a dense structure.
  • hydrogen of silicon may be introduced to the wafer 90.
  • Aluminum and silver may be stacked on the wafer 90 in a paste state including a binder.
  • the first heating step may include evaporating the binder while maintaining the wafer 90 at a predetermined burnout temperature for a predetermined time.
  • the wafer 90 heated above the heating temperature may be cooled below the cooling temperature.
  • the cooling step may be performed by the cooling unit 130.
  • an electrode of the wafer 90 may be disposed within an allowable position, and the outflow of hydrogen introduced into the wafer 90 may be partially prevented.
  • the wafer 90 may be annealed during the first heating and cooling steps.
  • the second heating step S 530 may reheat the wafer 90 cooled below the cooling temperature to above the holding temperature.
  • the second heating step may be performed by the second heating unit 210.
  • the wafer 90 reheated above the holding temperature may be maintained at the holding temperature for a predetermined time.
  • the holding step may be performed by the holding unit 230.
  • the holding step since the release of hydrogen introduced into the wafer 90 is prevented, bonding of boron and oxygen can be prevented and the number of minority carriers can be increased. As the number of minority carriers increases, the electrical energy generation efficiency of the photovoltaic device manufactured by the present manufacturing method may be improved.
  • the lighting step S 550 may illuminate the wafer 90 passed through the holding part 230 at an illumination temperature or higher.
  • the lighting step may be performed by the lighting unit 250.
  • boron can be reliably bonded to the P-type silicon substrate or the N-type semiconductor 92.
  • the wafer may be cooled to 60 ° C. or less between the cooling portion and the second heating portion.
  • the wafer cooled to 60 ° C. or less may be regenerated through the second heating part, the holding part, and the lighting part.
  • the second heating unit 210, the holding unit 230, and the lighting unit 250 may have a single configuration that emits heat and light.
  • a lamp or LED light source that emits heat and light may perform all the functions of the second heating unit 210, the holding unit 230, and the lighting unit 250.
  • the holding unit 230 may be a controller that controls the on / off timing of the second heating unit 210. Under the control of the holding unit 230, the second heating unit 210 may perform a second heating step and a holding step. In this case, the second heating step and the holding step may be performed with a time difference for a plurality of wafers or a single wafer adjacent to each other.
  • the first conveyor belt 11 or the second conveyor belt 21 may be provided with a protrusion for supporting the wafer 90 at a predetermined interval.
  • the wafer may be in point contact with the first conveyor belt 11 or the second conveyor belt 21 by protrusions.
  • the protrusion may minimize the area of the wafer in contact with the first conveyor belt 11 or the second conveyor belt 21.
  • the first section When the part moving in the process progress direction of the first conveyor belt or the second conveyor belt is called the first section, and the part moving in the reverse direction of the process progress direction is called the second section, the first section is higher than the second section.
  • the first conveyor belt or the second conveyor belt may include an opening.
  • the first conveyor belt or the second conveyor belt employs a mesh type belt having an opening formed at a predetermined opening ratio to allow the heat source and the airflow to flow well.
  • the first conveyor belt or the second conveyor belt may be a belt in the form of a chain made of metal.
  • the first chamber module 10 or the second chamber module 20 may include an upper body and a lower body that are divided based on the position at which the wafer passes.
  • the heat applied by the first heating unit 110 or the second heating unit 210 is moved to between the upper body and the lower body. Thermal equilibrium may be achieved.
  • each heating unit may be formed on each of the upper and lower sides of the first section of each conveyor belt.
  • the rows of the first heating units provided on the upper and lower sides of the first section of the first conveyor belt may be moved upward and downward of the conveyor belt through the openings of the first conveyor belt of the first section.
  • the first conveyor belt or the second conveyor belt may be coated with an oxide film so as to be strong in the process environment.

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Abstract

본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 웨이퍼를 가열 온도 이상으로 가열하는 제1 가열부; 상기 제1 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 냉각 온도 이하로 냉각시키는 냉각부; 상기 냉각부를 통과한 상기 웨이퍼를 유지 온도 이상으로 재가열하는 제2 가열부; 상기 제2 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 설정 시간동안 상기 유지 온도로 유지시키는 유지부; 상기 유지부에 배치되거나 상기 유지부의 후단에 배치되고, 상기 웨이퍼를 조명 온도 이상에서 조명하는 조명부;를 포함할 수 있다.

Description

광기전력 소자 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은 광기전력 소자를 제조하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
태양 전지 등의 광기전력 소자(photovoltaic element)는 빛을 전류로 전환시킬 수 있다. 예를 들어, 에미터 영역(emitter region)과 베이스 영역(base region) 사이의 pn 접합에서 공간적으로 분리된 전하 운반체 쌍은 태양 전지의 전기 접점의 도움으로 외부의 전류 회로로 공급되어야 한다.
태양 전지는 주로 반도체 기판 물질로서 실리콘을 기초로 제조되고 있다. 실리콘 기판은 단결정 또는 다결정 웨이퍼의 형태로 제공될 수 있다. 결정질 실리콘 웨이퍼를 기초로 생산된 태양 전지는 태양 전지의 효율을 감소시키는 저하 효과(degradation effect)에 의해 1% 이상의 현저한 효율 손실이 발생될 수 있다.
본 발명은 유지 보수가 용이하고, 실리콘 기판의 효율 및 안전성이 개선된 광기전력 소자 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 웨이퍼를 가열 온도 이상으로 가열하는 제1 가열부; 상기 제1 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 냉각 온도 이하로 냉각시키는 냉각부; 상기 냉각부를 통과한 상기 웨이퍼를 유지 온도 이상으로 재가열하는 제2 가열부; 상기 제2 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 설정 시간동안 상기 유지 온도로 유지시키는 유지부; 상기 유지부에 배치되거나 상기 유지부의 후단에 배치되고, 상기 웨이퍼를 조명 온도 이상에서 조명하는 조명부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 방법은 P형 실리콘 기판의 일면에 알루미늄과 은이 순서대로 적층된 웨이퍼를 가열 온도 이상으로 가열하는 제1 가열 단계; 상기 가열 온도 이상으로 가열된 상기 웨이퍼를 냉각 온도 이하로 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각 온도 이하로 냉각된 상기 웨이퍼를 유지 온도 이상으로 재가열하는 제2 가열 단계; 상기 유지 온도 이상으로 재가열된 상기 웨이퍼를 설정 시간동안 상기 유지 온도로 유지시키는 유지 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 웨이퍼의 어닐링 공정이 2단계에 걸쳐 이루어지므로, 웨이퍼 격자에 생긴 손상이 확실하게 제거될 수 있다.
또한, 어닐링 공정을 위한 가열(firing) 과정에서 붕소(Boron)가 웨이퍼가 아닌 산소와 결합하게 되면서 태양 전지의 효율이 저하되는데, 본 발명의 유지부 및 조명부에 의해 태양 전지의 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 각 요소가 모듈화되므로, 유지 보수가 용이하고 다양한 제조 환경에 적응적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 챔버 모듈, 제2 챔버 모듈 및 중계 모듈을 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 광기전력 소자 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 웨이퍼의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 광기전력 소자 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
태양 전지는 P형 실리콘 웨이퍼(90)에 다음과 같은 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 실리콘 잉곳을 절단하여 만든 웨이퍼(90) 표면의 손상 및 오염을 제거하기 위한 텍스처링(Texturing) 공정이 수행될 수 있다.
텍스처링된 웨이퍼(90)는 N 도핑을 위한 Emitter Diffusion 공정을 거칠 수 있다.
N 도핑된 웨이퍼(90)는 웨이퍼(90)의 전면과 후면을 전기적으로 분리하기 위해서 웨이퍼(90) 가장자리의 N 도핑을 제거하는 Edge Isolation 공정을 거칠 수 있다.
Edge Isolation된 웨이퍼(90)는 태양 전지에서 태양광을 반사하지 못하게 하는 Anti Reflection Coatings 처리를 거칠 수 있다.
다음 공정으로, 웨이퍼(90)는 전면과 후면에 전극 형성을 위한 은(Silver)과 알루미늄(Aluminium)이 Screen Print될 수 있다.
Screen Print 공정까지 완료된 웨이퍼(90)는 Firing 공정을 통해 웨이퍼(90)를 어닐링(Annealing)하여 태양 전지로 완성될 수 있다.
전단 공정(Emitter Diffusion, Anti Reflection Coatings 등)에서 이온 주입 방식 공정의 경우, 웨이퍼(90)로 주입되는 이온이 웨이퍼(90)의 결정 원자를 때리면서 결정 결함을 야기하는 문제가 유발된다. 따라서, 손상된 결정 결함을 회복시키기 위한 어닐링 공정이 요구되는데, Firing 공정이 어닐링 공정에 해당될 수 있다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 Firing 공정을 위한 것일 수 있다.
태양 전지는 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된, PN 접합 반도체일 수 있다. PN 접합을 형성하기 위해서 일반적으로 태양 전지는 붕소(Boron)가 첨가된 P형 반도체 타입 실리콘에 인(P) 등을 주입하여 N형 반도체(92) 영역을 형성한다. 태양 전지에서 태양광 흡수 성능은 소수 캐리어(Minority Carrier)에 영향을 받는다. 태양광이 소수 캐리어에 의해 흡수되고, 기전력으로 변환되기 때문이다. 태양 전지에서는 N형 반도체(92) 영역에서 실리콘과 결합한 붕소(Boron)가 소수 캐리어일 수 있다. 하지만 이러한 붕소가 실리콘의 산소와 결합하게 되면 소수 캐리어가 감소될 수 있고, 태양 전지의 태양광 흡수 효율이 떨어질 수 있다.
붕소가 도핑된 P 타입의 실리콘 웨이퍼(90)는 석영도가니에 다결정 폴리 실리콘을 용융시켜서 단결정 실리콘 잉곳으로 제조한 후, 잉곳을 절단하여 생성될 수 있다. 이렇게 생성된 P 타입의 실리콘 웨이퍼(90)는 불순물로 과다한 산소를 함유할 수 있고, 광 조사 후에 초기 효율을 유지하지 못하게 되는 광열화 현상이 발생할 수 있다. 실리콘과 결합되어 있던 산소가 광 조사 후 일정 시간이 지남에 따라서 붕소와 반응하여 결합하고, 소수 캐리어의 감소로 태양광 효율 저하를 가져올 수 있다.
태양광 효율 저하가 발생되더라도, 전극의 형성을 위해서라도 웨이퍼(90)를 가열을 포함하는 어닐링은 반드시 요구된다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼(90)에서 붕소가 산소와 결합하는 것을 막고, 붕소가 실리콘과 결합하도록 유도하는 방안이 추가로 마련될 수 있다.
도 1은 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치를 나타낸 개략도이고, 도 4는 웨이퍼(90)의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 광기전력 소자 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 광기전력 소자 제조 장치는 제1 가열부(110), 냉각부(130), 제2 가열부(210), 유지부(230), 조명부(250)를 포함할 수 있다.
제1 가열부(110)는 웨이퍼(90)를 가열 온도 h 이상으로 가열할 수 있다. 실리콘 재질의 웨이퍼(90)의 성질을 개질하기 위해 가열 온도 h는 600℃일 수 있다.
한편, 제1 가열부(110)의 가열 공정에서 웨이퍼(90)에는 태양광으로부터 생성된 전기를 외부로 전달하는 전극 또는 패턴이 형성될 수 있다.
제1 가열부(110)로 입력되는 웨이퍼(90)에는 추후 태양 전지의 전극 또는 전기가 흐르는 도선 패턴이 되는 알루미늄과 은이 적층될 수 있다.
웨이퍼(90)는 P형 실리콘 기판(91)의 일면에 알루미늄(Al)과 은(Ag)이 순서대로 적층된 것일 수 있다. P형 실리콘 기판(91)의 일면에 알루미늄이 적층되고, 알루미늄 상에 은이 적층될 수 있다. 이에 따르면, 웨이퍼(90)의 일면에는 알루미늄(Al) 재질의 제1 층(97), 은(Ag) 재질의 제2 층(96)이 순서대로 적층될 수 있다.
P형 실리콘 기판(91)의 타면에는 N형 반도체(92), 태양광이 반사되지 않고 흡수되도록 N형 반도체(92) 상에 적층되는 산화막(93), 산화막(93) 상에 적층되는 전극층(95)이 마련될 수 있다. 전극층은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
제1 가열부(110)에 의해 웨이퍼(90)가 가열되면, 제2 층(96)의 은은 용융점이 낮은 제1 층(97)을 뚫고 들어가 웨이퍼(90), 구체적으로 P형 실리콘 기판(91)에 접촉될 수 있다. P형 실리콘 기판(91)에 접촉된 은은 외부로 전기를 전달하는 제1 전극이 될 수 있다. 이와 유사하게 제1 가열부(110)에 의해 웨이퍼(90)가 가열되면, 산화막(93) 상에 적층된 은은 산화막(93)을 뚫고 들어가 웨이퍼(90), 구체적으로 N형 반도체(92)에 접촉될 수 있다. N형 반도체(92)에 접촉된 은은 외부로 전기를 전달하는 제2 전극이 될 수 있다. 설정 조건은 은이 웨이퍼(90)에 접촉된 이후의 기간 등을 포함할 수 있다.
제1 가열부(110)의 가열로 인해 가열 온도 h 이상으로 가열된 은은 은보다 용융점이 낮은 산화막(93) 또는 알루미늄층을 뚫고 들어가 웨이퍼(90)에 접촉될 수 있다. 이때, 은이 웨이퍼(90)에 접촉되는 초기에 알루미늄, 산화막(93)이 굳어버리는 것이 좋다. 왜냐하면, 웨이퍼(90)에 은이 접촉된 후에도 알루미늄, 산화막(93) 등이 단단하게 굳지 않고 흐물흐물한 상태를 유지하면, 웨이퍼(90)에 접촉된 은이 웨이퍼(90)의 면을 따라 움직일 수 있기 때문이다. 웨이퍼(90)의 면을 따라 은이 움직이면, 전극 또는 패턴에 해당하는 은의 초기 위치가 달라져버릴 수 있다.
제1 가열부(110)에 의해 가열 온도 h 이상으로 가열된 웨이퍼(90)가 ②와 같이 자연 냉각될 경우, 산화막(93), 알루미늄층이 흐물흐물한 상태가 오래 지속되므로, 외부 충격 등에 의해 전극에 해당하는 은의 위치가 틀어지는 등의 문제가 발생될 수 있다.
설정 위치에 전극이 정확하게 형성되도록, 냉각부(130)가 이용될 수 있다.
냉각부(130)는 제1 가열부(110)를 통과한 웨이퍼(90)를 냉각 온도 c 이하로 냉각시킬 수 있다. 이때의 냉각 온도 c는 60℃ 이하일 수 있다. 냉각부(130)는 은이 침투되는 설정 조건이 만족되도록, ①과 같이 웨이퍼(90)를 강제로 급속 냉각시킬 수 있다.
일 예로, 냉각부(130)는 냉각 가스를 토출하는 토출 수단(133)을 포함할 수 있다. 토출 수단(133)으로부터 토출된 냉각 가스는 가열 온도 이상으로 가열된 웨이퍼(90)를 급속하게 냉각시킬 수 있다. 다만, 냉각부(130)가 마련된 챔버 모듈 내에 존재하는 냉각 가스를 배출해야 하는 후처리 공정이 요구된다.
다른 예로, 냉각부(130)는 냉각수가 흐르는 냉각관(131)을 포함할 수 있다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 웨이퍼(90)가 통과하는 내부에 제1 가열부(110)가 설치되는 가열 공간(18) 및 냉각부(130)가 설치되는 냉각 공간(19)이 형성된 제1 챔버 모듈(10)을 포함할 수 있다. 가열 온도 이상으로 가열된 웨이퍼(90)가 곧바로 급속 냉각되도록, 냉각부(130)는 제1 가열부(110)와 함께 제1 챔버 모듈(10)에 설치되는 것이 좋다.
이때, 성격이 다른 2개의 공간을 구분하기 위해, 가열 공간(18)과 냉각 공간(19) 사이에는 단열 재질의 격벽(170)이 마련될 수 있다.
이때, 냉각부(130)는 냉각 공간(19)에 대면되는 제1 챔버 모듈(10)의 내벽과 냉각 공간(19)에 대면되는 격벽(170)의 일면 중 적어도 하나에 설치되고 냉각수가 흐르는 냉각관(131)을 포함할 수 있다. 냉각관(131)에 의해 냉각 공간(19)이 냉각되면서 냉각 공간(19)을 지나는 웨이퍼(90)가 급속 냉각될 수 있다.
제1 가열부(110)로 입력되는 웨이퍼(90)에 적층된 제1 층(97) 또는 제2 층(96)은 페이스트(paste) 상태로 도포된 것일 수 있다. 이때, 웨이퍼(90)에 접착된 상태가 유지되도록 페이스트에는 접착용 바인더(binder)가 포함될 수 있다. 바인더는 태양 전지에 해당하는 광기전력 소자가 완성된 후에는 불필요한 불순물로 기능하므로, 제거되는 것이 좋다.
제1 가열부(110)는 바인더가 증발되도록 웨이퍼(90)를 기설정된 번아웃(burn out) 온도 b에서 일정 시간동안 유지시킬 수 있다.
번아웃 온도 b가 유지되는 번아웃 구간은 웨이퍼(90)의 최고 가열 온도의 앞 또는 뒤에 형성될 수 있다. 번아웃 기간은 적어도 10초 이상 지속될 수 있다.
제1 가열부(110)는 웨이퍼(90)를 가열 온도 이상의 설정 온도로 가열하는 제1 가열 수단(111), 웨이퍼(90)를 번아웃 온도로 가열하고 유지하는 제2 가열 수단(113)을 포함할 수 있다. 제2 가열 수단(113)은 웨이퍼(90)의 흐름상으로 제1 가열 수단(111)의 앞 또는 뒤에 배치될 수 있다.
이상에서 살펴보면, 제1 가열부(110) 및 냉각부(130)에 따르면, 웨이퍼(90)는 어닐링(annealing)될 수 있다. 어닐링에 의해 반도체의 격자에 생긴 손상이 상당 부분 제거될 수 있으나,
그러나, 여전히 잔존하는 손상이 존재하므로, 태양 전지의 효율을 보다 높이기 위해 제2 가열부(210)에 의해 리제너레이션(regeneration) 공정이 수행될 수 있다.
제2 가열부(210)는 냉각부(130)를 통과한 웨이퍼(90)를 유지 온도 s 이상으로 재가열하여 리제너레이션(regeneration) 공정을 수행할 수 있다.
리제너레이션 공정을 수행하기 위해 제2 가열부(210)는 가열 온도보다 낮은 온도로 웨이퍼(90)를 재가열할 수 있다. 이때, 제2 가열부(210)는 냉각 온도 c 이하로 냉각된 웨이퍼(90)를 재가열할 수 있으며, 유지 온도 s는 200℃ 내지 300℃일 수 있다.
리제너레이션 공정에 의해 웨이퍼(90) 내에 존재하는 소수 캐리어의 개수가 증가되고, 이에 따라 광기전력 소자의 광전 효율이 개선될 수 있다. 예를 들어, 광기전력 소자에는 LID(Light Induced Degradation) 현상이 발생하여 광전 효율이 저하될 수 있다. 적어도 10초 이상동안 웨이퍼(90)를 200℃ 내지 300℃ 사이의 유지 온도로 유지하는 리제너레이션 공정은 LID 현상으로 인한 광전 효율 저하를 복구 또는 보충할 수 있다.
소수 캐리어(excess minority charge carriers)의 개수를 증가시키기 위해 유지부(230)는 제2 가열부(210)를 통과한 웨이퍼(90)를 설정 시간동안 유지 온도로 유지시킬 수 있다. 일 예로, 유지부(230)는 적어도 10초 이상동안 웨이퍼(90)를 200℃ 내지 300℃ 사이의 유지 온도로 유지시킬 수 있다.
소수 캐리어(excess minority charge carriers)의 개수를 증가시키기 위해 붕소와 산소의 결합을 방지할 필요가 있다. 산소와의 결합을 방지하기 위해 웨이퍼(90)에는 수소가 도입될 수 있다. 수소의 도입을 위해 웨이퍼(90)는 수소화된 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘층의 수소는 제1 가열부(110) 또는 제2 가열부(210)의 가열에 의해 P형 실리콘 기판(91) 또는 N형 반도체(92)로 도입될 수 있다. 이후, 도입된 수소의 유출을 방지하기 위해 마련된 수단이 유지부(230)일 수 있다.
웨이퍼(90)가 유지부(230)에 의해 유지 온도에서 설정 시간동안 유지되면, 수소의 유출이 방지되고, 결과적으로 소수 캐리어의 개수가 증가될 수 있다.
제1 가열부(110), 제2 가열부(210), 유지부(230)는 전력 공급에 의해 열을 생성하는 막대 형상의 램프 또는 열선을 포함할 수 있다.
붕소와 실리콘 기판이 원활하게 결합되도록 조명부(250)가 이용될 수 있다.
조명부(250)는 유지부(230)에 배치되거나 유지부(230)의 후단에 배치되고, 웨이퍼(90)를 조명 온도 i 이상에서 조명할 수 있다. 이때, 조명 온도 i는 90℃ 이상일 수 있다.
조명부(250)는 실리콘의 에너지 밴드 갭(Band gap)이상의 에너지를 가지는 파장 대역의 광을 조사(Illumination)함으로써, 붕소와 실리콘을 결합시키고 소수 캐리어를 확보할 수 있다. Firing 공정 중에 조명부(250)를 통하여 특정 파장 영역대의 광 조사를 통하여 실리콘 웨이퍼(90)에 소수 캐리어 재생 전압을 형성하여, 붕소와 실리콘의 결합을 유도할 수 있다. 소수 캐리어 재생 전압은 실리콘 웨이퍼(90)의 에너지 밴드 갭 이상의 에너지를 가지는 파장의 광이 조사될 때 실리콘 웨이퍼(90)에서 발생되는 전압을 의미할 수 있다.
조명부(250)는 웨이퍼(90)를 구성하는 N형 반도체(92) 측에 소수 캐리어를 확보하기 위한 것일 수 있다. N형 반도체(92) 측은 컨베이어 벨트에 놓여져 이송되는 웨이퍼(90)의 윗면일 수 있다. 웨이퍼(90)의 윗면을 조명하기 위해 조명부(250)는 컨베이어 벨트의 상측에 배치될 수 있다.
조명부(250)는 램프 또는 LED 광원으로 제작될 수 있다. 조명부(250)가 LED 광원으로 제작되면 광이 파장 대역을 용이하게 설정할 수 있다.
일 실시예로서, 제1 가열부(110), 냉각부(130), 제2 가열부(210), 유지부(230), 조명부(250)는 도 5와 같이 연속된 형태의 하나의 챔버 유니트(300)에 마련될 수 있다. 챔버 유니트(300)는 연속로를 형성할 수 있다.
일 실시예로서, 이송, 보관, 유지 보수의 편의를 위해 제1 가열부(110), 냉각부(130), 제2 가열부(210), 유지부(230), 조명부(250)는 도 1과 같이 복수의 챔버 모듈(10, 20)에 나뉘어 설치될 수 있다. 복수의 챔버 모듈(10, 20)은 제1 챔버 모듈(10) 및 제2 챔버 모듈(20)을 포함할 수 있다.
제1 챔버 모듈(10)에서는 가열 및 냉각 공정이 수행되고, 제2 챔버 모듈(20)에서는 리제너레이션(regeneration) 공정이 수행될 수 있다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 장치에 따르면, 냉각부(130)에 의해 웨이퍼(90)가 냉각 온도 c 이하 또는 상온까지 냉각될 수 있다. 또한, 제2 가열부(210)에 의해 웨이퍼(90)가 유지 온도 이상으로 재가열될 수 있다. 이와 같이 냉각부(130)와 제2 가열부(210) 사이에 상온 구간이 존재하므로, 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치를 구성하는 각 요소는 복수의 챔버 모듈에 나뉘어 설치되어도 무방하다.
일 예로, 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 웨이퍼(90)가 통과하는 제1 챔버 모듈(10) 및 제2 챔버 모듈(20)을 포함할 수 있다.
제1 가열부(110) 및 냉각부(130)는 제1 챔버 모듈(10)에 설치될 수 있다.
제2 가열부(210) 및 유지부(230)는 제2 챔버 모듈(20)에 설치될 수 있다. 조명부(250) 역시 제2 챔버 모듈(20)에 설치되는 것이 좋다.
제1 챔버 모듈(10) 및 제2 챔버 모듈(20)은 대기 환경을 사이에 두고 설정 거리 L만큼 이격 배치될 수 있다. 이때, L은 적어도 10cm 이상일 수 있다. 웨이퍼는 냉각부와 제2 가열부 사이에 위치한 대기 환경에서 60℃ 이하로 냉각될 수 있다.
제1 챔버 모듈(10)에는 웨이퍼(90)를 이송하는 제1 컨베이어 벨트(11)가 마련될 수 있다. 제2 챔버 모듈(10)에는 웨이퍼(90)를 이송하는 제2 컨베이어 벨트(21)가 마련될 수 있다.
제1 챔버 모듈(10)의 출력단에 마련된 제1 챔버 모듈 아웃렛(15)으로부터 출력된 웨이퍼(90)는 제2 챔버 모듈(10)의 입력단에 마련된 제2 챔버 모듈 인렛(25)으로 입력될 수 있다. 제1 챔버 모듈(10)에서 냉각 단계를 거친 웨이퍼(90)는 제1 챔버 모듈 아웃렛(15)을 통과하여 제2 챔버 모듈(20)로 이송될 수 있다. 제2 챔버 모듈 인렛(25)을 통하여 입수된 웨이퍼(90)는 제2 챔버 모듈(20)에서 리제너레이션 공정을 거칠 수 있다. 리제너레이션 공정은 제2 가열부(210)에 의한 재가열 공정, 유지부(230)에 의한 유지 공정, 조명부(250)에 의한 조명 공정을 포함할 수 있다.
제1 챔버 모듈(10)로부터 출력된 웨이퍼(90)는 대기 환경을 거친 후 제2 챔버 모듈(20)로 입력될 수 있다. 심지어 웨이퍼(90)는 제1 챔버 모듈(10)로부터 출력된 후 일정 시간 동안 보관되다가 제2 챔버 모듈(20)로 입력되어도 무방하다. 본 실시예에 따르면, 제1 챔버 모듈(10)과 제2 챔버 모듈(20)이 이격 배치되므로, 일체형 챔버와 비교하여 유지 보수가 쉬운 점이 있다. 또한, 제1 챔버 모듈(10)이 다른 종류로 변경되더라도 제2 챔버 모듈(20)을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다. 반대로, 제2 챔버 모듈(20)이 다른 종류로 변경되더라도 제1 챔버 모듈(10)을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 제1 챔버 모듈(10), 제2 챔버 모듈(20) 및 중계 모듈(30)을 나타낸 개략적인 평면도이다.
제1 챔버 모듈(10)과 제2 챔버 모듈(20)이 이격된 경우, 제1 챔버 모듈(10)로부터 출력된 웨이퍼(90)를 다시 제2 챔버 모듈(20)로 입력시키기 위한 별도의 수단이 마련될 수 있다.
일 예로, 본 발명의 광기전력 소자 제조 장치는 제1 챔버 모듈(10)과 제2 챔버 모듈(20) 사이에 개재되는 중계 모듈(30)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 챔버 모듈(10) 및 제2 챔버 모듈(20)은 중계 모듈(30)에 착탈 가능하게 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 중계 모듈(30)을 사이에 두고 다양한 종류의 제1 챔버 모듈(10) 또는 제2 챔버 모듈(20)이 서로 연결될 수 있다.
중계 모듈(30)에는 복수의 제1 챔버 모듈(10) 또는 복수의 제2 챔버 모듈(20)이 연결될 수 있다.
중계 모듈(30)은 도 2의 (a)와 같이 하나의 제1 챔버 모듈(10)로부터 출력된 웨이퍼(90)를 복수의 제2 챔버 모듈(20)로 분배해서 입력할 수 있다. 본 실시예는 제1 챔버 모듈(10)의 웨이퍼(90) 처리 속도가 빠른 반면, 제2 챔버 모듈(20)의 웨이퍼(90) 처리 속도가 느린 경우에 적합하다.
중계 모듈(30)은 도 2의 (b)와 같이 복수의 제1 챔버 모듈(10)로부터 출력된 웨이퍼(90)를 하나의 제2 챔버 모듈(20)로 입력할 수 있다. 본 실시예는 제1 챔버 모듈(10)의 웨이퍼(90) 처리 속도보다 제2 챔버 모듈(20)이 웨이퍼(90) 처리 속도가 빠른 경우에 적합니다.
도 3은 본 발명의 광기전력 소자 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 광기전력 소자 제조 방법은 제1 가열 단계(S 510), 냉각 단계(S 520), 제2 가열 단계(S 530), 유지 단계(S 540)를 포함할 수 있다.
제1 가열 단계(S 510)는 P형 실리콘 기판(91)의 일면에 알루미늄과 은이 순서대로 적층된 웨이퍼(90)를 가열 온도 이상으로 가열할 수 있다. 제1 가열 단계는 제1 가열부(110)에 의해 수행될 수 있다.
제1 가열 단계(S 510)를 거치면서, 웨이퍼(90)에는 정상적으로 전극이 형성되고, 웨이퍼(90)의 성긴 구조가 조밀한 구조로 개질될 수 있다. 또한, 실리콘의 수소가 웨이퍼(90)로 도입될 수 있다.
웨이퍼(90)에는 알루미늄과 은이 바인더가 포함된 페이스트(paste) 상태로 적층될 수 있다. 제1 가열 단계에는 웨이퍼(90)를 기설정된 번아웃 온도에서 일정 시간동안 유지시키면서 바인더를 증발시키는 단계가 포함될 수 있다.
냉각 단계(S 520)는 가열 온도 이상으로 가열된 웨이퍼(90)를 냉각 온도 이하로 냉각시킬 수 있다. 냉각 단계는 냉각부(130)에 의해 수행될 수 있다.
냉각부(130)의 강제 냉각을 거치면서, 웨이퍼(90)의 전극이 허용 위치 내에 배치될 수 있고, 웨이퍼(90)에 도입된 수소의 유출이 일부 방지될 수 있다.
제1 가열 단계와 냉각 단계를 거치면서 웨이퍼(90)는 어닐링될 수 있다.
제2 가열 단계(S 530)는 냉각 온도 이하로 냉각된 웨이퍼(90)를 유지 온도 이상으로 재가열할 수 있다. 제2 가열 단계는 제2 가열부(210)에 의해 수행될 수 있다.
유지 단계(S 540)는 유지 온도 이상으로 재가열된 웨이퍼(90)를 설정 시간동안 유지 온도로 유지시킬 수 있다. 유지 단계는 유지부(230)에 의해 수행될 수 있다.
유지 단계를 거치면서, 웨이퍼(90)에 도입된 수소의 방출이 방지되므로, 붕소와 산소의 결합이 방지되고 소수 캐리어의 개수가 증가될 수 있다. 소수 캐리어의 개수 증가에 따라 본 제조 방법에 의해 제조된 광기전력 소자의 전기 에너지 생성 효율이 개선될 수 있다.
조명 단계(S 550)는 유지부(230)를 거친 웨이퍼(90)를 조명 온도 이상에서 조명할 수 있다. 조명 단계는 조명부(250)에 의해 수행될 수 있다.
조명 단계를 거치면서, 붕소는 P 형 실리콘 기판 또는 N형 반도체(92)에 확실하게 결합될 수 있다.
웨이퍼는 냉각부와 제2 가열부 사이에서 60℃ 이하로 냉각될 수 있다. 60℃ 이하로 냉각된 웨이퍼는 제2 가열부, 유지부, 조명부를 거치면서 리제너레이션(regeneration)될 수 있다.
이상의 제2 가열부(210), 유지부(230), 조명부(250)는 열 및 광을 발산하는 단일한 구성일 수 있다. 예를 들면, 열 및 광을 발산하는 램프 또는 LED 광원이 제2 가열부(210), 유지부(230), 조명부(250)의 기능을 모두 수행할 수 있다.
유지부(230)는 제2 가열부(210)의 온오프 타이밍을 제어하는 컨트롤러일 수 있다. 유지부(230)의 제어에 의해 제2 가열부(210)는 제2 가열 단계 및 유지 단계를 수행할 수 있다. 이때, 제2 가열 단계 및 유지 단계는 서로 이웃한 복수의 웨이퍼 또는 단일 웨이퍼에 대해 시간차를 두고 수행될 수 있다.
제1 컨베이어 벨트(11) 또는 제2 컨베이어 벨트(21)에는 일정 간격으로 웨이퍼(90)를 지지하는 돌기가 마련될 수 있다.
웨이퍼는 돌기에 의해서 제1 컨베이어 벨트(11) 또는 제2 컨베이어 벨트(21)에 점 접촉될 수 있다.
돌기는 제1 컨베이어 벨트(11) 또는 제2 컨베이어 벨트(21)와 접촉하는 웨이퍼의 면적을 최소화할 수 있다.
제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트에서 공정 진행 방향으로 이동하는 부분을 제1 구간이라 하고, 공정 진행 방향의 역방향으로 이동하는 부분을 제2 구간이라고 할 때, 제1 구간은 제2 구간보다 상측에 존재할 수 있다.
제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트는 개구부를 포함할 수 있다. 제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트는 일정 개구율로 개구부가 형성된 메쉬(Mesh)타입의 벨트를 채용하여 열원과 기류가 잘 흐르게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트는 금속 재질의 체인 형태의 벨트가 될 수 있다.
제1 챔버 모듈(10) 또는 제2 챔버 모듈(20)은 웨이퍼가 통과하는 위치를 기준으로 구분되는 상부 몸체와 하부 몸체를 포함할 수 있다.
제1 컨베이어 벨트(11)의 개구부 또는 제2 컨베이어 벨트(21)의 개구부를 통해, 제1 가열부(110) 또는 제2 가열부(210)에서 가해준 열이 이동하여 상부 몸체와 하부 몸체 간의 열적 평형이 이루어질 수 있다.
이때, 각 가열부는 각 컨베이어 벨트의 제1 구간의 상하측 각각에 형성될 수 있다.
제1 컨베이어 벨트의 제1 구간의 상하측 각각에 구비된 제1 가열부의 열은 제1 구간의 제1 컨베이어 벨트의 개구부를 통해서 컨베이어 벨트의 상하측으로 이동될 수 있다.
제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트는 공정 환경에 강하도록 산화 피막으로 코팅될 수 있다.

Claims (19)

  1. 웨이퍼를 가열 온도 이상으로 가열하는 제1 가열부;
    상기 제1 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 냉각 온도 이하로 냉각시키는 냉각부;
    상기 냉각부를 통과한 상기 웨이퍼를 유지 온도 이상으로 재가열하는 제2 가열부;
    상기 제2 가열부를 통과한 상기 웨이퍼를 설정 시간동안 상기 유지 온도로 유지시키는 유지부;
    상기 유지부에 배치되거나 상기 유지부의 후단에 배치되고, 상기 웨이퍼를 조명하는 조명부;
    를 포함하는 광기전력 소자 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열부의 상기 가열 온도는 600℃이고,
    상기 냉각부의 상기 냉각 온도는 60℃ 이하이며,
    상기 유지부의 상기 유지 온도는 200℃ 내지 300℃이고,
    상기 조명부의 조명 온도는 90℃ 이상이며,
    상기 제2 가열부는 상기 가열 온도보다 낮은 온도로 상기 웨이퍼를 재가열하는 광기전력 소자 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열부로 입력되는 상기 웨이퍼에는 바인더가 포함된 페이스트(paste)가 도포되고,
    상기 제1 가열부는 상기 바인더가 증발되도록 상기 웨이퍼를 기설정된 번아웃 온도에서 일정 시간동안 유지시키는 광기전력 소자 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 일면에는 알루미늄 재질의 제1 층, 은 재질의 제2 층이 순서대로 적층되고,
    상기 제1 가열부의 가열에 의해 상기 제2 층의 은은 상기 제1 층을 뚫고 들어가 상기 웨이퍼에 접촉되며,
    상기 냉각부는 상기 은이 상기 웨이퍼에 접촉된 초기에 상기 웨이퍼를 강제로 냉각시키는 광기전력 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열부 및 상기 냉각부에 의해 상기 웨이퍼는 어닐링(annealing)되고,
    상기 제2 가열부, 상기 유지부 및 상기 조명부에 의해 상기 웨이퍼는 리제너레이션(regeneration)되는 광기전력 소자 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 상기 냉각부와 상기 제2 가열부 사이에서 60℃ 이하로 냉각되고,
    상기 60℃ 이하로 냉각된 상기 웨이퍼는 상기 제2 가열부, 상기 유지부, 상기 조명부를 거치면서 리제너레이션(regeneration)되는 광기전력 소자 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유지부는 적어도 10초 이상동안 상기 웨이퍼를 200℃ 내지 300℃ 사이의 상기 유지 온도로 유지시키는 광기전력 소자 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    웨이퍼가 통과하는 내부에 상기 제1 가열부가 설치되는 가열 공간 및 상기 냉각부가 설치되는 냉각 공간이 형성된 제1 챔버 모듈;을 포함하고,
    상기 가열 공간과 상기 냉각 공간 사이에는 단열 재질의 격벽이 마련되며,
    상기 냉각부는 상기 냉각 공간에 대면되는 상기 제1 챔버 모듈의 내벽과 상기 냉각 공간에 대면되는 상기 격벽의 일면 중 적어도 하나에 설치되고 냉각수가 흐르는 냉각관을 포함하는 광기전력 소자 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 통과하는 제1 챔버 모듈 및 제2 챔버 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 가열부 및 상기 냉각부는 상기 제1 챔버 모듈에 설치되며,
    상기 제2 가열부 및 상기 유지부는 상기 제2 챔버 모듈에 설치된 광기전력 소자 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 통과하는 제1 챔버 모듈 및 제2 챔버 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 챔버 모듈 및 상기 제2 챔버 모듈은 대기 환경을 사이에 두고 이격 배치되고,
    상기 웨이퍼는 상기 냉각부와 상기 제2 가열부 사이에 위치한 상기 대기 환경에서 60℃ 이하로 냉각되는 광기전력 소자 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 통과하는 제1 챔버 모듈 및 제2 챔버 모듈;
    상기 제1 챔버 모듈과 상기 제2 챔버 모듈 사이에 개재되는 중계 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 가열부 및 상기 냉각부는 상기 제1 챔버 모듈에 설치되며,
    상기 제2 가열부 및 상기 유지부는 상기 제2 챔버 모듈에 설치되고,
    상기 제1 챔버 모듈 및 상기 제2 챔버 모듈은 상기 중계 모듈에 착탈 가능하게 연결되는 광기전력 소자 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중계 모듈에는 복수의 상기 제1 챔버 모듈 또는 복수의 상기 제2 챔버 모듈이 연결되고,
    상기 중계 모듈은 복수의 상기 제1 챔버 모듈로부터 출력된 상기 웨이퍼를 하나의 상기 제2 챔버 모듈로 입력하거나, 하나의 상기 제1 챔버 모듈로부터 출력된 상기 웨이퍼를 복수의 상기 제2 챔버 모듈로 분배해서 입력하는 광기전력 소자 제조 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는 실리콘의 에너지 밴드 갭(Band gap)이상의 에너지를 가지는 파장 대역의 광을 상기 웨이퍼에 조사(Illumination)함으로써, 붕소와 실리콘을 결합시키고 상기 웨이퍼에 소수 캐리어를 확보하는 광기전력 소자 제조 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 이송하는 제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트가 마련되고,
    상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트에는 일정 간격으로 상기 웨이퍼를 지지하는 돌기가 마련되며,
    상기 웨이퍼는 상기 돌기에 의해서 상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트에 점 접촉되고,
    상기 돌기는 상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트와 접촉하는 상기 웨이퍼의 면적을 최소화하는 광기전력 소자 제조 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 통과하는 제1 챔버 모듈 및 제2 챔버 모듈;을 포함하고,
    상기 제1 챔버 모듈에는 상기 웨이퍼를 이송하는 제1 컨베이어 벨트가 마련되며,
    상기 제2 챔버 모듈에는 상기 웨이퍼를 이송하는 제2 컨베이어 벨트가 마련되고,
    상기 제1 챔버 모듈 또는 상기 제2 챔버 모듈은 상기 웨이퍼가 통과하는 위치를 기준으로 구분되는 상부 몸체와 하부 몸체를 포함하며,
    상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트는 개구부를 포함하고, 상기 개구부를 통해 제1 가열부 또는 제2 가열부에서 가해준 열이 이동하여 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 간의 열적 평형이 이루어지며,
    상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트의 제1 구간의 상하측 각각에 구비된 상기 제1 가열부 또는 상기 제2 가열부의 열은 상기 제1 구간의 상기 개구부를 통해서 상기 제1 컨베이어 벨트의 상하측 또는 상기 제2 컨베이어 벨트의 상하측으로 이동되는 광기전력 소자 제조 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 이송하는 제1 컨베이어 벨트 또는 제2 컨베이어 벨트가 마련되고,
    상기 제1 컨베이어 벨트 또는 상기 제2 컨베이어 벨트는 공정 환경에 강하도록 산화 피막으로 코팅되는 광기전력 소자 제조 장치.
  17. P형 실리콘 기판의 일면에 알루미늄과 은이 순서대로 적층된 웨이퍼를 가열 온도 이상으로 가열하는 제1 가열 단계;
    상기 가열 온도 이상으로 가열된 상기 웨이퍼를 냉각 온도 이하로 냉각시키는 냉각 단계;
    상기 냉각 온도 이하로 냉각된 상기 웨이퍼를 유지 온도 이상으로 재가열하는 제2 가열 단계;
    상기 유지 온도 이상으로 재가열된 상기 웨이퍼를 설정 시간동안 상기 유지 온도로 유지시키는 유지 단계;
    를 포함하는 광기전력 소자 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 웨이퍼에는 상기 알루미늄과 상기 은이 바인더가 포함된 페이스트(paste) 상태로 적층되고,
    상기 제1 가열 단계에는 상기 웨이퍼를 기설정된 번아웃 온도에서 일정 시간동안 유지시키면서 상기 바인더를 증발시키는 단계가 포함된 광기전력 소자 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 통과하는 제1 챔버 모듈 및 제2 챔버 모듈이 배치되고,
    상기 제1 챔버 모듈 및 상기 제2 챔버 모듈은 대기 환경을 사이에 두고 이격 배치되며,
    상기 웨이퍼는 냉각부와 제2 가열부 사이에 위치한 상기 대기 환경에서 60℃ 이하로 냉각되는 광기전력 소자 제조 방법.
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