KR101028085B1 - 비대칭 웨이퍼의 식각방법, 비대칭 식각의 웨이퍼를포함하는 태양전지, 및 태양전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 두 개의 웨이퍼를 겹쳐 단면 식각 또는 비대칭 식각함으로써 수광면만이 선택적으로 에칭된 두 개의 태양전지용 웨이퍼를 동시에 얻을 수 있다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼를 단면 식각 또는 비대칭 식각하는 방법으로서, 두 개의 웨이퍼의 일면이 서로 마주보도록 겹치는 단계, 및 겹쳐진 상기 두 개의 웨이퍼를 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각 방법 및 이를 이용하여 식각된 웨이퍼를 포함하는 태양전지가 제공된다.

웨이퍼, 에칭, 단면 식각, 비대칭 식각, 겹침, 분리

Description

비대칭 웨이퍼의 식각방법, 비대칭 식각의 웨이퍼를 포함하는 태양전지, 및 태양전지의 제조방법{ETCHING METHOD OF A NON-SYMMETRIC WAFER, SOLAR CELL COMPRISING THE NON-SYMMETRICALLY ETCHED WAFER, AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 웨이퍼 식각 방법 및 그 방법으로 식각되는 웨이퍼를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 두 개의 웨이퍼를 겹쳐 단면 식각 또는 비대칭 식각함으로써 수광면만이 선택적으로 에칭된 두 개의 태양전지용 웨이퍼를 동시에 얻을 수 있는 웨이퍼 식각 방법 및 그 방법으로 식각되는 웨이퍼를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.

환경오염 및 자원고갈 문제 등으로 인해 무공해 청정 에너지 개발이 시급한 실정이다. 따라서 원자력, 풍력발전과 함께 태양전지에 대한 관심이 커지고 있다. 현재 실리콘(Si) 단결정 및 다결정 기판을 기반으로 한 태양전지가 개발되어 상용화되었으며, 원재료 절감을 통한 저가 태양전지 제작을 위해서 비정질 실리콘 박막 태양전지 및 박막형 화합물반도체 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, p형 반도체와 n형 반도체의 접합형태를 가지며, 태양광에 의해 발생된 전자 또는 정공을 다른 쪽으로 이동시켜 전류를 생성시켜 전기를 발생시킨다.

이러한 태양전지는 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.

태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다. 변환효율을 높이기 위해서 여러가지 연구가 행해지고 있다.

상기 태양전지의 종류들 중 실리콘 태양전지가 상용화되고 있는데, 이러한 실리콘 태양전지는 크게 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지로 분류된다. 실리콘 태양전지는 웨이퍼 표면의 형상 처리를 통하여 전기를 발생시키는 변환효율 높일 수 있다.

태양전지의 변환효율을 높이기 위해서는 태양전지에 포함되는 웨이퍼가 낮은 반사도를 가져야 하는데, 낮은 반사도를 얻기 위해서 웨이퍼 기판표면에 미세한 요철구조를 형성시켜 태양광이 웨이퍼 표면에서 반사되는 정도를 최소화함으로써, 입 사광의 효율을 최대한 높이는 방법이 이용되고 있는 것이다.

이렇게 웨이퍼 표면에 미세한 요철구조를 형성시키기 웨해서는 실리콘 웨이퍼 표면을 습식 또는 건식 방법으로 식각하여야 한다. 종래에는 다량의 웨이퍼를 에칭 용액에 담가 식각하는 방식을 이용하였다.

태양전지에 있어서는 웨이퍼의 한쪽 표면(수광면)에만 요철구조가 형성되면 족하나, 상기 식각 방식을 이용하게 되면, 웨이퍼의 전면뿐만 아니라 후면에도 미세한 요철구조가 형성되게 된다.

따라서, 불필요한 식각에 따른 제조 비용 상승 또는 작업 공수의 복잡화 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수 개의 웨이퍼를 겹쳐 식각함으로써 단면 식각 또는 비대칭 식각 구조를 갖으며 태양전지에 적용 가능한 복수 개의 웨이퍼를 동시에 얻을 수 있는 웨이퍼 식각 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 복수 개의 웨이퍼를 겹쳐 식각함으로써 선택적으로 식각하여 불필요한 웨이퍼 후면 식각을 제거할 수 있는 웨이퍼 식각 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 복수 개의 웨이퍼를 동시에 단면 식각 혹은 양면의 비대칭 식각으로 얻어지는 식각면을 수광면으로 이용하는 태양전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각방법은 웨이퍼의 단면만을 선택적으로 식각하는 방법 또는 웨이퍼 양면의 식각률을 달리하여 비대칭으로 식각하는 방법을 포함한다.

상기 웨이퍼의 단면을 선택적으로 식각하는 방법은, 두 개의 웨이퍼를 간극없이 마주보는 면을 밀착하는 단계, 상기 밀착된 웨이퍼 중 외부 노출면을 동시에 식각하는 단계, 및 상기 밀착된 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함한다.

상기 웨이퍼의 양면을 식각률이 다르게 비대칭으로 식각하는 방법은, 복수 개의 웨이퍼를 각 웨이퍼 사이에 소정의 간극을 가지도록 겹치는 단계, 상기 겹쳐진 웨이퍼를 식각하는 단계, 및 상기 겹쳐진 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 식각률이란 식각되는 비율 또는 정도를 지칭하는 것으로서, 식각률은 식각 수행 시간, 식각방법, 식각용액의 차이, 식각이 수행되는 위치 등을 달리하는 경우 웨이퍼 표면 거칠기가 달라지기 때문에 웨이퍼의 양면에 대한 식각률의 차이를 발생하게 된다.

본 발명에서 상기 각 웨이퍼 사이의 간극은, 식각 용액이 침투할 수 있는 것으로서 각 간극의 폭이 상이할 수 있다.

상기 간극의 이격 거리는 제한되지 않으며 그 간극에 침투된 식각용액에 의해 분리된 웨이퍼의 내부면이 식각될 수 있는 거리이면 족할 것이다.

복수 개의 웨이퍼 사이에 간극을 두고 식각할 경우 가장 최측면의 웨이퍼 면들과 간극을 두고 대칭되는 웨이퍼 면들에 식각 용액이 침투되는 정도가 달라져서 각 웨이퍼 면들마다 비대칭적으로 식각할 수 있다.

상기 복수 개의 웨이퍼는 중심선이 일치되게 겹쳐지거나 또는 각 웨이퍼 일부가 오버랩되도록 겹쳐서 식각시킬 수 있는데 이 역시 비대칭적으로 식각하기 위한 방법일 수 있다.

본 발명에서 상기 각 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행될 수 있다.

본 발명에서의 상기 각 단계가 연속식으로 수행된다는 것은 일련의 작업공정이 연결되어 수행되는 것이며, 비연속식의 수행은 각 단계가 이어지지 않으며 언제 든지 다른 공정이 추가될 수 있는 것을 의미할 수 있다.

본 발명에서의 상기 웨이퍼의 식각은 습식 식각법, 건식 식각법, 또는 습식-건식 혼합 식각법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 식각 기술로서 본 발명에 적용될 수 있는 방법으로 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 기술이면 적합할 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 태양전지는 벌크형 태양전지로서, 수광면만이 선택적으로 식각된 웨이퍼 또는 양면의 식각률을 달리하여 비대칭으로 식각된 웨이퍼를 포함한다.

상기 식각률은 식각 수행 시간, 식각 수행 위치, 또는 식각 방법을 달리하여 달라질 수 있다.

상기 식각 수행 시간은 특별히 제한되지 않으며 식각 방법 역시 특별히 제한되지 않는데, 식각액을 이용하는 식각법일 경우 그 식각액의 조성을 달리하는 방법이 포함될 수도 있다. 식각이 수행되는 웨이퍼의 위치를 달리함으로써 불균일한 식각을 유도하여 비대칭의 식각된 양면을 가지는 웨이퍼를 제조할 수 있다.

상기 선택적으로 단면만 식각된 웨이퍼나 비대칭의 양면 식각된 웨이퍼를 사용하여 태양전지를 제조할 수 있는데, 이러한 태양전지는 웨이퍼를 경제적으로 생산 수율이 높도록 제조하여 공급할 수 있으므로, 이에 따라 태양전지의 전체 생산 비용의 면에서 절약할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 웨이퍼는 완전하게 포개어 겹쳐진 복수 개의 웨이퍼 중 외부 노출면을 식각하여 단면을 식각하는 것이 특징이 며, 또는 일부 혹은 전부를 각 웨이퍼 사이에 간극을 두고 겹쳐 식각하여 웨이퍼 양면을 이형(異形)으로 식각하는 것이 특징일 수 있다. 상기 식각되는 형태는 특별히 제한되지 않으며 당업자라면 공지의 기술로부터 용이하게 적용할 수 있는 다양한 식각 단면의 형태를 상정할 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 태양전지의 제조방법은 특히 벌크형 태양전지 제조방법에 있어서, 웨이퍼의 단면만을 선택적으로 식각하거나 또는 웨이퍼 양면의 식각률을 달리하여 비대칭으로 식각하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 개의 웨이퍼를 겹친 후 식각을 수행함으로써 단면 식각 또는 비대칭 식각 구조를 갖는 두 개의 태양전지용 웨이퍼를 동시에 얻을 수 있고, 수광면만을 선택적으로 식각하여 불필요한 웨이퍼 후면 식각을 제거할 수 있음에 따라, 작업 공수를 간소화시킬 수 있고 제조 원가 또한 절감할 수 있다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 비대칭 웨이퍼 식각 방법의 원리를 설명하는 도면이다.

먼저, 도 1a에 도시되는 바와 같이, 두 장의 웨이퍼(100)를 겹쳐 두 웨이 퍼(100)의 일면이 서로 마주볼 수 있도록 한다. 설명의 편의를 위해 도면에서는 원형의 웨이퍼(100)를 예시하였으나 웨이퍼(100)의 형태는 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 모양의 웨이퍼(100)가 이용될 수 있다. 또한, 웨이퍼(100)는 두 장이 겹쳐지는 것으로 한정되는 것이 아니며, 복수 개의 웨이퍼가 서로 겹쳐질 수도 있다. 한편, 서로 겹쳐진 두 장의 웨이퍼(100)는 소정의 구조물(미도시)에 의해 고정되어 겹쳐진 상태로 유지될 수도 있다.

웨이퍼(100)들은 간격 없이 완전히 겹쳐질 수도 있고, 소정 거리 이격된 상태로 배치될 수도 있으며, 두 웨이퍼(100) 사이의 거리는 원하는 식각 형태, 즉, 웨이퍼(100)의 한쪽 면만을 식각할 것인지, 양면을 모두 식각하되 비대칭적으로 식각할 것인지, 또는 양면을 동일한 정도로 식각할 것인지에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 그 거리에 따라 식각되는 형태에 대해서는 후에 상세하게 설명하도록 한다. 한편, 웨이퍼(100)는 도면에 도시되는 바와 같이 전부가 겹쳐질 수도 있으나, 일부만이 겹쳐질 수도 있고, 겹쳐지는 정도의 차이 또한 원하는 식각 형태, 즉, 웨이퍼(100)의 전면을 모두 비대칭 식각 또는 대칭 식각할 것인지, 일부만을 비대칭 식각 또는 대칭 식각할 것인지에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

다음으로, 도 1b에 도시되는 바와 같이, 서로 겹쳐진 웨이퍼(100)에 대해 식각을 실시한다. 식각은 식각 용액을 이용하는 공지의 식각법을 이용하여 수행될 수 있으며, 그 밖에 습식 식각, 건식 식각, 또는 습식-건식 혼합 식각법 등에 의해 수행될 수도 있다. 습식 식각은 단결정 실리콘 기판인 경우와 다결정 실리콘 기판인 경우에 다른 방식으로 이루어지는데, 단결정 실리콘 기판인 경우에는 염기성 용액 및 유기 용액을 이용한 웨이퍼 표면 식각이 실시될 수 있고, 다결정 실리콘 기판인 경우에는 산성용액 및 유기용액을 이용한 웨이퍼 표면 식각이 실시될 수 있다. 또한, 산성 용액과 염기성 용액을 혼용하여 사용할 수도 있다.

이러한 식각 과정을 거치게 되면 식각 용액에 노출되는 정도에 따라 식각의 정도가 달라진다. 만약, 두 웨이퍼(100)가 완전히 겹쳐진 후 식각 용액에 담가지게 되면, 식각 용액에 노출되는 웨이퍼(100)의 일면만이 식각되게 되고, 서로 겹쳐져 마주보는 면은 식각이 이루어지지 않게 된다. 한편, 두 웨이퍼(100)가 소정 거리 이격된 상태로 배치된 후 식각 용액에 담가지는 경우에는 식각 용액에 완전히 노출되는 웨이퍼(100)의 일면은 완전히 식각되게 되지만, 서로 마주보는 일면은 완전한 식각이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 각 웨이퍼(100)가 비대칭적으로 식각(이형(異形) 식각)될 수 있는 것이다. 한편, 두 웨이퍼(100) 사이의 거리가 충분히 멀다면 각 웨이퍼(100)의 양면은 대칭 식각, 즉, 동형(同形)으로 식각될 수도 있다.

식각이 끝나면, 도 1c에 도시되는 바와 같이, 서로 겹쳐진 웨이퍼(100)를 분리해낸다.

분리된 각 웨이퍼(100)는 서로 겹쳐져 있던 정도에 따라 일면만이 식각되어 있는 단면 식각구조, 또는 비대칭적으로 식각되어 있는 비대칭적인 식각구조를 갖게 된다.

한편, 복수 개의 웨이퍼(100)가 대칭 또는 비대칭 식각되고 분리된 후에는 다시 한 번 복수 개의 웨이퍼(100)를 겹치거나 소정 거리 이격시켜 추가적인 식각을 더 수행할 수도 있다. 즉, 복수 개의 웨이퍼(100)를 동시에 식각하는 경우에는 1차 식각만으로는 모든 웨이퍼(100)에 원하는 정도의 식각 구조가 형성되지 않을 수도 있기 때문에, 일부의 웨이퍼(100)를 빼거나 그 배치를 달리하여 2차 식각을 추가로 수행할 수도 있다. 이러한 방식으로 복수 개의 웨이퍼(100)를 동시(同時) 식각 또는 이시(異時) 식각 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 웨이퍼(100)의 일면만을 식각하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 두 웨이퍼(100) 간의 거리를 두지 않고 완전히 겹친 후 식각을 하게 되면, 웨이퍼(100)가 겹쳐진 면에는 식각 용액이 닿지 않게 되어, 각 웨이퍼(100)의 일면만이 식각되게 된다.

따라서, 겹쳐진 웨이퍼(100)를 분리하게 되면 일면만이 식각되어 있는 단면 식각 구조를 갖는 웨이퍼(100)가 얻어지게 된다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 웨이퍼(100)를 비대칭적으로 식각하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 두 웨이퍼(100)를 소정 거리 이격된 상태로 겹친 후 식각을 하게 되면, 서로 마주보는 면에도 식각이 일어나게 된다. 그러나, 그 식각 정도는 웨이퍼(100)의 양면 중 식각 용액에 완전히 노출되는 면이 식각되는 정도에 비해 상대적으로 미미하여, 두 웨이퍼(100)를 분리했을 때에는 비대칭적으로 식각된 두 개의 웨이퍼(100)가 얻어지게 된다.

이렇게, 두 개의 웨이퍼를 겹친 후 식각을 수행함으로써 일면만이 식각된 웨이퍼 또는 비대칭적으로 식각된 웨이퍼를 얻을 수 있고, 식각이 이루어진 면 또는 상대적으로 많이 식각된 면을 수광면으로 하여 태양전지에 적용시킬 수 있게 된다.

또한, 태양전지에 있어서, 태양광의 반사도를 최소화하기 위한 요철 구조가 형성되어 있는 웨이퍼를 제조할 때, 두 개의 웨이퍼를 겹쳐 식각함으로써 한 번의 식각만으로 두 개의 태양전지용 웨이퍼를 얻을 수 있고, 수광면만을 선택적으로 식각하여 불필요한 웨이퍼 후면 식각을 제거할 수 있기 때문에, 작업 공수가 종래 기술에 비해 반으로 줄어들게 되고, 제조 비용 또한 절감할 수 있게 된다.

한편, 이러한 단면 식각 또는 비대칭 식각은 비연속적 공정 또는 연속적 공정에 의해 이루어질 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 각각 비연속적 공정 및 연속적 공정을 이용하여 웨이퍼를 단면 식각 또는 비대칭 식각하는 과정을 모식적으로 나타낸다.

도 4a 및 도 4b는 모두 두 개의 웨이퍼들을 겹치는 단계, 겹쳐진 웨이퍼를 식각하는 단계, 및 웨이퍼를 분리하여 단면 식각 구조의 웨이퍼 또는 비대칭 식각 구조의 웨이퍼를 얻는 단계를 각각 비연속적 및 연속적으로 수행하는 과정을 나타낸다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능 을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 식각 방법을 설명하는 공정도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼의 단면 식각 방법을 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼의 비대칭 식각 방법을 설명하는 도면이다.

도 4a는 비연속적 공정을 이용한 본 발명의 웨이퍼 식각 방법을 설명하는 도면이다.

도 4b는 연속적 공적을 이용한 본 발명의 웨이퍼 식각 방법을 설명하는 도면이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 두 개의 웨이퍼를 간극없이 마주보는 면을 밀착하는 단계,

   상기 밀착된 웨이퍼 중 외부 노출면을 동시에 식각하는 단계, 및

   상기 밀착된 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함하여, 상기 웨이퍼의 단면만을 선택적으로 식각하는 웨이퍼의 식각방법.
3. 복수 개의 웨이퍼를 각 웨이퍼 사이에 소정의 간극을 가지도록 겹치는 단계;

   상기 겹쳐진 웨이퍼를 식각하는 단계; 및

   상기 겹쳐진 웨이퍼를 분리하는 단계;를 포함하여 상기 웨이퍼 양면을 서로 다른 정도로 식각하는 웨이퍼의 식각방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 각 웨이퍼 사이의 간극은, 식각 용액이 침투할 수 있는 것으로서 각 간극의 폭이 상이한 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 복수 개의 웨이퍼는 중심선이 일치되게 겹쳐지거나 또는 각 웨이퍼 일부가 오버랩되도록 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 각 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 각 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
8. 제 2항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 식각은 습식 식각법, 건식 식각법, 또는 습식-건식 혼합 식각법 중 어느 하나의 식각법인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
9. 제 3항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 식각은 습식 식각법, 건식 식각법, 또는 습식-건식 혼합 식각법 중 어느 하나의 식각법인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 식각방법.
10. 삭제

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