KR101143776B1 - Back contact solar cell and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스를 모두 형성하는 후면전극 태양전지에 있어서, LCP(Laser chemical process)를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식으로, 에미터와 베이스를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하는 단계; 에미터와 베이스가 형성된 영역에서 SiO2 산화막에 컨택 홀을 형성하는 단계; 각 컨택 홀에 금속 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 후면전극 태양전지의 제조 공정을 줄여서 제조원가 및 제조시간을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 SiO2 배리어에 의해 에미터와 베이스 사이의 겹침(butting) 현상이 발생되지 않게 되며, 아울러 컨택 홀 형성 과정에서 에미터 또는 베이스에 대한 불필요한 열전달을 차단하여 HAZ가 형성되지 않게 된다.The present invention is a back-electrode solar cell forming both the emitter and the base on the back of the silicon wafer, the method using the laser chemical process (LCP) to apply a dopant while melting the back of the silicon wafer, the emitter and the base Forming a back side of the silicon wafer; Forming a SiO 2 oxide film on a back surface of the silicon wafer; Forming a contact hole in the SiO 2 oxide film in the region where the emitter and the base are formed; Forming a metal electrode in each contact hole; relates to a back electrode solar cell comprising a; and a method of manufacturing the same.
According to the present invention, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost and manufacturing time by reducing the manufacturing process of the back-electrode solar cell, and also to prevent the occurrence of butting between the emitter and the base by the SiO 2 barrier, HAZ is not formed by blocking unnecessary heat transfer to the emitter or the base during the formation of the contact hole.
Description
본 발명은 후면전극 태양전지에 관한 것으로, 특히 반도체 기판의 후면에 LCP(Laser chemical process)를 이용하여 에미터 및 베이스를 형성하고, 그 에미터와 베이스 각각에 전극을 형성하도록 구성되는 후면전극 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a back electrode solar cell, and more particularly, to form an emitter and a base using a laser chemical process (LCP) on a rear surface of a semiconductor substrate, and to form an electrode on each of the emitter and the base. A battery and a method of manufacturing the same.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 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, 상용 교류 전원의 계통과 연계되어 보조 전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using a photovoltaic effect. The solar cell is classified into a silicon solar cell, a thin film solar cell, a dye-sensitized solar cell, and an organic polymer solar cell. . These solar cells are used independently as main power sources such as electronic clocks, radios, unmanned light towers, satellites, rockets, etc., and are also used as auxiliary power sources in connection with commercial AC power systems. Increasingly, interest in solar cells is increasing.
종래 일반적인 태양전지는 전면과 후면에 각각 전극이 형성되는데, 상기 전면에 형성되는 전극으로 인해 태양 광에 대한 흡수율이 감소(shadowing loss)되는 문제가 있다. 그렇기 때문에 태양전지의 효율 향상을 위하여 전면에 형성되는 전극의 면적은 최대한 미세패턴으로 하여 좁게 하는 것이 일반적인 추세이다. 하지만 이 경우에도 전면에 형성된 전극 면적만큼 태양 광을 흡수하지 못하고, 더불어 미세 전극으로 인해 저항이 불필요하게 증가하는 문제도 있다.In the conventional general solar cell, an electrode is formed on the front and the rear, respectively, and there is a problem in that absorption of sunlight is reduced due to the electrode formed on the front. Therefore, in order to improve the efficiency of solar cells, the general trend is to narrow the area of the electrode formed on the front surface to have a fine pattern as much as possible. However, even in this case, the solar cell may not absorb sunlight as much as the electrode area formed on the front surface, and there is also a problem in that resistance is unnecessarily increased due to the fine electrode.
따라서, 태양전지 전면에서 전극에 의한 흡수율 감소를 원천적으로 없애기 위하여, 전극 모두를 후면에 설치하는 후면전극 구조의 태양전지가 개발되었다.Therefore, in order to fundamentally eliminate the reduction of absorption by the electrode at the front of the solar cell, a solar cell having a back electrode structure in which all the electrodes are installed at the rear has been developed.
후면전극 구조의 태양전지는 전면에 있던 전극을 모두 후면에 설치하여 전극에 의한 음영 손실(shadowing loss)을 감소시킴으로써 높은 단락 전류(short circuit current)를 얻을 수 있고, 낮은 직렬 저항(series resistance) 값을 가진다. 이로 인해 고효율 태양전지의 제작이 가능하게 된다. 또한 후면접합 태양전지를 이용한 모듈은 평면상의 전극 접속이 가능하여 제작이 용이하고, 태양전지의 적층 밀도(packing density)를 증가시킴으로써 모듈의 효율을 향상시키고 제조비용은 낮추는 장점을 가진다.In the solar cell of the back electrode structure, all the electrodes on the front side are installed on the back side to reduce the shadowing loss caused by the electrode, thereby obtaining high short circuit current and low series resistance value. Has This makes it possible to manufacture high efficiency solar cells. In addition, the module using the back-junction solar cell is easy to manufacture because it is possible to connect the electrode on the plane, and has the advantage of improving the efficiency of the module and lowering the manufacturing cost by increasing the packing density of the solar cell.
이러한 후면전극 태양전지는 p형(또는 n형) 실리콘 기판에서 빛이 입사하는 전면의 반대쪽인 후면에 p형(또는 n형)의 전하를 수집하는 베이스와 n형(또는 p형)의 전하를 수집하는 에미터가 모두 형성되는 구조를 나타낸다.Such a back electrode solar cell has a base and an n-type (or p-type) charge that collects a p-type (or n-type) charge on a back surface opposite to the front surface where light is incident on a p-type (or n-type) silicon substrate. It shows a structure in which all of the emitters collected are formed.
이와 같은 후면전극 태양전지는 태양 광의 흡수율을 향상시켜 효율 향상은 예상되나, 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 단점이 있었고, 그로 인해 후면전극 태양전지의 상업화에 어려움이 따르고 있는 실정이다.Such a back electrode solar cell is expected to improve efficiency by improving the absorption rate of the solar light, but the manufacturing process was complicated and costly disadvantages, and thus the situation is difficult to commercialize the back electrode solar cell.
그래서 공정을 단순화하고 제조비용을 감소시킬 수 있는 후면전극 태양전지가 제안된 바 있다. 그 예가 미국등록특허 'US 07339110'호(태양전지 및 그 제조방법, 이하 '선행특허'라고 칭함)에 개시되어 있다. Therefore, a back electrode solar cell has been proposed that can simplify the process and reduce the manufacturing cost. An example thereof is disclosed in US Patent No. US 07339110 (a solar cell and its manufacturing method, hereinafter referred to as a prior patent).
상기 선행특허에 의한 태양전지 제조공정은 대략 30여 개의 공정으로 이루어진다. 특히 전체 공정 중에서 대략 900℃ 이상의 온도에서 이루어지는 고온공정, 즉 n+층, p+층 및 산화막 형성 공정이 약 20% 정도 차지하고 있는 실정이다.The solar cell manufacturing process according to the prior patent consists of about 30 processes. Particularly, about 20% of the high temperature process, that is, the n + layer, the p + layer, and the oxide film forming process, are performed at a temperature of about 900 ° C. or higher.
여기서, 상기 선행특허의 제조 공정 중, p형 실리콘 웨이퍼의 후면에 베이스와 에미터를 형성하는 공정에 대해서 살펴본다.Here, the process of forming the base and the emitter on the back of the p-type silicon wafer of the manufacturing process of the prior patent will be described.
일단, 에칭(saw damage etching) 공정이 완료된 p형 실리콘 웨이퍼의 한 면(즉 태양 광이 입사되는 반대면)에 p+층을 형성하고(1단계), 그 위에 열 산화막을 형성한다(2단계).First, a p + layer is formed on one side (i.e., the opposite side to which sunlight is incident) of the p-type silicon wafer where the saw damage etching process is completed (step 1), and a thermal oxide film is formed thereon (step 2). .
그리고, 상기 열 산화막 중 일부 영역, 즉 이어지는 후속 공정에서 n+층이 형성될 부분을 제외한 부분에 스크린 인쇄법 등으로 에치 레지스트(etch resist)를 인쇄한다(3단계).Then, an etch resist is printed on a portion of the thermal oxide film, that is, a portion except for the portion where the n + layer is to be formed in a subsequent process (step 3).
이후, 상기 에치 레지스트가 미인쇄된 부분에 형성된 열 산화막을 식각하고(4단계), 상기 에치 레지스트를 제거한 다음(5단계), 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 소정 깊이로 식각한다(6단계). 이때 식각 깊이는 상기 p+ 층의 접합 깊이보다 크면 된다. 상기 선행특허에서는 3㎛로 예시되어 있다.Thereafter, the thermal oxide film formed on the portion where the etch resist is not printed is etched (step 4), the etch resist is removed (step 5), and the surface of the silicon wafer is etched to a predetermined depth (step 6). In this case, the etching depth may be larger than the junction depth of the p + layer. In the above patent, it is illustrated as 3㎛.
상기 식각 공정이 완료되면, 실리콘 웨이퍼의 후면을 세정액으로 세정한다(7단계).When the etching process is completed, the back surface of the silicon wafer is cleaned with a cleaning liquid (step 7).
그런 다음, 상기 식각된 실리콘 웨이퍼의 표면에 p-타입 실리콘 웨이퍼의 도핑원소인 'POCl3(옥시염화인)'과 같은 액체 도펀트 소스를 원료로 하여 n+층을 형성한다(8단계). 물론 n형 실리콘 웨이퍼이고 p+층을 형성할 경우는 'BBr3'와 같은 액체 도펀트 소스가 사용된다.Then, an n + layer is formed on the surface of the etched silicon wafer using a liquid dopant source such as' POCl 3 (phosphorus oxychloride), a doping element of the p-type silicon wafer, as a raw material (step 8). Of course, when the n-type silicon wafer and p + layer to form a liquid dopant source such as 'BBr3' is used.
그와 같이, 상기 선행특허에서는 실리콘 웨이퍼의 후면 표면에 상기 실리콘 웨이퍼와 같은 도전형의 전하를 수집하는 베이스 및 다른 도전형의 전하를 수집하는 에미터를 접합 형성하는 공정이 모두 8 단계로 이루어지고 있다.As such, in the prior patent, a process of jointly forming a base for collecting charges of the same conductivity type as the silicon wafer and an emitter for collecting charges of another conductivity type on the back surface of the silicon wafer is performed in eight steps. have.
또한, 상기 선행특허에서 p형 및 n형 불순물을 도핑하는 공정과 열 산화막을 형성하는 공정은 고온 확산로에서 이루어지며, 대략 900℃ 내외의 고온에서 수행된다. 즉, 고온에서 두 번의 확산 공정 및 한 번의 열 산화막 형성 공정이 반드시 필요하였다.In addition, the process of doping the p-type and n-type impurities in the prior patent and the process of forming a thermal oxide film is carried out in a high temperature diffusion furnace, it is carried out at a high temperature of about 900 ℃. In other words, two diffusion processes and one thermal oxide film formation step were necessary at high temperatures.
일반적으로 태양전지 공정에서 효율은 유지하면서 공정 온도를 낮출 수 있다면 이는 원가 절감에 도움을 주고, 공정도 보다 간소화시킬 수 있다.In general, if the process temperature can be lowered while maintaining the efficiency in the solar cell process, this can help to reduce costs and simplify the process.
하지만, 앞서 설명한 바와 같이 상기 선행특허는 실리콘 웨이퍼의 후면에 베이스와 에미터를 형성할 경우, 900℃ 이상의 고온에서 공정이 수행되고 있고, 그 이하의 공정 온도로는 낮추지 못하고 있는 실정이다. 아울러 900℃ 이상의 고온에서 공정이 이루어지기 때문에 현재의 공정 수를 줄이기가 어려웠다.However, as described above, when the base and the emitter are formed on the back surface of the silicon wafer, the process is performed at a high temperature of 900 ° C. or higher, and the situation is not lowered to a process temperature below that. In addition, since the process is performed at a high temperature of more than 900 ℃ it was difficult to reduce the current number of processes.
결국, 상기 선행특허는 후면전극 태양전지를 제조할 경우 에너지 투입량이 많아질 뿐만 아니라 공정시간이 길어져서, 태양전지의 제조원가를 충분히 낮추기가 어려운 실질적인 문제를 안고 있다.As a result, the prior patent has a substantial problem that it is difficult to sufficiently reduce the manufacturing cost of the solar cell because not only the amount of energy input but also the process time is long when manufacturing the back electrode solar cell.
한편, 에미터와 베이스가 모두 웨이퍼의 후면에 형성되는 후면전극 태양전지의 특성상, 에미터와 베이스 사이의 겹침(butting) 현상이 발생할 염려가 있다. 즉, 에미터와 베이스의 겹침 영역에서는 정공과 전자의 재결합이 급격히 증가하기 때문에, 이러한 겹침 영역이 넓거나 많을수록 후면전극 태양전지의 효율은 크게 감소하게 된다. 따라서 일반적으로 에미터와 베이스 사이에 도핑이 되지 않는 진성(intrinsic) 반도체 완충 영역(buffer)을 두기도 하는데 이러한 완충 영역 형성은 매우 미세한 조절이 필요하여 기술적으로 용이하지 않은 실정이다.On the other hand, due to the characteristics of the back electrode solar cell in which both the emitter and the base are formed on the back side of the wafer, there is a concern that the butting phenomenon between the emitter and the base may occur. That is, since the recombination of holes and electrons rapidly increases in the overlapping region of the emitter and the base, the efficiency of the back electrode solar cell is greatly reduced as the overlapping region is larger or larger. Therefore, an intrinsic semiconductor buffer region is generally provided between the emitter and the base, which is not technically easy due to the need for very fine control.
또한 에미터 및 베이스에 대한 전극 형성을 위해, 실리콘 웨이퍼 후면에 SiO2 산화막을 형성한 후 레이저를 조사하여 컨택 홀을 형성하게 된다. 이때, 이러한 레이저 조사를 통해 SiO2 산화막을 녹이는 과정에서, 실리콘 웨이퍼와 SiO2 산화막 사이의 녹는점 차이에 의해 고온의 열이 에미터 및 베이스, 또는 실리콘 웨이퍼의 표면에 직접 또는 간접적으로 영향을 미치게 된다.In addition, in order to form electrodes for the emitter and the base, a SiO 2 oxide film is formed on the back surface of the silicon wafer and then irradiated with laser to form contact holes. At this time, in the process of melting the SiO 2 oxide film through such laser irradiation, high temperature heat may directly or indirectly affect the emitter and the base or the surface of the silicon wafer by the melting point difference between the silicon wafer and the SiO 2 oxide film. do.
즉, 단결정 실리콘의 경우 녹는점이 1414℃이지만, SiO2 산화막의 경우에는 그 보다 훨씬 높은 1710℃ 이상의 고온에서 녹게 된다. 이 때문에, 컨택 홀을 형성하기 위해서는 레이저 조사를 통해 1710℃ 이상의 열로 SiO2 산화막을 녹이게 되는데, SiO2 산화막이 모두 녹아서 웨이퍼의 표면에 도달하는 순간, 그 높은 열로 인해 웨이퍼에 직접 또는 간접적으로 안 좋은 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 고온의 열로 인해 에미터 또는 베이스가 형성되는 실리콘 웨이퍼의 표면 주위에 HAZ(Heat Affected Zone)가 형성되면서 태양전지 성능을 떨어뜨릴 수 있게 된다.
That is, in the case of single crystal silicon, the melting point is 1414 ° C, but in the case of SiO 2 oxide film, the melting point is melted at a high temperature of 1710 ° C or higher. Therefore, in order to form a contact hole there is this melt the heat SiO 2 oxide film over 1710 ℃ through the laser irradiation, SiO 2 oxide film is both the moment of melt reaches the surface of the wafer, the high heat causes not, directly or indirectly, to the wafer It will have a good effect. For example, high-temperature heat forms a heat-affected zone (HAZ) around the surface of a silicon wafer on which emitters or bases are formed, which can degrade solar cell performance.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 후면전극 태양전지의 제조 공정을 줄여서 제조원가 및 제조시간을 획기적으로 줄일 수 있게 하는 것을 주요한 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve various problems in the prior art as described above, and its main object is to significantly reduce the manufacturing cost and manufacturing time by reducing the manufacturing process of the back electrode solar cell.
또한 본 발명은 에미터와 베이스 사이의 겹침(butting) 현상이 발생되지 않게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to prevent the occurrence of butting between the emitter and the base.
또한 본 발명은 컨택 홀 형성 과정에서 에미터 또는 베이스에 대한 불필요한 열전달을 차단하여 HAZ가 형성되지 않게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In another aspect, the present invention is to block the unnecessary heat transfer to the emitter or the base in the process of forming a contact hole so that the HAZ is not formed.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스를 모두 형성하는 후면전극 태양전지에 있어서, LCP(Laser chemical process)를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식으로, 에미터와 베이스를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하는 단계; 에미터와 베이스가 형성된 영역에서 SiO2 산화막에 컨택 홀을 형성하는 단계; 각 컨택 홀에 금속 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a back electrode solar cell according to the present invention as a means for solving the above problems, in the back electrode solar cell to form both the emitter and the base on the back of the silicon wafer, using a laser chemical process (LCP) Forming an emitter and a base on the backside of the silicon wafer by applying a dopant while melting the backside of the silicon wafer; Forming a SiO 2 oxide film on a back surface of the silicon wafer; Forming a contact hole in the SiO 2 oxide film in the region where the emitter and the base are formed; Forming a metal electrode in each contact hole; characterized in that it comprises a.
또한 본 발명에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스를 모두 형성하는 후면전극 태양전지에 있어서, 확산 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스 중 어느 하나를 형성하는 단계; LCP(Laser chemical process)를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식으로, 에미터와 베이스 중 나머지 하나를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하는 단계; 에미터와 베이스가 형성된 영역에서 SiO2 산화막에 컨택 홀을 형성하는 단계; 각 컨택 홀에 금속 전극을 형성하는 단계;를 포함하도록 구성될 수도 있다.In addition, the method of manufacturing a back electrode solar cell according to the present invention, in the back electrode solar cell to form both the emitter and the base on the back of the silicon wafer, any of the emitter and base on the back of the silicon wafer using a diffusion process Forming one; Forming a remaining one of the emitter and the base on the back side of the silicon wafer by applying a dopant while melting the back side of the silicon wafer using a laser chemical process (LCP); Forming a SiO 2 oxide film on a back surface of the silicon wafer; Forming a contact hole in the SiO 2 oxide film in the region where the emitter and the base are formed; And forming a metal electrode in each contact hole.
그리고 상기 LCP(Laser chemical process)의 레이저를 통해 실리콘 웨이퍼의 후면 일부가 용융되고, 동시에 도펀트가 그 용융된 부분에 확산 및 재결정되어 형성되는 것을 특징으로 한다.A portion of the back surface of the silicon wafer is melted through the laser of the laser chemical process (LCP), and at the same time, the dopant is formed by being diffused and recrystallized in the molten portion.
또한 상기 후면전극 태양전지의 제조방법은, 에미터와 베이스 중 적어도 하나의 주위에 배리어 홀을 형성하고; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하면서, 배리어 홀에 SiO2층을 주입하여 에미터와 베이스 사이의 겹침을 방지하기 위한 SiO2 배리어를 형성하도록 구성될 수도 있다.In addition, the manufacturing method of the back electrode solar cell, forming a barrier hole around at least one of the emitter and the base; While forming a SiO 2 oxide film on the backside of the silicon wafer, the SiO 2 layer may be implanted into the barrier hole to form an SiO 2 barrier to prevent overlap between the emitter and the base.
또한 본 발명에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스를 모두 형성하는 후면전극 태양전지에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하는 단계; 레이저를 이용하여 SiO2 산화막의 일부 영역을 용융시켜서 관통하는 단계; SiO2 산화막이 관통되어 노출된 실리콘 웨이퍼의 표면을 LCP(Laser chemical process)를 통해 용융시키면서 도펀트를 인가하여 에미터와 베이스를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing a back electrode solar cell according to the present invention comprises: forming a SiO 2 oxide film on a back surface of a silicon wafer in a back electrode solar cell forming both an emitter and a base on a back surface of a silicon wafer; Melting and penetrating a portion of the SiO 2 oxide film using a laser; And forming a emitter and a base by applying a dopant while melting the surface of the silicon wafer exposed through the SiO 2 oxide film through a laser chemical process (LCP).
그 이외에도 본 발명에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스를 모두 형성하는 후면전극 태양전지에 있어서, 확산 공정 혹은 LCP(Laser chemical process) 공정을 통해 웨이퍼의 후면에 에미터와 베이스 중 어느 하나를 형성하는 단계; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하는 단계; 레이저를 이용하여 SiO2 산화막의 일부 영역을 용융시켜서 관통하는 단계; SiO2 산화막이 관통되어 노출된 실리콘 웨이퍼의 표면을 LCP(Laser chemical process)를 통해 용융시키면서 도펀트를 인가하여 에미터와 베이스 중 나머지 하나를 형성하는 단계;를 포함하도록 구성될 수도 있다.In addition, the manufacturing method of the back electrode solar cell according to the present invention, in the back electrode solar cell to form both the emitter and the base on the back of the silicon wafer, the back surface of the wafer through a diffusion process or laser chemical process (LCP) process Forming either an emitter and a base; Forming a SiO 2 oxide film on a back surface of the silicon wafer; Melting and penetrating a portion of the SiO 2 oxide film using a laser; And applying the dopant while melting the surface of the silicon wafer exposed through the SiO 2 oxide film through a laser chemical process (LCP) to form the other of the emitter and the base.
여기에, SiO2 산화막이 관통된 부분에 금속 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.Here, the step of forming a metal electrode in the portion through which the SiO 2 oxide film; preferably comprises a further comprising.
또한 SiO2 산화막을 형성하기 전에, 실리콘 웨이퍼의 후면에서 에미터와 베이스를 형성할 영역 중 적어도 하나의 주위에 배리어 홀을 형성하고; 실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하면서, 배리어 홀에 SiO2층을 주입하여 에미터와 베이스 사이의 겹침을 방지하기 위한 SiO2 배리어를 형성하도록 구성되는 것이 바람직하다.Further, before forming the SiO 2 oxide film, barrier holes are formed around at least one of the region where the emitter and the base are to be formed on the rear surface of the silicon wafer; While forming a SiO 2 oxide film on the back side of the silicon wafer, it is preferable to inject a SiO 2 layer into the barrier hole to form an SiO 2 barrier to prevent overlap between the emitter and the base.
아울러, SiO2 산화막을 용융시키는 과정에서는 레이저를 통해 SiO2 산화막의 녹는점 이상의 열을 방출하고; SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되면, 단결정 실리콘의 녹는점과 SiO2 산화막의 녹는점 사이 온도의 열을 레이저를 통해 방출하도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, during the melting of the SiO 2 oxide film, the laser emits heat above the melting point of the SiO 2 oxide film; When the SiO 2 oxide film penetrates and exposes the surface of the silicon wafer, it is more preferably configured to emit heat through the laser at a temperature between the melting point of the single crystal silicon and the melting point of the SiO 2 oxide film.
한편, SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되었는지 여부는, 레이저가 조사되는 부위에서 측정되는 저항 값의 차이를 통해 감지하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, whether the SiO 2 oxide film is penetrated and the surface of the silicon wafer is exposed may be configured to detect the difference of the resistance value measured at the portion to which the laser is irradiated.
또한 SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되었는지 여부는, 실험을 통해 미리 설정된 레이저 조사 시간이 경과 되었는지를 통해 감지하도록 구성될 수도 있다.In addition, whether the SiO 2 oxide film penetrates and exposes the surface of the silicon wafer may be configured to detect whether a preset laser irradiation time has elapsed through experiments.
그리고 본 발명에 따른 후면전극 태양전지는, 전술한 제조방법에 따라 제조되어, 실리콘 웨이퍼의 후면에 에미터과 베이스가 모두 형성되는 것을 특징으로 한다.And the back electrode solar cell according to the present invention is manufactured according to the above-described manufacturing method, characterized in that both the emitter and the base is formed on the back of the silicon wafer.
본 발명에 따르면, 후면전극 태양전지의 제조 공정을 줄여서 제조원가 및 제조시간을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost and manufacturing time by reducing the manufacturing process of the back electrode solar cell.
본 발명에 따르면, SiO2 배리어에 의해 에미터와 베이스 사이의 겹침(butting) 현상이 발생되지 않게 된다.According to the present invention, the butting phenomenon between the emitter and the base is not caused by the SiO 2 barrier.
본 발명에 따르면, 레이저에서 방출되는 열의 온도를 순차적으로 제어함으로써, 컨택 홀 형성 과정에서 에미터 또는 베이스에 대한 불필요한 열전달을 차단하여 HAZ가 형성되지 않게 된다.According to the present invention, by sequentially controlling the temperature of the heat emitted from the laser, HAZ is not formed by blocking unnecessary heat transfer to the emitter or the base in the process of forming the contact hole.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a second exemplary embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a third exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a back electrode solar cell according to a sixth embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 후면전극 태양전지의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of a method for manufacturing a back electrode solar cell according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 실시예에서는 LCP(Laser chemical process)가 이용된다. 상기 LCP는 레이저, 그리고 p-타입 또는 n-타입 도펀트인 화합물을 동시에 공급하여 도핑이 되도록 하는 장치로서, 이 장치는 공지 공용의 장치로서 본 실시예에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In an embodiment of the present invention, a laser chemical process (LCP) is used. The LCP is a device for doping by simultaneously supplying a laser and a compound which is a p-type or n-type dopant. This device is a well-known device, and detailed description thereof will be omitted in the present embodiment.
또한 설명의 편의를 위해, n형 실리콘 웨이퍼를 사용하여 후면전극 태양전지의 제조 과정에 대해 설명한다. 상기 실리콘 웨이퍼의 비저항은 1Ω㎝, 두께는 150 ~ 200㎛ 정도이다. 하지만 상기 비저항과 두께는 상기 예와 같이 반드시 한정하지 않아도 상관없다.
Also, for convenience of description, a manufacturing process of a back electrode solar cell using an n-type silicon wafer will be described. The silicon wafer has a specific resistance of 1 Ωcm and a thickness of about 150 to 200 µm. However, the specific resistance and thickness do not have to be limited as in the above examples.
(제1 실시예)(First embodiment)
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by performing doping by LCP according to the first embodiment of the present invention.
도 1(a)는 웨이퍼 절단시 그 표면에 형성된 손상을 제거하고, 텍스처링 공정을 수행한 후, 불순물 제거를 위해 클리닝 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼(100)를 도시하고 있다.1A illustrates a
다음, LCP를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 후면 중 에미터가 형성될 영역에 레이저 및 p-타입 도펀트 케미컬(chemical)을 인가한다. 그러면 상기 레이저가 조사된 표면이 용융되면서 도펀트들이 그 용융된 부분으로 확산되고, 재결정 과정에 따라 선택적으로 도핑되어 p+층의 에미터(110)가 형성된다. 상기 p+층의 에미터(110)가 형성된 상태는 도 1(b)에 도시되어 있다.Next, a laser and a p-type dopant chemical are applied to the region where the emitter is to be formed on the back surface of the
여기서, 상기 p+층의 에미터(110)를 형성하기 위한 화합물에는 B, Al, Ga 등의 p-타입 도펀트 등이 포함될 수 있다. 상기 p+층의 면저항은 100Ω/□ 이하로 고농도로 도핑되는 것이 바람직하다.Here, the compound for forming the
상기 p+층의 에미터(110)가 형성되면, 다음에는 LCP를 이용하여 실리콘 웨이퍼(100)의 후면 중 베이스가 형성될 지역에 레이저 및 n-타입 도펀트 화합물을 인가한다. 그러면 상기 레이저가 조사된 표면이 용융되면서 도펀트들이 그 용융된 부분으로 확산되고, 재결정 과정에 따라 선택적으로 도핑되어 n+층의 베이스(120)가 형성된다. 이 상태는 도 1(c)에 도시되어 있다. When the
상기 n+층을 형성하기 위한 케미컬은 P, As 등의 n-타입 도펀트를 포함한다. 이때 상기 n+층의 베이스(120)는 상기 p+층의 에미터(110)과 서로 떨어진 상태가 되어야 한다. 도면에서는 서로 연결되게 도시하고 있지만, 실질적으로는 어느 정도 단차가 형성되어 상기 에미터(110)와 베이스(120)은 이격되어 있다. 이렇게 하는 이유는 상기 p+층과 n+층이 접촉되어 있으면 누설전류(leakage current) 경로가 형성되어 효율이 저하되기 때문이다.The chemical for forming the n + layer includes n-type dopants such as P and As. In this case, the
상기 LCP를 이용하여 p+층의 에미터(110) 및 n+층의 베이스 형성시, 레이저 그루빙(laser grooving)의 횟수는 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 피치(pitch)에 따라 달라진다. 또한 레이저의 파워(power)에 따라 도핑 농도(concentration)의 조절이 가능하고, 레이저 펄스 에너지 밀도(Laser pulse energy density)에 따라 면 저항(sheet resistance)의 조절이 가능하다.When the
상기 LCP를 이용하여 p+층의 에미터(110) 및 n+층의 베이스(120) 형성 시, 레이저 그루빙(laser grooving)의 횟수는 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 피치(pitch)에 따라 달라진다. 이때 사용되는 레이저의 파장은 1064nm, 532nm, 355nm이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 레이저의 펄스 길이가 짧을수록 표면의 부산물이나 크랙(crack)이 적게 발생하게 된다. 하지만 레이저의 파장, 펄스 길이, 지속 시간에 따라 표면이 그루빙 되는 정도의 차이가 발생하므로, 상기 레이저 조절 변수들은 상호 연관되는 관계로써 상황에 따라 적절하게 조절해야 한다.When the
레이저 그루빙의 너비(width)는 케미칼이 분사되는 노즐의 직경에 의해 조절 가능하다. 또한 액체의 종류 및 농도에 따라 도핑 농도(concentration)의 조절이 가능하고, 레이저의 파워 및 펄스 에너지 밀도(Laser pulse energy density)에 따라 면 저항(sheet resistance)의 조절이 가능하다.The width of the laser grooving is adjustable by the diameter of the nozzle from which the chemical is injected. In addition, the doping concentration can be adjusted according to the type and concentration of the liquid, and the sheet resistance can be controlled according to the laser power and the laser pulse energy density.
참고로, 상기 n+층의 베이스(120)가 먼저 형성될 수도 있다. 이는 LCP를 이용하기 때문에 도펀트 타입만 바꿔주면 가능하다.For reference, the
한편, 에미터(110) 및 베이스(120)의 보다 효율적인 형성을 위해, 레이저의 파워 및 주입되는 도펀트의 농도를 한정할 수 있다.On the other hand, for more efficient formation of the
상기 LCP를 이용하여 에미터(110) 및 베이스(120)가 형성된 다음에는, 도 1(d)와 같이 상기 실리콘웨이퍼(100)의 전면에 n+ 도프층(130)을 형성한다. 상기 전면에만 n+ 도프층(130)을 형성하기 위해서는 상기 실리콘웨이퍼(100)의 후면에 확산방지막(diffusion mask)(미도시)을 형성한다. 상기 확산 방지막은 SiO2 층을 PECVD 방식으로 형성하는 것이 좋다.After the
상기 n+ 도프층(130)이 형성되면, 상기 확산 방지막을 제거하고, 표면을 세정액으로 세정한다.When the n +
상기 확산 방지막이 제거되면, 도 1(e)에 도시한 바와 같이 열 산화공정을 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 후면과 전면에 절연기능 및 패시베이션(passivation) 막의 기능을 수행할 수 있는 SiO2 산화막(140a, 140b)을 형성한다.When the diffusion barrier is removed, as shown in FIG. 1 (e), SiO 2 may perform an insulation function and a passivation film on the back and front surfaces of the
상기 SiO2 산화막(140a, 140b) 중 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 전면에 형성된 SiO2 산화막(140b) 위에 반사 방지막(150)을 형성한다. 도 1(f)에 도시되어 있다.An
다음으로, 상기 에미터(110) 및 베이스(120)의 표면 전극이 상호 연결될 수 있게 레이저를 이용하여 컨택 홀(contact hole)(160)을 형성한다. 상기 컨택 홀(160)은 도 1(g)에 도시하고 있는 것처럼 상기 에미터(110) 및 베이스(120)의 일부가 외부에 노출될 수 있게 형성한다.Next, a
상기 컨택 홀(160)이 형성되면 전극을 형성할 수 있다. 상기 베이스에 형성된 컨택 홀(160)에는 베이스 전극(170a)을 형성하고, 상기 에미터에 형성된 컨택 홀(160)에는 에미터 전극(170b)을 형성한다.When the
이러한 전극 형성은 전해 또는 비전해 도금을 이용하여 형성될 수도 있고, 또는 사진 식각 및 금속층 에칭법을 이용하여 형성할 수도 있다.
Such electrode formation may be formed using electrolytic or electroless plating, or may be formed using photolithography and metal layer etching.
(제2 실시예)(2nd Example)
도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.2 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by doping by LCP according to a second embodiment of the present invention.
제2 실시예는 상기 설명한 제1 실시예와 전체적인 공정은 동일하고, 다만, 상기 에미터와 베이스 모두를 LCP를 이용하여 형성하지 않고, 에미터와 베이스 중 어느 하나는 확산 공정을 통해 형성하고, 나머지 하나만 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 LCP를 이용하여 형성하는 것만 차이가 있다.In the second embodiment, the overall process is the same as that of the first embodiment described above, except that both the emitter and the base are not formed by using LCP, and one of the emitter and the base is formed through a diffusion process, Only the other one is formed using the LCP as in the first embodiment described above is different.
그래서, 본 제2 실시예에서는 전술한 제1 실시예와 차이가 있는 공정을 중심으로 설명하기로 한다.Thus, the second embodiment will be described based on the process that is different from the first embodiment described above.
일단, 웨이퍼 절단시 그 표면에 형성된 손상을 제거하고, 텍스처링 공정을 수행한 후, 불순물 제거를 위해 클리닝 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼(200)를 도 2(a)에 도시하고 있다.First, the
그 상태에서, 상기 실리콘 웨이퍼(200)의 후면 전체 또는 후면 중에서 에미터가 형성될 영역에, 'BBr3'와 같은 액체 도펀트 소스를 사용하여 확산공정으로 p+층의 에미터(210)를 형성한다. 이는 도 2(b)에 나타나 있다. 상기 확산공정은 튜브 타입(tube type)의 확산로를 이용하는 확산 방법, 또는 스프레이 확산(spray diffusion), 스핀 온 디퓨전(spin on diffusion) 등과 같이 인라인 디퓨전(in-line diffusion) 확산로를 이용할 수 있다.In this state, the
상기 p+층의 에미터(210)가 형성되면, 상기 실리콘 웨이퍼(200)의 후면 중 베이스가 형성될 영역에만 상기 LCP 방법으로 레이저 및 n-타입 도펀트 화합물을 인가한다.When the
그러면 상기 레이저가 조사된 표면은 용융되고 도펀트들이 그 용융된 부분으로 확산된 후, 재결정 과정에 따라 선택적으로 도핑이 이루어져서 도 2(c)와 같이 n+층의 베이스(220)가 형성된다. 이때 상기 n+층은 상기 p+층과 떨어져서 형성되어야 한다. 상기 n+층의 베이스(220)를 형성하기 위한 화합물은 P, As 등의 n-타입 도펀트를 포함한다.Then, the surface irradiated with the laser is melted and the dopants are diffused into the molten portion, and then doping is selectively performed according to the recrystallization process to form the
그 이후 공정, 즉 확산 방지막 형성 및 제거에 따라 실리콘 웨이퍼(200)의 전면에 n+ 도프층(230) 형성, SiO2 산화막(240a, 240b) 형성, 반사방지막(250) 형성, 컨택 홀(260) 형성 및 베이스 전극/에미터 전극(270a, 270b)의 형성 공정은 도 1과 같다.Subsequently, the n +
다만, 상기 p+층이 확산 공정에 의해 형성되기 때문에, 확산 공정 시에 표면에 부산물로 형성된 포스포실리케이트글래스(PSG : Phosphor-Silicate Glass)를 제거하는 것이 좋다. 상기 PSG 제거는 상기 SiO2 산화막(240a, 240b)이 형성되기 이전에 해야 한다.
However, since the p + layer is formed by a diffusion process, it is preferable to remove phosphosilicate glass (PSG: Phosphor-Silicate Glass) formed as a by-product on the surface during the diffusion process. The PSG removal must be performed before the SiO 2 oxide films 240a and 240b are formed.
(제3 실시예)(Third Embodiment)
도 3에는 본 발명의 제3 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.3 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by doping by LCP according to a third embodiment of the present invention.
도 3(a)는 웨이퍼 절단시 그 표면에 형성된 손상을 제거하고, 텍스처링 공정을 수행한 후, 불순물 제거를 위해 클리닝 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼(300)를 도시하고 있다.3A illustrates a
다음으로, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(300)의 후면에 SiO2 산화막(330)을 형성한다. 또는 실리콘 웨이퍼(300)의 전면에 n+ 도프층을 형성한 후, 웨이퍼(300)의 전면과 후면 각각에 SiO2 산화막(330)을 형성하도록 구성될 수도 있다. 한편, 본 제3 실시예에서는 실리콘 웨이퍼(300)의 전면에 형성되는 SiO2 산화막 및 반사 방지막의 형성에 관한 상세한 과정 설명은 생략한다.Next, as shown in FIG. 3B, a SiO 2 oxide film 330 is formed on the back surface of the
그리고 LCP를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 후면에 형성된 SiO2 산화막(330) 중에서 에미터가 형성될 영역에 레이저 및 p-타입 도펀트 케미컬(chemical)을 인가하여 에미터(310)를 형성한다. 즉, 레이저 조사를 통해 SiO2 산화막(330)이 녹은 후, 외부에 노출된 웨이퍼(300)의 표면이 용융되면, 레이저 조사와 함께 인가된 도펀트들이 웨이퍼(300)의 용융된 부분으로 확산되면서, 재결정 과정에 따라 선택적으로 도핑되어 p+층의 에미터(310)가 형성된다. 상기 p+층의 에미터(310)가 형성된 상태는 도 3(c)에 도시되어 있다. 또한 상기 에미터(310)의 형성 과정에서 관통된 SiO2 산화막(330) 부분은 에미터 전극을 형성하기 위한 컨택 홀(360a)이 된다.The
즉, 한 번의 레이저 조사를 통해 에미터 형성(310)과 에미터 전극을 위한 컨택 홀(360a) 형성이 동시에 이루어질 수 있게 되어, 태양전지 제조 공정 수를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.That is, the
상기 p+층의 에미터(310)가 형성되면, 다음에는 LCP를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 후면에 형성된 SiO2 산화막(330) 중에서 베이스가 형성될 영역에 레이저 및 n-타입 도펀트 케미컬(chemical)을 인가하여 n+층의 베이스(320)를 형성한다. 이때, 에미터(310)와 베이스(320)가 겹치지 않게 한다.When the
이처럼, 레이저 조사를 통해 SiO2 산화막(330)이 녹은 후 웨이퍼(300)의 표면이 용융되면, 레이저 조사와 함께 인가된 도펀트들이 웨이퍼(300)의 용융된 부분으로 확산되면서, 재결정 과정에 따라 선택적으로 도핑되어 n+층의 베이스(320)가 형성된다. 이 상태는 도 1(d)에 도시되어 있다. 또한 상기 베이스(320)의 형성 과정에서 관통된 SiO2 산화막(330) 부분은 베이스 전극을 형성하기 위한 컨택 홀(360b)이 된다.As such, when the surface of the
이처럼 LCP를 이용한 공정을 통해 에미터(310) 및 베이스(320) 형성과, SiO2 산화막(330) 형성, 그리고 컨택 홀(360a, 360b) 형성까지 모두 완료되었으므로, 이후에는 각 영역의 컨택 홀(360a, 360b)에 전해 또는 비전해 도금 등의 방식으로 금속 전극(370a, 370b)을 형성하게 된다.
As such, the process of using the LCP completed the formation of the
(제4 실시예)(Example 4)
도 4에는 본 발명의 제4 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.4 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by performing doping by LCP according to the fourth embodiment of the present invention.
제4 실시예는 상기 설명한 제3 실시예와 전체적인 공정은 동일하고, 다만, 상기 에미터와 베이스 모두를 LCP를 이용하여 형성하지 않고, 에미터와 베이스 중 어느 하나는 확산 공정을 통해 형성하고, 나머지 하나만 전술한 제3 실시예와 마찬가지로 LCP를 이용하여 형성하는 것만 차이가 있다.In the fourth embodiment, the overall process is the same as in the above-described third embodiment, except that neither the emitter and the base are formed by using LCP, but one of the emitter and the base is formed through a diffusion process, Only the other one is formed using the LCP, as in the third embodiment described above.
그래서, 본 제4 실시예에서는 전술한 제3 실시예와 차이가 있는 공정을 중심으로 설명하기로 한다.Therefore, the fourth embodiment will be described based on the process that is different from the above-described third embodiment.
일단, 웨이퍼 절단시 그 표면에 형성된 손상을 제거하고, 텍스처링 공정을 수행한 후, 불순물 제거를 위해 클리닝 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼(400)를 도 4(a)에 도시하고 있다.4A illustrates a
그 상태에서, 상기 실리콘 웨이퍼(400)의 후면 전체 또는 후면 중에서 에미터가 형성될 영역에, 'BBr3'와 같은 액체 도펀트 소스를 사용하여 확산공정으로 p+층의 에미터(410)를 형성한다. 이는 도 4(b)에 나타나 있다.In this state, the
다음으로, 도 4(c)에 도시된 바와 같이 에미터가 형성된 실리콘 웨이퍼(400)의 후면에 SiO2 산화막(430)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 4C, an SiO 2 oxide film 430 is formed on the back surface of the
다음에는 LCP를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼(400)의 후면에 형성된 SiO2 산화막(430) 중에서 베이스가 형성될 영역에 레이저 및 n-타입 도펀트 케미컬(chemical)을 인가하여 n+층의 베이스(420)를 형성한다. 이는 도 4(d)에 나타나 있다.Next, a laser and an n-type dopant chemical are applied to a region where the base is to be formed in the SiO 2 oxide film 430 formed on the back surface of the
그리고 도 4(e)에 도시된 바와 같이 에미터(410)가 형성된 영역의 SiO2 산화막(430)에 레이저를 조사하여 에미터 전극을 위한 컨택 홀(460a)을 형성한 후, 에미터 및 베이스의 컨택 홀(460a, 460b)에 각각 전극(470a, 470b)을 형성한다.As shown in FIG. 4E, after the laser is irradiated to the SiO 2 oxide film 430 in the region where the
한편, 상기와 달리 확산 공정을 통해 베이스(420)를 먼저 형성한 후, LCP 공정을 통해 에미터(410)를 형성하도록 구성될 수도 있다.
Meanwhile, unlike the above, the
다음으로, 전술한 제1 내지 제4 실시예에서와 같이 LCP를 이용하여 웨이퍼의 후면에 에미터과 베이스을 형성한 후, 에미터 및 베이스 사이의 겹침 문제를 해결하기 위한 실시예에 대해 살펴본다.Next, after forming the emitter and the base on the back surface of the wafer using the LCP as in the first to fourth embodiments described above, an embodiment for solving the overlap problem between the emitter and the base will be described.
(제5 실시예)(Fifth Embodiment)
도 5에는 본 발명의 제5 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.5 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by performing doping by LCP according to the fifth embodiment of the present invention.
전술한 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이, 실리콘 웨이퍼(500)의 후면에 LCP 공정 또는 확산 공정을 통해 에미터(510)와 베이스(520)를 미리 형성한다. 이는 도 5(a)에 도시되어 있다. 이후, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 에미터(510) 및 베이스(520)의 영역 주위에 소정 깊이의 배리어 홀(540)을 형성한다.As in the first and second embodiments described above, the
이러한 베이러 홀(540)은 마스크를 이용하여 식각할 수도 있고, 또는 레이저를 이용하여 형성할 수도 있다. 한편, 상기 배리어 홀(540)은 이후 진행되는 SiO2 산화막 형성 과정에서 SiO2층이 주입되기 위한 공간으로서, 에미터(510)와 베이스(520) 중 어느 한 영역 주위에만 형성되도록 구성될 수도 있다.The bearer hole 540 may be etched using a mask or may be formed using a laser. Meanwhile, the barrier hole 540 is a space for injecting the SiO 2 layer in a subsequent SiO 2 oxide film formation process, and may be formed only around one of the
이처럼 에미터(510)와 베이스(520) 중 적어도 어느 한 영역 주위에 배리어 홀(540)이 형성된 이후, 실리콘 웨이퍼(500)의 후면에 SiO2 산화막(530)을 형성한다. 이러한 산화막 형성 과정에서 SiO2층이 배리어 홀(540)에도 채워지면서, SiO2 배리어(542)를 형성하게 된다. 이는 도 5(c)에 도시되어 있다.As such, after the barrier hole 540 is formed around at least one of the
이러한 SiO2 배리어(542)가 에미터(510) 및 베이스(520) 사이를 보다 확실하게 구분시킴으로써, 에미터(510) 및 베이스(520) 사이에서 겹침 현상이 발생할 염려가 없게 되어, 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Since the SiO 2 barrier 542 more clearly distinguishes between the
이처럼 에미터(510)와 베이스(520) 중 적어도 어느 한 영역 주위에 SiO2 배리어(542)가 형성된 이후, 도 5(d)에 도시된 바와 같이 SiO2 산화막(530)에 레이저를 조사하여 전극 형성을 위한 컨택 홀을 각 에미터(510) 및 베이스(520)에 형성하고, 각 컨택 홀에 전해 또는 비전해 도금 등의 방식으로 금속 전극(570a, 570b)을 형성하게 된다.
After the SiO 2 barrier 542 is formed around at least one of the
(제6 실시예)(Sixth Embodiment)
도 6에는 본 발명의 제6 실시예에 따라 LCP에 의해 도핑을 수행하여 후면전극 태양전지를 제조하는 공정도가 단면도로 도시되어 있다.6 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a back electrode solar cell by performing doping by LCP according to a sixth embodiment of the present invention.
전술한 제3 및 제4 실시예와 같이 에미터와 베이스가 형성되지 않은 상태에서, 실리콘 웨이퍼(600)의 후면에 에미터와 베이스를 형성할 영역 주위에 소정 깊이의 배리어 홀(640)을 형성한다. 즉, 전술한 제5 실시예와 달리 에미터 및 베이스가 형성되기 전에 미리 배리어 홀(640)을 형성하되, 그 배리어 홀(640)은 이후 형성될 에미터 또는 베이스이 형성될 지역 주위에 형성된다. 이러한 베리어 홀(640)은 마스크를 이용하여 식각할 수도 있고, 또는 레이저를 이용하여 형성할 수도 있다. 이는 도 6(a)에 도시되어 있다.In the state in which the emitter and the base are not formed as in the above-described third and fourth embodiments, the
다음으로, 실리콘 웨이퍼(600)의 후면에 SiO2 산화막(630)을 형성한다. 이러한 산화막 형성 과정에서 SiO2층이 배리어 홀(640)에도 채워지면서, SiO2 배리어(642)를 형성하게 된다. 이는 도 6(b)에 도시되어 있다.Next, an SiO 2 oxide film 630 is formed on the back surface of the
이후, 전술한 제3 또는 제4 실시예와 같이 LCP 공정을 통해 SiO2 산화막(630)에 컨택 홀(660a, 660b)을 형성하면서, 동시에 에미터(610) 및 베이스(620) 형성 과정을 진행한다. 이는 도 6(c)에 도시되어 있다.Thereafter, as in the above-described third or fourth embodiment, the
이러한 SiO2 배리어(642)가 에미터(610) 및 베이스(620) 사이를 보다 확실하게 구분시킴으로써, 에미터(610)와 베이스(620) 사이에서 겹침 현상이 발생할 염려가 없게 되어, 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Since the SiO 2 barrier 642 more clearly distinguishes between the
또한 SiO2 배리어(642)를 통해 미리 에미터(610) 및 베이스(620)를 한정하여 규격화 할 수 있게 됨으로써, 후면전극 태양전지의 양산을 용이하게 할 수 있다.
In addition, since the
마지막으로, LCP를 이용하여 웨이퍼의 후면에 에미터 및 베이스 형성과 컨택 홀 형성을 동시에 수행하는 과정에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 HAZ(Heat Affected Zone)의 발생을 차단하기 위한 실시예에 대해 살펴본다.Finally, the embodiment for blocking the generation of heat affected zones (HAZ) on the surface of the silicon wafer in the process of simultaneously forming the emitter and base and the contact hole on the back surface of the wafer using the LCP .
(제7 실시예)(Seventh Embodiment)
전술한 제3 실시예와 같이, LCP를 이용하여 웨이퍼의 후면에 에미터 및 베이스 형성과 컨택 홀 형성을 동시에 수행하는 과정에서, 실리콘 웨이퍼와 SiO2 산화막 사이의 녹는점 차이에 의해 고온의 열이 웨이퍼 표면에 직접 또는 간접적으로 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 레이저 조사를 통해 방출되는 열의 세기를 순차적으로 제어할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.As in the above-described third embodiment, in the process of simultaneously performing emitter and base formation and contact hole formation on the back surface of the wafer using the LCP, the high temperature heat is generated by the melting point difference between the silicon wafer and the SiO 2 oxide film. In order not to affect the wafer surface directly or indirectly, it is desirable to be configured to be able to sequentially control the intensity of heat emitted through laser irradiation.
즉, 레이저를 통해 방출되는 고온의 열이 SiO2 산화막을 녹이다가, SiO2 산화막이 모두 녹아서 실리콘 웨이퍼의 표면이 감지되면, 즉시 레이저에서 방출되는 열을 급격하게 떨어뜨린다. 그로 인해, 에미터 또는 베이스 형성이 가능하도록 실리콘 웨이퍼의 표면을 용융시키되, 실리콘 웨이퍼에 대한 HAZ(Heat Affected Zone)의 발생은 차단할 수 있게 한다.That is, the high-temperature heat emitted from the laser melt to SiO 2 oxide film, when the SiO 2 oxide film is all melted the surface of the silicon wafer detection, tteurinda immediately dropped sharply to heat emitted by the laser. This allows the surface of the silicon wafer to be melted to enable emitter or base formation, while preventing the generation of heat affected zones (HAZ) for the silicon wafer.
예를 들어, SiO2의 녹는점인 1710℃ 이상의 고온으로 레이저를 조사하여 SiO2 산화막을 녹인다. 이후, SiO2 산화막이 모두 녹아서 실리콘 웨이퍼 표면이 감지되면, 레이저에서 방출되는 열의 온도를 SiO2의 녹는점 이하의 온도, 바람직하게는 단결정 실리콘의 녹는점인 1414℃ 정도로 낮춘다. 이로써, 급격한 고온의 열에 따른 HAZ(Heat Affected Zone)의 발생은 차단하면서, 동시에 실리콘 웨이퍼의 표면을 용융시켜서 도펀트들을 확산시킬 수 있게 된다.For example, a laser beam at a high temperature melting point of more than 1710 ℃ of SiO 2 to dissolve the SiO 2 oxide film. Then, when all of the SiO 2 oxide film is melted and the surface of the silicon wafer is sensed, the temperature of heat emitted from the laser is lowered to a temperature below the melting point of SiO 2 , preferably about 1414 ° C., which is the melting point of single crystal silicon. As a result, the occurrence of heat affected zones (HAZs) due to rapid high temperature heat is prevented, and at the same time, the surface of the silicon wafer is melted to diffuse the dopants.
한편, SiO2 산화막이 모두 녹아서 실리콘 웨이퍼 표면이 노출되는지를 감지하는 방법으로는, SiO2 산화막과 단결정 실리콘의 저항 값 차이를 이용하여 감지할 수 있다. 즉, 저항 센서를 통해 검출되는 저항이 SiO2 산화막의 저항 값인지 아니면 단결정 실리콘의 저항 값인지를 판별함으로써, 실리콘 웨이퍼 표면의 노출 여부를 감지할 수 있다.Meanwhile, as a method of detecting whether the SiO 2 oxide film is melted and the surface of the silicon wafer is exposed, the SiO 2 oxide film may be detected using a difference in resistance between the SiO 2 oxide film and single crystal silicon. That is, by determining whether the resistance detected through the resistance sensor is the resistance value of the SiO 2 oxide film or the resistance value of the single crystal silicon, it is possible to detect whether the silicon wafer surface is exposed.
또는 실험 데이터에 따른 통계적 분석으로 실리콘 웨이퍼 표면의 노출 여부를 감지할 수도 있다. 즉, 미리 실험을 통해 일정 두께의 SiO2 산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼에 대해 일정 세기의 레이저를 조사하여 분석한 결과, 어느 정도 시간이 경과되면 SiO2 산화막이 모두 녹아서 실리콘 웨이퍼 표면이 노출되는지를 통계적으로 정리한다. 이러한 통계 데이터를 통해 미리 실리콘 웨이퍼 표면의 노출 시간을 설정하고, 실제 태양전지 제조에 따른 레이저 조사 과정에서 상기 미리 설정된 시간이 경과되면 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출된 것으로 판단하는 것이다.Alternatively, statistical analysis based on experimental data can be used to detect the exposure of the silicon wafer surface. In other words, by analyzing the silicon wafer on which the SiO 2 oxide film of a certain thickness was formed through an experiment in advance, it was statistically determined that after some time, the SiO 2 oxide film melted to expose the silicon wafer surface. Clean up. Through the statistical data, the exposure time of the silicon wafer surface is set in advance, and when the predetermined time elapses during the laser irradiation process according to actual solar cell manufacturing, it is determined that the surface of the silicon wafer is exposed.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.
100 : 실리콘 웨이퍼 110 :에미터
120 : 베이스 130 : 전면 n+ 도프층
140a, 140b : SiO2 산화막 150 : 반사 방지막
160 : 컨택 홀 170a, 170b : 베이스 전극, 에미터 전극100
120: base 130: front n + dope layer
140a, 140b: SiO 2 oxide film 150: antireflection film
160:
Claims (11)
LCP(Laser chemical process)를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식 또는 확산 공정에 의한 방식으로, 에미터와 베이스 중 어느 하나를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계;
LCP를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식으로, 에미터와 베이스 중 나머지 하나를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계;
에미터와 베이스 중 적어도 하나의 주위에 배리어 홀을 형성하는 단계;
실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하면서, 배리어 홀에 SiO2층을 주입하여 에미터와 베이스 사이의 겹침을 방지하기 위한 SiO2 배리어를 형성하는 단계;
에미터와 베이스가 형성된 영역에서 SiO2 산화막에 컨택 홀을 형성하는 단계; 및
각 컨택 홀에 금속 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.In the back electrode solar cell forming both the emitter and the base on the back of the silicon wafer,
Forming one of an emitter and a base on the back side of the silicon wafer by applying a dopant while melting the back side of the silicon wafer using a laser chemical process (LCP) or by a diffusion process;
Forming the other one of the emitter and the base on the back side of the silicon wafer by applying a dopant while melting the back side of the silicon wafer using the LCP;
Forming a barrier hole around at least one of the emitter and the base;
The method comprising, forming a SiO 2 oxide film on the rear surface of the silicon wafer, by implanting the SiO 2 layer to form a hole barrier SiO 2 barrier for preventing overlap between an emitter and a base;
Forming a contact hole in the SiO 2 oxide film in the region where the emitter and the base are formed; And
Forming a metal electrode in each contact hole;
Method of manufacturing a back electrode solar cell comprising a.
상기 LCP(Laser chemical process)의 레이저를 통해 실리콘 웨이퍼의 후면 일부가 용융되고, 동시에 도펀트가 그 용융된 부분에 확산 및 재결정되어 형성되는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
A portion of the back surface of the silicon wafer is melted through the laser of the laser chemical process (LCP), and at the same time, a dopant is formed by diffusing and recrystallization in the molten portion.
SiO2 산화막을 형성하기 전에, 실리콘 웨이퍼의 후면에서 에미터와 베이스를 형성할 영역 중 적어도 하나의 주위에 배리어 홀을 형성하는 단계;
실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하면서, 배리어 홀에 SiO2층을 주입하여 에미터와 베이스 사이의 겹침을 방지하기 위한 SiO2 배리어를 형성하는 단계;
레이저를 이용하여 SiO2 산화막의 일부 영역을 용융시켜서 관통하는 단계;
SiO2 산화막이 관통되어 노출된 실리콘 웨이퍼의 표면을 LCP(Laser chemical process)를 통해 용융시키면서 도펀트를 인가하여 에미터와 베이스 중 적어도 하나를 형성하는 단계; 및
SiO2 산화막이 관통된 부분에 금속 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.In the back electrode solar cell forming both the emitter and the base on the back of the silicon wafer,
Before forming the SiO 2 oxide film, forming a barrier hole around at least one of the region where the emitter and the base are to be formed on the rear surface of the silicon wafer;
The method comprising, forming a SiO 2 oxide film on the rear surface of the silicon wafer, by implanting the SiO 2 layer to form a hole barrier SiO 2 barrier for preventing overlap between an emitter and a base;
Melting and penetrating a portion of the SiO 2 oxide film using a laser;
Forming at least one of an emitter and a base by applying a dopant while melting the surface of the exposed silicon wafer through the SiO 2 oxide film through a laser chemical process (LCP); And
Forming a metal electrode at a portion through which the SiO 2 oxide film is penetrated;
Method of manufacturing a back electrode solar cell comprising a.
실리콘 웨이퍼의 후면에 SiO2 산화막을 형성하기 전에,
LCP(Laser chemical process)를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 후면을 용융시키면서 도펀트를 인가하는 방식 또는 확산 공정에 의한 방식으로, 에미터와 베이스 중 하나를 실리콘 웨이퍼의 후면에 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.The method of claim 4, wherein
Before forming the SiO 2 oxide film on the backside of the silicon wafer,
Forming one of an emitter and a base on the back side of the silicon wafer by applying a dopant while melting the back side of the silicon wafer using a laser chemical process (LCP) or by a diffusion process;
Method of manufacturing a back electrode solar cell further comprising a.
SiO2 산화막을 용융시키는 과정에서는 레이저를 통해 SiO2 산화막의 녹는점 이상의 열을 방출하고;
SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되면, 단결정 실리콘의 녹는점과 SiO2 산화막의 녹는점 사이 온도의 열을 레이저를 통해 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.The method of claim 4, wherein
In the process of melting the SiO 2 oxide film release heat over the melting point of the SiO 2 oxide film by a laser and;
When the SiO 2 oxide film penetrates to expose the surface of the silicon wafer, a method of manufacturing a back electrode solar cell, characterized in that configured to emit a heat of temperature between the melting point of the single crystal silicon and the melting point of the SiO 2 oxide film through a laser.
SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되었는지 여부는, 레이저가 조사되는 부위에서 측정되는 저항 값의 차이를 통해 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
Method of manufacturing a back-electrode solar cell, characterized in that configured to detect whether the SiO 2 oxide film penetrated to expose the surface of the silicon wafer through the difference in the resistance value measured at the laser irradiation site.
SiO2 산화막이 관통되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출되었는지 여부는, 실험을 통해 미리 설정된 레이저 조사 시간이 경과 되었는지를 통해 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후면전극 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The method of manufacturing a back electrode solar cell, characterized in that the SiO 2 oxide film penetrates and exposes the surface of the silicon wafer through an experiment to detect whether a predetermined laser irradiation time has elapsed.
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US20090227097A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-10 | Nicholas Bateman | Use of dopants with different diffusivities for solar cell manufacture |
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2010
- 2010-11-01 KR KR1020100107587A patent/KR101143776B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090227097A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-10 | Nicholas Bateman | Use of dopants with different diffusivities for solar cell manufacture |
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Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20110069698A (en) | 2011-06-23 |
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