KR101816186B1 - Method for manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 반도체 기판을 열처리하는 공정을 포함하는 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a solar cell including a step of heat-treating a semiconductor substrate.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다. With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation battery that converts solar energy into electric energy.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 특성 및 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 제조되는 것이 요구된다.In such solar cells, various layers and electrodes can be fabricated by design. The solar cell efficiency can be determined according to the characteristics and design of these various layers and electrodes. In order to commercialize solar cells, it is required to overcome low efficiency, and various layers and electrodes are required to be manufactured so as to maximize the efficiency of the solar cell.
일 예로, 반도체 기판을 기반으로 하는 태양 전지에서는 반도체 기판의 특성이 태양 전지의 특성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히, 반도체 기판이 불순물을 포함할 경우에 불순물에 의하여 결함이 발생할 수 있는데, 이 결함에 의하여 태양 전지의 특성 및 효율이 크게 저하될 수 있다. 이에 따라 반도체 기판의 불순물에 의한 문제를 최소화할 수 있는 태양 전지의 제조 방법이 요구된다. For example, in a solar cell based on a semiconductor substrate, the characteristics of the semiconductor substrate may greatly affect the characteristics of the solar cell. In particular, when a semiconductor substrate contains impurities, defects may be generated due to impurities, which may significantly degrade the characteristics and efficiency of the solar cell. Accordingly, there is a need for a method of manufacturing a solar cell capable of minimizing a problem caused by impurities in a semiconductor substrate.
본 발명은 반도체 기판의 특성을 향상하여 태양 전지의 특성 및 효율을 향상할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method of manufacturing a solar cell capable of improving characteristics and efficiency of a solar cell by improving the characteristics of a semiconductor substrate.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 반도체 기판 내의 산소 석출물을 분해하거나 상기 산소 석출물의 활성화를 방지하도록 상기 반도체 기판을 열처리로(furnace) 내에서 1000 내지 1100℃의 주처리 온도로 열처리하는 주처리 공정을 포함하는 사전 열처리 단계; 상기 반도체 기판의 일면 위에 상기 반도체 기판과 별개의 반도체층으로 구성되는 제1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a solar cell including a step of disposing the semiconductor substrate in a heat treatment furnace at a main processing temperature of 1000 to 1100 DEG C to decompose oxygen precipitates in the semiconductor substrate or to prevent activation of the oxygen precipitates A pre-heat treatment step including a main treatment step of heat treatment; Forming a first conductive type region on a surface of the semiconductor substrate, the first conductive type region being formed of a semiconductor layer separate from the semiconductor substrate; And forming a first electrode electrically connected to the first conductive type region.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의하면, 간단한 공정으로 수행되는 사전 열처리 공정을 수행하는 것에 의하여 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물을 비활성시켜 우수한 개방 전압 및 효율을 가지는 태양 전지를 제조할 수 있다. 특히, 반도체 기판의 산소 농도가 일정 수준이어서 산소 석출물에 의한 문제가 크게 나타날 수 있는 태양 전지의 제조 방법에 적용하여 더 우수한 효과를 구현할 수 있다. According to the method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, a pre-heat treatment process performed in a simple process is performed to decompose oxygen precipitates or deactivate oxygen precipitates, thereby manufacturing a solar cell having excellent open voltage and efficiency . Particularly, since the oxygen concentration of the semiconductor substrate is a constant level, the present invention can be applied to a manufacturing method of a solar cell in which a problem due to oxygen precipitates can be greatly exerted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 후면 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 사전 열처리 공정의 온도 프로파일이다.
도 5은 실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 광루미네선스(PL) 사진이다.
도 6는 실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압(implied Voc)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 및 비교예 2에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a solar cell to which a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention can be applied.
2 is a rear plan view of the solar cell shown in Fig.
3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a temperature profile of a preheating process of a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a photoluminescence (PL) photograph of a solar cell according to Example and Comparative Example 1.
6 is a graph showing the results of measuring the implied open-circuit voltage (implied Voc) of the solar cell according to the example and the comparative example 1. FIG.
7 is a graph showing the results of measurement of the efficiency of the solar cell according to the example and the comparative example 1. Fig.
8 is a graph showing the results of measurement of the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to the example and the comparative example 2. Fig.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified into various forms.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar parts throughout the specification. In the drawings, the thickness, the width, and the like are enlarged or reduced in order to make the description more clear, and the thickness, width, etc. of the present invention are not limited to those shown in the drawings.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다. Wherever certain parts of the specification are referred to as "comprising ", the description does not exclude other parts and may include other parts, unless specifically stated otherwise. Also, when a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it also includes the case where another portion is located in the middle as well as the other portion. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "directly on" another portion, it means that no other portion is located in the middle.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명한다. 이하에서는 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 설명한 후에 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, an example of a solar cell to which the manufacturing method of the solar cell according to the present embodiment can be applied will be described, and then a manufacturing method of the solar cell according to this embodiment will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a solar cell to which a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention can be applied.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 반도체 기판(10)과, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과, 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있다. 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과, 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함한다. 그리고 태양 전지(100)는, 패시베이션막(또는 중간 패시베이션막, 제어 패시베이션막)(22), 제1 패시베이션막(24), 제2 패시베이션막(34), 반사 방지막(36) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 상세하게 설명한다. 1, a
반도체 기판(10)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 실리콘)으로 구성된 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 한 태양 전지(100)은 전기적 특성이 우수하다. The
그리고 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(10)에 형성된 텍스쳐링 구조는 불규칙한 크기를 가지며 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상))을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다. An anti-reflection structure that minimizes reflection can be formed on the front surface and / or the rear surface of the
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면에만 반사 방지 구조가 형성되고 반도체 기판(10)의 후면이 경면 연마된 면으로 이루어질 수 있다. 이에 의하면 패시베이션막(22)이 형성되는 반도체 기판(10)의 후면을 전면보다 작은 표면 거칠기를 가지도록 형성하여, 패시베이션막(22)이 좀더 안정적이고 균일하게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 반사 방지 구조가 형성되거나, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 반사 방지 구조가 형성되지 않거나, 반도체 기판(10)의 후면에만 반사 방지 구조가 형성될 수도 있다. In this embodiment, an antireflection structure is formed only on the front surface of the
반도체 기판(10)의 일면(일 예로, 후면) 위에 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 위치할 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(10) 위에 패시베이션막(22)이 형성되고, 패시베이션막(22) 위에 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하여 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면 패시베이션막(22)을 패터닝 없이 쉽게 형성할 수 있고 구조를 단순화할 수 있으며 캐리어가 안정적으로 이동할 수 있도록 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(10)과 패시베이션막(22) 사이, 패시베이션막(22)과 제1 도전형 영역(20) 사이에 또 다른 막이 위치할 수도 있다.A first
반도체 기판(10)과 제1 도전형 영역(32) 사이에 위치한 패시베이션막(22)은 제1 도전형 영역(32)의 다수 캐리어가 제1 도전형 영역(32)으로 통과(일 예로, 터널링)하여 이동할 수 있도록 한다. 그리고 패시베이션막(22)은 제1 도전형 영역(32)의 도펀트가 반도체 기판(10)으로 지나치게 확산하는 것을 방지하는 도펀트 제어 역할 또는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 패시베이션막(22)은 도펀트의 확산을 조절할 수 있으며 다수 캐리어를 전달할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)이 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 원활한 막이기 때문이다. 또한, 실리콘 산화막은 다양한 공정에 의하여 반도체 기판(10)의 표면에 쉽게 형성될 수 있다.The
상술한 바와 같은 패시베이션막(22)을 통한 캐리어 이동을 위하여 패시베이션막(22)이 얇은 두께를 가질 수 있다. 이에 따라 패시베이션막(22)의 두께가 다른 절연막(반사 방지막(36), 제1 및 제2 패시베이션막(24, 34))의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)의 두께가 5nm 이하(좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 패시베이션막(22)의 두께가 5nm를 초과하면 캐리어가 이동하기 어려워 태양 전지(100)가 작동하지 않을 수 있고, 패시베이션막(22)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 패시베이션막(22)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 캐리어의 이동을 원활하게 하기 위하여 패시베이션막(22)이 2nm 이하(좀더 구체적으로 0.5nm 내지 2nm)의 두께를 가질 수 있다. 이때, 캐리어의 이동을 좀더 원활하게 할 수 있도록 패시베이션막(22)이 0.5nm 내지 1.5nm의 두께를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(22)의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다. The
제1 도전형 영역(20)은 제1 도전형 도펀트를 포함하여 제1 도전형을 가지는 영역일 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 영역(20)은 패시베이션막(22)에 접촉하여 형성되어 태양 전지(100)의 구조가 단순화되고 패시베이션막(22)을 통한 캐리어의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 패시베이션막(22)과 제1 도전형 영역(20) 사이에 다른 막이 위치할 수도 있다. The first
제1 도전형 영역(20)은 반도체 기판(10)과 동일한 반도체 물질(좀더 구체적으로, 단일 반도체 물질, 일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 그러면, 제2 도전형 영역(30)이 반도체 기판(10)과 유사한 특성을 가져 서로 다른 반도체 물질을 포함할 경우에 발생할 수 있는 특성 차이를 최소화할 수 있다. 다만, 본 실시예에서 제1 도전형 영역(20)은 반도체 기판(10)과 이격되어 형성되어 반도체 기판(10)과 다른 공정에 의하여 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조 또는 결정성을 가지는 별개의 반도체층으로 구성된다.The first
예를 들어, 제1 도전형 영역(20)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 특히, 제1 도전형 영역(20)은 다결정 반도체(일 예로, 다결정 실리콘)을 포함할 수 있다. 그러면 우수한 전기 전도도를 가져 캐리어의 이동을 원활하게 할 수 있고, 패시베이션막(22)을 통한 캐리어의 이동이 원활하게 일어나도록 유도할 수 있다. For example, the first
본 실시예에서 제1 도전형 영역(20)을 반도체 기판(10)과 별개로 형성하여 반도체 기판(10) 내부에 도핑 영역 형성 시에 발생할 수 있는 결함 또는 개방 전압 저하의 문제를 저감할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 개방 전압을 향상할 수 있다. The first
반도체 기판(10)의 다른 일면(일 예로, 전면) 쪽에 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 위치할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(30)이 반도체 기판(10)의 일부에 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 형성된 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 그러면, 베이스 영역(110)과 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(10)과 동일한 결정 구조 및 반도체 물질을 포함하면서 도전형이 서로 다르거나 또는 도핑 농도가 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 베이스 영역(110)이 제1 도전형을 가지는 경우에는 베이스 영역(110)과 제2 도전형 영역(30)의 도전형이 서로 다르고, 베이스 영역(110)이 제2 도전형을 가지는 경우에는 제2 도전형 영역(30)의 도핑 농도가 베이스 영역(110)의 도핑 농도보다 높다. The second
본 실시예에서 베이스 영역(110)이 제1 도전형을 가지게 되면, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 가지면서 반도체 기판(10)보다 높은 도핑 농도를 가지는 후면 전계(back surface field, BSF)를 형성하는 후면 전계 영역을 구성하고, 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가져 베이스 영역(110)과 pn 접합을 형성하는 에미터 영역을 구성한다. 그러면, 반도체 기판(10)의 전면 쪽에 에미터 영역을 구성하는 제2 도전형 영역(30)이 위치하여 pn 접합에 접합하는 광의 경로를 최소화할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(30)을 반도체 기판(10)과 별개로 형성하여 반도체 기판(10) 내의 도핑 영역의 면적을 줄여 반도체 기판(10)의 특성 저하를 최소화할 수 있다. The first
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 베이스 영역(110)이 제2 도전형을 가지게 되면, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고 제2 도전형 영역(30)이 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 가지면서 반도체 기판(10)보다 높은 도핑 농도를 가지는 전면 전계(front surface field, FSF)를 형성하는 전면 전계 영역을 구성한다. However, the present invention is not limited thereto. As another example, when the
제1 또는 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 도펀트 중 하나가 보론(B)이고 다른 하나가 인(P)일 수 있다.When the first or second conductivity type dopant is p-type, a group III element such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), or indium (In) may be used. When the first or second conductivity type dopant is n-type, a Group 5 element such as phosphorus (P), arsenic (As), bismuth (Bi), and antimony (Sb) may be used. In one example, one of the first and second conductivity type dopants may be boron (B) and the other may be phosphorus (P).
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 위에는 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하는 개구부(102, 104)를 제외하고 절연막이 전체적으로 형성될 수 있다. The insulating layer may be formed entirely on the first and second
구체적으로, 제1 도전형 영역(20) 위에는 개구부(102)를 제외한 부분에 제1 절연막이 전체적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있고, 제2 도전형 영역(30) 위에는 개구부(104)를 제외한 부분에 제2 절연막이 전체적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 절연막으로 제1 도전형 영역(20) 위에 형성(일 예로, 접촉)하는 제1 패시베이션막(24)을 사용하고, 제2 절연막으로 제2 도전형 영역(30) 위에 형성(일 예로, 접촉하는) 제2 패시베이션막(34) 및 이 위에 형성(일 예로, 접촉)하는 반사 방지막(36)을 사용하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절연막은 원하는 기능에 따라 다양한 배치를 가질 수 있다. The first insulating layer may be entirely formed on the first
패시베이션막(24, 34)은 도전형 영역(20, 30)에 접촉하여 형성되어 도전형 영역(20, 30)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(36)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(10)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(110)과 제2 도전형 영역(30)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 패시베이션막(24, 34) 및 반사 방지막(36)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
일례로, 패시베이션막(24, 34) 또는 반사 방지막(36)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(24, 34)은, 도전형 영역(20, 30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(36)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(24, 34), 그리고 반사 방지막(36)이 다양한 물질을 포함할 수 있다. For example, the
일 예로, 본 실시예에서 제1 및 제2 패시베이션막(24, 34) 및/또는 반사 방지막(36)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않는 언도프트 절연막일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. For example, in the present embodiment, the first and
제1 전극(42)은 제1 도전형 영역(20) 위에 위치(일 예로, 접촉)하여 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 제1 전극(42)은 제1 패시베이션막(24)에 형성된 개구부(102)를 통하여(즉, 제1 패시베이션막(24)을 관통하여) 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 유사하게 제2 전극(44)은 제2 도전형 영역(30) 위에 위치(일 예로, 접촉)하여 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(44)은 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36)에 형성된 개구부(104)를 통하여(즉, 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36)을 관통하여) 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 물질(좀더 구체적으로, 금속)을 포함하고 다양한 형상을 가질 수 있다. The
도 2를 참조하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 평면 형상을 상세하게 설명한 다. 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지(100)의 후면 평면도이다. The planar shapes of the first and
도 2를 참조하면, 제1 전극(42)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a)이 서로 평행하며 반도체 기판(10)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)은 핑거 전극들(42a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a)을 연결하는 버스바 전극(42b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a)의 폭보다 버스바 전극(42b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b)의 폭이 핑거 전극(42a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, the
단면에서 볼 때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)은 모두 제1 절연막인 제1 패시베이션막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(102)가 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)이 제1 패시베이션막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(42b)이 제1 패시베이션막(24) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 개구부(102)가 핑거 전극(42a)에 대응하는 형상으로 형성되고, 버스바 전극(42b)만 위치한 부분에는 형성되지 않을 수 있다.The
제2 전극(44)은 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 각기 대응하는 핑거 전극 및 버스바 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(44)의 핑거 전극 및 버스바 전극에 대해서는 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 대한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 그리고 제1 전극(42)에서 제1 절연막인 제1 패시베이션막(24)에 관련된 내용은 제2 전극(44)에서 제2 절연막인 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36)에 그대로 적용될 수 있다. 이때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극 및 버스바 전극의 폭, 피치 등과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수 있다. The
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and the
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(100)가 반도체 기판(10)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(100)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율 향상에 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에서 전체적으로 형성되는 구조를 가지는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.As described above, in this embodiment, since the first and
그리고 제1 도전형 영역(20)을 반도체 기판(10)과 별개의 반도체층으로 구성하여 반도체 기판(10)에 형성되는 도핑 영역을 최소화하여 반도체 기판(10)의 특성을 향상할 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 위치하는 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(10)의 일부로 구성하여 반도체 기판(10)에서 별개의 반도체층이 위치할 경우에 발생할 수 있는 광 흡수를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 pn 접합에 도달하는 광량을 높게 유지할 수 있다. The first
다만, 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)과 별개의 반도체층으로 구성되므로, 제1 도전형 영역(20)의 도핑에 의한 효과가 반도체 기판(10)에 미치지 않게 된다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가질 때 n형의 도전형을 도핑하여 반도체 기판(10) 내에 n형의 도핑 영역을 형성하면, n형 도펀트가 반도체 기판(10)의 내부의 불순물을 게터링(gattering)하여 불순물에 의한 문제를 저감시킬 수 있었다. 본 실시예에서는 이러한 효과를 기대하기 어렵다. 즉, 별개의 반도체층으로 구성된 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가질 경우에는 반도체 기판(10)의 불순물에 의한 문제가 더 크게 나타날 수 있다. However, since the first
이를 고려한 태양 전지(100)의 제조 방법을 도 3a 내지 도 3h 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 이미 설명한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 설명하지 않은 내용에 대해서만 상세하게 설명한다.A manufacturing method of the
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판인 반도체 기판(10)을 준비한다. 좀더 구체적으로는, 반도체 기판(10)은 도 3a에 도시한 바와 같이 단결정 실리콘을 성장시켜 실리콘 잉곳(ingot)(204)을 형성한 후에 이를 일정한 두께로 절단하여 도 3b에 도시한 바와 같은 반도체 기판(10)을 형성한다. First, as shown in Figs. 3A and 3B, a
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 실리콘 잉곳(204)은 초크랄스키(czochralski)법에 의하여 성장되어 형성될 수 있다. 즉, 실리콘을 도가니(crucible)(202) 내에서 융해하여 고체의 단결정 실리콘 종결정(시드)(204a)과 접촉시켜서 서서히 인상시키면서 종결정의 아래에 단결정을 성장시켜 실리콘 잉곳(204)을 형성한다. 이와 같이 단결정 실리콘을 가지는 실리콘 잉곳(204)은 초크랄스키 법에 의하여 형성될 수 있으며, 다른 방법은 실제로 거의 사용되고 있지 않다. As shown in FIG. 3A, in this embodiment, the
여기서, 도가니(202)는 석영(SiO2)로 구성될 수 있다. 이와 같이 도가니(202)가 석영으로 구성되면 도가니(202) 내의 물질을 고온으로 가열할 수 있으며 금속 등의 불순물이 섞여 들어가는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 다만, 석영에 포함된 산소가 실리콘 잉곳의 성장 공정 중에 분해될 수 있는데, 대부분의 산소는 다시 실리콘과 결합하여 표면 쪽으로 이동하여 공기 중으로 발산되지만, 화살표로 도시한 바와 같이 일부 산소는 실리콘 잉곳(204) 내부로 이동할 수 있다. 이에 의하여 실리콘 잉곳(204)의 내부에 산소가 존재할 수 있다. 이러한 산소는 주로 실리콘 잉곳(204)의 상부 부분에 많이 포함되며 하부 부분으로 갈수록 산소 농도가 점차 줄어들 수 있다. Here, the
이어서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 실리콘 잉곳(도 3a의 참조부호 204, 이하 동일)을 일정한 두께 및/또는 형상을 가지도록 절단하여 반도체 기판(10)을 형성한다. 이에 의하여 반도체 기판(10)이 단결정 실리콘 기판으로 구성될 수 있다. 실리콘 잉곳(204)의 절단 방법으로는 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 3B, the silicon ingot (
이어서, 도 3c에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)에 사전 열처리 공정을 수행한다. 사전 열처리 공정은 반도체 기판(10)의 산소 석출물(산소에 의하여 형성된 석출물, 일 예로, 산소 유도 적층 결함(oxygen induced stacking faults, OIFS))를 분해하거나 산소 석출물의 활성화를 방지하기 위한 주처리 공정(도 4의 참조부호 P2)을 포함한다. 참조로, 산소 유도 적층 결함은 도 5에 나타난 바와 같이 원형 패턴을 가지기 때문에 링 패턴(ring pattern) 결함으로 불린다.Next, as shown in FIG. 3C, the
앞서 설명한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 내부에 산소가 잔류할 수 있는데 산소 농도가 높아질수록 산소가 산소 유도 적층 결함과 같은 석출물을 형성하여 결정 결함을 일으킬 가능성이 높아진다. 특히, 전술한 바와 같이, 실리콘 잉곳(204)의 상부 부분은 높은 산소 농도를 가지므로 산소 석출물이 많이 발생될 수 있으며 산소 석출물이 활성화되면 결함으로 작용하게 된다. 특히, 태양 전지(100)의 제조 공정 중에 고온의 열처리(예를 들어, 850℃ 내지 1000℃)가 수행되면, 산소 석출물이 다량으로 형성되고 활성화될 수 있다. 여기서, 산소 석출물의 활성화라 함은 반도체 기판(10) 내부의 불순물(일 예로, 금속 불순물)이 산소 석출물의 트랩(trap) 내에 잡히게 되면, 해당 부분이 결함의 일종인 재결합 사이트(recombination site)로 작용하는 것을 말한다. 이와 같이 산소 석출물이 결함으로 작용하게 되면 캐리어의 수명(lifetime)을 줄여 태양 전지(100)의 효율을 저하시킬 수 있다. 특히, n형의 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)과 별개로 형성될 경우에는 n형의 도핑 영역을 형성할 때 기대할 수 있는 금속 불순물의 게터링 효과를 전혀 기대할 수 없어, 산소 석출물에 의한 문제가 더 커질 수 있다. As described above, oxygen may remain in the
이러한 산소 석출물에 의한 문제를 방지하기 위하여 실리콘 잉곳(204) 내의 산소 농도를 감소시키는 방법이 있으나, 초크랄스키법에서 실리콘 잉곳(204) 내부로 용해되는 산소의 농도를 조절하는 것이 매우 어려우며 공정 조건을 엄격하게 제한할 경우에 공정 비용이 증가할 수 있다. 또는, 산소 석출물에 의한 문제를 방지하여 중수소 등을 이용하여 패시베이션하여 주는 방법이 있으나, 공정이 매우 까다로워 실제 적용이 어렵다. Although there is a method of reducing the oxygen concentration in the
이를 고려하여 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 제조 공정에서 다른 열처리가 수행되기 전에 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물의 활성화를 방지하는 사전 열처리를 먼저 수행하는 것이다. 도 3c와 함께 도 4를 함께 참조하여 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물의 활성화를 방지하는 사전 열처리 공정을 상세하게 설명한다. In consideration of this, in this embodiment, before the other heat treatment is performed in the manufacturing process of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 사전 열처리 공정의 온도 프로파일이다. 본 실시예에서는, 상술한 주처리 공정(P2) 외에도. 주처리 공정(P2) 이전에 수행되는 온도 상승 공정(P1) 및/또는 주처리 공정(P2) 이후에 수행되는 온도 저감 공정(P3)을 더 포함할 수 있다. 먼저, 주처리 공정(P2)을 설명한 후에 온도 상승 공정(P1) 및 온도 저감 공정(P3)을 좀더 상세하게 설명한다. 4 is a temperature profile of a preheating process of a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the main processing step (P2) described above. And a temperature lowering step (P3) performed after the temperature raising step (P1) and / or the main processing step (P2) performed before the main processing step (P2). First, the main processing step (P2) will be described, and then the temperature raising step (P1) and the temperature reducing step (P3) will be described in more detail.
주처리 공정(P2)은 일반적인 열처리로(furnace)(206) 내에서 수행될 수 있고, 주처리 공정(P2)의 주처리 온도(T2)가 1000 내지 1100℃일 수 있다. The main treatment process P2 may be performed in a common
주처리 온도(T2)가 1000℃ 내지 1100℃의 주처리 온도(T2)에서 주처리 공정(P2)이 수행되면, 반도체 기판(10) 내부의 산소 석출물이 서로 응집되어 있는 것을 분해하여 산소 석출물의 크기를 줄이거나, 금속 불순물을 확산시켜 산소 석출물의 트랩(trap)에 위치하지 않도록 하여 산소 석출물의 활성화를 효과적으로 방지할 수 있다. 주처리 온도(T2)가 1000℃ 미만이면, 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물을 비활성화하는 효과가 일어나지 않거나 충분하지 않을 수 있다. 이는 1000℃ 이하의 주처리 온도(T2)는 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물을 비활성화할 정도로 충분한 열을 제공하지 못하기 때문으로 생각된다. 그리고 일반적인 열처리로에서는 1100℃를 초과하는 온도를 구현하기 어렵거나 공정 비용이 많이 소요된다. 또한, 1100℃를 초과하는 온도에서 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물을 비활성화하는 효과가 크게 증가하지 않는 대신 반도체 기판(10)에 원하지 않는 열 충격 또는 손상을 줄 가능성은 높아진다. When the main treatment process (P2) is performed at the main treatment temperature (T2) of 1000 占 폚 to 1100 占 폚 at the main treatment temperature (T2), the oxygen precipitates inside the semiconductor substrate (10) It is possible to effectively prevent activation of oxygen precipitates by reducing the size or by preventing metal impurities from diffusing and being located in traps of oxygen precipitates. If the main treatment temperature (T2) is less than 1000 占 폚, the effect of decomposing the oxygen precipitate or deactivating the oxygen precipitate may not be obtained or may not be sufficient. This is thought to be because the main treatment temperature (T2) of 1000 DEG C or less does not provide sufficient heat to decompose the oxygen precipitate or deactivate the oxygen precipitate. In general heat treatment furnaces, it is difficult to achieve a temperature exceeding 1100 ° C or a high processing cost. In addition, the effect of decomposing the oxide precipitate or deactivating the oxide precipitate at a temperature exceeding 1100 占 폚 is not greatly increased, but the possibility of undesirable thermal shock or damage to the
이때, 상술한 주처리 온도(T2)에서 반도체 기판(10)이 산소 석출물의 분해 또는 비활성화가 이루어질 수 있는 충분한 시간 동안 유지되어야 반도체 기판(10)에 충분한 열이 제공되어 상술한 효과를 구현할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 반도체 기판(10)의 열처리를 충분한 시간 동안 수행할 수 있는 열처리로(206) 내에서 주처리 공정(P2)을 수행할 수 있다. 일 예로, 주처리 공정(P2)이 3분 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 주처리 공정(P2)의 공정 시간이 3분 미만이면, 주처리 공정(P2) 또는 사전 열처리 공정에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 주처리 공정(P2)의 공정 시간이 30분을 초과하면, 추가적인 효과 없이 공정 시간이 증가될 수 있으며 불필요한 반도체 기판(10)의 특성 변화 또는 손상 등이 일어날 수 있다. 일 예로, 주처리 공정(P2)의 효과를 안정적으로 구현할 수 있도록 주처리 공정(P2)의 공정 시간을 15분 내지 30분으로 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 주처리 공정(P2)의 공정 시간은 다양하게 변화될 수 있다. At this time, sufficient heat is provided to the
열처리로(206)는 열원(도시하지 않음)에 의하여 주처리 공정(P2)까지 상승되어 공정 시간 동안 유지될 수 있는 다양한 구조의 열처리로가 사용될 수 있다. 열처리로(206)는 큰 온도 변화 없이 상대적으로 긴 시간 동안 반도체 기판(10)을 열처리할 수 있어 산소 석출물의 분해 또는 비활성화 효과를 충분하게 얻을 수 있고 반도체 기판(10)에 가해지는 열 충격 또는 손상 등을 최소화할 수 있다. 또한, 열처리로(206)는 장치를 쉽게 구할 수 있으며 장치의 가격 또한 매우 저렴하다. The
예를 들어, 열처리로(206)로는 튜브 열처리로(tube furnace)를 사용할 수 있으며, 열처리로(206)가 석영을 포함하거나 석영으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 열처리로(206)가 석영 튜브 열처리로일 수 있다. 튜브 열처리로는 일반적으로 많이 사용되어 쉽게 구할 수 있어 설비의 부담을 줄일 수 있다. 그리고 열처리로(206)가 석영으로 구성되면 열처리로(206)가 주처리 온도(T2)로 공정 시간만큼 유지되어도 견딜 수 있으며 금속 등의 불순물이 섞여 들어가는 것을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 열처리로(206)의 형상, 물질 등은 다양하게 변형될 수 있다. For example, a tube furnace may be used as the
그리고 주처리 공정(P2)은 열처리로(206) 내에서 수행되므로 복수의 반도체 기판(10)에 동시에 주처리 공정(P2)이 수행될 수 있다. 예를 들어, 복수의 반도체 기판(10)이 일정 간격을 두고 서로 이격된 상태로 고정 부재(208)에 고정될 수 있다. 이렇게 반도체 기판(10)이 고정된 고정 부재(208)를 열처리로(206) 내에 넣어 함께 열처리할 수 있다. 일 예로, 고정 부재(208)로는 보트(boat) 또는 카세트(cassette) 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 반도체 기판(10)이 다양한 방법, 다양한 구조의 고정 부재(208) 등의 의하여 열처리로(206) 내에서 동시에 열처리될 수 있다. 이와 같이 동시에 복수 개의 반도체 기판(10)을 열처리하면, 제조 비용을 크게 절감할 수 있다. Since the main process P2 is performed in the
반면, 본 실시예와 달리 급속 열처리 장치(rapid thermal processing (RTP) system)를 사용하면, 반도체 기판을 짧은 시간(예를 들어, 수 초) 동안 열처리하므로 산소 석출물의 분해 또는 비활성화를 구현할 수 있을 정도로 충분한 시간 동안 열처리를 하기 어렵다. 또한, 급격한 온도 변화에 의하여 반도체 기판의 특성이 변화하거나 반도체 기판에 열 충격 또는 손상 등이 가해질 수 있다. 일 예로, 반도체 기판이 휘는 현상(bending) 등이 발생할 수 있다. 또한, 하나의 반도체 기판에만 사전 열처리 공정을 수행할 수 있어 공정 시간 및 비용이 증가할 수 있다. 또한, 급속 열처리 장치가 고가이므로 설비에 대한 부담이 증가할 수 있다. On the other hand, when the rapid thermal processing (RTP) system is used, the semiconductor substrate is subjected to the heat treatment for a short time (for example, several seconds) to dissolve or deactivate the oxide precipitate It is difficult to conduct heat treatment for a sufficient time. In addition, the characteristics of the semiconductor substrate may change due to rapid temperature changes, or thermal shock or damage may be applied to the semiconductor substrate. For example, bending of the semiconductor substrate may occur. Also, since a pre-heat treatment process can be performed on only one semiconductor substrate, the process time and cost can be increased. In addition, since the rapid thermal processing apparatus is expensive, the burden on the equipment may increase.
주처리 공정(P2) 이전에 초기 온도(T1)로부터 주처리 온도(T2)까지 상승시키는 온도 상승 공정(P1), 그리고 주처리 공정(P2) 이후에 주처리 온도(T2)로부터 종료 온도(T3)까지 온도를 감소시키는 온도 저감 공정(P3)을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다. (P1) which raises from the initial temperature (T1) to the main treatment temperature (T2) before the main treatment process (P2), and the end temperature (T3 (P3) for reducing the temperature up to a predetermined temperature. This will be explained in more detail.
주처리 공정(P2) 이전에 수행되는, 온도 상승 공정(P1)은 반도체 기판(10)의 온도를 초기 온도(T1)에서 주처리 온도(T2)까지 서서히 증가시키는 공정이다. 이러한 온도 상승 공정(P1)에 의하여 반도체 기판(10)의 손상 또는 열 충격 등을 최소화할 수 있다. 일 예로, 초기 온도(T1)가 600 내지 750℃일 수 있다. 초기 온도(T1)가 600℃ 미만이면, 주처리 온도(T2)와의 온도 차이가 커서 온도 상승 공정(P1)의 공정 시간이 길어질 수 있다. 초기 온도(T1)가 700℃를 초과하면, 온도 상승 공정(P1)의 초기에서 반도체 기판(10)의 온도 변화가 클 수 있다. 그리고 온도 상승 공정(P1)의 온도 상승 속도가 10 내지 15℃/분일 수 있다. 온도 상승 속도가 10℃/분 미만이면, 온도 상승 공정(P1)의 공정 시간이 길어질 수 있다. 온도 상승 속도를 15℃/분을 초과하도록 하는 것은 공정 한계 때문에 어려울 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 초기 온도(T1) 및 온도 상승 속도가 다양한 값을 가질 수 있다. The temperature raising step P1 which is performed before the main processing step P2 is a step of gradually increasing the temperature of the
주처리 공정(P2) 이후에 수행되는, 온도 저감 공정(P3)은 반도체 기판(10)의 온도를 주처리 온도(T2)에서 종료 온도(T3)까지 서서히 저감시켜 사전 열처리 공정을 마무리하는 공정이다. 이러한 온도 저감 공정(P3)에 의하여 반도체 기판(10)의 손상 또는 열 충격 등을 최소화할 수 있다. 일 예로, 종료 온도(T3)가 600 내지 750℃일 수 있다. 종료 온도(T3)가 600℃ 미만이면, 주처리 온도(T2)와의 온도 차이가 커서 온도 저감 공정(P3)의 공정 시간이 길어질 수 있다. 종료 온도(T3)가 700℃를 초과하면, 온도 저감 공정(P3) 이후에 반도체 기판(10)의 온도 변화가 클 수 있다. 종료 온도(T3)는 초기 온도(T1)와 같을 수도 있고 다를 수도 있다. The temperature reducing step P3 performed after the main treatment step P2 is a step of gradually reducing the temperature of the
일 예로, 온도 저감 공정(P3)은 별도의 냉각 장치 없이 자연 냉각에 의하여 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 주처리 공정(P2)에서 산소 석출물의 분해 또는 비활성화를 하기 때문에 온도 저감 공정(P3)을 특정한 공정 조건으로 제한하지 않아도 되기 때문이다. 이에 따라 제조 공정 및 제조 공정을 단순화할 수 있다. 이에 따라 온도 상승 공정(P1)의 온도 상승 속도보다 온도 저감 공정(P3)의 온도 저감 속도가 작을 수 있다. 일 예로, 온도 저감 공정(P3)의 온도 저감 속도가 5 내지 10℃/분일 수 있다. 이러한 온도 저감 속도는 자연 냉각 등에 의하여 쉽게 구현될 수 있는 속도이다. As an example, the temperature reduction step P3 may be performed by natural cooling without a separate cooling device. This is because the decomposition or inactivation of the oxide precipitate is performed in the main treatment process P2 in this embodiment, so that the temperature reduction process P3 need not be limited to specific process conditions. Thus, the manufacturing process and the manufacturing process can be simplified. Accordingly, the temperature reduction rate in the temperature reduction step P3 can be smaller than the temperature rise rate in the temperature rise step P1. For example, the temperature reduction rate in the temperature reduction step P3 may be 5 to 10 占 폚 / min. Such a temperature reduction rate is a speed that can be easily realized by natural cooling and the like.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 온도 저감 방법으로 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 종료 온도(T3) 및 온도 저감 속도가 다양한 값을 가질 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and various methods can be applied as the temperature reduction method, and the termination temperature T3 and the temperature reduction rate can have various values.
상술한 온도 상승 공정(P1) 및/또는 온도 저감 공정(P3)은 주처리 공정(P2)이 수행되는 열처리로(206)의 내부에서 수행될 수 있다. 이때, 온도 상승 공정(P1) 및/또는 온도 저감 공정(P3)에서 반도체 기판(10)의 고정 방법, 고정 부재(208)로는 상술한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 이에 의하면, 온도 상승 공정(P1), 주처리 공정(P2) 및 온도 저감 공정(P3)이 동일 장치 내에서의 연속적인 공정(즉, 인-시츄(in-situ) 공정)에 의하여 수행될 수 있다. 일 예로, 온도 상승 공정(P1)은 열처리로(206) 내의 열원을 이용하여 반도체 기판(10)의 온도를 상승시킬 수 있고, 온도 저감 공정(P1)은 열처리로(206)의 열원이 작동하지 않는 상태에서 자연 냉각하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 온도 상승 공정(P1) 및/또는 온도 저감 공정(P3)이 주처리 공정(P2)이 수행되는 열처리로(206)의 외부 또는 다른 장치 내부에서 수행될 수 있다.The above-described temperature raising step (P1) and / or the temperature reducing step (P3) may be performed inside the
본 실시예에서는 사전 열처리 공정에서의 기체 분위기가 질소 기체를 포함할 수 있다. 질소 기체는 비활성 기체로서 반응성이 작아 불필요한 반응물의 형성을 억제할 수 있으며 공정 비용을 절감할 수 있다. 질소 기체는 온도 상승 공정(P1), 주처리 공정(P2) 및 온도 저감 공정(P3) 중 적어도 한 공정에 사용될 수 있다. 일 예로, 질소 기체가 온도 상승 공정(P1) 및 온도 저감 공정(P3)에서 열처리로(206) 내로 주입되고, 주처리 공정(P2)에서는 주입될 수도 있고 주입되지 않을 수 있다. In this embodiment, the gas atmosphere in the pre-heat treatment step may include nitrogen gas. Nitrogen gas is an inert gas and has low reactivity, so it can inhibit the formation of unnecessary reactants and can reduce the process cost. The nitrogen gas may be used in at least one of the temperature raising step (P1), the main treatment step (P2) and the temperature reducing step (P3). As an example, nitrogen gas may be injected into the
이때, 사전 열처리 공정이 수행되는 반도체 기판(10)의 산소 농도가 16 ppma 이상일 수 있다. 전술한 바와 같이 산소 농도가 높을수록 산소 석출물에 의한 문제가 크게 발생할 수 있는 바, 16 ppma 이상의 산소 농도를 가지는 반도체 기판(10)에 사전 열처리 공정을 수행하면 사전 열처리 공정에 의한 효과를 배가할 수 있다. 일 예로, 사전 열처리 공정이 수행되는 반도체 기판(10)의 산소 농도가 16 내지 20 ppma 일 수 있다. 반도체 기판(10)의 산소 농도가 20 ppma 이상인 경우에는 산소 농도가 너무 높아 반도체 기판(10)으로 사용하지 않고 불량으로 취급하는 경우가 많기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 산소 농도가 20 ppma 이상인 반도체 기판(10)에 사전 열처리 공정을 수행하여 태양 전지(100)의 반도체 기판(10)으로 사용할 수도 있다. At this time, the oxygen concentration of the
본 실시예에서는 태양 전지(100)의 제조 방법에서 다른 사전 열처리 공정을 수행하기 전에 산소 석출물을 분해하거나 비활성화하는 사전 열처리 공정을 수행하여, 이후에 다른 사전 열처리 공정을 수행하더라도 산소 석출물에 의한 문제를 방지할 수 있다. 이에 의하여 캐리어의 수명을 늘려 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(10)의 벌크 수명이 개선되었는지 여부는 광 루미네선스(photoluminescence, PL)에 의하여 판단할 수 있다. In this embodiment, a pre-heat treatment process for decomposing or deactivating oxide precipitates is performed before another pre-heat treatment process is performed in the manufacturing method of the
이때, 본 실시예에서는 하나의 주처리 온도(T2)만을 구비하는 한 번의 주처리 공정(P2)에 의하여 반도체 기판(10)의 전체 영역에서 산소 석출물을 분해하거나 비활성화할 수 있다. 이는 태양 전지(100)에서는 반도체 기판(10)의 전체 영역을 사용하여야 하며 산소 석출물을 단순히 분해 또는 비활성화하는 것으로 여러 단계의 온도로 공정이 수행되지 않아도 되기 때문이다. 또한, 사전 열처리 공정이 상압에서 이루어지므로 압력을 조절하지 위한 공정, 장치 등이 필요하지 않다. 석출물을 단순히 분해 또는 비활성화하면 되므로 반도체 기판(10)에 열충격 또는 손상을 주는 높은 온도에서 오랜 시간 유지할 필요가 없다. 이에 따라 주처리 공정(P2)의 공정 온도가 1000 내지 1100℃에 불과하며 주처리 공정(P2)의 공정 시간이 30분 이내이며 총 공정 시간이 4시간 이내(예를 들어, 3시간 이내, 일 예로, 1시간 이내)로서 제조 공정을 단순화할 수 있다. At this time, in this embodiment, the oxide precipitate can be decomposed or inactivated in the entire region of the
참조로, 박막 트랜지스터와 같은 반도체 소자 등에서도 반도체 기판의 품질(quality)를 향상하기 위하여 산소 석출물과 관련된 사전 열처리 공정을 수행한다. 반도체 소자용 반도체 기판은 태양 전지(100)에 사용되는 반도체 기판(10)보다 불순물의 농도가 많게는 수천 배까지 낮은 것이 일반적인데(일 예로, 9N 이상), 이보다 높은 품질의 반도체 기판을 제조하기 위하여 산소 석출물을 제어하는 사전 열처리 공정을 수행할 수 있다. 그러나 이와 같이 반도체 소자에 수행되는 사전 열처리 공정은 본 발명의 사전 열처리 공정과는 전혀 다른 목적 및 효과를 가지며 전혀 다른 공정으로 수행된다. 즉, 반도체 소자 등에서는 반도체 기판의 표면만을 사용하므로 반도체 기판의 표면의 산소를 내부로 확산시킨 후에, 산소 석출물을 형성하고, 산소 석출물을 성장시켜 여기서 불순물이 개터링(gattering)되도록 하여, 반도체 기판의 표면의 결함 또는 불순물을 제거한다. 이에 의하여 반도체 기판의 표면에서의 결함을 거의 완벽하게 제거하여 무결함 영역(denuded zone)을 형성한다. 이러한 무결함 영역의 형성을 위해서는, 산소의 내부로의 확산, 산소 석출물의 형성, 산소 석출물의 성장 각각을 위한 열처리 온도가 서로 달라 여러 단계의 열처리 과정을 매우 긴 총 공정 시간(최소 24시간 이상) 동안 수행하여야 한다. 또는, 산소 석출물의 형성 또는 성장 등을 고려하여 냉각기 등을 이용하여 제한된 공정 조건에서 급속 냉각하는 등의 공정이 포함되어야 한다. 이에 따라 공정 조건이 매우 복잡할 수 있다. For example, in a semiconductor device such as a thin film transistor, a preheating process related to oxide precipitates is performed to improve the quality of a semiconductor substrate. The semiconductor substrate for a semiconductor device generally has a lower impurity concentration than that of the
상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 사전 열처리 공정에 의하여 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물의 활성화를 방지하여 산소 석출물에 의한 결함이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 특히, 상술한 실시예와 같이 n형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)과 별개의 반도체층으로 구성되어 n형 도핑 영역을 형성할 때 구현될 수 있는 게터링 효과를 기대할 수 없는 경우에, 좀더 큰 효과를 나타낼 수 있다. As described above, according to this embodiment, it is possible to minimize the occurrence of defects due to oxygen precipitates by decomposing oxygen precipitates or preventing activation of oxygen precipitates by the pre-heat treatment process. In particular, as in the above-described embodiment, the first
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 사전 열처리 공정은 다양한 태양 전지(100)의 제조 시에 수행될 수 있다. 따라서, 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가질 수도 있다. 또는, 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수도 있고, 및/또는 제2 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)과 별개의 반도체층으로 구성될 수도 있다. 또는, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(10)의 일면(일 예로, 후면)에서 함께 위치하고, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 도핑 영역, 별개의 반도체층 등의 다양한 구조로 구성될 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the pre-heat treatment process can be performed at the time of manufacturing the various
이와 같이 본 실시예에서는 산소 석출물의 분해 또는 비활성화를 위한 사전 열처리 공정은 반도체 기판(10)의 반사 방지 구조의 형성 공정(도 3d에 도시한 공정) 이전에 수행될 수 있다. 이에 의하면 사전 열처리 공정 중에 반도체 기판(10)의 표면 등에 불순물이 흡착되거나 하는 문제가 있을 때 이를 반사 방지 구조 형성을 위한 텍스쳐링 때 제거할 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 사전 열처리 공정을 반사 방지 구조를 형성한 후에 수행할 수도 있다. As described above, in this embodiment, the preheating process for decomposing or deactivating the oxide precipitate can be performed before the formation process of the anti-reflection structure of the semiconductor substrate 10 (the process shown in FIG. 3D). This is because, when there is a problem that impurities are adsorbed on the surface of the
이어서, 도 3d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면 중 적어도 하나에 텍스쳐링 공정을 수행하여 반사 방지 구조를 형성한다. 반도체 기판(10)의 텍스처링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(10)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(10)에 손상이 발생할 수 있다. 그 외에 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다. 3D, a texturing process is performed on at least one of the front surface and the rear surface of the
이때, 일 예로, 본 실시예에서는 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마하여 반도체 기판(10)의 후면이 평탄한 면을 가지도록 한다. 예를 들어, 알칼리 용액을 이용하여 반도체 기판(10)의 전면 및 후면을 텍스처링 한 후에 산성 용액 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 후면을 경면 연마할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, for example, in the present embodiment, the rear surface of the
다른 실시예로 텍스처링 공정은 패시베이션막(22) 및 제1 도전형 영역(20)(또는 이를 형성하기 위한 반도체층)을 형성한 후에 수행될 수도 있다. 즉, 텍스처링 공정은 다양한 순서에서 수행될 수 있다. In another embodiment, the texturing process may be performed after forming the
도 3e에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면 위에 전체적으로 패시베이션막(22)을 형성한다. The
여기서, 패시베이션막(22)은, 일례로, 열적 산화, 화학적 산화, 증착(일 예로, 상압 화학 기상 증착법(APCVD), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 패시베이션막(22)이 형성될 수 있다. Here, the
도 3f에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면 위의 패시베이션막(22) 위에 제1 도전형 영역(20)을 형성하고, 반도체 기판(20)의 전면 쪽에 제2 도전형 영역(30)을 형성한다. A first
제1 도전형 영역(20)의 형성 방법으로는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(30)은 화학 기상 증착에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 도전형 도펀트는 제1 도전형 영역(30)을 구성하는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함될 수 있다. 또는, 제1 도전형 영역(30)을 구성하는 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법, 도핑층을 형성한 후에 열처리를 수행하는 방법, 레이저 도핑법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 제1 도전형 도펀트를 도핑할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(30)을 형성하는 도핑 공정으로는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 예로, 이온 주입법, 열 확산법, 도핑층을 형성한 후에 열처리를 수행하는 방법, 레이저 도핑법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Various methods can be applied to the method of forming the first
도면에서는 패시베이션막(22) 및/또는 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)의 후면에만 형성된 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 패시베이션막(22) 및/또는 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 측면에도 함께 형성될 수 있고, 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 측면에 형성된 패시베이션막(22) 및/또는 제1 도전형 영역(20)을 후속 공정에서 제거할 수 있다. The
이어서, 도 3g에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 또 다른 절연막을 형성한다. 즉, 반도체 기판(10)의 후면에 제1 패시베이션막(24)을 형성하고, 반도체 기판(10)의 전면에 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3G, another insulating film is formed on the front and rear surfaces of the
좀더 구체적으로, 반도체 기판(10)의 후면 위에 제1 패시베이션막(24)을 전체적으로 형성하고, 반도체 기판(10)의 전면 위에 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36)을 전체적으로 형성한다. 제1 또는 제2 패시베이션막(24, 34), 반사 방지막(36)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패시베이션막(24, 34), 그리고 반사 방지막(36)의 형성 순서가 한정되는 것은 아니다. More specifically, the first passivation film 24 is formed entirely on the rear surface of the
이어서, 도 3h에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3H, first and
일 예로, 패터닝 공정에 의하여 제1 패시베이션막(24)에 제1 개구부(102)를 형성하고 제2 패시베아션막(34) 및 반사 방지막(36)에 제2 개구부(104)를 형성하고, 그 이후에 제1 및 제2 개구부(102, 104) 내를 채우면서 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성한다. 이때, 제1 및 제2 개구부(102, 104)는 레이저를 이용한 레이저 어블레이션, 또는 식각 용액 또는 식각 페이스트 등을 이용한 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 스퍼터링, 도금법, 증착법 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 특히 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 스퍼터링 방법에 의하여 형성될 수 있다.For example, a
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트를 제1 패시베이션막(24), 그리고 제2 패시베이션막(34) 및 반사 방지막(36) 상에 각기 스크린 인쇄 등으로 도포한 후에 파이어 스루(fire through) 또는 레이저 소성 컨택(laser firing contact) 등을 하여 상술한 형상의 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성할 때 개구부(102, 104)가 형성되므로, 별도로 개구부(102, 104)를 형성하는 공정을 추가하지 않아도 된다.However, the present invention is not limited thereto. As another example, after the first and second electrode forming paste is applied on the first passivation film 24, the
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의하면, 간단한 공정으로 수행되는 사전 열처리 공정을 수행하는 것에 의하여 산소 석출물을 분해하거나 산소 석출물을 비활성시켜 우수한 개방 전압 및 효율을 가지는 태양 전지를 제조할 수 있다. 특히, 반도체 기판의 산소 농도가 일정 수준이어서 산소 석출물에 의한 문제가 크게 나타날 수 있는 태양 전지의 제조 방법에 적용하여 더 우수한 효과를 구현할 수 있다. According to the method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, a pre-heat treatment process performed in a simple process is performed to decompose oxygen precipitates or deactivate oxygen precipitates, thereby manufacturing a solar cell having excellent open voltage and efficiency . Particularly, since the oxygen concentration of the semiconductor substrate is a constant level, the present invention can be applied to a manufacturing method of a solar cell in which a problem due to oxygen precipitates can be greatly exerted.
이하, 본 발명의 실험예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples of the present invention. However, the experimental examples of the present invention are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실시예Example
도 1에 도시한 바와 같은 구조의 태양 전지를 복수 개 제조하였다. 이때, 반도체 기판은 n형을 가지는 단결정 실리콘 기판을 베이스 영역으로 하고, 제2 도전형 영역이 p형을 가지며, 제1 도전형 영역이 n형을 가지는 다결정 실리콘층으로 구성되었다. 다른 공정을 수행하기 전에 열처리로 내에서 산소 석출물을 분해하거나 활성화를 방지하는 사전 열처리 공정을 수행하였다. 좀더 구체적으로, 초기 온도가 600℃ 였고, 15℃/분의 온도 상승 속도로 온도를 상승시켜, 1000℃의 주처리 온도로 15분 동안 열처리하고, 자연 냉각에 의하여 600℃까지 온도를 저감시키는 것에 의하여 사전 열처리 공정을 수행하였다. 사전 열처리 공정 중에는 질소 기체를 주입하였다. A plurality of solar cells having the structure shown in Fig. At this time, the semiconductor substrate was composed of the polycrystalline silicon layer having the n-type single crystal silicon substrate as the base region, the second conductivity type region having the p-type, and the first conductivity type region having the n-type. Prior to performing another process, a pre-heat treatment process was performed to decompose or prevent activation of oxygen precipitates in the heat treatment furnace. More specifically, the initial temperature was 600 占 폚, the temperature was raised at a temperature raising rate of 15 占 폚 / min, the heat treatment was performed at a main treatment temperature of 1000 占 폚 for 15 minutes, and the temperature was lowered to 600 占A preheating process was performed. Nitrogen gas was injected during the preheating process.
비교예Comparative Example 1 One
사전 열처리 공정을 수행하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 복수 개 제조하였다. A plurality of solar cells were manufactured in the same manner as in Example except that the preheating process was not performed.
비교예Comparative Example 2 2
사전 열처리 공정을 열처리로가 아닌 급속 열처리 장치에서 수행하였고 온도 상승 속도가 실시예와 다르다는 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법에 의하여 태양 전지를 복수 개 제조하였다. A plurality of solar cells were manufactured in the same manner as in Example except that the preheating process was performed in a rapid thermal processing apparatus, not in a heat treatment furnace, and the rate of temperature rise was different from that in Examples.
실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 광루미네선스(photoluminescence, PL) 사진을 촬영하였다. 실시예에 따른 태양 전지의 PL 사진을 도 5의 (a)에, 비교예 1에 따른 태양 전지의 PL 사진을 도 5의 (b)에 나타내었다Photoluminescence (PL) photographs of the solar cells according to the example and the comparative example 1 were taken. A PL photograph of the solar cell according to the embodiment is shown in Fig. 5 (a), and a PL photograph of the solar cell according to the comparative example 1 is shown in Fig. 5 (b)
도 5의 (a)을 참조하면, 실시예에 따른 태양 전지는 산소 유도 적층 결함(oxygen induced stacking faults, OIFS)에 의한 원형 패턴이 없거나 매우 적은 개수로 연하게 나타남을 알 수 있다. 반면, 도 5의 (b)를 참조하면, 비교예 1에 따른 태양 전지는 산소 유도 결함에 의한 원형 패턴이 매우 조밀하고 진하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이에 따라 실시예에서 수행한 사전 열처리 공정에 의하여 산소 석출물이 분해되거나 산소 석출물이 비활성화되어, 이에 따른 결함이 최소화되었음을 알 수 있다. Referring to FIG. 5 (a), it can be seen that the solar cell according to the embodiment exhibits no or very small number of circular patterns due to oxygen induced stacking faults (OIFS). On the other hand, referring to FIG. 5 (b), it can be seen that the solar cell according to Comparative Example 1 exhibits a very dense and dense circular pattern due to oxygen induced defects. Accordingly, it can be seen that the oxide precipitates are decomposed or the oxygen precipitates are inactivated by the pre-heat treatment process performed in the embodiment, and thus the defects are minimized.
실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압(implied Voc)을 측정한 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압이 전체적으로 비교예 1에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압보다 높은 것을 알 수 있다. 좀더 구체적으로는 비교예 1에서는 반도체 기판 내의 산소 농도가 증가할수록 암시 개방 전압이 크게 저하되는데, 이는 산소 농도가 증가할수록 산소 석출물에 의한 문제가 심각해지기 때문인 것으로 판단된다. 반면, 실시예에서는 반도체 기판 내의 산소 농도와 관계 없이 암시 개방 전압이 높은 수준을 유지하는 것을 알 수 있다. 이에 의하여 실시예에서 수행되는 사전 열처리 공정은 산소 농도가 높아 산소 석출물에 의한 문제가 커질 수 있는 경우에 적용되어 산소 석출물에 의한 문제를 효과적을 해결하여 개방 전압을 향상할 수 있음을 알 수 있다. The implied open-circuit voltage (implied Voc) of the solar cell according to the embodiment and the comparative example 1 was measured and is shown in FIG. Referring to FIG. 6, it can be seen that the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to the embodiment is higher than the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to Comparative Example 1 as a whole. More specifically, in Comparative Example 1, the implicit open-circuit voltage greatly decreases as the oxygen concentration in the semiconductor substrate increases. This is because the oxygen precipitates become more serious as the oxygen concentration increases. On the other hand, in the embodiment, the implicit open-circuit voltage is maintained at a high level regardless of the oxygen concentration in the semiconductor substrate. Thus, it can be seen that the preheating process performed in the embodiment can be applied to the case where the problem due to oxygen precipitates can be increased due to the high oxygen concentration, thereby effectively solving the problem caused by oxygen precipitates, thereby improving the open circuit voltage.
실시예 및 비교예 1에 따른 태양 전지의 효율을 측정한 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 태양 전지의 효율이 비교예 1에 따른 태양 전지의 효율보다 0.4% 높은 것을 알 수 있다. 이는 실시예에서 사전 열처리 공정을 수행하여 암시 개방 전압을 향상시키는 것에 의하여 최종적으로 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. The results of measuring the efficiency of the solar cell according to the embodiment and the comparative example 1 are shown in FIG. Referring to FIG. 7, it can be seen that the efficiency of the solar cell according to the embodiment is 0.4% higher than the efficiency of the solar cell according to the Comparative Example 1. It can be seen that the efficiency of the solar cell can be finally improved by improving the implicit open-circuit voltage by performing the pre-heat treatment process in the embodiment.
실시예 및 비교예 2에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압을 측정한 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압이 비교예 2에 따른 태양 전지의 암시 개방 전압보다 높은 것을 알 수 있다. 이에 의하면, 비교예에서와 같이 사전 열처리 공정을 급속 열처리 장치에서 수행할 경우에 이에 따른 효과를 구현하기 어렵고, 실시예에서와 같이 사전 열처리 공정을 열처리로에서 수행할 경우에 이에 따른 효과, 즉, 암시 개방 전압 향상 효과를 구현할 수 있음을 알 수 있다. The results of measuring the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to Examples and Comparative Example 2 are shown in FIG. Referring to FIG. 8, it can be seen that the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to the embodiment is higher than the implicit open-circuit voltage of the solar cell according to the second comparative example. According to this, when the pre-heat treatment process is performed in the rapid thermal processing apparatus as in the comparative example, it is difficult to realize the effect thereof, and when the pre-heat treatment process is performed in the heat treatment furnace as in the embodiment, It can be seen that the implicit open-circuit voltage enhancement effect can be realized.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Features, structures, effects and the like according to the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to only one embodiment. Further, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified in other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
100: 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
204: 실리콘 잉곳
206: 열처리로
208: 고정 부재 100: Solar cell
10: semiconductor substrate
20: first conductivity type region
30: second conductivity type region
42: first electrode
44: Second electrode
204: Silicon ingot
206: heat treatment furnace
208: Fixing member
Claims (20)
텍스처링에 의하여 상기 반도체 기판의 일면에 반사 방지 구조를 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 일면보다 작은 표면 거칠기를 가지는 상기 반도체 기판의 타면 위에 패시베이션막을 형성하는 단계;
상기 패시베이션막 위에 상기 반도체 기판과 별개인 반도체층으로 구성되는 제1 도전형 영역을 형성하는 단계;
도핑 공정을 수행하여 상기 반도체 기판의 타면에 상기 반도체 기판의 일부로 구성되는 제2 도전형 영역을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 도전형 영역이 n형의 도전형을 가지는 태양 전지의 제조 방법.A pre-heat treatment step of heat-treating the semiconductor substrate in a heat treatment furnace at a main treatment temperature of 1000 to 1100 占 폚 so as to decompose oxygen precipitates in the semiconductor substrate or prevent activation of the oxygen precipitates;
Forming an anti-reflection structure on one surface of the semiconductor substrate by texturing;
Forming a passivation film on the other surface of the semiconductor substrate having a surface roughness smaller than that of one surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive type region on the passivation film, the first conductive type region being formed of a semiconductor layer different from the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type region on the other surface of the semiconductor substrate by performing a doping process, the second conductive type region being a part of the semiconductor substrate;
Forming a first electrode electrically connected to the first conductive type region; And
Forming a second electrode electrically connected to the second conductive type region
Lt; / RTI >
Wherein the first conductivity type region has an n-type conductivity type.
상기 주처리 공정이 3분 내지 30분 동안 수행되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the main treatment step is performed for 3 to 30 minutes.
상기 주처리 공정이 15분 내지 30분 동안 수행되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the main treatment step is performed for 15 minutes to 30 minutes.
상기 반도체 기판의 산소 농도가 16 ppma 이상인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor substrate has an oxygen concentration of 16 ppma or more.
상기 사전 열처리 단계는, 단일의 주처리 온도만을 구비하는 한 번의 주처리 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the preheating step is performed by one main processing step having only a single main processing temperature.
상기 주처리 공정에서는 상기 반도체 기판이 복수로 함께 열처리되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein a plurality of the semiconductor substrates are heat-treated together in the main process step.
상기 사전 열처리 단계가 상압에서 수행되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the preheating step is performed at atmospheric pressure.
상기 사전 열처리 단계는,
상기 주처리 공정 이전에 초기 온도로부터 상기 주처리 온도까지 상승시키는 온도 상승 공정; 및
상기 주처리 공정 이후에 상기 주처리 온도부터 종료 온도까지 온도를 감소시키는 온도 저감 공정
을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the preheating step comprises:
A temperature raising step of raising the temperature from the initial temperature to the main treatment temperature before the main treatment step; And
A temperature reduction step of reducing the temperature from the main treatment temperature to the end temperature after the main treatment step
Further comprising the steps of:
상기 초기 온도 또는 상기 종료 온도가 600 내지 750℃인 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
Wherein the initial temperature or the termination temperature is 600 to 750 占 폚.
상기 온도 상승 공정의 온도 상승 속도보다 상기 온도 저감 공정의 온도 저감 속도가 작은 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
Wherein a temperature lowering rate of the temperature lowering process is lower than a temperature rising rate of the temperature raising process.
상기 온도 상승 공정의 온도 상승 속도가 10 내지 15℃/분이고,
상기 온도 저감 공정의 온도 저감 속도가 5 내지 10℃/분인 태양 전지의 제조 방법. 12. The method of claim 11,
The rate of temperature rise in the temperature raising step is 10 to 15 占 폚 / min,
Wherein the temperature reduction rate in the temperature reduction step is 5 to 10 占 폚 / min.
상기 온도 상승 공정에서는 상기 열처리로 내에서 열원에 의하여 상기 반도체 기판을 가열하고,
상기 온도 저감 공정은 자연 냉각으로 냉각하는 태양 전지의 제조 방법. 12. The method of claim 11,
In the temperature raising step, the semiconductor substrate is heated by the heat source in the heat treatment furnace,
Wherein the temperature lowering step is cooled by natural cooling.
상기 온도 상승 공정, 상기 주처리 공정 및 상기 온도 저감 공정이 동일 장치 내에서의 연속적인 공정에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
Wherein the temperature raising step, the main treatment step and the temperature reducing step are performed by a continuous process in the same apparatus.
상기 사전 열처리 단계에서의 기체 분위기가 질소 기체를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the gas atmosphere in the preheating step includes nitrogen gas.
상기 열처리로가 튜브 열처리로(tube furnace)인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment furnace is a tube furnace.
상기 열처리로가 석영을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment furnace comprises quartz.
상기 반도체 기판은, 실리콘 잉곳을 형성하여 절단하는 것에 의하여 형성된 단결정 실리콘 기판이고,
상기 실리콘 잉곳이 초크랄스키(czochralski)법에 의하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 1,
The semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate formed by cutting and forming a silicon ingot,
Wherein the silicon ingot is formed by a czochralski method.
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---|---|---|---|
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CN113875025A (en) * | 2019-03-29 | 2021-12-31 | 新加坡国立大学 | Solar cell and method for manufacturing solar cell |
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