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KR20080003840A - 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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KR20080003840A
KR20080003840A KR1020077024719A KR20077024719A KR20080003840A KR 20080003840 A KR20080003840 A KR 20080003840A KR 1020077024719 A KR1020077024719 A KR 1020077024719A KR 20077024719 A KR20077024719 A KR 20077024719A KR 20080003840 A KR20080003840 A KR 20080003840A
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dopant
solar cell
diffusion layer
diffusion
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히로유키 오츠카
마사토시 타카하시
나오키 이시카와
시게노리 사이스
토요히로 우에구리
사토유키 오지마
타케노리 와타베
타케시 아카츠카
츠토무 오니시
Original Assignee
신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
나오에츠 덴시 고교 가부시키가이샤
신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은 제1 도전형의 반도체 기판에 pn 접합을 형성해 태양전지를 제조하는 방법에 있어서 적어도 상기 제1 도전형 반도체 기판 상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 적어도 제1 도포제에 접하도록 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성된 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치의 제조방법이다. 이에 따르면, 오믹 콘택을 얻으면서 수광면의 전극 이외의 부분에서의 표면 재결합 및 이미터 내의 재결합을 억제함으로써 광전변환 효율을 향상시킨 태양전지를 간단하며 용이한 방법으로 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치가 제공된다.

Description

태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치의 제조방법{SOLAR CELL MANUFACTURING METHOD, SOLAR CELL, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히 저비용의 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체 제조의 제조방법에 관한 것이다.
현재, 민간용 태양전지를 제조하는데 이용되고 있는 방법으로는 비용 절감이 중요한 과제이며, 이로 인해 열확산법과 스크린 인쇄법을 조합한 방법이 일반적이다. 상세하게는 예를 들어 다음과 같다.
우선, 쵸크랄스키(CZ)법으로 인상된 단결정 실리콘 잉곳이나 캐스트법으로 제작한 다결정 실리콘 잉곳을 멀티 와이어법으로 슬라이스하여 얻은 p형 실리콘 기판을 준비한다. 다음으로 알카리성 용액으로 표면의 슬라이스 손상을 제거한 후, 최대 높이 10㎛ 정도의 미세 요철(텍스쳐)을 표면에 형성하고, 열확산법으로 n형의 확산층을 형성한다. 추가로 수광면에는 TiO2 또는 SiN을, 예를 들어 70㎚정도의 막 두께로 퇴적하고, 반사방지막을 형성한다. 다음으로 알루미늄을 주성분으로 하는 재료를 수광면의 이면 전면에 걸쳐 인쇄, 소성함으로써 이면 전극을 형성한다. 한편, 수광면 전극은 은을 주성분으로 하는 재료를 예를 들어 폭 100~200㎛정도의 빗살 형상으로 인쇄, 소성함으로써 형성한다.
이 방법의 우수한 점은 디바이스를 구성하는데 필요한 최소한의 공정 수로 되어 있음에도 불구하고 특성을 높이는 다양한 효과를 동반한다는 점이다. 예를 들어, 열확산은 게터링 작용에 의해 벌크 내의 소수 캐리어의 확산 길이를 개선하는 작용이 있다. 또한, 이면에 인쇄한 알루미늄의 소성은 전극을 형성함과 동시에 이면에 전계층(BSF:Back Surface Field)이 되는 p+ 고농도층을 형성한다. 나아가, 반사방지막은 광학적 효과(반사율 저감)와 함께 실리콘 표면 근방에서 발생하는 캐리어의 재결합 속도를 저감시킨다.
이와 같은 필요한 최소한의 공정 수와 여러 유용한 효과에 의해 민간용 태양전지는 이전보다 저비용화가 도모되고 있다.
그러나, 이 방법으로는 변환 효율의 큰 개선을 이 이상 기대할 수 없다. 예를 들어 실리콘 단결정 기판을 이용한 태양전지 셀에서는 변환 효율은 16% 정도가 한계이다. 이것은 수광면 전극의 콘택 저항을 충분히 낮게 하기 위해서는 확산층의 인 등의 도펀트 표면 농도를 2.0 ~ 3.0 × 1020㎝-2 정도로 할 필요가 있기 때문이다. 표면이 이러한 정도의 고농도가 되면 표면 준위가 매우 높아지므로, 수광면 근방에서의 캐리어 재결합이 촉진되어 단락 전류, 개방 전압이 제한되어 변환 효율이 한계가 된다.
따라서, 상기 열확산법과 스크린 인쇄법을 조합한 방법을 이용해 수광면 확산층의 표면 농도를 저감함으로써 변환 효율을 개선하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 이 방법에 관한 발명은 미국특허 제6,180,869호 명세서에 공지되어 있다. 이 문헌에 의하면 확산층의 표면 농도가 1.0×1020㎝-2 정도 또는 이 이하에서도 낮은 오믹 콘택을 형성할 수 있다. 이는 전극 페이스트에 포함되는 은 충전제 주위에 도펀트를 포함하는 화합물을 첨가해 놓기 때문이다. 이에 의해 전극 소성 시 도펀트가 전극 바로 밑에 고농도층을 형성한다.
그러나, 이와 같이 전극 페이스트에 포함되는 은 충전제 주위에 도펀트를 포함하는 화합물을 첨가하는 방법에서는 안정적으로 콘택을 형성할 수 없기 때문에 필 팩터기 낮으며 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 전극 바로 밑에만 도펀트를 고농도로 포함하는 고농도 확산층(이미터층)을 형성하고 수광면의 다른 부분의 확산층 표면 농도를 내리는 것, 즉, 2단 이미터를 형성함으로써 변환 효율을 향상시키는 방법으로, 예를 들어 「광전변환장치 및 그 제조방법」이 일본 특개2004-273826호 공보에 공지되어 있다. 이 방법은 일본 특개평8-37318호 공보 및 일본 특개평8-191152호 공보에 공지되어 있는 매입형 전극 태양전지의 전극형성방법을 전해도금에서 스크린 인쇄법으로 변경한 것이다. 이에 의해 제조관리를 용이하게 하고 제조비용도 절감하는 것이 가능하다고 하고 있다.
그러나, 이와 같은 매입형 전극 태양전지의 제조방법에서는 확산 공정을 최 소한 2회 수행할 필요가 있어서 번거롭고 비용 증가를 초래한다.
또한, 별도의 2단 이미터를 형성함으로써 변환 효율을 향상시키는 방법으로는, 예를 들어, 「태양전지의 제조방법」(일본 특개2004-221149호 공보)가 공지되어 있다. 이 문헌에서는 잉크젯 방식으로 여러 종류의 도포제의 구분을 동시에 수행해 도펀트 농도와 도펀트 종류가 다른 영역을 간단한 공정으로 만드는 것을 제안하고 있다.
그러나, 이와 같은 잉크젯 방식에 의한 도펀트 도포를 이용한 태양전지 셀의 제작에 있어서는 도펀트로서 인산 등을 이용하는 경우 부식 대책이 필요하며 장치가 복잡하게 되고 관리도 번거로워진다. 또한, 도펀트 농도나 종류가 다른 도포제를 잉크젯으로 구분해 도포해도, 1회의 열처리로 확산시키면 오토 도핑에 의해 원하는 농도의 차이를 얻을 수 없게 된다.
또한, 전극 바로 밑에만 고농도 확산층을 형성하고 수광면의 다른 부분의 확산층 표면 농도를 낮춤으로써 변환 효율을 향상시키는 다른 방법으로는, 예를 들어「태양전지의 제조방법」(일본 특개2004-281569호 공보)가 공지되어 있다.
그러나, 이 방법에서는 일본 특개2004-281569호 공보의 명세서에 의하면 2회 열처리를 실시할 필요가 있어 간단하지 않다. 그래서 열처리를 1번 하면 오토 도핑에 의해 수광면의 전극 바로 밑 이외의 부분도 도펀트가 고농도가 되어 높은 변환 효율을 나타내지 않게 된다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 오믹 콘택을 얻으면서 수광면의 전극 이외의 부분에서의 표면 재결합 및 이미터 내의 재결합을 억제함으로써 광전 변환 효율을 향상시킨 태양전지를 간단하면 용이한 방법으로 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 태양전지의 제조방법, 태양전지 및 반도체장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제1 도전형의 반도체 기판에 pn 접합을 형성하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서, 적어도 상기 제1 도전형의 반도체 기판 상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 적어도 제1 도포제에 접하도록 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이와 같이, 제1 도전형의 반도체 기판상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 적어도 제1 도포제에 접하도록 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후 확산 열처리에 의해 제1 확산층과 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성한다. 이에 의해 지금까지 확산 마스크 형성 등 번잡했던 고농도 확산층과 저농도 확산층으로 이루어진 2단 이미터 형성이 매우 간단해 지고 결과적으로 제조 비용이 저감한다. 또한, 고농도층 영역이 되는 제1 확산층에서는 충분한 표면 농도가 유지되기 때문에, 용이하게 낮은 오믹 콘택을 형성할 수 있으며 도펀트 비산 방지제로 제1 도포제로부터의 도펀트의 아웃 디퓨젼이 방지되기 때문에 2단 이미터의 고농도 확산층 및 저농도 확산층의 표면 농도의 차이가 확실하게 형성되어 제조 수율을 높은 레벨로 유지하면서 고성능 태양전지를 제조할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 도포제로 오토 도핑 방지제를 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2 도포제로 오토 도핑 방지제를 포함하는 것을 이용하면 제1 도포제의 도펀트 비산 방지제와 서로 작용하여 제2 확산층으로의 오토 도핑이 더욱 방지되기 때문에 2단 이미터의 고농도 확산층 및 저농도 확산층의 표면의 농도의 차이가 확실하게 형성된다.
또한, 본 발명은, 제1 도전형의 반도체 기판에 pn 접합을 형성하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서, 적어도 상기 제1 도전형의 반도체 기판 상에 홈을 형성하고 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제를 전면에 도포한 후, 확산 열처리에 의해 상기 반도체 기판 상의 홈 하부에 형성되는 제1 확산층과 상기 홈 하부 이외의 부분에 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이와 같이, 제1 도전형의 반도체 기판 상에 홈을 형성하고 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제를 전면에 도포한 후, 확산 열처리에 의해 반도체 기판 상의 홈 하부에 형성되는 제1 확산층과 상기 홈 하부 이외의 부분에 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성한다. 이에 의해, 1회의 도포제 도포로 고농도 확산층과 저농도 확산층으로 이루어지는 2단 이미터 형성이 매우 간단하게 되고 결과적으로 제조 비용이 저감한다. 또한, 홈 하부에 형성되어 고농도층 영역이 되는 제1 확산층에서는 충분한 표면 농도가 유지되기 때문에 용이하게 낮은 오믹 콘택을 형성할 수 있으며 도펀트 비산 방지제에 의해 도펀트의 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑이 방지되기 때문에 2단 이미터의 고농도 확산층 및 저농도 확산층의 표면 농도의 차이가 확실하게 형성되어 제조 수율을 높은 레벨로 유지하면서 고성능 태양전지를 제조할 수 있다.
이 경우 상기 확산 열처리를 기상 확산 소스 분위기 하에서 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 확산 열처리를 기상 확산 소스 분위기 하에서 수행하면 저농도 확산층에서의 도펀트의 농도 면내 분포가 균일하게 되고 성능의 불균형이 없는 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 도펀트 비산 방지제 또는 오토 도핑 방지제로 규소화합물을 포함하는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 도펀트 비산 방지제 또는 오토 도핑 방지제로 규소화합물을 포함하는 것을 이용하면 도펀트의 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑을 효과적으로 방지할 수 있고, 이에 의해 2단 이미터에서 고농도 확산층과 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 매우 확실하게 형성할 수 있다. 또한, 규소화합물이면 불순물도 되지 않는다.
또한, 제1 도포제 및 제2 도포제로 적어도 도펀트 함유율, 점도, 도펀트 비산 방지제 및 오토 도핑 방지제의 함유량, 도펀트의 어느 한 종류 이상이 다른 것을 이용하는 것 및/또는 제1 도포제와 제2 도포제의 도포 시에 도포막의 두께를 다르게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1 도포제 및 제2 도포제로 적어도 도펀트 함유율, 점도, 도펀트 비산 방지제 및 오토 도핑 방지제의 함유량, 도펀트의 어느 종류라도 하나 이상이 다른 것을 이용하는 것 또는 제1 도포제와 제2 도포제의 도포시에 도포막 두께를 다르게 하는 것 또는 이들을 조합해서 수행함으로써 2단 이미터에서의 고농도 학산층과 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 매우 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 도포제의 도펀트 함유율을 제2 도포제의 도펀트 함유율의 4배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1 도포제의 도펀트 함유율을 제2 도포제의 도펀트 함유율의 4배이상으로 하면 2단 이미터의 고농도 확산층과 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 더욱 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 도펀트 비산 방지제에 포함되는 규소화하물을 SiO2로 하고 상기 오토 도핑 방지제에 포함되는 규소화합물을 규소산화합물 전구체로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 도펀트 비산 방지제에 포함되는 규소화합물을 SiO2, 특히 실리카겔로 하고 오토 도핑 방지제에 포함되는 규소화합물을 규소산화합물 전구체로 하면 도포제의 점도를 각각의 용도에 맞게 효과적으로 제어할 수 있으며 도펀트의 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑을 방지할 수 있고 이에 의해 2단 이미터의 고농도 확산층과 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 매우 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 규소화합물을 포함하는 제3 도포제를 제1 도포제 및/또는 제2 도포제의 상부를 덮도록 도포한 후 상기 확산 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 규소화합물을 포함하는 제3 도포제를 제1 도포제 및/또는 제2 도포제의 상부를 덮도록 도포하고, 그 후 상기 확산 열처리를 수행하면 더욱 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑을 방지할 수 있으며 이에 의해 2단 이미터의 고농도 확산층 및 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 1회의 열처리로 매우 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 확산 열처리로 형성한 확산층 표면을 에치백하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 확산 열처리로 형성한 확산층 표면을 에치백하면, 특히 저농도 확산층 표면 준위의 많은 영역을 깎기 때문에 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 확산 열처리로 형성한 확상층 표면을 산화하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 확산 열처리로 형성한 확산층 표면을 산화해도 나중의 글라스 에칭 공정 시에 표면 준위의 많은 영역을 깎기 때문에 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 확산층 및 제2 확산층을 상기 반도체 기판의 수광면 및 상기 수광면의 이면 중 적어도 한 쪽에 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 확산층 및 제2 확산층을 상기 반도체 기판의 수광면 및 이 수광면의 이면 중 적어도 한 쪽에 형성함으로써 종래 구조의 태양전지를 용이하게 제조할 수 있으며, 또한 이면 전체 또는 부분적으로 BSF층을 용이하게 형성하는 것거나 지금까지의 번잡한 공정을 거쳐 만들어진 정부전극을 한 면에 집약한 이면 콘택형 태양전지를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 어느 한 제조 방법에 의해 제조한 태양전지에 있어서, 상기 반도체 기판을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 상기 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층이 상기 반도체 기판의 수광면에 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
이와 같이, 반도체 기판을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 이 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층이 반도체 기판의 수광면에 형성된 것이면 종래와 같은 구조를 가지면서도 저비용으로 제조 수율이 높은 2단 이미터를 갖는 고성능 태양전지가 된다.
이 경우, 적어도 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층이 상기 수광면 이면에 더 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 적어도 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층이 상기 수광면 이면에 형성된 것이면 이면 전체 또는 부분적으로 BSF층이 형성된 태양전지가 된다.
또한, 본 발명은, 상기의 어느 한 제조 방법에 의해 제조한 태양전지에 있어서, 상기 반도체 기판을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 상기 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 반대 도전형의 제2 확산층과 제1 도전형과 동일한 도전형 확산층이 상기 반도체 기판의 수광면 이면에 형성된 것임을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
이와 같이, 반도체 기판이 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 이 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 반대 도전형의 제2 확산층과 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층이 상기 반도체 기판의 수광면 이면에 형성된 것이면 저비용으로 제조 수율이 높은 고성능 이면 콘택형 태양전지가 된다.
또한, 본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 적어도 제1 도전형의 반도체 기판상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확상층과는 도전율이 다른 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.
이와 같이, 제1 도전형의 반도체 기판상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확상층과는 도전율이 다른 제2 확산층을 동시에 형성하면 도펀트의 아웃 디퓨젼을 방지할 수 있고 도펀트의 표면 농도가 다른 확산층을 면내에 갖는 반도체 장치를 저비용이며 제조 수율이 높게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 기판상에 도포하여 상기 반도체 기판에 열확산에 의해 도펀트를 도핑하기 위한 도포제에 있어서, 적어도 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 도포제를 제공한다.
이와 같이, 적어도 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 도포제이면 이것을 반도체 기판에 도포해 도펀트의 열확산을 수행할 때, 도펀트의 아웃 디퓨젼을 방지할 수 있는 도포제가 된다.
이 경우, 상기 도펀트 비산 방지제가 규소화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 도펀트 비산 방지제가 규소화합물을 포함하는 것이면 도펀트 아웃 디퓨젼을 효과적으로 방지할 수 있고 실리콘 웨이퍼에 대해 불순물이 되지 않는 도포제가 된다.
또한, 규소화합물이 SiO2인 것이 바람직하다.
이와 같이, 규소화합물이 SiO2 특히 실리카겔이면 도포제의 점도가 효과적으로 제어됨과 동시에 도펀트 아웃 디퓨젼을 효과적으로 방지할 수 있는 도포제가 된다.
또한, 상기 도포제는 증점제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 도포제가 증점제를 더 포함하는 것이면 점도가 효과적으로 제어된 도포제가 된다. 이 증점제로는, 예를 들어 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부틸알, 폴리초산비닐 및 이들의 공중합체 또는 셀룰로오스유도체 또는 폴리아크릴레이트가 바람직하다.
또한, 상기 도포제는 스크린 인쇄용 도포제인 것이 바람직하다.
이와 같이, 도포제가 스크린 인쇄용 도포제이면 스크린 인쇄기에서 용이하게 도포할 수 있고 도펀트의 열확산을 용이하게 수행할 수 있는 도포제가 된다.
본 발명의 태양전지 제조방법에 의하면 지금까지 확산 마스크 형성 등 번잡했던 고농도 확산층과 저농도 확산층으로 이루어지는 2단 이미터의 형성이 매우 간단하게 되며 결과적으로 제조비용이 저감한다. 또한, 고농도층 영역이 되는 제1 확산층에서는 충분한 표면 농도가 유지되기 때문에 용이하게 낮은 오믹 콘택을 형성할 수 있으며 도펀트 비산 방지제로 도펀트의 아웃 디퓨젼이 방지되기 때문에 2단 이미터의 고농도 확산층 및 저농도 확산층의 표면 농도의 차이가 확실하게 형성되어 제조 수율을 높은 레벨로 유지하면서 고성능 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지는 저비용으로 제조 수율이 높은 이면 콘택형 또는 2단 이미터를 갖는 고성능 태양전지가 된다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조방법에 의하면 도펀트의 이면 농도가 다른 확산층을 면내에 갖는 반도체 장치를 저비용으로 제조 수율이 높게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 도포제이면 이것을 반도체 기판에 도포해 도펀트의 열확산을 수행할 때, 도펀트의 아웃 디퓨젼을 방지할 수 있는 도포제가 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 실시 형태에 대한 일례의 단면 구조를 도시한다.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 태양전지 제조 방법의 실시 형태에 대한 일례를 도시한 흐름도이며, 도 2의 (b)는 마스크를 이용해 2단 이미터를 형성하는 종래의 태양전지 제조 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 (a)에 도시된 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 단결정 태양전지의 반사 방지 구조(램덤 텍스쳐)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 제조 방법의 다른 실시 형태를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지에 제조 방법의 또 다른 실시 형태에 관한 확산 열처리 공정시의 확산층 형성방법에 대해 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 태양전지의 실시 형태의 다른 일례인 이면 콘택형 태양전지의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 8의 (a)는 이면 콘택형 태양전지 모듈의 이면에서 본 전극 및 결선의 상태를 도시한 것이며, 도 8의 (b)는 이면 콘택형 태양전지 모듈의 측면에서 본 결선 상태를 도시한 것이며, 도 8의 (c)는 일반적인 태양전지 모듈의 측면에서 본 결선 상태를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 태양전지 실시 형태에 대한 또 다른 일례의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 10은 실시예 1과 실시예 3의 외부양자효과 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 또 다른 실시 형태를 설명하기 위한 설명도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 실시 형태에 대한 일례의 단면 구조를 도시한다.
이 태양전지(100)는 반도체 기판(1)이 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층인 고농도 이미터층(2) 및 고농도 이미터층(2)보다 도전율이 낮은 제2 확산층인 저농도 이미터층(3)이 반도체 기판의 수광면(1a)에 형성된 것으로, 바람직하게는 적어도 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층인 BSF층(5)이 수광면 이면(1b)에 형성된 것이다.
이하, 도 1에 나타낸 태양전지의 제조 흐름을 설명한다. 도 2의 (a)는 본 발명에 따른 태양전지 제조방법의 실시 형태에 대한 일례를 도시한 흐름도이고, 도 2의 (b)는 마스크를 이용해 2단 이미터를 형성하는 종래의 태양전지 제조방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 3은 도 2의 (a)에 도시된 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 설명도이다.
우선, 제1 도전형의 반도체 기판(1)을 준비한다. 반도체 기판(1)의 특성은 특별히 한정되지 않으나 예를 들어 결정면방위(100), 15㎝의 각 250㎛의 두께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 2Ω·㎝(도펀트 농도 7.2×1015㎝-3), 갈륨 도핑, 제1 도전형이 p형 단결정 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 이것을 예를 들어 40중량% 수산화나트륨 수용액에 담그고 손상층을 에칭으로 제거한다. 기판(1)은 CZ법 및 플로트존(FZ)법 중 어느 하나의 방법에 의해 제작되어도 좋다. 기판 비저항은 예를 들어 0.1 ~ 20Ω·㎝가 바람직하고, 특히 0.5 ~ 2.0Ω·㎝인 것이 고성능 태양전지를 만드는데 적합하다. 또한, 상기에서는 기판(1)의 손상 제거를 위해 수산화나트륨 수용액을 이용했으나 수산화칼륨 등의 강알카리성 수용액을 이용하여도 좋다. 또한, 불질산 등의 산성 수용액으로도 같은 목적을 달성할 수 있다.
태양전지는 통상적으로 표면에 요철형상을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가시광선 영역의 반사율을 저감시키기 위해 가능한 한 2회 이상의 반사를 수광면에서 수행하게 할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 손상 에칭을 수행한 기판을, 예를 들어 3중량% 수산화나트륨에 이소프로필알콜을 첨가한 수용액에 담그고 습식 에칭함으로써 양면에 도 4에 도시한 것과 같은 랜덤 텍스쳐를 형성한다. 이들 하나 하나의 돌출 부분의 크기는 1 ~ 20㎛정도이다. 다른 대표적인 표면 요철 구조로는 V홈, U홈을 들 수 있다. 이들은 연삭기를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 랜덤한 요철 구조를 만들기 위해서 산성 에칭이나 리엑티브 이온 에칭 등을 대체 방법으로 이용할 수 있다. 한편, 도 1에서는 기판의 양면(수광면(1a), 이면 (1b))에 형성한 텍스쳐 구조는 미세하므로 도면 중의 기재를 생략하였다.
이어서, 기판을 세정한 후, 기판의 수광면(1a)에 제1 도포제로 인산 등의 도펀트 및 이 도펀트의 비산 방지제를 함유한 확산 페이스트(8)를 스크린 인쇄장치로 인쇄하고 도포한다. 이 때, 확산 페이스트(8)가 스크린 인쇄용이면 스크린 인쇄장치에서 용이하게 도포할 수 있다. 또한, 이와 같이 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 확산 페이스트이면 이것을 반도체 기판에 도포해 도펀트의 열확산을 수행할 때 도펀트의 아웃 디퓨젼을 방지할 수 있는 것이 된다. 이때의 인쇄는 스트라이프형의 라인 패턴이나 도트 패턴으로 할 수 있으며, 예를 들어 라인 패턴의 경우의 인쇄 패턴은 2㎜ 피치, 150㎛ 폭의 라인으로 할 수 있다. 도펀트 비산 방지제는 규소화합물을 포함하는 것으로 할 수 있고, 특히 바람직하게는 규소화합물을 SiO2로 하고, 예를 들어 실리카겔로 배합하면 확산 페이스트의 점도를 고농도 확산층 형성을 위해 효과적으로 제어할 수 있다. 즉, 고점도이기 때문에 도펀트를 고농도로 유지할 수 있고, 아웃 디퓨젼을 확실하게 방지할 수 있다.
그리고, 이와 같이 확산 페이스트(8)를 인쇄한 기판을 700℃에서 30분간 베이킹한 후 제2 도포제로 오산화이인 등의 도펀트 및 오토 도핑 방지제로 바람직하게는 알콕시실란 등의 규소화합물 전구체를 시작으로 하는 규소화합물을 함유한 도포제(9)를 확산 페이스트(8)과 접하도록 동일면 상에 도포한다. 이와 같은 도포는, 예를 들어 3000rpm, 15초의 조건에서 스핀 도포하는 것으로 수행할 수 있으나 스크린 인쇄로 수행해도 된다. 그 후, 이와 같이 제작한 샘플 기판을 열처리로에 넣어 880℃에서 30분간 유지해 수행한 후 꺼낸다. 이에 의해 제1 확산층(2)(고농도 확산층 또는 저농도 이미터층이라고도 함)과 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층(3)(저농도 확산층 또는 저농도 이미터층이라고도 함)을 동시에 형성할 수 있으며 pn 접합이 형성된다. 저농도 이미터층인 확산 페이스트 인쇄부 이외의 부분, 즉, 도포제(9)만이 도포된 부분의 시트 저항은 80에서 110Ω/□로 할 수 있다. 또한, 확산 페이스트(8)를 인쇄한 부분의 도펀트 표면 농노는 2 × 1020㎝- 2정도로 할 수 있다.
상기에 있어서는 제1 도포제는 스크린 인쇄로 도포되는 고점도 페이스트이며 고농도 도펀트를 포함할 수 있고 도포 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에 고농도 확산층을 형성할 수 있다. 더욱이 이때 도펀트 비산 방지제가 배합되어 있기 때문에 보다 고점도로 할 수 있고 아웃 디퓨젼도 방지할 수 있다. 한편, 제2 도포제는 스핀 코팅으로 도포된 저점도이며 도포 두께는 얇아진다. 따라서 저농도 확산층을 형성할 수 있다. 이 때, 오토 도핑 방지제가 배합되어 있으면 표면에 막이 형성되어 오토 도핑이 방지된다.
다음으로, 플라즈마 에쳐를 이용하여 접합 분리를 수행한다. 이 프로세스에서는 플라즈마나 라디칼이 수광면(1a)이나 이면(1b)에 침입하지 않도록 여러 장의 샘플 기판을 적층하고 이 상태에서 기판 단면을 수 ㎛만큼 깎는다.
이어서, 표면에 형성된 인글라스를 불산으로 에칭한 후, 13.56MHz의 주파수를 갖는 다이렉트 플라즈마 CVD 장치를 이용해 이미터층 상에 표면 보호막(패시베이션막) 겸 반사방지막(4)으로 예를 들어 질화막을 퇴적한다. 이 패시베이션막 겸 반사방지막(4)은 반사방지막도 겸하고 있으므로 막 두께로는 70㎚ 내지 100㎚가 적합하다. 다른 반사방지막으로 산화막, 이산화티탄막, 산화아연막, 산화주석막 등이 있으며 대체가 가능하다. 또한, 형성 방법도 상기 이외에 리모트 플라즈마 CVD법, 코팅법, 진공증착법 등이 있으나 경제적인 관점에서 상기와 같이 질화막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하는 것이 적당하다. 나아가, 상기 반사방지막 상에 토탈 반사율이 가장 작아지는 조건, 예를 들어 이불화마그네슘막과 같이 굴절률이 1 에서 2 사이의 막을 형성하면 반사율이 더욱 저감하며 생성전류밀도가 높아진다.
다음으로, 스크린 인쇄장치 등을 이용하여 이면(1b)에 예를 들어 알루미늄으로 된 페이스트를 도포하고 건조시킨다. 나아가, 수광면(1a) 측에도 스크린 인쇄장치등을 이용하여 빗살형 전극 패턴 인쇄판을 이용하여 예를 들어 폭 80㎛의 Ag 전극을 인쇄하고 건조시킨다. 이때, 얼라이먼트 기구를 이용해 확산 페이스트를 스트라이프형으로 인쇄한 부분에 빗살형 전극이 겹치도록 인쇄한다. 얼라이먼트 방법으로는 고농도 확산층의 색에서 직접 전극위치를 결정하는 방법과 미리 기판에 마킹해 두고 이것을 표식으로 확산 페이스트, 전극을 인쇄하는 방법이 있다.
그 후, 소정의 열 프로파일로 소성을 수행해 이면전극(6) 및 표면 빗살형 전극(7)을 형성한다. 이들 전극 형성은 진공증착법, 스퍼터링법 등 상기 인쇄법에만 한정하지 않고도 가능하다. 이와 같이 해서 도 1에 도시한 태양전지가 제조된다.
한편, 마스크를 이용하여 2단 이미터를 형성하는 종래의 태양전지의 제조 흐름을 도 2의 (b)를 이용해 설명한다.
우선, 본 발명의 제1 실시 형태와 같이 예를 들어 15㎝ 각의 애즈 슬라이스의 갈륨 도핑 p형 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 준비해 손상 에칭, 랜덤텍스쳐 형성을 수행한다.
기판을 세정한 후, 산화에 의해 표면에 확산 마스크가 되는 산화막을 형성한다. 이 산화막의 두께는 확산 마스크로는 적어도 100㎚는 필요하다.
이어서, 고농도 확산층을 라인형으로 2㎜피치로 형성하기 위해 확산 마스크를 라인형으로 개구할 필요가 있다. 방법으로는 레지스트 인쇄에 의해 개구하고 싶지 않은 부분을 덮고 개구하고 싶은 부분을 불산으로 에칭하는 방법이 있다. 본 예에서는 다이싱쏘를 이용하여 산화막을 라인형으로 깎아내 개구를 수행한다. 이때 일부 반도체 기판을 산화막과 함께 깎아 내지만 콘택 근방이기 때문에 특성에 영향을 미치지 않는다.
마스크 부분의 개구 후, 세정을 수행하고 확산 부분의 시트 저항이 예를 들어 40Ω/□ 이하가 되도록 POCl3 기상 확산을 수행하고 고농도 확산층(예를 들어, n++층)을 형성한다. 이어서, 마스트 에칭을 수행하고 다음으로 수광면 전체에 확산 부분의 시트저항이 100Ω/□이 되도록 POCl3 기상 확산을 수행하고 저농도 확산층(예를 들어 n+층)을 형성한다. 이렇게 해서 2단 이미터를 형성한다.
다음 공정인 접합 분리 및 그 후의 공정은, 도 2(a)에 도시한 것과 같이 상기 제1 실시 형태의 공정과 동일하게 수행할 수 있다.
상기 종래 예에 의한 2단 이미터를 갖는 태양전지의 제조방법은 매우 일반적인 방법이지만, 도 2의 (a), (b)를 비교하면 프로세스의 단계 수가 압도적으로 적은 도 2의 (a)와 같은 본 발명의 제조방법이 제조비용이 대폭 줄어 우수하다고 말할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의하여 태양전지 시장에서 경쟁력이 강한 제품을 생산하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 반도체 장치의 하나인 태양전지에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 태양전지만을 한정하는 것이 아니라 면 내에 표면 농도가 다른 확산층을 갖는 다른 반도체 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
즉, 제1 도전형 반도체 기판상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과는 도전율이 다른 제2 확산층를 동시에 형성하는 반도체 장치의 제조방법이면 도펀트의 아웃 디퓨젼을 방지할 수 있고 도펀트 표면 농도가 다른 확산층을 면 내에 갖는 반도체 장치를 저비용이며 제조 수율이 높게 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제조방법의 고농도 확산층과 저농도 확산층을 형성시키는 상세한 방법에 대해 더 설명한다. 즉, 도포 확산법으로 동일면 내에 2종류의 농도 확산층을 형성하기 위해서 제1 도포제 및 제2 도포제로 적어도 도펀트의 함유율, 점도, 도펀트 비산 방지제 및 오토 도핑 방지제의 함유량, 도펀트의 어느 한 종류 이상이 다른 것을 이용하는 것 및/또는 제1 도포제와 제2 도포제의 도포시에 도포막 두께를 다르게 하는 방법이 있다. 또한, 도 11에 되시된 바와 같이 반도체 기판 상에 홈(16)을 형성하고 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제를 전면에 도포한 후, 확산 열처리로 상기 반도체 기판 상의 홈 하부에 형성되는 제1 확산층과 상기 홈 하부 이외의 부분에 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 방법도 있다. 이와 같이, 농도나 점도가 다른 도포제를 이용하는 방법 및 도포제의 도포막 두께를 바꾸거나 홈을 형성하는 방법으로 확산 농도를 변경할 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
같은 종류의 도펀트를 포함하는 도포제를 이용해 1회의 확산 열처리로 도 1에 도시된 것과 같은 동일면 내에 고농도 및 저농도 확산층을 동시에 형성하기 위해서는 연구가 필요하다. 이것은 동일한 확산계수를 갖는 도펀트에 대해 동일한 온도로 동시에 열처리를 하면 도펀트의 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑이 발생하기 때문에 표면 농도에 농담의 차이가 생기지 않기 때문이다. 이에 대해, 본 발명에서는 상기와 같이 적어도 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제를 이용해 1회의 확산 열처리로 고농도 및 저농도 확산층의 동시 형성을 실현하고 있다.
또한, 본 발명의 방법을 보다 효과적으로 실현하기 위해 기판 표면상에 도포하는 각 도포제의 도펀트 양을 바꾸는 방법이 있다. 도포제 중의 도펀트 양을 변화시키기 위해서는 단순히 도포제에 포함되는 도펀트 함유율을 직접 바꾸던지 아니면 도포막 두께를 바꾸면 된다. 도펀트 함유율을 바꾸는 경우는 제1 도포제의 도펀트 함유율을 제2 도포제의 도펀트 함유율의 4배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
점도가 높은 도포제를 사용한다면 스크린제판의 메시의 조밀 정도를 바꾸어 도포막 두께를 변화시키는 것이 가능하다. 이 경우 점도를 조정하기 위해서는 예를 들어 도포제의 메틸셀루솔브의 함유량을 변화시키면 된다. 한편, 홈을 형성하는 방법은 구조적으로 막의 두께를 변화시키게 된다.
도포막 두께를 크게 변화시키는 방법으로는 도포제의 점도를 바꾸는 방법이 있으나 도포제의 점도를 크게 바꾸는 방법으로 도포제 함유물을 변경하는 방법이 있다. 예를 들어, 메틸셀루솔브에 도포제 바인더로 증점제를 점가하면 점도 높아지기 때문에 바람직하다. 이 증점제로는, 예를 들어 폴리비닐알콜, 폴리비닐필로 리돈, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부틸알, 폴리초산비닐 및 이들의 공중합체 또는 셀룰로오스유도체 또는 폴리아크릴레이트가 바람직하지만, 특별히 한정되지 않는다. 이 경우, 도포제의 점도를 제어하며 도펀트의 아웃 디퓨젼을 억제하기 위해서 SiO2의 입자, 예를 들어 실리카겔을 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 하면 도포막 두께를 두껍게 할 수 있고 고농도 확산층을 형성하는 도포제로 적합한 것이 된다. 또한, 확산 열처리 시는 이 바인더는 불필요하기 때문에 400℃ 이상에서 베이킹하여 대기중에 날릴 필요가 있다.
한편, 극단적으로 점도를 낮춰 도펀트의 오토 도핑을 컨트롤하기 위해서는 알콕시화물류에 도펀트를 혼입시키는 것이 바람직하고 라이프타임 킬러의 혼입을 피하기 위해서는 규소화합물 전구체인 규소를 포함하는 알콕시화물류에 도펀트를 혼입시키는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 저농도 학산층을 형성하는 도포제로 접합한 것이 된다. 이 경우, 150℃ 정도의 열을 가하면 알콕시화물이 가수분해해 부분 축합하기 때문에 SiO2, 즉 글라스가 생성되어 도펀트의 오토 도핑을 저지하는 역할을 한다. 이와 같은 도포제는 두껍게 형성할 수 없고 번지기 쉽기 때문에 제1 도포제로는 접합하지 않다.
이 외에 도포제로부터의 도펀트 아웃 디퓨젼 및 오토 도핑을 억제하는 도펀트 비산 방지제, 오토 도핑 방지제의 함유량을 변화시켜도 점도 등이 변하기 때문에 확산층의 점도 차이를 동일면 내, 동일 열처리 하에서 생산하는 것이 가능하다.
지금까지 같은 종류의 도펀트를 이용해 농도의 차이를 발견하는 방법에 대해 설명했지만 다른 방법으로는 확산계수가 다른 원소를 도펀트로 이용하면 동일 온도의 열처리라도 확실하게 농도의 차이를 낼 수 있다. 예를 들어, 900℃ 근방에서의 인의 확산계수는 안티몬 확산계수보다 2자리수 높다. 어느 쪽도 n형 도펀트이며 p형 기판에 대해 도너가 되기 때문에 도펀트가 인인 도포제와 안티몬인 도포제를 준비함으로써 2단 이미터를 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 상기에서 실리카겔 등의 규소화합물을 포함하는 제3 도포제를 제1 도포제 및/또는 제2 도포제의 상부를 덮도록 도포한 후 상기 확산 열처리를 수행하면 더욱 아웃 디퓨젼이나 오토 도핑을 방지할 수 있고 이에 의해 2단 이미터에서의 고농도 확산층과 저농도 확산층의 표면 농도의 차이를 매우 확실하게 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법의 다른 실시 형태를 설명하기 위한 설명도를 도시한다.
도 5의 (a)에 도시된 처리 A에서는 도 2의 (a)의 제조 흐름에서의 확산 열처리에 더해 확산 열처리 후 암모니아·과산화수소 혼합액에 담그고, 표층의 이미터층의 계면 준위 밀도가 높다고 생각되는 부분, 즉 두께로 수 ㎚ 정도의 부분을 에칭(에치백)한다. 그 후의 반사방지막 형성 공정 이후는 도 2의 (a)와 동일한 처리를 수행함으로써 특히 저농도 확산층의 표면 준위를 줄이고 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 암모니아·과산화수소수 혼합액을 이용하는 경우에 한정하지 않고, 불질산과 약알카리에 의해 표층을 에칭하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 5 (b)에 도시된 처리 B에서는 도 2의 (a)의 제조 흐름에서의 확산 열처리에 이어서 온도는 내리지 않고 드라이 산소만을 공급해 노 내에서 10분간 유지한다. 이에 의해 가장 바깥 표면의 계면 준위 밀도가 높은 영역이 산화되며 접합 분리 후 희불 에 의한 글라스 에칭으로 용이하게 에칭할 수 있게 된다. 이 경우도, 그 후의 반사방지막 형성 공정 이후는 도 2의 (a)와 동일한 처리를 수행함으로써 특히 저농도 확산층의 표면준위를 줄이고 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6에 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법의 도 다른 실시 형태에 관한 확산 열처리 공정 시의 확산층 형성 방법에 대해 설명하기 위한 설명도를 도시한다.
도 6의 실시 형태에 있어서는 확산 열처리를 기상 확산 소스 분위기 하에서 수행한다.
상술한 바와 같이 예를 들어 확산 페이스트에 실리카겔 등을 함유시키면 도펀트의 아웃 디퓨젼을 억제할 수 있지만 실제로는 100% 억제하는 것을 불가능하다. 그 결과, 아웃 디퓨젼한 도펀트를 재확산하기 때문에 면내에서 확산층의 농도 분포가 생긴다. 이것은 개체차 측 성능의 불균형을 만들기 때문에 최대한 줄일 필요가 있다. 여기서, 어느 정도 재확산시키면서 태양전지를 제작하는 것을 전제로 한다면 확산 열처리 시에 도펀트가 충분히 충만한 기상 확산 소스 분위기 하에서 샘플을 배치하면 확산층의 농도 면내 분포를 균일하게 할 수 있다. 이렇게 함으로써 성능의 불균형이 적은 태양전지를 제조할 수 있다.
도 7에 본 발명 태양전지의 실시 형태의 다른 일례인 이면 콘택형 태양전지 의 단면 구조를 도시한다.
이 이면 콘택형 태양전지(101)는 반도체 기판(1)을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층인 고농도 이미터층(2) 및 고농도 이미터층(2)보다 도전율이 낮은 반대 도전형의 제2 확산층인 저농도 이미터층(3)과 제1 도전형과 동일 도전형의 확산층인 로컬 BSF층(10)이 상기 반도체 기판 수광면의 이면에 형성된 것을 특징으로 한다.
이면 콘택형 태양전지는 수광면에 전극을 가지지 않기 때문에 외관이 매우 좋은 것이 특징이다. 또한, 태양전지를 모듈로 하는 경우에는 통상적이라면 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이 인접한 태양전지의 수광면과 이면 전극의 두께 100~200㎛의 탭선(13)으로 결선하기 때문에 태양전지의 깨짐을 유발하는 결점이 있다. 하지만, 이면 콘택형 태양전지에서는 도 8의 (a), (b)에 나타낸 것과 같이 결선하면 되기 때문에 깨짐을 극단으로 줄일 수 있다는 특징도 있다.
이러한 이점이 많은 태양전지 구조이지만 동일한 면내에서 고농도의 p형 확산층 및 고농도 n형 확산층이라는 반대 도전형 고농도 확산층을 형성해야 하기 때문에 프로세스가 매우 복잡했었다.
하지만, 이하에서 설명하는 방법에 의하면 확산 마스크를 전혀 필요로 하지 않고 동일면 내에 3종류 또는 그 이상의 기판 도전형과 동일한 도전형 또는 반대 도전형의 확산층을 형성할 수 있다. 기본 프로세스 단계도 상술한 대로 종래 제작방법과 거의 동일하기 때문에 간단하게 제작이 가능하다.
이하, 본 발명에 관한 태양전지의 제조방법의 다른 실시 형태에 대해 설명한 다.
우선, 반도체 기판(1)으로 예를 들어 결정면방위(100), 15㎝의 각 200㎛의 두께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 0.5Ω·㎝(도펀트 농도 1.0 ×1016㎝-3), 인 도핑으로 도전형이 n형인 단결정 실리콘 기판을 준비하여 도 2의 (a)와 같은 방법을 이용해 양면 합계가 30㎛ 정도로 손상 에칭을 수행하고 나아가 표면에 반사방지 구조인 텍스쳐 형성을 수행한다.
이어서, 기판을 세정한 후, 기판(1)과는 반대 도전형의 고농도 이미터층(2)을 만들기 위하여, 예를 들어 산화보론을 100㎖ 중 15g이라고 상기한 것과 같은 도펀트 비산 방지제(실리카겔)를 포함한 확산 페이스트를 스크린 인쇄장치로 인쇄한다. 이때, 인쇄 패턴은 2㎜ 피치, 200㎛ 폭의 라인으로 할 수 있다. 또한, 기판(1)과는 반대 도전형의 저농도 이미터층(3)을 만들기 위하여, 예를 들어 100㎖ 중 4g의 산화보론이라고 상기한 것과 같은 오토 도핑 방지제(규소산화물 전구체)를 포함한 확산 페이스트를 인쇄한다. 이 인쇄 패턴은 동일한 2㎜ 피치, 1600㎛ 폭의 라인으로 할 수 있으며 최초의 인쇄 패턴과 중심이 겹치도록 인쇄한다. 또한, 기판(1)과 동일한 도전형 로컬 BSF층(10)을 만들기 위하여, 예를 들어 도 2의 (a)의 설명에서 이용한 것과 동일한 인산을 포함한 확산 페이스트를 상기 보론 확산 페이스트가 인쇄되어 있지 않은 영역에 인쇄한다. 이 인쇄 패턴은 2㎜ 피치, 200㎛ 폭 라인으로 할 수 있다.
인쇄 후, 700℃에서 30분간 베이킹한 후, 예를 들어 실리카겔을 함유한 도포 제를 동일면 상에 3000rpm, 15초의 조건으로 스핀 도포하고 이 상태에서 이 샘플 기판을 열처리로에 넣고 확산 열처리를 수행한다. 이 확산 열처리는 1000℃에서 20분간 유지하는 조건으로 수행할 수 있다. 다음으로, 도 2의 (a)에 도시된 공정과 같이 플라즈마 에쳐를 이용해 접합 분리를 수행한 후 표면에 형성된 인 및 보론글라스를 불산으로 에칭한다.
그 후, 예를 들어 다이렉트 플라즈마 CVD 장치를 이용해 수광면에 질화막 등의 패시베이션막 겸 반사방지막(4)을, 예를 들어 두께 85㎚으로 퇴적한다. 또한, 이면에는 동일한 다이렉트 플라즈마 CVD장치를 이용해 표면보호를 목적으로 질화막 등의 이면 패시베이션막(11)을 예를 들어 두께 55㎚으로 퇴적한다. 이면 질화막의 두께를 70㎚ 내지 110㎚로 퇴적하면 양면 수광셀로 이용 가능하다.
다음으로, 얼라이먼트기구를 갖춘 스크린 인쇄장치를 이용해 보론 및 인 고농도 확산층에 맞춰 도 8의 (a)에 도시된 바과 같이 빗살형 전극 패턴을 Ag로 된 전극 페이스트를 이용해 인쇄한다.
그리고, 전극 페이스트를 건조한 후 소정의 열 프로파일로 소성을 수행하고 이면 빗살형 전극(12)을 형성하고 이면 콘택형 태양전지(101)를 완성시킨다.
이와 같이 제작된 이면 콘택형 태양전지는 종래의 방법에 의해 제작된 것과 구조는 변하지 않고 성능에 관해서도 차이가 없다. 따라서, 본 제조방법을 이용해 태양전지를 제작하면 외관이 매우 좋고 깨짐이 극단으로 적은 이면 콘택형 태양전지를 확산 마스크를 전혀 필요로 하지 않으면서 간단하게 제작 가능하다는 장점을 얻을 수 있다.
도 9에 본 발명 태양전지의 실시 형태의 또 다른 일례의 단면 구조를 도시한다.
일반적으로 스크린 인쇄기술에 의한 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 Al에 의한 BSF층(5)에 이면 전체가 덮여진 구조로 되어 있다. 이 BSF층 면적을 작게 하고 이면의 남은 영역을 고품질인 패시베이션막으로 덮으면 개방 전압이 높아지고 그 결과 출력이 증대하는 것이 알려져 있다.
도 9에 도시된 태양전지는 이와 같이 BSF층 면적을 작게 한 것이며 도 9의 (a)에 도시된 실시 형태(이하, 샘플 (A)라고 함)는 기판(1)과 동일한 도전형의 로컬 BSF층(10)을 이면 빗살형 전극(12)과의 콘택 바로 밑의 근방에만 형성하고 도 9의 (b)에 나타낸 실시 형태(이하, 샘플 (B)라고 함)는 기판(1)과 동일한 도전형의 고농도 BSF층(14)을 이면 빗살형 전극(12)과의 콘택 바로 밑 근방에만 형성하고 나아가 기판(1)과 동일한 도전형의 저농도 BSF층(15)을 이면 전면에 형성하는 것이다.
종래의 제조방법에서는, 상술한 것과 같이 면 내의 어느 부분에 확산층을 형성하기 위해서는 확산 마스크를 필요로 했지만 본 발명의 제조 방법이면 이것을 필요로 하지 않으며 간단히 원하는 구조를 만들 수 있다.
이하, 도 9에 나타낸 태양전지를 제조하는 경우에 있어서 본 발명에 관한 태양전지 제작방법의 실시 형태에 대해 설명한다.
우선, 반도체 기판(1)으로 예를 들어 결정면방위(100), 15㎝의 각 250㎛ 두 께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 0.5Ω·㎝(도펀트 농도 3.26×1016㎝-3), 갈륨 도핑으로 도전형이 p형인 단결정 실리콘 기판을 준비하고 도 2의 (a)에 도시된 공정과 같은 방법을 이용해 양면 합계가 30㎛ 정도로 손상 에칭을 수행하고 나아가 도 2(a)에 나타낸 공정과 같은 방법을 이용해 표면에 반사방지구조인 텍스쳐 형성을 수행한다.
이어서, 기판을 세정한 후, 수광면 측에 2단 이미터를 만들기 위하여 도 2의 (a)에서 설명한 것과 같은 조건에서 고농도 확산층을 만드는 영역에는 확산 페이스트를 인쇄하고 그 외 영역에는 도포제를 도포한다.
다음으로, 이면 쪽에 0.1g/㎖ 비율로 기판(1)과 동일한 도전형 도펀트인 산화보론과 실리카겔 등의 도펀트 비산 방지제를 포함한 페이스트를, 예를 들어 2㎜ 피치, 200㎛ 폭의 라인 패턴으로 인쇄한다. 여기까지의 프로세스를 거친 샘플 중 그대로 700℃에서 30분간 베이킹한 후 이면 상에 알콕시실란을 포함하는 도포제를 3000rpm, 15초의 조건에서 스핀 도포한 것을 샘플 (A)라 한다. 한편, 상기 프로세서를 거친 샘플 중 계속해서 산화보론과 실리카 등의 오토 도핑 방지제를 포함하는 페이스트를 전면 인쇄하고 700℃에서 30분간 베이킹한 것을 샘플 (B)라 한다.
계속해서, 이들 샘플을 열처리로에 넣어 980℃에서 10분간 유지한 후 꺼낸다.
다음으로 도 2의 (a)에 도시된 공정과 같이 플라즈마 에쳐를 이용해 접합 분리를 수행한 후 표면에 형성된 인 및 보론글라스를 불산으로 에칭한다.
그 후, 다이렉트 플라즈마 CVD장치를 이용해 양면에 질화막 등이 패시베이션막 겸 반사방지막(4)을 예를 들어 두께 85㎚으로 퇴적한다.
다음으로, 얼라이먼트기구를 갖춘 스크린 인쇄장치를 이용해 양면의 고농도 산화층에 맞춰 빗살형 전극 패턴을 Ag로 이루어지는 전극 페이스트를 이용해 인쇄한다. 전극 페이스트를 건조한 후, 소정의 열 프로파일로 소성을 수행해 도 9에 도시된 것과 같은 태양전지를 제작한다.
본 실시 형태에서는 BSF 영역을 전면에서 콘택 바로 밑의 근방에만 제한함으로써 도 1에 도시된 태양전지와 비교해 개방전압이 대폭 향상한다. 또한, 단락 전류는 이면 근방에서의 광흡수가 줄기 때문에 증가한다. 또한, 이면에 그리드전극을 이용함으로써 기판의 휘어짐이 감소한다. 이것은 박막화가 용이하게 된 것을 의미한다.
상기 실시 형태에서는 샘플 (B)의 저농도 BSF층을 확산 페이스트의 도펀트 양을 조절해서 형성했지만 도펀트를 넣지 않고 실리카겔 등의 함유량을 줄여서 고농도 BSF층 형성을 위한 확산 페이스트에서 아웃 디퓨젼한 도펀트가 재확산해 샘플(B)와 같은 구조를 형성하는 것도 가능하다.
또한, 질화막 등의 반사방지막 겸 패시베이션막을 퇴적하기 전에 산화에 의해 5 ~ 30㎚의 막 두께의 산화막을 붙히면 더욱 개방 압력이 향상하고 발전 효율이 높아진다.
이하에 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더 구체적으로 설명하지만 본 발 명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1, 비교예 1)
실시예 1로 도 2의 (a)의 공정에 따라 CZ법으로 제작된 결정면방위(100), 15㎝의 각 250㎛의 두께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 2Ω·㎝(도펀트농도 7.0×1015㎝-3), 갈륨 도핑, 제1 도전형이 p형인 단결정 실리콘 기판을 준비하고 이것을 40중량% 수산화나트륨수용액에 담그고 손상층을 에칭으로 제거했다. 다음으로, 이 기판을 3중량% 수산화나트륨에 이소프로필알콜을 첨가한 수용액에 담그고 습식에칭해 표면에 랜덤 텍스쳐를 형성했다.
계속해서, 기판을 세정한 후, 기판 수광면에 인산 및 실리카겔을 함유한 확산 페이스트를 스크린 인쇄기로 인쇄하고 도포했다. 이때 인쇄 패턴은 2㎜ 피치, 150㎛ 폭 라인의 라인 패턴으로 했다. 인쇄한 기판을 700℃에서 30분간 베이킹한 후 오산화이인 및 알콕시실란을 함유한 도포제를 확산 페이스트와 접하도록 동일면 상에 도포했다. 이 도포는 3000rpm, 15초의 조건으로 스핀 도포로 수행했다. 그 후, 이와 같이 제작한 샘플 기판을 열처리로에 넣어 880℃에서 30분간 유지해 확산 열처리를 수행하고 꺼냈다. 도포제만이 도포된 부분(확산 페이스트를 인쇄하지 않은 부분)의 시트 저항을 측정한 결과 80 내지 110Ω/□이었다. 또한, 스프레딩 레지스턴스(SR)법으로 확산 프로파일을 확인한 결과 스트라이프형으로 확산 페이스트를 인쇄한 부분에서는 도펀트 표면 농도로 2×1020㎝-2를 얻었다.
다음으로, 플라즈마 에쳐를 이용해 접합 분리를 수행하고 이어서 표면에 형 성된 인글라스를 불산으로 에칭한 후, 13.56㎒ 주파수를 갖는 다이렉트 플라즈마 CVD 장치를 이용해 이미터층 상에 막 두께 70㎚의 질화막을 퇴적했다.
다음으로, 스크린 인쇄장치 등을 이용해 이면에 알루미늄으로 된 페이스트를 도포하고 건조시켰다. 또한, 수광면 측에도 스크린 인쇄장치 등을 이용해 빗살형 전극 패턴 인쇄판을 이용해 폭 80㎛의 Ag 전극을 인쇄하고 건조시켰다. 이때, 얼라이먼트기구를 이용해 확산 페이스트를 스프라이프형으로 인쇄한 부분에 빗살형 전극이 겹치도록 인쇄했다.
그 후, 소정의 열 프로파일로 소성을 수행하고 이면 전극 및 표면 빗살형 전극을 형성해 태양전지를 제작했다.
한편, 비교예 1로 실시예 1과 같은 15㎝ 각의 애즈 슬라이스의 갈륨 도핑 p형 단결정 실리콘 기판을 준비해 도 2의(b) 공정에 따라 태양전지를 제작했다.
각각 제작한 15㎝ 각의 태양전지를 25℃ 분위기 안에서 솔라 시뮬레이터(광강도 : 1㎾/㎡, 스펙트럼 : AM 1.5 글로벌) 하에서 전류 전압 특정을 측정했다. 표 1에 그 결과를 나타냈다.
개방전압 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환효과 (%) 필팩터
실시예 1 0.632 36.5 18.2 0.791
비교예 1 0.638 36.2 18.2 0.789
표 1에 나타낸 것과 같이 실시예 1의 태양전지는 종래 제조방법에 의한 비교예 1의 태양전지와 비교해 프로세스 단계 수가 압도적으로 적고 제조비용이 적음에도 성능의 차이가 보이지 않는다. 따라서, 본 발명에 관한 제조방법을 이용함으로써 태양전지 시장에서 경쟁력이 강한 제품을 생산할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2로 본 발명의 여러 가지 2단 이미터 제작방법에 의해 태양전지를 제작했다. 이때 제작된 고농도층, 저농도층의 시트 저항을 표 2에 나타냈다. 또한, 이들 태양전지의 특성을 표 3에 나타냈다.
본 실시예에서는 표 2에 나타낸 것과 같이 도포확산법으로 동일면 내에 2종류의 농도 확산층을 형성하기 위해 도포제에 포함되는 도펀트 함유량, 도포막의 두께 글라스 함유량(규소화합물 함유량), 원소 등의 변경을 이용했다. 특히, 도포막의 두께의 변경에 관해서는 점도 변경을 이용하던가 또는 홈을 이용했다.
이하에서 간단히 2단 이미터 제조방법을 설명한다. 또한, 텍스쳐 형성과 확산 후에서 전극형성까지의 일련의 프로세스에 관해서는 실시예 1과 같다.
우선, 샘플 A, B, C, D, E에 대해 표 2에 나타낸 항목을 변경함으로써 고농도층과 저농도층을 형성했다. 예를 들어, 샘플 A에서는 도펀프 함유량을 변화시킨 2종류의 도포제를 준비하고, 예를 들어 고농도층을 형성할 때에는 인산을 100㎖ 중 10g을 포함한 확산 페이스트를 준비했다. 또한, 샘플 C에서는 도포제 중의 메틸셀루솔브 함유량을 변화시켜 점도를 변경하고, 샘플 D에서는 함유한 규소화합물을 실리카겔과 알콕시실란으로 하고, 샘플 E에서는 글라스의 함유량을 변화시켰다. 또한, 본 프로세스에서는 고농도층은 200㎛ 폭, 2.0㎜ 피치의 라인으로 하고 스크린 인쇄로 도포제를 인쇄하고, 한편 저농도층은 스핀으로 도포제를 도포해 형성했다. 또한, 샘플 B, F에 대해서는 고농도층 및 저농도층을 스크린 인쇄를 이용해 도포제를 인쇄했다. 또한, 샘플 B에서는 고농도층을 형성하는 도포제에 폴리비닐알콜을 첨가하고, 샘플 F에서는 각 도포제에 함유하는 도펀트를 확산계수가 다른 인과 안티몬으로 했다. 이때 고농도층은 200㎛ 폭, 2.0㎜ 피치의 라인으로 했다. 한편, 샘플 G에 대해서는 실시예 1에서 이용한 1종류의 도포제만을 스핀 도포했다. 이들 A ~ G의 샘플 중 절반은 880℃에서 30분간 열처리를 실시하고 확산을 끝냈다. 남은 절반은 열처리를 하기 전에 실리카겔을 함유시킨 도포제를 동일면 상에 3000rpm, 15초의 조건으로 도포하고 상기와 같은 조건으로 확산 열처리를 끝냈다. 표 2 내 「커버」는 이 막을 말하는 것이다. 또한, 시트 저항의 측정은 글라스 에칭 후에 4탐침법으로 실시했다. 또한 표 3에 표시한 태양전지의 특성은 이 「커버」를 형성한 것이다.
변경항목 커버 변경내용 시트저항 (Ω/□) 셀샘플 #
A 도펀트 함유량 변경 고농도:인산 저농도:오산화이인 없음 10g/100㎖ 15
2.0g/100㎖ 80
있음 10g/100㎖ 15 A1
2.0g/100㎖ 100
B 도포막 두께 변경 없음 20㎛ 25
0.2㎛ 60
있음 20㎛ 25 B1
0.2㎛ 80
C 점도 변경 없음 300CP 25
1.1CP 70
있음 300CP 25 C1
1.1CP 90
D 함유물 변경 없음 실리카겔 20
알콕시실란 70
있음 실리카겔 20 D1
알콕시실란 90
E 글라스 함유율 변경 없음 10wt% 20
6wt% 60
있음 10wt% 20 E1
6wt% 80
F 원소 변경 없음 인 10
안티몬 90
있음 인 10 F1
안티몬 110
G 홈형성도포는 1회뿐 없음 홈내 40
홈외 70
있음 홈내 40 G1
홈외 80
샘플 # 개방전압 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환 효율 (%) 필팩터
A1 0.633 36.6 18.3 0.792
B1,C1,D1 0.630 36.3 18.1 0.790
E1 0.635 36.8 18.4 0.787
F1 0.627 36.0 17.7 0.785
G1 0.629 36.2 17.8 0.781
표 3에 나타낸 것과 같이 어느 것도 다소의 차이는 보이지만 2단 이미터 구조가 영향을 미쳐 변환 효율이 12 ~ 16%정도의 일반적인 스크린 인쇄형 태양전지와 비교해 프로세스 단계 수가 압도적으로 적고 제조 비용이 낮음에도 변환 효율이 높은 태양전지를 얻을 수 있었다.
(실시예 3)
도 5에 도시된 처리 A, B 에 따른 공정에 의해 태양전지를 제작했다. 제조조건은 확산층 표면의 에치백, 표면산화 이외는 실시예 1과 같게 했다. 이때 에치백은 열처리 후에 기판을 암모니아·과산화수소수 혼합액에 침지하고 표면을 수 나노미터 에칭해서 수행했다. 한편, 표면 산화는 열처리에 이어 온도를 내리지 않고 드라이산소만을 공급하고 기판을 열처리로에 10분간 유지해 수행했다. 본 실시예에서 얻은 태양전지의 특성을 표 4에 나타냈다. 또한, 비교를 위해 실시예 1의 태양전지의 여러 특징도 나타냈다. 또한, 분광감도 여러 특성(외부양자효율)을 도 10에 도시한다.
개방전압 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환 효율 (%) 필팩터
실시예 3 (처리 A) 0.634 36.9 18.5 0.789
실시예 3 (처리 B) 0.635 37.2 18.4 0.778
실시예 1 0.632 36.5 18.2 0.791
본 실시예의 처리 A, 처리 B를 수행한 두 샘플에 열처리 후, 이미터 에치백, 표면 산화를 수행하지 않은 실시예 1과 비교해 단락전류, 개방압력 둘 다 높은 값을 나타냈다. 하지만 콘택부 표면 농도도 약간 저하하기 때문에 필팩터가 감소했다.
단락전류가 증가한 것은 도 10에 도시된 것과 같이 단파장 영역의 양자효율이 이미터 에치백 및 표면 산화 후 증가했기 때문이다. 본 실시예과 같이 확산층 표면부를 개질함으로써 계면준위 밀도가 저하하고 태양전지의 특성을 더욱 개선할 수 있었다.
(실시예 4)
도 6에 도시된 방법에 따라 POCl3 기상 확산 소스 분위기 하에서 900℃에서 확산 열처리를 수행했다. 그 외 조건은 실시예 1와 같은 확산 페이스트, 도포제를 이용했다.
상기 방법에 의해 제작한 태양전지의 여러 특성의 평균 및 불균형의 정도를 나타내는 표준편차를 표 5에 나타냈다.
괄호 안의 표준편차를 보면 실시예 1의 경우와 비교해 본 실시예의 제조방법에 의해 표준편차가 경감한 것을 알 수 있다. 즉, 성능의 불균형은 본 실시예의 제조방법에 의해 개선했다고 말할 수 있다.
개방전압 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환 효율 (%) 필팩터
실시예 4 0.634 (0.55) 36.6 (0.11) 18.3 (0.13) 0.790 (0.45)
실시예 1 0.632 (0.88) 36.5 (0.45) 18.2 (0.31) 0.791 (0.66)
표 의 ( )안은 표준편차를 나타낸다.
(실시예 5)
도 7에 도시된 것과 같은 이면 콘택형 태양전지를 제작했다.
구체적으로는, 결정면방위(100), 15㎝의 각 200㎛의 두께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 0.5Ω·㎝(도펀트 농도 1.01×1016㎝-3), 인 도핑으로 도전형이 n형인 단결정 실리콘 기판을 준비하고 도 2의 (a)와 같은 방법을 이용해 양면 합계가 30㎛ 정도로 손상 에칭을 수행하고 나아가 표면에 반사방지구조인 텍스쳐 형성을 수행했다.
계속해서, 기판을 세정한 후 고농도 이미터층을 만들기 하여 산화보론을 100㎖중 15g과 실리카겔을 포함한 확산 페이스트를 스크린 인쇄기로 인쇄했다. 이때 인쇄 패턴은 2㎜ 피지, 200㎛ 폭의 라인으로 했다. 또한, 저농도 이미터층을 만들기 위하여 100㎖중 4g의 산화보론와 알콕시실란을 포함한 확산 페이스트를 인쇄했다. 이 인쇄 패턴은 동일한 2㎜ 피치, 1600㎛ 폭의 라인으로 하고 최초의 인쇄 패턴과 중심이 겹치도록 인쇄했다. 또한, 로컬 BSF층을 만들기 위하여 도 2의 (a)의 설명에서 이용한 것과 같은 인산을 포함한 확산 페이스트를 상기 보론 확산 페이스트가 인쇄되지 않은 영역에 인쇄했다. 이 인쇄 패턴은 2㎜ 피치, 200㎛ 폭의 라인으로 했다.
인쇄 후, 700℃에서 30분간 베이킹한 후 실리카겔을 함유한 도포제를 동일면 상에 3000rpm, 15초의 조건으로 스핀 도포하고 그 상태에서 이 샘플 기판을 열처리 화로에 넣었다. 이 열처리는 1000℃에서 20분간 유지하는 조건으로 수행했다. 다음으로, 도 2의 (a)와 같이 플라즈마 에쳐를 이용해 접합 분리를 수행한 후, 표면에 형성된 인 및 보론글라스를 불산으로 에칭했다.
그 후, 다이렉트 플라즈마 CVD장치를 이용해 수광면에 질화막을 두께 85㎚으로 퇴적했다. 또한, 이면에는 다이렉트 플라즈마 CVD장치를 이용해 질화막을 두께 55㎚으로 퇴적했다.
다음으로, 얼라이먼트기구를 갖춘 스크린 인쇄장치를 이용해 보론 및 인 고농도 확산층에 맞춰 도 8의 (a)에 도시된 것과 같은 빗살형 전극 패턴을 Ag로 된 전극 페이스트를 이용해 인쇄하고 전극 페이스트를 건조한 후 소정의 열 프로파일로 소성을 수행해 이면 빗살형 전극을 형성하고 이면 콘택형 태양전지를 제작했다.
제작한 15㎝ 각의 태양전지를 25℃ 분위기에서 솔라 시뮬레이터(광강도 : ㎾/㎡, 스펙트럼 : AM 1.5 글로벌) 하에서 전류전압특성을 측정했다. 표 6에 실시예 5와 실시예 1의 태양전지의 여러 특성을 나타냈다.
그 결과, 실시예 5의 이면 콘택형 태양전지에서도 실시예 1의 일반적인 구조를 갖는 태양전지와 비교해 단락전류가 감소하지만 개방압력, 필팩터가 증가하기 때문에 거의 같은 변환 효율을 얻었다.
개방압력 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환효율 (%) 필팩터
실시예 5 0.640 36.0 18.3 0.795
실시예 1 0.632 36.5 18.2 0.791
(실시예 6)
도 9의 (a), (b)에 도시된 바와 같은 태양전지를 제작했다.
구체적으로는, 결정면방위(100), 15㎝의 각 150㎛의 두께, 애즈 슬라이스에서의 비저항이 0.5Ω·㎝(도펀트 농도 3.26× 016㎝-3), 갈륨 도핑으로 도전형이 p형인 단결정 실리콘 기판을 준비해 도 2의 (a)와 같은 방법을 이용해 양면 합계가 30㎛ 정도로 손상에칭을 수행하고 또 도 2의 (a)와 같은 방법을 이용해 표면에 반사방지구조인 텍스쳐 형성을 수행했다.
계속해서, 기판을 세정한 후 수광면 측에 2단 이미터를 만들기 위해 실시예 1, 2와 같은 조건에서 고농도 확산층을 만드는 영역에는 확산 페이스트를 인쇄하고 그 외 영역에는 도포제를 도포했다.
다음으로, 이면 측에 0.1g/㎖의 비율로 산화보론와 실리카겔을 포함한 페이스트를 2㎜ 피치, 200㎛ 폭의 라인 패턴으로 인쇄했다. 여기까지의 프로세스를 거친 샘플 중 절반은 그대로 700℃에서 30분간 베이킹하고 이어서 이면 상에 알콕시실란을 포함하는 도포제를 3000rpm, 15초의 조건으로 스핀 도포했다(샘플 (A)). 한편, 나머지 샘플은 산화보론와 실리카를 포함하는 페이스트를 전면 인쇄하고 700℃에서 30분간 베이킹했다(샘플 (B)).
계속해서, 이들 샘플을 열처리로에 넣어 980℃에서 10분간 유지한 후 꺼내고 다음으로 도 2의 (a)와 같이 플라즈마 에쳐를 이용해 접합 분리를 수행한 후 표면에 형성된 인 및 보론글라스를 불산으로 에칭했다.
그 후, 다이렉트 플라즈마 CVD 장치를 이용해 양면에 질화막을 두께 85㎚으로 퇴적하고 다음으로 얼라이먼트기구를 갖춘 스크린 인쇄장치를 이용해 양면의 고농도 확산층에 맞춰 빗살형 전극 패턴을 Ag로 된 전극 페이스트를 이용해 인쇄했다. 전극 페이스트를 건조한 후 소정의 열 프로파일로 소성을 수행해 도 9의 (a), (b)에 도시된 것과 같은 태양전지를 제작했다.
제작한 15㎝ 각의 태양전지를 25℃ 분위기에서 솔라 시뮬레이터(광강도 : 1㎾/㎡, 스펙트럼 : AM 1.5 글로벌) 하에서 전류전압특성을 측정했다. 표 7에 실시예 6과 실시예 1의 태양전지의 특정을 나타냈다.
개방전압 (V) 단락전류밀도 (㎃/㎠) 변환 효율 (%) 필팩터
실시예 6 (샘플 A) 0.644 37.3 18.9 0.786
실시예 6 (샘플 B) 0.641 37.8 19.2 0.793
실시예 1 0.632 36.5 18.2 0.791
본 실시예에서는 고농도 BSF층을 전면에서 콘택 바로 밑의 근방에만 제한함으로써 실시예 1의 결과와 비교해 개방전압이 대폭으로 향상했다. 또한, 단락전류는 이면 근방에서의 광흡수가 감소하기 때문에 증가했다. 또한, 이면에 그리드전극을 이용함으로써 기판의 휘어짐이 감소했다. 이것은 박막화가 용이하게 되는 것을 의미한다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시 형태는 단순히 예시이며 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖지며 동일한 작용 효과를 갖는 것은 어떠한 것도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

Claims (21)

  1. 제1 도전형의 반도체 기판에 pn 접합을 형성하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 상기 제1 도전형의 반도체 기판 상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 적어도 제1 도포제에 접하도록 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도포제로 오토 도핑 방지제를 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 제1 도전형의 반도체 기판에 pn 접합을 형성하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 상기 제1 도전형의 반도체 기판 상에 홈을 형성하고 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제를 전면에 도포한 후, 확산 열처리에 의해 상기 반도체 기판 상의 홈 하부에 형성되는 제1 확산층과 상기 홈 하부 이외의 부분에 형성되어 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 열처리를 기상 확산 소스 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도펀트 비산 방지제 또는 오토 도핑 방지제로 규소화합물을 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 도포제 및 제2 도포제로 적어도 도펀트의 함유율, 점도, 도펀트 비산 방지제 및 오토 도핑 방지제의 함유량, 도펀트의 어느 한 종류 이상이 다른 것을 이용하는 것 및/또는 제1 도포제와 제2 도포제의 도포 시에 도포막의 두께가 다른 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 도포제의 도펀트 함유율을 제2 도포제의 도펀트 함유율의 4배 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도펀트 비산 방지제에 포함되는 규소화합물을 SiO2로 하고 상기 오토 도핑 방지제에 포함되는 규소화합물을 규소산화합물 전구체로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    규소화합물을 포함하는 제3 도포제를 제1 도포제 및/또는 제2 도포제의 상부를 덮도록 도포한 후 상기 확산 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 열처리에 의해 형성한 확산층 표면을 에치백하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열확산 처리에 의해 형성한 확산층 표면을 산화하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 확산층 및 제2 확산층을 상기 반도체 기판의 수광면 및 상기 수광면의 이면 중 적어도 한 쪽에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조한 태양전지에 있어서,
    상기 반도체 기판을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 상기 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 제2 확산층이 상기 반도체 기판의 수광면에 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 제13항에 있어서,
    적어도 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층이 상기 수광면의 이면에 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조한 태양전지에 있어서,
    상기 반도체 기판을 갖는 제1 도전형과는 반대 도전형의 제1 확산층 및 상기 반대 도전형의 제1 확산층보다 도전율이 낮은 반대 도전형의 제2 확산층과 제1 도전형과 동일한 도전형의 확산층이 상기 반도체 기판의 수광면의 이면에 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  16. 반도체 기판의 제조방법에 있어서,
    적어도 제1 도전형의 반도체 기판 상에 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 제1 도포제와 도펀트를 포함하는 제2 도포제를 도포한 후, 확산 열처리에 의해 제1 도포제의 도포로 형성되는 제1 확산층과 제2 도포제의 도포로 형성되어 제1 확산층과는 도전율이 다른 제2 확산층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  17. 반도체 기판상에 도포해 상기 반도체 기판에 열확산에 의해 도펀트를 도핑하기 위한 도포제에 있어서,
    적어도 도펀트와 도펀트 비산 방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 도포제.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 도펀트 비산 방지제는 규소화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 도포제.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 규소화합물은 SiO2인 것을 특징으로 하는 도포제.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도포제는 증점제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도포제.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도포제는 스크린 인쇄 도포제인 것을 특징으로 하는 도포제.
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