KR101352034B1 - Crystalline silicon solar cell and manufacturing method and system thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정질 실리콘태양전지와 그 제조방법 및 이를 위한 제조장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법은, 제1도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판의 일면에 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 제1도전형 도핑층을 형성하는 한편, 상기 기판의 타면에 제2도전형 도핑층을 형성하는 제2단계; 상기 제2도전형 도핑층의 외측에 표면에 요철구조를 갖는 막을 형성하는 제3단계; 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 제1전극을 형성하는 한편, 상기 제3단계에서 형성된 상기 막의 외측에 제2전극을 형성하는 제4단계를 포함한다.The present invention relates to a crystalline silicon solar cell, a method for manufacturing the same and a manufacturing apparatus therefor. A method of manufacturing a crystalline silicon solar cell of the present invention, the first step of preparing a crystalline silicon substrate of the first conductivity type; Forming a first conductive doped layer having a greater doping concentration than the substrate on one surface of the substrate, and forming a second conductive doped layer on the other surface of the substrate; A third step of forming a film having a concave-convex structure on a surface of the second conductive doped layer on an outer side thereof; Forming a first electrode on an outer side of the first conductive doping layer, and forming a second electrode on an outer side of the film formed in the third step.

본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면 결정질 실리콘 태양전지의 제조공정을 단순화시키고 공정시간도 크게 단축시킬 수 있다. 즉, 종래처럼 Si웨이퍼에 대한 텍스쳐링을 수행할 필요가 없기 때문에 공정이 단순화되고 공정시간이 단축된다. 또한 플라즈마를 이용하여 이온도핑을 실시하기 때문에 고온확산법에 비하여 PN접합깊이 등을 정밀하게 제어할 수 있으며 도핑시간도 훨씬 단축된다.According to the present invention, according to the present invention can simplify the manufacturing process of the crystalline silicon solar cell and significantly shorten the process time. That is, since there is no need to perform texturing on Si wafers as in the prior art, the process is simplified and the process time is shortened. In addition, since the ion doping is performed using plasma, the PN junction depth can be precisely controlled and the doping time is much shorter than the high temperature diffusion method.

Description

결정질 실리콘 태양전지와 그 제조방법 및 제조시스템{Crystalline silicon solar cell and manufacturing method and system thereof}{Crystalline silicon solar cell and manufacturing method and system thereof}

도 1은 종래 결정질 실리콘 태양전지의 제조과정을 나타낸 공정순서도FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of a conventional crystalline silicon solar cell.

도 2a 내지 도 2f는 종래 결정질 실리콘 태양전지의 제조과정을 나타낸 공정단면도FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional crystalline silicon solar cell

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법3 is a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지의 제조과정을 나타낸 공정단면도4A to 4F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a crystalline silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 각각 ZnO층의 평면사진 및 단면사진5A and 5B are planar and cross-sectional photographs of the ZnO layer, respectively.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지 제조시스템의 구성도6 is a block diagram of a crystalline silicon solar cell manufacturing system according to an embodiment of the present invention

도 7은 인라인 타입의 결정질 실리콘 태양전지 제조시스템의 구성도7 is a configuration diagram of an inline type crystalline silicon solar cell manufacturing system

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Description of the Related Art [0002]

100: p형 기판 110: p++도핑층100: p-type substrate 110: p + + doping layer

120: n+ 도핑층 130: ZnO층120: n + doped layer 130: ZnO layer

140: 전면전극 150: 후면전극140: front electrode 150: rear electrode

본 발명은 태양전지의 제조방법과 그 제조시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 결정질 실리콘 태양전지의 제조공정을 단순화시키고 제조원가를 절감할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell and a manufacturing system thereof, and more particularly, to a method of simplifying a manufacturing process of a crystalline silicon solar cell and reducing manufacturing cost.

태양전지는 PN접합 반도체의 내부에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어에 의해 기전력을 발생시키는 소자이다. 이러한 태양전지를 제조하기 위해서는 단결정실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등의 반도체 물질을 사용하여야 한다.A solar cell is an element that generates an electromotive force by a small number of carriers excited by sunlight inside a PN junction semiconductor. In order to manufacture such a solar cell, semiconductor materials such as monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductor should be used.

이 중에서 단결정실리콘이 에너지 변환효율이 가장 좋으나 가격이 비싼 단점 때문에 다결정실리콘이 보다 많이 사용되고 있다. 또한 최근에는 유리나 플라스틱 등의 값싼 기판에 비정질실리콘이나 화합물반도체 등의 박막을 증착함으로써 매우 저렴하게 제조할 수 있는 박막형 태양전지도 많이 사용되고 있다.Among them, single crystal silicon has the best energy conversion efficiency, but polycrystalline silicon is used more frequently because of the high cost. In recent years, thin-film solar cells, which can be manufactured at a very low cost by depositing a thin film of amorphous silicon or compound semiconductor on an inexpensive substrate such as glass or plastic, have been widely used.

본 발명은 이 중에서 단결정 또는 다결정의 결정질 실리콘을 이용하여 태양전지를 제조하는 방법과 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a system for manufacturing a solar cell using monocrystalline or polycrystalline crystalline silicon.

이하에서는 도 1의 공정순서도 및 도 2a 내지 도 2f의 공정단면도를 참조하 여 결정질 실리콘 태양전지 제조하는 종래의 방법을 설명한다.Hereinafter, a conventional method of manufacturing a crystalline silicon solar cell will be described with reference to the process flowchart of FIG. 1 and the process cross-sectional views of FIGS. 2A to 2F.

먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 결정질 실리콘기판(10)을 준비하고, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식 식각을 통하여 기판절단 과정에서 발생한 손상을 제거한다. 여기서는 편의상 p형으로 도핑된 기판(10)을 이용하여 태양전지를 제조하는 과정을 설명하기로 한다. (ST11)First, as shown in FIG. 2A, the crystalline silicon substrate 10 is prepared, and the damage generated during the substrate cutting process is removed by wet etching using a base or an acid solution. For convenience, a process of manufacturing a solar cell using the p-type doped substrate 10 will be described. (ST11)

이어서 광 흡수율을 높이기 위하여 기판(10)의 표면에 대하여 텍스쳐링(texturing) 공정을 실시한다. 텍스쳐링은 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(10)의 표면에 소정 형상의 미세한 요철(20)을 형성하는 공정으로서, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식식각(wet etching)이 많이 이용되지만 최근에는 플라즈마를 이용한 건식식각법도 이용되고 있다. (ST12)Then, a texturing process is performed on the surface of the substrate 10 to increase the light absorption rate. Texturing is a process of forming the fine concavo-convex 20 of a predetermined shape on the surface of the substrate 10 as shown in FIG. 2B. Although wet etching using a base or an acid solution is frequently used, texturing has recently been performed. The dry etching method used is also used. (ST12)

텍스쳐링 공정 이후에는 기판(10)의 내부에 PN접합구조를 형성하기 위하여 n형 도펀트(dopant)로 이온도핑을 실시한다. After the texturing process, ion doping is performed with an n-type dopant to form a PN junction structure in the substrate 10.

주로 이용되는 도핑 방법은 고온확산(thermal diffusion) 법으로서, 기판(10)을 고온의 확산로의 내부에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등의 n형 도펀트 함유가스를 공급하는 방법이다.The doping method mainly used is a thermal diffusion method, in which an n-type dopant-containing gas such as POCl 3 or PH 3 is supplied while the substrate 10 is placed inside the high temperature diffusion furnace.

이때 기판(10)의 내부로 n형 도펀트가 확산되면서 도2c에 도시된 바와 같이 기판(10)의 표층에 소정 두께의 n+ 도핑층(12)이 형성된다. At this time, as the n-type dopant is diffused into the substrate 10, an n + doping layer 12 having a predetermined thickness is formed on the surface layer of the substrate 10 as shown in FIG. 2C.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 p형의 기판(10)에서 상기 n+도핑층(12)과 구분되는 나머지 부분을 p+층(10')으로 명명하기로 한다. (ST13)Hereinafter, for convenience of description, the remainder of the p-type substrate 10 that is separated from the n + doped layer 12 will be referred to as a p + layer 10 '. (ST13)

이러한 고온 확산공정(ST13)은 통상 800℃ 이상의 고온에서 진행되는데, 이 정도의 고온에서는 기판(10)의 표면에 PSG(Phosphor-Silicate Glass)와 같은 부산물이 형성된다. 그런데 PSG는 전지의 전류를차폐시키는 역할을 하기 때문에 전지효율을 높이기 위해서 식각용액을 이용하여 반드시 제거해 주어야 한다. Such a high-temperature diffusion step (ST13) usually proceeds at a high temperature of 800 DEG C or higher, and by-products such as PSG (Phosphor-Silicate Glass) are formed on the surface of the substrate 10 at such a high temperature. However, since PSG plays a role of shielding the current of the battery, it must be removed using an etching solution to increase battery efficiency.

만일 n형 기판에 붕소(B)를 함유하는 p형 도펀트를 확산시키는 경우에는 BSG(Boro-Silicate Glass)가 생성되는데, 이러한 BSG도 전지의 효율을 저하시키는 역할을 하므로같은 방법으로 제거해 주어야 한다. (ST14)If the p-type dopant containing boron (B) is diffused to the n-type substrate, BSG (Boro-Silicate Glass) is produced, and this BSG also serves to reduce the efficiency of the battery and should be removed in the same manner. (ST14)

한편, 확산공정(ST13)에서는 도 2c에 도시된 바와 같이 기판(10)의 에지 부분에서도 n+ 도핑층(12)이 형성된다. 그런데 에지부분의 도핑층(12)을 통해서는 전면전극과 후면전극 사이의 누설전류가 발생할 수 있으므로 전지의 효율을 높이기위해서는 도 2d에 도시된 바와 같이 기판(10)의 에지에 형성된 n+ 도핑층(12)을 제거해주어야만 한다.Meanwhile, in the diffusion process ST13, the n + doped layer 12 is formed at the edge portion of the substrate 10 as shown in FIG. 2C. However, since the leakage current between the front electrode and the rear electrode may occur through the doped layer 12 at the edge portion, the n + doped layer formed at the edge of the substrate 10 to increase the efficiency of the battery, as shown in FIG. 12) must be removed.

이러한 공정을 에지 아이솔레이션(edge isolation)이라고 하며, 구체적으로는 레이저를 이용하여 에지 부분을 절단하거나 습식식각 또는 건식식각을 통해 에지부분을 식각한다. 다만, 에지 아이솔레이션 공정은 태양전지를 완성하고 테스트를 수행하기 직전에 진행될 수도 있다. (ST15)This process is called edge isolation. Specifically, the edge portion is etched using a laser, or the edge portion is etched by wet etching or dry etching. However, the edge isolation process may proceed just before completing the solar cell and performing the test. (ST15)

이어서 도 2e에 도시된 바와 같이 n+ 도핑층(12)의 상부에 반사방지막(14)을 형성한다. 특히 SiN박막을 반사방지막(14)으로 형성하면 태양광의 흡수율을 높이는 역할뿐만 아니라 기판의표면보호막(surface passivation)과 수소보호막(hydrogen passivation)의 역할도 수행한다. Next, as shown in FIG. 2E, an antireflection film 14 is formed on the n + doped layer 12. In particular, when the SiN thin film is formed as the anti-reflection film 14, it not only increases the absorption rate of sunlight but also serves as a surface passivation and hydrogen passivation of the substrate.

SiN박막은 주로 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 법을 통해 형성되며, 스퍼터법을 통해서도 증착될 수 있다. (ST16)The SiN thin film is mainly formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and may also be deposited by sputtering. (ST16)

SiN을 이용하여 반사방지막(14)을 형성한 이후에는 기판(10)의 전면과 후면에 도전물질을 이용하여 전극을 형성하여야 한다.After the antireflection film 14 is formed using SiN, the electrodes are formed on the front and rear surfaces of the substrate 10 using a conductive material.

이를 위해 기판(10)의 전면과 후면에 Al 또는 Ag 을 함유한 도전성페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 소정 패턴으로 도포하고, 상기 기판(10)을 고온의 퍼니스(furnace)에서 소결(sintering)시킨다.To this end, conductive paste containing Al or Ag is applied to the front and rear surfaces of the substrate 10 in a predetermined pattern by using a screen printing technique, and the substrate 10 is sintered in a high temperature furnace. .

도전성 페이스트가 소결되면서 도 2f에 도시된 바와 같이 기판(10)의 전면과 후면에 각각 전면전극(18)과 후면전극(16)이 형성된다.As the conductive paste is sintered, front electrodes 18 and back electrodes 16 are formed on the front and rear surfaces of the substrate 10 as shown in FIG. 2F.

구체적으로는 SiN의 반사방지막(14)의 상부에 도포된 도전성 페이스트는 소결과정에서 산화환원반응(Redox reaction)에 의하여 반사방지막(14)을 뚫고 n+도핑층(12)과 접촉하는 전면전극(18)으로 형성된다.Specifically, the conductive paste coated on top of the SiN antireflection film 14 penetrates the antireflection film 14 by a redox reaction during the sintering process and contacts the n + doped layer 12 during the sintering process. Is formed.

또한 기판(10)의 후면에 Al 페이스트를 도포한 후에 소결시키면, 소결 과정에서 n+도핑층(12)으로 Al이 확산하면서 p++도핑층(13)이 형성된다. 이와 같이 p형 기판(10)의 후면에 p++도핑층(13)이 형성되면 기판(10)의 후면에는 후면전계(Back Surface Field)가 형성된다.In addition, when the Al paste is applied to the rear surface of the substrate 10 and then sintered, the p ++ doped layer 13 is formed while Al diffuses into the n + doped layer 12 during the sintering process. As such, when the p ++ doped layer 13 is formed on the rear surface of the p-type substrate 10, a back surface field is formed on the rear surface of the substrate 10.

상기 후면전계는 기판(10)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극(16)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(18)쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. (ST17)The rear electric field increases the efficiency of the solar cell by allowing electrons excited by sunlight in the substrate 10 to move to the rear electrode 16 and not to disappear, but to the front electrode 18 to contribute to the photocurrent. Play a role. (ST17)

전극형성 공정이 완료된 이후에는 전지의 효율 등을 테스트하고 그 결과에 따라 분류작업을 수행한다. 테스트를 하기 전에 태양전지의 에지부분에서 발생하는 누설전류를 제거하기 위하여 기판(10)의 에지부분을 절단 또는 식각하는 에지 아이솔레이션을 진행할 수도 있다.After the electrode forming process is completed, the efficiency of the battery is tested, and classification is performed according to the result. Before the test, edge isolation may be performed to cut or etch the edge portion of the substrate 10 to remove leakage current generated at the edge portion of the solar cell.

이어서 완성된 다수의 태양전지를 연결하는 모듈화 공정을 통해 태양전지 모듈을 제조한다. (ST18)Then, a solar cell module is manufactured through a modular process of connecting a plurality of completed solar cells. (ST18)

그런데 전술한 태양전지 제조공정은 다음과 같은 몇 가지 문제점을 가지고 있다.However, the above-described solar cell manufacturing process has some problems as follows.

첫째, 텍스쳐링 공정(ST12)에서 습식식각법을 적용하는 경우에 다결정 실리콘 기판에서는 결정면에 따라 식각속도가 수십 내지 수백 배 이상 차이나기 때문에 균일한 표면조도를 얻기가 힘들다는 문제점이 있다. 또한 건식식각법의 경우에는 아직까지 텍스쳐링 효율에 대한 검증이 미진한 상태이다.First, when the wet etching method is applied in the texturing process (ST12), it is difficult to obtain uniform surface roughness in the polycrystalline silicon substrate because the etching rate is different from several tens to several hundred times depending on the crystal plane. In the case of dry etching, the texturing efficiency has not been verified yet.

둘째, PN접합을 형성하기 위해 종래 많이 사용하는 고온확산 공정(ST13)은 공정시간이 길고 PSG 또는 BSG와 같은 부산물을 발생시키므로 이를 제거하기 위한 별도의 제거공정을 진행하여야 하는 문제점이 있다.Second, the high temperature diffusion process (ST13), which is commonly used to form a PN junction, has a long process time and generates by-products such as PSG or BSG, and thus, a separate removal process must be performed to remove the PN junction.

또한 수평로(horizontal furnace)를 이용하여 고온확산을 진행하기 위해서는 쿼츠 재질의 안치대로 기판을 이재시켜야 하므로 전후공정과 연속되는 인라인 공정으로 진행하기에 부적합하다는 문제점이 있다.In addition, in order to proceed with high temperature diffusion using a horizontal furnace, the substrate must be transferred to the settled material of quartz material, and thus there is a problem in that it is not suitable to proceed with the in-line process and the subsequent in-line process.

또한 고온 확산공정에서는 기판(10)의 에지부분에서도 도전층이 형성되기 때문에 전면전극과 후면전극 사이의 누설전류를 방지하기 위해서는 에지 아이솔레이션 공정을 반드시 수행하여야 하는데, 이와 같은 PSG 또는 BSG제거공정이나 에지 아이솔레이션 공정은 태양전지 제조의 생산성을 향상시키는데 있어서 제약요인이 될 수밖에 없다.In addition, since the conductive layer is formed at the edge of the substrate 10 in the high temperature diffusion process, an edge isolation process must be performed to prevent leakage current between the front electrode and the rear electrode. The isolation process is inevitably a limiting factor in improving the productivity of solar cell manufacturing.

셋째, 전면전극(18)의 형성공정을 세밀하게 제어하지 않으면 전면전극(18)의 금속성분이 n+ 도핑층(12)을 지나 기판(10)의 p+층(10')과 접촉하여 누설전류를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다. Third, if the process of forming the front electrode 18 is not controlled in detail, the metal component of the front electrode 18 passes through the n + doping layer 12 and contacts the p + layer 10 'of the substrate 10 to prevent leakage current. There is a problem that can occur.

이를 방지하기 위해서는 고온확산공정에서 n+ 도핑층(12)을 충분히 깊게 형성해야하는데 이로 인해 공정시간이 더욱 길어지는 문제점이 있다.In order to prevent this, the n + doped layer 12 needs to be formed deep enough at a high temperature diffusion process, which causes a problem in that the process time becomes longer.

넷째, 최근 Si웨이퍼의 두께가 갈수록 얇아짐에 따라 후면전계를 형성하기 위하여 기판(10)의 후면에 Al 페이스트를 도포한 후에 소결시키면 기판(10)의 휨(bowing) 현상이 자주 발생한다. Fourth, as the thickness of Si wafers becomes thinner recently, bowing of the substrate 10 often occurs when Al paste is applied to the back surface of the substrate 10 and then sintered to form a backside electric field.

또한 후면전계를 형성하기 위해 Al 페이스트를 도포하면, 기판의 두께가 두꺼워지고 과다한 비용이 소요되는 문제가 있다.In addition, when Al paste is applied to form a backside electric field, there is a problem in that the thickness of the substrate becomes thick and excessive cost is required.

또한 전면전극(18)을 n+도핑층(12)과 접촉하도록 산화환원반응을 유도하기 위해서는 800℃ 이상의 고온에서 소결시켜야 하는데 이로 인해 기판(10)의 휨이 발생하는 경우도 많으며, 이와 같이 기판(10)이 휘면 이후의 모듈화 공정에서 문제를 발생시키게 된다.In order to induce the redox reaction so as to bring the front electrode 18 into contact with the n + doping layer 12, the substrate 10 must be sintered at a high temperature of 800 ° C. or higher. 10) may cause problems in the subsequent modularization process.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복잡한 공정을 단순화시킴으로써 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 결정질 태양전지 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a crystalline solar cell manufacturing method capable of improving productivity and reducing costs by simplifying a complicated process.

또한 태양전지 제조시스템을 집적화된 시스템이나 연속적인 인라인 방식으로 설계할 수 있도록 함으로써 생산성을 높이고 전체 시스템의 풋프린트(footprint)를 절감할 수 있도록 하는데 목적이 있다.It is also aimed to increase the productivity and reduce the footprint of the entire system by allowing the solar cell manufacturing system to be designed in an integrated system or in a continuous inline manner.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 제1도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판의 일면에 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 제1도전형 도핑층을 형성하는 한편, 상기 기판의 타면에 제2도전형 도핑층을 형성 하는 제2단계; 상기 제2도전형 도핑층의 외측에 표면에요철구조를 갖는 막을 형성하는 제3단계; 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 제1전극을 형성하는 한편, 상기 제3단계에서 형성된 상기 막의 외측에 제2전극을 형성하는 제4단계를 포함하는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type; Forming a first conductive doping layer having a greater doping concentration than the substrate on one surface of the substrate, and forming a second conductive doping layer on the other surface of the substrate; A third step of forming a film having a concave-convex structure on a surface of the second conductive doped layer; It provides a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell comprising a fourth step of forming a first electrode on the outside of the first conductive doping layer, while forming a second electrode on the outside of the film formed in the third step. .

상기 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법은, 상기 제2단계에서, 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 상기 제1도전형 도핑층은 상기 기판보다 에너지밴드갭이 큰 것을 특징으로 할 수 있다.In the method of manufacturing the crystalline silicon solar cell, in the second step, the first conductive doped layer having a greater doping concentration than the substrate may have a larger energy band gap than the substrate.

또한 상기 제2단계에서, 상기 제1도전형 도핑층과 상기 제2도전형 도핑층은 각각 플라즈마이온도핑을 통해 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the second step, the first conductive doped layer and the second conductive doped layer may be formed by plasma doping, respectively.

또한 상기 제2단계의 이후에 이온도핑된 물질을 활성화시키기 위하여 상기 기판을 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로할 수 있다.In addition, the method may further include heating the substrate to activate the ion-doped material after the second step.

또한 상기 제2단계에서, 상기 제1도전형 도핑층을 형성하는 단계와 상기 제2도전형 도핑층을 형성하는 단계의 사이에는 상기 기판을 뒤집는 단계를 포함하는 것을특징으로 할 수 있다.In the second step, it may be characterized by including the step of inverting the substrate between the step of forming the first conductive doped layer and the step of forming the second conductive doped layer.

또한 상기 제3단계에서 상기 막은 빛이 투과되면서 전도성을 갖는 막인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 막은 200nm이상 1000nm이하의 두께로 증착되는 ZnO층 일 수 있다.In addition, in the third step, the film may be a film having conductivity while light is transmitted, and the film may be a ZnO layer deposited to a thickness of 200 nm or more and 1000 nm or less.

또한 상기 ZnO층은 디에틸징크(DEZ)와, H2O 또는 O3를 원료물질로 하여 MOCVD법으로 증착되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the ZnO layer may be deposited by MOCVD using diethyl zinc (DEZ) and H 2 O or O 3 as raw materials.

또한 본 발명은, 제1도전형의 결정질 실리콘 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 제1도전형 도핑층; 상기 기판의 타면에 형성되는 제2도전형 도핑층; 상기 제2도전형 도핑층의 외측에 형성되며, 표면에 요철이 형성된 전도성막; 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 형성되는 제1전극; 상기 전도성막의 외측에 형성되는 제2전극을 포함하는 결정질 실리콘 태양전지를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device comprising: a crystalline silicon substrate of a first conductivity type; A first conductive doping layer formed on one surface of the substrate and having a greater doping concentration than the substrate; A second conductive doping layer formed on the other surface of the substrate; A conductive film formed on an outer side of the second conductive doped layer and having irregularities formed on a surface thereof; A first electrode formed outside the first conductive doping layer; It provides a crystalline silicon solar cell comprising a second electrode formed on the outside of the conductive film.

상기 결정질 실리콘 태양전지에서, 상기 전도성막은 빛이 투과될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 전도성막은 ZnO층일 수 있다.In the crystalline silicon solar cell, the conductive film may be characterized in that light can be transmitted, the conductive film may be a ZnO layer.

또한 상기 기판은 p형 기판이고, 상기 제1도전형 도핑층은 p++도핑층이며, 상기 제2도전형 도핑층은 150nm이상 250nm이하의 두께를 가지는 n+도핑층인 것을 특징으로할 수 있다.The substrate may be a p-type substrate, the first conductive doped layer may be a p ++ doped layer, and the second conductive doped layer may be an n + doped layer having a thickness of 150 nm or more and 250 nm or less.

또한 본 발명은, 기판이송수단을 구비하는 이송챔버; 상기 이송챔버의 제1측부에 연결되며, 기판의 일면에 플라즈마 이온도핑을 통해 제1도전형 도핑층을 형성하는 제1공정챔버; 상기 이송챔버의 제2측부에 연결되며, 상기 기판의 타면에 플라즈마 이온도핑을 통해 제2도전형 도핑층을 형성하는 제2공정챔버; 상기 이송챔버의 제3측부에 연결되며, 상기 제2도전형 도핑층의 상부에 ZnO층을 형성하는 제3공정챔버; 상기 이송챔버의 측부에 연결되며 외부와의 기판교환을 위하여 대기압상태와 진공상태를 교번하는 로드락챔버를 포함하는 결정질 실리콘 태양전지 제조시스 템을 제공한다.The present invention also relates to a transfer chamber comprising a substrate transfer means; A first process chamber connected to the first side of the transfer chamber, the first process chamber forming a first conductive doped layer through plasma ion doping on one surface of the substrate; A second process chamber connected to a second side of the transfer chamber and forming a second conductive doped layer on the other surface of the substrate through plasma ion doping; A third process chamber connected to the third side of the transfer chamber and forming a ZnO layer on the second conductive doped layer; Provided is a crystalline silicon solar cell manufacturing system connected to the side of the transfer chamber and including a load lock chamber alternately at atmospheric pressure and vacuum state for substrate exchange with the outside.

이때 상기 이송챔버의 측부에는 상기 제1공정챔버 및 상기 제2공정챔버에서 도핑된 이온을 활성화시키기 위해 상기 기판을 가열시키는 활성화 챔버가 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, an activation chamber for heating the substrate may be coupled to a side of the transfer chamber to activate ions doped in the first process chamber and the second process chamber.

또한 상기 이송챔버의 측부에는 상기 제1공정챔버에서 공정을 마친 기판을 뒤집어주는 플리퍼가 설치되는 것을 특징으로할 수 있다.In addition, the side of the transfer chamber may be characterized in that the flipper for inverting the substrate is finished in the first process chamber is installed.

또한 상기 이송챔버와 상기 제1공정챔버, 상기 제2공정챔버 또는 상기 제3공정챔버 사이의 기판이송은 다수의 기판을 적재할 수 있는 트레이를 통해 이루어지며, 상기 제1내지 제3 공정챔버는 상기 트레이에 다수의 기판을 적재한 상태에서 공정을 진행하는 것을 특징으로할 수 있다.In addition, the substrate transfer between the transfer chamber and the first process chamber, the second process chamber or the third process chamber is made through a tray capable of loading a plurality of substrates, the first to third process chambers The process may be performed while a plurality of substrates are loaded in the tray.

또한 본 발명은, 외부로부터 기판을 반입하기 위하여 대기압과 진공상태를 교번하는 로딩챔버; 상기 로딩챔버의 측부에 설치되며, 기판의 일면에 플라즈마 이온도핑을 통해 제1도전형 도핑층을 형성하는 제1공정챔버; 상기 제1공정챔버의 측부에 설치되며, 상기 제1공정챔버에서 공정을 마친 기판을 뒤집어주는 플리퍼; 상기 플리퍼의 측부에 설치되며, 상기 기판의 타면에 플라즈마 이온도핑을 통해 제2도전형 도핑층을 형성하는 제2공정챔버; 상기 제2공정챔버의 측부에 설치되며, 상기 제1공정챔버 및 상기 제2공정챔버에서 도핑된 이온을 활성화시키기 위해 상기 기판을 가열시키는 활성화 챔버; 상기 활성화챔버의 측부에 설치되며, 상기 제2도전형 도핑층의 상부에 ZnO층을 형성하는 제3공정챔버; 상기 제3공정챔버의 측부에 설치되며 외부로 기판을 반출하기 위하여 대기압상태와 진공상태를 교번하는 언로 딩챔버를 포함하는 결정질 실리콘태양전지 제조시스템을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a loading chamber alternating between an atmospheric pressure and a vacuum to transfer a substrate from the outside; A first process chamber installed at a side of the loading chamber and forming a first conductive doped layer on one surface of the substrate through plasma ion doping; A flipper installed at a side of the first process chamber, the flipper which overturns the substrate finished in the first process chamber; A second process chamber installed at a side of the flipper and forming a second conductive doped layer on the other surface of the substrate through plasma ion doping; An activation chamber installed at a side of the second process chamber and heating the substrate to activate ions doped in the first process chamber and the second process chamber; A third process chamber installed at a side of the activation chamber and forming a ZnO layer on the second conductive doped layer; It is provided on the side of the third process chamber and provides a crystalline silicon solar cell manufacturing system including an unloading chamber alternately in the atmospheric pressure and vacuum state to carry out the substrate to the outside.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지 제조과정은 도 3의 흐름도에 도시된 바와 같다.A crystalline silicon solar cell manufacturing process according to an embodiment of the present invention is as shown in the flowchart of FIG.

먼저 도 4a에 도시된 바와 같이 결정질 실리콘기판(100)을 준비하고, 염기 또는 산 용액을 이용한 습식 식각을 통하여 기판절단 과정에서 발생한 손상을 제거한다. 본 명세서에서는 편의상 p형으로 도핑된 기판(100)을 이용하여 태양전지를 제조하는 과정을 설명하기로 하며, p형 기판(100) 대신에 n형 기판이 이용될수도 있음은 물론이다. (ST110)First, as shown in FIG. 4A, the crystalline silicon substrate 100 is prepared, and the damage generated during the substrate cutting process is removed by wet etching using a base or an acid solution. In the present specification, a process of manufacturing a solar cell using the p-type doped substrate 100 will be described for convenience, and an n-type substrate may be used instead of the p-type substrate 100. (ST110)

이어서 도 4b에 도시된 바와 같이 기판(100)의 후면에 후면전계(BSF)를 형성하기 위한 p++도핑층(110)을 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, a p ++ doped layer 110 for forming a backside field (BSF) is formed on the backside of the substrate 100.

특히 본 발명의 실시예에서는 고온확산법 대신에 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 도핑을 실시하며, 따라서 종래처럼 Al 페이스트를 도포할 필요가 없어져 태양전지를 최대한 얇게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 비용을 절감할 수 있게 된다.Particularly, in the embodiment of the present invention, the doping is performed using the plasma ion doping method instead of the high temperature diffusion method, thus eliminating the need to apply the Al paste as in the prior art, thereby making the solar cell as thin as possible and reducing the cost. Will be.

구체적으로 플라즈마 발생장치의 내부에 P형 기판(100)을 안치한 상태에서 B2H6 등과 같이 붕소(B) 성분을 함유한 P형 도펀트를 공급하여 플라즈마를 발생시키면, 이 과정에서 플라즈마 내부의 B이온이 RF전기장에 의해 가속되어 기판(100) 의 표면으로 입사함으로써 p형 기판(100)에 대한 이온 도핑이 이루어진다. Specifically, when a P-type dopant containing a boron (B) component such as B2H6 is generated while the P-type substrate 100 is placed inside the plasma generator, plasma is generated. The ion doping is performed on the p-type substrate 100 by being accelerated by the electric field and incident on the surface of the substrate 100.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 p형기판(100)에서 p++도핑층(110)이 형성된 나머지 부분을 p+층(100')으로 명명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the remaining part in which the p ++ doped layer 110 is formed in the p-type substrate 100 will be referred to as a p + layer 100 '.

따라서 기판(100)의 p+층(100')과 p++도핑층(110)의 사이에 형성되는 후면전계는 기판(10)의 내부에서 태양광에 의해 여기된 전자가 후면전극(16)으로 이동하여 소멸하지 않고, 전면전극(18)쪽으로 이동하여 광전류에 기여하도록 함으로써 태양전지의 효율을 높이는 역할을 한다. Therefore, the back electric field formed between the p + layer 100 ′ and the p ++ doped layer 110 of the substrate 100 moves electrons excited by sunlight into the back electrode 16 inside the substrate 10. Without dissipation, by moving toward the front electrode 18 to contribute to the photocurrent to increase the efficiency of the solar cell.

본 발명의 실시예에서는 약500nm정도의 두께로 p++도핑층(110)을 형성하며, 이와 같이 p++도핑층(110)을 이용하여 후면전계를 형성하면, 종래처럼 Al을 이용하여 후면전계를 형성하는 경우에 비하여 실리콘 웨이퍼의 휨현상이 방지되는 장점이 있다. In an embodiment of the present invention, the p ++ doped layer 110 is formed to a thickness of about 500 nm, and when the back electric field is formed using the p ++ doped layer 110, a back electric field is formed using Al as in the prior art. As compared with the case, there is an advantage in that warpage of the silicon wafer is prevented.

또한 플라즈마 이온도핑은 가스유량이나 RF전력을 조절함으로써 도핑농도나 PN접합 깊이를 비교적 정확하게 제어할 수 있기 때문에 고온확산법에 비하여 보다 정밀하고 재현성이 높은 공정이 가능하고 또한공정시간이 빠른 장점이 있다.In addition, since plasma ion doping can control the doping concentration or the PN junction depth relatively accurately by adjusting the gas flow rate or the RF power, a more precise and reproducible process is possible and the process time is faster than the high temperature diffusion method.

또한 플라즈마 이온도핑은 상대적으로 저온에서 진행되기 때문에 고온확산 공정에서 부산물로 발생하던 PSG나 BSG가 생성되지 않으며, 따라서 이들 부산물을 제거하기 위한 별도의 제거공정을 거칠 필요가 없어 생산성 면에서 매우 유리하다.In addition, since plasma ion doping proceeds at a relatively low temperature, PSG or BSG generated as a by-product from the high temperature diffusion process is not generated. Therefore, there is no need to go through a separate removal process to remove these by-products, which is very advantageous in terms of productivity. .

또한 기판(100)의 표면에 대하여 수직방향으로 입사하는 이온에 의하여 도핑이 진행되기 때문에 고온 확산공정에서처럼 기판(100)의 에지부분에도핑층이 형 성되지는 않으며, 따라서 누설전류 방지를 위하여 에지 아이솔레이션 공정을 별도로 진행할 필요가없어 역시 생산성 면에서매우 유리하다. (ST120)In addition, since the doping proceeds by ions incident in the vertical direction with respect to the surface of the substrate 100, the doping layer is not formed at the edge portion of the substrate 100 as in the high temperature diffusion process, and thus the edge is prevented to prevent leakage current. It is also very advantageous in terms of productivity since there is no need for a separate isolation process. (ST120)

이어서 기판(100)을 뒤집어서 기판(100)의 전면에 도 4c에 도시된 바와 같이 n+층(120)을 형성한다. 이 경우에도 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 n+층(120)을 형성하며 이때 예를 들어 인(P)을 함유한 물질을 N형 도펀트로 사용한다. Subsequently, the substrate 100 is turned over to form an n + layer 120 on the front surface of the substrate 100 as shown in FIG. 4C. In this case, the n + layer 120 is formed by using plasma ion doping, and for example, a material containing phosphorus (P) is used as the N-type dopant.

이러한 기판구조에서는, BSF를 형성하는 p++도핑층(110)이 p+층(100')에 비해 에너지 밴드갭이 크고, p+층(100')은 n+층(120)에 비해 에너지 밴드갭이 크게 된다. (ST130)In such a substrate structure, the p ++ doped layer 110 forming the BSF has a larger energy band gap than the p + layer 100 'and the p + layer 100' has a larger energy band gap than the n + layer 120. . (ST130)

이와 같이 기판(100)의 후면과 전면에 각각 플라즈마 이온도핑을 수행한 이후에는 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 기판(100)을 적정한 온도로 가열하는 활성화 공정을 거치는 것이 바람직하다.As described above, after plasma ion doping is performed on the rear and front surfaces of the substrate 100, it is preferable to go through an activation process of heating the substrate 100 to an appropriate temperature as shown in FIG. 4D.

활성화 공정은 도핑된 이온이 Si과 결합할 수 있도록 기판(100)에 추가적인 에너지를 공급하여 도핑된 이온을 활성화시키는 공정이며, 이러한 활성화 공정을 거치지 않으면 도핑된 이온은 단순한 불순물로 작용하게 된다.The activation process is a process of activating the doped ions by supplying additional energy to the substrate 100 so that the doped ions can be combined with Si. If the doped ions do not go through this activation process, the doped ions act as simple impurities.

한편, 활성화 공정을 통해 후술하는 ZnO증착공정에 필요한 기판예열 효과도 얻을 수 있다.On the other hand, the substrate preheating effect required for the ZnO deposition process described later through the activation process can also be obtained.

활성화 공정은 램프히터 등의 광학식 가열수단을 가지거나 기판안치대에 저항식 발열코일 등의 히터가 내장된 별도의 활성화 챔버에서 진행되는 것이 바람직 하다. 구체적인 가열온도와 가열시간은 도핑물질이나 활성화 정도에 따라 달라질 수 있다. (ST140)The activation process is preferably carried out in a separate activation chamber having an optical heating means such as a lamp heater or a heater such as a resistance heating coil in a substrate stabilizer. The specific heating temperature and heating time may vary depending on the doping material and the degree of activation. (ST140)

이와 같이 기판(100)의 후면과 전면에 각각 p++도핑층(110)과 n+층(120)을 형성한 다음에 도 4e에 도시된 바와 같이 n+층(120)의 상부에 ZnO층(130)을 형성한다. 상기 ZnO층(130)은 n+층(120)에 대한 패시베이션막의 역할을 수행함과 함께 광흡수율을 높이는 역할을한다.As such, after forming the p ++ doped layer 110 and the n + layer 120 on the back and front surfaces of the substrate 100, the ZnO layer 130 is formed on the n + layer 120 as shown in FIG. 4E. Form. The ZnO layer 130 plays a role of a passivation film for the n + layer 120 and increases the light absorption rate.

즉, ZnO는 10-3~10-4Ωcm정도의 비저항을 가지는 투명전도성 산화막(TCO: Transparent Conductive Oxide)의 일종으로서 도 5a 및 도5b의 평면사진 및 단면사진에 도시된 바와 같이 텍스쳐링 공정을 한 것과 같이 매우 거친 표면조도를 가지는 특징이있다. That is, ZnO is a kind of transparent conductive oxide (TCO) having a specific resistance of about 10 −3 to 10 −4 Ωcm, and the texturing process is performed as shown in plan and cross-sectional pictures of FIGS. 5A and 5B. As such, it has a very rough surface finish.

따라서 이와 같이 ZnO층(130)을 증착하면 Si기판에 별도의 텍스쳐링 공정을 수행하지 않아도 빛의 난반사를 이용하여 광흡수율을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, when the ZnO layer 130 is deposited as described above, light absorption may be greatly improved by using diffuse reflection of light without performing a separate texturing process on the Si substrate.

ZnO층(130)의 두께는 200nm 이상 1000nm이하인 것이 바람직하고, 700nm이상 1000nm이하인 것이 보다 바람직하다. 200nm이하로 증착하면 난반사 정도가 너무 약해서 광흡수율의 향상을 기대하기 어렵고, 1000nm이상으로 증착하는 경우에도 광학적 특성이 저하되는 문제점이 있기 때문이다.The thickness of the ZnO layer 130 is preferably 200 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 700 nm or more and 1000 nm or less. If the deposition is less than 200nm because the degree of diffuse reflection is too weak, it is difficult to expect the improvement of light absorption, and even when deposited at 1000nm or more there is a problem that the optical properties are lowered.

또한 ZnO층(130)은 도전성을 가지기 때문에 n+층(120)에서 생성된 전하가 ZnO층(130)을 거쳐 전면전극(140)으로 수집되는 것이 가능하다. 따라서 전면전극(140)을 ZnO층(130)을 관통하여 직접 n+층(120)과 접촉시킬 필요가 없으며, 이를 위해 산화환원반응(Redox reaction)을 유도할 필요도 없어진다.In addition, since the ZnO layer 130 is conductive, electric charges generated in the n + layer 120 may be collected to the front electrode 140 via the ZnO layer 130. Therefore, it is not necessary to directly contact the front electrode 140 with the n + layer 120 through the ZnO layer 130, and there is no need to induce a redox reaction.

즉, 종래에는 산화환원반응을 유도하기 위하여 도전성 페이스트를 800℃이상의 고온에서 소결시켜야 했으나, 본 발명의 실시예에서는 그 보다 훨씬 낮은 온도에서 전면전극(140)을 형성할 수 있게 되는 것이다.In other words, in order to induce a redox reaction, the conductive paste should be sintered at a high temperature of 800 ° C. or higher, but in the embodiment of the present invention, the front electrode 140 can be formed at a much lower temperature.

또한 n+층(120)의 상부에 ZnO층(130)을 형성하는 경우에는 n+층(120)의 두께를 약 150nm이상 250nm 이하로 형성하여도 무방하다. 150nm의 이하에서는 전지효율이 너무 낮아지고, 250nm이상에서도 전자-정공쌍의 재결합으로 인하여 전지효율이 낮아지는 경향이 있기 때문이다.In addition, when the ZnO layer 130 is formed on the n + layer 120, the thickness of the n + layer 120 may be about 150 nm or more and 250 nm or less. This is because the battery efficiency is too low below 150 nm, and the battery efficiency tends to decrease due to the recombination of the electron-hole pair even above 250 nm.

종래에는 n+층(120)과 전면전극을 접촉시켜야 했으므로 전면전극의 금속이 확산하여 n+층(120)을 지나 p+층(100')과 접촉할 우려가 있었기 때문에 n+층(120)을 통상 300~1000nm의 두께로 형성해야 했지만 본 발명의 실시예에서는 ZnO층(130)이 도전성이므로 n+층(120)과 전면전극(140)을 직접 접촉시킬 필요가 없어져 n+층(120)을 더 얇게 형성하는 것이 가능하기 때문이다.Conventionally, since the n + layer 120 and the front electrode had to be in contact with each other, the metal of the front electrode was diffused and the n + layer 120 could be contacted with the p + layer 100 'through the n + layer 120. In the embodiment of the present invention, since the ZnO layer 130 is conductive, it is not necessary to directly contact the n + layer 120 and the front electrode 140, so that the n + layer 120 is formed thinner. Because it is possible.

이와 같이 n+층(120)을 얇게 형성하면 공정시간이 단축되어 생산성이 향상됨은 물론이다.As such, when the n + layer 120 is thinly formed, the process time is shortened and productivity is improved.

한편 ZnO층(130)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법으로 증착하는것이 바람직하며, 소스물질로는 다이에틸징크(DEZ)와 H2O 또는 O3가 사용된다. (ST150)Meanwhile, the ZnO layer 130 is preferably deposited by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and diethyl zinc (DEZ) and H 2 O or O 3 are used as a source material. (ST150)

ZnO층(130)을 형성한 이후에는 기판(100)의 전면과 후면에 도 4f에 도시된 바와 같이 도전물질을 이용하여 전극을 형성한다. After the ZnO layer 130 is formed, electrodes are formed on the front and rear surfaces of the substrate 100 using conductive materials as shown in FIG. 4F.

이를 위해 기판(100)의 전면과 후면에Al 또는 Ag 을 함유한 도전성페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 소정 패턴으로 도포하고, 상기 기판을 고온의 퍼니스(furnace)에서 소결(sintering)시킨다.To this end, conductive paste containing Al or Ag is applied to the front and rear surfaces of the substrate 100 in a predetermined pattern by using a screen printing technique, and the substrate is sintered in a high temperature furnace.

본 발명의 실시예에서는 전면전극(140)을 n+층(120)과 접촉시키기 위해 산화환원반응을 유도할 필요가 없고, 기판(100)의 후면에 후면전계를 형성하기 위해Al을 확산시킬 필요가 없기 때문에 종래에 비하여 훨씬 저온에서 소결공정을 진행할 수 있다. (ST160)In an embodiment of the present invention, it is not necessary to induce a redox reaction to contact the front electrode 140 with the n + layer 120, and it is necessary to diffuse Al to form a backside electric field on the rear surface of the substrate 100. As a result, the sintering process can be carried out at a much lower temperature than in the prior art. (ST160)

전극형성 공정이 완료된 이후에는 전지의 효율 등을 테스트하고 그 결과에 따라 분류작업을 수행하고, 완성된 다수의태양전지를 연결하여 모듈화 공정을 거침으로써 태양전지모듈을 제조한다. (ST170)After the electrode formation process is completed, the solar cell module is manufactured by testing the efficiency of the cell, performing classification according to the result, and connecting the plurality of completed solar cells to undergo a modularization process. (ST170)

한편 본 발명의 실시예에 따르면 다른 공정과 연속적으로 진행하는데 어려움이 있는 고온확산법 대신에 플라즈마 이온도핑법을 채용하고 있기 때문에 전체 공정을 연속적으로 진행하면서도 풋프린트를 최소화한 태양전지 제조시스템을 설계할 수 있다.Meanwhile, according to the exemplary embodiment of the present invention, since the plasma ion doping method is adopted instead of the high temperature diffusion method, which is difficult to proceed continuously with other processes, the solar cell manufacturing system which minimizes the footprint while continuing the entire process can be designed. Can be.

도 6은 이중에서 클러스터형 태양전지 제조시스템(200)을 예시한 것으로서, 기판의 이송을 담당하는 이송챔버(210)의 측부에 로드락챔버(220), 제1공정챔버(230), 제2공정챔버(240), 제3공정챔버(250), 활성화챔버(260)가 연결된 구성을 가진다.FIG. 6 illustrates a cluster type solar cell manufacturing system 200 in duplicate, and includes a load lock chamber 220, a first process chamber 230, and a second process at a side of a transfer chamber 210 that is responsible for transferring a substrate. The chamber 240, the third process chamber 250, and the activation chamber 260 are connected to each other.

이송챔버(210)와 각 챔버의 사이에는 출입통로를 선택적으로 개폐하는 슬롯밸브가 설치된다. A slot valve is installed between the transfer chamber 210 and each chamber to selectively open and close the access passage.

여기서 제1공정챔버(230)는 기판(100)의 후면에 p++도핑층(110)을 형성하는 챔버이고, 제2공정챔버(240)는 기판(100)의 전면에 n+도핑층(120)을 형성하는 챔버이며, 제3공정챔버(250)는 n+도핑층(120)의 상부에 MOCVD법으로 ZnO층(130)을 형성하는 챔버이며, 활성화챔버(260)는 제1공정챔버(230) 및 제2공정챔버(240)에서 도핑된 이온에 활성화 에너지를 공급하기 위하여 기판을 가열시키는 역할을 하는 한편 ZnO 증착 전에 기판을 예열시키는 역할을 한다. Here, the first process chamber 230 is a chamber for forming the p ++ doping layer 110 on the rear surface of the substrate 100, and the second process chamber 240 forms the n + doping layer 120 on the front surface of the substrate 100. The third process chamber 250 is a chamber for forming the ZnO layer 130 on the n + doped layer 120 by MOCVD, and the activation chamber 260 includes the first process chamber 230 and The second process chamber 240 serves to heat the substrate in order to supply activation energy to the doped ions, and preheat the substrate before ZnO deposition.

한편, 제1공정챔버(230)는 기판(100)의 후면에 p++층(110)을 형성하고, 제2공정챔버(240)는 기판(100)의 전면에 n+층(120)을 형성하기 때문에 제1공정챔버(230)에서 제2공정챔버(240)로 기판(100)을 이송하는 중간에 기판(100)을 뒤집어야 할 필요가 있다.Meanwhile, since the first process chamber 230 forms the p ++ layer 110 on the rear surface of the substrate 100, and the second process chamber 240 forms the n + layer 120 on the entire surface of the substrate 100. It is necessary to turn over the substrate 100 in the middle of transferring the substrate 100 from the first process chamber 230 to the second process chamber 240.

따라서 상기 태양전지 제조시스템(200)에는 기판(100)을 뒤집어주는 플리퍼(Flipper)를 설치하여야 한다. 이러한 플리퍼는 이송챔버(210)의 내부나 외측부에 설치될 수 있고, 기판(100)을 이송하는 이송로봇(100)과 일체로 설치될 수도 있다.Therefore, a flipper for inverting the substrate 100 must be installed in the solar cell manufacturing system 200. The flipper may be installed inside or outside the transfer chamber 210 and may be installed integrally with the transfer robot 100 for transferring the substrate 100.

로드락챔버(220)는 외부와 기판교환을 수행하며, 따라서 진공상태와 대기압상태를 교번한다. 이송챔버(210)의 내부에는 기판이송을 위하여 이송로봇이 설치된다.The load lock chamber 220 performs substrate exchange with the outside, and thus alternates between vacuum and atmospheric pressure. The transfer robot is installed inside the transfer chamber 210 for substrate transfer.

따라서 외부에서 로드락챔버(220)로 반입되는 기판(100)은 p++도핑층(110)을 형성하기 위해 이송로봇에 의하여 제1공정챔버(230)로 이송되고, 이어서 n+층(120)을 형성하기 위해 제2공정챔버(240)로 이송된다.Therefore, the substrate 100, which is loaded into the load lock chamber 220 from the outside, is transferred to the first process chamber 230 by the transfer robot to form the p ++ doped layer 110, and then the n + layer 120 is formed. In order to transfer to the second process chamber 240 to.

이때 제2공정챔버(240)로 기판을 이송하기 전에 전술한 플리퍼를 이용하여 기판을 뒤집어주어야 한다.At this time, before transferring the substrate to the second process chamber 240, the substrate must be turned over using the above-described flipper.

제2공정챔버(240)에서 n+층(120)을 형성한 기판(100)은 활성화챔버(260)로 이송되어 가열되며, 이어서 ZnO층(130)을 형성하기 위해 제3공정챔버(250)로 반입되어 ZnO층(130)을 형성한 후에 로드락챔버(220)를 통해 외부로 반출한다.The substrate 100 having the n + layer 120 formed in the second process chamber 240 is transferred to the activation chamber 260 and heated, and then the third process chamber 250 is formed to form the ZnO layer 130. After being carried in to form the ZnO layer 130, it is carried out to the outside through the load lock chamber 220.

반출된 기판(100)에 대해서는 전면전극(140) 또는 후면전극(150)을 형성한다.The front electrode 140 or the rear electrode 150 is formed on the exported substrate 100.

만일 이송챔버(210)의 측부에 전극형성용 챔버(미도시)가 결합되어 있는 경우에는 ZnO층(130)을 형성한 다음 전극형성용 챔버에서 전면전극(140) 또는 후면전극(150)을 형성한 후에 로드락챔버(220)를 통해 기판을 반출한다.If an electrode forming chamber (not shown) is coupled to the side of the transfer chamber 210, a ZnO layer 130 is formed, and then a front electrode 140 or a rear electrode 150 is formed in the electrode forming chamber. Then, the substrate is carried out through the load lock chamber 220.

상기 태양전지 제조시스템(200)의 구성은 예시에 불과한 것이므로 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 기판교환의 효율성을 높이기 위하여 로드락챔버(220)는 2 이상 설치될 수도 있다.Since the configuration of the solar cell manufacturing system 200 is merely an example, the solar cell manufacturing system 200 may be modified in various forms, and two or more load lock chambers 220 may be installed to increase the efficiency of substrate exchange.

한편 이러한 태양전지 제조시스템에서 기판이송은 전술한 이송로봇에 의하여 기판 단위로 이루어질 수도 있고, 다수의 기판을적재하는 트레이(미도시)에 의해 이루어질 수도 있다. 즉, 다수 기판을 적재한 트레이를 제1공정챔버(230), 제2공정챔버(240), 제3공정챔버(250) 등으로 반입하여 공정을 진행할 수 있다.Meanwhile, in the solar cell manufacturing system, the substrate transfer may be performed on a substrate by the transfer robot, or may be performed by a tray (not shown) on which a plurality of substrates are mounted. That is, the process can be performed by bringing a tray having a plurality of substrates into the first process chamber 230, the second process chamber 240, the third process chamber 250, and the like.

또한 기판 또는 트레이를이송하기 위하여 기판 또는 트레이를 들어올려 이송하는 이송로봇이 이용될 수도 있고, 롤러나 리니어 모터 등을 설치한 후에 이를 이용하여 인라인 방식으로 기판이나 트레이를 이송시킬 수도 있다. 후자의 경우에는 각 챔버의 내부에도 이러한 장치가설치되어야 한다.In addition, a transfer robot for lifting and transferring the substrate or the tray may be used to transfer the substrate or the tray, or after the roller or the linear motor is installed, the transfer robot may be used to transfer the substrate or the tray in an inline manner. In the latter case these devices are to be installed inside each chamber.

도 7은 인라인형 태양전지 제조시스템(300)의 구성을 예시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a configuration of an inline solar cell manufacturing system 300.

즉, 기판 또는 트레이가 외부에서 반입되는 로딩챔버(310)와 외부로 반출하는 언로딩챔버(370)의 사이에 공정 순서에 맞게 제1공정챔버(320), 플리퍼(330), 제2공정챔버(340), 활성화챔버(350), 제3공정챔버(360) 등을 설치한다.That is, the first process chamber 320, the flipper 330, and the second process chamber in a process order between the loading chamber 310 into which the substrate or tray is carried from the outside and the unloading chamber 370 to be carried out to the outside. 340, the activation chamber 350, the third process chamber 360, and the like are provided.

제1공정챔버(320)는 기판(100)의 후면에 p++층(110)을 형성하는 챔버이고, 플리퍼(330)는 기판(100)을 뒤집는 역할을 하며, 제2공정챔버(340)는 기판(100)의 전면에 n+층(120)을 형성하는 챔버이고, 활성화챔버(350)는 기판(100)을 가열하여 도펀트를 활성화시키는 챔버이고, 제3공정챔버(360)는 ZnO층(130)을 형성하기 위하여 MOCVD공정을 진행하는 챔버이다.The first process chamber 320 is a chamber for forming the p ++ layer 110 on the rear surface of the substrate 100, the flipper 330 serves to overturn the substrate 100, and the second process chamber 340 is the substrate The chamber forming the n + layer 120 on the front surface of the (100), the activation chamber 350 is a chamber for activating the dopant by heating the substrate 100, the third process chamber 360 is the ZnO layer 130 The chamber undergoes a MOCVD process to form a film.

상기 각 챔버의 내부에는 기판이나 트레이를 인접 챔버로 이동할 수 있는 인라인 방식의 이송수단, 예를 들어 롤러, 리니어 모터 등이 설치되어야 한다.Inside each of the chambers, an inline type transfer means, for example, a roller, a linear motor, or the like, capable of moving a substrate or a tray to an adjacent chamber, should be installed.

또한 각 챔버의 사이에는 출입통로를 개폐하는 슬롯밸브가 설치된다.In addition, a slot valve is provided between the chambers to open and close the access passage.

이러한 인라인 방식의 태양전지 제조시스템은 고가의 이송로봇을 생략할 수 있기 때문에 전체 시스템의 단가를 낮출 수 있는 이점이 있고, 클러스터 타입 시스템을설치하기 어려운 일자형 공간에도 설치할 수 있기 때문에 공간활용도를 높일 수 있는 장점이 있다.This in-line solar cell manufacturing system can reduce the cost of the entire system because it can omit expensive transfer robots, and can increase the space utilization because it can be installed in the straight space that is difficult to install the cluster type system. There is an advantage.

한편 이상에서는 p형 기판에 n형 도펀트를 도핑하여 결정질 태양전지를 제조하는 경우를 설명하였으나, 반대의 경우, 즉, n형 기판에 p형 도펀트를 도핑하여 결정질 태양전지를 제조하는 경우에도 본 발명이 거의 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the above has been described a case of manufacturing a crystalline solar cell by doping the n-type dopant to the p-type substrate, on the contrary, that is, when the crystalline solar cell is manufactured by doping the p-type dopant to the n-type substrate Of course, this can be applied almost as it is.

본 발명에 따르면 결정질 실리콘 태양전지의 제조공정을 단순화시키고 공정시간도 크게 단축시킬 수 있다.According to the present invention, the manufacturing process of the crystalline silicon solar cell can be simplified and the process time can be greatly shortened.

즉, 종래처럼 Si웨이퍼에 대한 텍스쳐링을 수행할 필요가 없기 때문에 공정이 단순화되고 공정시간이 단축된다.That is, since there is no need to perform texturing on Si wafers as in the prior art, the process is simplified and the process time is shortened.

또한 플라즈마를 이용하여 이온도핑을 실시하기 때문에 고온확산법에 비하여 PN접합깊이 등을 정밀하게 제어할 수 있으며 도핑시간도 훨씬 단축된다.In addition, since the ion doping is performed using plasma, the PN junction depth can be precisely controlled and the doping time is much shorter than the high temperature diffusion method.

특히 플라즈마 이온도핑은 상대적으로 저온에서 실시할 수 있기 때문에 PSG나 BSG등의 발생을 방지할 수 있고, 따라서 이들 부산물을 제거하는 공정을 생략할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.In particular, since plasma ion doping can be performed at a relatively low temperature, generation of PSG, BSG, and the like can be prevented, and thus, a step of removing these by-products can be omitted, thereby greatly improving productivity.

또한 기판에 대해 수직방향으로 입사하는 이온에 의하여 도핑이 이루어지기 때문에 에지 아이솔레이션 공정을 생략할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, since the doping is performed by the ions incident in a direction perpendicular to the substrate, the edge isolation process can be omitted, thereby greatly improving productivity.

또한 전면전극을 도핑층과 접촉시키기 위해 고온의 산화환원반응을 유도할 필요가없고 후면전계를 형성하기 위하여 Al을 확산시킬 필요가 없기 때문에 고온으로 인한 기판의 휨 현상을 방지할 수 있다.In addition, it is not necessary to induce a high temperature redox reaction in order to contact the front electrode with the doping layer, and it is not necessary to diffuse Al to form a back field, thereby preventing warpage of the substrate due to high temperature.

또한 후면전계를 형성하기 위해 Al층을 증착할 필요가 없기 때문에 생산 원가를 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 소자를 보다 얇게 제조할 수 있다.In addition, since there is no need to deposit an Al layer to form a rear electric field, the production cost can be greatly reduced, and the device can be made thinner.

또한 전면전극을 도핑층과 접촉시킬 필요가 없기 때문에 전극물질의 확산으로 인한 단락의 우려가 적으므로 도핑층을 종래보다 훨씬 얇게 형성하는 것이 가능하며 이로 인해 공정시간이 크게 단축된다.In addition, since there is no need to contact the front electrode with the doping layer, there is less concern of short circuit due to diffusion of the electrode material, so that it is possible to form the doping layer much thinner than the conventional one, thereby greatly shortening the processing time.

또한 기판을 별도 용기에 이재시켜야 하는 등의 이유로 다른 공정과 연속적으로 진행하기 어려웠던 고온확산공정이 플라즈마 이온도핑공정으로 대체됨으로 인하여 제조공정의 대부분을 클러스터형 또는 인라인형의 제조시스템을 통해 진행하는 것이 가능하며, 이로 인해 기판이송시간의 단축 및 풋프린트 감소의 효과를 얻 을 수 있다.In addition, since the high temperature diffusion process, which was difficult to proceed continuously with other processes due to transfer of the substrate to a separate container, is replaced by the plasma ion doping process, most of the manufacturing process can be performed through a cluster type or an inline type manufacturing system. As a result, the substrate transfer time and the footprint can be reduced.

Claims (18)

제1도전형의 결정질 실리콘 기판을 준비하는 제1단계;A first step of preparing a crystalline silicon substrate of a first conductivity type; 상기 기판의 일면에 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를가지는 제1도전형 도핑층을 형성하는 한편, 상기 기판의 타면에 평탄한 표면을 이루는 제2도전형 도핑층을 형성하는 제2단계;A second step of forming a first conductive doping layer having a greater doping concentration than the substrate on one surface of the substrate, and forming a second conductive doping layer having a flat surface on the other surface of the substrate; 상기 제2도전형 도핑층의 외측에 투명전도성 물질인 ZnO로 이루어지고 표면에 요철구조를 갖는 막을 형성하는 제3단계;A third step of forming a film having a concave-convex structure on the surface of ZnO, which is a transparent conductive material, on the outside of the second conductive doped layer; 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 제1전극을 형성하는 한편, 상기 제3단계에서 형성된 상기 막의 외측에 상기 막의 표면과 접촉하며 상기 막에 의해 상기 제 2도전형 도핑층과 이격되어 위치하는 제2전극을 형성하는 제4단계를 포함하고,A first electrode is formed on the outer side of the first conductive doped layer, while the outer surface of the film formed in the third step is in contact with the surface of the film and is spaced apart from the second conductive doped layer by the film. A fourth step of forming a second electrode, 상기 막은 디에틸징크(DEZ)와, H2O 또는 O3를 원료물질로 하여 MOCVD법으로 증착되어 상기 요철구조를 갖는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘태양전지의 제조방법The film is a diethyl zinc (DEZ), H 2 O or O 3 as a raw material deposited by MOCVD method to have a crystalline silicon solar cell, characterized in that the uneven structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2단계에서, 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 상기 제1도전형 도핑층은 상기 기판보다 에너지밴드갭이 큰 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법In the second step, the first conductive doped layer having a greater doping concentration than the substrate has a larger energy band gap than the substrate, the method of manufacturing a crystalline silicon solar cell 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2단계에서, 상기 제1도전형 도핑층과 상기 제2도전형 도핑층은 각각 플라즈마 이온도핑을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는결정질 실리콘 태양전지의 제조방법In the second step, the first conductive doping layer and the second conductive doping layer is a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell, characterized in that formed through plasma ion doping, respectively. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2단계에서, 상기 제1도전형 도핑층을 형성하는 단계와 상기 제2도전형 도핑층을 형성하는 단계의 사이에는 상기 기판을 뒤집는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 태양전지의 제조방법In the second step, manufacturing the crystalline silicon solar cell comprising the step of inverting the substrate between the step of forming the first conductive doped layer and the step of forming the second conductive doped layer. Way 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 ZnO층은 200nm이상 1000nm이하의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는결정질 실리콘 태양전지의 제조방법 The ZnO layer is a method of manufacturing a crystalline silicon solar cell, characterized in that deposited to a thickness of 200nm or more and 1000nm or less. 삭제delete 제1도전형의 결정질 실리콘기판;Crystalline silicon substrates of a first conductivity type; 상기 기판의 일면에 형성되며, 상기 기판보다 더 큰 도핑농도를 가지는 제1도전형 도핑층;A first conductive doping layer formed on one surface of the substrate and having a greater doping concentration than the substrate; 상기 기판의 타면에 형성되며 평탄한 표면을 이루는 제2도전형 도핑층;A second conductive doping layer formed on the other surface of the substrate and forming a flat surface; 상기 제2도전형 도핑층의 외측에 형성되며, 투명전도성 물질인 ZnO로 이루어지고, 디에틸징크(DEZ)와, H2O 또는 O3를 원료물질로 하여 MOCVD법으로 증착되어 표면에 요철이 형성된 전도성막;It is formed on the outer side of the second conductive doping layer and is made of ZnO, which is a transparent conductive material, and is deposited by MOCVD using diethyl zinc (DEZ) and H 2 O or O 3 as raw materials, so that irregularities are formed on the surface. A conductive film formed; 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 형성되는 제1전극;A first electrode formed outside the first conductive doping layer; 상기 전도성막의 외측에 형성되고, 상기 전도성막의 표면과 접촉하며 상기 전도성막에 의해 상기 제 2도전형 도핑층과 이격되어 위치하는 제2전극;A second electrode formed on an outer side of the conductive film and in contact with a surface of the conductive film and spaced apart from the second conductive doped layer by the conductive film; 을 포함하는 결정질 실리콘태양전지Crystalline Silicon Solar Cell Containing 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판은 p형 기판이고, 상기 제1도전형 도핑층은 p++도핑층이며, 상기 제2도전형 도핑층은 150nm이상 250nm이하의 두께를 가지는 n+도핑층인 것을 특징으 로 하는 결정질 실리콘 태양전지The substrate is a p-type substrate, the first conductive doping layer is a p + + doping layer, the second conductive doping layer is a crystalline silicon solar cell, characterized in that the n + doping layer having a thickness of 150nm or more and 250nm or less. 기판이송수단을 구비하는 이송챔버;A transfer chamber having a substrate transfer means; 상기 이송챔버의 제1측부에 연결되며, 기판의 일면에 플라즈마 이온도핑을 통해 제1도전형 도핑층을 형성하는 제1공정챔버;A first process chamber connected to the first side of the transfer chamber, the first process chamber forming a first conductive doped layer through plasma ion doping on one surface of the substrate; 상기 이송챔버의 제2측부에 연결되며, 상기 기판의 타면에 플라즈마 이온도핑을 통해 평탄한 표면을 이루고 150nm이상 250nm이하의 두께를 갖는 제2도전형 도핑층을 형성하는 제2공정챔버;A second process chamber connected to a second side of the transfer chamber and forming a second conductive doped layer having a flat surface on the other surface of the substrate through plasma ion doping and having a thickness of 150 nm or more and 250 nm or less; 상기 이송챔버의 제3측부에 연결되며, 상기 제2도전형 도핑층의 상부에 디에틸징크(DEZ)와, H2O 또는 O3를 원료물질로 하여 MOCVD법으로 증착되어 표면에 요철구조를 갖는 ZnO층을 형성하는 제3공정챔버;It is connected to the third side of the transfer chamber, and deposited on the upper surface of the second conductive doping layer by using the MOCVD method with diethyl zinc (DEZ) and H 2 O or O 3 as a raw material to form an uneven structure on the surface. A third process chamber for forming a ZnO layer having; 상기 이송챔버의 제4측부에 연결되며, 상기 제1도전형 도핑층의 외측에 제1전극을 형성하는 한편, 상기 ZnO층의 외측에 제2전극을 형성하는 전극형성 챔버;An electrode formation chamber connected to a fourth side of the transfer chamber and forming a first electrode on an outer side of the first conductive doped layer and a second electrode on an outer side of the ZnO layer; 상기 이송챔버의 측부에 연결되며 외부와의 기판교환을 위하여 대기압상태와 진공상태를 교번하는 로드락챔버를 포함하고,A load lock chamber connected to the side of the transfer chamber and alternating between atmospheric pressure and vacuum state for exchanging substrates with the outside; 상기 제2전극은 상기 ZnO층의 표면과 접촉하며 형성됨으로써 상기 ZnO충에 의해 상기 제 2도전형 도핑층과 이격되어 위치하는 결정질 실리콘태양전지 제조시스템The second electrode is formed in contact with the surface of the ZnO layer is formed crystalline silicon solar cell manufacturing system spaced apart from the second conductive doping layer by the ZnO charge 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 이송챔버의 측부에는 상기 제1공정챔버 및 상기 제2공정챔버에서 도핑된 이온을 활성화시키기 위해 상기 기판을 가열시키는 활성화 챔버가 결합하는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 태양전지 제조시스템Crystalline silicon solar cell manufacturing system, characterized in that coupled to the side of the transfer chamber and the activation chamber for heating the substrate to activate the ions doped in the first process chamber and the second process chamber. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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