KR101813123B1 - 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR101813123B1
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semiconductor
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conductive layer
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서정호
권순범
김기덕
김종인
박창균
신원석
임경진
진법종
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    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 상면 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 하면 상에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제1 반도체층의 상면 상에 제1 투명 도전층을 형성하고, 상기 제2 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제2 반도체층의 하면 상에 제2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제1 투명 도전층 및 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나에 대한 플라즈마 처리 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 플라즈마 처리 공정은 상기 외부로 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분 및 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조 방법을 제공한다.

Description

태양전지 및 그 제조 방법{Solar cell and Method of manufacturing the same}
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이에, 상기 기판형 태양전지와 박막형 태양전지를 조합한 태양전지가 제안된 바 있다. 이하 도면을 참조로 종래의 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼(10)를 준비한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면에 제1 반도체층(20)을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 제2 반도체층(30)을 형성한다. 이때, 공정 특성상 상기 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 상면 뿐만 아니라 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에까지 형성되고, 상기 제2 반도체층(30)은 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하면뿐만 아니라 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에까지 형성된다. 따라서, 도시된 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에서 상기 제1 반도체층(20)과 상기 제2 반도체층(30)이 서로 연결될 수 있다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(20)의 상면에 제1 투명 도전층(40)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(30)의 하면에 제2 투명 도전층(50)을 형성한다. 이때, 공정 특성상 상기 제1 투명 도전층(40)은 상기 제1 반도체층(20)의 상면뿐만 아니라 상기 제1 반도체층(20)의 측면에까지 형성되고, 상기 제2 투명 도전층(50)은 상기 제2 반도체층(30)의 하면뿐만 아니라 상기 제3 반도체층(30)의 측면에까지 형성된다. 따라서, 도시된 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에서 상기 제1 투명 도전층(40)과 상기 제2 투명 도전층(50)이 서로 연결될 수 있다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(40)의 상면에 제1 전극(60)을 형성하고, 상기 제2 투명 도전층(50)의 하면에 제2 전극(70)을 형성한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(40), 제1 반도체층(20) 및 반도체 웨이퍼(10)의 가장자리 영역을 일부 제거하여 분리부(80)를 형성한다.
상기 분리부(80)에 의해서, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에서 서로 연결된 상기 제1 투명 도전층(40)과 제2 투명 도전층(50) 사이의 전기적 연결이 단절되고, 또한, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 측면에서 서로 연결된 상기 제1 반도체층(20)과 제2 반도체층(30) 사이의 전기적 연결이 단절되어, 그들 사이의 쇼트 발생이 방지된다.
그러나, 이와 같은 종래의 방법은 다음과 같은 단점이 있다.
우선, 종래의 경우 쇼트 방지를 위해서 전술한 도 1e공정에서 분리부(80)를 형성하는데, 이 경우 상기 분리부(80) 영역에서 전자 또는 홀과 같은 캐리어가 트랩(trap)됨으로써 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 도 1e의 화살표로 확대된 도면을 참조하면, 상기 제1 투명 도전층(40)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(50)의 하면에는 오염 성분인 파티클(90)이 존재할 수 있다. 상기 파티클(90)은 상기 제1 투명 도전층(40) 및 상기 제2 투명 도전층(50)을 형성하는 공정 중에 발생할 수도 있고, 상기 분리부(80)를 형성하는 공정 중에 발생할 수도 있다. 이와 같이, 상기 제1 투명 도전층(40)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(50)의 하면에 파티클(90)이 존재하게 되면, 상기 파티클(90)에 의해서 태양광의 투과율이 저하되고 또한 전류의 흐름이 방해되어 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 분리부를 형성하지 않으면서도 반도체 웨이퍼의 측면에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 또한 투명 도전층 상에 형성되는 파티클을 효과적으로 제거함으로써, 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 상면 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 하면 상에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제1 반도체층의 상면 상에 제1 투명 도전층을 형성하고, 상기 제2 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제2 반도체층의 하면 상에 제2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제1 투명 도전층 및 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나에 대한 플라즈마 처리 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 플라즈마 처리 공정은 상기 외부로 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분 및 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 상기 제1 반도체층을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 공정에 의해 제거되는 상기 제1 반도체층의 일 부분은 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 형성된 부분을 포함하고, 상기 플라즈마 처리 공정에 의해 제거되는 상기 제2 반도체층의 일 부분은 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 형성된 부분을 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 형성된 상기 제1 반도체층과 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 형성된 상기 제2 반도체층은 서로 연결되어 있고, 상기 플라즈마 처리에 의해서 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층의 연결이 단절될 수 있다.
상기 플라즈마 처리 공정은 상기 제1 투명 도전층 및 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나의 표면에 형성된 파티클을 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 공정 이후의 상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 각각 상기 제1 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치할 수 있다.
본 발명은 또한, 반도체 웨이퍼의 측면에서 서로 연결되는 제1 반도체층과 제2 반도체층을 각각 상기 반도체 웨이퍼의 상면과 하면에 형성하는 공정; 상기 반도체 웨이퍼의 측면에서 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 노출시키면서 상기 제1 반도체층의 상면과 상기 제2 반도체층의 하면에 각각 제1 투명 도전층과 제2 투명 도전층을 형성하는 공정; 상기 제1 투명 도전층과 상기 제2 투명 도전층을 마스크로 하여 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하여 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이의 전기적 연결을 단절시키는 공정; 및 상기 제1 투명 도전층과 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나의 표면에 형성되는 파티클을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 및 상기 파티클을 제거하는 공정은 동시에 수행할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 및 상기 파티클을 제거하는 공정은 플라즈마 처리를 통해서 동시에 수행할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 이후의 상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 각각 상기 제1 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치할 수 있다.
본 발명은 또한, 반도체 웨이퍼: 상기 반도체 웨이퍼의 상면 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층의 상면 상에 형성된 제1 투명 도전층; 상기 반도체 웨이퍼의 하면 상에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층; 및 상기 제2 반도체층의 하면 상에 형성된 제2 투명 도전층을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 상기 제1 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치하는 태양전지를 제공한다.
상기 제2 반도체층의 일단 및 타단은 상기 제2 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치할 수 있다.
상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 상기 반도체 웨이퍼의 일단 및 타단과 일치하지 않고, 상기 제2 반도체층의 일단 및 타단은 상기 반도체 웨이퍼의 일단 및 타단과 일치하는 않을 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 투명 도전층의 상면 및 제2 투명 도전층의 하면에 플라즈마 처리를 수행함으로써, 반도체 웨이퍼의 측면에서 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이의 연결이 단절되어 그들 사이의 쇼트 발생이 방지될 수 있다. 또한, 제1 투명 도전층의 상면 및 제2 투명 도전층의 하면에 플라즈마 처리를 수행함으로써, 제1 투명 도전층의 상면 및 제2 투명 도전층의 하면에 생성되는 파티클이 제거되어 상기 파티클로 인한 태양광의 투과율 저하 및 전류 흐름의 방해 문제가 해소될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
도 4는 비교예와 실시예에 따른 태양전지의 효율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼(100)를 준비한다.
상기 반도체 웨이퍼(100)는 소정의 전기전도 극성을 갖는다. 상기 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, N형 실리콘 웨이퍼 또는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면과 하면은 요철구조로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 후술하는 공정에서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면과 하면에 형성되는 각각의 층들도 요철구조로 형성된다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일면, 예로서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 타면, 예로서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 반도체층(300)을 형성한다.
상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일면에 박막의 형태로 형성되며, 이때, 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)와 함께 PN접합을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제1 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 정공의 수집효율을 극대화하기 위해서는 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하고, 따라서, 수광면에 가까운 상기 제1 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제2 반도체층(300)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 박막의 형태로 형성되며, 이때, 상기 제2 반도체층(300)은 상기 제1 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성된다. 따라서, 상기 제1 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제2 반도체층(300)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어진다. 특히, 상기 제2 반도체층(300)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300)은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착법(PECVD)으로 형성할 수 있다. 이때, 공정 특성상 상기 제1 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면뿐만 아니라 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에까지 형성되고, 상기 제2 반도체층(300)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면뿐만 아니라 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에까지 형성된다. 따라서, 도시된 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300)이 서로 연결될 수 있다.
상기 제1 반도체층(200)의 형성 공정 및 제2 반도체층(300)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200)의 일면, 예로서 상기 제1 반도체층(200)의 상면에 제1 투명 도전층(400)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(300)의 타면, 예로서 상기 제2 반도체층(300)의 하면에 제2 투명 도전층(500)을 형성한다.
상기 제1 투명 도전층(400)은 상기 제1 반도체층(200)을 보호함과 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 정공을 수집하고 상기 수집한 캐리어를 후술하는 제1 전극(도 2e의 도면부호 600 참조)으로 이동시킨다. 상기 제2 투명 도전층(500)은 상기 제2 반도체층(300)을 보호함과 더불어 상기 반도체 웨이퍼(100)에서 생성된 캐리어, 예로서 전자를 수집하고 상기 수집한 캐리어를 후술하는 제2 전극(도 2e의 도면부호 700 참조)으로 이동시킨다.
상기 제1 투명 도전층(400)과 상기 제2 투명 도전층(500)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, AZO, IWO 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명 도전층(400)과 상기 제2 투명 도전층(500)은 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 형성할 수 있으며, 이때, 마스크를 이용함으로써, 상기 제1 투명 도전층(400)은 상기 제1 반도체층(200)의 측면에는 형성하지 않고 상기 제1 반도체층(200)의 상면에만 형성하고, 또한, 제2 투명 도전층(500)은 상기 제2 반도체층(300)의 측면에는 형성하지 않고 상기 제2 반도체층(300)의 하면에만 형성한다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300)이 외부로 노출된다.
한편, 상기 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 상기 제1 투명 도전층(400)과 상기 제2 투명 도전층(500)을 형성할 경우, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 오염성분인 파티클(900)이 생성될 수 있다. 이와 같은 파티클(900)은 태양광의 투과율을 저하시키고 전류의 흐름을 방해하여 태양전지의 효율이 저하시키게 되므로, 후술하는 공정에서 제거된다.
상기 제1 투명 도전층(400)의 형성 공정 및 제2 투명 도전층(500)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행한다.
이와 같이 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행하면, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 외부로 노출된 상기 제1 반도체층(200)의 일 부분 및 상기 제2 반도체층(300)의 일 부분이 제거된다. 그에 따라, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300) 사이의 연결이 단절되어 그들 사이의 쇼트 발생이 방지된다.
상기 플라즈마 처리 수행시 상기 제1 투명 도전층(400) 및 상기 제2 투명 도전층(500)이 마스크로 기능할 수 있으며, 그에 따라, 상기 일 부분이 제거된 제1 반도체층(200)의 일단(200a) 및 타단(200b)은 상기 제1 투명 도전층(400)의 일단(400a) 및 타단(400b)과 일치할 수 있고, 상기 일 부분이 제거된 제2 반도체층(300)의 일단(300a) 및 타단(300b)은 상기 제2 투명 도전층(500)의 일단(500a) 및 타단(500b)과 일치할 수 있다.
한편, 상기 제1 투명 도전층(400)의 일단(400a) 및 타단(400b)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)과 일치하지 않을 수 있으며, 그 경우 상기 제1 반도체층(200)의 일단(200a) 및 타단(200b)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)과 일치하지 않는다. 또한, 상기 제2 투명 도전층(500)의 일단(500a) 및 타단(500b)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)과 일치하지 않을 수 있으며, 그 경우 상기 제2 반도체층(300)의 일단(300a) 및 타단(300b)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)과 일치하지 않는다.
또한, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행하면, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 형성되어 있는 상기 파티클(900)이 제거될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300) 사이의 연결이 단절되어 그들 사이의 쇼트 발생이 방지됨과 더불어 상기 파티클(900)이 제거되어 상기 파티클(900)로 인한 태양광의 투과율 저하 및 전류 흐름의 방해 문제가 해소될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 처리에 의해서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300) 사이의 연결을 단절시키는 공정과 상기 파티클(900)을 제거하는 공정을 동시에 수행할 수 있게 된다.
상기 플라즈마 처리는 상기 제1 투명 도전층(400) 및 상기 제2 투명 도전층(500)은 식각하지 않으면서 상기 제1 반도체층(200), 상기 제2 반도체층(300), 및 상기 파티클(900)은 식각하도록 구비되며, 구체적으로 할로겐가스 플라즈마, 예를 들어 Cl2 플라즈마를 이용할 수 있다. 상기 Cl2 플라즈마를 조사하면, RF 파워에 의해 Cl2 가스가 이온화되어 이온이 생성되고 생성된 이온이 상기 제1 반도체층(200) 및 상기 제2 반도체층(300)을 구성하는 실리콘 원소 및 상기 파티클(900)과 결합하면서 건식 식각이 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명 도전층(400)의 상면에 대한 플라즈마 처리 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 대한 플라즈마 처리 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(400)의 일면, 구체적으로, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면에 제1 전극(600)을 형성하고, 상기 제2 투명 도전층(500)의 타면, 구체적으로 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 제2 전극(700)을 형성한다.
상기 제1 전극(600)은 태양전지의 전면(前面)을 구성하며, 따라서, 태양전지 내부로 태양광이 투과될 수 있도록 상기 제1 전극(600)은 소정 형태로 패턴 형성된다.
상기 제2 전극(700)은 태양전지의 후면(後面)을 구성하며, 따라서, 소정 패턴으로 형성되지 않고 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 전체적으로 형성될 수 있다. 다만, 도시된 바와 같이 상기 제2 전극(700)도 소정 형태로 패턴 형성될 수 있으며, 이 경우 반사되는 태양광이 상기 태양전지의 후면을 통해 입사될 수 있다.
상기 제1 전극(600)과 상기 제2 전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 전도성이 우수한 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(600)과 상기 제2 전극(700)은 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing), 그라비아 오프셋 프린팅(Gravure Offset Printing), 리버스 프린팅(Reverse Printing), 플렉소 프린팅(Flexo Printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 등과 같은 프린팅 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(700)의 형성 공정 및 상기 제2 전극(700)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
한편, 전술한 도 2d에 따른 플라즈마 처리 공정을 상기 도 2e에 따른 상기 제1 전극(600) 및 상기 제2 전극(700) 형성 공정 이후에 수행하는 것도 가능하다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 도시한 개략적인 공정 단면도이다. 이하에서는, 전술한 도 2a 내지 도 2e에 따른 실시예와 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼(100)를 준비한다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 일면, 예로서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고, 상기 제1 진성 반도체층(150)의 상면에 제1 반도체층(200)을 형성한다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 타면, 예로서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 진성 반도체층(250)을 형성하고, 상기 제2 진성 반도체층(250)의 하면에 제2 반도체층(300)을 형성한다.
상기 제1 진성 반도체층(150)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 진성 반도체층(250)은 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
전술한 실시예의 도 2b 공정과 같이, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 고농도의 도펀트 가스를 이용하여 제1 반도체층(200) 또는 제2 반도체층(300)을 형성하게 되면 상기 고농도의 도펀트 가스에 의해서 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면에 결함(Defect)이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 제1 진성 반도체층(150)을 형성하고 그 후 상기 제1 진성 반도체층(150) 상에 제1 반도체층(200)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면에 결함 발생을 방지하도록 하고, 또한, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 제2 진성 반도체층(250)을 형성하고 그 후 상기 제2 진성 반도체층(250)의 하면에 제2 반도체층(300)을 형성함으로써 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 반도체층(200)의 일면, 예로서 상기 제1 반도체층(200)의 상면에 제1 투명 도전층(400)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(300)의 타면, 예로서 상기 제2 반도체층(300)의 하면에 제2 투명 도전층(500)을 형성한다.
상기 제1 투명 도전층(400)은 상기 제1 반도체층(200)의 측면에는 형성하지 않고 상기 제1 반도체층(200)의 상면에만 형성하고, 상기 제2 투명 도전층(500)은 상기 제2 반도체층(300)의 측면에는 형성하지 않고 상기 제2 반도체층(300)의 하면에만 형성한다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 상기 제1 반도체층(200)과 상기 제2 반도체층(300)이 외부로 노출된다.
이때, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 오염성분인 파티클(900)이 생성될 수 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행한다.
이와 같이 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면 및 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 플라즈마 처리를 수행함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(100)의 측면에서 외부로 노출된 상기 제1 반도체층(200)의 일 부분 및 상기 제2 반도체층(300)의 일 부분을 제거함과 동시에 상기 파티클(900)을 제거한다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 도전층(400)의 일면, 구체적으로, 상기 제1 투명 도전층(400)의 상면에 제1 전극(600)을 형성하고, 상기 제2 투명 도전층(500)의 타면, 구체적으로 상기 제2 투명 도전층(500)의 하면에 제2 전극(700)을 형성한다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전술한 도 2a 내지 도 2e에 따른 실시예 및 도 3a 내지 도 3e에 따른 실시예에서, 상기 제1 반도체층(200)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 상면 상에 차례로 형성된 저농도 도핑층과 고농도 도핑층으로 이루어질 수도 있고, 상기 제2 반도체층(300)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 하면 상에 차례로 형성된 저농도 도핑층과 고농도 도핑층으로 이루어질 수도 있다. 여기서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑층은 상기 고농도 도핑층에 비하여 상대적으로 도펀트의 농도가 작다는 것을 의미한다.
도 4는 비교예와 실시예에 따른 태양전지의 효율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 비교예는 전술한 도 1a 내지 도 1e에 따라 제조한 태양전지이고, 실시예는 전술한 도 2a 내지 도 2e에 따라 제조한 태양전지이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 비교예에 비하여 실시예의 경우가 태양전지의 효율(efficiency), 개방전압(Voc), 및 필팩터(fill factor; FF)가 우수한 결과를 보임을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반도체 웨이퍼 200: 제1 반도체층
300: 제2 반도체층 400: 제1 투명 도전층
500: 제2 투명 도전층 600: 제1 전극
700: 제2 전극

Claims (12)

  1. 반도체 웨이퍼의 상면 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 하면 상에 상기 제1 반도체층과 상이한 극성을 갖는 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제1 반도체층의 상면 상에 제1 투명 도전층을 형성하고, 상기 제2 반도체층의 일 부분을 외부로 노출시키면서 상기 제2 반도체층의 하면 상에 제2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및
    상기 제1 투명 도전층 및 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나에 대한 플라즈마 처리 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 플라즈마 처리 공정은 상기 외부로 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분 및 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 상기 제1 반도체층을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정은 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 상기 제2 반도체층을 형성하는 공정을 포함하고, 이때, 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 형성된 상기 제1 반도체층과 상기 반도체 웨이퍼의 측면 상에 형성된 상기 제2 반도체층은 서로 연결되어 있고,
    상기 플라즈마 처리 공정에 의해 제거되는 상기 제1 반도체층의 일 부분은 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 형성된 부분을 포함하고, 상기 플라즈마 처리 공정에 의해 제거되는 상기 제2 반도체층의 일 부분은 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 형성된 부분을 포함하고, 상기 플라즈마 처리에 의해서 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층의 연결이 단절되는 태양전지의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 공정은 상기 제1 투명 도전층 및 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나의 표면에 형성된 파티클을 제거하는 공정을 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 공정 이후의 상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 각각 상기 제1 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치하는 태양전지의 제조 방법.
  6. 반도체 웨이퍼의 측면에서 서로 연결되는 제1 반도체층과 제2 반도체층을 각각 상기 반도체 웨이퍼의 상면과 하면에 형성하는 공정;
    상기 반도체 웨이퍼의 측면에서 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 노출시키면서 상기 제1 반도체층의 상면과 상기 제2 반도체층의 하면에 각각 제1 투명 도전층과 제2 투명 도전층을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명 도전층과 상기 제2 투명 도전층을 마스크로 하여 상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하여 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이의 전기적 연결을 단절시키는 공정; 및
    상기 제1 투명 도전층과 상기 제2 투명 도전층 중 적어도 하나의 표면에 형성되는 파티클을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 및 상기 파티클을 제거하는 공정은 동시에 수행하는 태양전지의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 및 상기 파티클을 제거하는 공정은 플라즈마 처리를 통해서 동시에 수행하는 태양전지의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 측면에 노출된 상기 제1 반도체층의 일 부분과 상기 제2 반도체층의 일 부분을 제거하는 공정 이후의 상기 제1 반도체층의 일단 및 타단은 각각 상기 제1 투명 도전층의 일단 및 타단과 일치하는 태양전지의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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