KR20100098043A - Method for manufacturing of solar cell using a reactive ion etching - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 반응성 이온식각(RIE) 방법으로 텍스처링되는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a method of manufacturing a solar cell textured by a reactive ion etching (RIE) method.
최근 무공해, 설비의 간편성, 내구성 향상 등 여러 가지 이유로 인하여 태양전지의 보급이 급속도로 확산되고 있으며, 이에 따라 태양전지의 효율을 높일 수 있으며, 양산성이 우수한 태양전지의 제조방법들이 다양하게 연구되고 있다.Recently, the spread of solar cells is rapidly spreading due to various reasons such as pollution-free, convenience of equipment, and durability improvement. Accordingly, solar cell efficiency can be improved, and various methods of manufacturing solar cells with excellent mass production are being studied. have.
태양전지는 광기전력(Photovoltaic effect) 현상을 응용하여 태양의 빛 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 에너지 변환소자이다. 그래서 태양전지는 기판 표면에 입사된 빛을 얼마나 효율적으로 흡수할 수 있는가에 따라 그 효율이 결정된다. A solar cell is an energy conversion device that converts light energy of the sun into electrical energy by applying a photovoltaic effect phenomenon. Therefore, the efficiency of the solar cell is determined by how efficiently the light incident on the substrate surface can be absorbed.
이를 위해 태양전지 기판의 표면층에 입사되는 빛의 반사율을 감소시키고, 태양전지내에서 빛의 통과 길이를 길게 하여 흡수 효율을 높이는 표면처리(Texturing, 텍스처링)방법을 사용하고 있다.To this end, a surface treatment (texturing) method is used to reduce the reflectance of light incident on the surface layer of the solar cell substrate and to increase absorption efficiency by lengthening the light passage length in the solar cell.
한편, 태양전지의 양산 공정에 적용되는 대부분의 텍스처링 공정은 습식 화학법(wet chemical)을 기본으로 하고 있는데, 이때 단결정 실리콘 기판은 알카리 계열(즉, KOH 등)의 솔루션으로 텍스처링 공정을 수행하고, 다결정 실리콘 기판은 산 계열(즉, HNO3+HF 등)의 솔루션으로 텍스처링 공정을 수행하고 있다. On the other hand, most of the texturing process applied to the mass production process of the solar cell is based on wet chemical (wet chemical), wherein the single crystal silicon substrate is subjected to the texturing process with an alkali-based solution (ie, KOH, etc.), Polycrystalline silicon substrates perform texturing with acid-based solutions (ie HNO3 + HF).
하지만, 상기 습식 화학법에 의한 텍스처링 공정은 실리콘 기판이 파손될 확률이 높고, 특히 다결정 실리콘 기판인 경우에는 산 계열의 솔루션으로 인하여 등방성 식각(isotropic etching)을 하는 경우 표면 반사율을 10% 이하로 줄이는데 한계가 있다. 이는 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다. However, the texturing process by the wet chemistry is likely to damage the silicon substrate, especially in the case of polycrystalline silicon substrate, the limit of reducing the surface reflectance to 10% or less when isotropic etching due to the acid-based solution There is. This causes a decrease in the efficiency of the solar cell.
이에 상기 표면 반사율을 개선하기 위하여 반응성 이온식각(RIE : Reactive ion etching) 방법을 이용하여 텍스처링 공정에 대한 연구가 수행되고 있으며, 일본의 'Kyocera' 회사만이 양산 공정에 성공하여 RIE 방법을 이용하여 텍스처링된 태양전지를 생산하고 있다.In order to improve the surface reflectivity, the research on the texturing process using a reactive ion etching (RIE) method is being conducted. Only Japan's 'Kyocera' company succeeded in the mass production process and used the RIE method. Produces textured solar cells.
도 1에는 일반적으로 Kyocera 사의 RIE 텍스처링 방법을 이용한 태양전지의 제조 공정도가 도시되어 있다. 1 illustrates a manufacturing process of a solar cell using the RIE texturing method of Kyocera in general.
먼저 실리콘 기판을 필요한 크기로 자른 뒤 절단시 발생한 실리콘 기판의 표면 결함이나 손상 부분을 제거하는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된다(s10). First, the silicon substrate is cut to a required size, and then a cutting and etching process for removing surface defects or damages of the silicon substrate generated during cutting is performed (S10).
상기 에칭 공정을 마친 실리콘 기판에 대해 이온식각(RIE) 방법으로 텍스처링 공정을 수행한다(s11). 상기 텍스처링 공정이 수행되면 상기 실리콘 기판의 표면은 나노미터 크기의 표면 구조로 형성되어, 기판 표면에 입사되는 빛의 반사를 감소시키게 된다. A texturing process is performed on the silicon substrate after the etching process by ion etching (RIE) (s11). When the texturing process is performed, the surface of the silicon substrate is formed to have a nanometer sized surface structure to reduce reflection of light incident on the surface of the substrate.
상기 텍스처링 공정된 실리콘 기판과 다른 타입의 불순물을 도핑하여 에미터 층을 형성하는 공정이 수행된다(s12). 이때 상기 실리콘 기판은 그 표면 구조가 나노미터 크기의 피라미드 구조이기 때문에, 쉘로우 도핑(shallow doping) 방법으로 도핑되어야 한다. A process of forming an emitter layer by doping impurities of a different type from the textured silicon substrate is performed (S12). At this time, since the surface structure of the silicon substrate is a nanometer-sized pyramid structure, it should be doped by a shallow doping method.
상기 에미터층이 형성된 다음에는 상기 에미터층 형성시 발생하는 PSG(n-타입 에미터인 경우) 또는 BSG(P-타입 에미터인 경우)를 제거하는 공정과(s13), 전극을 아이솔레이션시키기 위한 에지 아이솔레이션 공정이 수행된다(s14). After the emitter layer is formed, a process of removing the PSG (in the case of an n-type emitter) or BSG (in the case of a P-type emitter) generated when the emitter layer is formed (s13), and an edge for isolating the electrode An isolation process is performed (s14).
상기 에지 아이솔레이션이 수행된 다음에는 상기 에미터층 상부에 태양광 반사를 막기 위한 반사방지막을 형성시키는 공정이 수행된다(s15). 상기 반사방지막은 패시베이션으로서의 역할도 한다. After the edge isolation is performed, a process of forming an anti-reflection film for preventing solar reflection on the emitter layer is performed (S15). The antireflection film also serves as a passivation.
상기 반사방지막이 형성되면 스크린프린팅 기법으로 실리콘 기판의 전면과 후면 전극을 형성하는 공정이 수행된다(s16). 상기 전극은 일정 시간동안 건조시킨 상태에서 소정 공정(Co- firing)에 따른 금속-반도체 접합(ohmic contact)이 이루어짐으로써 형성된다. When the anti-reflection film is formed, a process of forming front and rear electrodes of the silicon substrate is performed by screen printing (S16). The electrode is formed by a metal-semiconductor contact (co-semiconductor contact) according to a predetermined process (Co-firing) in a dry state for a predetermined time.
그와 같은 RIE 텍스처링 방법을 이용한 태양전지의 제조공정에 의하면, 제일 먼저 RIE 텍스처링 방법으로 실리콘 기판에 대해 텍스처링 공정을 수행하고 있다. According to the solar cell manufacturing process using such a RIE texturing method, first, a texturing process is performed on a silicon substrate using the RIE texturing method.
그렇지만, 상기한 방법으로 태양전지를 제조하면 다음과 같은 문제가 발생한다. However, when the solar cell is manufactured by the above method, the following problem occurs.
먼저, RIE 텍스처링 공정이 절단 및 에칭(Saw damage etching)이 수행된 후 우선 수행되기 때문에, 실리콘 기판의 표면 구조가 나노미터 크기의 피라미드 형상으로 형성된다. 이는 표면 구조의 경사로 인하여 텍스처링 공정의 후공정으로 수행 되는 에미터층 형성 공정, 반사방지막 형성공정, 금속-반도체 접합 공정시 그 처리할 면적이 작아지기 때문에 최저의 반사율을 제공하기 위한 최적화된 공정을 제공할 수 없었다.First, since the RIE texturing process is first performed after saw damage etching, the surface structure of the silicon substrate is formed into a nanometer-sized pyramidal shape. Due to the inclination of the surface structure, the surface area of the emitter layer forming process, the anti-reflective film forming process, and the metal-semiconductor bonding process that are performed after the texturing process is reduced, thus providing an optimized process for providing the lowest reflectance. I could not.
또 상기 RIE 텍스처링 공정은 표면 반사율을 개선할 수 있지만, 결과적으로 태양전지의 변환효율을 감소시키는 문제가 있다. 상기 변환효율을 향상시키기 위해 다른 공정들과 연계하여 수행할 수도 있지만, 이러한 다른 공정들은 변환효율을 향상시키기 위한 텍스처링 공정 조건으로 수행하기 위해서는 공정상의 문제가 발생한다. 다른 공정과의 연계시에는 비용 및 시간이 증대되는 문제도 초래된다. In addition, the RIE texturing process may improve the surface reflectance, but as a result, there is a problem of reducing the conversion efficiency of the solar cell. Although it may be performed in conjunction with other processes to improve the conversion efficiency, these other processes may cause process problems in order to perform the texturing process conditions for improving the conversion efficiency. Linkages with other processes also lead to increased costs and time.
또 종래 RIE 텍스처링을 통한 태양전지 제조시에는 선택적 에미터를 형성할 수 없었다. 이는 전면 전극과 에미터와의 접촉 저항을 줄일 수 없어 전기적 손실이 발생하고, 또 전면 전극의 미세화 등이 어려워서, 결국 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 있었다. In addition, it was not possible to form a selective emitter when manufacturing a solar cell through conventional RIE texturing. This is because the contact resistance between the front electrode and the emitter cannot be reduced, electrical loss occurs, and it is difficult to miniaturize the front electrode, resulting in a problem that the efficiency of the solar cell is reduced.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, RIE 공정을 이용한 태양전지 제조시에도 보다 작은 반사율을 가지는 표면 구조를 제공하여 빛의 흡수 효율을 향상시키기 위한 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a surface structure having a smaller reflectance even when manufacturing a solar cell using the RIE process to improve the light absorption efficiency.
본 발명의 다른 목적은 선택적 에미터를 형성할 수 있도록 한 것이다.Another object of the present invention is to be able to form selective emitters.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 반도체 기판상에 에미터를 형성하는 에미터층 형성단계; 상기 에미터층에 전면전극을 형성하는 전면전극 형성단계; 상기 에미터층과 전면전극이 형성된 상기 반도체 기판 중 상기 전면전극이 미형성된 부분을 식각한 후 표면처리하는 이온식각공정 단계; 상기 이온식각공정 완료 후, 선택적 에미터의 형성을 위해 쉘로우(shallow) 도핑을 수행하는 도핑 단계; 상기 도핑 완료 후, 상기 반도체 기판의 전체 면적에 대해 반사방지막을 형성하는 반사방지막 형성단계; 그리고, 상기 형성된 반사방지막 중 상기 전면전극 부분에 형성된 반사방지막을 제거하고 상기 반도체 기판의 전면부를 완성하는 단계;를 포함하여 구성된다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, an emitter layer forming step of forming an emitter on a semiconductor substrate; Forming a front electrode on the emitter layer; An ion etching process step of etching a portion of the semiconductor substrate on which the emitter layer and the front electrode are formed, in which the front electrode is not formed, and then surface-treating it; A doping step of performing shallow doping to form a selective emitter after completion of the ion etching process; An anti-reflection film forming step of forming an anti-reflection film over the entire area of the semiconductor substrate after the doping is completed; And removing the anti-reflection film formed on the front electrode part of the formed anti-reflection film and completing the front part of the semiconductor substrate.
상기 전면전극을 시드층(seed layer)으로 사용할 경우, 상기 반도체 기판이 완성된 상태에서 상기 전면전극을 도금하는 도금공정 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.When the front electrode is used as a seed layer, a plating process for plating the front electrode in a state where the semiconductor substrate is completed may be further included.
상기 도금공정 단계에서 상기 도금에 사용되는 물질은 구리(Cu)/주석(Sn) 또 는 구리(Cu)/은(Ag)으로 이루어진 물질을 사용하는 것이 바람직하다. In the plating process step, the material used for the plating is preferably made of copper (Cu) / tin (Sn) or copper (Cu) / silver (Ag).
상기 에미터 형성단계 및 도핑 단계는, 튜브 퍼니스(tube furnace)를 이용한 'POC13 디퓨전' 방법, 벨트 퍼니스(belt furnace)를 이용한 '인산(P) 디퓨전' 방법, '플라즈마 도핑' 방법 중 어느 하나에 의해 실시된다. The emitter forming step and the doping step may be any one of a 'POC13 diffusion' method using a tube furnace, a 'phosphate (P) diffusion' method using a belt furnace, and a 'plasma doping' method. Is carried out by.
상기 에미터 형성단계는 40옴(ohm)/squar 이하의 면 저항을 가지도록 도핑하고, 상기 도핑 단계는 80옴(ohm)/squar 이상의 면 저항을 가지도록 도핑한다. The emitter forming step is doped to have a sheet resistance of 40 ohm / squar or less, and the doping step is doped to have a sheet resistance of 80 ohm / squar or more.
상기 전면전극은, 스크린 프린팅, 잉크-젯, 에어로졸(aerosol) 젯 방법, 진공증착 방법 중 어느 하나에 의해 수행되고, 특히 상기 전면전극이 상기 스크린 프린팅, 잉크-젯, 에어로졸(aerosol) 젯 방법으로 형성될 경우, 상기 전면전극의 금속 페이스트는, 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 중 하나가 사용된다. The front electrode is carried out by any one of a screen printing, an ink-jet, an aerosol jet method, and a vacuum deposition method. In particular, the front electrode is used as the screen printing, ink-jet, aerosol jet method. When formed, one of nickel (Ni), silver (Ag), chromium (Cr), and aluminum (Al) is used as the metal paste of the front electrode.
상기 이온식각공정 단계에서의 표면 식각과 표면처리는 동일한 챔버 또는 독립된 챔버에서 수행되고, 반응 가스의 종류 및 플라즈마 발생을 위한 에너지원의 파워를 조절하여 수행한다. Surface etching and surface treatment in the ion etching step are performed in the same chamber or in an independent chamber, by adjusting the type of reaction gas and the power of the energy source for plasma generation.
상기 반사방지막은 플라즈마화학증착방식(PECVD), 진공증착방식, 스프레이 방식 중 하나의 방식에 의해 1.1 ~ 2.5 사이의 굴절율을 가지는 유전체 물질로 형성된다.The anti-reflection film is formed of a dielectric material having a refractive index between 1.1 and 2.5 by one of plasma chemical vapor deposition (PECVD), vacuum deposition, and spray.
상기 반사방지막은 레이저(Lazer)를 이용하여 제거된다. The anti-reflection film is removed using a laser.
본 발명에서는, 이온식각(RIE) 공정이 에미터층 형성, 반사방지막 형성, 전면전극 형성의 공정 이후에 처리되기 때문에, 종래 이온식각 방법으로 태양전지 제 조시 텍스처링된 표면의 형상때문에 최적화된 공정 조건을 제공할 수 없는 문제를 해결할 수 있다. In the present invention, since the ion etching (RIE) process is processed after the process of emitter layer formation, anti-reflection film formation, and front electrode formation, the process conditions optimized by the conventional ion etching method due to the shape of the textured surface of the solar cell It can solve problems that cannot be provided.
또 에미터층, 반사방지막, 전면전극이 형성된 이후에 이온식각 공정에 의해 태양전지의 기판 표면이 표면 처리되기 때문에, 반사율을 최소로 할 수 있는 표면 텍스처링 공정조건으로 태양전지를 제조할 수 있으므로, 빛 흡수율을 증가시켜 태양전지 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the substrate surface of the solar cell is surface-treated by the ion etching process after the emitter layer, the anti-reflection film, and the front electrode are formed, the solar cell can be manufactured under the surface texturing process conditions that can minimize the reflectance. By increasing the absorption rate, solar cell efficiency can be improved.
또 에미터층 공정시의 도핑과 RIE 공정 이후에 쉘로우 도핑공정이 각각 수행되는 바, 2번의 도핑 공정이 수행되고 있어 선택적 에미터를 형성할 수 있기 때문에, 전면전극과 에미터층과의 접촉 저항을 줄일 수 있으며, 태양빛의 단파장 영역에서의 태양전지 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러 에칭(saw damage etching)만 시행된 태양전지 기판에 에미터 형성을 위한 도핑과정과, 전면전극 형성을 수행하기 때문에, 전면전극 아랫부분에 도핑 프로파일(profile) 및 균질성(uniformity)의 향상을 기대할 수 있다.In addition, the shallow doping process is performed after the doping during the emitter layer process and the RIE process. Since the second doping process is performed, a selective emitter can be formed, thereby reducing the contact resistance between the front electrode and the emitter layer. It is possible to improve the efficiency of the solar cell in the short wavelength region of sunlight. In addition, since the doping process for emitter formation and the front electrode are formed on the solar cell substrate subjected to only saw damage etching, the doping profile and uniformity are expected to be improved in the lower part of the front electrode. Can be.
또 전면전극의 미세화가 가능하고 종횡비가 향상되어 태양전지의 전기적, 광학적 손실을 줄일 수 있다. 이는 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the front electrode can be miniaturized and the aspect ratio is improved, thereby reducing the electrical and optical losses of the solar cell. This can improve the efficiency of the solar cell.
이하, 본 발명에 의한 태양전지의 제조방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 태양전지의 제조 재료로 반도체 기판으로서, 결정질 실리콘(Si) 기판을 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings. In the embodiment of the present invention, a crystalline silicon (Si) substrate will be described as an example of a semiconductor substrate as a solar cell manufacturing material.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지의 제조공정도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 태양전지 제조방법의 공정도가 단면도로 도시되어 있다. 2 is a manufacturing process diagram of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a process diagram of the solar cell manufacturing method of Figure 2 is shown in cross-sectional view.
먼저, 도 2를 참조하여 태양전지의 제조공정을 설명한다. First, a manufacturing process of a solar cell will be described with reference to FIG. 2.
도 2를 보면, 우선하여 실리콘 기판을 필요한 크기로 자르고 표면의 결함 및 손상을 제거하는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된다(s100). Referring to FIG. 2, first, a cutting and etching process of cutting a silicon substrate to a required size and removing defects and damages of a surface is performed (S100).
상기 에칭된 실리콘 기판의 표면에 대해 디퓨전(deffusion) 공정을 이용하여 상기 실리콘 기판에 전도성을 제공하기 위해 그 실리콘 기판과 다른 타입의 불순물을 도핑시켜 에미터층을 형성하는 에미터층 형성공정이 수행된다(s102). 상기 에미터층은 튜브 퍼니스(tube furnace)를 이용한 'POC13 디퓨전', 벨트 퍼니스(belt furnace)를 이용한 '인산(P) 디퓨전', '플라즈마 도핑' 등의 방법으로 수행된다. 이때 상기 불순물은 40 옴/sq 이하의 면 저항을 가지도록 고농도로 도핑되어 에미터층이 형성되게 하는 것이 좋다. 아울러 상기 에미터층이 형성되면, 그 에미터층의 형성시 발생한 PSG(n-타입 에미터인 경우) 또는 BSG(P-타입 에미터인 경우)를 제거하는 공정이 수행된다(s104).An emitter layer forming process is performed in which an emitter layer is formed by doping impurities of the silicon substrate with another type of impurities to provide conductivity to the silicon substrate using a diffusion process on the surface of the etched silicon substrate ( s102). The emitter layer is performed by a method such as 'POC13 diffusion' using a tube furnace, 'phosphate (P) diffusion' using a belt furnace, 'plasma doping' and the like. At this time, the impurities are preferably doped in a high concentration so as to have a sheet resistance of 40 ohms / sq or less to form an emitter layer. In addition, when the emitter layer is formed, a process of removing PSG (in case of an n-type emitter) or BSG (in case of a P-type emitter) generated when the emitter layer is formed is performed (s104).
다음, 금속 페이스트를 사용하여 전면전극을 형성하는 전면전극 형성공정이 수행된다(s106). 상기 전면전극에 사용되는 금속 페이스트는, 예를 들어 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 등이 이용될 수 있다. 이때에는 상기 전면전극은 스크린 프린팅, 잉크-젯, 에어로졸(aerosol) 젯 방법 중 어느 하나의 방법으로 형성된다. 이외에도 상기 전면전극은 진공증착 방법으로도 형성 가능하다. 특히 상기 전면전극은 표면 처리하기 이전의 실리콘 기판에 형성되기 때문에, 상기 스크린 프린팅이나 잉크-젯으로 전면전극을 형성할 경우 상기 금속 페이스트를 균일하게 도포할 수 있으며, 전면전극의 미세화 및 종횡비(aspect ratio)을 향상시킬 수 있다. 또한 고농도로 도핑된 에미터층에 금속이 접합되기 때문에 접촉저항을 줄일 수 있다. 여기서 상기 전면전극에 사용되는 금속은 상기한 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 이외에도 RIE 공정시 금속과 실리콘이 에칭되는 속도가 큰 물질이면 상관없다. 즉 아래에서 설명될 RIE 공정시에 전면전극은 에칭되지 않으면서 실리콘만 에칭되면 된다. Next, a front electrode forming process for forming the front electrode using the metal paste is performed (s106). As the metal paste used for the front electrode, for example, nickel (Ni), silver (Ag), chromium (Cr), aluminum (Al), or the like may be used. In this case, the front electrode is formed by any one of screen printing, ink-jet, and aerosol jet methods. In addition, the front electrode may be formed by a vacuum deposition method. In particular, since the front electrode is formed on the silicon substrate before the surface treatment, the metal paste may be uniformly applied when the front electrode is formed by screen printing or ink-jet, and the front electrode may be miniaturized and aspect ratio (aspect) ratio can be improved. In addition, since the metal is bonded to the heavily doped emitter layer, the contact resistance can be reduced. The metal used for the front electrode may be any material having a high rate of etching of metal and silicon during the RIE process, in addition to nickel (Ni), silver (Ag), chromium (Cr), and aluminum (Al). That is, in the RIE process described below, only the silicon is etched without the front electrode being etched.
상기 전면전극이 완성되면, RIE 공정이 수행된다(s108). 상기 RIE 공정은 먼저 상기 전면전극이 형성된 부분의 에미터층을 제외한 나머지 에미터층을 제거하는 식각 공정이 수행된다. 그런 다음, 상기 에미터층이 제거된 부분의 실리콘 기판에 대해 반사율이 최저가 되는 표면 구조를 가지도록 텍스처링 공정이 수행된다. 상기 RIE 공정의 식각 및 텍스처링 공정은 동일한 챔버 또는 각각 독립된 챔버내에에서 반응 가스의 종류와 플라즈마 발생을 위한 에너지원의 파워 등을 조절하여 수행한다. 상기 반응 가스는 금속과 실리콘(Si)의 에칭 효능이 좋은 가스를 이용하는데, 보통 F 계열 또는 CI 계열 등의 반응 가스가 이용된다. When the front electrode is completed, the RIE process is performed (s108). In the RIE process, an etching process for removing the remaining emitter layer except for the emitter layer of the portion where the front electrode is formed is performed. A texturing process is then performed to have a surface structure with the lowest reflectance for the silicon substrate of the portion where the emitter layer is removed. The etching and texturing processes of the RIE process are performed by adjusting the type of reaction gas and the power of an energy source for plasma generation in the same chamber or each independent chamber. As the reaction gas, a gas having good etching efficacy between metal and silicon (Si) is used, and a reaction gas such as an F series or a CI series is usually used.
상기 RIE 방법에 의한 식각 공정 및 텍스처링 공정이 수행된 다음에는, 쉘로우 도핑(shallow doping)이 수행된다(s110). 상기 쉘로우 도핑은 선택적 에미터의 형성을 하기 위한 것이다. 즉, 쉘로우 도핑은 실리콘 기판에서의 재결합을 감소하고 단파장 태양 빛에 대하여 태양전지의 반응을 좋게할 수 있어 단파장 영역대의 빛 흡수를 유리하게 한다. 이러한 상기 쉘로우 도핑은 80옴/squar 이상의 면 저항을 가지도록 상기 에미터 형성공정단계에서 제공한 농도보다 상대적으로 저농도로 도핑을 수행한다. 상기 도핑은 튜브 퍼니스(tube furnace)를 이용한 'POC13 디퓨전', 벨트 퍼니스(belt furnace)를 이용한 '인산(P) 디퓨전', '플라즈마 도핑' 등의 방법으로 수행된다. After the etching process and the texturing process by the RIE method are performed, shallow doping is performed (S110). The shallow doping is for the formation of selective emitters. In other words, shallow doping reduces the recombination in the silicon substrate and improves the solar cell's response to short wavelength solar light, which favors light absorption in the short wavelength region. The shallow doping is carried out at a relatively low concentration than the concentration provided in the emitter forming process step to have a surface resistance of 80 ohms per square or more. The doping is performed by a method such as 'POC13 diffusion' using a tube furnace, 'phosphate (P) diffusion' using a belt furnace, 'plasma doping' and the like.
상기 쉘로우 도핑이 완료되면 상기 실리콘 기판의 전면에 대해 전체적으로 태양광 반사를 막아 효율을 높이도록 해주는 반사방지막 형성을 위한 반사방지막 형성공정이 수행된다(s112). 상기 반사방지막은 'SiNx', 'Al203' 등과 같이 1.1 ~ 2.5 사이의 굴절율을 가지는 유전체 물질로 형성하고, 이는 PECVD, 진공증착방식, 스프레이 방식 등으로 형성된다. When the shallow doping is completed, an anti-reflection film forming process for forming an anti-reflection film that prevents reflection of sunlight on the entire surface of the silicon substrate to increase efficiency is performed (S112). The anti-reflection film is formed of a dielectric material having a refractive index of 1.1 to 2.5, such as 'SiNx', 'Al203', and the like, and is formed by PECVD, vacuum deposition, spray, or the like.
상기 실리콘 기판의 전면부를 형성하기 위해 상기 반사방지막 중 전면 전극부분에 형성된 반사방지막을 제거하는 반사방지막 일부 제거공정이 수행된다(s114). 상기 반사방지막은 상기 실리콘 기판의 상방으로부터 레이저를 조사하여 선택적으로 제거하도록 한다. In order to form the front part of the silicon substrate, an anti-reflection film removing part of the anti-reflection film formed on the front electrode part of the anti-reflection film is performed (S114). The anti-reflection film is selectively irradiated with a laser from above the silicon substrate.
그와 같이 실리콘 기판의 전면부가 완성되면 후면전극 등을 형성하는 공정을 수행하여 태양전지의 제조를 완료한다. 이때 상기 후면 부분에 대한 공정은 상기 전면 공정을 수행하기 전, 또는 중간, 또는 전면 공정이 완전히 진행된 후 어느 때나 수행할 수 있다. As such, when the front portion of the silicon substrate is completed, a process of forming a back electrode is performed to complete the manufacture of the solar cell. In this case, the process for the rear portion may be performed at any time before the front surface process, in the middle, or after the front surface process is completely performed.
한편, 상기 반사방지막이 선택적으로 제거된 상태의 전면전극은 그 자체로 전면전극으로서의 기능을 수행할 수 있지만, 상기 전면전극의 시드 층(seed layer) 으로 사용될 수 있다. 이 경우 상기 전면전극의 저항을 낮추고 종횡비를 높이기 위하여 상기 반사방지막 상에 도금을 하는 도금공정이 추가적으로 수행될 수 있다(s116). 상기 도금을 하는 경우에는 도금 물질로서 구리(Cu)/주석(Sn), 구리(Cu)/은(Ag)의 물질이 사용된다. Meanwhile, the front electrode in which the anti-reflection film is selectively removed may function as the front electrode by itself, but may be used as a seed layer of the front electrode. In this case, in order to lower the resistance of the front electrode and increase the aspect ratio, a plating process of plating on the anti-reflection film may be additionally performed (s116). In the case of the plating, a material of copper (Cu) / tin (Sn) and copper (Cu) / silver (Ag) is used as the plating material.
다음, 도 3을 참조하여 도 2에서 설명한 공정을 다시 살펴보기로 한다.Next, the process described with reference to FIG. 2 will be described again with reference to FIG. 3.
먼저 도 3(a)는 절단 및 에칭(Saw damage etching) 공정이 수행된 실리콘 기판(100)이다. 상기 실리콘 기판(100)상에 도 3(b)와 같이 에미터층(102)을 형성한다. First, FIG. 3A illustrates a
상기 에미터층(102) 위로 전면전극(104)을 형성한다. 이때 전면전극(104)은 금속페이스트로 표면처리되지 않은 실리콘 기판(100)에 형성된다. 이 상태가 도 3(c)에 도시되어 있다. 여기서 상기 전면전극(104)이 형성되기 전에 상기 에미터층(102) 형성시 발생한 PSG(n-타입 에미터인 경우) 또는 BSG(P-타입 에미터인 경우)를 제거하는 공정이 수행되는 것이 좋다.The
그런 상태에서, RIE 공정이 수행된다. RIE 공정에 의하여 상기 실리콘 기판(100)이 에칭되면 도 3(d)와 같이 된다. 즉 상기 전면전극(104)을 마스크(mask) 형태로 하여 전면전극(104)이 없는 에미터층('A'부분)이 에칭되어 제거된다. 그리고, 도 3(e)와 같이 상기 에칭되어 제거된 상기 에미터층('A'부분)과 접한 실리콘 기판에 대해 텍스처링 처리한다. 상기 텍스처링 되면, 상기 'A'부분은 피라미드 모양이나 역 피라미드 모양으로 형성된다. 도면에서는 도면부호 '105'로 표시하였다. '105'를 텍스처링된 실리콘 기판이라 하기로 한다. 상기 텍스처링된 실리콘 기판(105)은 빛의 반사량을 감소시킬 수 있고 반면 빛의 흡수 효율은 향상시킬 수 있다.In such a state, the RIE process is performed. When the
상기 RIE 공정이 완료되면, 도 3(f)처럼 상기 텍스처링된 실리콘 기판(105)에 대해 선택적 에미터 형성을 위한 쉘로우 도핑을 수행한다. 도면에서는 상기 텍스처링된 실리콘 기판(105)이 도핑된 상태를 도핑층(106)으로 나타내고 있다.When the RIE process is completed, shallow doping for selective emitter formation is performed on the
상기 쉘로우 도핑 공정후에는 도 3(g)와 같이 상기 도핑층(106)과 전면전극(104) 전체에 대해 반사방지막(107)을 형성한다. After the shallow doping process, an
상기 반사방지막(107)이 형성된 다음에는 상기 전면전극(104)에 형성된 반사방지막('B'부분)을 레이저를 이용하여 선택적으로 제거한다. 이 상태는 도 3(h)에 도시되어 있다. After the
그와 같이 하여 도 3(i)와 같이 실리콘 기판의 전면부를 완성한다. Thus, the front part of a silicon substrate is completed as shown in FIG.3 (i).
한편, 상기 전면전극(104)은 그 자체로 전면전극 기능을 수행할 수도 있지만, 시드층(seed layer)으로도 사용할 수 있다. 이 경우 도 3(j)과 같이 상기 전면전극(104) 상에 도금층(108)을 형성한다. 이는 전면전극(104)의 저항을 감소시키고 완성된 태양전지 기판의 종횡비를 높이기 위함이다. The
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시 예는 에미터층 형성공정, 반사방지막 형성공정, 전극 형성공정이 RIE 공정보다 선행되어 처리되기 때문에, 종래 RIE 공정을 이용하여 태양전지를 제조할 때 발생할 수 있는 단점을 해소할 수 있다. 예컨대 실리콘 기판 상면이 평면으로 되어 있기 때문에, 에미터층, 반사방지막, 전극을 용이하게 형성할 수 있다. As described above, since the emitter layer forming process, the anti-reflection film forming process, and the electrode forming process are processed in advance of the RIE process, the present embodiment has a disadvantage that may occur when manufacturing a solar cell using the conventional RIE process. I can eliminate it. For example, since the upper surface of the silicon substrate is flat, the emitter layer, the antireflection film, and the electrode can be easily formed.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.
도 1은 일반적으로 Kyocera 사의 RIE 텍스처링 방법을 이용한 태양전지의 제조 공정도1 is a manufacturing process of a solar cell using the RIE texturing method of Kyocera in general
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지의 제조공정도2 is a manufacturing process of the solar cell according to a preferred embodiment of the present invention
도 3은 도 2의 태양전지 제조방법의 공정도를 도시하고 있는 단면도3 is a cross-sectional view illustrating a process diagram of the method of manufacturing the solar cell of FIG. 2.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 실리콘 기판 102 : 에미터층100
104 : 전면전극 105 : 텍스처링된 실리콘 기판104: front electrode 105: textured silicon substrate
106 : 도핑층 107 : 반사방지막106: doping layer 107: antireflection film
108 : 도금층 108: plating layer
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