KR20150127667A - 태양 전지 제작에서의 향상된 저 점도 인쇄를 위한 습식 화학적 폴리싱 방법 - Google Patents

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Abstract

태양 전지를 제작하는 방법이 개시된다. 이 방법은 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계; 및 폴리싱된 표면 상에 상호맞물림형 패턴으로 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면은 제1 유동성 매트릭스가 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 한다. 일 실시예에서, 이 방법은 다이아몬드 와이어 또는 슬러리 웨이퍼링 공정들과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 규소 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 불화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 에칭제는 등방성 에칭제이다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도를 갖는 규소 기판의 표면을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

태양 전지 제작에서의 향상된 저 점도 인쇄를 위한 습식 화학적 폴리싱 방법{METHODS FOR WET CHEMISTRY POLISHING FOR IMPROVED LOW VISCOSITY PRINTING IN SOLAR CELL FABRICATION}
본 명세서에 기술된 발명 요지의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell) 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 발명 요지의 실시예는 태양 전지의 에칭 및 폴리싱과 제조 기술에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위한 잘 알려진 장치이다. 태양 전지는 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역들을 포함한다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선은 확산 영역으로 이동하는 전자 및 정공을 생성하고, 그럼으로써 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 배면 접점(backside contact) 태양 전지에서, 확산 영역 및 이들에 결합된 금속 접촉 핑거(metal contact finger) 둘 모두는 태양 전지의 배면 상에 있다. 접촉 핑거는 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되게 하고 태양 전지에 의해 급전되게 한다. 그러나, 태양 전지 제작에 사용되는 공정의 향상이 여전히 필요하다.
태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스(flowable matrix)를 형성하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계, 및 폴리싱된 표면 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형(interdigitated) 패턴으로 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 다이아몬드 와이어(diamond wire) 또는 슬러리 웨이퍼링(slurry wafering) 공정들과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 규소 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 또는 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도(peak-to-valley roughness)를 갖는 규소 기판의 표면을 제공하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는 재료를 포함하는 제1 유동성 매트릭스를 제공하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 에칭 레지스트 잉크, 유동성 비정질 규소 및 유동성 폴리실리콘과 같은 재료를 포함하지만 이로 한정되지 않는 제1 유동성 매트릭스를 제공하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 제1 도펀트 소스(dopant source)를 갖는 제1 도펀트 재료를 포함하는 제1 유동성 매트릭스를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 제1 도펀트 소스가 규소 기판 내로 확산되도록 하기에 충분한 온도로 규소 기판 및 제1 도펀트 재료를 가열하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 제1 유동성 매트릭스 및 규소 기판을 가열한 것에 후속하여 제1 도핑된 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 폴리싱된 표면 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴으로 제2 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 제2 유동성 매트릭스는 제2 도펀트 소스를 갖는 제2 도펀트 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 제2 도펀트 소스가 규소 기판 내로 확산되도록 하기에 충분한 온도로 규소 기판 및 제2 도펀트 재료를 가열하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 제2 도펀트 재료 및 규소 기판을 가열한 것에 후속하여 제2도핑된 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 붕소 또는 인과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 도펀트를 갖는 제1 및 제2 도펀트 소스를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 또한 제1 및 제2 금속 페이스트로 구성된 제1 및 제2 유동성 매트릭스를 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 제1 금속 층을 형성하도록 제1 및 제2 금속 페이스트를 가열하는 단계, 및 제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 도금하는 단계를 포함하며, 이때 제1 금속 층은 제1 및 제2 도핑된 영역들에 제2금속 층을 전기적으로 결합시킨다. 다른 실시예에서, 이 방법은 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄 또는 스핀 코팅과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판을 에칭하는 단계는 폴리싱된 표면을 형성하도록 규소 기판을 등방성으로 에칭하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면은 대신에 반-폴리싱된(semi-polished) 표면이다. 일 실시예에서, 반-폴리싱된 표면은 규소 기판으로부터 8 마이크로미터 이상 에칭된 규소 기판의 표면이다. 다른 실시예에서, 규소 기판을 등방성으로 에칭하는 단계는 제1 유동성 매트릭스가 일정한 두께의 균일하게 인쇄된 라인들을 갖는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 한다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판을 등방성으로 에칭하기 전에, 이 방법은 이방성 에칭 공정을 사용하여 규소 기판을 에칭하여서 잉여 규소를 제거하고 규소 기판 상에 평활화된(smoothened) 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 규소 기판을 이방성으로 에칭하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 위에서 논의된 에칭제는 탈이온수(DI water)와 혼합된다.
태양 전지를 제작하는 방법이 개시된다. 이 방법은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(front side) 및 전면 반대편의 배면을 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 에칭제를 사용하여 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도를 갖고 태양 전지의 배면 상에 형성된다. 이 방법은 폴리싱된 표면 상에 상호맞물림형 패턴으로, 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 각각 갖는 제1 및 제2 도펀트 재료들을 침착시키는 단계를 포함하는데, 제1 및 제2 도펀트 재료들은 각각 제1 도펀트 소스 및 제2 도펀트 소스를 포함하고, 여기서 폴리싱된 표면은 제1 및 제2 도펀트 재료들로 하여금 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도펀트 재료들은 폴리싱된 표면 위에 산업용 인쇄 방법들에 의해 침착된다. 이 방법은 제1 및 제2 도펀트 소스들이 규소 기판 내로 확산되게 하기에 충분한 온도로 규소 기판과 제1 및 제2 도펀트 재료들을 가열하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도펀트 소스들이 규소 기판 내로 확산되게 하기에 충분한 온도로 규소 기판과 제1 및 제2 도펀트 재료들을 가열하는 단계는 제1 및 제2 도핑된 영역들을 형성한다. 이 방법은 또한 제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 제1유전체 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층은 질화규소(SiN), 또는 태양 전지를 위한 반사방지 영역을 형성하기 위해 흔히 사용되는 임의의 재료로 구성된다. 이 방법은 제1 유전체 층 내에 복수의 접촉 개구들을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 접촉 개구들을 형성하는 단계는 습식 에칭 기술 또는 레이저 융제(laser ablation) 공정의 사용을 포함한다. 이 방법은 제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 접촉 개구들을 통해 확립되는 제1 금속 층 - 제1 금속 층은 배면 상의 제1 및 제2 도핑된 영역들에 전기 접속된 격자들을 포함함 - 을 형성하는 단계, 및 제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 도금하는 단계를 추가로 포함하는데, 여기서 제1 금속 층은 제1 및 제2 도핑된 영역들에 제2 금속 층을 전기적으로 결합시킨다. 일 실시예에서, 이 방법은 다이아몬드 와이어 또는 슬러리 웨이퍼링 공정들과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 규소 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판을 에칭하는 단계는 폴리싱된 표면을 형성하도록 등방성 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 규소 기판을 등방성으로 에칭하는 단계는 제1 도펀트 재료가 일정한 두께의 균일하게 인쇄된 라인들을 갖는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 등방성으로 에칭하기 전에 평활화된 표면을 형성하도록 규소 기판을 이방성으로 에칭하는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제작하는 다른 방법이 개시된다. 이 방법은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면 및 전면 반대편의 배면을 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 등방성 에칭제를 사용하여 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도를 갖고 태양 전지의 배면 상에 형성된다. 본 방법은 태양 전지의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역들을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 제1유전체 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층은 태양 전지의 배면 위의 반사방지 층이다. 이 방법은 제1 유전체 층 내에 복수의 접촉 개구들을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 형성된 유전체 층을 통해 확립된 적어도 하나의 접촉 개구를 적어도 충전하도록 제1 금속 페이스트를 침착시키는 단계를 포함하는데, 여기서 제1 및 제2 도핑된 영역들의 토포그래피(topography)는 규소 기판의 폴리싱된 표면과 공형(conformal)이다. 이 방법은 제1 금속 페이스트로 충전된 하나 초과의 접촉 개구를 연결하도록 제2 금속 페이스트를 침착시켜 배면 상의 유전체 층 위에 상호맞물림형 패턴을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 제2 금속 페이스트는 제2 금속 페이스트의 토포그래피가 규소 기판의 폴리싱된 표면과 공형이도록 폴리싱된 표면 위에 산업용 인쇄 방법들에 의해 침착된다. 이 방법은 제1 및 제2 금속 페이스트를 경화시켜 배면 상의 유전체 층 아래의 제1 및 제2 도핑된 영역들에 대한 전기 접속된 격자들을 포함하는 제1 금속 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 도금하는 단계를 포함하는데, 여기서 제1 금속 층은 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역들에 전기적으로 결합시킨다. 일 실시예에서, 이 방법은 다이아몬드 와이어 및 슬러리 웨이퍼링 공정들과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 규소 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 에칭제는 등방성 에칭제이다.
유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 하기 도면과 관련하여 고려될 때, 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 발명 요지의 더욱 완전한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 공정의 단면도;
도 4a 내지 도 4d는 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 공정에 따른 도 1의 태양 전지의 평면도.
도 5 내지 도 9는 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법의 단면도.
도 10 내지 도 12는 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 다른 방법의 단면도.
도 13a 내지 도 13d는 도 5 내지 도 12의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법의 실시예에 따른 도 5의 태양 전지의 평면도.
도 14 내지 도 25는 도 5 내지 도 13의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법들에 따라 제작된 태양 전지의 단면도.
도 26 및 도 27은 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법들의 플로우차트.
도 28 및 도 29는 도 5 내지 도 13의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법들에 따라 태양 전지를 제작하기 위한 방법의 플로우차트.
하기 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 발명 요지 또는 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 실례로서 역할하는" 것을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 요약 또는 하기 상세한 설명에서 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
태양 전지들의 에칭, 세척 및 폴리싱에 관한 제조 공정들을 향상시키기 위한 기술들은, 이들이 표준 태양 전지 제작 공정의 본질적인 부분이기 때문에 유익하다. 그러한 기술은 인쇄가능한 매체의 침착 동안에 태양 전지 상의 인쇄된 라인 두께 및 선형성을 향상시킬 수 있다. 이들 또는 다른 유사한 실시예들이 후술된다.
부가적으로, 본 방법 및 그의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 구체적인 공정 흐름 작업과 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 기재된다. 본 방법 및 그의 실시예가 이들 구체적인 상세 사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 방법을 불필요하게 이해하기 어렵게 하지 않기 위해 리소그래픽(lithographic) 및 에칭 기술과 같은 잘 알려진 제작 기술은 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예가 예시적인 표현이고, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
당업계에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 태양 전지를 제작하기 위한 방법은 규소 기판을 제공하는 단계, 규소 기판 내에 도핑된 영역들을 형성하는 단계, 도핑된 영역들 상에 접촉 영역들을 형성하는 단계, 및 접촉 영역들 상에 금속 층을 도금하는 단계를 포함할 수 있는데, 여기서 외부 부하가 금속 층을 따라 양극 및 음극 패드들에 접속되어 태양 전지에 의해 생성된 전류를 끌어당긴다. 따라서, 규소 기판 상에 도핑된 영역들을 형성하는 단계는 태양 전지 제작 공정의 필수적인 부분이다. 도핑된 영역들을 형성하기 위한 다양한 방법들이 알려져 있다. 도핑된 영역들을 형성하기 위한 준비로 규소 기판 성에 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 방법들이 도 1 내지 도 4에 도시되고 아래에서 논의된다.
도 1은 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 공정과 함께 사용되는 태양 전지를 도시한다. 태양 전지(100)는 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(102) 및 전면(102) 반대편의 배면(104)을 포함할 수 있다. 태양 전지(100)는 또한 규소 기판(110)을 포함할 수 있다. 규소 기판(110)은 규소 기판(110)의 배면(104) 상에 비-폴리싱된 표면(101)을 포함할 수 있다. 비-폴리싱된 표면(101)은 상승 영역(112) 및 하강 영역 (114)을 포함하는 균일하지 않은 형태의 영역들과 같은 표면 특징부를 가질 수 있다. 상승 영역 (112) 및 하강 영역 (114)은 또한 둘 모두의 영역들의 가장 높은 지점에 있는 피크(116) 및 불균일하게 형상화된 영역들 사이에서의 가장 낮은 지점인 밸리(118)를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로 각각 상승 영역 및 하강 영역에 대한 높이(113) 및 높이(115)는 피크-밸리간 거리에 의해 측정될 수 있다. 또한, 표면 특징부들의 높이는 달라질 수 있으며, 평균하여 500 nm 초과일 수 있다.
도 2를 참조하면, 태양 전지 상의 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 공정이 도시되어 있다. 표준 공정은 규소 기판(110)의 배면(104) 상의 비-폴리싱된 표면(101) 상에 제1 유동성 매트릭스(120)를 침착시키기 위해 노즐(128)을 갖는 잉크젯 프린터와 같은 산업용 인쇄 방법들의 사용을 포함할 수 있다. 기판 상에 잉크젯 인쇄를 하기 위한 일반적인 요건은 인쇄되는 라인 품질을 유지하는 것인데, 여기서 인쇄되는 라인 품질은 그의 침착된 라인 두께 및 기판 상의 인쇄된 라인 폭 일관성의 측면에서 측정될 수 있다. 또한, 제1 유동성 매트릭스, 또는 유동성 매트릭스는 다수의 상이한 해석들을 가질 수 있는데, 여기서 이는 본 명세서에서 에칭 레지스트 잉크, 유동성 비정질 규소, 유동성 폴리실리콘 및 다양한 저-점도 인쇄가능 도펀트를 포함하도록 사용된다. 제1 유동성 매트릭스는 기술된 것으로 반드시 제한되는 것은 아니며, 또한 고-점도 인쇄가능 재료 등과 같은 다른 물질들 및 다른 부류의 재료들도 역시 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 표준 공정에 후속하는 도 1의 비-폴리싱된 표면을 도시한다. 제1 유동성 매트릭스(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 비-폴리싱된 표면(101) 상의 높이(113, 115)들의 변화로 인해 도 3에 도시된 바와 같이 불균일하게 침착된 라인 두께(135, 137)를 갖는 영역들을 가질 수 있다. 제1 유동성 매트릭스(120)의 침착된 라인 두께(135, 137)들 사이의 변화는 최종 인쇄된 라인 품질에 영향을 미치기에 충분히 유의미할 수 있다. 인쇄된 라인 폭의 일관성이 또한 영향을 받을 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 2의 방법을 사용하여 형성된 수직 및 수평 인쇄된 라인들에 대한 평면도의 예가 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b는 슬러리 웨이퍼링 공정을 사용하여 형성된 규소 기판의 비-폴리싱된 표면(133) 상에 인쇄된 제1 유동성 매트릭스를 도시한다. 제1 유동성 매트릭스(120)는 도 4a에 도시된 바와 같이 수직 인쇄된 라인들에 대한 좌측 및 우측 에지(106, 108)들을 따라 그리고 도 4b에 도시된 바와 같이 수평 인쇄된 라인들에 대한 상부 및 저부 에지(107, 109)들을 따라 일정하지 않은 인쇄된 라인 폭을 가질 수 있다. 에지(106, 108, 107, 109)들에서의 편차 또는 블리딩(bleeding)이 비-폴리싱된 표면(133)의 토포그래피의 불균일성 또는 조도에 의해 발생될 수 있는데, 여기서 제1 유동성 매트릭스(120)는 비-폴리싱된 표면(133)의 토포그래피를 따른다. 도 4c 및 도 4d는 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정을 사용하여 형성된 규소 기판 상에 인쇄된 제1 유동성 매트릭스를 도시한다. 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정을 사용하여 형성된 규소 기판들이 또한 규소 기판의 비-폴리싱된 표면(134)을 따라 홈 라인(groove line)(139)을 형성한다는 것이 잘 알려져 있다. 인쇄 배향에 의존하여, 제1 유동성 매트릭스(120)는 홈 라인(139)들을 따라 흘러 일정하지 않은 인쇄된 라인 폭을 제공할 수 있다. 도 4c는 홈 라인(139)들과 동일한 배향을 따라 형성되는 인쇄된 라인에 대한 예를 도시한다. 도 4c에서, 좌측 및 우측 에지(103, 105)들을 따라 보이는 것과 같이 수직 인쇄된 라인들에 대한 인쇄 라인 폭이 도 4a와 유사하다. 대조적으로, 도 4d는 홈 라인(139)들과 반대되는 배향을 따라 형성되는 인쇄된 라인에 대한 예를 도시한다. 도 4d에서, 상부 및 저부 에지(146, 147)들을 따른 수평 인쇄된 라인들에 대한 인쇄 라인 폭이 훨씬 더 일정하지 않은데, 그 이유는 홈 라인들이 제1 유동성 매트릭스(120)가 따라 흐를 수 있는 채널로서 역할하기 때문이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 태양 전지 상의 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법들이 도시되어 있다. 하나 이상의 실시예들은, 폴리싱된 표면을 형성하기 위한 규소 기판의 에칭을 포함한, 위에서 논의된 인쇄 제한들을 극복하는 것에 관한 것이다. 상세 사항 및 실시예들이 아래에서 논의된다.
도 5는 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 방법과 함께 사용되는 태양 전지를 도시한다. 도 1의 태양 전지와 유사한 태양 전지(200)는 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(202) 및 전면(202) 반대편의 배면(204)을 포함한다. 태양 전지(200)는 또한 규소 기판(210)을 포함하는데, 여기서 규소 기판(210)은 태양 전지(200)의 배면(204) 상의 비-폴리싱된 표면(201)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 슬러리 웨이퍼링 공정을 사용하여 규소 기판(210)을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 다이어몬드 와이어 웨이퍼링 공정을 사용하여 규소 기판(210)을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전면(202) 및 배면(204)은 비-폴리싱된 표면들을 갖는다.
도 6은 도 5의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법을 도시한다. 이 방법은 이방성 에칭 공정을 사용하여 규소 기판(210)을 에칭하여서 잉여 규소(231)를 제거하여 평활화된 표면(232)을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 평활화된 표면(232)을 형성하는 단계는 평활화된 표면(232)의 표면 특징부들을 따라 날카로운 코너(236)들을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 에칭하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 태양 전지(200)의 전면(202) 및 배면(204) 상에 평활화된 표면들을 형성하는 단계를 포함한다.
도 7을 참조하면, 도 6의 평활화된 표면이 도시되어 있다. 이방성 에칭에 의해 형성되는 평활화된 표면(232)에 대한 일반적인 단점은 평활화된 표면(232)의 상승 및 하강 영역(216, 218)들을 따르는 날카로운 코너(236)들로 인해 제1 유동성 매트릭스와 같은 침착되는 물질들의 가능한 축적(211, 221)이다. 가능한 축적(211, 221)은 측벽들을 따라 노출된 영역(238)들을 남길 수 있다. 노출된 영역(238)들은 인쇄된 라인들 내에서 불연속부가 될 수 있으며, 전류 손실 및 재조합 부위와 같은 다른 결함들로 이어질 수 있다.
도 8은 도 7의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 연속된 방법을 도시한다. 이 방법은 평활화된 표면 상에서 등방성 에칭 공정을 수행하여 잉여 규소(231)를 제거하고 도 8의 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 에칭 공정은 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면(233)은 대신에 반-폴리싱된 표면이다. 또 다른 실시예에서, 반-폴리싱된 표면은 규소 기판(210)으로부터 8 마이크로미터 이상 에칭된 규소 기판의 표면이다. 또 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면(233)은 최대 평균 500 nm의 피크-밸리간 조도를 갖는다. 일 실시예에서, 위에서 논의된 에칭제는 탈이온(DI)수와 혼합된다. 다른 실시예에서, 이 방법은 전면(202) 및 배면(204) 둘 모두 상에 폴리싱된 표면들을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 평활화된 표면(232)의 등방성 에칭은 이방성 에칭 동안에 형성된 도 7의 날카로운 에지(236)들을 제거하여, 제1 유동성 매트릭스(220)가 자유롭게 흐르게 하여, 도 9에 도시된 바와 같이 측벽들을 따라 노출된 영역(238)들을 덮는다.
도 9를 참조하면, 도 8의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 연속된 방법이 도시되어 있다. 폴리싱된 표면(233)은 제1 유동성 매트릭스(220)가 도 3에 도시된 불균일하게 침착된 라인 두께(135, 137)들과 비교하여 균일한 침착된 라인 두께(235, 237)들을 형성하게 한다. 일 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 잉크젯 인쇄와 같은 산업용 인쇄 방법을 사용하여 침착되는데, 여기서 잉크젯 인쇄는 제1 유동성 매트릭스(220)를 침착시키도록 노즐(228)을 갖는 분배 메커니즘을 갖는 잉크젯 프린터를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 제1 도펀트 소스를 갖는 제1 도펀트 재료이다. 또 다른 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는 재료를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 에칭 레지스트 잉크, 유동성 비정질 규소 또는 유동성 폴리실리콘과 같은 재료를 포함하지만 이로 한정되지 않는 제1 유동성 매트릭스(220)를 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 스크린 인쇄 또는 스핀 코팅과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 태양 전지(200)의 배면(204) 상의 폴리싱된 표면(233) 위에 제1 유동성 매트릭스(220)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 다른 방법이 도시되어 있다. 상세 사항 및 실시예들이 아래에서 논의된다.
도 10을 참조하면, 도 5의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 도 5의 비-폴리싱된 표면(201)을 등방성으로 에칭하는 단계 및 도 10에 도시된 바와 같이 규소 기판(210) 상의 잉여 규소(231)를 제거하여 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 도 6 내지 도 9에 도시된 방법과 대조적인데, 여기서 규소 기판(210) 상에 폴리싱된 표면을 형성하기 전에 평활화된 표면이 먼저 형성된다. 폴리싱하기 위한 방법은 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 불화수소산(HF), 또는 인산(H3PO4)과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 화학적 에칭제를 포함하는 산성 에칭 공정을 사용하여 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 에칭제는 등방성 에칭제이다. 다른 실시예에서, 이 방법은 태양 전지(200)의 전면(202) 및 배면(204) 둘 모두 상에 폴리싱된 표면들을 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 배면(204)의 폴리싱은 태양 전지의 배면의 반사된 흡수되지 않은 광으로 인해 0.02 내지 0.1%의 범위 내의 태양 전지 효율 증가를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면(233)은 표면 특징부들을 포함하는데, 여기서 표면 특징부들은 도 1에 도시된 것과 유사한 피크-밸리간 거리에 의해 측정된 높이(213, 215)들을 갖는다. 일 실시예에서, 표면 특징부 높이(213, 215)들은 최대 500 nm의 피크-밸리간 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면(233)은 최대 평균 500 nm의 피크-밸리간 조도를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 폴리싱된 표면(233)은 반-폴리싱된 표면이다. 또 다른 실시예에서, 반-폴리싱된 표면은 규소 기판(210)으로부터 8 마이크로미터 이상 에칭된 규소 기판(210)의 표면이다. 일 실시예에서, 위에서 논의된 에칭제는 탈이온(DI)수와 혼합된다. 또 다른 실시예에서, 화학적-기계적 폴리싱 기술이 규소 기판(210)을 에칭하는 데 사용된다.
도 11은 도 10의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 연속된 방법을 도시한다. 일 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 잉크젯 인쇄와 같은 산업용 인쇄 방법들을 사용하여 침착되는데, 여기서 잉크젯 인쇄는 제1 유동성 매트릭스(220)를 침착시키도록 노즐(228)을 갖는 분배 메커니즘을 갖는 잉크젯 프린터를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 제1 도펀트 소스를 갖는 제1 도펀트 재료이다. 또 다른 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스(220)는 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는 재료를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 에칭 레지스트 잉크, 유동성 비정질 규소 또는 유동성 폴리실리콘과 같은 재료를 포함하지만 이로 한정되지 않는 제1 유동성 매트릭스(220)를 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 스크린 인쇄 또는 스핀 코팅과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 방법을 사용하여 태양 전지(200)의 배면(204) 상의 폴리싱된 표면(233) 위에 제1 유동성 매트릭스(220)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 12를 참조하면, 도 11의 폴리싱된 표면이 도시되어 있다. 위와 유사하게, 폴리싱된 표면(233)은 제1 유동성 매트릭스(220)가 도 3에 도시된 불균일하게 침착된 라인 두께(135, 137)들과 비교하여 균일한 침착된 라인 두께(235, 237)들을 형성하게 한다. 인쇄된 라인 폭의 일관성이 또한 도 13a 내지 도13d에 도시된 바와 같이 향상된다.
도 13a 내지 도13d는 도 9 및 도 12의 폴리싱된 표면들 상의 수직 및 수평 인쇄된 라인들에 대한 평면도의 예들을 도시한다. 도 13a 및 도 13b는 규소 기판의 폴리싱된 표면(233) 상에 인쇄된 제1 유동성 매트릭스(220)를 도시하는데, 여기서 규소 기판은 슬러리 웨이퍼링 공정을 사용하여 형성되었다. 제1 유동성 매트릭스(220)는 도 13a에 도시된 바와 같이 수직 인쇄된 라인들에 대해 좌측 및 우측 에지(206, 208)들을 따라 그리고 도 13b에 도시된 바와 같이 수평 인쇄된 라인들에 대해 상부 및 저부 에지(207, 209)들을 따라 편차를 가지지 않고 도 4a 및 도 4b로부터의 인쇄된 라인 폭에서 뚜렷한 향상을 나타낸다. 도 13c 및 도 13d는 규소 기판의 폴리싱된 표면(234) 상에 인쇄된 제1 유동성 매트릭스(220)를 도시하는데, 여기서 규소 기판은 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정을 사용하여 형성된다. 위에서 논의되고 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정은 규소 기판 상에 홈 라인들을 생성하는데, 여기서 도 4a 내지 도 4d는 제1 유동성 매트릭스가 홈 라인들을 따라 흘러 일정하지 않은 인쇄된 라인 폭을 제공함을 보여준다. 도 13c 및 도 13d는, 홈 라인(239)들을 가지고서도, 폴리싱된 표면(234)이 제1 유동성 매트릭스(220)가 도 4c 및 도 4d와 비교할 때 인쇄된 라인 폭에서 뚜렷한 향상을 갖게 한다는 것을 보여준다. 이러한 향상은 도 13c 및 도 13d 둘 모두에서 보여지는데, 여기서 도 13c에 도시된 바와 같이 수직 인쇄된 라인들에 대해 좌측 및 우측 에지(203, 205)들을 따라 그리고 도 13d에 도시된 바와 같이 수평 인쇄된 라인들에 대해 상부 및 저부 에지(246, 247)들을 따라 편차가 존재하지 않는다.
도 14 내지 도 25를 참조하면, 태양 전지를 제작하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법의 상세 사항 및 실시예들이 아래에서 논의된다.
도 14는 태양 전지를 제작하기 위한 방법과 함께 사용되는 태양 전지를 도시한다. 도 5의 태양 전지와 유사한 태양 전지(200)는 정상 작동 동안에 태양을 향하도록 구성된 전면(202) 및 전면(202) 반대편의 배면(204)을 포함한다. 태양 전지(200)는 또한 규소 기판(210)을 포함하는데, 여기서 규소 기판(210)은 태양 전지(200)의 배면(204) 상의 비-폴리싱된 표면(201)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 슬러리 웨이퍼링 공정을 사용하여 규소 기판(210)을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 다이어몬드 와이어 웨이퍼링 공정을 사용하여 규소 기판(210)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 15를 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 도 14의 태양 전지의 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는데, 여기서 이때 도 6 내지 도 13으로부터 기술된 공정들 중 임의의 공정이 잉여 규소(231)를 제거하고 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 태양 전지(200)의 전면(202) 및 배면(204) 둘 모두 상에 폴리싱된 표면들을 형성하는 단계를 포함한다.
도 16 및 도 17은 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법을 도시한다. 이 방법은 도 15의 태양 전지의 폴리싱된 표면(233) 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유동성 매트릭스는 제1 도펀트 재료(220)인데, 여기서 제1 도펀트 재료(220)는 제1 도펀트 소스(225)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 도펀트 소스(225)는 도핑 재료를 포함하지만, 붕소와 같은 p형(positive-type) 도펀트 또는 인과 같은 n형(negative-type) 도펀트로 한정되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 제1 도펀트 재료(220)는 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는다. 이 방법은 또한 잉크젯 인쇄와 같은 산업용 인쇄 방법들을 사용하여 폴리싱된 표면(233) 위에 제1 도펀트 재료(220)를 침착시키는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면(233)은 제1 도펀트 재료(220)가 균일한 침착된 라인 두께 및 일관적이거나 균일하게 인쇄된 라인 폭을 형성하게 한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 인쇄는 인쇄 헤드(242) 및 복수의 노즐(244)들을 갖는 잉크젯 프린터(212)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 스크린 인쇄 또는 스핀 코팅과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 기술을 사용하여 제1 도펀트 재료(220)를 형성하는 단계를 포함한다. 도 17은 제1 도펀트 재료(220)를 형성하는 단계에 후속하는 태양 전지(200)를 도시한다.
도 18을 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 제1 도펀트 재료(220)를 경화(219)시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 열 경화, 광 경화 또는 자외광의 노광과 같은 임의의 경화 기술을 사용하여 제1 도펀트 재료(220)를 경화시키는 단계를 포함한다.
도 19는 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법을 도시한다. 이 방법은 제1 도펀트 소스(225)가 규소 기판(210) 내로 확산되게 하여 제1 도핑된 영역(224)을 형성하기에 충분한 온도로 규소 기판(210) 및 제1 도펀트 재료(220)를 가열(229)하는 단계를 포함한다.
도 20을 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 도 19의 태양 전지의 폴리싱된 표면(233) 상에 제2 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 유동성 매트릭스는 제2 도펀트 소스(227)를 포함하는 제2 도펀트 재료(222)이다. 다른 실시예에서, 제2 도펀트 소스(227)는 도핑 재료를 포함하지만 인과 같은 n형 도펀트 또는 붕소와 같은 p형 도펀트로 한정되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 제2 도펀트 재료(222)는 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는다. 이 방법은 또한 잉크젯 인쇄와 같은 산업용 인쇄 방법들을 사용하여 폴리싱된 표면(233) 위에 제2 도펀트 재료(222)를 침착시키는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면(233)은 제2 도펀트 재료(222)가 균일한 침착된 라인 두께 및 일관적이거나 균일하게 인쇄된 라인 폭을 형성하게 한다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 전술된 기술들 중 임의의 기술을 사용하여 제2 도펀트 재료(222)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 21을 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 제2 도펀트 재료(222)를 경화(219)시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 열 경화, 광 경화 또는 자외광의 노광과 같은 임의의 경화 기술을 사용하여 제2 도펀트 재료(222)를 경화시키는 단계를 포함한다.
도 22는 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법을 도시한다. 이 방법은 제2 도펀트 소스(227)가 규소 기판(210) 내로 확산되게 하여 제2 도핑된 영역(226)을 형성하기에 충분한 온도로 규소 기판(210) 및 제2 도펀트 재료(222)를 가열(229)하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 각각은 붕소와 같은 p형 도펀트 또는 인과 같은 n형 도펀트와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 도펀트 소스(226, 227)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들은 대신에 규소 기판(210) 위에 침착된 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역들인데, 여기서 트렌치(trench) 영역이 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역들을 분리시킨다. 또 다른 실시예에서, 트렌치 영역은 텍스처 형성된다(texturized). 또 다른 실시예에서, 이 방법은 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역들과 규소 기판(210) 사이에 유전체 층을 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 유전체 층은 산화물 층이다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역들 각각은 붕소와 같은 p형 도펀트 또는 인과 같은 n형 도펀트와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 도핑 재료를 포함한다.
도 23을 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 태양 전지(200)의 전면(202) 상에 텍스처 형성된 영역(267)을 형성하는 단계를 포함한다. 텍스처 형성된 영역(267)은 규칙적이거나 불규칙적인 형상의 표면을 갖는 영역일 수 있다. 이 방법은 또한 태양 전지(200)의 광 흡수 특성을 추가로 향상시키기 위해 전면(202) 상의 텍스처 형성된 영역(267) 위에 반사방지 코팅(ARC)(268)을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 태양 전지(200)의 배면(204) 상에 반사방지 코팅(BARC)(266)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, BARC(266)는 제1 유전체 층이고 ARC(268)는 제2 유전체 층이다. 다른 실시예에서, ARC(268) 및 BARC(266) 층들 둘 모두는 질화규소(SiN) 또는 태양 전지의 반사방지 코팅에 흔히 사용되는 임의의 다른 재료로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 텍스처 형성된 영역(267)은 표준 에칭 공정을 사용하여 형성된다.
도 24는 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법을 도시한다. 이 방법은 습식 화학적 에칭 및 레이저 융제를 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 리소그래픽 공정을 사용하여 BARC(266)와 제1 및 제2 도펀트 재료(220, 222)들을 통한 접촉 개구(269)를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 접촉 개구는 복수의 접촉 개구들을 포함한다. 다른 실시예에서, BARC(266)는 제1 유전체 층이다.
도 25를 참조하면, 태양 전지를 제작하기 위한 연속된 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 위에 형성된 제1 유전체 층 또는 BARC(266)를 통해 확립된 도 24로부터의 하나의 접촉 개구(269)를 적어도 충전하도록 제1 금속 페이스트(274)를 침착시키는 단계를 포함하는데, 여기서 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들의 토포그래피는 도 15 내지 도 18로부터의 규소 기판(210)의 폴리싱된 표면(233)과 공형(conformal)이다. 이 방법은 또한 배면(204) 상의 제1 유전체 층 또는 BARC(266) 위에 상호맞물림형 패턴을 형성하도록 제1 금속 페이스트(274)로 충전된 하나 초과의 접촉 개구를 접속시키기 위해 제2 금속 페이스트(276)를 침착시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 금속 페이스트(274, 276)는 폴리싱된 표면(233) 위에 산업용 인쇄 방법들에 의해 침착된다. 다른 실시예에서, 제2 금속 페이스트(276)는 도 15 내지 도 18의 규소 기판(210)의 폴리싱된 표면(233)과 공형이다. 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 금속 페이스트(274, 276)는 스크린 인쇄 공정을 통해 침착된다. 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 금속 페이스트는 알루미늄 페이스트를 포함한다. 이 방법은 제1 금속 층을 형성하도록 제1 및 제2 금속 페이스트(274, 276)를 경화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 금속 층은 배면(204) 상의 제1 유전체 층 또는 BARC(266) 아래의 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 전기 접속되는 격자들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 금속 층은 알루미늄 층으로 구성된다. 일 실시예에서, 경화 공정은 가열 공정이다. 다른 실시예에서, 제1 금속 층은 대신에, 스퍼터링과 같은 표준 물리 증착 공정 및 후속하는 어닐링 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 방법은 또한 제1 금속을 도금하고 후속하여 제1 금속 층 상에 제2 금속을 도금하여 제1 금속 층 위에 제2 금속 층을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 금속 층은 종래의 도금 공정을 사용하여 제1 금속 층 상에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 금속 층은 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 제2 금속 층을 전기적으로 결합시킨다. 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 금속을 도금하는 단계는 구리, 주석, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 철, 니켈, 아연, 루테늄, 팔라듐, 또는 백금과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 금속을 도금하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전술된 방법들이 배면-접점 태양 전지, 전면-접점 태양 전지, 단결정 규소 태양 전지, 다결정 규소 태양 전지 및 비정질 규소 태양 전지와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 상이한 유형의 태양 전지들에 사용된다.
도 26은 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같은 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 실시예의 플로우차트를 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 제1 작업(301)은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(202), 전면(202) 반대편의 배면(204) 및 규소 기판(210)을 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 작업(302)은 규소 기판(210)을 이방성으로 에칭하여 평활화된 평면(232)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제3 작업(303)은 평활화된 표면(232)을 등방성으로 에칭하여 규소 기판(210) 상에 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 마지막 작업(304)은 폴리싱된 표면(233) 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴으로 제1 유동성 매트릭스(220)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 27을 참조하면, 도 10 내지 도 12의 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스를 형성하기 위한 실시예의 플로우차트가 도시되어 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 제1 작업(311)은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(202), 전면(202) 반대편의 배면(204) 및 규소 기판(210)을 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 작업(312)은 규소 기판(210) 상에 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 마지막 작업(313)은 폴리싱된 표면(233) 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴으로 제1 유동성 매트릭스(220)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 28을 참조하면, 도 14 내지 도 25에 도시된 바와 같은 태양 전지를 제작하기 위한 방법에 대한 실시예의 플로우차트가 도시되어 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 제1 작업(321)은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(202), 전면(202) 반대편의 배면(204) 및 규소 기판(210)을 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 작업(322)은 에칭제를 사용하여 규소 기판(210) 상에 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면(233)은 최대 500 nm의 피크-밸리간 조도를 가지고 태양 전지(200)의 배면(204) 상에 형성된다. 제3 작업(323)은 폴리싱된 표면(233) 상에 상호맞물림형 패턴으로, 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 각각 갖는 제1 및 제2 도펀트 재료(220, 222)들을 침착시키는 단계를 포함하는데, 제1 및 제2 도펀트 재료(220, 222)들은 각각 제1 도펀트 소스(225) 및 제2 도펀트 소스(227)를 포함하고, 여기서 폴리싱된 표면(233)은 제1 및 제2 도펀트 재료(220, 222)들로 하여금 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 한다. 제4 작업(324)은 제1 및 제2 도펀트 소스(225, 227)들이 규소 기판(210) 내로 확산되게 하기에 충분한 온도로 규소 기판(210)과 제1 및 제2 도펀트 재료(220, 222)들을 가열하는 단계를 포함한다. 제5 작업(325)은 제1 및 제2 도펀트 영역(220, 222)들과 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 위에 제1 유전체 층(266)을 침착시키는 단계를 포함할 수 있다. 제6 작업(326)은 제1 유전체 층 또는 BARC(266) 내에 복수의 접촉 개구(269)들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제7 작업(327)은 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 상의 또는 위의 접촉 개구(269)들을 통해 확립되는 제1 금속 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있는데, 여기서 제1 금속 층은 배면(204) 상의 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 대한 전기 접속된 격자들을 포함한다. 마지막 작업(328)은 제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 전기적으로 결합시킨다.
도 29는 도 14 내지 도 25에 도시된 바와 같은 태양 전지를 제작하는 방법에 대한 실시예의 플로우차트를 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 제1 작업(331)은 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(202), 전면(202) 반대편의 배면(204) 및 규소 기판(210)을 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 작업(332)은 등방성 에칭제를 사용하여 규소 기판(210) 상에 폴리싱된 표면(233)을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 폴리싱된 표면(233)은 최대 500 nm의 피크-밸리간 조도를 가지고 태양 전지(200)의 배면(204) 상에 형성된다. 제3 작업(333)은 태양 전지(200)의 배면(204) 상에 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들을 형성하는 단계를 포함한다. 제4 작업(334)은 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 위에 제1 유전체 층 또는 BARC 층(266)을 침착시키는 단계를 포함할 수 있다. 제5 작업(335)은 제1 유전체 층 또는 BARC(266) 내에 복수의 접촉 개구(269)들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제6 작업(336)은 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들 위에 형성된 유전체 층 또는 BARC(266)를 통해 확립된 적어도 하나의 접촉 개구(269)를 적어도 충전하도록 제1 금속 페이스트(274)를 침착시키는 단계를 포함하는데, 여기서 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들의 토포그래피는 규소 기판(210)의 폴리싱된 표면(233)과 공형이다. 제7 작업(337)은 제1 금속 페이스트(274)로 충전된 하나 초과의 접촉 개구(269)를 연결하도록 제2 금속 페이스트(276)를 침착시켜 배면(204) 상의 유전체 층(266) 위에 상호맞물림형 패턴을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 제2 금속 페이스트(276)는 제2 금속 페이스트(276)의 토포그래피가 규소 기판(210)의 폴리싱된 표면(233)과 공형이도록 폴리싱된 표면(233) 위에 산업용 인쇄 방법들에 의해 침착된다. 제8 작업(338)은 제1 및 제2 금속 페이스트(274, 276)를 경화시켜 배면(204) 상의 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 대한 전기 접속된 격자들을 포함하는 제1 금속 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 마지막 작업(339)은 제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 형성하는 단계를 포함하는데, 여기서 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역(224, 226)들에 전기적으로 결합시킨다.
전술한 상세한 설명에서 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제시되었지만, 매우 많은 수의 변형예가 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예 또는 실시예들이 청구된 발명 요지의 범주, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로도 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 기술된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 지침을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원 시점에 공지된 등가물 및 예측가능한 등가물을 포함하는, 청구범위에 의해 한정되는 범주를 벗어나지 않고서 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 행해질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면(front side) 및 전면 반대편의 배면(back side)을 갖는 태양 전지 상에 제1 유동성 매트릭스(flowable matrix)를 형성하는 방법으로서,
    규소 기판 상에 폴리싱된(polished) 표면을 형성하는 단계; 및
    폴리싱된 표면 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형(interdigitated) 패턴으로 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 규소 기판은 슬러리 웨이퍼링 공정(slurry wafering process) 및 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정(diamond wire wafering process)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 공정을 사용하여 형성되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는,
    이방성 에칭제(anisotropic echant)를 이용하여 규소 기판을 에칭하여 평활화된(smoothened) 표면을 형성하는 단계; 및
    등방성 에칭제(isotropic etchant)를 이용하여 평활화된 표면을 후속적으로 에칭하여 폴리싱된 표면을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는 등방성 에칭제를 이용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 폴리싱된 표면은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도(peak-to-valley roughness)를 갖는 규소 기판의 표면을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제1 유동성 매트릭스는 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 갖는 재료를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제1 유동성 매트릭스는 유동성 비정질 규소 및 유동성 폴리실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제1 유동성 매트릭스를 형성하는 단계는 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄 및 스핀 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 제1 유동성 매트릭스는 제1 도펀트 소스를 갖는 제1 도펀트 재료를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 도펀트 소스가 규소 기판 내로 확산되게 하여 규소 기판 내에 제1 도핑된 영역을 형성하기에 충분한 온도로 규소 기판 및 제1 도펀트 재료를 가열하는 단계;
    폴리싱된 표면 상에, 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴으로, 제2 도펀트 소스를 갖는 제2 도펀트 재료를 포함하는 제2 유동성 매트릭스를 형성하는 단계;
    제2 도펀트 소스가 규소 기판 내로 확산되게 하여 규소 기판 내에 제2 도핑된 영역을 형성하기에 충분한 온도로 규소 기판 및 제2 도펀트 재료를 가열하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 제1 유전체 층을 침착시키는 단계;
    제1 유전체 층 내에 복수의 접촉 개구(contact opening)들을 형성하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 형성된 유전체 층을 통해 확립되는 제1 금속 층 - 제1 금속 층은 배면 상의 제1 및 제2 도핑된 영역들에 대한 전기 접속된 격자(grid)들을 포함함 - 을 형성하는 단계; 및
    제1 금속 층 상에 제2 금속 층 - 제1 금속 층은 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역들에 전기적으로 결합시킴 - 을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 도펀트 소스들은 붕소 및 인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 도펀트를 포함하는, 방법.
  13. 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면 및 전면 반대편의 배면을 갖는 태양 전지를 제작하는 방법으로서,
    에칭제를 사용하여 규소 기판 상에 폴리싱된 표면 - 폴리싱된 표면은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도를 갖고 태양 전지의 배면 상에 형성됨 - 을 형성하는 단계;
    폴리싱된 표면 상에 상호맞물림형 패턴으로, 1 내지 25 센티푸아즈(cP)의 범위 내의 점도를 각각 갖는 제1 및 제2 도펀트 재료들을 침착시키는 단계 - 제1 및 제2 도펀트 재료들은 각각 제1 도펀트 소스 및 제2 도펀트 소스를 포함하고, 폴리싱된 표면은 제1 및 제2 도펀트 재료들로 하여금 균일한 두께 및 폭의 특징부들을 포함하는 상호맞물림형 패턴을 형성하게 함 -;
    제1 및 제2 도펀트 소스들이 규소 기판 내로 확산되게 하여 규소 기판 내에 제1 및 제2 도핑된 영역들을 형성하기에 충분한 온도로 규소 기판과 제1 및 제2 도펀트 재료들을 가열하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 제1 유전체 층을 침착시키는 단계;
    제1 유전체 층 내에 복수의 접촉 개구들을 형성하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위의 접촉 개구들을 통해 확립되는 제1 금속 층 - 제1 금속 층은 배면 상의 제1 및 제2 도핑된 영역들에 대한 전기 접속된 격자들을 포함함 - 을 형성하는 단계; 및
    제1 금속 층 상에 제2 금속 층 - 제1 금속 층은 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역들에 전기적으로 결합시킴 - 을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 규소 기판은 슬러리 웨이퍼링 및 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법을 사용하여 형성되는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는,
    이방성 에칭제를 이용하여 규소 기판을 에칭하여 평활화된 표면을 형성하는 단계; 및
    등방성 에칭제를 이용하여 평활화된 표면을 후속적으로 에칭하여 폴리싱된 표면을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는 등방성 에칭제를 이용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 정상 작동 동안에 태양을 향하는 전면 및 전면 반대편의 배면을 갖는 태양 전지를 제작하는 방법으로서,
    등방성 에칭제를 사용하여 규소 기판 상에 폴리싱된 표면 - 폴리싱된 표면은 최대 500 나노미터의 피크-밸리간 조도를 갖고 태양 전지의 배면 상에 형성됨 - 을 형성하는 단계;
    태양 전지의 배면 상에 제1 도핑된 영역 및 제2 도핑된 영역을 형성하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 제1 유전체 층을 침착시키는 단계;
    제1 유전체 층 내에 복수의 접촉 개구들을 형성하는 단계;
    제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 형성된 유전체 층을 통해 확립된 적어도 하나의 접촉 개구를 적어도 충전하도록 제1 금속 페이스트를 침착시키는 단계 - 제1 및 제2 도핑된 영역들의 토포그래피(topography)는 규소 기판의 폴리싱된 표면과 공형(conformal)임 -;
    제1 금속 페이스트로 충전된 하나 초과의 접촉 개구를 연결하도록 제2 금속 페이스트를 침착시켜 배면 상의 유전체 층 위에 상호맞물림형 패턴을 형성하는 단계 - 제2 금속 페이스트는 제2 금속 페이스트의 토포그래피가 규소 기판의 폴리싱된 표면과 공형이도록 폴리싱된 표면 위에 산업용 인쇄 방법들에 의해 침착됨 -;
    제1 및 제2 금속 페이스트를 경화시켜 배면 상의 제1 및 제2 도핑된 영역들에 대한 전기 접속된 격자들을 포함하는 제1 금속 층을 형성하는 단계; 및
    제1 금속 층 상에 제2 금속 층 - 제1 금속 층은 제2 금속 층을 제1 및 제2 도핑된 영역들에 전기적으로 결합시킴 - 을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 규소 기판은 슬러리 웨이퍼링 및 다이아몬드 와이어 웨이퍼링 공정들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법을 사용하여 형성되는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 규소 기판 상에 폴리싱된 표면을 형성하는 단계는 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 질산(HNO3), 플루오르화수소산(HF) 및 인산(H3PO4)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학적 에칭제를 사용하여 규소 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
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