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KR101207582B1 - 유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법 - Google Patents

유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법 Download PDF

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KR101207582B1
KR101207582B1 KR1020090101304A KR20090101304A KR101207582B1 KR 101207582 B1 KR101207582 B1 KR 101207582B1 KR 1020090101304 A KR1020090101304 A KR 1020090101304A KR 20090101304 A KR20090101304 A KR 20090101304A KR 101207582 B1 KR101207582 B1 KR 101207582B1
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KR
South Korea
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electrode
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forming step
gas
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정채환
이종호
김호성
부성재
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 제1전극, P형층, 진성층, N형층 및 제2전극을 포함하는 태양전지를 제조함에 있어서, 수소(H2) 가스 및 실란(SiH4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치를 이용하여 수소화 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계를 포함하되, 상기 혼합 가스는 상기 수소 가스 및 실란 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비(H2/SiH4 ratio)가 8 내지 10인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.
태양전지

Description

유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법{Method for fabricating solar cell applications using inductively coupled plasma chemical vapor deposition}
본 발명은 유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
현재 기후변화 협약에 의한 온실 가스 감축 의무가 가속화되고 있으며, 이에 따른 이산화탄소 시장의 활성화가 되고 있어 신재생에너지 분야의 관심이 고조되고 있다.
대표적인 신재생에너지 분야인 태양 전지는 무한청정 에너지원인 태양빛을 이용하여 전기를 생산하는 시스템으로, 직접적으로 빛을 전기로 바꿔주는 태양 전지가 그 핵심에 있다.
현재 상용화되고 있는 90% 이상의 탸양 전지는 벌크 기반의 실리콘 태양 전지로서 실리콘 수급에 영향을 받고 있으며 고온 중심의 공정으로 복잡하여 박형화, 박막화 또는 저온 공정 등이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태양전지의 P층 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양전지의 수소화 진성층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양전지의 미세결정화된 진성층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1전극, 제1형층, 진성층, 제2형층 및 제2전극을 포함하는 태양전지를 제조함에 있어서, 수소(H2) 가스 및 실란(SiH4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치를 이용하여 수소화 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계를 포함하되, 상기 혼합 가스는 상기 수소 가스 및 실란 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비(H2/SiH4 ratio)가 8 내지 10인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.
상기 진성층 형성 단계는 공정 압력이 70 내지 90mtorr이고, 공정 파워가 200 내지 300W이며, 공정 온도는 250 내지 350도이다.
상기 태양전지 제조 방법:은 상기 진성층 형성 단계 이전에, 제1형 실리콘 기판을 준비하는 제1형 실리콘 기판 준비 단계; 및 상기 제1형 실리콘 기판의 후면에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계;를 포함하며, 상기 진성층 형성 단계 이후에, 상기 진성층 상에 제2형층을 형성하는 제2형 형성 단계; 및 상기 제2형층 상에 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제1전극은 Ag로 이루어지며, 상기 제2형층은 수소화 제2형 비정질 실리콘층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 상기 제2형층 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 형성된 패턴화된 알루미늄 전극으로 이루어진다.
상기 태양전지 제조 방법:은 상기 진성층 형성 단계 이전에, 투명 기판을 준비하는 투명 기판 준비 단계; 상기 투명 기판 상에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계; 및 상기 제1전극 상에 상기 제2형층을 형성하는 제2형층 형성 단계;를 포함하며, 상기 진성층 형성 단계 이후에, 상기 진성층 상에 상기 제1형층을 형성하는 제1형층 형성 단계; 및 상기 제1형층 상에 상기 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제2형층 형성 단계와 상기 진성층 형성 단계 사이에, 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계를 포함하며, 상기 제1형층 형성 단계와 상기 제2전극 형성 단계 사이에, 상기 제1형층 상에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계를 포함한다.
상기 제1전극은 TCO층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 알루미늄으로 이루어 진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1전극, 제1형층, 진성층, 제2형층 및 제2전극을 포함하는 태양전지를 제조함에 있어서, 수소(H2) 가스, 실란(SiH4) 가스, 디보렌(B2H6) 가스 및 에틸렌(C2H4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치를 이용하여 비정질 실리콘 카바이드 박막으로 이루어진 상기 제2형층을 형성하는 제2형층 형성 단계를 포함하되, 상기 에틸렌 가스는 60%가 수소 가스로 희석된 에틸렌 가스이고, 상기 디보렌 가스는 97%가 수소 가스로 희석된 디보렌 가스이며, 상기 에틸렌 가스는 상기 혼합 가스에서 1 내지 1.2%로 포함되어 있고, 상기 디보렌 가스는 상기 혼합 가스에서 6 내지 6.5%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.
상기 태양전지 제조 방법:은 상기 제2형층 형성 단계 이전에, 제1형 실리콘 기판을 준비하는 제1형 실리콘 기판 준비 단계; 상기 제1형 실리콘 기판의 후면에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계; 및 상기 제1형 실리콘 기판의 전면에 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계;를 포함하며, 상기 제2형층 형성 단계 이후에, 상기 제2형층 상에 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제1전극은 Ag로 이루어지며, 상기 진성층은 수소화 비정질 실리콘층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 상기 제2형층 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 형성된 패턴화된 알루미늄 전극으로 이루어진다.
상기 태양전지 제조 방법:은 상기 제2형층 형성 단계 이전에, 투명 기판을 준비하는 투명 기판 준비 단계; 및 상기 투명 기판 상에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계;를 포함하며, 상기 제2형층 형성 단계 이후에, 상기 제2형층 상에 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계; 상기 진성층 상에 상기 제1형층을 형성하는 제1형층 형성 단계; 및 상기 제1형층 상에 상기 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제2형층 형성 단계와 상기 진성층 형성 단계 사이에, 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계를 포함하며, 상기 제1형층 형성 단계와 상기 제2전극 형성 단계 사이에, 상기 제1형층 상에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계를 포함한다.
상기 제1전극은 TCO층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 알루미늄으로 이루어진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1전극, 제2형층, 진성층, 제1형층 및 제2전극을 포함하는 태양전지를 제조함에 있어서, 수소(H2) 가스 및 실란(SiH4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치를 이용하여 상기 제2형층, 진성층 및 제1형층 중 어느 하나의 층을 결정화된 실리콘층으로 이루어지도록 형성하되, 상기 혼합 가스는 실란 가스 비(SiH4/(SiH4+H2))가 0.016 내지 0.02인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법이 제공된다.
상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치는 1150 내지 1250W의 공정 파워를 사용한다.
상기 제1형층을 결정화된 실리콘층으로 형성하는 것은 포스핀(P2H3) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하되, 상기 실란 가스에 대한 포스핀 가스가 0.075 내지 0.1%로 포함된 혼합 가스를 사용한다.
상기 제2형층을 결정화된 실리콘층으로 형성하는 것은 디보렌 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하되, 상기 실란 가스에 대한 디보렌 가스가 0.1 내지 0.5%로 포함된 혼합 가스를 사용한다.
상기 태양전지 제조 방법:은 제1형 실리콘 기판을 준비하는 제1형 실리콘 기판 준비 단계; 상기 제1형 실리콘 기판의 후면에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계; 및 상기 제1형 실리콘 기판의 전면에 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계; 상기 진성층 상에 상기 제2형층을 형성하는 제2형층 형성 단계; 및 상기 제2형층 상에 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제1전극은 Ag로 이루어지며, 상기 제2전극은 상기 제2형층 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 형성된 패턴화된 알루미늄 전극으로 이루어진다.
상기 태양전지 제조 방법:은 투명 기판을 준비하는 투명 기판 준비 단계; 상기 투명 기판 상에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계; 상기 제1전극 상에 상기 제2형층을 형성하는 제2형층 형성 단계; 상기 제2형층 상에 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계; 상기 진성층 상에 상기 제1형층을 형성하는 제1형층 형성 단계; 및 상기 제1형층 상에 상기 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함한다.
상기 제2형층 형성 단계와 상기 진성층 형성 단계 사이에, 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계를 포함하며, 상기 제1형층 형성 단계와 상기 제2전극 형성 단계 사이에, 상기 제1형층 상에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계를 포함한다.
상기 제1전극은 TCO층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 알루미늄으로 이루어진다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 유도결합플라즈마 화학기상증착법을 이용한 태양전지 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 태양전지의 P층 형성 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 태양전지의 수소화 진성층을 형성하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 태양전지의 미세결정화된 진성층을 형성하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기 로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지 제조 방법에서 이용되는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지 제조 방법에서 이용되는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)(100)는 챔버(chamber)(110), 안테나(antenna)(120), 전원 공급부(130), 샤워 헤드(shower head)(140) 및 서셉터(susceptor)(150)를 포함한다.
상기 챔버(110)는 절연 플레이트(112), 도어(114) 및 배기구(116)를 구비하고 있다.
상기 챔버(110)는 상기 챔버(110)의 내부와 외부를 공간적으로 분리하여 상기 챔저(110)의 내부가 진공 상태를 유지하도록 하는 역할을 한다.
상기 절연 플레이트(112)는 상기 챔버(110)의 상단부에 구비된다.
상기 절연 플레이트(112)는 상기 안테나(120)와 상기 챔버(110)를 절연시켜주는 역할과 상기 안테나(120)에서 발생된 전자기장을 상기 챔버(110)의 내부를 투과시키는 역할을 한다.
상기 도어(114)는 상기 챔버(110) 내부로 기판(160)을 장입하거나 인출하기 위해 구비된다.
상기 배기구(116)는 진공 펌프(미도시)와 연결되어 있어 상기 챔버(110) 내부에서 기체 등을 배기하여 상기 챔버(110) 내부를 일정 진공 상태로 배기하거나 일정 진공 상태를 유지하도록 하는 역할을 한다.
상기 안테나(120)는 상기 전원 공급부(130)로부터 공급받은 전원으로 상기 챔버(110) 내부에 고밀도 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다.
상기 안테나(120)는 코일이 나선형(helical)으로 감긴 상태로 구비되며, 상기 챔버(110)의 절연 플레이트(112) 상에 구비된다.
상기 전원 공급부(130)는 상기 안테나(120) 및 서셉터(150)에 전원을 공급하는 역할을 한다.
특히, 상기 전원 공급부(130)는 상기 안테나(120)에 13.5MHz의 RF를 인가하여 상기 챔버(110) 내부에 고밀도 플라즈마가 발생되도록 한다.
상기 샤워 헤드(140)는 상기 챔버(110) 외부에 구비된 가스 공급부(142)로부터 가스를 공급받아 상기 챔버(110) 내부에 균일하게 공급하는 역할을 한다.
상기 샤워 헤드(140)는 상기 샤워 헤드(140)로 공급되는 각기 다른 종류의 가스를 균일하게 혼합하여 균일하게 혼합된 혼합 가스를 형성하는 역할도 한다.
상기 서셉터(150)는 상기 기판(160)을 지지하는 역할을 한다.
상기 서셉터(150)는 도 1에서 자세히 도시하고 있지 않지만 그 내부 또는 외부에 상기 기판(160)을 일정 온도로 가열하는 가열 부재 및 상기 기판(160)을 냉각할 수 있는 냉각 부재 또한 구비할 수 있다.
상기 서셉터(150)는 상기 기판(160)과 상기 샤웨 헤드(140)의 간격이 일정 간격, 바람직하게는 23cm가 되는 위치에 구비되도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태 양전지의 일 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태양전지(200)는 제1전극(210), 제1형 실리콘 기판(220), 진성층(230), 제2형층(240) 및 제2전극(250)을 포함하고 있다.
이때, 상기 제1형 실리콘 기판(220)은 N형 실리콘 기판 또는 P형 실리콘 기판일 수 있다.
또한, 상기 제2형층(240)은 상기 제1형 실리콘 기판(220)이 N형 실리콘 기판인 경우에는 P형층이고,상기 제1형 실리콘 기판(220)이 P형 실리콘 기판인 경우에는 N형층일 수 있다.
본 실시 예에서는 상기 제1형 실리콘 기판(220)이 N형 실리콘 기판이고, 상기 제2형층(240)은 P형층인 것으로 가정하고 설명한다. 즉, 상기 제1형은 N형이고, 상기 제2형은 P형인 것으로 가정하고 설명한다.
이때, 상기 제2전극(250)은 투명전극층(252) 및 금속 전극(254)을 포함하고 있다.
상기 태양전지(200)는 상기 제1형 실리콘 기판(220)을 중심으로 상기 제1형 실리콘 기판(220)의 후면에는 상기 제1전극(210)이 구비되고, 상기 제1형 실리콘 기판(220)의 전면에는 상기 진성층(230), 제2형층(240) 및 제2전극(250)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기 제1전극(210)은 상기 제1형 실리콘 기판(220)의 후면에 구비되는 후면 전극으로 도전성 물질, 바람직하게는 Ag로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1전극(210)은 0.3 내지 0.8㎛, 바람직하게는 0.5㎛의 두께로 이루어져 있다.
상기 제1형 실리콘 기판(220)은 제1형 불순물이 도핑된 실리콘 기판, 정확하게는 제1형, 즉, 제1형 불순물이 도핑된 단결정 기판으로 이루어져 있다.
상기 제1형 실리콘 기판(220)은 300 내지 1000㎛, 바람직하게는 650㎛의 두께로 이루어져 있다.
상기 진성층(230)은 불순물이 도핑되지 않은 수소화 비정질 실리콘층, 즉, I a-Si:H층으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 진성층(230)은 불순물이 도핑되지 않은 수소화 미세 결정질 실리콘층, 즉, I μc-Si:H층으로 구비될 수 있다.
상기 진성층(230)이 상기 I a-Si:H층인 경우에는 3 내지 5㎚, 바람직하게는 5㎚의 두께로 이루어질 수 있다. 또한 상기 진성층(230)이 상기 I μc-Si:H층인 경우에는 0.5 내지 2㎛, 바람직하게는 1㎛의 두께로 이루어질 수 있다.
상기 제2형층(230)은 제2형의 불순물이 도핑된 수소화 비정질 카바이드 실리콘층, 즉, 제2형 a-SiC:H층으로 이루어져 있을 수 있다. 또한 상기 제2형층(230)은 제2형 불순물이 도핑된 수소화 비정질 실리콘층 즉, P a-Si:H층으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 제2형층(230)은 상기 제2형 a-SiC:H층으로 이루어져 있는 경우에는 10 내지 20㎚, 바람직하게는 12㎚의 두께로 이루어져 있을 수 있다. 또한 상기 제2형층(230)은 상기 제2형 a-Si:H층으로 이루어져 있는 경우에는 11 내지 12㎚, 바람직하게는 12㎚의 두께로 이루어질 수 있다.
상기 제2전극(250)의 투명전극층(252)은 TCO(Transparent Conducting Oxide), 예컨대, ZnO(Zinc Oxide), 알루미늄이 도핑된 ZnO막인 AZO(Aluminum Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 제2전극(250)의 투명전극층(252)은 100 내지 200㎚, 바람직하게는 120㎚의 두께로 구비될 수 있다.
상기 제2전극(250)의 금속 전극(254)은 상기 투명전극층(252) 상에 구비되며, 패턴화된 금속 전극(254)으로 이루어져 있다.
상기 금속 전극(254)은 알루미늄 등과 같은 도전성 물질로 이루어져 있다.
상기 금속 전극(254)는 0.2 내지 1㎛, 바람직하게는 0.5㎛의 두께로 이루어져 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태양전지의 다른 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태양전지(300)는 투명 기판(310), 제1전극(320), 제2형층(330), 버퍼층(340), 진성층(350), 제1형층(360), 투명전극층(370) 및 제2전극(380)을 포함하고 있다.
상기 태양전지(300)는 상기 투명 기판(310) 상에 상기 제1전극(320), 제2형층(330), 버퍼층(340), 진성층(350), 제1형층(360), 투명전극층(370) 및 제2전극(380)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기 투명 기판(310)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같이 빛을 투과하면서 절연체 물질로 이루어진 기판으로 구비될 수 있다.
상기 제1전극(320)은 빛을 투과하면서 도전성이 있는 물질인 TCO, 예컨대, ZnO, AZO, ITO 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극(320)은 텍스처 처리에 의해 그 표면에 요철이 형성된 형태로 구비될 수 있다.
상기 제2형층(330)은 P형의 불순물이 도핑된 수소화 비정질 실리콘 카바이드층, 즉, 제2형 a-SiC:H층으로 이루어져 있을 수 있다. 또한 상기 제2형층(330)은 제2형 불순물이 도핑된 수소화 비정질 실리콘층 즉, 제2형 a-Si:H층으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 제2형층(330)은 상기 제2형 a-SiC:H층으로 이루어져 있는 경우에는 10 내지 20㎚, 바람직하게는 12㎚의 두께로 이루어져 있을 수 있다. 또한 상기 제2형층(330)은 상기 제2형 a-Si:H층으로 이루어져 있는 경우에는 11 내지 12㎚, 바람직하게는 12㎚의 두께로 이루어질 수 있다.
상기 버퍼층(340)은 상기 제2형층(330)과 진성층(350)의 버퍼로 구비되며, 제2형이 도핑된 수소화 비정질 실리콘층, 즉, 제2형 a-Si:H층으로 이루어져 있다.
상기 버퍼층(340)은 2 내지 5㎚, 바람직하게는 3㎚의 두께로 이루어져 있다.
상기 진성층(350)은 불순물이 도핑되지 않은 수소화 비정질 실리콘층, 즉, I a-Si:H층으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 진성층(350)은 불순물이 도핑되지 않은 수소화 미세 결정질 실리콘층, 즉, I μc-Si:H층으로 구비될 수 있다.
상기 진성층(350)이 상기 I a-Si:H층인 경우에는 3 내지 5㎚, 바람직하게는 5㎚의 두께로 이루어질 수 있다. 또한 상기 진성층(350)이 상기 I μc-Si:H층인 경우에는 0.5 내지 2㎛, 바람직하게는 1㎛의 두께로 이루어질 수 있다.
상기 제1형층(360)은 제1형 불순물이 도핑된 수소화 비정질 실리콘 즉, 제1형 a-Si:H층으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 제1형층(360)은 제1형 불순물이 도핑된 수소화 미세 결정화 실리콘 즉, 제1형 μc-Si:H으로 이루어질 수 있다.
상기 제1형층(360)은 20 내지 60㎚, 바람직하게는 40㎚의 두께로 이루어져 있다.
상기 투명전극층(370)은 빛을 투과하면서 도전성이 있는 물질인 TCO, 예컨대, ZnO, AZO, ITO 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 투명전극층(370)은 100 내지 200㎚, 바람직하게는 120㎚의 두께로 이루어져 있다.
상기 제2전극(380)은 알루미늄 등과 같은 도전성 물질로 이루어져 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법의 공정 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방방법은 제1형 실리콘 기판 준비 단계(S410), 제1전극 형성 단계(S420), 진성층 형성 단계(S430), 제2형층 형성 단계(S440) 및 제2전극 형성 단계(S450)를 포함하고 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법은 도 2를 참조하여 설명한 태양전지(200)를 기준으로하여 태양전지 제조 방법을 설명한다.
상기 제1형 실리콘 기판 준비 단계(S410)는 제1형 실리콘 기판(220)을 준비하는 단계이다.
상기 제1형 실리콘 기판(220)은 CZ법(Czochralski method) 등으로 성장시킨 단결정 실리콘 기판일 수 있다.
이때, 상기 제1형 실리콘 준비 단계(S410)는 상기 제1형 실리콘 기판(220)을 세정 및 산화막 제거하는 것을 포함한다.
상기 제1형 실리콘 기판(220)을 황산과 과산화수소가 4:1로 혼합되어 있고 120℃로 유지되는 용액에 10분 동안 세척하여 세정 공정을 진행하고, BOE(Buffered Oxide Etchant)에 약 10초 동안 담궈 산화막을 제거하는 산화막 제거 공정을 진행한다.
그리고, 상기 제1형 실리콘 기판 준비 단계(S410)는 상기 제1형 실리콘 기판(220)을 건조시키는 건조 공정을 포함한다. 즉, 상기 제1형 실리콘 기판(220)을 상기 세정 공정 및 산화막 제거 공정에서 상기 제1형 실리콘 기판(220)에 흡착된 수분을 제거하기 위한 건조 공정을 진행한다. 상기 건조 공정은 상기 제1형 실리콘 기판(220)을 진공 챔버 등에 장입하여 산소가 제거된 상태에서 200℃로 2시간 정도 가열하는 공정일 수 있다.
상기 제1전극 형성 단계(S420)는 상기 제1형 실리콘 기판(220)의 후면 상에 도전성 물질, 즉, Ag 등과 금속을 증착하여 상기 제1전극(210)을 형성하는 단계이다.
상기 도전성 물질, 예컨대 Ag를 증착하는 방법으로는 증발법(Evaporation method) 및 스퍼터링법(sputtering method) 등과 같은 물리적 기상증착법(Physical vapour deposition)을 이용하여 증착할 수 있다.
상기 진성층 형성 단계(S430)는 상기 제1형 실리콘 기판(220)의 전면 상에 제1형 및 제2형의 불순물이 포함되지 않은 진성 실리콘층을 형성하는 단계이다.
상기 진성층 형성 단계(S430)는 상기 도 1을 참조하여 설명한 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 형성할 수도 있고, 플라즈마 화학기상 증착 장치(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등과 같은 화학기상 증착 장치를 이용하여 형성할 수도 있다.
본 실시 예에서는 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 상기 진성층(230)을 형성하는 방법을 기준으로 설명한다.
상기 진성층(230)은 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 수소(H2) 가스 및 실란(SiH4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용함으로써 형성될 수 있다.
상기 혼합 가스는 상기 수소 가스 및 실란 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비(H2/SiH4 ratio)가 8 내지 10인 혼합 가스를 사용한다.
또한, 상기 진성층(230)을 형성하는 상기 진성층 형성 단계(S430)는 공정 압력이 70 내지 90mtorr으로, 공정 파워는 200 내지 300W이며, 공정 온도는 250 내지 350도의 공정 조건으로 진행한다.
이하 실험 예 1 내지 실험 예 3은 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 상기 진성층(230)을 형성하기 위한 최적 공정 조건을 선택하기 위한 실험들이다.
<실험 예 1>
도 5는 혼합 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비에 따른 진성층의 두께 및 표면 거칠기 변화흘 보여는 그래프이다.
도 6은 공정 압력의 변화에 따른 진성층의 두께 및 표면 거칠기를 보여주는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 상기 혼합 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비와 공정 압력을 변화시켜 상기 진성층(230)의 두께와 표면거칠기에 대한 결과를 각각 Stylus profiler와 Scanning Probe Microscope를 이용하여 측정하였다.
이때, 상기 수소 가스 대 실란 가스 비의 최적 공정 조건을 선택할 때는 공정 시간, 공정 압력, 공정 파워 및 공정 온도를 각각 10초, 70mTorr, 300W 및 100℃로 고정하였고, 상기 공정 압력의 최적 공정 조건을 선택할 때는 수소 가스 대 실란 가스 비, 공정 시간, 공정 압력 및 공정 온도를 각각 10, 10초, 300W 및 100℃로 고정하였다.
도 5에서 보여주는 바와 같이 수소 가스의 양이 증가함에 따라 점차적으로 두께가 감소함을 알수 있고, 동시에 표면거칠기는 감소하다가 다시 증가함을 알수 있다. 이는 수소 가스의 적절한 첨가가 표면 거칠기를 균일하게 하는 중요한 역할 을 함을 시사하는 것으로 표면에서 발생되는 라디칼 생성과 에칭에 의한 약결합의 구조를 제거하는데 효과적임을 알게 해준다.
따라서, 상기 수소 가스 대 실란 가스 비는 상기 진성층(230)의 두께는 두껍게 형성되고, 표면 거칠기는 상대적으로 낮은 구간인 8 내지 10인 것이 바람직하다.
이때, 상기 수소 가스 대 실란 가스 비가 10일 때 두께도 두껍게 형성되고, 표면 거칠기도 우수한 상기 진성층(230)을 형성할 수 있다.
도 6에서 보여주는 바와 같이 상기 공정 압력이 0.1torr 이하의 공정 압력으로 진행될 때에는 70 내지 90mtorr에서 가장 좋은 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
상기 진성층(230)의 두께는 다른 공정 압력에 비해 상대적으로 두껍게 형성될 뿐만 아니라 표면 거칠기 역시 다른 공정 압력에 비해 낮은 것을 알 수 있다.
이때 상기 공정 압력은 90mtorr에서 가장 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
<실험 예 2>
도 7은 공정 파워 변화에 따른 진성층의 두께 및 밴드갭의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 공정 파워 변화에 따른 퓨리에 변환 적외선 분광분석을 보여주는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 공정 조건들 중 상기 수소 가스 대 실란 가스 비, 공정 시간, 공정 압력 및 공정 온도를 각각 10, 1200초, 70mTorr 및 300℃으로 고정하고, 공정 파워를 변화시켜 최적의 공정 파워를 조사한 결과, 200 내지 300W의 공정 파워에서 특성이 우수한 상기 진성층(230)을 획득할 수 있었다.
상기 공정 파워가 증가할수록 상기 진성층(230)의 두께는 선형적으로 증가하였으며, 이는 공정 파워 증가에 따라 생성되는 라디칼의 수가 많아졌다는 것을 시사한다.
상기 진성층(230)이 상기 태양전지(200)의 진성층으로 이용되기 위해서는 광학적 밴드갭이 1.6 내지 1.8eV이고, 암전도도는 109 내지 1010S/cm이고, 광전도도는 104 내지 105S/cm인 것이 바람직하다.
따라서, 상기 도 7에서 도시된 그래프에서는 공정 파워가 200 내지 300W, 바람직하게는 300W일 때 가장 좋은 결과를 보여주고 있음을 알수 있다.
이때, 도 8에서 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 상기 200 내지 300W의 공정 파워에 대하여 결함요인이 적은 Si-H stretching 영역에서의 흡수피크인 2000cm-1에서 관찰되었다. 이는 파워를 증가한다 하더라도 고에너지 입자에 의해 박막이 파괴되지 않고 결함요인이 상대적으로 적은 Si 라디칼을 중심으로 결합하게 되었음을 시사하여 고품질의 진성층(230)이 형성될 수 있는 가능성을 보여주고 있다.
<실험 예 3>
도 9는 공정 온도에 따른 진성층에서의 캐리어 수명의 변화를 보여주는 그래 프이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 상기 공정 조건들 중 상기 수소 가스 대 실란 가스 비, 공정 시간, 공정 압력 및 공정 파워를 각각 10, 1200초, 70mTorr 및 300W로 고정하고, 공정 온도를 변화시켜 최적의 공정 온도를 조사한 결과, 250 내지 350℃의 공정 온도에서 특성이 우수한 상기 진성층(230)을 획득할 수 있었다.
도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 공정 온도가 증가함에 캐리어의 수명이 250 내지 350℃에서 높은 캐리어 수명을 가지며 최대 약 160ns의 캐리어 수명을 보이는 것을 알 수 있다.
이때, 상기 캐리어의 수명을 측정?분석은 QSSPCD(Quasi-steady state photoconductivity decay)법을 이용하였다.
따라서, 상기 진성층(230)을 형성함에 있어 공정 온도는 250 내지 350℃에서 실시하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
다시 도 4를 참조하여 상기 태양전지(200)를 제조하는 태양전지 제조 방법을 계속하여 설명하면, 상기 진성층 형성 단계(S430) 이후에 상기 제2형층을 형성하는 제2형 형성 단계(S440)를 진행한다.
상기 제2형층 형성 단계(S440)는 상기 진성층(230) 상에 상기 제2형층(240)을 형성하는 단계이다.
상기 제2형층(240)은 상기 진성층(230)과 마찬가지로 플라즈마 화학기상 증착 장치 등과 같은 화학기상 증착 장치로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2형층(240)은 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 형성할 수 있다.
본 실시 예에서는 상기 제2형층(240)을 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)로 형성하는 방법을 중심으로 설명한다.
상기 제2형층 형성 단계(S440)는 상기 진성층 형성 단계(S430)에서 상술한 공정 조건에 디보렌(B2H6) 가스를 추가하여 제2형이 도핑된 수소화 비정질 실리콘층, 즉, 제2형 a-Si:H층으로 상기 제2형층(240)을 형성할 수 있다.
또한 상기 제2형층 형성 단계(S440)는 혼합 가스를 수소(H2) 가스, 실란(SiH4) 가스, 디보렌(B2H6) 가스 및 에틸렌(C2H4) 가스를 포함하는 혼합 가스로 사용하여 제2형이 도핑된 수소화 비정질 카바이드 실리콘층, 즉, 제2형 a-SiC:H층으로 형성할 수 있다.
이하, 실험 예 4 및 실험 예 5는 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 상기 제2형 a-SiC:H층으로 이루어진 상기 제2형층(230)을 형성하기 위한 혼합 가스의 최적 혼합 조건을 선택하기 위한 실험들이다.
<실험 예 4>
도 10은 에틸렌 가스 첨가에 따른 수소화 비정질 실리콘 카바이드 박막의 증착율과 광학적 밴드갭의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 에틸렌 가스 첨가에 따른 수소화 비정질 실리콘 카바이드 박막의 결 합 구조의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 우선 에틸렌 가스가 포함될 수소 가스 및 수소 가스를 포함하는 혼합 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비(H2/SiH4)는 6으로 고정하였고, 공정 파워는 600W 및 공정 온도는 250℃로 고정하였다.
그리고 60%의 수소 가스로 희석된 에틸렌 가스를 0sccm에서 8sccm으로 증가시켜, 상기 혼합 가스에 혼합하였다. 이때, 상기 에틸렌 가스를 포함하는 혼합 가스의 총유량은 100sccm으로 고정하였다.
그리고 증착율과 광학적밴드갭을 각각 Stylus profiler와 Scanning Probe Microscope를 이용하여 측정하였다.
에틸렌 가스의 혼합비가 증가됨에 따라 점차적으로 증착율은 감소함을 알수 있고, 동시에 광학적 밴드갭은 2.9eV까지 증가함을 알수 있다. 이는 에틸렌 가스에 함유되어 있는 수소의 역할로 박막 표면에 존재하는 약한 결합기를 에칭하여 낮은 증착율을 보여주고 있는 것과 비정질 실리콘 내에 카본과 수소가 도핑됨에 따라 밴드갭 내에 존재하는 결함요인이 제거되어 밴드갭이 확장됨을 알수 있으며, 에틸렌가스를 증가하였을 경우 Si-C(790cm-1)과 C-H(2800~3000cm-1)의 피크가 관찰되었지만, 점차로 이동되면서 증가하는 것을 알수 있다.
또한, 결함요인이 많은 Si-H2(2090cm-1)의 피크가 관찰되었으며 점차로 피크의 세기가 증가함을 알수 있다. 전체적으로 에틸렌 가스비(에틸렌 가스양/총유입된 가스양)이 10-2 근방, 총 혼합 가스에 대해 상기 에틸렌 가스는 1 내지 1.2%의 비로 혼합되는 것이 좋은 특성을 보여줌을 알수 있다.
<실험 예 5>
도 12는 디보렌 가스의 첨가에 따른 제2형으로 도핑된 수소화 비정질 실리콘카바이드층의 광학적 밴드갭과 안전도도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 제2형으로 도핑된 수소화 비정질 실리콘카바이드층의 두께에 따른 태양전지의 특성 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명하면, 상기 실험 예 5의 공정 조건들 중 상기 에틸렌 가스를 1.2sccm으로 고정하고, 다른 공정 조건들은 동일하게 하고, 디보렌 가스를 0sccm에서 8sccm으로 증가시켜 혼합 가스에 혼합하였다.
이때, 상기 디보렌 가스는 97%의 수소 가스로 희석된 디보렌 가스이다.
상기 디보렌 가스의 유량 변화시켜 형으로 도핑된 수소화 비정질 실리콘카바이드층의 광학적 밴드갭과 전기전도도를 분석하였다.
상기 디보렌 가스가 증가함에 따라 2.2eV에서 1.98eV까지 밴드갭이 감소함을 보였고, 이는 확장된 밴드갭 내에 도핑된 보론원자에 의해 결함요인이 발생하였음을 알 수 있다.
또한, 암전기전도도는 5×10-6S/cm까지 증가함을 알수 있다. 상기 디보렌 가스를 약 6sccm을 혼합하였을 때, 즉 디보렌 가스비(디보렌 가스량/총 유입된 가스량)가 6 내지 6.5%에서 가장 좋은 특성을 보임을 알수 있다.
또한 상기 공정 조건을 이용하여 태양전지의 제2층형(240)으로서 적용하여 두께를 9 내지 15nm까지 변화를 주었을 때, 개방전압, 전류밀도, 충실도 및 변환효 율을 비교하면 약 12nm에서 높은 개방전압(0.81V), 전류밀도(21.1mA/cm2), 충실도(0.53) 및 9.08%의 변환효율을 보여줌을 알수 있었다.
다시 도 4를 참조하여 상기 태양전지(200)를 제조하는 태양전지 제조 방법을 계속하여 설명하면, 상기 제2형층 형성 단계(S440)를 진행을 진행한 후 상기 제2전극 형성 단계(S450)를 진행한다.
상기 제2전극 형성 단계(S450)는 상기 제2형층(240) 상에 투명전극층(252)을 형성하고, 상기 투명전극층(252) 상에 패턴화된 금속 전극(254)을 형성하는 단계이다.
상기 투명전극층(252)은 TCO, 예컨대, ZnO, AZO, ITO 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물을 물리적 기상증착 장치 또는 화학적 기상증착 장치로 증착함으로써 형성될 수 있다.
또한 상기 금속 전극(254)은 알루미늄 등과 같은 도전성 물질을 물리적 기상증착 장치로 형성한 후, 패터닝하여 패턴화된 금속 전극(254)를 형성하거나, 패턴 마스크를 이용한 물리적 기상 증착 장치로 패턴화된 금속 전극(254)를 형성하는 방법을 이용할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법의 공정 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 14를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법은 투명 기판 준비 단계(S510), 제1전극 형성 단계(S520), 제2형층 형성 단 계(S530), 버퍼 형성 단계(S540), 진성층 형성 단계(S550), 제1형층 형성 단계( S560), 투명전극층 형성 단계(S570) 및 제2전극 형성 단계(S580)를 포함하고 있다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법은 도 3을 참조하여 설명한 태양전지(300)를 기준으로하여 태양전지 제조 방법을 설명한다.
상기 투명 기판 준비 단계(510)는 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 투명하며 절연체인 투명 기판(310)을 준비하는 단계이다.
상기 투명 기판 준비 단계(510)는 상기 투명 기판(310)에서 유기물을 제거하는 공정을 포함한다. 즉, 상기 투명 기판 준비 단계(510)는 상기 투명 기판(310)을 TCE(Tri Chloro Ethylene), 아세톤 및 메탄올을 이용하여 유기물 등을 제거하는 공정을 포함하고 있다.
그리고 상기 투명 기판 준비 단계(510)는 상기 투명 기판(310)을 건조시키는 건조 공정을 포함한다. 즉, 상기 투명 기판(310)을 유기물 등을 제거하는 공정에서 상기 투명 기판(310)에 흡착된 수분을 제거하기 위한 건조 공정을 진행한다. 상기 건조 공정은 상기 투명 기판(310)을 진공 챔버 등에 장입하여 산소가 제거된 상태에서 200℃로 2시간 정도 가열하는 공정일 수 있다.
상기 제1전극 형성 단계(S520)는 상기 투명 기판(310) 상에 TCO층으로 이루어진 제1전극(310)을 형성하는 단계이다.
상기 TCO층은 ZnO, AZO, ITO 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물을 물리적 기상증착 장치 또는 화학적 기상증착 장치로 증착함으로써 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1전극(310)은 희석된 염산으로 습식 공정을 진행하여 텍스 쳐(Texture) 공정을 진행한다.
상기 제1전극(310)은 사이 텍스쳐 공정에 의해 그 표면에 다수의 돌기, 바람직하게는 피라미드 형성의 돌기를 다수 구비하게 된다.
상기 제2형층 형성 단계(530)는 상기 제1전극(310) 상에 상기 제2형층(330)을 형성하는 단계로, 상기 도 4를 참조하여 설명한 제2형 형성 단계(S440)와 동일한 방법으로 형성할 수 있음으로 자세한 설명은 생략한다.
상기 버퍼층 형성 단계(S540)는 상기 제2형층 형성 단계(530)와 연속적으로 이루어지는 공정으로 상기 제2형층(330)을 형성하는 제2형 불순물의 농도 보다 낮은 농도로 도핑되도록 상기 버퍼층(340)을 형성하는 단계이다.
따라서 상기 버퍼층 형성 단계(S540)는 상기 제2형층 형성 단계(530)에서 제2형 가스, 예컨대, 디보렌(B2H6) 가스의 양을 줄인 공정 조건으로 상기 버퍼층(340)을 형성하는 단계로 자세한 설명은 생략한다.
상기 진성층 형성 단계(S550)는 도 4를 참조하여 설명한 진성층 형성 단계(S450)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다.
상기 진성층 형성 단계(S550)는 불순물이 도핑되지 않은 수소화 미세 결정질 실리콘층, 즉, I μc-Si:H층으로 형성하는 단계이다.
이하, 실험 예 6은 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 상기 진성층(350)을 불순물이 도핑되지 않은 수소화 미세 결정질 실리콘층, 즉, I μc-Si:H층으로 형성하기 위한 혼합 가스 및 공정 압력의 최적 조건을 선택 하기 위한 실험이다.
<실험 예 6>
도 15는 실란 가스의 양에 따른 진성층의 수소화 미세 결정질 실리콘층의 전기전도도 및 활성화 에너지의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16은 실란 가스의 양에 따른 결정화 피크와 비정질 피크의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 17은 공정 파워의 변화에 따른 진성층의 수소화 미세 결정질 실리콘층의 전기특성 변화를 보여주는 그래프이다.
도 15 내지 도 17을 참조하여 설명하면, 실란 가스 및 수소 가스가 혼합된 혼합 가스는 실란 가스 비(SiH4/(SiH4+H2))를 0.016에서 0.045로 증가시켜주고, 공정 파워를 800에서 1400W까지 변화시켜 주었다.
도 15 및 도 16에서 도시하고 있는 바와 같이 실란 가스 비에 따른 진성층의의 암,광전도도 및 활성화에너지를 측정하였다. 이때 상기 공정 파워는 1200W이고, 공정 압력은 70mtorr이며 공정 온도는 250℃이다.
이때, 상기 광전도도가 가장 높으면서 활성화에너지 범위를 만족하는 조건은 실란 가스비는 0.016 내지 0.02인 것을 알 수 있다. 즉, 상기 실란 가스비가 감소함에 따라 즉 실란 가스의 유량이 많아질수록 520cm-1의 결정피크의 세기가 감소하며, 동시에 480cm-1의 피크가 증가함을 알수 있다.
이때, 상기 실란 가스비가 0.02일 때 약 68% 이상의 결정화도를 보여주고 있 다.
도 17에서 도시하고 있는 바와 같이 공정 파워는 1150 내지 1250W에서 광전도도가 가장 높으면서 활성화에너지 범위를 만족하는 조건이였다.
이때, 상기 제2형층(330) 및 제1형층(360) 역시 수소화 미세 결정질 실리콘층으로 형성할 수 있다.
이하, 실험 예 7은 상기 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치(100)를 이용하여 상기 제2형층(330) 및 제1형층(360)을 각각 제2형 및 제1형 불순물이 도핑된 수소화 미세 결정질 실리콘층, 즉, 제2형 및 제1형 μc-Si:H층으로 형성하기 위한 혼합 가스의 최적 혼합 조건을 선택하기 위한 실험이다.
<실험 예 7>
도 18은 포스핀 가스 비에 따른 광학적밴드갭과 암전전도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 19는 디보렌 가스 비에 따른 광학적밴드갭과 암전전도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 18 및 도 19를 참조하여 설명하면, 상기 제2형층(330) 및 제1형층(360)을 미세화 결정화하는 방법은 상기 실험 예 6에서 공정 조건을 유지하면서 상기 혼합 가스 중 실란 가스에 대한 포스핀 가스의 비율 및 디보렌 가스의 비율을 변화시켜 최적의 포스핀 가스 비율 및 디보렌 가스 비율을 선택하였다.
상기 제2형층(330)은 상기 실란 가스에 대한 포스핀 가스가 0.075 내지 0.1%로 포함된 혼합 가스를 사용하고, 상기 제1형층(360)은 상기 실란 가스에 대한 디보렌 가스가 0.1 내지 0.5%로 포함된 혼합 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
이는 도 18 및 도 19에서 도시하고 있는 바와 같이 포스핀 가스비가 증가할 경우에는 밴드갭과 암전도도값 모두 감소하고 있고, 상기 디보렌 가스비가 증가할수록 밴드갭은 감소하며 암전도도값은 증가를 하고 있는 것으로부터 알 수 있다.
다시 도 14를 참조하여 상기 태양전지(300)를 제조하는 태양전지 제조 방법을 계속하여 설명하면, 상기 진성층 형성 단계(S550)를 진행을 진행한 후 상기 제2형층 형성 단계(S560)를 진행한다.
상기 제1형층 형성 단계(S560)는 도 4를 참조하여 설명한 제2형층 형성 단계(S440)에서 불순물만 제1형으로 변경될 뿐 거의 유사한 방법으로 제1형 수소화 비정질 실린콘층을 형성할 수 있고, 상기 실험 예 7에서 상술한 바와 같은 제1형 불순물이 도핑된 수소화 미세 결정질 실리콘층으로 형성할 수 있음으로 자세한 설명을 생략한다.
상기 투명전극층 형성 단계(S570)는 상기 제1형층(360) 상에 TCO층, 즉, ZnO, AZO, ITO 및 SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 산화물을 물리적 기상증착 장치 또는 화학적 기상증착 장치로 증착하는 단계임으로 상기 TCO층을 형성하는 방법은 상기에서 상술하고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 제2전극 형성 단계(S580)은 상기 투명전극층(370) 상에 알루미늄 등과 같은 도전성 물질을 물리적 기상증착 장치로 형성하는 단계이다.
상기 제2전극 형성 단계(S580)는 일반적인 도전성 전극을 형성하는 방법으로 형성할 수 있음으로 자세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지 제조 방법에서 이용되는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태양전지의 일 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 태양전지의 다른 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법의 공정 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 5는 혼합 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비에 따른 진성층의 두께 및 표면 거칠기 변화흘 보여는 그래프이다.
도 6은 공정 압력의 변화에 따른 진성층의 두께 및 표면 거칠기를 보여주는 그래프이다.
도 7은 공정 파워 변화에 따른 진성층의 두께 및 밴드갭의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 공정 파워 변화에 따른 퓨리에변환 적외선 분광분석을 보여주는 그래프이다.
도 9는 공정 온도에 따른 진성층에서의 캐리어 수명의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 에틸렌 가스 첨가에 따른 수소화 비정질 실리콘 카바이드 박막의 증 착율과 광학적 밴드갭의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 에틸렌 가스 첨가에 따른 수소화 비정질 실리콘 카바이드 박막의 결합 구조의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12는 디보렌 가스의 첨가에 따른 제2형으로 도핑된 수소화 비정질 실리콘카바이드층의 광학적 밴드갭과 안전도도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 제2형으로 도핑된 수소화 비정질 실리콘카바이드층의 두께에 따른 태양전지의 특성 변화를 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법의 공정 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 15는 실란 가스의 양에 따른 진성층의 수소화 미세 결정질 실리콘층의 전기전도도 및 활성화 에너지의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16은 실란 가스의 양에 따른 결정화 피크와 비정질 피크의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 17은 공정 파워의 변화에 따른 진성층의 수소화 미세 결정질 실리콘층의 전기특성 변화를 보여주는 그래프이다.
도 18은 포스핀 가스 비에 따른 광학적밴드갭과 암전전도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 19는 디보렌 가스 비에 따른 광학적밴드갭과 암전전도의 변화를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 제1전극 220 : 제1형층
230 : 진성층 240 : 제2형층
250 : 제2전극

Claims (22)

  1. 제1전극, 제1형층, 진성층, 제2형층 및 제2전극을 포함하는 태양전지를 제조함에 있어서,
    수소(H2) 가스 및 실란(SiH4) 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 유도결합플라즈마 화학기상 증착 장치를 이용하여 수소화 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 상기 진성층을 형성하는 진성층 형성 단계를 포함하되,
    상기 혼합 가스는 상기 수소 가스 및 실란 가스의 수소 가스 대 실란 가스 비(H2/SiH4 ratio)가 8 내지 10인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진성층 형성 단계는 공정 압력이 70 내지 90mtorr이고, 공정 파워가 200 내지 300W이며, 공정 온도는 250 내지 350도인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 제조 방법:은
    상기 진성층 형성 단계 이전에,
    제1형 실리콘 기판을 준비하는 제1형 실리콘 기판 준비 단계; 및
    상기 제1형 실리콘 기판의 후면에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계;를 포함하며,
    상기 진성층 형성 단계 이후에,
    상기 진성층 상에 제2형층을 형성하는 제2형 형성 단계; 및
    상기 제2형층 상에 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전극은 Ag로 이루어지며,
    상기 제2형층은 수소화 제2형 비정질 실리콘층으로 이루어지며,
    상기 제2전극은 상기 제2형층 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 형성된 패턴화된 알루미늄 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 제조 방법:은
    상기 진성층 형성 단계 이전에,
    투명 기판을 준비하는 투명 기판 준비 단계;
    상기 투명 기판 상에 상기 제1전극을 형성하는 제1전극 형성 단계; 및
    상기 제1전극 상에 상기 제2형층을 형성하는 제2형층 형성 단계;를 포함하며,
    상기 진성층 형성 단계 이후에,
    상기 진성층 상에 상기 제1형층을 형성하는 제1형층 형성 단계; 및
    상기 제1형층 상에 상기 제2전극을 형성하는 제2전극 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2형층 형성 단계와 상기 진성층 형성 단계 사이에,
    버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계를 포함하며,
    상기 제1형층 형성 단계와 상기 제2전극 형성 단계 사이에,
    상기 제1형층 상에 투명전극층을 형성하는 투명전극층 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 TCO(transparent conducting oxide)층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
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