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KR101998743B1 - 화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR101998743B1
KR101998743B1 KR1020170075004A KR20170075004A KR101998743B1 KR 101998743 B1 KR101998743 B1 KR 101998743B1 KR 1020170075004 A KR1020170075004 A KR 1020170075004A KR 20170075004 A KR20170075004 A KR 20170075004A KR 101998743 B1 KR101998743 B1 KR 101998743B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법은, 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 화합물 반도체층에서 결함이 존재하는 부분을 제거하여 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 결함 제거부를 형성하는 단계는, 상기 화합물 반도체층 위에 마스크 물질층을 형성하는 단계; 상기 결함이 존재하는 부분에 대응하여 상기 마스크 물질층에 개구부를 형성하는, 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 개구부를 통하여 노출된 상기 결함이 존재하는 부분을 제거하여 상기 결함 제거부를 형성하는, 식각하는 단계를 포함한다.

Description

화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법{COMPOUND SEMICONDUCTOR SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조 및 공정을 개선한 화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 제조되는 것이 요구된다.
예를 들어, 화합물 반도체층을 적층하여 형성된 화합물 반도체 태양 전지에서는 공정 중에 화합물 반도체층에 원하지 않는 결함(defect)이 형성될 수 있는데, 결함이 존재하는 부분에서 재결합이 일어나서 화합물 반도체 태양 전지의 효율이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 결함을 제거하는 공정을 추가하는 경우에 결함을 제거하는 공정 중에 화합물 반도체층의 특성이 저하 또는 변형되거나 화합물 반도체층에 포함된 물질이 비산되어 안전상 문제가 발생할 수 있다. 또한, 결함을 제거하는 공정이 추가되어야 하며, 이러한 공정 중에 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위하여 별도의 공정 또는 안정 장치가 필요하여 공정이 복잡해지거나 설비 부담이 증가할 수 있다.
본 발명은 간단한 제조 방법에 의하여 제조될 수 있으며 효율을 향상할 수 있는 화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법은, 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 화합물 반도체층에서 결함이 존재하는 부분을 제거하여 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 결함 제거부를 형성하는 단계는, 상기 화합물 반도체층 위에 마스크 물질층을 형성하는 단계; 상기 결함이 존재하는 부분에 대응하여 상기 마스크 물질층에 개구부를 형성하는, 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 개구부를 통하여 노출된 상기 결함이 존재하는 부분을 제거하여 상기 결함 제거부를 형성하는, 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지는, 서로 다른 도전형을 가지는 베이스층 및 에미터층을 포함하는 화합물 반도체층; 상기 베이스층에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 화합물 반도체층의 내부에 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부가 구비된다.
본 실시예에 따르면, 결함이 전체적으로 제거된 결함 제거부에 의하여 결함의 존재에 의하여 발생할 수 있는 문제를 방지하고 화합물 반도체 태양 전지의 효율을 향상할 수 있다. 이때, 레이저를 이용한 노광 및 현상을 이용하여 마스크층을 형성한 다음, 식각 공정에 의하여 화합물 반도체층의 일부를 제거하여 결함 제거부를 형성한 것에 의하여, 결함 제거부의 형성 공정의 안정성을 향상하고 제조 공정을 단순화하고 설비 비용을 최소화할 수 있다. 특히, 결함 제거부를 구획부와 함께 형성하면 제조 공정을 좀더 단순화할 수 있다. 이에 따라 간단한 제조 공정에 의하여 우수한 효율을 가지는 화합물 반도체 태양 전지를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2b에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2k에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층 위에 형성된 마스크층을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 2l에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법의 식각 공정에 의하여 형성된 결함 제거부 및 구획부의 식각면의 일 예를 도시한 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법의 식각 공정에 의하여 형성된 결함 제거부 및 구획부의 식각면의 다른 예를 도시한 확대 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지(100)는, 서로 다른 도전형을 가져 pn 접합을 형성하는 베이스층(10c) 및 에미터층(10b)을 포함하는 복수의 화합물 반도체층(10)과, 베이스층(10c)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(12), 에미터층(10b)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(14)을 포함한다. 이때, 평면으로 볼 때 복수의 화합물 반도체층(10)의 내부에 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부(102)가 구비된다. 복수의 화합물 반도체층(10)은 후면 전계층(10a), 윈도우층(10d) 등을 더 구비할 수 있고, 화합물 반도체 태양 전지(100)는 반사 방지층(19) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
이하에서는 제2 전극(14) 위에 후면 전계층(10a), 에미터층(10b), 베이스층(10c), 윈도우층(10d) 및 제1 전극(12)이 차례로 형성(일 예로, 차례로 형성되면서 접촉)되는 것을 예시하였다.
그러나 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 따라서 후면 전계층(10a), 윈도우층(10d) 중 적어도 하나가 형성되지 않거나, 윈도우층(10d)과 제1 전극(12) 사이, 또는 후면 전계층(10a)과 제2 전극(14) 사이에 오믹 컨택(ohmic contact)을 위하여 높은 도핑 농도를 가지는 컨택층을 더 구비될 수 있다. 이때, 윈도우층(10d)과 제1 전극(12) 사이에 위치하는 컨택층은 제1 전극(12)과 동일한 형상 및 패턴을 가질 수 있다. 그리고 에미터층(10b)과 베이스층(10c) 사이에, 베이스층(10c)과 동일한 도전형을 가지되 베이스층(10c)보다 낮은 도핑 농도를 가지는 버퍼층을 더 구비할 수 있다. 에미터층(10b)과 베이스층(10c)이 서로 다른 물질 및/또는 조성으로 구성된 경우에는, 에미터층(10b)으로부터 베이스층(10c)으로 향하면서 버퍼층의 물질 및/또는 조성이 에미터층(10b)과 동일 또는 유사한 물질 및/또는 조성으로부터 베이스층(10c)과 동일 또는 유사한 물질 및/또는 조성으로 점진적으로 변화할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 복수의 화합물 반도체층(10)은 3족 및 5족 원소의 화합물 반도체층, 또는 2족 및 6족 원소의 화합물 반도체층으로 구성될 수 있으며, 서로 동일한 물질 또는 조성을 가질 수도 있고 서로 다른 물질 또는 조성을 가질 수도 있다. 특히, 화합물 반도체층(10)의 각 층은 3족 및 5족 원소의 화합물 반도체층일 수 있다.
예를 들어, 화합물 반도체층(10)(특히, 베이스층(10c))은 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 인(P)이 함유된 갈륨-인듐-인(GaInP) 화합물 반도체층, 알루미늄(Al), 인듐(In), 및 인(P)이 함유된 알루미늄-인듐-인(AlInP) 화합물 반도체층, 또는 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 갈륨-비소(GaAs) 화합물 반도체층으로 구성될 수 있다. 이와 같이 3족 및 5족 원소의 화합물 반도체층을 기반으로 하는 화합물 반도체 태양 전지(100)는 직접 천이형 밴드갭을 가지고 있어 기존 실리콘 태양 전지에 비하여 광 흡수율이 높으며, 공유 결합을 하여 우수한 물성을 가질 수 있다. 그리고 다중 접합 구조에 적용되어 간단한 공정에 의하여 제조되어 높은 효율을 가질 수 있다.
베이스층(10c)은 실질적으로 광을 흡수하여 광전 변환에 직접 관여하는 층으로 제1 도전형 도펀트를 포함하여 제1 도전형을 가질 수 있다.
베이스층(10c) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 윈도우층(10d)은 원하지 않는 캐리어(전자나 정공)의 이동을 방지하는 배리어 역할을 하여 표면 재결합을 방지하는 패시베이션 역할을 할 수 있다. 윈도우층(10d)은 베이스층(10c)과 동일하게 제1 도전형 도펀트가 도핑되어 제1 도전형을 가지되 베이스층(10c)보다 제1 도전형 도펀트의 도핑 농도가 높을 수 있다. 윈도우층(10d)은 베이스층(10c)과 동일한 물질로 구성될 수도 있고 베이스층(10c)과 다른 물질로 구성될 수도 있다. 그리고 윈도우층(10d)이 베이스층(10c)과 같거나 그보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 예를 들어, 윈도우층(10d)이 베이스층(10c)보다 높은 에너지 밴드갭을 가지면 윈도우층(10d)에 의한 배리어 역할을 좀더 효과적으로 수행할 수 있고, 광 흡수를 최소화할 수 있다.
에미터층(10b)은 제2 도전형 도펀트를 가져 베이스층(10c)의 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 층으로서, 베이스층(10c) 위에 위치(일 예로, 접촉)하여 베이스층(10c)과 pn 접합을 형성하는 층이다. 에미터층(10b)은, 제2 도전형 도펀트를 포함한다는 것을 제외하면, 베이스층(10c)과 동일한 에너지 밴드갭을 가지는 동일한 물질로 구성될 수도 있고 베이스층(10c)과 다른 에너지 밴드갭을 가지는 다른 물질로 구성될 수도 있다.
제2 전극(14)과 에미터층(10b) 사이에 위치(일 예로, 이들과 접촉)하는 후면 전계층(10a)은 에미터층(10b)과 동일하게 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 제2 도전형을 가지되 에미터층(10b)보다 제2 도전형 도펀트의 도핑 농도가 낮을 수 있다. 후면 전계층(10a)은 에미터층(10b) 또는 윈도우층(10d)과 동일한 물질로 구성될 수도 있고 에미터층(10b) 또는 윈도우층(10d)과 다른 물질로 구성될 수도 있다.
후면 전계층(10a), 에미터층(10b), 베이스층(10c) 및 윈도우층(10d)은 각각의 역할을 충분하게 수행할 수 있도록 일정한 패턴을 가지지 않고 전체적으로 형성될 수 있다.
상술한 베이스층(10c) 및 윈도우층(10d)은 제1 도전형 도펀트를 포함하여 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 반도체층으로 분류될 수 있고, 상술한 후면 전계층(10a) 및 에미터층(10b)은 제2 도전형 도펀트를 포함하여 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층으로 분류될 수 있다.
일 예로, 제1 도전형이 n형이고 제1 도전형 도펀트가 n형 도펀트일 수 있고, 제2 도전형이 p형이고 제2 도전형 도펀트가 p형 도펀트일 수 있다. 여기서, p형 도펀트는 아연, 탄소 및 마그네슘 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, n형 도펀트는 실리콘, 셀레늄 및 텔루륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 베이스층(10c)이 n형을 가지면 결함이 적어 높은 품질(quality)를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 반대로 제1 도전형이 p형이고 제2 도전형이 n형일 수도 있다.
화합물 반도체층(10)의 일면(일 예로, 전면)에 베이스층(10c)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(12), 반사 방지층(19) 등이 형성되고, 화합물 반도체층(10)의 타면(일 예로, 후면)에 에미터층(10b)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(14)이 형성될 수 있다.
제1 전극(12) 및 제2 전극(14)은 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어를 수집하는 역할을 할 수 있다. 제1 및 제2 전극(12, 14)은 캐리어를 수집할 수 있도록 전도성 물질(일 예로, 금속) 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(12, 14)은 각기 금, 은, 니켈, 티타늄, 백금, 구리, 팔라듐, 몰리브덴, 게르마늄 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금을 포함하는 단일막 또는 다층막으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 전극(12)은 광이 입사되는 화합물 반도체층(10)의 전면 위에 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 이에 따라 제1 전극(12)의 적어도 일부(특히, 제1 전극(12)의 불투광성막)는 광전 변환부로 기능하는 화합물 반도체층(10)에 광이 입사될 수 있도록 일정한 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(12)의 적어도 일부가 일 방향으로 평행하게 위치하는 복수의 전극부와, 상술한 복수의 전극부와 교차하는 방향으로 상술한 복수의 전극부를 연결하는 버스바 전극을 구비할 수 있다. 또는, 제1 전극(12)이, 패턴을 가지는 불투광성막과 함께, 광을 투과할 수 있으며 전면에 전체적으로 형성되는 투명 전도성 물질(TCO)을 더 포함할 수도 있다.
그리고 제2 전극(14)은 화합물 반도체층(10)의 후면 위에 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 제2 전극(14)은 일정한 패턴을 가지지 않고 전체적으로 형성되는 시트 형상의 도전층일 수 있다. 이러한 제2 전극(14)은 면 전극(sheet electrode)으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 화합물 반도체층(10)의 내부에 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부(102)가 구비될 수 있다. 이러한 결함 제거부(102)는 화합물 반도체층(10)의 내부에 위치하던 결함이 전체적으로 제거되는 것에 의하여 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 결함 제거부(102)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 평면으로 볼 때 폐쇄된 빈 공간(closed space)을 가지는 아일랜드(island) 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 화합물 반도체층(10)의 내부에 위치하던 결함을 전체적으로 제거하여 결함 제거부(102)가 형성되므로, 결함에 의하여 발생할 수 있는 문제, 예를 들어, 결함에서 발생할 수 있는 재결합, 누설 전류 등의 문제를 방지할 수 있으며 화합물 반도체 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
본 실시에서 결함 제거부(102)는 일정한 패턴을 가지는 제1 전극(12)이 위치하지 않아 외부에서 보여지는 부분에 형성될 수 있다. 이는 제1 전극(12)을 형성한 후에 결함 제거부(102)를 형성하였기 때문이다. 또는, 결함(102a)이 위치한 부분에서는 결함(102a)에 의하여 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이가 단락될 수 있음을 고려하여 제1 전극(12)을 형성하지 않을 수도 있다. 이에 의하면 제1 전극(12)이 위치하지 않는 부분에 결함 제거부(102)를 형성하여 결함 제거부(102)에 의하여 원하지 않게 제1 전극(12)과 제2 전극(14)이 단락되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 결함 제거부(102)가 제1 전극(12)이 위치한 부분에 존재하고, 결합 제거부(102)에 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이의 단락을 방지할 수 있는 물질, 구조 등이 구비될 수도 있다.
제2 전극(14)은 화합물 반도체층(10) 위에서 전체적으로 형성되므로, 결함 제거부(102)는 제2 전극(14)을 노출하도록 화합물 반도체층(10)을 관통하여 형성될 수 있다. 이와 같이 결함 제거부(102)가 화합물 반도체층(10)을 관통하여 결함에 의하여 발생할 수 있는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, 제2 전극(14)은 관통되지 않으므로 화합물 반도체 태양 전지(100)의 구조적 안정성을 향상할 수 있다.
이때, 결함 제거부(102)의 측면을 구성하는 식각면(CS2)이 습식 식각에 의하여 형성된 습식 식각면이며, 레이저에 의한 흔적이 존재하지 않을 수 있다. 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)이 습식 식각에 의하여 형성되었는지 여부는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰하여 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)을 판독하는 것에 의하여 확인할 수 있다. 예를 들어, 습식 식각면으로 구성된 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)은 습식 식각에 의한 언더-컷(under-cut) 형상을 가질 수 있다. 또는, 결함 제거부(102)가 형성된 부분의 제2 전극(14)에 습식 식각에 의한 흔적이 남을 수 있다. 레이저에 의한 흔적이라 함은 레이저에 의하여 녹거나 터진 흔적으로서 주사 전자 현미경 등으로 판별할 수 있다.
본 실시예에서 화합물 반도체층(10)의 외측면을 구성하는 식각면(CS1)과 결함 제거부(102)의 측면을 구성하는 식각면(CS2)이 서로 동일한 특성을 가지는 식각면일 수 있다. 특히, 화합물 반도체층(10)의 외측면을 구성하는 식각면(CS1)과 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)이 각기 습식 식각에 의하여 형성된 습식 식각면으로 구성될 수 있다. 이는 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)과 화합물 반도체층(10)의 식각면(CS1)이 동일한 공정에서 함께 형성되어 동일한 특성을 가질 수 있기 때문이다.
여기서, 결함이 형성되는 이유, 결함 제거부(102)의 형성 방법, 결함 제거부(102)의 평면 형상 및 단면 형상, 화합물 반도체층(10)의 외측면을 구성하는 식각면(CS1)과 결함 제거부(102)의 측면을 구성하는 식각면(CS2) 등에 대해서는 추후에 도 2a 내지 도 2m, 그리고 도 3 내지 도 7을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
반사 방지층(19)은 화합물 반도체층(10)의 전면 위 중에서 제1 전극(12)이 위치하는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치(일 예로, 접촉)하여 광의 반사를 저감시키는 역할을 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반사 방지층(19)이 화합물 반도체층(10) 위뿐만 아니라, 제1 전극(14)의 적어도 일부 위(일 예로, 상술한 복수의 전극부 위)에 배치될 수도 있다. 반사 방지층(19)은 불화마그네슘, 황화아연, 산화티타늄 및 산화실리콘을 적어도 하나 포함하는 단일막 또는 다층막일 수 있다.
본 실시예에서 반사 방지층(19)은 화합물 반도체층(10) 위뿐만 아니라, 결함 제거부(102)에 의하여 노출된 제2 전극(14) 및/또는 결함 제거부(102)의 측면 위에 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 이에 의하면 결함 제거부(102)의 표면(특히, 식각면(CS2)) 및 제2 전극(14)이 반사 방지층(19)에 의하여 전체적으로 덮여서 결함 제거부(102)가 형성된 부분이 안정적으로 보호될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 방지층(19)이 결함 제거부(102)가 형성된 부분에서는 형성되지 않는 등 다양한 변형이 가능하다.
이러한 화합물 반도체 태양 전지(100)로 광이 입사되면 화합물 반도체층(10)의 광전 변환에 의하여 전자 및 정공이 생성되고, 전자 및 정공 중 어느 하나가 제1 전극(12)에서 수집되고 다른 하나가 제2 전극(14)에서 수집되어 전기 에너지가 생성될 수 있다. 본 실시예에서는 화합물 반도체층(10)이 결함이 위치하는 부분을 전체적으로 제거한 결함 제거부(102)를 구비하여 결함이 존재할 때 발생할 수 있는 문제를 방지하고 화합물 반도체 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
상술한 결함 제거부(102)를 구비한 화합물 반도체 태양 전지(100)의 제조 방법을 도 2a 내지 도 2m을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 일면에 박리층(또는 희생층)(112)이 형성된 기판(110)을 준비한다. 기판(110)은 4족 원소, 3족-5족 원소 및 2족-6족 원소를 포함한 화합물로 구성될 수 있다. 예를 들어 기판(110)이 실리콘(Si) 기판, 게르마늄(Ge) 기판, 갈륨-비소 화합물(GaAs) 기판 등을 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 기판(110)이 GaAs 기판일 수 있다.
박리층(112)은 추후에 화합물 반도체층(도 2b의 참조부호 10, 이하 동일)의 성장이 완료된 후에 에칭되어 기판(110)과 화합물 반도체층(10)를 분리하기 위한 층이다. 박리층(112)은 다양한 공정에 의하여 형성될 수 있으며 에피택셜(epitaxial) 리프트 오프(epitaxial lift off, ELO) 공정으로 박리될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 박리층(112)은 AlGaAs층/InAlAs층, InGaAs층, AlAs층, InGaP층, InAlP층, InGaAlAs층, InP층 등으로 이루어질 수 있다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 박리층(112) 위에 화합물 반도체층(10)을 형성한다. 이때, 화합물 반도체층(10)은 각기 패턴을 가지지 않고 전체적으로 형성될 수 있다.
좀더 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 화합물 반도체층(10)를 구성하는 화합물 반도체층(10)은 후면 전계층(도 1의 참조부호 10a, 이하 동일), 에미터층(도 1의 참조부호 10b, 이하 동일), 베이스층(도 1의 참조부호 10c, 이하 동일) 및 윈도우층(도 1의 참조부호 10d, 이하 동일)을 포함할 수 있다. 이때, 화합물 반도체층(10)을 형성할 때 박리층(112) 위에 후면 전계층(10a), 에미터층(10b), 베이스층(10c) 및 윈도우층(10d)을 차례로 형성할 수 있다. 그러면, 안정적으로 화합물 반도체층(10)을 형성할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 일부 층이 형성되지 않을 수도 있고 별도의 층이 더 형성될 수도 있다.
이러한 화합물 반도체층(10)은 유기 금속 화학 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 공정, 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy, MBC) 공정 등의 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 일 예로, 유기 금속 화학 기상 증착 공정이 사용될 수 있다. 즉, 일정한 증착 온도로 가열된 유기 금속 화학 기상 증착 장치 내에 기판(110)을 위치시키고, 챔버 내부로 화합물 반도체층(10)을 각기 구성하는 각 원소를 포함하는 반응 기체, n형 또는 p형 도펀트를 포함하는 기체 등의 복수 종류의 반응 기체를 공급하는 것에 의하여, 원하는 물질로 구성되는 화합물 반도체층(10)을 형성할 수 있다. 이때, 증착 공정에서 공급되는 반응 기체 종류, 양 등을 변경하는 것에 의하여, 복수의 층으로 구성된 화합물 반도체층(10)을 간단한 공정으로 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 화합물 반도체층(10)이 서로 이격되는 복수의 유효 영역(AA)에 대응하도록 전체적으로 형성될 수 있다. 복수의 유효 영역(AA)은 추후에 구획부(도 2l의 참조부호 102b, 이하 동일)에 의하여 서로 구획되며, 구획부(102b)에 의하여 구획된 각각의 유효 영역(AA)에 대응하는 부분이 각기 하나의 단위 태양 전지(즉, 화합물 반도체 태양 전지(100))를 구성하게 된다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
그런데, 도 2b 및 도 3에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(10)의 형성 시 광전 변환에 기여할 수 없거나 광전 변환에 악영향을 미치는 결함(102a)이 형성될 수 있다. 참조로, 도 3은 도 2b에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층(10)을 도시한 평면도로서, 간략하고 명확한 도시를 위하여 제1 전극(12)의 도시를 생략하였다. 이때, 결함(102a)은 다양한 이유에 의하여 형성될 수 있는데, 특히 증착 공정 시에 화합물 반도체층(10)의 내부로 불순물이 혼입되거나 이로 인하여 화합물 반도체층(10)의 일부가 손상되거나 화합물 반도체층(10)의 일부에 구멍이 나서 발생될 수 있다. 그런데, 이와 같이 결함(102a)이 존재하게 되면 해당 부분에서 광전 변환이 일어나지 않으며 재결합이 발생하여 화합물 반도체 태양 전지(100)의 효율을 저하시킬 수 있으며, 원하지 않게 제1 전극(12)과 제2 전극(14)을 단락시켜 누설 전류가 발생할 수 있다.
이어서, 도 2c에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(10) 위에 보호 금속층(114)을 형성하고, 그 위에 제1 라미네이션 필름(116)을 부착한다. 보호 금속층(114)은 있으며 에피택셜 리프트 오프 공정(도 2d에 도시한 공정)에서 사용되는 식각 용액에 대한 내식각성을 가지는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 제1 라미네이션 필름(116)은 화합물 반도체층(10)를 지지하는 역할을 하는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 보호 금속층(114)이 구리로 구성될 수 있다. 그리고 제1 라미네이션 필름(116)은 지지 기판과 이 위에 위치하는 접착층을 포함할 수 있는데, 지지 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)을 사용할 수 있고 접착층으로는 에텔린비닐아세테이트(EVA)를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 보호 금속층(114) 및 제1 라미네이션 필름(116)의 물질에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 에피택셜 리프트 오프 공정에 의하여 박리층(112)을 식각하여 기판(110)을 화합물 반도체층(10), 보호 금속층(114) 및 제1 라미네이션 필름(116)으로부터 분리한다. 박리층(112)의 에칭으로는 알려진 다양한 식각 용액(일 예로, 불산 용액) 등이 사용될 수 있다.
이어서, 도 2e에 도시한 바와 같이, 기판(110)이 제거되어 노출된 화합물 반도체층(10)의 후면 위에 제2 전극(14)을 형성한다. 제2 전극(14)의 형성 방법으로는 알려진 다양한 방법이 적용될 수 있다. 이때, 제2 전극(14)은 복수의 유효 영역(AA)에 모두 대응하도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 2f에 도시한 바와 같이, 제2 전극(14) 위에 제2 라미네이션 필름(118)을 부착한다. 제2 라미네이션 필름(118)은 화합물 반도체층(10)를 지지하는 역할을 하는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 제2 라미네이션 필름(118)은 지지 기판과 이 위에 위치하는 접착층을 포함할 수 있는데, 지지 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)을 사용할 수 있고 접착층으로는 에텔린비닐아세테이트(EVA)를 사용할 수 있다.
이어서, 도 2g에 도시한 바와 같이, 제1 라미네이션 필름(116) 및 보호 금속층(114)을 제거한다. 제1 라미네이션 필름(116) 및 보호 금속층(114)의 제거 방법으로는 알려진 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이어서, 도 2h에 도시한 바와 같이, 제1 라미네이션 필름(116) 및 보호 금속층(114)의 제거되어 노출된 화합물 반도체층(10)의 전면 위에 제1 전극(12)을 형성한다. 이때, 제1 전극(12)은 복수의 유효 영역(AA)에서 제1 전극(12)이 형성되어야 할 부분에 각기 형성될 수 있다.
제1 전극(14)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 일 예로, 인쇄를 이용하여 패턴을 가지는 상태로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(14)을 형성하기 위한 전극층을 전체적으로 형성한 후에 이를 부분적으로 식각하여 제1 전극(14)을 형성할 수도 있다. 윈도우층(10d)과 제1 전극(12) 사이에 컨택층(도시하지 않음)이 위치할 경우에는, 일정한 패턴을 가지는 제1 전극(12)을 형성한 후에 제1 전극(12)을 마스크로 하여 컨택층을 식각하여 패터닝할 수 있다.
상술한 설명 및 이와 관련된 도면에서는 박리층(112) 위에 후면 전계층(10a), 에미터층(10b), 베이스층(10c) 및 윈도우층(10d)을 차례로 형성한 경우를 예시로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 박리층(112) 위에 윈도우층(10d), 베이스층(10c), 에미터층(10b) 및 후면 전계층(10a)이 차례로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 후면 전계층(10a) 위에 제2 전극(14)을 형성한 다음 박리층(112)을 제거하여 기판(110)을 분리한 다음, 윈도우층(10d) 위에 제1 전극(12)을 형성할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이, 화합물 반도체층(10)에 결함(102a)이 존재할 수 있으므로, 도 2i 내지 도 2l에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(10)에서 결함(102a)이 존재하는 부분을 제거하여 빈 공간으로 구성되는 결함 제거부(102)를 형성한다. 본 실시예에서는 화합물 반도체층(10)을 형성하는 공정 이후에 화합물 반도체층(10)이 복수의 단위 태양 전지에 대응하여 구획되도록 화합물 반도체층(10)에 구획부(102b)를 형성하는 공정(일명, 메사 식각(mesa-etching) 공정)을 더 포함하는데, 결함 제거부(102)가 구획부(102b)를 형성하는 메사 식각 공정에서 함께 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 결함 제거부(102)를 형성하는 공정과 구획부(102b)를 형성하는 공정이 동일한 식각 공정에 의하여 수행되어 결함 제거부(102)와 구획부(102b)가 함께 형성될 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2i에 도시한 바와 같이 화합물 반도체층(10) 위에 마스크 물질층(104a)를 전체적으로 형성한다. 이어서, 도 2j 내지 도 2k에 도시한 바와 같이 화합물 반도체층(10)에서 결함(102a)이 있는 부분에 대응하여 결함(102a)을 노출하도록 마스크 물질층(104a)에 개구부(104c)를 형성하여 마스크층(104)을 형성한다. 이때, 개구부(104c)를 형성하면서 구획용 개구부(104d)를 함께 형성할 수 있다. 그리고 도 2l에 도시한 바와 같이, 식각 공정에 의하여 개구부(104c)에 의하여 노출된 화합물 반도체층(10)의 부분(즉, 결함(102a)이 존재하는 부분)을 제거하여 결함 제거부(102)를 형성할 수 있다. 이때, 구획용 개구부(104d)에 의하여 노출된 화합물 반도체층(10)의 부분을 함께 제거하여 구획부(102b)를 함께 형성할 수 있다.
마스크 물질층(104a)은 다양한 방법에 의하여 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)가 형성될 수 있는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 이하에서는 일 예로, 마스크 물질층(104a)이 감광성 물질로 구성되고, 개구부(104c)를 형성하기 위하여 레이저를 이용한 노광 공정을 이용하는 것을 예시로 설명한다. 이와 같이 레이저를 이용한 노광 공정을 이용하면 결함(102a)이 위치한 부분에 선택적으로 개구부(104c)를 간단한 공정으로 형성할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 2j에 도시한 바와 같이 레이저(106)를 이용하여 마스크 물질층(104a)을 부분적으로 노광한 후에 도 2k에 도시한 바와 같이 현상에 의하여 마스크 물질층(104a)의 일부를 제거하는 것에 의하여 개구부(104c)가 형성될 수 있다. 이때, 화합물 반도체층(10)에서 결함(102a)이 존재하는 부분은 다른 부분과 달리 반짝거리므로, 육안, 현미경, 카메라 등으로 판별될 수 있다. 이와 같이 육안, 현미경, 카메라 등으로 판별된 결함(102a)이 형성된 부분에 대응하여 개구부(104c)가 형성되도록 한다.
이때, 구획용 개구부(104d)가 레이저(106)를 이용하여 노광한 후에 현상되어 형성될 수 있다. 즉, 레이저(106)를 이용한 노광 공정에서 개구부(104c) 및 구획용 개구부(104d)를 위한 노광을 함께 수행하여 설비 부담을 줄일 수 있다. 본 실시예에서 구획용 개구부(104d)는 유효 영역(AA)을 제외한 영역에 전체적으로 대응하도록 형성될 수 있다.
도면에서는 마스크 물질층(104a)이 양화(positive) 감광성 물질로 구성되어 제거되어야 할 부분(즉, 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d))에 해당하는 부분)을 레이저(106)로 노광시켜 노광된 부분(104b)을 형성하고 현상에 의하여 노광된 부분(104b)를 제거하는 것에 의하여 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)가 형성되는 것을 예시하였다. 이에 의하면 노광이 필요한 영역을 최소화하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 마스크 물질층(104a)이 음화(negative) 감광성 물질로 구성되어 제거되지 않고 남아야 할 부분(즉, 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)이 형성되지 않는 부분)을 레이저(106)로 노광시켜 노광된 부분을 형성하고 이렇게 노광된 부분을 제외한 부분(즉, 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)가 형성될 부분)을 제거하여 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)가 형성될 수도 있다.
상술한 실시예에서는 레이저(106)를 이용하여 개구부(104c) 및 구획용 개구부(104d)에 대응하는 부분을 함께 노광하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 개구부(104c)를 형성하기 위한 노광 공정(이하, 제1 노광 공정)과 구획용 개구부(104d)를 형성하기 위한 노광 공정(이하, 제2 노광 공정)을 별개로 진행할 수 있다. 결함(102a)은 화합물 반도체층(10)에 불규칙하게 존재하므로, 화합물 반도체층(10)을 형성한 후에 육안, 현미경, 카메라 등으로 결함(102a)을 판별하여 해당 부분에 대응하도록 개구부(104c)룰 형성하여야 한다. 따라서 별도의 마스크를 사용하기 어려우므로, 레이저(106)를 이용하는 것이 효과적이다 반면, 구획용 개구부(104d)는 설계에 따라 이미 정해진 부분에 형성되므로 설계에 따라 제작된 마스크를 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다. 이를 고려하여, 개구부(104c)는 마스크를 이용하지 않는 레이저(106)를 이용하는 제1 노광 공정을 이용하고, 구획용 개구부(104d)는 레이저(106) 또는 마스크와 함께 다른 광원을 이용한 제2 노광 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 마스크를 이용하여 구획용 개구부(104d)에 해당하는 부분 또는 구획용 개구부(104d) 이외의 부분을 자외선 램프를 이용하여 노광시킬 수 있다. 이와 같이 마스크 및 자외선 램프를 이용하면 제2 노광 공정을 단순화할 수 있으며, 레이저(106)를 이용한 제1 노광 공정에서는 결함(102a)에 대응하여 개구부(104c)를 쉽게 형성할 수 있다. 이때, 제1 노광 공정을 먼저 수행하고 제2 노광 공정을 수행할 수도 있고, 제2 노광 공정을 먼저 수행하고 제1 노광 공정을 수행할 수 있다. 다만, 이 경우에도 제1 노광 공정과 제2 노광 공정에 의하여 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분은 현상 공정에서 함께 현상되어 공정을 단순화할 수 있다.
현상 공정에 대해서는 알려진 다양한 공정이 수행될 수 있다.
일 예로, 개구부(104c)는 결함(102a)과 같거나 이보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이에 의하면 제조 공정에서의 공정 오차 등이 있는 경우에도 결함(102a)을 전체적으로 제거할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 식각하는 공정에서 결함 제거부(102)가 개구부(104c)에 비하여 크게 형성될 수도 있으므로, 개구부(104c)가 결함(102a)보다 작은 면적을 가질 수도 있다.
이에 따라 도 2k 및 도 4에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(10) 위에 위치한 마스크층(104)은 개구부(104c) 및 구획용 개구부(104d)를 구비하면서 형성될 수 있다. 참조로, 도 4는 도 2k에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층(10) 위에 형성된 마스크층(104)을 도시한 평면도로서, 간략하고 명확한 도시를 위하여 제1 전극(12)의 도시를 생략하였다.
이어서, 도 2l에 도시한 바와 같이, 식각 공정에 의하여 개구부(104c)에 의하여 노출된 화합물 반도체층(10)의 부분을 제거하여 결함 제거부(102)를 형성한다. 이때, 구획용 개구부(104d)에 의하여 노출된 화합물 반도체층(10)의 부분을 동일한 식각 공정에서 함께 제거하여 구획부(102b)를 함께 형성할 수 있다. 이러한 식각 공정은 습식 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 그러면, 간단한 공정에 의하여 원하는 부분을 쉽게 식각할 수 있다.
본 실시예에서 개구부(104c)는 화합물 반도체층(10)의 결함을 전체적으로 노출하도록 형성되어, 식각 공정에서 결함(10)을 전체적으로 제거하여 결함(10)이 잔류하지 않도록 할 수 있다. 이때, 본 실시예에서 결함 제거부(102)는 패턴을 가지는 제1 전극(12)을 형성한 후에 형성되므로, 결함 제거부(102)는 패턴을 가지는 제1 전극(12)이 위치하지 않은 부분에 존재한 결함을 제거하여 형성될 수 있다. 이와 같이 결함 제거부(102)를 제1 전극(12)이 형성되지 않는 부분에 형성하여 결함 제거부(102)에 의하여 원하지 않는 부분에서 제1 전극(12)과 제2 전극(14)이 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 식각 공정에서 제2 전극(14)은 제거되지 않고 잔류할 수 있다.
이와 같이 마스크층(104)의 개구부(104c) 및/또는 구획용 개구부(104d)를 레이저(106)를 이용하여 형성하고, 화합물 반도체층(10)을 습식 식각 공정으로 식각하는 것에 의하여, 화합물 반도체층(10)에 레이저가 직접 조사되지 않도록 할 수 있다. 이에 의하여 결함 제거부(102) 및/또는 구획부(102b)를 형성하는 공정의 안정성을 향상할 수 있다. 그리고 결함(102a)이 잔류하지 않도록 결함(102a)을 전체적으로 제거할 수 있어 결함(102a)에 의한 문제를 방지할 수 있다. 반면, 화합물 반도체층(10)에 직접 레이저가 조사되어 화합물 반도체층(10)의 일부를 제거하는 경우에는 화합물 반도체층(10)에 포함된 물질(특히, 비소(As))의 비산에 의하여 안정상의 문제가 방지할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 별도의 장비를 구비하려면 고가의 장비를 사용하여야 하므로 설비 비용의 부담이 발생할 수 있다.
이때, 구획부(102b)를 형성하는 메사 식각 공정에서 결함 제거부(102)를 함께 형성하여 별도의 공정 추가 없이 간단한 공정으로 결함 제거부(102)를 형성할 수 있다.
이에 따라 도 2l 및 도 5에 도시한 바와 같이, 구획부(102b)에 의하여 화합물 반도체층(10)이 유효 영역(AA)에 대응하도록 복수로 구획되고, 결함 제거부(102)에 의하여 화합물 반도체층(10)의 내부에서 결함(102a)이 있던 부분이 전체적으로 제거될 수 있다. 결함 제거부(102)는 결함(102a)이 존재하던 부분에 대응하도록 평면으로 볼 때 폐쇄된 공간으로 구성되는 아일랜드 형상을 가질 수 있다. 참조로, 도 5는 도 2l에 도시한 공정에 의하여 형성된 화합물 반도체층(10)을 도시한 평면도로서, 간략하고 명확한 도시를 위하여 제1 전극(12)의 도시를 생략하였다.
이와 같이 결함 제거부(102)와 구획부(102b)를 동일한 식각 공정으로 형성하면, 결함 제거부(102)의 측면을 구성하는 식각면(CS2)과 구획부(102b)의 측면을 구성하는 식각면(CS1)이 동일한 특성을 가지는 식각면(즉, 습식 식각면)으로 구성될 수 있다. 일 예로, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 결함 제거부(102) 및 구획부(102b)의 식각면(CS1, CS2)이 습식 식각에 의한 언더 컷(under-cut)을 구비할 수 있다. 도 6 및 도 7을 참조하여 결함 제거부(102) 및 구획부(102b)의 식각면(CS1, CS2)의 형상을 좀더 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지(100)의 제조 방법의 식각 공정에 의하여 형성된 결함 제거부(102) 및 구획부(102b)의 식각면(CS1, CS2)의 일 예를 도시한 확대 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지(100)의 제조 방법의 식각 공정에 의하여 형성된 결함 제거부(102) 및 구획부(102b)의 식각면(CS1, CS2)의 다른 예를 도시한 확대 단면도이다.
습식 식각에 의한 언더 컷은 등방성 식각에 의하여 형성되어 제2 전극(14)에 인접한 부분보다 이와 반대되는 부분에서 더 많은 식각이 일어나는 다양한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 식각면(CS1, CS2)에 형성된 언더 컷이 라운드진 형상을 가지도록 형성될 수도 있다. 또는, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 식각면(CS1, CS2)에 형성된 언더 컷이 계단 형상을 가지도록 형성될 수도 있다. 이때, 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)이 라운드진 형상의 언더 컷을 가지면 구획부(102b)의 식각면(CS1)도 라운드진 형상의 언더 컷을 가지고, 결함 제거부(102)의 식각면(CS2)이 계단 형상의 언더 컷을 가지면 구획부(102b)의 식각면(CS1)도 계단 형상의 언더 컷을 가질 수 있다. 이는 동일한 습식 식각 공정에 의하여 결함 제거부(102) 및 구획부(102b)를 형성하였기 때문이며, 습식 식각 공정에 의하더라도 식각 조건 등에 의하여 언더 컷의 형상 등이 변할 수 있기 때문이다. 그 외에도 식각면(CS1, CS2)에 형성된 언더 컷이 경사면을 가지는 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
이어서, 도 2m에 도시한 바와 같이, 유효 영역(AA)에 대응하지 않는 제2 전극(14)의 부분을 제거하고, 마스크층(104) 및 제2 라미네이션 필름(118)을 제거한다. 이에 의하여 복수의 단위 태양 전지(즉, 화합물 반도체 태양 전지(100))에 대응하도록 제1 전극(12), 화합물 반도체층(10) 및 제2 전극(14)이 분리된다.
일 예로, 유효 영역(AA)에 해당하지 않는 제2 전극(14)의 부분은 스크라이빙 공정에 의하여 제거될 수 있다. 스크라이빙 공정으로는 알려진 다양한 공정이 사용될 수 있다. 그리고 마스크층(104) 및 제2 라미네이션 필름(118)의 제거 방법으로도 알려진 다양한 공정이 사용될 수 있다.
이후에 반사 방지층(19)을 형성하여 도 1에 도시한 바와 같은 화합물 반도체 태양 전지(100)를 제조할 수 있다. 반사 방지층(19)의 형성 방법으로는 알려진 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 반사 방지층(19)은 증착 등에 의하여 형성될 수 있다.
이와 같은 화합물 반도체 태양 전지(100)의 제조 방법에 의하면, 화합물 반도체층(10)을 형성한 후에 결함(102a)이 전체적으로 제거된 결함 제거부(102)를 형성하여 결함(102a)이 존재하여 발생할 수 있는 문제를 방지하고 화합물 반도체 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 이때, 레이저를 이용한 노광 및 현상을 이용하여 마스크층(104)을 형성한 다음, 식각 공정에 의하여 화합물 반도체층(10)의 일부를 제거하여 결함 제거부(102)를 형성한 것에 의하여, 결함 제거부(102)의 형성 공정의 안정성을 향상하고 제조 공정을 단순화하고 설비 비용을 최소화할 수 있다. 특히, 결함 제거부(102)를 구획부(102b)와 함께 형성하면 제조 공정을 좀더 단순화할 수 있다. 이에 따라 간단한 제조 공정에 의하여 우수한 효율을 가지는 화합물 반도체 태양 전지(100)을 제조할 수 있다.
도면 및 상술한 설명에서는 복수의 유효 영역(AA)에 대응하는 화합물 반도체층(10)을 형성한 이후에 구획부(102b)를 형성하고 스크라이빙 공정을 수행하여 이들을 복수의 화합물 반도체 태양 전지(100)로 분리하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(10)이 하나의 유효 영역(AA)에 대응하여 화합물 반도체층(10)를 분리하지 않고 그대로 사용할 수도 있다. 이 경우에는 구획부(102b)를 형성하는 공정(즉, 메사 식각 공정) 및 스크라이빙 공정을 수행하지 않을 수 있다.
그리고 도면 및 상술한 설명에서는 하나의 광전 변환부를 구성하는 복수의 화합물 반도체층(10)을 포함하는 단일 접합 구조의 화합물 반도체 태양 전지(100)를 도시 및 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 화합물 반도체 태양 전지(100)는 상술한 하나의 광전 변환부를 구성하는 복수의 화합물 반도체층(10)와 함께, 또 다른 베이스층을 구비하는 또 다른 광전 변환부를 더 구비할 수 있다. 즉, 화합물 반도체 태양 전지(100)가 복수의 광전 변환부를 구비하는 다중 접합 구조를 가질 수 있다. 복수의 광전 변환부가 구비되는 경우 인접한 두 개의 광전 변환부 사이에는 각기 이들을 전기적으로 연결하는 터널 접합층(도시하지 않음)이 위치할 수 있다. 이때, 결함 제거부(102)는 하나의 광전 변환부에 대응하여 형성되거나, 복수의 광전 변환부 중에 적어도 두 개에 함께 형성되는 등 다양하게 형성될 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 화합물 반도체 태양 전지
10: 화합물 반도체층
12: 제1 전극
14: 제2 전극
102: 결함 제거부
102a: 결함
102b: 구획부
104: 마스크층
106: 레이저
104c: 개구부
104d: 구획용 개구부

Claims (20)

  1. 화합물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 화합물 반도체층의 일면에 패턴을 가지는 제1 전극을 형성하고 상기 일면에 반대되는 상기 화합물 반도체층의 타면에 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 일면 쪽에서 상기 화합물 반도체층에서 결함이 존재하는 부분을 제거하여 빈 공간으로 이루어지며 상기 제2 전극을 노출하는 결함 제거부를 형성하는 단계; 및
    상기 화합물 반도체층의 상기 일면 쪽에서 상기 제1 전극이 위치하지 않은 부분, 상기 결함 제거부, 그리고 상기 결함 제거부를 통하여 노출된 상기 제2 전극의 부분을 덮는 반사 방지층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 결함 제거부를 형성하는 단계는,
    상기 화합물 반도체층의 상기 일면 위에 마스크 물질층을 형성하는 단계;
    상기 결함이 존재하는 부분에 대응하여 상기 마스크 물질층에 개구부를 형성하는, 마스크층을 형성하는 단계; 및
    상기 개구부를 통하여 노출된 상기 결함이 존재하는 부분을 제거하여 상기 결함 제거부를 형성하는, 식각하는 단계
    를 포함하고,
    상기 화합물 반도체층을 형성하는 단계 이후에 상기 화합물 반도체층이 복수의 단위 태양 전지에 대응하여 구획되도록 상기 화합물 반도체층에 구획부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 식각하는 단계는 상기 구획부를 형성하는 단계와 동일한 식각 공정에 의하여 수행되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 물질층을 형성하는 단계에서, 상기 마스크 물질층이 감광성 물질을 포함하고,
    상기 마스크층을 형성하는 단계는, 레이저를 이용하여 상기 마스크 물질층을 부분적으로 노광한 후에 현상하는 것에 의하여 상기 개구부를 형성하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식각하는 단계는, 습식 식각에 의하여 수행되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식각하는 단계에서, 상기 결함이 전체적으로 제거되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 물질층을 형성하는 단계에서, 상기 마스크 물질층이 감광성 물질을 포함하고,
    상기 마스크층을 형성하는 단계는, 레이저를 이용하여 상기 마스크 물질층을 부분적으로 노광한 후에 현상하는 것에 의하여 상기 개구부와 상기 구획부에 대응하는 구획용 개구부를 함께 형성하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 물질층을 형성하는 단계에서, 상기 마스크 물질층이 감광성 물질을 포함하고,
    상기 마스크층을 형성하는 단계는,
    레이저를 이용하여 상기 개구부를 형성하기 위한 노광을 수행하는, 제1 노광 단계;
    상기 구획부에 대응하는 구획용 개구부를 형성하기 위한 노광을 수행하는, 제2 노광 단계; 및
    상기 제1 노광 단계 및 상기 제2 노광 단계에 의하여 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 제거하는, 현상 공정
    를 포함하고,
    상기 제1 노광 단계와 상기 제2 노광 단계가 별개로 수행되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 노광 단계가 마스크 및 자외선 램프를 이용하여 수행되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 노광 단계를 수행한 후에 상기 제2 노광 단계가 수행되거나, 또는 상기 제2 노광 단계를 수행한 후에 상기 제1 노광 단계가 수행되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결함 제거부의 측면을 구성하는 식각면과 상기 구획부의 측면을 구성하는 식각면이 동일한 특성을 가지는 식각면으로 구성되는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 결함 제거부의 측면을 구성하는 식각면과 상기 구획부의 측면을 구성하는 식각면이 습식 식각에 의한 언더 컷(under-cut)을 구비하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 결함 제거부를 형성하는 단계에서는 상기 제1 전극이 위치하지 않은 부분에 존재한 상기 결함을 제거하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 서로 다른 도전형을 가지는 베이스층 및 에미터층을 포함하는 화합물 반도체층;
    상기 베이스층에 전기적으로 연결되며 패턴을 가지는 제1 전극; 및
    상기 에미터층에 전기적으로 연결되는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 화합물 반도체층의 내부에 상기 제2 전극을 노출하도록 상기 화합물 반도체층을 관통하여 형성되는 빈 공간으로 이루어지는 결함 제거부가 구비되고,
    상기 베이스층 위에서 상기 제1 전극이 위치하지 않은 부분, 상기 결함 제거부, 그리고 상기 결함 제거부에 의하여 노출된 상기 제2 전극의 부분을 덮는 반사 방지층을 더 포함하고,
    상기 결함 제거부의 측면을 구성하는 식각면과 상기 화합물 반도체층의 외측면을 구성하는 식각면이 동일한 특성을 가지는 화합물 반도체 태양 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 결함 제거부가 결함이 전체적으로 제거된 아일랜드(island) 형상을 가지는 화합물 반도체 태양 전지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 결함 제거부의 측면이 습식 식각에 의한 습식 식각면으로 구성되는 화합물 반도체 태양 전지.
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서,
    상기 결함 제거부의 측면을 구성하는 식각면과 상기 화합물 반도체층의 외측면을 구성하는 식각면이 습식 식각에 의하여 형성된 습식 식각면으로 구성되는 화합물 반도체 태양 전지.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 결함 제거부가 상기 제1 전극이 위치하지 않은 부분에 존재하는 화합물 반도체 태양 전지.
  20. 삭제
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