KR20120134895A - Amanufacturing method for solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 기판 표면의 결함을 제거하는 단계; 기판 표면에 POCl3을 도포하여 800℃ 이상에서 확산시키는 에미터층 형성 단계; 에미터층 형성 단계에서 발생한 PSG 산화막을 제거하는 PSG 식각 단계; 건식 식각 챔버 내에 SF6, CF4, Cl2 등의 가스를 분사하고 RF전력을 기판에 가하여 발생되는 플라즈마를 이용하는 건식 텍스쳐링 단계; 에미터층 상에 빛의 반사율을 줄이는 반사방지막 형성단계; 기판의 전면과 후면에 전극을 형성하는 전극 형성 단계; 고온의 열처리를 통하여 전면전극 및 후면전극을 소결시키는 건조 및 소성단계; 에미터층을 전기적으로 쇼트시키기 위해 레이저로 측면 분리하는 에지 아이솔레이션 단계를 포함하되, PSG 식각 단계와 건식 텍스쳐링 단계는 동일 챔버 내에서 실시되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 건식 텍스쳐링 구조에 따른 에미터층 형성 공정의 조건 조정이 필요 없고, 에미터층, 반사방지막의 균일도를 향상시킬 수 있어 태양전지의 효율이 증가되며 PSG 식각 단계, 건식 텍스쳐링 단계에서 기판 이동 시간이 감소되어 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.Solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of removing the defect on the surface of the substrate; An emitter layer forming step of applying POCl 3 to the substrate surface and diffusing it at 800 ° C. or higher; PSG etching to remove the PSG oxide film generated in the emitter layer forming step; A dry texturing step using plasma generated by injecting a gas such as SF 6 , CF 4 , Cl 2, etc. into the dry etching chamber and applying RF power to the substrate; Forming an anti-reflection film to reduce reflectance of light on the emitter layer; Forming an electrode on the front and back of the substrate; A drying and firing step of sintering the front electrode and the rear electrode through high temperature heat treatment; Edge isolation step of side separation with a laser to electrically short the emitter layer, wherein the PSG etching step and the dry texturing step are performed in the same chamber. According to this, it is not necessary to adjust the condition of the emitter layer forming process according to the dry texturing structure, and the uniformity of the emitter layer and the anti-reflection film can be improved, so that the efficiency of the solar cell is increased, and the substrate movement time is increased in the PSG etching step and the dry texturing step. There is an effect that can be reduced to improve productivity.
Description
본 발명은 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지의 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell manufacturing method, and more particularly to a solar cell manufacturing method that can improve the efficiency and productivity of the solar cell.
태양전지는 pn접합 반도체의 내부에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어에 의해 기전력이 발생하는 소자이다.A solar cell is an element in which electromotive force is generated by a minority carrier excited by sunlight in a pn junction semiconductor.
이러한 태양전지를 제조하는데 사용되는 반도체에는 단결정 실리콘, 다결정실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등이 있다.Semiconductors used to manufacture such solar cells include monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, compound semiconductors, and the like.
단결정 실리콘이 에너지 변환 효율이 가장 좋긴 하지만 가격이 비싼 단점 때문에 다결정 실리콘이 보다 많이 사용되고, 최근에는 비정질 실리콘이나 화합물 반도체 등의 박막을 유리나 플라스틱 등의 값 싼 기판에 증착함으로써 매우 저렴하게 제조할 수 있는 박막형 태양전지도 많이 사용되고 있다.Although single crystal silicon has the best energy conversion efficiency, but due to its high cost, polycrystalline silicon is used more and more recently, it can be manufactured very cheaply by depositing thin films such as amorphous silicon and compound semiconductors on cheap substrates such as glass and plastic. Thin film solar cells are also widely used.
본 발명은 이 중에서 결정질 실리콘을 이용하여 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이하에서는 종래의 태양전지 제조방법에 대하여 설명한다.The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell using crystalline silicon, and the following describes a conventional method for manufacturing a solar cell.
먼저, 웨이퍼 절단 시 표면에 생긴 결함을 식각(Saw damage etching)하는 공정과 텍스쳐링(Texturing) 공정이 완료된 기판에 대해 n형 도펀트를 확산시켜 에미터층을 형성한다. First, an emitter layer is formed by diffusing an n-type dopant to a substrate on which a wafer damage etching process and a texturing process are completed.
이 과정에서 불순물을 포함한 PSG(Phospho silicate glass) 산화막이 표면에 성장하여 제거 공정을 추가로 진행해야 하는데, 불산 용액으로 제거한 후 증류수로 세정하는 방법이 일반적이다. In this process, a PSG (Phospho silicate glass) oxide film containing impurities is grown on the surface and the removal process must be further performed. A method of removing with hydrofluoric acid solution and then washing with distilled water is common.
그리고, 에미터층의 상부에 빛의 반사율을 줄이기 위해 반사방지막을 형성한다.An antireflection film is formed on the emitter layer to reduce reflectance of light.
그런 다음, 알루미늄 페이스트를 이용하여 후면 전극을 인쇄, 건조하고 전면전극형성을 위해 은 페이스트로 전극을 인쇄, 건조한다. 이때 후면전극과 전면전극의 인쇄 건조 방법은 순서를 바꿔서 수행 할 수도 있다.Then, the back electrode is printed and dried using aluminum paste, and the electrode is printed and dried using silver paste to form the front electrode. At this time, the printing drying method of the rear electrode and the front electrode may be performed by changing the order.
그리고 기판을 700 ℃ ~ 900 ℃ 온도에서 수분 동안 고온 열처리 공정(co-firing)을 수행하여 전극이 기판과 접합되도록 소결시킨다.Then, the substrate is subjected to a high temperature heat treatment (co-firing) for several minutes at a temperature of 700 ℃ to 900 ℃ sintered so that the electrode is bonded to the substrate.
상술한 종래의 태양전지 제조방법은 기판 표면에 텍스쳐링 공정을 먼저 한 후 에미터층 형성 과정을 실시하게 된다.In the conventional solar cell manufacturing method described above, a texturing process is first performed on a surface of a substrate, and then an emitter layer is formed.
여기서, 텍스쳐링이란 기판의 표면에 요철을 형성하여 빛의 흡수율을 증가시키는 공정을 말하며, 건식 텍스쳐링의 경우 기판의 표면에는 나노미터 사이즈의 바늘(needle) 구조가 형성된다. Here, texturing refers to a process of increasing light absorption by forming irregularities on the surface of the substrate. In the case of dry texturing, a nanometer size needle structure is formed on the surface of the substrate.
그런데 종래에는 건식 텍스처링 후 에미터층을 형성시키는 과정에서 강도가 약한 바늘 구조의 파손과 구조로 인한 재결합 확률이 크기 때문에 개방전압이 떨어지는 문제가 있었다.However, conventionally, in the process of forming the emitter layer after dry texturing, there is a problem in that the open voltage is lowered because of a high probability of breakage of the needle structure and recombination due to the structure.
또한 태양전지 공정 중 선공정이므로 텍스쳐링 표면처리가 안정적이지 못하면 그 다음에 형성될 에미터층, 반사방지막, 전극 형성에 까지 나쁜 영향을 주게 되므로 건식 텍스쳐링 후 표면구조에 적절한 후공정(특히, 에미터층 형성단계)의 조건 조정이 필요하다. In addition, if the texturing surface treatment is not stable because it is a pre-process during the solar cell process, it will adversely affect the formation of the emitter layer, the anti-reflection film, and the electrode to be formed. Therefore, the post-process suitable for the surface structure after dry texturing (especially, the formation of the emitter layer) Condition adjustment of step) is necessary.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 에미터층 형성 후 건식 텍스쳐링 공정 을 진행하여 텍스쳐링 구조에 따른 에미터층 형성 공정 시 복잡한 조건 조정이 필요 없고, 에미터층, 반사방지막의 균일도를 향상시킬 수 있어 태양전지의 효율이 증가되며, 에미터층 형성단계, PSG 식각 단계, 건식 텍스쳐링 단계의 제조 공정에서 기판 이동 시간을 감소시켜서 태양전지의 생산성이 향상되도록 한 태양전지 제조방법을 제공하는데 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to perform a dry texturing process after forming the emitter layer, there is no need to adjust the complex conditions in the process of forming the emitter layer according to the texturing structure, it is possible to improve the uniformity of the emitter layer, anti-reflection film efficiency of the solar cell The present invention provides a method for manufacturing a solar cell, which increases the productivity of the solar cell by reducing the substrate movement time in the manufacturing process of the emitter layer forming step, the PSG etching step, and the dry texturing step.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 기판 표면의 결함을 제거하는 단계; 상기 기판 표면에 POCl3을 도포하여 800℃ 이상에서 확산시키는 에미터층 형성 단계; 상기 에미터층 형성 단계에서 발생한 PSG 산화막을 제거하는 PSG 식각 단계; 챔버 내에 SF6, CF4, Cl2 등의 가스를 분사하고 RF전력을 상기 기판에 가하여 발생되는 플라즈마를 이용하는 건식 텍스쳐링 단계; 상기 에미터층 상에 빛의 반사율을 줄이는 반사방지막 형성단계; 상기 기판의 전면과 후면에 전극을 형성하는 전극형성단계; 고온의 열처리를 통하여 상기 전면전극 및 상기 후면전극을 소결시키는 건조 및 소성단계; 상기 에미터층을 전기적으로 쇼트시키기 위해 레이저로 측면 분리하는 에지 아이솔레이션(Edge isolation) 단계를 포함하되, 상기 PSG 식각 단계와, 상기 건식 텍스쳐링 단계는 동일 챔버 내에서 실시되는 것을 특징으로 한다.Solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a step of removing a defect on the surface of the substrate; An emitter layer forming step of applying POCl 3 to the surface of the substrate and diffusing it at 800 ° C. or higher; PSG etching to remove the PSG oxide film generated in the emitter layer forming step; A dry texturing step using plasma generated by injecting a gas such as SF 6 , CF 4 , Cl 2 into the chamber and applying RF power to the substrate; Forming an anti-reflection film to reduce reflectance of light on the emitter layer; An electrode forming step of forming electrodes on the front and rear surfaces of the substrate; A drying and firing step of sintering the front electrode and the rear electrode through a high temperature heat treatment; Edge isolation step of side separation with a laser to electrically short the emitter layer, wherein the PSG etching step and the dry texturing step are performed in the same chamber.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 의하면, 에미터층 형성 후 건식 텍스쳐링 공정을 진행하여 텍스쳐링 구조에 따른 에미터층 형성 시 복잡한 조건 조정이 필요한 종래의 문제를 해결하고 균일한 에미터층과 반사방지막을 형성하므로 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.According to the solar cell manufacturing method according to the present invention, a dry texturing process is performed after the emitter layer is formed to solve the conventional problem of complex condition adjustment when forming the emitter layer according to the texturing structure and to form a uniform emitter layer and an anti-reflection film. The efficiency of the solar cell can be increased.
또한 고온의 확산로에서 에미터층 형성단계를 먼저 실시하고, 이후에 기판을 건식식각챔버로 이동시켜서 PSG 식각 단계 및 건식 텍스쳐링 단계를 동일 챔버 내에서 실시하므로 에미터층 형성단계, PSG 식각 단계, 건식 텍스쳐링 단계에서 기판 이동 시간이 감소되어 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.In addition, the emitter layer forming step is first performed in a high temperature diffusion furnace, and then the substrate is moved to the dry etching chamber, so that the PSG etching step and the dry texturing step are performed in the same chamber, so that the emitter layer forming step, the PSG etching step, and the dry texturing are performed. Substrate movement time is reduced in the step there is an effect that the productivity can be improved.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정도.1 is a process chart of the solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various other forms, and it should be understood that the present embodiment is intended to be illustrative only and is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정도이다.1 is a process chart of a solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 도 1과 같이 결함 제거 단계(S10), 에미터층 형성 단계(S20), PSG 식각 단계(S30), 건식 텍스쳐링 단계(S40), 반사방지막 형성 단계(S50), 전극 형성 단계(S60), 건조 및 소성단계(S70), 에지 아이솔레이션 단계(S80)를 포함한다.Solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention is a defect removal step (S10), emitter layer forming step (S20), PSG etching step (S30), dry texturing step (S40), anti-reflection film forming step as shown in FIG. (S50), electrode forming step (S60), drying and firing step (S70), edge isolation step (S80).
결함 제거(Saw damage etching) 단계(S10)에서 불산과 질산의 혼합액으로 기판의 표면 결함을 제거하고 표면을 평탄하게 한다.Saw damage etching step (S10) to remove the surface defects of the substrate with a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid to smooth the surface.
에미터층 형성 단계(S20)는 기판을 고온의 확산로의 내부에 안치시킨 상태에서 POCl3와 같은 n형 도펀트를 공급하면 인이 기판에 확산되면서 에미터층이 형성된다.In the emitter layer forming step S20, when an n-type dopant such as POCl 3 is supplied while the substrate is placed in a high temperature diffusion furnace, phosphorus diffuses into the substrate to form an emitter layer.
에미터층 형성이 완료되면 기판을 건식 식각 챔버로 이동시켜서 PSG 식각 단계(S30)와 건식 텍스쳐링 단계(S40)를 연속적으로 진행한다.When the emitter layer is formed, the substrate is moved to the dry etching chamber, and the PSG etching step S30 and the dry texturing step S40 are continuously performed.
PSG 식각 단계(S30)는 에미터층 형성 단계(S20)에서 PSG(Phospho silicate glass)라는 불순물의 확산원으로 작용하는 산화막이 실리콘 표면에 생성되는데, 이를 제거해 주는 과정이다.In the PSG etching step (S30), an oxide film acting as a diffusion source of impurities called PSG (Phospho silicate glass) is formed on the surface of the silicon in the emitter layer forming step (S20).
PSG 식각 단계(S30) 및 건식 텍스쳐링 단계(S40)에서는 건식 식각 챔버에 SF6, CF4, Cl2 등의 가스를 분사하고, RF전력을 기판에 가하여 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마 이온들이 기판에 충돌되어 PSG 산화막이 제거되고, 기판 표면에는 미세한 텍스쳐 구조가 형성된다. 이에 따라 먼저 형성한 에미터층의 표면이 텍스쳐링 된다. 두 공정 모두 공통적으로 같은 RF 전력(13.56MHz)을 기판에 가하고, SF6, CF4, Cl2 등의 가스 종류도 동일하게 사용할 수 있다. 그래서 별도의 가스관을 연결할 필요가 없고, 각 가스의 혼합을 방지하기 위해 중간에 배기 시간을 가질 필요가 없고 연속 공정이 가능하다. 다만 PSG의 경우 SiO2 산화막을 식각하는 것과 유사하고, 건식 텍스쳐링은 실리콘을 식각하는 것이므로, SF6, CF4, Cl2 가스 유량비와 반응 압력, RF 파워 등의 조건이 달라진다.In the PSG etching step S30 and the dry texturing step S40, gases such as SF 6 , CF 4 , and Cl 2 are injected into the dry etching chamber, and RF power is applied to the substrate to generate plasma. The generated plasma ions collide with the substrate to remove the PSG oxide layer, and a fine texture structure is formed on the substrate surface. As a result, the surface of the emitter layer formed first is textured. Both processes apply the same RF power (13.56 MHz) to the substrate in common, and the same gas types such as SF 6 , CF 4, and Cl 2 can be used. Therefore, there is no need to connect a separate gas pipe, there is no need to have an exhaust time in the middle to prevent mixing of each gas, and a continuous process is possible. However, PSG is similar to etching SiO 2 oxide, and dry texturing is etching silicon, so conditions such as SF 6 , CF 4, Cl 2 gas flow rate, reaction pressure, and RF power are different.
반사방지막 형성 단계(S50)는 텍스쳐링 처리된 에미터층의 표면 위에 실리콘 질화막을 80nm 정도로 증착하여 형성한다.The anti-reflection film forming step (S50) is formed by depositing a silicon nitride film about 80 nm on the surface of the textured emitter layer.
전극 형성 단계(S60)는 기판의 전면과 후면에 도전성 페이스트를 스크린 프린팅 기법을 이용하여 소정 패턴으로 도포하여 전극을 형성한다.In the electrode forming step (S60), the conductive paste is applied to the front and rear surfaces of the substrate in a predetermined pattern by using a screen printing technique to form an electrode.
건조 및 소성단계(S70)는 기판을 고온의 퍼니스(furnace)에서 열처리하여 프린트된 전극이 실리콘과의 접합이 잘 이루어지도록 소결시킨다.In the drying and firing step (S70), the substrate is heat-treated in a high-temperature furnace to sinter the printed electrode so that the bonding with the silicon is achieved.
에지 아이솔레이션 단계(S80)는 기판의 양면으로 도핑된 에미터층을 전기적으로 쇼트(short)시키기 위해 레이저로 측면분리를 한다.Edge isolation step S80 is a side separation with a laser to electrically short the emitter layer doped to both sides of the substrate.
이러한 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 결함 제거 단계(S10) 이후에 건식 텍스쳐링을 진행하지 않고, 에미터층 형성 단계(S20)를 먼저 진행하고, PSG 식각 단계(S30)와 건식 텍스쳐링 단계(S40)를 연속적으로 진행한다.The solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention does not proceed with the dry texturing after the defect removal step (S10), proceeds to the emitter layer forming step (S20) first, PSG etching step (S30) and dry texturing Step S40 proceeds continuously.
이에 따라, 건식 텍스쳐링 구조에 따른 에미터층 형성 공정의 조건 조정이 필요 없고, 에미터층, 반사방지막의 균일도를 향상시킬 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, it is not necessary to adjust the conditions of the emitter layer forming process according to the dry texturing structure, and the uniformity of the emitter layer and the antireflection film can be improved, thereby improving the efficiency of the solar cell.
또한, 기판을 건식 식각 챔버에서 텍스쳐링한 후 고온의 확산로로 이동하여 에미터층 형성단계를 실시하고, 다시 PSG 식각을 위해 챔버로 이동시키는 번거로운 기판의 이동과정을 간소화할 수 있다.In addition, after the substrate is textured in the dry etching chamber, the substrate may be moved to a high temperature diffusion path to perform an emitter layer forming step, and the process of moving the substrate, which is moved to the chamber for PSG etching, may be simplified.
즉, 본원 발명은 고온의 확산로에서 기판에 에미터층을 형성하는 에미터층형성단계(S20)를 먼저 실시하고, 이후에 기판을 건식 식각 챔버로 이동시켜서 PSG 식각 단계(S30) 및 건식 텍스쳐링 단계(S40)를 실시하므로 에미터층 형성단계(S20), PSG 식각 단계(S30), 건식 텍스쳐링 단계(S40)에서 한번만 기판이 이동되므로 기판 이동 시간이 감소되어 생산성이 향상될 수 있다.That is, in the present invention, the emitter layer forming step (S20) of forming an emitter layer on a substrate in a high temperature diffusion furnace is first performed, and then, the substrate is moved to a dry etching chamber, whereby the PSG etching step (S30) and the dry texturing step ( Since the substrate is moved only once in the emitter layer forming step (S20), the PSG etching step (S30), and the dry texturing step (S40), the substrate movement time can be reduced and productivity can be improved.
Claims (1)
상기 기판 표면에 POCl3을 도포하여 800℃ 이상에서 확산시키는 에미터층 형성 단계;
상기 에미터층 형성 단계에서 발생한 PSG 산화막을 제거하는 PSG 식각 단계;
챔버 내에 SF6, CF4, Cl2 등의 가스를 분사하고 RF전력을 상기 기판에 가하여 발생되는 플라즈마를 이용하는 건식 텍스쳐링 단계;
상기 에미터층 상에 빛의 반사율을 줄이는 반사방지막 형성단계;
상기 기판의 전면과 후면에 전극을 형성하는 전극 형성 단계;
고온의 열처리를 통하여 상기 전면전극 및 상기 후면전극을 소결시키는 건조 및 소성단계;
상기 에미터층을 전기적으로 쇼트시키기 위해 레이저로 측면 분리하는 에지 아이솔레이션 단계를 포함하되,
상기 PSG 식각 단계와, 상기 건식 텍스쳐링 단계는 동일 챔버 내에서 실시되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.Removing defects on the substrate surface;
An emitter layer forming step of applying POCl 3 to the surface of the substrate and diffusing it at 800 ° C. or higher;
PSG etching to remove the PSG oxide film generated in the emitter layer forming step;
A dry texturing step using plasma generated by injecting a gas such as SF 6 , CF 4 , Cl 2 into the chamber and applying RF power to the substrate;
Forming an anti-reflection film to reduce reflectance of light on the emitter layer;
Forming an electrode on the front and rear surfaces of the substrate;
A drying and firing step of sintering the front electrode and the rear electrode through a high temperature heat treatment;
An edge isolation step of side separation with a laser to electrically short the emitter layer,
The PSG etching step and the dry texturing step are carried out in the same chamber.
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|---|---|---|---|---|
| CN104485391A (en) * | 2014-12-25 | 2015-04-01 | 中利腾晖光伏科技有限公司 | Preparation method of crystalline silicon solar cell PN junction |
-
2011
- 2011-06-03 KR KR1020110054104A patent/KR20120134895A/en not_active Ceased
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