KR101022821B1 - 광기전력 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 상기 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 챔버 내에 주입하는 단계, 제1 전극 및 광전변환층이 형성된 기판을 상기 챔버 내에서 가열하는 단계, 상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입을 중지하고 상기 챔버 내의 압력이 상기 특정 공정 압력이 되도록 산화아연층의 원료 가스를 주입하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 상기 산화아연층을 형성하는 단계를 포함한다.
챔버, 불활성 가스, 광기전력
Description
본 발명은 광기전력 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 광기전력장치는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
광기전력장치는 빛을 전기에너지로 변환시키는 광전변환현상을 이용한다. 광기전력 장치는 실리콘 반도체(silicon semiconductor)나 화합물 반도체를 이용하는 것과 같이 다양한 형태가 있다. 예를 들어, 실리콘 반도체의 경우 불순물로 도핑된 실리콘 반도체에 빛이 입사되면 빛의 에너지가 반도체 내부의 전자와 홀을 발생시키고 반도체에 연결된 전극 및 도선을 통하여 외부로 전류가 흐르게 된다.
이와 같은 광기전력 장치에 대한 관심이 높아지고 시장이 형성됨에 따라 전극의 특성을 향상시켜 광기전력 장치의 효율을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 광기전력 모듈에 포함된 산화아연층의 두께균일도를 향상시켜 광기전력 모듈의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 상기 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 챔버 내에 주입하는 단계, 제1 전극 및 광전변환층이 형성된 기판을 상기 챔버 내에서 가열하는 단계, 상기 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스의 주입을 중지하고 상기 챔버 내의 압력이 상기 특정 공정 압력이 되도록 산화아연층의 원료 가스를 주입하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 상기 산화아연층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 상기 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 챔버 내에 주입하는 단계, 제1 전극 및 광전변환층이 형성된 기판을 상기 챔버 내에서 가열하는 단계, 상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입을 중지함과 동시에 산화아연층의 원료 가스를 주입하는 단계 및 상기 광전변환층 상에 상기 산화아연층을 형성하는 단계를 포함한 다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 산화아연층 형성시 수소또는 수소를 포함한 불활성 가스와 원료 가스의 공급 시점을 적절하게 조절함으로써 산화아연층의 균일도 두께를 향상시킬 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법이 상세히 설명된다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 공정을 나타낸 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(100)이 준비된다. 기판(100)은 절연성 투명기판(100)일 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 제1 전극(210)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 제1 전극(210)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성될 수 있으며, 산화주석(SnO2)이나 산화아연(ZnO)과 같은 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide)로 이루어질 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 레이저가 제1 전극(210) 측이나 기판(100)측으로 조사되어 제1 전극(210)이 스크라이브(scribe)된다. 이에 의하여 제1 전극(210)에 제1 분리홈(220)이 형성된다. 즉, 제1 분리홈(220)은 제1 전극(210)을 관통하므로 인접한 제1 전극들(210) 사이의 단락이 방지된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210)과 제1 분리홈(220)을 덮도록 광전변환층(230)이 CVD법으로 적층된다. 이 때 광전변환층(230)은 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층 순으로 적층될 수 있다. p 타입 반도체층의 형성을 위하여 모노 실란(SiH4)과 같이 실리콘을 포함하는 원료 가스와 B2H6와 같이 3족 원소를 포함하는 도핑 가스가 반응실에 혼입되면 CVD법에 따라 p 타입 반도체층이 적층된다. 이후 실리콘을 포함하는 원료 가스와 수소가 반응실에 유입되면 CVD법에 따라 진성 반도체층이 p 타입 반도체층 상에 형성된다. 마지막으로 PH3와 같이 5족 원소를 포함하는 도핑 가스와 실리콘을 포함하는 원료 가스가 혼입되면 CVD법에 따라 n 타입 반도체층이 진성 반도체층 상에 적층된다. 이에 따라 제1 전극(210) 상에 위치하는 광전변환층(230)은 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층 순으로 적층된 비정질 반도체층을 포함한다. 이와 같이 본 발명의 실시예에서는 단일 접합 광전변환층(230)에 대해서 설명되었으나 탠덤 구조를 지닌 복수의 광전변환층(230)이 형성될 수도 있다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 대기중에서 레이저가 기판(100)측이나 광전변환층(230)측으로 조사되어 광전변환층(230)이 스크라이브된다. 이에 의하여 광전변환층(230)에 대하여 제2 분리홈(240)이 형성된다.
도 1f에 도시된 바와 같이, CVD 방법으로 광전변환층(230) 및 제2 분리홈(240)을 덮는 산화아연층(250)이 형성된다. 산화아연층(250)은 투과된 빛을 재반사하여 광기전력 장치의 효율을 증가시킨다. Al이나 Ag와 같은 제2 전극층(260)이 산화아연층(250) 위에 형성된다. CVD 공정에 의하여 산화아연층(250)이 형성될 경우 자연 요철이 형성되어 산화아연층(250)가 접촉하는 제2 전극층(260)과의 접착력이 증대된다. 산화아연층(250)의 굴절률은 광전변환층(230)의 실리콘과 제2 전극층(260)의 중간이므로 실리콘과 제2 전극층(260) 사이에서 굴절률 매칭(matching)을 형성하므로 재반사율을 증가시킨다.
산화아연층(250)이 1.5 ㎛ 이상 두껍게 형성될 경우 제2 전극층(260) 없이 산화아연층(250)이 제2 전극의 역할을 대신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 산화아연층(250)을 형성하기 위하여 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 주입한 후 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스가 차단된 후 특정 공정 압력이 유지되도록 반응 가스가 주입된다. 이를 위하여, 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 주입한 후 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스가 차단되는 동시에 반응 가스가 주입되어 챔버 내의 압력이 특정 공정 압력이 유지되도록 주입될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연층(250)의 형성은 이후 도면을 통하여 상세히 설명된다.
도 1g에 도시된 바와 같이, 대기중에서 레이저가 조사되어 광전변환층(230), 산화아연층(250) 및 제2 전극층(260)이 스크라이브된다. 이에 따라 광전변환층(230), 산화아연층(250) 및 제2 전극층(260)에 대하여 제3 분리홈(270)이 형성된다.
도 1h에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210) 및 산화아연층(250)에 실버 페이스트가 도포되고 실버 페이스트(silver paste)와 같은 도전성 페이스트에 버스 바(BB, bus bar)가 부착된다. 도전성 페이스트와 버스 바(BB)는 빛의 조사에 의하여 광전변화층(230)으로부터 발생된 전기를 외부로 공급하기 위하여 접속함(미도시)에 연결된다. 광전변환층(230), 제1 전극(210) 및 산화아연층(250)을 포함하는 광기전력 셀(200)을 보호하기 위하여 제1 보호층(300)이 라미네이션 공법에 의하여 광기전력 셀(200)의 일부 또는 전부를 덮는다. 제1 보호층(300)은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)를 포함할 수 있다. 또한 제2 보호층(400)이 제1 보호층(300) 상에 형성될 수 있다. 제2 보호층(400)은 PVF(Poly-Vinyl Fluoride) 필름, Al 포일(foil), PET(Poly-Ethylen Terephthalate) 필름, PVF(Poly-Vinyl Fluoride) 필름이 순서대로 적층되어 샌드위치 구조로 형성된 구조의 백 시트(back sheet)일 수 있다. 또한 제2 보호층(400)은 PVDF(Poly-VinyliDene Fluoride)필름, Al 포일, PET(Poly-Ethylen Terephthalate) 필름, PVDF(Poly-VinylDene Fluoride)필름이 순서대로 적층된 TPT 구조의 백 시트를 포함할 수 있다.
도 2는 산화아연층의 제조 공정을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극(210)과 광전변환층(230)이 형성된 기판(100)이 기판 홀더(300)에 놓여진다. 또한 로딩 플레이트(loading plate)(310)와 기판(100)이 접촉하여 로딩 플레이트(310)에 위치하는 코일(320)에 의하여 200 ℃ 내지 300 ℃로 가열된다.
또한 챔버(330) 내로 수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스가 챔버(330) 내의 압력이 특정 공정 압력이 될 때까지 유입된다. 특정 공정 압력은 일정 범위일 수도 있고, 특정 압력값일 수도 있다.
수소 또는 수소를 포함하는 불활성 가스는 H2, Ar, 또는 N2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 기판(100)의 온도의 균일성을 향상시킨다. 즉, 광기전력 장치의 기판(100)이 로딩 플레이트(310)에 의하여 가열될 때 기판(100)의 면적이 증가할수록 기판(100)의 온도 분포가 불균일할 수 있다. 이와 같이 기판(100)의 온도 분포가 불균일할 경우 산화아연층(250)의 두께가 불균일할 수 있으므로 광기전력 장치의 효율이 악화될 수 있다.
특정 공정 압력까지 주입된 불활성 가스는 챔버(330) 내부 전체로 확산되며 로딩 플레이트(310)의 코일(320)에 의하여 기판(100)과 함께 가열된다. 이에 따라 기판(100) 전체에 골고루 열을 공급하므로 기판(100)의 온도 분포가 균일하게 된다.
이 때, 특정 공정 압력은 챔버(330) 내의 압력을 측정하는 압력계(340)에 의하여 표시될 수 있다.
이후 불활성 가스의 챔버(330) 내 주입이 중지되고 산화아연층(250)을 형성하기 위한 원료 가스가 주입된다. 원료 가스는 챔버(330) 내의 압력이 상기 특정 공정 압력이 될 때까지 주입된다. 외부로부터 원료 가스가 주입될 경우 원료 가스의 온도와 챔버(330) 내의 불활성 가스의 온도 사이에 온도 차이가 발생한다. 따라서 원료 가스의 주입이 상기 특정 공정 압력이 될 때까지 이루어지지 않거나 특정 공정 압력 이상이 될 때까지 이루어지면 원료 가스의 온도와 불활성 가스의 온도 차이가 커지므로 기판(100)에 형성되는 산화아연층(250)의 두께가 불균일하게 형성 될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 원료 가스는 챔버(330) 내의 압력이 상기 특정 공정 압력이 될 때까지 주입됨으로써 우수한 두께 균일도를 지닌 산화아연층(250)이 형성될 수 있다.
원료 가스의 주입은 불활성 가스의 주입 중단과 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 불활성 가스의 주입이 중단되면 챔버(330) 내의 공정 압력이 떨어질 수 있으므로 원료 가스의 주입이 불활성 가스의 주입 중단과 동시에 이루어지면 챔버(330) 내의 공정 압력 변화를 줄임으로써 산화아연층(250)의 두께 균일도 악화를 방지할 수 있다.
원료가스로는 버블링(bubbling)된 DEZ(diethyl zinc)와 H2O 증기각 대표적이며, B2H6와 같은 n 형 도펀트가 포함될 수 있다. ZnO는 광투과성을 지니므로 BIPV(Building Integrated Photovoltaic)용 광기전력 장치에 포함될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이 불활성 기체는 Ar, H2, 또는 N2 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 H2가 사용된다. H2는 분자량이 작아 열확산속도가 빠르고 가격이 저렴하여 광기전력 장치의 제조 비용을 줄일 수 있다.
H2 사용시 공정 압력은 0.3 Torr 이상 6 Torr 이하일 수 있다. 공정 압력이 0.3 Torr 이상일 경우 불활성 기체의 확산으로 인한 열확산이 이루어져 기판(100)의 온도 분포가 균일하게 이루어질 수 있으며 6 Torr 이하인 경우 과도한 H2의 사용량으로 인한 제조 원가의 상승을 막을 수 있다.
H2 사용시 주입 유량은 1000 sccm 이상 20000 sccm 이하일 수 있다. sccm은 Standard Cubic Centimeter per Minute의 약자이다. 1000 sccm 이상일 경우 불활성 기체의 확산으로 인한 열확산이 이루어져 기판(100)의 온도 분포가 균일하게 이루어질 수 있으며 20000 sccm 이하인 경우 과도한 H2의 사용량으로 인한 제조 원가의 상승을 막을 수 있다.
H2 사용시 주입 시간은 주입 시간은 5 초 이상 600 초 이하일 수 있다. 5 초 이상일 경우 불활성 기체의 확산으로 인한 열확산이 이루어져 기판(100)의 온도 분포가 균일하게 이루어질 수 있으며 600 초 이하인 경우 과도한 H2의 사용량으로 인한 제조 원가의 상승을 막을 수 있다.
한편, 수소 가스의 주입 전에 배기 펌프(350)에 의하여 챔버(330) 내의 기체가 배출될 수 있다. 이에 따라 챔버(330)가 진공 상태가 됨으로써 산화아연층(250)의 형성 전에 챔버(330) 내의 불순물이 제거될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 제2 전극의 제조 공정을 나타낸 것이다.
Claims (8)
- 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 주입하는 단계;제1 전극 및 광전변환층이 형성된 기판을 상기 챔버 내에서 가열하는 단계;상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입을 중지하고 상기 챔버 내의 압력이 상기 특정 공정 압력이 되도록 산화아연층의 원료 가스를 주입하는 단계; 및상기 광전변환층 상에 상기 산화아연층을 형성하는 단계를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 유량은 1000 sccm 이상 20000 sccm 이하이고, 상기 특정 공정 압력은 0.3 Torr 이상 6 Torr 이하이며, 상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 시간은 주입 시간은 5 초 이상 600 초 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 전에 상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 광전변환층은 단일 결합 구조를 갖거나 탠덤 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 챔버 내에 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스를 특정 공정 압력까지 주입하는 단계;제1 전극 및 광전변환층이 형성된 기판을 상기 챔버 내에서 가열하는 단계;상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입을 중지함과 동시에 산화아연층의 원료 가스를 주입하는 단계; 및상기 광전변환층 상에 상기 산화아연층을 형성하는 단계를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 유량은 1000 sccm 이상 20000 sccm 이하이고, 상기 특정 공정 압력은 0.3 Torr 이상 6 Torr 이하이며, 상 기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 시간은 주입 시간은 5 초 이상 600 초 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 수소 또는 수소를 포함한 불활성 가스의 주입 전에 상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 광전변환층은 단일 결합 구조를 갖거나 탠덤 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
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| US4612411A (en) * | 1985-06-04 | 1986-09-16 | Atlantic Richfield Company | Thin film solar cell with ZnO window layer |
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-
2008
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