KR101094315B1 - Manufacturing apparatus of ?-?-?2 compound semiconductor thin film and manufacturing method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀렌화 또는 황화 방식으로 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 제조할 때 사용되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus used when manufacturing the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film by selenization or sulfiding method.
본 발명의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치는, 기판이 놓이는 홀더가 내부에 형성되고 상부가 개방된 챔버; 상기 챔버 상부에 결합되고 히팅 램프를 포함하는 상부 램프부; 및 상기 챔버의 하부에 결합되고 히팅 램프를 포함하는 하부 램프부를 포함하는 것을 특징으로 한다. An apparatus for producing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film of the present invention includes a chamber in which a holder on which a substrate is placed is formed and an upper portion thereof is opened; An upper lamp unit coupled to the upper chamber and including a heating lamp; And a lower lamp unit coupled to a lower portion of the chamber and including a heating lamp.
이에 따라, 원하는 공정에 맞춰 다양한 램프를 용이하게 교체하여 사용할 수 있다. 특히 적외선 램프를 사용함으로써, 깊이 방향으로 균일도가 향상된 박막을 형성할 수 있다. Accordingly, various lamps can be easily replaced and used in accordance with a desired process. In particular, by using an infrared lamp, it is possible to form a thin film having improved uniformity in the depth direction.
Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막, CIS, CIGS, 셀렌화, 셀레늄화, 태양전지 I-III-VI2 compound semiconductor thin film, CIS, CIGS, selenide, selenide, solar cell
Description
본 발명은 태양전지에 사용되는Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 제조하는 장치와 이를 이용한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 셀렌화 또는 황화 방식으로 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 제조할 때 사용되는 장치 및 이 장치를 이용해 셀렌화 또는 황화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for producing a compound of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film for use in a solar cell and a method for producing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film using the same, and more specifically in the selenization or sulfiding method I -III-VI 2 Compound The present invention relates to a device used when producing a semiconductor thin film and a method of selenization or sulfidation using the device.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 신재생 에너지는 크게 태양열을 이용하는 발전 시스템과 태양광을 이용하는 발전 시스템으로 나눌 수 있다. 이중 태양광 발전 시스템은 전기에너지를 빛에너지로 바꾸는 LED나 레이저 다이오드와 반대의 원리를 갖는 태양전지를 이용한다.Generally, renewable energy using solar energy can be classified into a power generation system using solar heat and a power generation system using solar light. Dual photovoltaic systems use solar cells with the opposite principle to LEDs and laser diodes that convert electrical energy into light energy.
p-n 접합형 태양전지는 n-형 반도체와 p-형 반도체를 접합한 구성으로 이루어지며, n-형은 큰 전자밀도와 작은 정공밀도를 가지고 있는 반면에 p-형은 작은 전자밀도와 큰 정공밀도를 가지고 있다. 이러한 p-n 접합 반도체는 일반적인 열적 평형상태에서 캐리어의 확산이 일어나지 않지만, 구성물질의 전도대와 가전자대 사이의 에너지 차이인 밴드갭에너지 이상의 빛이 가해질 경우 전자들이 가전자대에서 전도대로 여기된다. 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동하고, 전자들이 빠져나간 가전자대에는 정공이 형성된다. 빛에너지에 의하여 p-형 영역에서 여기된 전자들과 n-형 영역에서 만들어진 정공을 접합 전의 캐리어(주요캐리어)에 대비하여 소수캐리어라고 부른다. 주요캐리어는 전기장으로 생긴 에너지장벽 때문에 흐르지 못하지만, 소수캐리어는 계속하여 흐르기 때문에 이를 외부 회로에 연결하여 태양전지로 사용할 수 있는 것이다.The pn junction solar cell is composed of a combination of n-type semiconductor and p-type semiconductor. The n-type has a large electron density and a small hole density, while the p-type has a small electron density and a large hole density. Have In the p-n junction semiconductor, carrier diffusion does not occur in a general thermal equilibrium state, but electrons are excited to the conduction band in the valence band when light is applied beyond the band gap energy, which is an energy difference between the conduction band and the valence band of the constituent material. Electrons excited by the conduction band move freely, and holes are formed in the valence band where the electrons escape. Electrons excited in the p-type region by light energy and holes made in the n-type region are called minority carriers in comparison to the carrier (main carrier) before bonding. The main carriers do not flow because of the energy barrier created by the electric field, but the minority carriers continue to flow so that they can be connected to external circuits and used as solar cells.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나 최근 실리콘의 공급부족으로 가격이 급등하면서 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다. 박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘과 CdTe, CIS(CuInSe2) 또는 CIGS(CuIn1-xGaxSe2)에 대한 연구가 활할하게 진행되고 있다.Solar cells are classified into various types according to materials used as light absorption layers, and at present, the most commonly used are silicon solar cells using silicon. However, as prices have soared recently due to a shortage of silicon, interest in thin-film solar cells is increasing. Thin-film solar cells are manufactured with a thin thickness, so the materials are consumed less and the weight is lighter, so the application range is wide. As a material of such a thin-film solar cell, research on amorphous silicon, CdTe, CIS (CuInSe 2 ) or CIGS (CuIn 1-x Ga x Se 2 ) has been actively conducted.
CIS 또는 CIGS 삼원계 박막은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 중의 하나이며, 실험실적으로 만든 박막 태양전지 중에서 가장 높은 변환효율(약 19.9%)을 기록하고 있다. 특히 10 마이크론 이하의 두께로 제작이 가능하고, 장시간 사용 시에도 안정적인 특성을 가지고 있어, 실리콘을 대체할 수 있는 저가의 고효율 태양전지로 기 대되고 있다.The CIS or CIGS ternary thin film is one of the I-III-VI 2 compound semiconductors and has the highest conversion efficiency (about 19.9%) among the experimental thin film solar cells. In particular, it can be manufactured to a thickness of less than 10 microns, and has a stable characteristic even in long-term use, and is expected to be a low-cost, high-efficiency solar cell that can replace silicon.
CIS 또는 CIGS 박막(이하 'CIS계 박막'이라 함)을 제조하는 방법으로는 셀렌화(selenization)방식, MOCVD방식, 동시진공증발(evaporation)방식, 전착(electrodeposition)방식 등이 있다.Methods of manufacturing a CIS or CIGS thin film (hereinafter referred to as a 'CIS-based thin film') include a selenization method, a MOCVD method, an evaporation method, an electrodeposition method, and the like.
이중, 셀렌화 방식은 몰리브덴 전극이 입혀진 소다유리 위에 진공스퍼터링 등의 방법으로 Cu-In 또는 Cu-In-Ga 전구체를 형성시킨 뒤에, H2Se 등의 셀렌을 함유한 가스 분위기에서 가열하여 CIS계 박막을 제조하는 방식이다. 이러한 셀렌화 방식의 CIS계 박막 형성방법은 박막 형성을 위한 반응이 고르게 일어나지 못하므로 박막의 균일성이 떨어지는 문제가 있어, 최근에는 동시진공증발방식에 대한 선호도가 높아지고 있다. In the selenization method, a Cu-In or Cu-In-Ga precursor is formed on a soda glass coated with molybdenum electrode by vacuum sputtering or the like, and then heated in a gas atmosphere containing selenium such as H 2 Se to form a CIS system. It is a method of manufacturing a thin film. The CIS-based thin film forming method of the selenization method has a problem in that the uniformity of the thin film is inferior because the reaction for thin film formation does not occur evenly, and recently, the preference for the simultaneous vacuum evaporation method has increased.
또한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체인 구리 인듐 설파이드 및 구리 인듐 갈륨 설파이드의 경우 황화(sulfurization) 공정으로 제조할 수 있다.In addition, copper indium sulfide and copper indium gallium sulfide, which are I-III-VI 2 compound semiconductors, may be manufactured by a sulfation process.
따라서 반응성과 균일성을 향상시킬 수 있는 셀렌화 또는 황화 공정을 수행할 수 있는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치에 대한 관심이 높아지고 있는 실정이다.Therefore, there is a growing interest in a device for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film capable of performing a selenization or sulfidation process to improve reactivity and uniformity.
본 발명은 상기 내용을 기반으로 발명된 것으로서, 균일한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 효율적으로 형성할 수 있는 제조장치와 이를 이용한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention has been invented based on the above contents, and provides a manufacturing apparatus capable of efficiently forming a uniform I-III-VI 2 compound semiconductor thin film and a method of manufacturing the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film using the same. The purpose is.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치는 아래와 같은 구성으로 이루어진다.The apparatus for producing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film of the present invention for achieving the above object has the following configuration.
기판이 놓이는 홀더가 내부에 형성되고 상부가 개방된 챔버; A chamber in which a holder on which the substrate is placed is formed, and the top of which is open;
상기 챔버 상부에 결합되고 히팅 램프를 포함하는 상부 램프부; 및An upper lamp unit coupled to the upper chamber and including a heating lamp; And
상기 챔버의 하부에 결합되고 히팅 램프를 포함하는 하부 램프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치.Apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film, characterized in that it comprises a lower lamp portion coupled to the lower portion of the chamber and including a heating lamp.
본 발명에서 히팅 램프는 장파장램프를 사용하는데, 바람직한 실시예에서 적외선영역의 빛을 발산하는 적외선램프일 수 있다. 히팅 램프는 탈착식으로 결합될 수 있어, 유지 및 관리가 용이하다. In the present invention, the heating lamp uses a long wavelength lamp, which may be an infrared lamp that emits light in the infrared region in a preferred embodiment. The heating lamp can be detachably coupled, which is easy to maintain and manage.
한편, 챔버의 옆에는 밸브가 구비된 크랙커 셀(VCC, Valved Cracker Cell)이 결합되어 챔버 내부에 열분해된 셀레늄(Se) 가스 또는 설퍼(S) 가스를 공급할 수 있다. 이러한 크랙커 셀은 균일한 분자 단위 셀레늄 빔 또는 설퍼 빔을 연속적으로 공급할 수 있다. 크랙커 셀은 원료물질의 플럭스를 증착장비 등으로 공급하기 위한 장치이다. 본 발명에서는 셀레늄 플럭스 또는 설퍼 플럭스를 공급하는 크랙커 셀을 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치와 결합시킨 것이다. Meanwhile, a valve cracker cell (VCC) equipped with a valve may be coupled to the side of the chamber to supply pyrolyzed selenium (Se) gas or sulfur (S) gas into the chamber. Such a cracker cell can continuously supply uniform molecular unit selenium beams or sulfur beams. Cracker cell is a device for supplying the flux of the raw material to the deposition equipment. In the present invention, a cracker cell for supplying selenium flux or sulfur flux is combined with an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film manufacturing apparatus.
그리고 본 발명의 다른 특징에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치는, 아래의 구성으로 이루어진다. In addition, the apparatus for producing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to another feature of the present invention has the following constitution.
기판을 수직으로 지지하는 홀더를 포함하며 한쪽 면이 개방된 챔버;A chamber including a holder for vertically supporting the substrate and having one side open;
상기 챔버의 개방된 면에 결합되며 히팅 램프를 포함하는 램프부; 및A lamp unit coupled to the open side of the chamber and including a heating lamp; And
상기 챔버에 결합되어 상기 기판을 향하여 셀레늄 가스 또는 설퍼 가스를 연속으로 공급하는 크랙커 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조 장치.And a cracker cell coupled to the chamber for continuously supplying selenium gas or sulfur gas toward the substrate, wherein the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film is manufactured.
이와 같은 구조에 의하면, 크랙커 셀로부터 연속적이고 균일한 셀레늄 플럭스 또는 설퍼 플럭스를 기판 방향에 대해 수직으로 공급받기 때문에, 공정 효율이 우수한 제품이 얻어질 수 있다. According to such a structure, since the continuous and uniform selenium flux or sulfur flux is supplied perpendicularly to the substrate direction from the cracker cell, a product having excellent process efficiency can be obtained.
또한 본 발명의 제조장치를 이용한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조방법은, 아래의 단계로 구성된다.In addition, the manufacturing method of Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 2 compound semiconductor thin film using the manufacturing apparatus of the present invention, consists of the following steps.
열처리 조건에 맞는 히팅램프를 장착하는 단계;Mounting a heating lamp suitable for heat treatment conditions;
챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;Positioning the substrate in the chamber;
크랙커 셀로부터 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 챔버 내로 공급하는 단계; 및 Supplying Se flux or S flux from the cracker cell into the chamber; And
상기 히팅 램프를 작동하여 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조방법.And operating the heating lamp to heat-treat the substrate, wherein the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film is manufactured.
이러한 단계를 거치면, 본 발명의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막 제조장치의 특징에 의하여 열처리 조건에 맞는 히팅램프를 선택하여 쉽게 교환이 가능할 뿐만 아니라 크랙커 셀로부터 공급되는 Se 플럭스 또는 S 플럭스로 인하여 셀렌화 또는 황화 공정의 효율이 향상된다.After this step, the heating lamp can be easily replaced by selecting a heating lamp suitable for the heat treatment conditions according to the characteristics of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, and also due to Se flux or S flux supplied from the cracker cell. The efficiency of the selenization or sulfiding process is improved.
본 발명에 따르면, 히팅 램프로서 할로겐 램프와 같은 기존 램프 외에 적외선 램프를 용이하게 교체 사용할 수 있다. 따라서 적외선 램프의 효과로서 열의 침투 깊이를 증가시킴으로써 깊이 방향으로 균일한 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 형성하는 등, 조건에 맞는 다양한 램프를 용이하게 교환하여 사용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, as a heating lamp, an infrared lamp can be easily replaced and used in addition to an existing lamp such as a halogen lamp. Therefore, by increasing the depth of heat penetration as an effect of the infrared lamp, it is possible to easily exchange various lamps suitable for the conditions, such as forming a uniform I-III-VI 2 compound semiconductor thin film in the depth direction.
또한 밸브로 열분해된 셀렌늄 가스 또는 설퍼 가스의 공급량을 조절할 수 있는 크랙커 셀을 사용함으로써, 반응성이 향상되는 효과가 있다.In addition, by using a cracker cell that can adjust the supply amount of selenium gas or sulfur gas pyrolyzed by the valve, there is an effect that the reactivity is improved.
나아가 기판을 수직으로 위치시킴으로써 셀레늄 또는 설퍼가 기판에 균일하게 공급됨으로써 공정의 효율이 더욱 향상되는 효과가 있다.Furthermore, by vertically positioning the substrate, selenium or sulfur is uniformly supplied to the substrate, thereby further improving the efficiency of the process.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도 체 박막의 제조장치를 나타내는 도면이다.1 to 3 is a view showing the manufacturing apparatus of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to the first embodiment of the present invention.
도 1에서 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치는 챔버(110), 상부 램프부(120), 하부 램프부(130) 및 크랙커 셀(140)을 포함하여 이루어진다.In FIG. 1, an apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film includes a
챔버(110)는 열처리 작업이 이루어지는 공간이며, 내부에 셀렌화 또는 황화 처리의 대상인 기판이 놓이는 홀더(112)가 형성된다. 홀더(112)는 기판을 고정하고 균일한 열처리를 위하여 기판을 회전시키는 등의 기능을 하며, 현재까지 알려진 기술들을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 홀더(112)의 구조와 기능은 본 발명의 주요 구성이 아니므로 자세한 설명은 생략한다.The
챔버(110)는 상부가 개방되며, 개방된 상부를 통하여 기판을 홀더(112)에 넣을 수 있다. 종래의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치들은 기판을 수평으로 넣기 위하여, 챔버의 측면에 기판의 출입구를 형성하고 기판이 놓인 홀더를 옆으로 슬라이딩 시켜서 챔버의 내부로 이동하였다. 이 경우 별도의 이동장치를 설치하여야 하고, 출입구가 좁아서 기판이 삽입되는 도중에 손상이 생기는 문제가 있었다. 본 실시예의 챔버(110)는 상면 전체를 개방하고, 개방된 상부를 통하여 기판을 챔버(110) 내부로 이동시킴으로써, 기판을 삽입하는 공정이 쉬워지며 기판의 손상문제도 발생하지 않는다. The upper part of the
한편, 본 실시예에서는 챔버(110) 내부의 형상이 직육면체인 경우를 도시하였으나, 이에 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 제작할 수 있다. 그리고 챔버는 내부를 진공상태로 유지하거나 반응가스의 배출을 위한 파이프가 연결되며, 밀봉을 위한 구조를 가지고 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the shape of the inside of the
상부 램프부(120)는 기판의 상부에 열을 가하여 열처리를 진행하는 부분이며, 열을 발산하는 다수의 히팅 램프(122)를 포함한다. 히팅 램프(122)는 다양한 파장영역의 빛을 내는 램프를 사용할 수 있다. 할로겐 램프가 많이 사용되는데, 본 실시예는 적외선 영역의 빛을 내는 적외선램프를 사용한다. 적외선램프에서 나오는 빛은 기판 위에 형성된 박막에 깊이 침투하기 때문에, 반응성이 향상되어 깊이 방향으로 균일한 셀렌화 또는 황화 반응이 일어난다.The
상부 램프부(120)는 챔버(110)의 개방된 상부에 힌지결합(124) 되어, 챔버(110)의 개방부를 열고 닫는 문의 역할도 한다. 상부 램프부(120)를 닫은 경우에 챔버(110)와 상부 램프부(120) 사이는 밀봉되며, 히팅 램프(122)는 홀더(112)에 대면하도록 위치한다. 이러한 구조에서는 상부 램프부(120)를 여는 경우에 히팅 램프(122)가 밖으로 노출된다. 따라서 히팅 램프(122)의 관리가 매우 편리한 장점도 있다. 예를 들어 히팅 램프(122)가 외부로 노출된 상태에서 수명이 다된 램프를 간단히 교체할 수도 있다. 이때 히팅 램프(122)는 수명이 다된 램프만 하나씩 필요에 따라 교체할 수도 있고, 전체 램프들이 모듈 형태로 램프부에 결합되는 구조로 함으로써, 모듈 자체를 교체하도록 구성할 수도 있다. 이에 따라, 열처리 조건에 적절한 파장의 램프를 쉽게 장착하거나 제가할 수 있는 장점이 있다.The
하부 램프부(130)는 기판의 하부에 열을 가하여 열처리를 진행하는 부분이며, 열을 발산하는 다수의 히팅 램프(132)를 포함한다. 본 실시예에서 히팅 램프(132)는 상부 램프부(120)의 히팅 램프(122)와 마찬가지로 적외선램프이다.The
하부 램프부(130)는 가이드(134)를 따라서 슬라이딩하면서 삽입 및 인출되는 방식으로 챔버(110)의 하면에 연결된다. 셀렌화 또는 황화 공정을 실시할 때는 하부 램프부(130)가 챔버(110)의 밑에 위치하여 기판에 열을 가한다. 공정을 실시하는 이외의 경웨, 하부 램프부(130)를 챔버(110)에서부터 인출되게 하면 히팅 램프(132)의 교체 등 관리가 매우 편리하다. 도 3에 나타난 바와 같이, 하부 램프부(130)의 히팅 램프(132)에서 발산하는 열이 챔버(110) 내부로 용이하게 들어갈 수 있도록, 챔버(110)의 밑면에는 투명창(114)이 형성된다. 투명창(114)의 재료로는 석영을 사용한다.The
크랙커 셀(140)은 셀레늄 가스 또는 설퍼 가스를 챔버(110) 내부로 공급하는 부분이다. 크랙커 셀(140)은 셀레늄 또는 설퍼를 증발시킨 뒤 열분해함으로써 셀레늄 가스빔 또는 설퍼 가스빔을 안정적으로 공급할 수 있다. 특히 본 실시예에서는 밸브(미도시)를 이용해 셀레늄 가스빔 또는 설퍼 가스빔의 배출을 조절하는 크랙커 셀(140)을 구비함으로써 셀렌화 또는 황화 공정의 효율을 높일 수 있다. 이러한 크랙커 셀(14)의 예로는 Veeco Instruments에서 제조한 PV 시리즈가 있다. The
도 4 내지 도 6은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치를 나타내는 도면이다. 4 to 6 are views showing an apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.
본 실시예의 셀렌화 장치는 챔버(210), 램프부(220) 및 크랙커 셀(240)을 포함하여 이루어진다.The selenization device of the present embodiment includes a
챔버(210)는 열처리 작업이 이루어지는 공간이며, 내부에 셀렌화 또는 황화 처리의 대상인 기판이 놓이는 홀더(212)가 형성된다. 홀더(212)는 기판을 수직으로 세워서 지지하는 구조이다. 그리고 챔버(210)는 옆면이 개방되도록 구성되며, 홀더(212)는 지지된 기판이 개방된 옆면을 향하게 할 수 있도록 설치된다. 따라서 개방된 옆면을 통하여 기판을 홀더(212)에 지지되게 할 수 있다.The
램프부(220)는 기판에 열을 가하여 열처리를 진행하는 부분이며, 열을 발산하는 다수의 히팅 램프(222)를 포함한다. 본 실시예에서 히팅 램프(222)는 적외선 램프을 사용한다. 램프부(220)는 챔버(210)의 개방된 옆면에 힌지결합(224)되어, 챔버(210)의 개방부를 열고 닫는 문의 기능을 한다. 램프부(220)를 닫은 경우에 챔버(210)와 램프부(220) 사이가 밀봉되는 구조를 가지며, 히팅 램프(222)가 홀더(212)를 향하여 위치한다.The
또한 램프부(220)를 여는 경우에 히팅 램프(222)가 밖으로 노출되므로 히팅 램프(222)의 교체나 관리가 매우 편리하다. In addition, since the
크랙커 셀(240)은 셀레늄 가스 또는 설퍼 가스를 챔버(210) 내부로 공급하는 부분이다. 크랙커 셀(240)은 셀레늄 또는 설퍼를 증발시킨 뒤 열분해함으로써 셀레늄 가스빔 또는 설퍼 가스빔을 안정적으로 공급할 수 있다. 본 실시예에서는 크랙커 셀(240)이 옆면 개방부의 반대편에서 기판을 향하여 셀레늄 가스빔 또는 설퍼 가스빔을 공급하도록 설치된다. 본 실시예의 크랙커 셀(240)은 밸브(미도시)를 이용해 셀레늄 가스빔 또는 설퍼 가스빔의 배출을 조절하기 때문에, 수직으로 세워서 지지된 기판을 향하여 셀레늄 빔 또는 설퍼 가스빔을 공급할 수 있으며, 셀렌화 또는 황화 공정의 효율도 향상된다.The
본 발명에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치는 챔버 내부의 온도를 측정하는 장비와 공정의 진행을 조절하는 제어시스템 등을 더 포함하지만, 그러한 부분들은 널리 알려진 기술들을 제한 없이 사용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to the present invention further includes a device for measuring the temperature inside the chamber and a control system for controlling the progress of the process, but such parts may be used without limitation. Detailed descriptions are omitted here.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조방법은 상기의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치들을 이용하여 태양전지용 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 형성하는 방법으로서, 열처리 조건에 맞는 히팅램프를 장착하는 단계, 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계, 크랙커 셀로부터 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 챔버 내로 공급하는 단계, 및 상기 히팅 램프를 작동하여 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.The I-III-VI 2 compound semiconductor thin film manufacturing method according to the embodiment of the present invention uses the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film manufacturing apparatus of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film for solar cells. A method of forming, comprising: mounting a heating lamp suitable for heat treatment conditions, positioning a substrate in a chamber, supplying Se flux or S flux from a cracker cell into the chamber, and operating the heating lamp to heat treat the substrate. It comprises a step.
먼저, 열처리 조건에 맞는 히팅램프를 장착한다. 박막의 두께와 조성 등에 따라서 셀렌화 또는 황화 공정의 조건이 달라지며, 이 조건에 맞추어 히팀램프를 선택하여 장착하는 단계이다. 본 발명에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치들은 히팅램프가 노출될 수 있는 구조를 가지고 있어 히팅램프의 교체가 편리하므로, 셀렌화 또는 황화 공정의 효율이 최대가 되는 히팅램프를 선택하여 사용할 수 있다.First, a heating lamp suitable for heat treatment conditions is mounted. Depending on the thickness and composition of the thin film, the conditions of the selenization or sulfiding process are different, and according to the conditions, the step of selecting and mounting a histilamp. Since the manufacturing apparatus of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to the present invention has a structure in which the heating lamp is exposed, it is easy to replace the heating lamp, so that the heating lamp is maximized in the efficiency of the selenization or sulfiding process. You can choose to use it.
다음으로 챔버 내에 기판을 위치시킨다. Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 형성하기 위하여 Cu-In 또는 Cu-In-Ga을 증착한 기판을 챔버의 내부의 홀더에 안치 시키는 단계이다. 본 발명에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치들은 챔버에 넓은 개방부가 형성되어 기판을 내부로 이동시키는 것이 매우 편리하다.Next, the substrate is placed in the chamber. In order to form an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film, a substrate in which Cu-In or Cu-In-Ga is deposited is placed in a holder inside the chamber. In the manufacturing apparatus of the I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to the present invention, it is very convenient to move the substrate inside by forming a wide opening in the chamber.
그리고 크랙커 셀로부터 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 챔버 내로 공급한다. Se 가스 또는 S 가스를 열분해하여 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 제공하는 크랙커 셀을 이용해 챔버 내부에 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 공급하는 단계이다. 특히 Se 플럭스 또는 S 플럭스의 배출을 조절하는 밸브를 포함하는 크랙커 셀을 이용하여 안정적으로 연속적인 Se 플럭스 또는 S 플럭스를 챔버 내부로 공급할 수 있다.And Se flux or S flux from the cracker cell is fed into the chamber. It is a step of supplying Se flux or S flux into the chamber using a cracker cell that pyrolyzes Se gas or S gas to provide Se flux or S flux. In particular, it is possible to stably supply a continuous Se flux or S flux into the chamber by using a cracker cell including a valve that regulates the discharge of the Se flux or S flux.
마지막으로 앞서 선택된 히팅램프를 작동하여 기판을 열처리한다. 크랙커 셀로부터 공급된 Se 또는 S와 기판의 표면에 증착된 Cu-In 또는 Cu-In-Ga을 반응시켜 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막을 제조하는 단계이다.Finally, the substrate is heat-treated by operating the heating lamp selected previously. A step of manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film by reacting Se or S supplied from a cracker cell with Cu-In or Cu-In-Ga deposited on the surface of the substrate.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the specific embodiments, but should be construed as defined by the appended claims.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1을 정면에서 바라본 모습을 나타낸다.FIG. 2 shows a front view of FIG. 1.
도 3은 도 2를 A-A면으로 자른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물 반도체 박막의 제조장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an apparatus for manufacturing an I-III-VI 2 compound semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 도 4를 정면에서 바라본 모습을 나타낸다.FIG. 5 shows a front view of FIG. 4.
도 6은 도 5를 B-B면으로 자른 단면도이다.6 is a cross-sectional view taken along the B-B plane of FIG. 5.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
110, 210: 챔버 112, 212: 홀더110, 210:
114: 투명창 120: 상부 램프부114: transparent window 120: upper lamp portion
122,132,222: 히팅 램프 124,224: 힌지결합122,132,222: heating lamp 124,224: hinge coupling
130: 하부 램프부 134: 가이드130: lower lamp unit 134: guide
140, 240: 크랙커 셀 220: 램프부140, 240: cracker cell 220: lamp unit
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