KR101188278B1 - 몰드 제조 방법 및 그 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 몰드 제조 방법은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계, 상기 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 몰드 제조용 레이어를 형성하는 단계, 상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 상기 몰드 제조용 레이어에 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계, 몰드용 레이어가 상기 몰드 제조용 홈을 덮는 단계 및 상기 몰드 제조용 기판 및 상기 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함한다.
몰드, 광기전력 장치, 트렌치
Description
본 발명은 몰드 제조 방법 및 그 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양광 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜주는 장치가 광기전력 장치, 즉 태양전지이다. 광기전력 장치는 주로 반도체 접합의 광기전력 현상을 이용한다. 즉, p형과 n형 불순물로 각각 도핑된 반도체 pn 접합에 빛이 입사되어 흡수되면 빛의 에너지가 반도체 내부에서 전자와 홀을 발생시키고 내부 전계에 의해 이들이 분리됨으로써 pn 접합 양단에 광기전력이 발생된다. 이 때 접합 양단에 전극을 형성하고 도선을 연결하면 전극 및 도선을 통하여 외부로 전류가 흐르게 된다.
석유와 같은 기존의 에너지원을 태양광 에너지원으로 대체해 가기 위해서는 상기한 바와 같은 광기전력 장치의 제조 방법이 간단해야 할 뿐만 아니라 제조 비 용이 저렴해야 한다.
본 발명은 광기전력 장치를 간단하고 저렴하게 제조할 수 있는 몰드 제조 방법 및 그 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법을 제공하기 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 발명은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계, 상기 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 몰드 제조용 레이어를 형성하는 단계, 상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 상기 몰드 제조용 레이어에 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계, 몰드용 레이어가 상기 몰드 제조용 홈를 덮는 단계 및 상기 몰드 제조용 기판 및 상기 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몰드 제조 방법은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계, 상기 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 복수의 몰드 제조용 레이어를 형성하며, 상기 복수의 몰드 제조용 레이어 중 하나의 몰드 제조용 레이어를 다른 하나의 몰드 제조용 레이어의 일부 상에 형성하는 단계, 상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 관통하는 몰드 제조용 홈과 상기 하나의 몰드 제조용 레이어를 관통하는 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계, 몰드용 레이어가 상기 몰드 제조용 홈들을 덮는 단계 및 상기 몰드 제조용 기판 및 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몰드 제조 방법은 제1 파장을 지닌 레이저 및 제2 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계, 상기 몰드 제조용 기판 상에 복수의 몰드 제조용 레이어를 형성하는 단계, 상기 제1 파장을 지닌 레이저를 조사하여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 제1 몰드 제조용 홈을 형성하고, 상기 제2 파장을 지닌 레이저를 조사하여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어 중 하나의 몰드 제조용 레이어 상에 형성된 다른 하나를 제거하여 제2 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계, 몰드용 레이어가 상기 제1 및 제2 몰드 제조용 홈들을 덮는 단계 및 상기 몰드 제조용 기판 및 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 몰드 제조용 레이어를 형성하고, 상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 몰드 제조용 홈을 형성한 후, 상기 몰드 제조용 홈를 덮는 몰드용 레이어에 의하여 형성된 몰드를 준비하는 단계, 상기 몰드가 기판을 눌러 제1 홈 및 제2 홈을 형성하는 단계, 상기 기판 상에 제1 도전성 물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제1 각도만큼 비스듬히 증착하여 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 기판 및 상기 제1 전극층 상에 빛을 전기로 변환하는 광전변환층을 형성하는 단계, 상기 광전변환층상에 제2 도전성물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제2 각도만큼 비스듬히 증착하여 제2 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈 내부의 상기 광전변환층을 식각하는 단계, 태양 전지 셀들이 직렬 연결되도록 상기 제1 홈 내부의 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층이 전기적으로 연결되도록 제3 도전 물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제3 각도만큼 비스듬히 증착하여 도전층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 광기전력 장치의 기판에 우수한 특성의 트렌치를 형성할 수 있는 몰드를 통하여 광기전력 장치를 제조함으로써 간단하고 저렴한 광기전력 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
(제1 실시예)
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 몰드 제조용 기판(100)이 준비된다. 이 때 몰드 제조용 기판(100)은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함 할 수 있다. 예를 들어, 몰드 제조용 기판(100)은 유리 또는 투명 폴리머(polymer)를 포함할 경우, 몰드 제조용 기판(100)은 355 nm의 파장을 지닌 레이저를 투과시킬 수 있다. 이에 따라 355 nm의 파장을 지닌 레이저가 조사될 경우 몰드 제조용 기판(100)은 제거되지 않는다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 몰드 제조용 기판(100) 상에 몰드 제조용 레이어(layer)(110)가 형성된다. 몰드 제조용 레이어(110)는 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰드 제조용 레이어(110)은 금속을 포함하여 355 nm의 파장을 지닌 레이저가 조사된 영역의 몰드 제조용 레이어(110)는 제거된다.
예를 들어 몰드 제조용 레이어(110)가 CVD 공법에 의하여 증착되는 산화 아연, 산화 주석, 또는 ITO(Indum Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 경우 몰드 제조용 레이어(110)의 표면에는 요철이 형성될 수 있다. 또는 몰드 제조용 레이어(110)가 스퍼터 공법에 의하여 증착되는 산화 아연, 산화 주석, 또는 ITO(Indum Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함하고, 증착된 레이어에 대하여 습식 식각이 이루어지면 몰드 제조용 레이어(110)의 표면에는 요철이 형성될 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 몰드 제조용 레이어(110)에 레이저가 조사된다. 도 1a 및 도 1b를 통하여 설명된 바와 같이, 특정 파장의 레이저가 조사된 몰드 제조용 레이어(110)의 영역은 제거되지만, 몰드 제조용 기판(100)은 레이저에 의하여 제거되지 않으므로 몰드 제조용 레이어(110)에 몰드 제조용 홈(120)이 특정 패턴에 따라 형성된다.
이 때 몰드 제조용 기판(100)은 레이저에 의하여 제거되지 않으므로 몰드 제조용 홈(120)의 밑면은 몰드 제조용 기판(100)의 표면 상태에 따라 달라진다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 몰드 제조용 기판(100)의 표면이 평평하면 몰드 제조용 홈(120)의 밑면 역시 평평하다. 이와 같이 몰드 제조용 홈(120)의 밑면이 평평할 경우 이후에 제조되는 광기전력 장치를 통하여 빛이 투과할 때 빛의 산란이 감소한다. 이에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
한편 도 1c의 몰드 제조용 홈(120)의 측면은 몰드 제조용 기판(100)의 표면에 대하여 소정 각도(θ)만큼 기울어져 있다. 이와 같은 이유는 레이저 조사 장치가 초점을 향하여 조사하므로 레이저 조사 장치로부터 초점에 가까울수록 레이저의 광폭이 좁아지면서 광의 세기가 증가하기 때문이다.
도 1c와 다르게 도 1d에 도시된 바와 같이, 노즐(127)로부터 몰드 제조용 레이어(110)을 향하여 분출되는 액체 젯(liquid jet)(125) 안으로 레이저가 투사될 경우, 액체 젯(125)는 레이저의 광 도파로(optical waveguide) 역할을 한다.
이 때 노즐(127)은 액체 젯(125) 주변에 공기, 헬륨 또는 질소(129)를 분출하여 공기, 헬륨 또는 질소(129)가 제2 몰드 제작용 레이어(110)과 충돌한다. 이에 따라 레이저의 경로가 실질적으로 길어지고 레이저가 정확하게 몰드 제조용 홈(120)이 형성될 몰드 제조용 레이어(110)의 영역까지 도달한다.
이와 같이 액체 젯(125)이 광 도파로의 역할을 하므로 레이저의 광폭 및 세기는 몰드 제조용 레이어(110)까지 일정하게 되어 몰드 제조용 홈(120)의 측면은 몰드 제조용 홈(120)의 밑면에 대하여 수직하게 형성된다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 액체 젯(liquid jet)(125)은 물 또는 특정 파장의 레이저에 대한 흡수율이 낮은 액체에 의하여 실현될 수 있다.
또한, 도 1e에 도시된 바와 같이, 호모지나이져(homoginizer)(130)에 의하여 레이저 조사 장치(140)로부터 출력된 레이저가 균일화됨으로써 몰드 제조용 홈(120)의 측면은 몰드 제조용 기판(100)의 표면에 대하여 수직하게 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e를 통하여 설명된 바와 같이, 몰드의 패턴 형성이 마스크 없이 레이저에 의하여 이루어지므로 몰드의 제조 비용 뿐만 아니라 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 비용이 감소한다.
또한 도 1d 및 도 1e를 통하여 설명된 바와 같이, 몰드 제조용 홈(120)의 측면이 밑면에 대하여 수직하게 형성될 경우 이후의 광기전력 장치의 제조가 용이하게 형성될 수 있다. 이에 대해서 이후에 도시된 도면을 통하여 상세하게 설명된다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 몰드용 레이어(150)가 몰드 제조용 레이어(110)의 몰드 제조용 홈(120)을 덮도록 형성된다. 이 때 몰드용 레이어(150)는 텅스텐과 같은 금속을 포함할 수 있으며, 일렉트로 플레이팅(electro plating) 공정을 통하여 형성될 수 있다.
또한 몰드용 레이어(150)는 금속과 다른 물질을 포함할 수 있으며, 금속과 다른 물질은 플라스틱일 수 있다. 이와 같이 몰드용 레이어(150)가 다양한 물질로 이루어질 수 있으므로 몰드 제작시 다양한 제조 조건에 대응할 수 있다.
도 1g에 도시된 바와 같이, 몰드 제조용 기판(100) 및 몰드 제조용 레이 어(110)가 제거되면 밑면이 평평하고 밑면에 수직인 측면을 지닌 돌출부(151)를 포함하는 몰드(150)가 형성된다.
앞서 도 1b를 통하여 설명된 바와 같이, 몰드 제조용 레이어(110)의 표면에 요철이 형성될 경우, 인접한 돌출부(151) 사이의 몰드 영역에 요철이 형성될 수 있다. 이 때 몰드 제조용 홈(120, 120)의 밑면은 평평하므로 몰드(150)의 돌출부(151)의 밑면 역시 평평하다. 이와 같은 몰드(150)에 의하여 광기전력 장치가 제조될 경우, 광기전력 장치에 요철이 생성되므로 요철이 입사되는 빛을 산란시켜 광전변환효율을 증가시킬 수 있다.
도 1f에는 측면이 밑면에 수직인 몰드 제조용 홈(120)를 통하여 몰드가 형성되는 것이 도시되었으나 도 1c에 도시된 바와 같이 측면이 밑면에 경사진 몰드 제조용 홈(120)를 통하여 몰드가 형성되는 것도 가능하다.
(제2 실시예)
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 몰드 제조용 기판(200) 및 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)가 순차적으로 적층된다. 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220) 중 하나(220)는 다른 하나(210)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 앞서 제1 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 몰드 제조용 기판(200)은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하고, 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)는 상 기 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되는 재질을 포함한다.
또한 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)는 레이저에 의하여 제거되므로 서로 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있다. 이에 따라 몰드 제조용 레이어(210, 220)를 위하여 다양한 물질이 사용될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 레이저에 의하여 몰드 제조용 홈(230)이 형성된다. 몰드 제조용 홈(230)의 형성을 위하여 앞서 도 1d 또는 도 1e를 통하여 설명된 바와 같이 액체 젯 또는 호모지나이져를 이용하여 몰드 제조용 홈(230)이 형성될 경우 밑면은 평평하고 측면은 밑면에 수직인 몰드 제조용 홈(230)이 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)에 형성된다.
또한 하나의 몰드 제조용 레이어(220)가 다른 하나(210)의 일부 영역 상에 형성되므로 하나의 몰드 제조용 홈(230)은 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)를 관통하고, 다른 하나의 몰드 제조용 홈(230)은 하나의 몰드 제조용 레이어(220)만을 관통한다.
도면에는 도시되지 않았으나 도 1c를 통하여 설명된 바와 같이 초점의 위치에 따라 광폭 및 세기가 변하는 레이저가 사용될 경우 몰드 제조용 레이어(210, 220)에 밑면은 평평하고 측면은 밑면에 경사진 몰드 제조용 홈이 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)에 형성될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 몰드용 레이어(240)가 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220)의 몰드 제조용 홈들(230)을 덮도록 형성된다. 몰드용 레이어(240)는 일렉트로 플레이팅 공정을 통하여 형성될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 복수의 몰드 제조용 레이어(210, 220) 및 몰드 제조용 기판(200)이 제거되어 밑면이 평평하고 밑면에 수직인 측면을 지닌 돌출부(241)를 포함하는 몰드(240)가 형성된다.
앞서 설명된 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이 본 발명의 몰드 제조 방법을 통하여 다양한 형태의 몰드가 형성될 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법에 대하여 상세히 설명된다.
(제3 실시예)
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 몰드 제조용 기판(200) 및 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260)가 순차적으로 적층된다. 앞서 제1 실시예 및 제2 실시예를 통하여 설명된 바와 같이, 몰드 제조용 기판(200)은 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함한다.
또한 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260)는 제1 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되는 재질을 포함한다. 하나의 몰드 제조용 레이어(250)는 제2 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하고, 하나의 몰드 제조용 레이어(250) 상에 적층된 다른 하나(260)는 제2 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되는 재질을 포함한다.
하나의 몰드 제조용 레이어(250)는 산화 아연과 같은 투명 전도성 물질(Transparent Conductivity Oxide)을 포함하고 다른 하나의 몰드 제조용 레이어(260)는 금속을 포함할 경우, 1064 nm을 지닌 레이저에 의하여 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260)가 제거되고 532 nm를 지닌 레이지에 의하여 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260) 중 다른 하나의 몰드 제조용 레이어(260)가 제거된다.
특히 산화 아연과 같은 투명 전도성 물질이 CVD (Chemical Vapor Deposition) 방법에 의하여 몰드 제조용 기판(200) 상에 형성되면, 몰드 제조용 레이어(250)의 표면에는 요철이 발생한다. 따라서 몰드 제조용 레이어(250) 상에 형성되는 다른 하나의 몰드 제조용 레이어(260)의 표면에도 요철이 발생한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 파장을 지닌 레이저에 의하여 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260)가 제거되고, 제2 파장을 지닌 레이지에 의하여 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260) 중 다른 하나의 몰드 제조용 레이어(260)가 제거된다. 이에 따라 제1 파장을 지닌 레이저에 의하여 제1 몰드 제조용 홈(270a)이 형성되고, 제2 파장을 지닌 레이저에 의하여 제2 몰드 제조용 홈(270b)이 형성된다.
이 때 제1 파장의 레이저 및 제2 파장의 레이저는 동일한 레이저 장치로부터 출력될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 파장을 가변시킬 수 있는 사용되는 레이저 장치가 사용될 수 있으며, 이에 따라 제조 설비를 보다 간단하게 설치할 수 있다.
또한 제1 파장의 레이저 및 제2 파장의 레이저는 서로 다른 레이저 장치로부터 출력될 수도 있다. 즉, 제1 파장의 레이저를 출력하는 레이저 장치와 제2 파장 의 레이저를 출력하는 레이저 장치가 별도로 구비될 수 있다. 이에 따라 제1 몰드 제조용 홈(270a)과 제2 몰드 제조용 홈(270b)이 동시에 형성될 수 있다.
앞서 도 1d 또는 도 1e를 통하여 설명된 바와 같이 액체 젯 또는 호모지나이져를 이용하여 제1 몰드 제조용 홈(270a)이 형성될 경우, 밑면은 평평하고 측면은 밑면에 수직인 제1 몰드 제조용 홈(270a)이 형성된다.
도면에는 도시되지 않았으나 도 1c를 통하여 설명된 바와 같이 초점의 위치에 따라 광폭 및 세기가 변하는 레이저가 사용될 경우 밑면은 평평하고 측면은 밑면에 경사진 제1 몰드 제조용 홈(270a)이 형성될 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 몰드용 레이어(280)가 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260)의 제1 몰드 제조용 홈 및 제2 몰드 제조용 홈(270a, 270b)을 덮는다. 몰드용 레이어(240)는 일렉트로 플레이팅 공정을 통하여 형성될 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 복수의 몰드 제조용 레이어(250, 260) 및 몰드 제조용 기판(200)이 제거되면, 제1 돌출부(281a) 및 제2 돌출부(281b)을 지닌 몰드(280)가 형성된다. 이 때 제1 돌출부(281a)는 제1 몰드 제조용 홈(270a)에 의하여 형성되므로 밑면이 평평하고 밑면에 수직인 측면을 지닌다.
앞서 도 3a를 통하여 설명된 바와 같이, 몰드 제조용 레이어(250)의 표면에 요철이 생성되므로 몰드(280a)의 표면에도 요철이 발생한다. 이 때 제2 몰드 제조용 홈(270b)에 의하여 형성된 제2 돌출부(281b)의 밑면에는 요철이 형성된다. 반면에 제1 몰드 제조용 홈(270a)의 밑면은 평평하므로 제1 몰드 제조용 홈(270a)에 의하여 생성된 제1 돌출부(281a)에는 요철이 없다.
이와 같이 표면에 요철이 생성된 몰드에 의하여 광기전력 장치가 제조될 경우 광기전력 장치에 요철이 생성되므로 요철이 입사되는 빛을 산란시켜 광전변환효율을 증가시킬 수 있다.
제3 실시예를 통하여 다양한 높이의 돌출부를 지닌 몰드의 제조가 가능하다.
앞서 설명된 제1 실시예 내지 제3 실시예와 같이 본 발명의 몰드 제조 방법을 통하여 다양한 형태의 몰드가 형성될 수 있으며, 광기전력 장치뿐만 아니라 MEMS (Microelectromechanical Systems) 제작에도 사용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4h은 본 발명의 실시예에 따른 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 제1 실시예 내지 제3 실시예를 통하여 형성된 몰드(300)가 준비된다.
도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 몰드(300)가 기판(310)을 누르면 몰드(300)의 형상 및 패턴에 따라 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성된다. 기판(310)은 몰드(300)에 가한 압력에 의하여 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 수 있는 다양한 재질을 포함한다. 예를 들어, 기판(310)은 가열된 유리 기판, 폴리머 기판 또는 나노 복합체(nano composit)일 수 있다. 나노 복합체는 분산매질(matrix, 연속상) 속에 나노 입자가 분산상으로 분산되어 있는 계이다. 분산매질은 폴리머, 금속 또는 세라믹일 수 있으며, 나노 입자는 폴리머, 금속 또는 세라믹일 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이 제1 홈(320a)은 트렌치(trench) 형상을 지니며, 제2 홈(320b)은 빛이 투과되는 영역에 해당된다. 도 3c에는 제2 홈(320b)이 원형 형상을 지니고 있으나 다양한 형상을 지는 것이 가능하다. 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)에 대한 설명은 이후에 상세히 이루어진다. 제2 홈(320b)의 형상은 원형 뿐만 아니라 다각형 또한 타원형과 같이 다양한 형상을 지닐 수 있다.
몰드(300)에 의한 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)의 형성은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(310)이 폴리머를 포함할 경우, 폴리머에 열을 가하여 폴리머가 부드러워지면 몰드(300)에 압력을 가하여 폴리머 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 수 있다.
또한 받침대 위에 UV(Ultra violet) 경화성 액상 유리 또는 액상 폴리머가 흘러오면 UV가 투사되어 UV 경화성 액상 유리 또는 액상 폴리머가 경화되는 과정 중에 몰드(300)에 의하여 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 수 있다.
이와 같이 압력을 받은 몰드(300)에 의하여 광기전력 장치의 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 수 있으므로 레이저 스크라이빙(laser scribing)에 의한 홈의 형성이나 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 홈의 형성에 비하여 광기전력 장치의 대량 생산에 적합할 뿐만 아니라 간단한 제조가 가능하고 제조 비용이 감소한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 스크라이빙이나 포토리소그라피 공정에 의한 홈의 형성은 홈(410)의 밑면(411)이 평평하지 않고 홈(410) 주변에 버(burr)(412)가 생길 수 있다. 투과형 광기전력 장치의 경우 밑면(411)이 평평하 지 않으면 투과하는 빛이 산란되므로 시감이 떨어진다. 또한 버(412)는 기판(400) 상에 여러 층들이 형성될 때 막질이 악화되는 원인이 된다. 그러나, 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 몰드(300)의 밑면이 평평하므로 기판(310)에 평평한 밑면을 가진 홈이 형성될 수 있다. 따라서 빛의 산란 또는 버(burr)가 발생하는 것이 방지된다.
도 4a의 몰드(300)가 도 6에 도시된 바와 같이 롤러(500)의 표면에 부착될 경우, 롤러(500)의 회전에 의하여 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 수도 있다. 이와 같이 몰드(300)가 부착된 롤러(500)를 이용하여 기판(310)에 제1 및 제2 홈(320a, 320b)이 형성될 경우 용이하고 저렴하게 광기전력 장치의 대량 생산이 가능하다.
한편, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2 홈(320b)의 폭(Wb)은 제1 홈(320a)의 폭(Wa)보다 작고 제2 홈(320b)의 깊이(Db)는 제1 홈(320a)의 깊이(Da)와 같다. 이와 같이 형성하는 이유는 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)에 비스듬히 증착되는 도전성 물질들이 제1 홈(320a)의 밑면의 일부에는 증착되지만, 제2 홈(320b)의 밑면에 증착되지 않도록 하기 위함이다. 이를 통해 제2 홈(320b)의 밑면의 도전성 물질을 제거하기 위한 식각 공정이 필요없게 되며, 빛의 투과량도 증대된다.
또한 제1 홈(320a)의 폭에 대한 깊이의 비(Da/Wa)는 제2 홈(320b)의 폭에 대한 깊이의 비(Db/Wb)보다 작을 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이 기판(310) 상에 제1 도전성 물질이 기판(310) 윗면에 대하여 제1 각도(θ1)만큼 비스듬히 증착(OD1)되어 제1 전극층(330)이 형성된 다. 증착 공정시 제1 도전성 물질은 직진하므로 제1 도전성 물질이 기판(310) 윗면에 대하여 제1 각도(θ1)만큼 비스듬히 증착(OD1)되면, 제1 전극층(330)은 기판(310)의 윗면, 제1 홈(320a)의 밑면 일부 및 일측면 그리고 제2 홈(320b)의 일측면에 형성된다. 이와 같은 제1 도전성 물질의 증착은 전자빔에 의한 증착, 열증착 또는 젯 스프레이 등과 같이 직진성이 있는 다양한 증착법이 이용될 수 있다. 제1 도전성 물질은 산화아연(Zinc Oxide; ZnO), 산화주석(Tin Oxide; SnO2) 또는 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 기판(310) 및 제1 전극층(330) 상에 빛을전기로 변환하는 광전변환층(340)이 형성된다. 광전변환층(340)은 다양한 물질 및 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광전변환층(340)은 p층-i층-n층으로 이루어진 비정질 단일접합구조를 가질 수도 있고, 복수의 p층-i층-n층 접합 구조의 비정질 다중접합 구조를 가질 수도 있다. 여기서 p층은 3족 불순물이 도핑된 반도체층이고, i층은 진성 반도체층이며, n층은 5족 불순물이 도핑된 반도체층이다.
도 4f에 도시된 바와 같이, 광전변환층(340)상에 제2 도전성물질이 기판(310) 윗면에 대하여 제2 각도(θ2)만큼 비스듬히 증착(OD2)되어 제2 전극층(350)이 형성된다. 이 때 제2 도전성 물질은 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b) 안에서 제1 도전성 물질의 맞은 편에 증착된다.
증착 공정시 제2 도전성 물질은 직진하므로 제2 도전성 물질이 기판(310) 윗면에 대하여 제2 각도(θ2)만큼 비스듬히 증착(OD2)되면, 제1 전극층(330)은 기판(310)의 윗면에 해당되는 영역, 제1 전극층(330)이 형성되지 않은 제1 홈(320a) 의 밑면 일부 상에 해당되는 영역(351) 및 제1 홈(320a)의 타측면(353) 그리고 제2 홈(320b)의 타측면(355)의 일부에 형성된다.
제2 도전성 물질의 증착 역시 전자빔에 의한 증착, 열증착 또는 젯 스프레이 등과 같은 다양한 증착법이 이용될 수 있다. 제2 도전성 물질은 알루미늄(Al), 은(Ag), 아연(Zn), 또는 크롬(Cr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4g에 도시된 바와 같이, 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b) 내부의 광전변환층(340)이 수직으로 식각된다. 이에 따라 제1 홈(320a)의 내부에 위치한 제1 전극층(330)이 노출되고, 제2 홈(320b)의 내부의 기판(310)이 노출된다. 이와 같이 제2 홈(320b)의 내부의 기판(310)이 식각에 의하여 노출되므로 기판(310) 및 제2 홈(320b)을 통하여 빛이 투과될 수 있다.
이와 같은 식각 공정에서 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b) 내부의 제2 전극층(340)은 광전변환층(340)의 식각을 위한 마스크로 사용된다. 광전변환층(340)의 식각은 반응성 이온 식각법(Reactive Ion Etching; RIE) 등과 같은 건식 식각 방법이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극층(340)이 식각을 위한 마스크로 사용되므로 별도의 마스크없이 광전변환층(340)의 식각이 가능할 뿐만 아니라 플라즈마를 이용한 화학적 기화가공법 (Chemical Vaporization Machining)이나 레이저 빔을 이용한 레이저 패터닝에 비해 세밀한 식각이 가능하다.
이 때, 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b) 내부에 위치하는 광전변환층(340)의 식각은 순차적으로 이루어질 수도 있고 동시에 이루어질 수도 있다.
도 4h에 도시된 바와 같이, 제1 홈(320a) 내부의 제1 전극층(330) 및 제2 전극층(340)이 전기적으로 연결되도록 제3 도전 물질이 기판(310) 윗면에 대하여 제3 각도(θ3)만큼 비스듬히 증착(OD3)되어 도전층(360)이 형성된다. 도전층(360)의 형성에 의하여 제1 전극층(330) 및 제2 전극층(340)이 전기적으로 연결되도록 인접한 광기전력층(340)을 포함하는 태양 전지 셀들이 직렬로 연결된다. 제3 도전성 물질의 증착 역시 전자빔에 의한 증착, 열증착 또는 젯 스프레이 등과 같은 다양한 증착법이 이용될 수 있다. 한편, 제2 홈(320b)의 밑면에는 도전층(360)이 형성되지 않고 제2 홈(320b)의 측면 상에 도전층(360)이 형성된다. 이에 따라 제1 홈(320a)으로는 빛이 투과되지 않으나 제2 홈(320b)을 통하여 빛이 투과된다. 제3 도전성 물질은 알루미늄(Al), 은(Ag), 아연(Zn), 또는 크롬(Cr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
앞서 도 1a 내지 도 1g를 통하여 설명된 바와 같이 밑면이 평평한 몰드 제조용 홈(120)으로 만들어진 몰드가 광기전력 장치의 제조에 사용되므로 제2 홈(320b)의 밑면 역시 평평하게 된다. 이에 따라 제2 홈(320b)을 통하여 빛이 투과할 때 빛의 산란이 방지되어 우수한 특성의 투과형(See-Through Type) 광기전력 장치가 제공될 수 있다.
또한 도 4a 내지 도 4h에 도시된 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)은 밑면에 수직인 측면을 지니나, 도 1c에 도시된 몰드 제조용 홈(120)을 통하여 몰드가 제조될 경우 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)은 밑면에 경사진 측면을 지닐 수 있다.
아울러 도 1c 및 도 1d를 통하여 설명된 바와 같이 밑면에 수직인 측면을 지 닌 몰드 제조용 홈(120)을 통하여 몰드가 제조될 경우 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)은 밑면에 수직인 측면을 지니므로 제1 도전성 물질 내지 제3 도전성 물질이 경사지게 증착되는 과정을 보다 쉽게 제어할 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이 제1 홈(320a) 및 제2 홈(320b)의 형상이 다를 경우 종래에는 포토리소그라피 공정이나 레이저 스크라이빙 공정이 사용되었으나 본 발명의 경우 몰드가 사용되므로 쉽고 저렴하게 광기전력 장치를 대량 생산할 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 광기전력 장치 제작용 몰드를 이용하여 기판 위에 제1 홈과 제2 홈 등을 형성한 후에 이온 밀링(ion milling), ICP, RIE 등의 식각 방법으로 상기한 제1 홈과 제2 홈이 형성된 폴리머 층을 식각하면 폴리머층의 요철 형상을 유리 기판에 전사시킬 수가 있다. 이때 폴리머층과 유리기판의 식각 속도 차이에 의해 홈의 깊이를 조절할 수가 있다. 이러한 방법으로도 광기전력 장치용의 기판 제작이 가능하다.
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 포함 되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 5는 레이저 스크라이빙이나 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 홈을 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 몰드가 롤러의 표면에 부착된 것은 나타낸다.
Claims (29)
- 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계;상기 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 몰드 제조용 레이어를 형성하는 단계;상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 상기 몰드 제조용 레이어에 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계;몰드용 레이어가 상기 몰드 제조용 홈를 덮는 단계; 및상기 몰드 제조용 기판 및 상기 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함하는 몰드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 몰드 제조용 기판은 유리 또는 투명 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 몰드 제조용 레이어는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈의 밑면은 평평한 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈의 측면은 상기 몰드 제조용 홈의 밑면에 수직한 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1항 또는 제5항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈은 액체 젯 안으로 투사되는 레이저 또는 호모지나이저를 통과한 레이저에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 몰드는 몰드 제조용 홈에 의하여 형성된 돌출부를 포함하며,상기 인접한 돌출부들 사이의 영역에는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 몰즈 제조 방법.
- 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계;상기 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하 는 복수의 몰드 제조용 레이어를 형성하며, 상기 복수의 몰드 제조용 레이어 중 하나의 몰드 제조용 레이어를 다른 하나의 몰드 제조용 레이어의 일부 상에 형성하는 단계;상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 관통하는 몰드 제조용 홈과 상기 하나의 몰드 제조용 레이어를 관통하는 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계;몰드용 레이어가 상기 몰드 제조용 홈들을 덮는 단계; 및상기 몰드 제조용 기판 및 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함하는 몰드 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 복수의 몰드 제조용 레이어는 서로 다른 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 몰드 제조용 기판은 유리 또는 투명 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 복수의 몰드 제조용 레이어는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈들의 밑면은 평평한 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈들의 측면은 상기 몰드 제조용 홈들의 밑면에 수직한 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제8항 또는 제13항에 있어서,상기 몰드 제조용 홈들은 액체 젯 안으로 투사되는 레이저 또는 호모지나이저를 통과한 레이저에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제1 파장을 지닌 레이저 및 제2 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판이 준비되는 단계;상기 몰드 제조용 기판 상에 복수의 몰드 제조용 레이어를 형성하는 단계;상기 제1 파장을 지닌 레이저를 조사하여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 제1 몰드 제조용 홈을 형성하고, 상기 제2 파장을 지닌 레이저를 조사하 여 상기 복수의 몰드 제조용 레이어 중 하나의 몰드 제조용 레이어 상에 형성된 다른 하나를 제거하여 제2 몰드 제조용 홈을 형성하는 단계;몰드용 레이어가 상기 제1 및 제2 몰드 제조용 홈들을 덮는 단계; 및상기 몰드 제조용 기판 및 상기 복수의 몰드 제조용 레이어를 제거하여 몰드를 형성하는 단계를 포함하는 몰드 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 제1 파장은 1064nm이고, 상기 제2 파장은 532nm인 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 제1 파장의 레이저 및 상기 제2 파장의 레이저는 동일한 레이저 장치로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 제1 파장의 레이저 및 상기 제2 파장의 레이저는 서로 다른 레이저 장치로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 하나의 몰드 제조용 레이어와 상기 다른 하나의 몰드 제조용 레이어는 서로 다른 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 몰드는 상기 제1 몰드 제조용 홈 및 상기 제2 몰드 제조용 홈에 의하여 형성된 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하며,상기 제2 돌출부의 밑면에 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조 방법.
- 특정 파장을 지닌 레이저에 의하여 제거되지 않는 재질을 포함하는 몰드 제조용 기판 상에 상기 레이저에 의하여 제거되는 물질을 포함하는 몰드 제조용 레이어를 형성하고, 상기 몰드 제조용 레이어에 상기 레이저를 조사하여 몰드 제조용 홈을 형성한 후, 상기 몰드 제조용 홈를 덮는 몰드용 레이어에 의하여 형성된 몰드를 준비하는 단계;상기 몰드가 기판을 눌러 제1 홈 및 제2 홈을 형성하는 단계;상기 기판 상에 제1 도전성 물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제1 각도만큼 비스듬히 증착하여 제1 전극층을 형성하는 단계;상기 기판 및 상기 제1 전극층 상에 빛을 전기로 변환하는 광전변환층을 형성하는 단계;상기 광전변환층상에 제2 도전성물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제2 각도만 큼 비스듬히 증착하여 제2 전극층을 형성하는 단계;상기 제1 홈 및 상기 제2 홈 내부의 상기 광전변환층을 식각하는 단계;태양 전지 셀들이 직렬 연결되도록 상기 제1 홈 내부의 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층이 전기적으로 연결되도록 제3 도전 물질을 상기 기판 윗면에 대하여 제3 각도만큼 비스듬히 증착하여 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 제1 홈은 트렌치 형상을 지니고, 상기 제2 홈은 빛이 투과되는영역에 해당되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 몰드는 가열된 유리 기판 또는 폴리머 기판을 눌러 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 몰드는 받침대 위에 UV 경화성 액상 유리 또는 액상 폴리머가 흘려오면 UV가 투사되어 UV 경화성 폴리머가 경화되는 과정 중에 상기 폴리머에 상기 제1 및 상기 제2 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 몰드는 롤러의 표면에 부착되고,상기 롤러에 부착된 상기 몰드가 상기 기판을 눌러 상기 제1 홈과 상기 제2 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 제2 홈의 폭은 상기 제1 홈의 폭보다 작고, 상기 제2 홈의 깊이는 상기 제1 홈의 깊이와 같은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 광전변환층의 식각에 의하여 상기 제2 홈의 내부의 기판이 노출되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 식각 과정에서 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈 내부의 상기 제2 전극층은 상기 광전변환층의 식각을 위한 마스크로 사용되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 제1 홈의 폭에 대한 깊이의 비는 상기 제2 홈의 폭에 대한 깊이의 비보 다 큰 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
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| KR1020090045802A KR101188278B1 (ko) | 2009-05-26 | 2009-05-26 | 몰드 제조 방법 및 그 몰드를 이용한 광기전력 장치의 제조 방법 |
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| JP2009053271A (ja) | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | モールドの形成方法、回折格子の形成方法、および分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
-
2009
- 2009-05-26 KR KR1020090045802A patent/KR101188278B1/ko not_active IP Right Cessation
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