KR101234056B1 - 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정은 로딩된 기판 상에 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계, 상기 몰디브덴층의 상부에 CIG 층, 셀레늄(Se) 및 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 버퍼층의 상측에 산화아연(ZnO)층을 형성하는 단계 및 상기 산화아연(ZnO)층의 상부에 AZO(Aluminum Zinc Oxide)층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계 내지 상기 AZO층을 형성하는 단계는 진공펌프를 포함하는 공정 챔버에 의해 진공상태에서 수행되는 것을 기술적 특징으로 하며, CIGS 태양전지의 셀 및 모듈 공정을 진공 상태에서 인라인 공정을 수행하여, 증착 공정을 단순화하는 것을 기술적 목적으로 한다.
Description
본 발명은 씨아이지에스(편의상 이하 CIGS라 기재) 박막 태양전지의 증착 공정에 관한 것으로, 더 상세하게는 CIGS 태양전지의 층, 셀 및 모듈 형성을 진공상태의 인라인 공정으로 수행하는 기술에 관한 것이다.
최근 친환경적인 전기발생장치를 개발하기 위한 대체에너지 중, 태양광을 이용한 기술이 다양하게 개발되고 있으며, 이를 위해 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
종래 태양전지는 실리콘 결정에 의해 제조되었는데, 실리콘 웨이퍼 원자재 부족과 원가 상승 및 낮은 효율 때문에 태양전지의 공급이 원활하지 못한 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 박막형 태양전지의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이중 CIGS 박막 태양전지는 구리, 인듐, 칼륨, 셀레늄의 4가지 원소가 합쳐저서 구성되는 화합물 박막이 형성된 태양전지이다.
종래, CIGS 박막 태양전지는 유리기판 위에 몰리브덴 층을 구성하고, 그 위에 CIGS 광흡수층을 형성하게 되는데, 이러한 CIGS는 태양광 흡수율이 뛰어난 것으로 알려져 있다.
또한, CIGS 광흡수층의 상측에 버퍼층 및 투명전도성산화막(TCO) 등의 다층을 형성된다.
종래 CIGS 박막 태양전지의 제조 공정에 있어, CIGS 흡수층을 형성 시, 복수 타겟 물질을 이용한 E-beam 및 증발 증착 공정으로 CIG 층을 형성하고, 셀레늄 증착 후, 후열 처리를 하여, CIGS 층을 형성하고, 버퍼층의 경우, CdS의 독성물질로 비진공 습식공정으로 형성함에 따라 전체 공정이 복잡하며, 500℃의 높은 기판 온도를 형성하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 일부 스퍼터 공정을 이용하는 경우에도 후열처리 및 습식 공정이 수행되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,
본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정의 목적은 CIGS 태양전지의 셀 및 모듈 공정을 진공 상태에서 인라인 공정을 수행하여, 증착 공정을 단순화하는데 있다.
다른 목적은, DC스퍼터링 방식으로 몰디브덴 층을 형성하는데 있다.
또 다른 목적은, CIG 층, 셀레늄(Se) 및 버퍼층을 스퍼터링 방식으로 크렉커-셀 또는 열 증발 증착시켜 형성하는데 있다.
또 다른 목적은, 황화아연(ZnS) 또는 InS로 구성된 버퍼층을 형성하는데 있다.
또 다른 목적은, 스퍼터링 방식으로 AZO 층을 형성하는데 있다.
또 다른 목적은, 셀을 형성하도록 태양 전지층을 레이저 및 기계적으로 스크라이빙하는데 있다.
또 다른 목적은 AR 층을 형성하여, 광 이용률을 증가시키는데 있다.
본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정은 로딩된 기판 상에 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계, 상기 몰디브덴층의 상부에 CIG 층, 셀레늄(Se) 및 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 버퍼층의 상측에 산화아연(ZnO)층을 형성하는 단계 및 상기 산화아연(ZnO)층의 상부에 AZO(Aluminum Zinc Oxide)층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계 내지 상기 AZO층을 형성하는 단계는 진공펌프를 포함하는 공정 챔버에 의해 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정은, CIGS 박막 태양전지의 층, 셀 및 모듈의 형성을 진공상태에서 연속적으로 수행함으로써, 증착 공정 온도를 감소시키고, 증착공정을 단순화하여, 생산 효율을 높이며, 환경오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 코팅막을 균일하게 형성함으로써, PV 흡수층의 특성을 안정화하여, CIGS 박막 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정의 전체 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 스크라이빙 공정의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 스크라이빙 공정의 개념도.
이하, 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
[도 1]은 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정의 전체 흐름도이며, 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정에는 진공 챔버, 마그네틱 캐소스, DC-pulse 및 RF 파워, 크렉커 셀, 캐리어 이송 장치, 급속열처리 장치, 진공펌프, 레이저 스크라이빙 장치, CIG 타겟 등의 장비가 이용된다.
먼저, 진공펌프가 포함된 진공 챔버에 기판(1)을 로딩시키는 단계를 수행한다.(S10)
본 발명에 따른 상기 기판의 재질은 유리가 이용되는데 이에 한정되지 않고, 기타 유연성 있는 고분자 재질이나 스테인레스 박판을 사용할 수도 있다.
다음으로, 로딩된 기판 상에 몰디브덴(Mo)층(3)을 형성하는 단계를 수행한다.(S20)
본 발명에 따른 상기 S20 단계는 DC스퍼터링 방식으로 수행되며, 기판의 온도는 150~350℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 몰디브덴층(3)은 전극으로서 비저항이 낮아야 하며, 열팽창계수의 차이로 인한 박리 현상이 일어나지 않도록 상기 기판상에 접착되는 성질이 우수하며, 본 발명에 따른 몰디브덴층(3)은 Na doped Mo로 교체 가능하며, Na doped Mo로 교체 시, 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 레이저 스크라이빙 장치를 이용하여, 비진공 상태에서 형성된 상기 몰디브덴층(3)을 1차스크라이빙하는 단계를 수행한다.(S30)
상기 S30 단계는 [도 2]에 도시된 바와 같이, 상기 S20 단계에서 증착된 몰디브덴층(3)을 스크라이빙하는 단계를 말한다.
이러한 스크라이빙 공정은 진공 또는 비진공 공정에서 가능하며, 비진공으로 수행 시, 오염물질 제거 측면에서 효율적이나 비용과 공간적인 확대가 요구되며, 비진공의 변환은 버퍼 챔버를 통하여, 진공 변화의 차이를 최소화하는 것이 바람직하다
다음으로, 진공 상태에서 상기 몰디브덴층(3)의 상부에 CIG층(5)을 형성하는 단계를 수행한다.(S40)
본 발명에 따른 상기 S40 단계는 DC스퍼터링 방식으로, 100~200℃의 기판온도에서 CIG 층을 증착하는 것이 바람직하다.
다음으로, 진공상태에서 상기 CIG층(5)의 상부에 셀레늄(Se)층을 형성하는 단계를 수행한다.(S50)
본 발명에 따른 상기 S50 단계는 상기 CIG 층 상부에 RF스퍼터링 방식으로, 300~450℃의 기판온도에서 셀레늄(Se)을 증착하는 것이 바람직하며, 이때, 급속열처리(RTP)장치는 Se 증착 장비에 함께 포함되는 것이 바람직하다.
상기 S40 및 S50 단계를 통해, CIGS 흡수층이 형성되는 것이다.
다음으로, 상기 셀레늄의 상부에 버퍼층(7)을 순차적으로 형성하는 단계를 수행한다.(S60)
본 발명에 따른 상기 S60 단계는 상기 셀레늄(Se)의 상부에 RF스퍼터링 방식으로, 100~200℃의 기판온도에서 황화아연(ZnS)으로 구성된 버퍼층(7)을 증착하는 하는 것이 바람직하며, 상기 버퍼층(7)은 황화아연(ZnS) 대신 InS로 교체가 가능하다.
이러한 상기 버퍼층(7)은 상기 CIGS 흡수층(5)에서 생성된 전자를 모이게 하는 역할을 한다.
다음으로, 레이저 및 기계적 스크라이빙 장치를 이용하여, 진공 또는 비진공 상태에서 형성된 상기 CIGS 흡수층(5) 및 버퍼층(7)을 2차스크라이빙하는 단계를 수행한다.(S70)
다음으로, 상기 버퍼층(7)의 상측에 산화아연(ZnO)층(9)을 형성하는 단계를 수행한다.(S80)
본 발명에 따른 상기 S80 단계는 DC-pulse 및 RF 스퍼터링 방식으로, 100~200℃의 기판온도에서 산화아연층(9)을 증착하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 산화아연층(9)은 또 다른 N층의 역할을 하며, 전자가 더욱 잘 모이도록 하며, TCO층의 스퍼터링 시, CIGS층(5) 및 버퍼층(7)을 보호하는 역할을 한다.
다음으로, 레이저 및 기계적 스크라이빙 장치를 이용하여, 진공 또는 비진공 상태에서 형성된 상기 CIGS층(5), 버퍼층(7) 및 산화아연층(9)을 3차스크라이빙하는 단계를 수행한다.(S90)
다음으로, 상기 산화아연(ZnO)층의 상부에 AZO(Aluminum Zinc Oxide)층을 형성하는 단계를 수행한다.(S100)
본 발명에 따른 상기 S100 단계는 DC&DC-pulse를 이용한 스퍼터링 방식으로, 150~300℃의 기판온도에서 Al2O3가 2% 도핑된 AZO층을 증착하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 AZO층은 투명 전극층 박막이며, 전기를 모으도록 도와주며, 빛을 투과하며, 전자들을 도선에 모아주는 역할을 한다.
다음으로, 상기 AZO층 상부에 DC스크라이빙 방식으로 이산화규소(SiO2)로 구성된 AR층을 상온의 기판온도로 형성하는 단계를 수행한다.(S110)
본 발명에 따른 상기 AR층의 이산화규소는 광이용을 증가시키는 역할을 하며, 상기 S110 단계의 완료 후, 기판을 언로딩하는 단계를 수행한다.(S120)
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정을 적용하면, CIGS 박막 태양전지의 층, 셀 및 모듈의 형성을 진공상태에서 연속적으로 수행함으로써, 증착 공정 온도를 감소시키고, 증착공정을 단순화하여, 생산 효율을 높이며, 환경오염을 최소화할 수 있는 효과를 누릴 수 있는 것이다.
더불어, 코팅막을 균일하게 형성함으로써, PV 흡수층의 특성을 안정화하여, 태CIGS 박막 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 누릴 수 있는 것이다.
이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정으로 구현할 수 있다.
1 : 기판층
3 : 몰디브덴층
5 : CIS층 또는 CIGS 흡수층
7 : 버퍼층
9 : ZnO층
3 : 몰디브덴층
5 : CIS층 또는 CIGS 흡수층
7 : 버퍼층
9 : ZnO층
Claims (10)
- 로딩된 기판 상에 상기 기판의 온도 150~350℃에서 DC스퍼터링 방식으로 나트륨(Na)이 도핑된 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계;
상기 몰디브덴층의 상부에 상기 기판의 온도 100~200℃에서 상기 DC스퍼터링 방식으로 CIG 층을 증착하고, 상기 CIG 층 상부에 상기 기판의 온도 300~450℃에서 RF스퍼터링 방식으로 셀레늄(Se)을 증착하며, 상기 셀레늄(Se) 상부에 상기 기판의 온도 100~200℃에서 상기 RF스퍼터링 방식으로 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 버퍼층의 상측에 상기 기판의 온도 100~200℃에서 DC-pulse 및 RF 스퍼터링 방식으로 산화아연(ZnO)층을 형성하는 단계;
상기 산화아연(ZnO)층의 상부에 상기 기판의 온도 150~300℃에서 DC&DC-pulse를 이용한 스퍼터링 방식으로 Al2O3가 2% 도핑된 AZO(Aluminum Zinc Oxide)층을 형성하는 단계; 및
상기 AZO층의 상부에 상온에서 이산화규소(SiO2)로 구성된 AR층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계 내지 상기 AZO층을 형성하는 단계는 진공펌프를 포함하는 공정 챔버에 의해 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 황화아연(ZnS) 또는 InS로 구성된 것을 특징으로 하는 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계 이후에,
레이저 스크라이빙 장치를 이용하여 상기 몰디브덴층을 1차스크라이빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정. - 제1항에 있어서,
상기 CIG 층, 셀레늄(Se) 및 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계 이후에,
레이저 및 기계적 스크라이빙 장치를 이용하여 상기 CIGS층 및 버퍼층을 2차스크라이빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정. - 제1항에 있어서,
상기 산화아연(ZnO)층을 형성하는 단계 이후에,
레이저 및 기계적 스크라이빙 장치를 이용하여 상기 CIGS층, 버퍼층 및 산화아연층을 3차스크라이빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨아이지에스 박막 태양전지의 증착 공정. - 삭제
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