KR101237726B1 - 레이저 유도 붕괴 분광법을 이용한 ｃｉｇｓ 박막 내 물질 분포의 실시간 측정 시스템 - Google Patents

레이저 유도 붕괴 분광법을 이용한 ｃｉｇｓ 박막 내 물질 분포의 실시간 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CIGS 박막 태양전지의 연속생산 공정 라인 상에서 실시간으로 CIGS 박막의 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 공정제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CIGS 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여 상기 CIGS 박막으로부터 플라즈마를 발생시키는 레이저 조사부와 상기 플라즈마로부터 발생하는 분광을 검출하는 분광 검출 광학부를 포함하는 헤더; 상기 CIGS 박막의 이동속도 및 이동방향과 동일한 속도 및 방향으로 상기 헤더를 이동시키는 헤더 이송부; 및 상기 분광 검출 광학부에 의해 검출된 분광을 분석하는 분광 분석부를 포함하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 CIGS 박막 태양전지 연속생산 공정에서 실시간으로 CIGS 박막의 물질분포를 측정할 수 있어, CIGS 박막 태양전지의 성능과 품질을 평가함에 소요되는 노력과 시간을 절약할 수 있고, 효율적으로 일정한 품질의 CIGS 박막 태양전지를 생산하는데 유용하게 이용될 수 있다.

Description

레이저 유도 붕괴 분광법을 이용한 ＣＩＧＳ 박막 내 물질 분포의 실시간 측정 시스템{Real-time analysis system for profiling the elemental components of CIGS thin film using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy}
본 발명은 CIGS 박막 내의 물질 분포를 측정하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 유도 붕괴 분광법을 이용하여 CIGS 박막 태양전지의 연속 제조라인에서 CIGS 박막 내의 물질 분포를 실시간으로 측정하는 시스템에 관한 것이다.
레이저 조사 시 발생되는 플라즈마는 물질에 따라 특정한 파장의 빛을 방출하므로, 이 빛을 수집하여 물질의 구성 성분을 정성적 또는 정량적으로 분석할 수 있다. 수집된 빛을 이용하여 물질의 구성 성분을 분석하는 방법의 하나인 레이저 유도 붕괴 분광법(이하, LIBS라 한다.)은 고 출력의 레이저를 사용하여 일종의 방전현상인 붕괴(breakdown)를 발생시켜 생성되는 플라즈마를 여기원으로 사용하는 분광 분석 기술이다. 레이저에 의해 유도된 플라즈마 속에서 시료는 증기화되어 원자 및 이온은 여기 상태로 존재할 수 있다. 여기 상태의 원자 및 이온은 일정 수명 이후 에너지를 방출하며 다시 바닥 상태로 돌아가는데, 이때 원소의 종류 및 여기 상태에 따라 고유의 파장을 방출한다. 따라서 방출되는 파장의 스펙트럼을 해석하면 물질의 구성 성분을 정성적 또는 정량적으로 분석할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 LIBS의 작동 원리를 표현한 예시도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 단계 (1)과 같이 펄스 레이저를 조사하여 미소한 분량(수 ㎍)의 재료를 어블레이션(ablation, 레이저에 의해 물질이 용융 및 증발되면서 제거되는 현상)시키면, 어블레이션 된 재료는 레이저 에너지를 흡수함으로써 매우 짧은 시간(보통 수 나노초 이내) 안에 이온화가 일어나게 되고, 단계 (2)에서와 같은 약 15000K 이상의 고온 플라즈마가 형성된다. 레이저 펄스가 종료되면, 고온의 플라즈마가 냉각되면서 플라즈마 내에 존재하는 각 원소별로 그에 해당하는 특정한 분광을 내게 되는데, 이때 발생하는 분광을 단계 (3)에서와 같은 분광분석 장치를 사용하여 수집하여 분석함으로써 단계 (4)와 같은 각 원소의 고유한 분광데이터를 얻게 되고, 이러한 데이터의 분석을 통해 재료 내에 포함된 물질의 성분 조성 및 양을 측정할 수 있다.
LIBS 기술은 ①전체 측정에 소요되는 시간이 1초 이내라는 점, ②측정을 위한 별도의 샘플링 및 전처리 과정이 필요없다는 점, ③1회 측정에 아주 미소량(수 ㎍)의 재료만이 소요되므로 깊이 방향으로 재료를 어블레이션시키면서 ㎚ 단위의 정밀도로 재료의 원소 구성을 측정할 수 있다는 점, ④측정을 위한 별도의 환경이 필요하지 않고, 공기 중에서 측정이 가능하다는 점, ⑤불활성 기체를 제외한 모든 원소를 ppm 정밀도로 분석해 낼 수 있다는 점 및 ⑥비교적 저렴한 비용으로 설비를 구성할 수 있다는 점에서 다른 측정 기술과 차별된다.
도 2는 LIBS와 다른 측정 기술을 비교한 도표이다.
도 2를 참조하면, 물질 분포의 측정에 흔히 이용되는 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry), AES(Atomic Emission Spectroscopy), EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), GD-MS(Glow Discharge Mass Spectrometry) 등은 고진공을 필요로 하기 때문에 연구실 수준에서만 측정이 가능할 뿐, 현실적으로 제조라인에의 적용이 불가능하다. 이외에 널리 사용되는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)의 경우 분석할 시편을 용매에 녹인 후 분석하여야 하는 어려움이 있으므로 역시 제조라인에서의 적용은 불가능하다. 현재, 사용의 간편함 때문에 연구실이나 현장에서 태양전지 소재의 물질분석에 많이 활용되고 있는 XRF(X-ray Fluorescence)의 경우 비교적 저렴한 가격에 공기 중에서 측정이 가능한 장점이 있기는 하지만, ①Na, O, N, C, B, Be, Li 등과 같은 가벼운 원소들의 측정이 거의 불가능하기 때문에 소자효율에 결정적인 영향을 주는, CIGS 박막 내 Na 함량 측정이 불가능한 점, ②XRF의 깊이방향 정밀도가 최대 약 1μm 정도 밖에 되지 않기 때문에 두께가 2μm인 CIGS 박막에서 깊이 방향으로 원소분포를 측정하는 것이 불가능하다는 점 및 ③측정되는 fluorescence 신호가 실제 박막에서 나오는지 기판에서 나오는지를 구분하기가 용이하지 않다는 점에서 CIGS 박막의 물질 분포를 측정하는데 기술적인 한계점을 가지고 있다.
일반적으로 반도체 태양전지는 p-n접합을 이루는 반도체 다이오드에 빛이 조사되면 전자가 생성되는 광기전 효과(photovaltic effect)를 이용하여 태양광을 직접 전기로 변환하는 소자로 정의할 수 있다. 가장 기본적인 구성 요소로는 전면전극, 후면전극 그리고 이들 사이에 위치하는 광흡수층 등 3 부분으로 구별된다. 이 중 가장 중요한 소재는 광전변환효율의 대부분을 결정하는 광흡수층이며, 이 소재에 따라 태양전지가 여러 종류로 분류된다. 이 광흡수층의 소재가 Ⅰ­Ⅲ­Ⅵ2 화합물인 Cu(In,Ga)Se2로 이루어진 것을 특히 CIGS 박막 태양전지라고 하는데, 상기 CIGS 박막 태양전지는 고효율 및 저가형 태양전지로 최근 전 세계적으로 치열한 경쟁이 이루어지고 있고, 태양전지 분야에서 결정질 실리콘 태양전지를 대체할 가장 확실한 2세대 태양전지로 주목받고 있으며, 최고효율이 20.6%로 단결정 실리콘 소자에 가장 근접한 효율을 나타내고 있다.
도 3은 CIGS 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 CIGS 박막 모듈의 제작 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
CIGS 박막 태양전지는 먼저, 기판 위에 Mo층, CIGS층, CdS층 및 TCO층을 순차적으로 증착시킴으로써 제작되어 지는데, 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 기판 위에 후면전극층인 Mo를 증착시키고, 스크라이빙 공정을 통해 패턴을 형성(P1 scribing)한 후, 패턴이 형성된 Mo층 위에 흡수층인 CIGS층과 CdS 버퍼층을 순차적으로 증착시키고, 스크라이빙 공정을 통해 패턴을 형성(P2 scribing)한 다음, 다시 CdS층 위에 TCO(transparent conductive oxide)층과 Ni/Al의 전면전극 그리드(grid)를 순차적으로 증착하고, 마지막으로 스크라이빙 공정을 진행하여 패턴을 형성(P3 scribing)함으로써 CIGS 박막 모듈을 제작한다. 상기와 같은 스크라이빙 공정은 태양전지의 면적이 커지면서 면저항의 증가로 인한 효율 감소를 방지하기 위하여 일정한 간격으로 직렬 연결되도록 패터닝하는 공정으로서, P1, P2 및 P3의 총 3회에 걸쳐 이루어진다. 종래, P1 스크라이빙은 레이저로, P2 및 P3 스크라이빙은 기계적인 방법으로 패터닝하였으나, 최근에는 P1, P2 및 P3 스크라이빙을 모두 레이저로 패터닝하는 기술이 개발되고 있다.
이러한 CIGS 박막 태양전지의 경우, 박막의 두께(1 ~ 2.2㎛)나 소자의 구조뿐만 아니라, 다원화합물인 CIGS 박막을 구성하는 물질의 조성 및 박막 내에서의 원소 분포가 광흡수율 및 광전변환 효율에 결정적인 영향을 미치는 것으로 보고되고 있고, 기판으로 일반적으로 많이 이용되고 있는 소다회(soda-lime) 유리로부터 공정 중에 CIGS 광흡수층으로 확산된 나트륨(Na)이, 박막의 전하농도를 증가시키거나(Nakada et al., Jpn. J. Appl. Phys., 36, 732 (1997)), CIGS 단일 결정립의 크기(grain size)를 증가시켜 조성 변화에 따른 구조적인 특성변화를 줄여주어 광전변환 효율을 향상시킨다고 보고되고 있다(Rockett et al., Thin Solid Films 361-362(2000), 330; Probst et al., Proc. of the First World Conf. on Photovoltaic Energy, Conversion (IEEE, New York, 1994), p.144). 상기와 같은 보고들은 CIGS 박막 태양전지 생산라인에서의 품질관리를 위해서는 박막 내 물질분포 측정을 통해 광흡수층의 화학적 특성이 제어될 필요가 있음을 시사한다.
한편, CIGS 박막 태양전지의 연속생산 공정은 크게, 소다회 유리와 같은 경화소재기판을 사용하는 롤투플레이트(Roll-to-Plate, 이하, R2P라 한다.) 공정과 스테인리스스틸, Ti, Mo, Cu 등의 금속 박판 또는 폴리이미드와 같은 폴리머 필름 등의 유연소재기판을 사용하는 롤투롤(Roll-to-Roll, 이하, R2R이라 한다.) 공정으로 구분된다. 출원일 현재 이러한 연속생산 공정의 라인에는 제품의 성능에 큰 영향을 미치는 CIGS 박막의 물리화학적 특성을 실시간으로 측정할 수 있는 시스템이 구비되지 않은 실정이어서, 상기와 같은 물리화학적 특성은 연구개발 단계에서 미리 결정된 값에 의존할 수 밖에 없다. 또한, 실제 생산 공정에서 목표하는 물리화학적 규격을 벗어나더라도 별도의 확인이 불가능하며, 최종적으로 완성된 제품의 평가 단계에서 성능 및 품질의 저하를 통해 발견될 수 밖에 없고, 상당한 제품의 손실이 발생하게 된다. 상기와 같은 연속생산 공정에서는 이러한 제품의 성능 및 품질저하를 유발하는 물리화학적인 변수를 파악하는데 상당한 노력과 시간이 소요되어, 궁극적으로 가격상승 및 경쟁력 저하가 유발되는 바, 이러한 연속생산 공정 라인 상에서 전처리 과정없이 실시간으로 형성된 CIGS 박막의 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 공정제어 시스템의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 목적은 CIGS 박막 태양전지의 연속생산 공정 라인 상에서 실시간으로 CIGS 박막의 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 공정제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 CIGS 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여 상기 CIGS 박막으로부터 플라즈마를 발생시키는 레이저 조사부와 상기 플라즈마로부터 발생하는 분광을 검출하는 분광 검출 광학부를 포함하는 헤더; 상기 헤더의 상부에 결합되어 상기 CIGS 박막의 이동속도 및 이동방향과 동일한 속도 및 방향으로 상기 헤더를 이동시키는 헤더 이송부; 및 상기 분광 검출 광학부와 전기적으로 연결되어, 상기 분광 검출 광학부에 의해 검출된 분광을 분석하는 분광 분석부를 포함하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템을 제공한다.
본 발명의 시스템은 CIGS 박막 태양전지 연속생산 공정에서 실시간으로 CIGS 박막의 물질분포를 측정할 수 있어, CIGS 박막의 물리화학적인 특성을 보다 정밀하고 정확하면서도 빠르게 측정할 수 있는 바, 제품의 성능과 품질을 평가함에 소요되는 노력과 시간을 절약할 수 있고, 효율적으로 일정한 품질의 CIGS 박막 태양전지를 생산하는데 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 LIBS의 작동 원리를 표현한 예시도이다.
도 2는 LIBS와 다른 측정 기술을 비교한 도표이다.
도 3은 CIGS 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 CIGS 박막 모듈의 제작 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템을 도시한 예시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 빔 조사위치 조정부가 추가적으로 구비된 시스템을 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 지표 인식 광학부가 추가적으로 구비된 시스템을 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 도 5 내지 도 7에 도시된 레이저 조사부를 보다 상세히 도시화한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 헤더 및 헤더 이송부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 빔 조사위치 조정부에 의하여 레이저 빔의 조사 위치가 미세하게 조정되는 원리를 도시한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템이 (a)R2R 및 (b)R2P 연속생산 공정에 적용된 예를 도시화한 예시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 한정되지 아니하고, 다른 균등물 또는 대체물을 포함할 수 있다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호들은 동일한 구성요소들을 나타내며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템을 도시한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템(1)은 헤더(100), 헤더 이송부(200) 및 분광 분석부(300)를 포함한다. 상기 헤더(100)는 그 상부가 상기 헤더 이송부(200)에 결합되고, CIGS 박막(5)에 레이저 빔을 조사하고, CIGS 박막(5)으로부터 발생되는 플라즈마의 분광을 검출한다. 또한, 헤더 이송부(200)는 상기 헤더(100)를 CIGS 박막(5)의 이송과 연동하여 이송시킨다. 따라서, 상기 헤더(100)는 상기 헤더 이송부(200)의 이송에 따라 CIGS 박막(5)와 연동하여 함께 이송된다. 또한, 상기 분광 분석부(300)는 상기 헤더(100)로부터 전달되는 분광 정보를 분석하고, CIGS 박막(5)을 구성하는 물질의 화학적 또는 물리적 분포의 이상 여부를 감지한다.
먼저, 상기 헤더(100)는 레이저 조사부(10)와 분광 검출 광학부(20)로 구성된다.
상기 레이저 조사부(10)는 헤더 이송부(200)에 연결되고, CIGS 박막(5)에 특정 레이저를 조사한다. 상기 레이저 조사부(10)를 통해 출력되는 레이저 빔의 종류는 생산되는 CIGS 박막(5)의 특성에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있다. 상기 레이저 조사부(10)를 통한 레이저 빔의 조사에 의하여 CIGS 박막(5)으로부터 플라즈마가 발생된다. 특히, CIGS 박막(5)의 재질 및 화학적 조성에 따라 조사되는 레이저 빔은 CIGS 박막(5)의 어블레이션이 용이하도록 적절히 선택되어지는 것이 바람직하다.
상기 분광 검출 광학부(20)는 상기 헤더 이송부(200)에 연결되고, 레이저 조사부(10)와 인접한 위치에 배치된다. 특히, CIGS 박막(5)으로부터 발생되는 플라즈마의 분광 성분을 감지하기에 적절한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 헤더 이송부(200)는 CIGS 박막의 이송에 연동되어 이송된다. 예컨대, 특정 방향으로 CIGS 박막(5)이 수평 이동하는 경우, 상기 헤더 이송부(200)는 CIGS 박막(5)과 동일한 속력(V)과 방향(D)으로 함께 이송되면서, 이송 중인 CIGS 박막(5)의 동일한 위치에 레이저 빔을 지속적으로 조사하고 분광을 검출할 수 있도록 상기 헤더(100)를 CIGS 박막(5)의 상부에 배치되도록 한다.
상기 분광 분석부(300)는 상기 헤더(100)와 연결된다. 보다 구체적으로, 헤더(100)를 구성하는 상기 분광 검출 광학부(20)와 전기적을 연결되어, 상기 분광 검출 광학부(20)에서 감지된 분광을 분석한다. 예컨대, 상기 분광 검출 광학부(20)에서 감지된 분광이 CIGS 박막(5)을 구성하는 물질에 따른 고유 LIBS 강도(intensity) 정보를 포함하는 경우, 상기 분광 분석부(300)는 이를 분석하여 CIGS 박막(5)의 구성 성분의 비율 및 분포를 파악하고, 제조된 CIGS 박막(5)의 화학적 조성 또는 물리적 분포의 오류 내지 적합성 여부를 판단한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 빔 조사위치 조정부가 추가적으로 구비된 시스템을 도시한 예시도이다.
도 6을 참조하면, 도 6에 개시된 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템은 상기 도 5에 개시된 바와 동일한 구성요소를 가지고, 상기 헤더(100)에 빔 조사위치 조정부(30)가 추가된다.
상기 빔 조사위치 조정부(30)는 레이저 조사부(10)가 헤더 이송부(200)에 고정된 상태에서 CIGS 박막(5)에 레이저 빔이 조사되는 위치를 미세하게 조정한다. 즉, 레이저 빔의 조사 위치는 헤더 이송부(200)의 이송에 따라 1차적으로 셋팅된다. 또한, 상기 헤더 이송부(200)가 셋팅된 위치에서 미세한 조사 위치의 조정이 필요한 경우, 상기 빔 조사위치 조정부(30)는 조사되는 레이저 빔의 반사각을 조절함으로써 레이저 빔의 조사위치를 조정할 수 있다.
예컨대, 상기 도 6에서는 "┛" 형태로 배치된 빔 조사위치 조정부(30)에서, 헤더 이송부(200)와 수평한 부분은 반사경으로 구성되고 상기 반사경의 각도 조절을 통해 레이저 빔의 조사위치가 조정될 수 있다. 상기 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템을 측면도로 표현한 도 6에서는 상기 헤더 이송부(200)와 수평한 부분인 반사경이 상하로 움직일 수 있음이 표현되어 있을 뿐이지만, 상기 반사경은 측면도 상의 전후좌우로도 움직일 수 있다. 다양한 수단의 빔 조사위치 조정부(30)의 도입을 통하여 레이저 빔의 조사위치는 2차적으로 조정될 수 있고, 특히, 상기 빔 조사위치 조정부(30)는 당업계에서 일반적으로 통용되는 '갈바노메터'일 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 지표 인식 광학부가 추가적으로 구비된 시스템을 도시한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 도 6에 개시된 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템은 상기 도 5에 개시된 바와 동일한 구성요소를 가지고, 상기 헤더(100)에 지표 인식 광학부(40)가 추가된다. 따라서, 상기 도 5 또는 도 6과 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하고, 추가된 지표 인식 광학부에 대해 설명한다.
상기 지표 인식 광학부(40)는 상기 헤더 이송부(200)에 연결된다. 상기 지표 인식 광학부(40)는 당업계에서 '비젼(vision)'으로 지칭되는 요소일 수 있다. 즉, CIGS 박막(5)의 이미지가 캡쳐 또는 저장된 상태에서 CIGS 박막(5)의 표면 이미지를 촬영하고, 기 저장된 CIGS 박막(5)의 표면 이미지와 비교하여 레이저 빔이 조사되는 위치를 결정할 수 있다. 다양한 수단의 지표 인식 광학부(40)의 도입을 통하여 CIGS 박막(5) 내 레이저 빔이 조사된 위치가 결정될 수 있고, 이를 통하여 사용자가 원하는 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 도 5 내지 도 7에 도시된 레이저 조사부를 보다 상세히 도시화한 예시도이다.
도 8을 참조하면, 상기 레이저 조사부(10)는 레이저부(110) 및 자동초점화부(120)로 구성된다.
상기 레이저부(110)는 레이저 빔을 생성하거나, 생성된 레이저 빔을 상기 자동초점화부(120)에 전달한다. 특히, 상기 레이저부(110)에는 CIGS 박막(5)을 어블레이션시킬 수 있는 모든 종류의 레이저가 이용될 수 있으나, 상기 레이저부(110)에는 ND:YAG 레이저, Nd:YLF 레이저 및 ND:YV04 레이저로 구성되는 레이저 군에서 선택되는 어느 하나의 레이저가 이용되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 레이저부(110)에는 ND:YAG 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 상기 자동초점화부(120)는 상기 레이저부(110)에서 공급되는 레이저 빔의 초점을 조정한다. 특히, 레이저 빔의 초점은 상기 자동초점화부(120)를 통해 자동으로 조정될 수 있다. 이를 위해 상기 도 5 내지 도 8에는 도시되지 아니하나, 레이저 빔의 초점을 센싱할 수 있는 별도의 센싱 장치가 구비되고, 이를 통해 전달되는 초점 정보를 이용하여 상기 자동초점화부(120)는 레이저 빔의 초점을 조정할 수 있다.
또한, 상기 레이저 빔의 조사위치는 도 6 및 도 7에 개시된 상기 빔 조사위치 조정부(30)의 반사경의 각도를 조정함으로써 CIGS 박막(M)의 이동방향(D)과 동일한 방향(d)뿐만 아니라, 상기 CIGS 박막의 이동방향(D)을 기준으로 -180° 내지 +180°의 범위 내에서 조정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템에서 헤더 및 헤더 이송부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9를 참조하면, 상기 헤더 이송부(200)는 상기 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 동일한 방향(d)으로, 상기 CIGS 박막(5)의 이동속도(V)과 동일한 속도(v)로 상기 헤더(100)를 이송시킨다. 따라서, 상기 헤더(100)를 구성하는 레이저 조사부(10) 및 분광 검출 광학부(20) 등은 상기 CIGS 박막(5)의 이동속도(V)와 동일한 속도 및 방향으로 이송된다.
상기 헤더 이송부(200)는, 고정된 플랫폼(500)에서 상기 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 동일한 방향으로 형성되어 있는 헤더 이송로(400)를 따라 이송된다. 상기 헤더 이송로(400)는 상기 고정된 플랫폼(500) 상에서 상기 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 수직인 방향으로 움직일 수 있고, 상기 헤더 이송로(400)가 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 수직인 방향으로 움직임으로 인하여, 헤더(100) 또한 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 수직인 방향으로 움직일 수 있다. 즉, 상기 레이저 조사부(10)에서 조사되는 레이저 빔의 조사 위치는, 헤더 이송부(200), 및 CIGS 박막(5)의 이동방향(D)과 수직인 방향으로 움직일 수 있는 헤더 이송로(400)에 의하여 거동(global positioning)될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 빔 조사위치 조정부에 의하여 레이저 빔의 조사 위치가 미세하게 조정되는 원리를 도시한 예시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 빔 조사위치 조정부(30)의 반사경의 각도를 조정함으로써 CIGS 박막(M)의 이동방향(D)과 동일한 방향(d)뿐만 아니라, 상기 CIGS 박막의 이동방향(D)을 기준으로 -180° 내지 +180°의 범위 내에서 조정될 수 있다. 비록, 도 10에는 상기 CIGS 박막의 이동방향(D)을 기준으로 -90° 및 +90°의 방향으로 조정될 수 있음을 도시하고 있지만, 이에 한정되지 아니한다.
도 11은 본 발명의 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템이 (a)R2R 및 (b)R2P 연속생산 공정에 적용된 예를 도시화한 예시도이다.
도 11을 참조하면, 상기 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템(S)은 CIGS 연속생산 공정인 R2R 또는 R2P 공정에 적용될 수 있다. 상기 공정의 종류는 제조되는 CIGS 박막(5)에 이용되는 기판의 종류에 따라 달라진다. 상기 CIGS 박막(5)이 소다회 유리와 같은 경화소재기판을 사용하는 R2P 공정에 상기 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템(S)이 적용된다. 반면에, 상기 CIGS 박막(5)이 스테인리스스틸, Ti, Mo, Cu 등의 금속 박판 또는 폴리이미드와 같은 폴리머 등의 유연소재기판을 사용하는 R2R 공정에 상기 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템(S)이 적용된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
1 : CIGS 박막 물질 분포 실시간 측정 시스템
5 : 박막
100 : 헤더 200 : 헤더 이송부
300 : 분광 분석부 400 : 헤더 이송로
500 : 플랫폼
10 : 레이저 조사부 20 : 분광 검출 광학부
30 : 빔 조사위치 조정부 40 : 지표 인식 광학부
110 : 레이저부 120 : 자동초점화부
D : 박막의 이동 방향 V : 박막의 이동 속도
d : 헤더 이송부의 이동 방향 v : 헤더 이송부의 이동 속도

Claims (6)

  1. 일 방향으로 연속하여 이송 중인 CIGS 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여 상기 CIGS 박막으로부터 플라즈마를 발생시키는 레이저 조사부와 상기 플라즈마로부터 발생하는 분광을 검출하는 분광 검출 광학부를 포함하는 헤더;
    상기 헤더의 상부에 결합되고, 상기 CIGS 박막의 이송과 연동하여 상기 CIGS 박막의 이동속도 및 연속 이동방향과 동일한 속도 및 방향으로 상기 헤더를 이동시키는 헤더 이송부; 및
    상기 분광 검출 광학부와 전기적으로 연결되어, 상기 분광 검출 광학부에 의해 검출된 분광을 분석하는 분광 분석부를 포함하고,
    상기 헤더가 상기 헤더 이송부에 의해 상기 CIGS 박막의 이송과 연동되어 이동됨으로써, 이송 중인 CIGS 박막의 동일한 위치에서 지속적으로 레이저 빔을 조사하고 분광을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 조사부는 레이저를 생성하는 레이저부; 및
    상기 레이저부에서 공급되는 레이저 빔의 초점을 조절하는 자동초점화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 헤더는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절하기 위한 빔 조사위치 조정부를 추가적으로 포함하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 빔 조사위치 조정부는 갈바노메터(galvanometer)인 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 레이저 빔의 조사 위치는 CIGS 박막의 이동방향(D)을 기준으로 -180° 내지 +180°의 범위 내인 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 헤더는 상기 레이저 빔이 조사된 위치를 추적하기 위한 지표를 인식하는 지표 인식 광학부를 추가적으로 포함하는 CIGS 박막 물질 분포의 실시간 측정 시스템.
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