KR101261509B1 - 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광흡수막을 형성하는 공정에서 스퍼터링을 이용하여 광흡수막을 형성함으로써 대량생산이 용이하도록 한 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한, 본 발명 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법은, 진공 챔버에 기판을 로딩시키는 단계; 상기 기판상에 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계; 레이저 스크라이빙 장치를 이용하여, 상기 몰디브덴층을 상기 기판이 노출되도록 스크라이빙하는 단계; 진공 상태에서 상기 몰디브덴층 상부에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 셀레늄(Se) 타겟을 이용하여 셀레늄(Se)층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기, CIG(Cu-In-Ga) 타겟의 조성이 Cu는 0.7 ~ 0.75이고, In은 1.2 ~ 1.4이며, Ga은 0.2 ~ 0.25인 물질을 이용하여 증착하여 CIGS 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광흡수막을 형성하는 공정에서 스퍼터링을 이용하여 광흡수막을 형성함으로써 대량생산이 용이하도록 한 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법에 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 박막형 태양전지(이하, CIGS)는 구리, 인듐, 칼륨, 셀레늄의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물 박막이 형성된 태양전지이다.
일반적으로 CIGS는 유리기판 위에 몰리브덴층을 구성하고, 그 위에 CIGS 광흡수층을 형성하게 되는데, 이러한 CIGS는 태양광 흡수율이 뛰어난 것으로 알려져 있다.
이러한 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법으로는 진공증착법과 스퍼터링법이 있다.
앞에서도 설명한 바와 같이 CIGS 형성에 있어서 가장 중요한 공정은 CIGS 흡수막을 형성하는 공정이며, 효율이 좋은 결과는 3단계 공정을 이용하는 진공증착법에 의한 방법이다.
대한민국 등록특허 10-1056132호(2011년 8월 11일 공고)에서는 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 대하여 설명하고 있으나, 이러한 진공증착법에 의한 박막형 태양전지, CIGS의 경우에는 대량생산에 있어 많은 제약이 따르며, 높은 온도 공정을 요구하고 있는 문제점이 있었다.
한편, 대량생산을 위해서는 이를 해결하기 위한 방법으로 스퍼터 증착이 제안되고 있으나 기술 공개가 되어 있지 않고, 효과적인 CIGS 광흡수 조성을 갖는 물질을 형성하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
이러한, 스퍼터 공정에서는 Cu-In-Ga의 금속 물질을 이용한 금속화합물 증착과 Se 증착을 통한 CIGS 형성과, Cu-In-In-Se 단일 타겟을 이용한 CIGS 광흡수막을 형성하는 공정의 2가지로 나눌 수 있다.
스퍼터 증착으로 형성되는 코팅막의 경우 일반적으로 타겟의 조성이 그대로 증착이 되나, In 및 Ga의 끊는 점이 Cu에 비해 매우 낮아 증착율의 현저한 차이를 보이기 때문에 최적의 조성을 이용한 타겟을 활용, 증착하는 제어 공정 기술을 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 광흡수막을 형성하는 공정에서 스퍼터링을 이용하여 광흡수막을 형성함으로써 대량생산이 용이하도록 한 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법은, 진공 챔버에 기판을 로딩시키는 단계; 상기 기판상에 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계; 레이저 스크라이빙 장치를 이용하여 상기 몰디브덴층을 상기 기판이 노출되도록 스크라이빙하는 단계; 진공 상태에서 상기 몰디브덴층 상부에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 셀레늄(Se) 타겟을 이용하여 셀레늄(Se)층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기, CIG(Cu-In-Ga) 타겟의 조성이 Cu는 0.7 ~ 0.75이고, In은 1.2 ~ 1.4이며, Ga은 0.2 ~ 0.25인 물질을 이용하여 증착하여 CIGS 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, CIG층을 형성하는 단계와, 상기 셀레늄(Se)층을 형성하는 단계에서 상기 CIG층은 마그네틱 스퍼터링으로 형성하고, 상기 셀레늄(Se)층은 상기 마그네틱 스퍼터링, PECVD 및 열 증발 증착 중 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, CIG층 형성시 증착되는 Ga는 0.27 내지 0.32의 증착 비율로 증착되도록 하며, 상기 기판의 온도를 50~120℃로 기판온도에 변화를 주면서 0.01 내지 0.04 정도로 증착하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 Se 증착을 통한 상기 CIGS 흡수층 형성시, PECVD 증착과 수직 열 증발 증착을 통한 CIGS흡수층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, CIGS 광흡수층 형성 시 스퍼터링법을 이용함으로써 CIGS 박막 태양전지의 대량 생산이 용이하다.
둘째, 진공증착법에 비해 낮은 온도에서 제조가 가능하므로 작업 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지 증착 공정에는 진공 챔버, 마그네틱 캐소드, DC-pulse 및 RF 파워, 열처리 장치, 진공펌프, CIG 및 CIGS 타겟, Se타겟 및 레이저 스크라이빙 장치가 이용된다.
먼저, 진공펌프가 포함된 진공 챔버에 기판을 로딩시킨다(S10). 본 발명에 따른 기판의 재질은 유리가 이용되는데 이에 한정되지 않고, 기타 유연성 있는 고분자 재질이나 스테인리스 박판을 사용할 수도 있다.
다음으로, 로딩된 기판상에 몰디브덴(Mo)층을 형성한다(S20). 이때, 몰디브덴층은 DC스퍼터링 방식으로 수행할 수 있다. 이러한 몰디브덴층은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고, 열팽창계수의 차이로 인한 박리 현상이 일어나지 않도록 상기 기판상에 접착되는 성질이 우수하며, Na doped Mo로 교체 가능하며, Na doped Mo로 교체 시, 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 레이저 스크라이빙 장치를 이용하여, 몰디브덴층을 통상의 스크라이빙 방식으로 기판이 노출되도록 스크라이빙한다(S30). 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 몰디브덴층 상부에 CIG층을 형성한다(S40). 이때, CIG 타겟을 이용한다. 이때, 마그네틱 스퍼터링 방식을 이용하며,CIG(Cu-In-Ga) 타겟의 조성이 Cu는 0.7 ~ 0.75이고, In은 1.2 ~ 1.4이며, Ga은 0.2 ~ 0.25인 물질을 이용하여 증착하는 것이 바람직하다. 이때, CIG층 형성시 Ga 스퍼터링 시에는 50~120℃로 기판온도에 변화를 주면서 0.01 내지 0.04 정도의 미량으로 증착하는 것이 바람직하다.
다음으로, 진공상태에서 CIG층의 상부에 셀레늄(Se) 타겟을 이용하여 셀레늄층을 형성하여 CIG타겟과 Se 타겟 스퍼터링에 의한 CIGS 광흡수층을 형성한다(S50). 또한, 이 경우 Se의 증착은 마그네틱 스퍼터링 방법에 한정하지 않으며, PECVD 및 열 증발 증착을 통하여 후 열처리 없이 저온(450℃ 이하)에서 CIGS흡수층을 형성하는 것을 포함한다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (4)
- 진공 챔버에 기판을 로딩시키는 단계;
상기 기판상에 몰디브덴(Mo)층을 형성하는 단계;
레이저 스크라이빙 장치를 이용하여, 상기 몰디브덴층을 상기 기판이 노출되도록 스크라이빙하는 단계;
진공 상태에서 상기 몰디브덴층 상부에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 마그네틱 스퍼터링, 셀레늄(Se) 타겟을 이용하여 셀레늄(Se)층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 CIG층은 마그네틱 스퍼터링으로 형성하되, 상기 기판의 온도를 50℃ 내지 120℃로 변화를 주면서 타겟의 조성을 0.01 내지 0.04로 상하 미량 조정이 가능하도록 증착하고,
상기 셀레늄(Se)층은 상기 마그네틱 스퍼터링, PECVD 및 열 증발 증착 중 하나로 450℃ 이하의 저온에서 형성하며,
상기, CIG(Cu-In-Ga) 타겟의 조성이 Cu는 0.7 ~ 0.75이고, In은 1.2 ~ 1.4이며, Ga은 0.2 ~ 0.25인 물질을 이용하여 증착하여 CIGS 흡수층을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 Se 증착을 통한 상기 CIGS 흡수층 형성시, PECVD 증착과 수직 열 증발 증착을 통한 CIGS흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조 방법.
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