KR101269009B1 - Ｃｉｇｓ계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

Ｃｉｇｓ계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀렌화 공정시 카세트에 적재된 각 기판에 균일한 공정 가스를 도달시킬 수 있도록 한 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치는 카세트 출입구를 가지며 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버; 상기 카세트 출입구를 개방시키거나 폐쇄하는 도어; 복수의 기판이 적재되어 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입되며, 상기 셀렌화 공정시 상기 복수의 기판 사이사이에 상기 공정 가스를 분사하는 카세트; 및 상기 열처리 공간으로 반입된 상기 카세트에 도킹(Docking)되어 외부의 가스 공급부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 카세트에 공급하는 적어도 하나의 도킹 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＣＩＧＳ계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법{APPARATUS AND METHOD THERMAL PROCESSING FOR CIGS-BASED COMPOUND SOLAR CELL}
본 발명은 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
태양 전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 태양 전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업용 발전설비까지 폭넓게 이용된다. 또한, 최근 친환경 대체 에너지의 필요성이 증가함에 따라 태양 전지에 대한 관심이 고조되고 있다.
태양 전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(nagative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다.
이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
상기 박막형 태양 전지는 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양 전지와 화합물 박막형 태양 전지로 나눌 수 있고, 그 중 화합물 박막형 태양 전지는 다시 Ⅱ-Ⅵ 태양 전지, I-Ⅲ-Ⅵ(CIGS) 태양 전지 등으로 분류할 수 있다.
상기 CIGS 태양 전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.
도 1은 종래의 CIGS 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 CIGS 태양 전지는 기판(1) 상에 형성된 후면 전극층(2), 후면 전극층(2) 상에 형성된 광흡수층(3), 광흡수층(3) 상에 형성된 버퍼층(4), 및 버퍼층(4) 상에 형성된 전면 전극층(5)을 구비한다.
기판(1)은 탄산나트륨 라임 유리(soda lime glass)가 될 수 있다.
후면 전극층(2)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되어 정극성(+) 전극으로 사용된다.
광흡수층(3)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.
버퍼층(4)은 ZnS 또는 CdS 등의 재질로 이루어진다.
전면 전극층(5)은 ZnO:Al 등의 투명한 재질로 형성되어 부극성(-) 전극으로 사용된다.
상기의 광흡수층(3)은 전구체 형성 공정과 셀렌(Selen)화 공정을 거쳐 형성될 수 있다.
상기 전구체 형성 공정은 스퍼터링(Spattering) 공정을 이용해 후면 전극층(2) 상에 구리층, 인듐층, 및 갈륨층으로 이루어진 다층의 전구체층을 형성한다.
셀렌화 공정은 셀레늄(Se) 가스 분위기에서 다층의 전구체층을 열처리함으로써 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄의 물질을 포함하는 CIGS계 화합물로 이루어진 광흡수층(3)을 형성한다.
도 2는 도 1에 도시된 광흡수층을 형성하기 위한 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치는 퍼니스 챔버(Furance Tube; 10), 석영 튜브(20), 히터(30), 도어(Door)(40), 가스 공급부(50), 및 카세트(60)를 구비한다.
퍼니스 챔버(10)는 상기 카세트(60)가 반입되거나 반출되는 카세트 출입구(12)을 포함하도록 형성되어 CIGS계 화합물 태양 전지의 광흡수층을 형성하기 열처리 공간을 제공한다. 예를 들어, 퍼니스 챔버(10)는 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성된다.
석영 튜브(20)는 상기 열처리 공간을 감싸도록 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어 퍼니스 챔버(10)의 내벽에 설치된다. 이러한 석영 튜브(20)는 공정 가스와 퍼니스 챔버(10)의 화학적인 반응을 방지함으로써 공정 가스에 의한 퍼니스 챔버(10)의 손상 및 부식을 방지한다.
히터(30)는 석영 튜브(20)을 감싸도록 퍼니스 챔버(10) 내부에 설치되어 상기 열처리 공간을 열처리 온도로 가열하거나 열처리 온도 이상으로 유지시킨다.
도어(40)는 퍼니스 챔버(10)의 카세트 출입구(12)에 여닫이가 가능하도록 설치되어 카세트 출입구(12)를 개방하거나 폐쇄한다. 이를 위해, 상기 카세트 출입구(12)에 마주보는 도어(40)의 내벽에는 밀봉 부재(42)가 설치된다. 상기 밀봉 부재(42)는 도어(40)에 의해 카세트 출입구(12)의 폐쇄시 퍼니스 챔버(10)와 도어(40) 사이를 밀봉한다.
상기 카세트 출입구(12)에 대응되는 도어(40)의 내벽에는 석영 블록(44)이 설치되고, 상기 석영 블록(44)은 공정 가스와 도어(40)의 화학적인 반응을 방지함으로써 공정 가스에 의한 도어(40)의 손상 및 부식을 방지한다.
가스 공급부(50)는 도어(40)에 의해 밀봉된 열처리 공간에 공정 가스를 주입한다. 즉, 가스 공급부(50)는 공정 가스는 도어(40)에 인접한 퍼니스 챔버(10)에 형성된 가스 주입구(52)를 통해 공정 가스를 열처리 공간으로 주입한다. 이때, 공정 가스는 황화수소(H2S) 또는 셀렌화 수소(H2Se) 등이 될 수 있다.
카세트(60)는 복수의 기판(S)이 적재된 상태로 카세트 출입구(12)를 통해 열처리 공간으로 반입된다. 이를 위해, 카세트(60)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 육면체 형태로 형성되되 상하좌우 측면 각각과 전후 측면 각각이 개구된 철골 구조를 갖는다. 그리고, 카세트(60)는 상측 프레임에 형성된 복수의 슬릿(62), 및 하측 프레임에 형성된 복수의 기판 지지 슬롯(64)을 구비한다.
복수의 슬릿(62)에는 수직한 상태의 기판(S) 각각이 삽입되고, 복수의 기판 지지 슬롯(64)은 복수의 슬릿(62) 각각에 삽입된 복수의 기판(S) 각각의 하면을 지지한다. 이에 따라, 복수의 기판(S) 각각은 수직한 상태로 세워져 카세트(60)에 적재된다.
이와 같은 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 이용한 열처리 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도어(40)를 열어 퍼니스 챔버(10)의 카세트 출입구(12)를 개방한다.
다음, 카세트 출입구(12)를 통해 복수의 기판(S)이 적재된 카세트(60)를 열처리 공간으로 반입한다. 이때, 카세트(60)에 적재된 기판(S) 각각에는 전술환 다층의 전구체층이 형성되어 있다.
다음, 도어(40)를 닫아 퍼니스 챔버(10)의 카세트 출입구(12)를 폐쇄함으로써 열처리 공간을 밀봉한다.
다음, 진공 펌프(미도시)를 이용해 열처리 공간에 소정의 진공 분위기를 형성한다.
다음, 가스 공급부(50)를 이용해 열처리 공간에 공정 가스를 주입함과 아울러 히터(30)를 이용해 열처리 공간을 가열하여 전술한 셀렌화 공정을 수행함으로써 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄의 물질을 포함하는 CIGS계 화합물로 이루어진 광흡수층을 형성한다.
이와 같은, 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 가스 주입구를 통해 열처리 공간으로 공정 가스를 주입하기 때문에 가스 주입구에 가까운 영역과 상대적으로 먼 영역 간에 발생되는 공정 가스의 균일도 차이가 발생하게 된다.
따라서, 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 각 기판(S)에 도달하는 공정 가스의 량이 불균일함으로써 셀렌화 공정에 의해 형성되는 광흡수층의 균일도가 저하될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀렌화 공정시 카세트에 적재된 각 기판에 균일한 공정 가스를 도달시킬 수 있도록 한 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치는 카세트 출입구를 가지며 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버; 상기 카세트 출입구를 개방시키거나 폐쇄하는 도어; 복수의 기판이 적재되어 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입되며, 상기 셀렌화 공정시 상기 복수의 기판 사이사이에 상기 공정 가스를 분사하는 카세트; 및 상기 열처리 공간으로 반입된 상기 카세트에 도킹(Docking)되어 외부의 가스 공급부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 카세트에 공급하는 적어도 하나의 도킹 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 카세트는 복수의 기판이 삽입되는 복수의 슬릿을 가지는 상측 프레임; 상기 복수의 기판을 지지하는 복수의 기판 지지 슬롯을 가지도록 형성되어 상기 상측 프레임에 마주보는 하측 프레임; 상기 상측 프레임과 하측 프레임의 일측에 결합된 한 쌍의 전면 지지대; 상기 상측 프레임과 하측 프레임의 타측에 결합된 한 쌍의 후면 지지대; 및 상기 적어도 하나의 도킹 부재에 도킹되도록 상기 상측 프레임에 설치되어 상기 가스 공급부로부터 공정 가스가 공급되는 적어도 하나의 도킹 노즐 부재; 및 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 연통되도록 상기 상측 프레임에 일정한 간격으로 설치되어 상기 기판 사이사이에 공정 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 바(Bar)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 장치는 상기 퍼니스 챔버의 내벽에 설치된 석영 튜브; 상기 석영 튜브를 감싸도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 히터; 및 상기 도어의 내벽에 설치된 석영 블록을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법은 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버의 카세트 출입구를 개방하는 단계; 복수의 기판이 적재된 카세트를 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입하는 단계; 외부의 가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 도킹 부재와 상기 카세트를 도킹(Docking)시키는 단계; 도어를 이용해 상기 카세트 출입구를 폐쇄하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 도킹 부재를 통해 상기 카세트에 공정 가스를 공급하여 상기 카세트에 적재된 복수의 기판 사이사이에 공정 가스를 분사함과 아울러 상기 열처리 공간을 가열하여 상기 셀렌화 공정을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 카세트는 상기 적어도 하나의 도킹 부재에 도킹되는 적어도 하나의 도킹 노즐 부재; 및 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 연통되어 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재를 통해 공급되는 상기 공정 가스를 상기 복수의 기판 사이사이에 분사하는 복수의 가스 분사 바(Bar)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 공정 가스는 상기 복수의 가스 분사 바 각각에 형성된 복수의 가스 분사 홀을 통해 분사되며, 상기 복수의 가스 분사 홀은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 좁은 간격을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 공정 가스는 상기 복수의 가스 분사 바 각각에 형성된 복수의 가스 분사 홀을 통해 분사되며, 상기 복수의 가스 분사 홀은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 넓은 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 도킹 부재는 상기 도어에 설치되어 상기 도어에 의한 상기 카세트 출입구의 폐쇄시 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 도킹되는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 도킹 부재는 상기 카세트 출입구에 반대되는 상기 퍼니스 챔버의 타측부에 설치되어 상기 열처리 공간으로 반입되는 상기 카세트의 반입시 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 도킹되는 것을 특징으로 한다.
상기 공정 가스는 황화수소 또는 셀렌화수소인 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 카세트에 설치된 가스 분사 바를 통해 기판 사이사이에 공정 가스를 분사함으로써 셀렌화 공정시 복수의 기판 각각에 도달하는 공정 가스의 량을 균일하게 하여 셀렌화 공정에 의해 형성되는 광흡수층의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 CIGS 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 광흡수층을 형성하기 위한 종래의 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 카세트 및 카세트에 적재된 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 카세트 및 카세트에 적재된 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5b에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 가스 분사 홀을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5b에 도시된 Ⅱ-Ⅱ선의 단면 및 도킹 부재를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치는 퍼니스 챔버(110), 도어(140), 카세트(160), 및 적어도 하나의 도킹 부재(180)를 포함하여 구성된다.
퍼니스 챔버(110)는 상기 카세트(160)가 반입되거나 반출되는 카세트 출입구(112)를 포함하도록 형성되어 CIGS계 화합물 태양 전지의 광흡수층을 형성하기 열처리 공간을 제공한다. 예를 들어, 퍼니스 챔버(110)는 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성된다.
상기 퍼니스 챔버(110)의 내벽에는 석영 튜브(120)가 설치된다. 상기 석영 튜브(120)는 상기 열처리 공간을 감싸도록 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어 퍼니스 챔버(110)의 내벽에 설치된다. 이러한 석영 튜브(120)는 공정 가스와 퍼니스 챔버(110)의 화학적인 반응을 방지함으로써 공정 가스에 의한 퍼니스 챔버(110)의 손상 및 부식을 방지한다.
그리고, 상기 퍼니스 챔버(110)의 내부에는 히터(130) 및 단열 부재(135)가 설치된다. 상기 히터(130)는 석영 튜브(120)을 감싸도록 퍼니스 챔버(110) 내부에 설치되어 상기 열처리 공간을 열처리 온도로 가열하거나 열처리 온도 이상으로 유지시킨다. 상기 단열 부재(135)는 히터(130)를 감싸도록 퍼니스 챔버(110) 내부에 설치되어 히터(130)에 가열된 열처리 공간의 온도를 단열한다. 이를 위해, 퍼니스 챔버(110)는 상기 히터(130) 및 단열 부재(135)가 내장될 수 있도록 이중 구조를 갖는다.
한편, 히터(130)는 복수로 분리된 복수의 히팅 영역마다 설치될 수 있으며, 각 히팅 영역 사이사이의 온도를 검출하여 온도 컨트롤러(미도시)의 제어에 따라 각 히팅 영역을 가열할 수 있다.
도어(140)는 퍼니스 챔버(110)의 카세트 출입구(112)에 여닫이가 가능하도록 설치되어 카세트 출입구(112)를 개방하거나 폐쇄한다. 이를 위해, 상기 카세트 출입구(112)에 마주보는 도어(140)의 내벽에는 밀봉 부재(142)가 설치된다. 상기 밀봉 부재(142)는 도어(140)에 의해 카세트 출입구(112)의 폐쇄시 퍼니스 챔버(110)와 도어(140) 사이를 밀봉한다.
상기 카세트 출입구(112)에 대응되는 도어(140)의 내벽에는 석영 블록(144)이 설치되고, 상기 석영 블록(144)은 공정 가스와 도어(140)의 화학적인 반응을 방지함으로써 공정 가스에 의한 도어(140)의 손상 및 부식을 방지한다. 이러한 석영 블록(144)은, 도 4에서 알 수 있듯이, 다층 구조를 가질 수 있다.
카세트(160)는 복수의 기판(S)이 적재된 상태로 카세트 출입구(112)를 통해 열처리 공간으로 반입된다. 즉, 카세트(160)는 카세트 이송 수단(미도시)에 의해 열처리 공간으로 반입되어 열처리 공간의 바닥면에 마련된 카세트 받침대(115)에 안착된다. 이를 위해, 카세트(160)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상측 프레임(161), 하측 프레임(162), 한 쌍의 전면 지지대(163a, 163b), 한 쌍의 후면 지지대(164a, 164b), 복수의 가스 분사 바(Bar; 165), 및 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)를 포함하여 구성된다.
상측 프레임(161)은 사각 프레임 형태로 형성되어 카세트(160)의 상측 구조물을 형성한다. 이러한 상측 프레임(161)의 일측 및 타측 각각에는 복수의 기판(S)이 삽입되는 복수의 슬릿(Slit; 161s)이 형성된다.
하측 프레임(162)은 상측 프레임(161)과 동일한 사각 프레임 형태로 형성되어 카세트(160)의 하측 구조물을 형성한다. 이러한 하측 프레임(162)의 일측 및 타측 각각에는 복수의 기판(S)을 지지하는 복수의 기판 지지 슬롯(Slot; 162s)이 형성된다. 이에 따라, 복수의 기판(S) 각각은 복수의 슬릿(161s)에 삽입되어 복수의 기판 지지 슬롯(162s)에 지지됨으로써 수직하게 세워진 상태로 카세트(160)에 적재된다.
한 쌍의 전면 지지대(163a, 163b) 각각은 상측 프레임(161)과 하측 프레임(162)의 일측 모서리 부분 간에 결합되어 상측 프레임(161)과 하측 프레임(162)을 소정 높이로 지지한다.
한 쌍의 후면 지지대(164a, 164b) 각각은 상측 프레임(161)과 하측 프레임(162)의 타측 모서리 부분 간에 결합되어 상측 프레임(161)과 하측 프레임(162)을 소정 높이로 지지한다.
전술한 상측 프레임(161), 하측 프레임(162), 한 쌍의 전면 지지대(163a, 163b), 및 한 쌍의 후면 지지대(164a, 164b) 각각은 육면체 형태를 가지되 상하좌우 측면 각각과 전후 측면 각각이 개구된 철골 구조를 갖는다.
한편, 전술한 카세트(160)에 적재된 기판(S) 상에는 후면 전극층과 후면 전극층 상에 형성된 다층의 전구체층이 형성되어 있다.
상기 다층의 전구체층은 구리(Cu), 인듐(In), 및 갈륨(Ga)을 포함하여 이루어지거나, 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄을 포함하여 이루어질 수 있다.
복수의 가스 분사 바(165) 각각은 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 연통되도록 상측 프레임(161)의 개구부에 일정한 간격으로 설치됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)를 통해 공급되는 공정 가스(PG)를 복수의 기판(S) 사이사이에 분사한다. 이를 위해, 복수의 가스 분사 바(165) 각각은 몸체(165a), 중공부(165b), 및 복수의 가스 분사 홀(165c)을 포함하여 구성된다.
몸체(165a)는 일자 형태로 형성되어 상측 프레임(161)의 개구부에 일정한 간격으로 설치된다.
중공부(165b)는 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 연통되도록 몸체(165a) 내부에 형성된다.
복수의 가스 분사 홀(165c) 각각은 중공부(165b)에 연통되도록 몸체(165a)의 하면에 형성되어 중공부(165b)를 통해 공급되는 공정 가스(PG)를 기판(S) 사이사이에 분사한다. 이때, 복수의 가스 분사 홀(165c) 각각에서 분사되는 공정 가스의 분사 량은 가스 공급부(150)와의 거리, 즉 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)와의 거리에 상관없이 일정한 가스 량으로 분사된다. 이를 위해, 일 실시 예에 따른 복수의 가스 분사 홀(165c)은, 도 7a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 좁은 간격(L1 내지 Ln)을 가지도록 형성되거나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 넓은 직경(Φ1 내지 Φn)을 가지도록 형성될 수 있다. 다른 일 실시 예에 따른 복수의 가스 분사 홀(165c)은 도시하지 않았지만, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 좁은 간격과 넓은 직경을 가지도록 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 복수의 기판(S) 각각은 후면 전극층과 후면 전극층에 형성된 다층의 전구체층을 포함하여 이루어져, 수직하게 세워진 상태로 카세트(160)에 적재되는데, 셀렌화 공정시 복수의 가스 분사 바(165)로부터 분사되는 공정 가스가 상기 다층의 전구체층에 직접적으로 도달하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 각 기판(S)은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 다층의 전구체층(▨; PL)이 복수의 가스 분사 바(165) 각각의 하부에 대응되는 가스 분사 영역에 마주보도록 카세트(160)에 적재되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 가스 분사 바(165) 각각은 복수의 기판(S) 각각에 형성된 다층의 전구체층(PL)에 공정 가스를 분사하게 된다.
다시 도 5a에서, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)는 상측 프레임(161)의 일측면에 설치되어 적어도 하나의 도킹 부재(180)에 도킹된다. 이를 위해, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출부(167a), 및 오-링(167c)을 포함하여 구성된다.
상기 돌출부(167a)는 연통 홀(167h)을 가지도록 상측 프레임(161)으로부터 소정 길이로 돌출되어 상측 프레임(161) 내부를 통해 복수의 가스 분사 바(165) 각각의 중공부(165a)에 연통된다.
도킹부(167c)는 돌출부(167a)의 측면으로부터 소정의 경사면을 포함하는 원뿔 형태로 오목하게 형성되어 연통 홀(167h)에 연통된다. 이러한 도킹부(167c)에는 도킹 부재(180)가 삽입되어 도킹된다.
오-링(167c)은 돌출부(167a)의 측면에 설치되어 도킹부(167c)에 도킹된 돌출부(167)와 도킹 부재(180)를 밀봉한다.
이와 같은, 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)는 도킹부(167c)를 통해 도킹 부재(180)에 도킹되어 도킹 부재(180)를 통해 공급되는 공정 가스를 복수의 가스 분사 바(165) 각각에 공급함으로써 공정 가스가 복수의 가스 분사 바(165) 각각에 형성된 가스 분사 홀(165c)을 통해 기판(S) 사이사이에 분사되도록 한다.
다시 도 4에서, 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 도어(140)의 석영 블록(144)에 설치된다. 즉, 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 카세트(160)에 형성된 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 마주보는 석영 블록(144)에 설치되어 외부의 가스 공급부(150)로부터 공정 가스를 공급받는다. 이러한 적어도 하나의 도킹 부재(180)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 도어(140)에 의한 카세트 출입구(112)의 폐쇄시 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 형성된 도킹부(167c)에 삽입되어 도킹됨으로써 가스 공급부(150)로부터 공급되는 공정 가스를 도킹 노즐 부재(167)에 공급한다.
가스 공급부(150)는 도어(140)에 형성된 가스 공급관(152)을 통해 적어도 하나의 도킹 부재(180)에 공정 가스를 공급한다. 이때, 공정 가스는 황화수소(H2S) 또는 셀렌화 수소(H2Se) 등이 될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 이용한 열처리 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도어(140)를 열어 퍼니스 챔버(110)의 카세트 출입구(112)를 개방한다.
다음, 카세트 출입구(112)를 통해 복수의 기판(S)이 적재된 카세트(160)를 열처리 공간으로 반입한다. 이때, 카세트(160)에 적재된 기판(S) 각각에는 전술환 다층의 전구체층이 형성되어 있다.
다음, 도어(140)를 닫아 퍼니스 챔버(110)의 카세트 출입구(112)를 폐쇄함으로써 열처리 공간을 밀봉한다. 이러한 도어(140)에 의한 카세트 출입구(112)의 폐쇄시 도어(140)에 형성된 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 카세트(160)에 형성된 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 도킹된다.
다음, 진공 펌프(미도시)를 이용해 열처리 공간에 소정의 진공 분위기를 형성한다.
다음, 가스 공급부(150)를 이용해 상기 도킹 부재(180)와 상기 도킹 노즐 부재(167)를 통해 카세트(160)의 가스 분사 바(165) 각각에 공정 가스를 공급함으로써 카세트(160)에 적재된 기판(S) 사이사이에 공정 가스를 분사함과 아울러 히터(130)를 이용해 열처리 공간을 가열하여 전술한 셀렌화 공정을 수행함으로써 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄의 물질을 포함하는 CIGS계 화합물로 이루어진 광흡수층을 형성한다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 카세트(160)에 가스 분사 바(165)와 도킹 노즐 부재(167)를 설치하고 도어(140)에 의해 기판 출입구(112)의 폐쇄시 전술한 도킹 부재(180)와 카세트(160)의 도킹 노즐 부재(167)를 도킹함으로써 가스 분사 바(165)를 통해 기판(S) 사이사이에 공정 가스를 분사하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 복수의 기판(S) 각각에 도달하는 공정 가스의 량을 균일하게 함으로써 셀렌화 공정에 의해 형성되는 광흡수층의 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치에서는, 도킹 부재(180)가 도어(140)에 설치되어 도어(140)에 의해 카세트 출입구(112)의 폐쇄시 전술한 도킹 부재(180)와 도킹 노즐 부재(167)가 도킹되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치는 카세트(160)의 반입시 전술한 도킹 부재(180)와 도킹 노즐 부재(167)가 도킹되도록 구성될 수도 있다.
구체적으로, 전술한 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)는 카세트 출입구(112)에 반대되는 퍼니스 챔버(110)의 타측부에 대향되도록 카세트(160)을 구성하는 상측 프레임(161)의 타측면에 형성된다.
그리고, 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 카세트 출입구(112)에 반대되는 퍼니스 챔버(110)의 타측부에 설치된다. 이때, 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 열처리 공간으로 반입된 카세트(160)의 타측에 인접하도록 퍼니스 챔버(110)의 타측 내부에 배치되고, 가스 공급부(150)에 연결된다. 이러한 적어도 하나의 도킹 부재(180)는 열처리 공간으로 반입되는 카세트(160)의 반입시 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)에 도킹된다.
이와 같은, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치를 이용한 열처리 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도어(140)를 열어 퍼니스 챔버(110)의 카세트 출입구(112)를 개방한다.
다음, 카세트 출입구(112)를 통해 복수의 기판(S)이 적재된 카세트(160)를 열처리 공간으로 반입한다. 이때, 카세트(160)에 적재된 기판(S) 각각에는 전술환 다층의 전구체층이 형성되어 있다. 이러한 카세트(160)의 반입시 카세트(160)에 형성된 적어도 하나의 도킹 노즐 부재(167)는 퍼니스 챔버(110)의 타측 내부에 배치된 적어도 하나의 도킹 부재(180)에 도킹된다.
다음, 도어(140)를 닫아 퍼니스 챔버(110)의 카세트 출입구(112)를 폐쇄함으로써 열처리 공간을 밀봉한다.
다음, 진공 펌프(미도시)를 이용해 열처리 공간에 소정의 진공 분위기를 형성한다.
다음, 가스 공급부(150)를 이용해 상기 도킹 부재(180)와 상기 도킹 노즐 부재(167)를 통해 카세트(160)의 가스 분사 바(165) 각각에 공정 가스를 공급함으로써 카세트(160)에 적재된 기판(S) 사이사이에 공정 가스를 분사함과 아울러 히터(130)를 이용해 열처리 공간을 가열하여 전술한 셀렌화 공정을 수행함으로써 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄의 물질을 포함하는 CIGS계 화합물로 이루어진 광흡수층을 형성한다.
이와 같은, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 카세트(160)에 가스 분사 바(165)와 도킹 노즐 부재(167)를 설치함과 아울러 퍼니스 챔버(110)의 타측에 적어도 하나의 도킹 부재(180)를 설치하고, 카세트(160)의 반입시 전술한 도킹 부재(180)와 카세트(160)의 도킹 노즐 부재(167)를 도킹함으로써 가스 분사 바(165)를 통해 기판(S) 사이사이에 공정 가스를 분사하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치 및 열처리 방법은 복수의 기판(S) 각각에 도달하는 공정 가스의 량을 균일하게 함으로써 셀렌화 공정에 의해 형성되는 광흡수층의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 퍼니스 챔버 112: 카세트 출입구
120: 석영 튜브 130: 히터
140: 도어 150: 가스 공급부
160: 카세트 161: 상측 프레임
162: 하측 프레임 163: 전면 지지대
164: 후면 지지대 165: 가스 분사 바
167: 도킹 노즐 부재 180: 도킹 부재

Claims (18)

  1. 카세트 출입구를 가지며 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버;
    상기 카세트 출입구를 개방시키거나 폐쇄하는 도어;
    복수의 기판이 적재되어 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입되며, 상기 셀렌화 공정시 상기 복수의 기판 사이사이에 상기 공정 가스를 분사하는 카세트;
    상기 열처리 공간으로 반입된 상기 카세트에 도킹(Docking)되어 외부의 가스 공급부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 카세트에 공급하는 적어도 하나의 도킹 부재; 및
    상기 도어의 내벽에 설치된 석영 블록을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 도킹 부재는 상기 석영 블록에 설치되어 상기 도어에 의한 상기 카세트 출입구의 폐쇄시 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 도킹되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카세트는,
    복수의 기판이 삽입되는 복수의 슬릿을 가지는 상측 프레임;
    상기 복수의 기판을 지지하는 복수의 기판 지지 슬롯을 가지도록 형성되어 상기 상측 프레임에 마주보는 하측 프레임;
    상기 상측 프레임과 하측 프레임의 일측에 결합된 한 쌍의 전면 지지대;
    상기 상측 프레임과 하측 프레임의 타측에 결합된 한 쌍의 후면 지지대; 및
    상기 적어도 하나의 도킹 부재에 도킹되도록 상기 상측 프레임에 설치되어 상기 가스 공급부로부터 공정 가스가 공급되는 적어도 하나의 도킹 노즐 부재; 및
    상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 연통되도록 상기 상측 프레임에 일정한 간격으로 설치되어 상기 기판 사이사이에 공정 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 바(Bar)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버의 내벽에 설치된 석영 튜브; 및
    상기 석영 튜브를 감싸도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 히터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  4. 삭제
  5. 카세트 출입구를 가지며 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버;
    상기 카세트 출입구를 개방시키거나 폐쇄하는 도어;
    복수의 기판이 적재되어 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입되며, 공정 가스가 공급되는 적어도 하나의 도킹 노즐 부재와 상기 셀렌화 공정시 상기 도킹 노즐 부재를 통해 공급되는 공정 가스를 상기 복수의 기판 사이사이에 분사하는 복수의 가스 분사 바(Bar)를 포함하는 카세트; 및
    상기 카세트 출입구에 반대되는 상기 퍼니스 챔버의 타측부에 설치되어 상기 열처리 공간으로 반입되는 상기 카세트의 반입시 상기 카세트의 도킹 노즐 부재에 도킹(Docking)되어 외부의 가스 공급부로부터 공급되는 상기 공정 가스를 상기 카세트에 공급하는 적어도 하나의 도킹 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분사 바에서 분사되는 공정 가스의 분사 량은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터의 거리에 상관없이 일정한 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  7. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사 바 각각은,
    상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 연통되는 중공부를 가지며,
    상기 중공부에 연통되도록 형성되어 상기 기판 사이사이에 공정 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 홀을 구비하며,
    상기 복수의 가스 분사 홀은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 좁은 간격 또는 넓은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 기판 각각은 후면 전극층과 상기 후면 전극층에 형성된 다층의 전구체층을 포함하여 이루어져, 수직하게 세워진 상태로 상기 카세트에 적재되고,
    상기 가스 분사 바 각각은 상기 복수의 기판 각각에 형성된 상기 다층의 전구체층에 공정 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 황화수소 또는 셀렌화수소인 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 장치.
  11. 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버의 카세트 출입구를 개방하는 단계;
    복수의 기판이 적재된 카세트를 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입하는 단계;
    외부의 가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 도킹 부재와 상기 카세트에 설치된 적어도 하나의 도킹 노즐 부재를 서로 도킹(Docking)시키는 단계;
    도어를 이용해 상기 카세트 출입구를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 도킹 부재를 통해 상기 카세트에 공정 가스를 공급하여 상기 카세트에 적재된 복수의 기판 사이사이에 공정 가스를 분사함과 아울러 상기 열처리 공간을 가열하여 상기 셀렌화 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 도킹 부재는 상기 도어에 설치되어 상기 도어에 의한 상기 카세트 출입구의 폐쇄시 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 도킹되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 연통되는 복수의 가스 분사 바(Bar)를 통해 상기 복수의 기판 사이사이에 분사되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 분사 바에서 분사되는 공정 가스의 분사 량은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터의 거리에 상관없이 일정한 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 상기 복수의 가스 분사 바 각각에 형성된 복수의 가스 분사 홀을 통해 분사되며,
    상기 복수의 가스 분사 홀은 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재로부터 멀어질수록 좁은 간격 또는 넓은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 공정 가스 분위기에서 기판에 대한 셀렌화 공정을 수행하기 위한 열처리 공간을 제공하는 퍼니스 챔버의 카세트 출입구를 개방하는 단계;
    복수의 기판이 적재된 카세트를 상기 카세트 출입구를 통해 상기 열처리 공간으로 반입하는 단계;
    외부의 가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 도킹 부재와 상기 카세트에 설치된 적어도 하나의 도킹 노즐 부재를 서로 도킹(Docking)시키는 단계;
    도어를 이용해 상기 카세트 출입구를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 도킹 부재를 통해 상기 카세트에 공정 가스를 공급하여 상기 카세트에 적재된 복수의 기판 사이사이에 공정 가스를 분사함과 아울러 상기 열처리 공간을 가열하여 상기 셀렌화 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 도킹 부재는 상기 카세트 출입구에 반대되는 상기 퍼니스 챔버의 타측부에 설치되어 상기 열처리 공간으로 반입되는 상기 카세트의 반입시 상기 적어도 하나의 도킹 노즐 부재에 도킹되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
  18. 제 11 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 황화수소 또는 셀렌화수소인 것을 특징으로 하는 CIGS계 화합물 태양 전지용 열처리 방법.
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