KR101274130B1 - Ｃｉｇｓ층 형성장치 - Google Patents

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Abstract

CIGS층 형성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 CIGS층 형성장치는, 챔버를 형성하는 내부벽체가 육면체 형상으로 형성되고, 내부벽체의 측면 및 상면의 모서리부는 라운딩지게 형성된다. 그러면, 내부벽체의 모서리부에 작용하는 힘이 부딪혀 상호 상쇄되므로 변형이 방지되는 효과가 있다.

Description

ＣＩＧＳ층 형성장치 {APPARATUS FOR FORMING CIGS LAYER}
본 발명은 박막형 태양전지의 CIGS층 형성장치에 관한 것이다.
오늘날, 고갈되어 가는 화석 연료에 대한 의존도를 줄이기 위해, 고갈될 염려가 없을 뿐만 아니라 친환경적인 태양에너지를 활용하는 태양전지(Solar Cell)에 대한 연구 개발이 활발히 진행 중이다.
이러한 연구 개발의 일환으로, 태양광의 흡수율이 높고, 태양광 또는 방사선에 대한 열화 현상이 적으며, 박막화가 가능하고, 제작상 재료비를 절감할 수 있는 CIGS{Cu(In1-xGax)Se2} 층이 형성된 박막형 태양전지가 개발되었다.
박막형 태양전지는 유리 등의 기판, 기판 상에 형성된 금속층으로 이루어진 (+)극인 전극층, 전극층 상에 형성되며 광을 흡수하는 p형의 CIGS층, CIGS층 상에 형성된 n형의 버퍼층 및 버퍼층 상에 형성된 (-)극인 투명 전극층을 포함하는 다층 적층 구조이다.
그리하여, 수광부인 투명 전극층을 통하여 태양광이 입사되면, p-n 접합부 부근에서는 대략 1.04 eV 의 밴드갭 에너지를 갖는 여기된 한 쌍의 전자 및 정공이 생성된다. 그리고, 여기된 전자와 정공은 확산에 의해 p-n 접합부에 도달하고, 접합부의 내부 전계에 의해 전자가 n 영역에, 정공이 p 영역에 집합하여 분리된다.
그러면, n 영역은 마이너스로 대전되고, p 영역은 플러스로 대전되며, 각 영역에 형성된 전극 간에는 전위차가 생긴다. 그리고, 전위차를 기전력으로 하여 각 전극 사이를 도선으로 연결하면 광전류가 얻어진다. 이것이 태양전지의 원리이다.
박막형 태양전지의 CIGS층을 형성하는 방법은, 기판에 형성된 전극층 상에 Cu/Ga, Cu/In 또는 Cu-Ga/In 중의 어느 하나로 이루어진 전구물질(前購物質, Precursor)을 형성하고, 전구물질을 스퍼터링 등의 방법으로 적층 구조의 전구체막으로 형성한 다음, 전구체막을 셀렌화(Selenization)하여 CIGS층을 형성한다.
그리고, 전구체막을 셀렌화하는 방법은 전구체막이 형성된 기판을 밀폐된 챔버에 로딩시키고, 챔버를 불활성가스로 치환한 다음, 챔버에 처리가스인 셀렌화 수소(H2Se)을 도입한 후, 챔버를 일정 온도로 승온시켜 일정 시간 유지하면, 셀렌화된 CIGS층이 형성된다.
종래의 CIGS층 형성장치는 챔버를 형성하는 벽체가 원형으로 형성된다. 원형 구조의 벽체는 안정성에 있어서는 우수하나, 챔버로 로딩되는 기판이 사각 형상일 경우, 사장되는 불필요한 공간이 많이 존재한다. 이로 인해, 기판의 크기에 비하여 CIGS층 형성장치의 부피가 커지게 되는 단점이 있었다. 그리고, CIGS층 형성장치의 부피가 커짐으로 인하여, 분위기 가스의 소모량 및 전력의 소모량이 증가하여 원가가 상승하는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 챔버를 형성하는 벽체를 육면체로 형성한 CIGS층 형성장치가 개발되었다. 그러나, 육면체 구조의 벽체는 압력에 대해서는 우수한 내구성이 있으나, 열에 의하여 팽창 또는 수축을 반복하다 보면, 모서리부가 용이하게 손상되는 단점이 있었다.
CIGS층 형성장치와 관련된 기술은 한국공개특허공보 10-2007-0097472호 등에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사각 구조의 벽체의 모서리부를 라운딩지게 형성하여 열팽창 또는 수축에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 CIGS층 형성장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CIGS층 형성장치는, 복수개의 기판이 상호 간격을 가지면서 상하로 기립된 상태로 로딩되어 처리되는 챔버를 제공하고, 수직으로 기립 설치되며, 하면에는 출입구가 형성된 육면체 형상의 내부벽체, 상기 내부벽체의 상면과 측면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 내부벽체의 외면과 간격을 가지고 하면은 상기 내부벽체의 하면과 결합되는 외부벽체를 포함하는 벽체(壁體); 상기 내부벽체의 하면에 승강가능하게 설치되어 상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함하며, 상기 내부벽체의 측면 모서리부 및 상면 모서리부는 라운딩진다.
본 발명에 따른 CIGS층 형성장치는, 챔버를 형성하는 내부벽체가 육면체 형상으로 형성되고, 내부벽체의 측면 및 상면의 모서리부는 라운딩지게 형성된다. 그러면, 내부벽체의 모서리부에 작용하는 힘이 부딪혀 상호 상쇄되므로 변형이 방지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS층 형성장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 CIGS층 형성장치의 일부 절개 사시도로서, 도어측이 하강한 상태를 보인 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 도어 부위의 확대 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 내부벽체의 학대 사시도.
도 5는 도 4의 배면 사시도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시하여 도시한 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 상호 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 특정 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미가 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에 도시된 실시예들의 길이, 면적, 두께 및 형태는, 편의상, 과장되어 표현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS층 형성장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS층 형성장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 CIGS층 형성장치의 일부 절개 사시도로서, 도어측이 하강한 상태를 보인 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 도어 부위의 확대 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CIGS층 형성장치는 유리 등의 기판(50)이 로딩되어 처리되는 밀폐된 챔버(110a)를 제공하는 스테인리스 스틸로 형성된 벽체(壁體)(110)를 포함한다. 벽체(110)는 수직으로 기립 설치되며, 챔버(110a)가 형성된 내부벽체(111)와 내부벽체(111)의 상면과 측면을 감싸는 형태로 설치되며 내부벽체(111)의 외면과 간격을 가지는 외부벽체(117)를 가진다.
내부벽체(111)의 하단면(下端面) 및 외부벽체(117)의 하단면(下端面)에는 외측 및 내측으로 각각 돌출되어 상호 밀폐 결합되는 플랜지부(112, 118)가 각각 형성된다. 내부벽체(111)와 외부벽체(117) 사이의 공간에는 질소 가스가 유입될 수 있다. 질소 가스는 챔버(110a)로 유입된 후술할 셀렌화 수소(H2Se)가 내부벽체(111)와 외부벽체(117) 사이로 누설되었을 때, 셀렌화 수소를 희석시킨다.
내부벽체(111)의 하면에는 출입구(113)가 형성되고, 출입구(113)에는 도어(121)가 승강가능하게 설치된다. 도어(121)는 내부벽체(111)의 하측에 설치된 실린더 등과 같은 승강수단(미도시)에 의하여 승강하면서 출입구(113)를 개폐하고, 이로 인해 챔버(110a)가 개방 또는 밀폐된다.
도어(121)에 의하여 출입구(113)가 완전하게 실링되도록 도어(121)의 테두리부측에는 링 형상을 이루는 안치홈이 형성되고, 상기 안치홈에는 출입구(113)와 인접한 내부벽체(111)의 하면 부위에 밀착되는 실링부재(121a)가 삽입 안치된다.
실링부재(121a)가 내부벽체(111)의 하면에 더욱 밀착되도록 하기 위하여, 도어(121)의 하측에는 지지판(123)이 설치되고, 지지판(123)과 도어(121) 사이에는 스프링 또는 합성수지 등과 같은 탄성부재(125)가 개재된다.
상세히 설명하면, 지지판(123)은 상기 승강수단에 지지되고, 지지판(123)과 도어(121)는 탄성부재(125)를 매개로 상호 연결된다. 그러면, 상기 승강수단에 의하여 지지판(123)이 상승하면, 지지판(123)에 의하여 도어(121)가 상승하고, 도어(121)의 상승에 의하여 도어(121)에 지지된 실링부재(121a)가 내부벽체(111)의 하면에 접촉된다. 그런데, 지지판(123)이 상기 승강수단에 지지되어 고정되어 있으므로, 탄성부재(125)의 탄성력에 의하여, 도어(121)는 내부벽체(111)의 하면측으로 탄성 지지된다. 따라서, 실링부재(121a)가 내부벽체(111)의 하면에 더욱 밀착되는 것이다.
도어(121)의 상면에는 단열판(127)이 설치되고, 단열판(127)의 상면에는 상호 결합되어 세트를 이루는 열전달판(131)과 제 1 히터(133)가 설치된다. 열전달판(131)은 투명한 재질로 형성되고, 제 1 히터(133)는 상호 상이한 직경을 가지는 링 형상으로 형성되어 복수개가 동심을 이루면서 열전달판(131)에 지지 설치된다.
열전달판(131)은 제 1 히터(133)로부터 복사열을 전달받아 챔버(110a)로 전달함과 동시에 제 1 히터(133)에서 발생된 광을 투과시킨다. 따라서, 챔버(110a)의 분위기 가스는 단면적이 넓은 열전달판(131)과 제 1 히터(133)에서 조사된 광에 의하여 가열되므로, 신속하게 가열된다.
세트를 이루는 열전달판(131)과 복수의 제 1 히터(133)는 상하로 간격을 가지면서 복수개 설치된다. 그리고, 내부벽체(111)의 내부에도 챔버(110a)의 분위기 가스를 소정 온도로 가열하는 바 형상의 제 2 히터(135)가 설치될 수 있다. 단열판(127)은 열전달판(131)과 제 1 및 제 2 히터(133, 135)에 의하여 가열된 챔버(110a)의 분위기 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다.
열전달판(131) 및 제 1 히터(133)는 챔버(110a)와 수평을 이루면서 설치되고, 제 2 히터(135)는 챔버(110a)와 수직을 이루면서 설치된다.
내부벽체(111)와 외부벽체(117)의 사이에도 제 3 히터(137)가 설치된다. 제 3 히터(137)는 내부벽체(111)의 외면을 소정 온도로 가열하여 내부벽체(111)의 내면과 외면이 상이하게 열팽창되어 변형되는 것을 방지한다.
기판(50)은 상하로 기립된 형태로 복수개가 상호 간격을 가지면서 보트(140)에 지지되어 챔버(110a)에 로딩되어 처리되며, 보트(140)의 상하면은 개방된다.
지지판(123), 도어(121), 단열판(127), 열전달판(131), 제 1 히터(133) 및 보트(140)는 함께 승강한다.
전극층과 Cu/Ga, Cu/In 또는 Cu-Ga/In 중의 어느 하나로 이루어진 전구물질(前購物質, Precursor)에 의한 전구체막이 형성된 기판(50)을 보트(140)에 지지시킨 다음, 보트(140)를 열전달판(131)의 상측에 탑재 지지시킨다. 그 후, 지지판(123)을 상승시키면, 보트(140)가 챔버(110a)에 위치되고, 챔버(110a)는 밀폐된다. 이러한 상태에서, 챔버(110a)에 질소 가스를 유입한 다음, 셀렌화 가스((H2Se)를 주입하여 소정 온도에서 CIGS층을 형성하고, CIGS층 형성한 다음에는 또 다른 소정 온도에서 황화 가스(H2S)를 주입하여 기판(50)의 CIGS층을 처리한다.
CIGS층을 형성할 때, 챔버(110a)의 분위기 가스를 하측에서 상측으로 강제로 순환시키기 위한 팬(151)이 도어(121)측에 설치되어 도어(121)와 함께 승강한다. 팬(151)은 시로코 팬(Siroco Fan)으로 마련되며, 기판(50)들의 하부측이 위치된 보트(140)의 직하방에 위치되어 챔버(110a)의 분위기 가스를 기판(50)들의 하부측과 대향하는 중앙부측으로 흡입한 다음 외측으로 배출시켜 순환시킨다.
보트(140)와 팬(151) 사이에는 확산판(155)이 위치되고, 확산판(155)은 도어(121)측에 지지되어 도어(121)와 함께 승강한다. 확산판(155)는 챔버(110a)의 분위기 가스를 기판(50)이 지지된 보트(140)의 내부로 집중시켜 확산시킨다.
챔버(110a)를 형성하는 내부벽체(111)는 고온의 챔버(110a)의 분위기 가스에 의하여 팽창과 수축을 반복한다. 그러면, 내부벽체(111)가 손상될 수 있다.
본 실시예에 따른 CIGS층 형성장치는 내부벽체(111)가 열에 의한 팽창 또는 수축에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있도록 구성되는데, 이를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 3에 도시된 내부벽체의 학대 사시도이고, 도 5는 도 4의 배면 사시도이다.
도시된 바와 같이, 내부벽체(111)는 육면체 형상으로 형성되어, 수직으로 기립 설치된다. 이때, 내부벽체(111)의 측면 모서리부 및 상면 모서리부는 라운딩지게 형성된다. 그러면, 내부벽체(111)의 각각의 상기 라운딩진 모서리부의 중심을 기준으로 양측에서 각각 작용하는 힘은 직각이 아니라 둔각을 이룬다. 이로 인해, 내부벽체(111)의 상기 라운딩진 모서리부에 작용하는 힘은 상호 부딪혀 상쇄되므로 변형이 방지되는 것이다.
내부벽체(111)의 측면의 라운딩진 모서리부 및 상면의 라운딩진 모서리부가 변형되는 것을 더욱 방지하기 위하여 내부벽체(111)의 측면과 상면에는 보강리브(114)가 결합된다. 이때, 보강리브(114)는 내부벽체(111)에 대하여 수평방향 및 수직방향으로 각각 복수개 결합된다.
그리고, 내부벽체(111)의 하단면과 내부벽체(111)의 플랜지부(112)가 만나는 모서리부에는 보강레일(115)이 일체로 형성된다. 보강레일(115)은 내부벽체(111)의 하단면과 플랜지부(112)가 만나는 모서리부가 변형되는 것을 방지한다.
내부벽체(111)의 플랜지부(112)에는 링 형상을 이루는 지지홈(112a)이 형성되고, 지지홈(112a)에는 실링부재(112b)가 삽입 지지된다. 실링부재(112b)는 외부벽체(117)의 플랜지부(118)(도 2 참조)와 접촉하여 내부벽체(111)와 외부벽체(117) 사이의 공간을 실링한다.
도 4의 미설명부호 127은 단열판이다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하여 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
110: 벽체
111: 내부벽체
114: 보강리브
115: 보강레일
117: 외부벽체

Claims (10)

  1. 복수개의 기판이 상호 간격을 가지면서 상하로 기립된 상태로 로딩되어 처리되는 챔버를 제공하고, 수직으로 기립 설치되며, 하면에는 출입구가 형성된 육면체 형상의 내부벽체, 상기 내부벽체의 상면과 측면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 내부벽체의 외면과 간격을 가지고 하면은 상기 내부벽체의 하면과 결합되는 외부벽체를 포함하는 벽체(壁體);
    상기 내부벽체의 하면에 승강가능하게 설치되어 상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함하며,
    상기 내부벽체의 측면 모서리부 및 상면 모서리부는 라운딩지게 형성되고,
    상기 내부벽체의 측면 및 상면에는 보강리브가 결합된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강리브는 상기 내부벽체에 대하여 수평방향 및 수직방향으로 각각 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부벽체의 하단면(下端面) 및 상기 외부벽체의 하단면(下端面)에는 상호 밀폐 결합되는 플랜지부가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부벽체의 하단면과 상기 내부벽체의 플랜지부가 만나는 모서리부에는 보강레일이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부벽체의 내부 측면 및 내부 하면에는 단열판이 설치된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부벽체의 상기 플랜지부에는 지지홈이 형성되고, 상기 지지홈에는 상기 외부벽체의 상기 플랜지부와 접촉되는 실링부재가 삽입 지지된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상하면이 개방된 보트에 지지되고,
    상기 보트는 상기 도어측에 지지되어 상기 도어와 함께 승강하며,
    상기 도어측에는 상기 보트의 하측에 위치되어 상기 챔버의 분위기 가스를 중앙부측으로 흡입한 다음 외측으로 배출시켜 상측으로 순환시키는 팬이 설치된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보트와 상기 팬 사이에는 상기 도어측에 지지되어 상기 도어와 함께 승강하며, 상기 챔버의 분위기 가스가 상기 보트의 내부로 집중되어 확산되도록 안내하는 확산판이 설치된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도어측에는 상기 팬의 하측에 위치되어 상기 도어와 함께 승강하는 열전달판이 설치되고,
    상기 열전달판에는 상호 상이한 직경으로 형성되어 동심을 이루며 상기 챔버에 대하여 수평을 이루는 링 형상의 복수의 제 1 히터가 설치되며,
    상기 내부벽체에는 상기 챔버와 수직을 이루는 바 형상의 복수의 제 2 히터가 설치되고,
    상기 도어에는 상기 챔버의 분위기 가스의 열이 방출되는 것을 방지하는 단열판이 설치되며,
    상기 내부벽체와 상기 외부벽체 사이에는 제 3 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 CIGS층 형성장치.
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