KR101340642B1 - 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치 - Google Patents

화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 CIGS(Cooper-Indium-Gallium-Selenide) 박막 태양광 전지를 제조하는 과정에서 화학적 용액 증착법(CBD, Chemical Bath Deposition)에 사용되는 고온의 용액의 탁도를 측정할 수 있는 용액의 탁도 측정장치를 개시한다.
본 발명의 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치는 기판이 수용되는 약액 탱크에서 약액을 인출하는 약액 인출관로를 구비하고, 상기 약액 인출관로에 설치되어 상기 약액 탱크에 수용된 약액의 탁도를 측정하는 탁도 측정수단을 포함하며, 탁도 측정수단은 약액 인출관로에 설치되며 제어부에 의해 제어되는 유량조절밸브, 약액 인출관로에 설치되어 유량 조절밸브와 일정한 거리가 떨어져 배치되며 유량을 검출하여 제어부에 전송하는 유량 검출계, 약액 인출관로에 광투과공이 제공되고 광투과공을 통해 약액 인출관로를 통과하는 약액에 광을 조사하며 상기 제어부에 의해 제어되는 발광부, 광투과공을 통해 반사되는 광을 받아들여 입력된 광량을 제어부에 전송하는 수광부, 광투과공이 제공된 약액 인출관로에 배치되어 발광부와 수광부를 감싸는 케이스, 제어부에 의해 제어되며 케이스에 수용되는 용액의 증기를 상기 케이스 외부로 배출시키는 블로워를 포함한다.

Description

화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치{Apparatus to measure turbidity of a solution of Chemical Bath Deposition}
본 발명은 CIGS(Cooper-Indium-Gallium-Selenide) 박막 태양광 전지를 제조하는 과정에서 화학적 용액 증착법(CBD, Chemical Bath Deposition)에 사용되는 고온의 용액의 탁도를 측정할 수 있는 용액의 탁도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 전지는 광활성층에서 태양광 에너지를 흡수하면, 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(EHP, electron-hole pair)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집되어 전기 에너지로 이용할 수 있다.
태양광 전지는 구조에 따라 결정형과 박막형으로 분류될 수 있으며, 이중 박막형 태양광 전지는 결정형에 비해 가시광 영역에서 높은 광 흡수율을 가지며 얇은 박막으로 제조할 수 있고 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용하여 비교적 저온에서 대면적으로 제작할 수 있다.
이러한 박막 태양광 전지는 기판에 배면전극, 광흡수층, 버퍼층, 투명전극층, 반사방지막 및 그리드 등의 박막층이 적층될 수 있다.
여기에서 버퍼층을 기판에 증착시키기 위해 화학적 용액 증착법(CBD, Chemical Bath Deposition)이 사용된다. 화학적 용액 증착법(CBD)은 챔버 내에 약액을 투입한 후, 약액에 기판이 잠기도록 하여 기판에 버퍼층을 증착시킬 수 있다.
화학적 용액 증착법(CBD)은 제작시에 매우 고가의 용액을 필요로 하며, 반응이 진행됨에 따라 반응에 참여하지 못하는 물질을 생성하여 용액의 탁도가 증가한다. 따라서 이러한 이유로 용액의 교체 시점 및 재사용 방안에 대한 연구 목적으로 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액의 탁도 실시간 모니터링 장치가 필요하게 되었다.
특히, 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액은 고온의 증기를 발생시켜 용액의 탁도 측정이 어려울 뿐 만 아니라 다른 물질과 접촉하여 증착이 일어날 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액의 탁도를 실시간으로 측정하여 용액의 교체 시점을 확인할 수 있으며, 용액을 재사용하는 방안을 연구하는데 도움을 줄 수 있는 용액의 탁도 측정장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판이 수용되는 약액 탱크에서 약액을 인출하는 약액 인출관로를 구비하고, 상기 약액 인출관로에 설치되어 상기 약액 탱크에 수용된 약액의 탁도를 측정하는 탁도 측정수단을 포함하며, 상기 탁도 측정수단은 상기 약액 인출관로에 설치되며 제어부에 의해 제어되는 유량조절밸브, 상기 약액 인출관로에 설치되어 상기 유량 조절밸브와 일정한 거리가 떨어져 배치되며 유량을 검출하여 상기 제어부에 전송하는 유량 검출계, 상기 약액 인출관로에 광투과공이 제공되고 상기 광투과공을 통해 상기 약액 인출관로를 통과하는 약액에 광을 조사하며 상기 제어부에 의해 제어되는 발광부, 상기 광투과공을 통해 반사되는 광을 받아들여 입력된 광량을 상기 제어부에 전송하는 수광부, 상기 광투과공이 제공된 상기 약액 인출관로에 배치되어 상기 발광부와 상기 수광부를 감싸는 케이스, 상기 제어부에 의해 제어되며 상기 케이스에 수용되는 용액의 증기를 상기 케이스 외부로 배출시키는 블로워를 포함하는 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치를 제공한다.
상기 발광부와 상기 수광부는 상기 광투과공을 기준으로 일정한 각도로 기울어져 서로 대칭되어 배치되는 것이 바람직하다.
상기 케이스에는 상기 발광부가 수용되는 공간을 구획하는 제1 격벽, 상기 제1 격벽과 일정한 거리가 떨어져 배치되며 상기 수광부가 수용되는 공간을 구획하는 제2 격벽을 포함하며, 상기 제1 격벽과 제2 격벽이 이루는 공간의 상부에는 용액의 증기가 배출되는 배출구가 제공되는 것이 바람직하다.
상기 약액 인출관로에는 상기 약액이 일정한 높이를 가지는 상태에서 상기 발광부가 광을 조사하기 위해 하방으로 연장된 연장부가 제공되는 것이 바람직하다.
상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽에는 각각 광이 통과되는 제1 구멍과 제2 구멍이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 케이스에는 상기 수광부로 전달되는 광로에 광을 모으는 적분구가 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명은 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 고온의 용액의 탁도를 실시간으로 측정하고 용액의 교체시점을 정확하게 판단하여 용액을 교체함으로써 제품의 품질이 떨어지는 것을 방지하고 생산 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액의 탁도를 실시간으로 모니터링하여 용액의 재사용 방안에 대한 연구 자료로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액의 탁도 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 다른 예시를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3의 주요부를 상세하게 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 상세하게 도시한 구성도로, 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치는, 약액 탱크(1), 약액 인출관로(3), 보조탱크(5), 펌프(7), 약액 리턴관로(9), 그리고 탁도 측정수단(11)을 포함한다.
약액 탱크(1)는 내부에 공간이 제공되어 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액(이하, '용액'이라고 함)과 기판(G)을 수용할 수 있다.
약액 인출관로(3)는 약액 탱크(1)의 중간부분에 연결되어 보조탱크(5)에 연결된다. 즉, 약액 인출관로(3)는 용액이 반응하는 과정에 있을 때 연속적으로 용액을 보조탱크(5) 측으로 인출한다. 약액 인출관로(3)는 약액의 탁도를 측정하기 위해 약액 탱크(1)에 수용된 약액을 인출하는 관로이다.
약액 인출관로(3)는 탁도 측정수단(11)이 설치되는 부분의 상부측에 광투과공(3a, 도 2에 도시하고 있음)이 제공될 수 있다. 광투과공(3a)은 하나 또는 두개의 관통된 구멍으로 이루어질 수 있다.
보조탱크(5)는 약액 탱크(1)에서 탁도가 조사된 용액이 일시적으로 저장될 수 있는 곳이다. 이러한 보조탱크(5)는 설계 조건에 따라 생략할 수 있다. 이 경우 탁도가 조사된 용액을 배출시키거나 다시 약액탱크(1)로 리턴시킬 수 있다. 그리고 보조탱크(5)에는 펌프(7)가 설치될 수 있으며, 펌프(7)와 약액 탱크(1) 사이에는 약액 리턴관로(9)가 설치된다.
펌프(7)는 보조탱크(5)에 있는 용액을 펌핑하여 약액 리턴관로(9)를 통해 다시 약액 탱크(1)로 리턴시키는 역할을 한다.
탁도 측정수단(11)은 약액 인출관로(3)에 설치되며 약액 탱크(1)에 수용된 약액의 탁도를 측정하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예의 탁도 측정수단은, 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(13), 유량조절밸브(15), 유량 검출계(17), 발광부(19), 수광부(21), 케이스(23), 그리고 블로워(25)를 포함할 수 있다.
제어부(13)는 상술한 유량조절밸브(15), 유량 검출계(17), 발광부(19), 수광부(21), 그리고 블로워(25)와 전기적으로 연결되며, 유량 검출계(17), 수광부(21) 등에서 전송되는 데이터를 입력받아 유량조절밸브(15), 발광부(19), 블로워(25)를 제어할 수 있다.
유량조절밸브(15)는 약액 인출관로(3)에 설치된다. 유량조절밸브(15)는 약액 인출관로(3)에 제공된 광투과공(3a)과 약액 탱크(1) 사이에 설치될 수 있다. 그리고 유량조절밸브(15)가 설치되는 앞쪽(용액이 흐르는 방향을 기준으로 하며 용액이 흐르는 방향은 도 2에서 화살표로 표시함)에는 용액에 포함된 이물질을 걸러주는 필터(27)가 설치될 수 있다.
유량조절밸브(15)는 용액이 약액 인출관로(3)를 통과하는 유량을 조절할 수 있도록 제어부(13)에 의해 제어된다.
유량 검출계(17)는 약액 인출관로(3)에 설치된다. 유량 검출계(17)는 유량조절밸브(15)에서 일정한 거리에 떨어진 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 유량 검출계(17)는 광투과공(3a)이 제공된 부분을 기준으로 뒤쪽(유량이 흐르는 방향을 기준으로 함)에 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 유량조절밸브(15)와 유량 검출계(17)는 광투과공(3a)을 사이에 두고 설치되는 것이 바람직하다.
유량 검출계(17)는 약액 인출관로(3)를 흐르는 용액의 양을 측정할 수 있으며 측정된 데이터를 제어부(13)에 전송할 수 있다.
제어부(13)는 유량 검출계(17)에서 검출된 신호에 의해 유량조절밸브(15)를 제어하여 약액 인출관로(3)를 통과하는 용액의 유량을 조절할 수 있다.
발광부(19)는 광을 용액에 조사할 수 있다. 그리고 용액에 반사된 광은 수광부(21)로 전달될 수 있다. 수광부(21)에서 검출된 광량은 제어부(13)로 전송된다.
바람직하게는 발광부(19)는 광투과공(3a)을 통해 광을 용액에 조사할 수 있다. 그리고 수광부(21)는 광투과공(3a)에서 반사되는 광량을 측정할 수 있다.
발광부(19)와 수광부(21)는 광투과공(3a)이 배치되는 부분을 중심으로 서로 일정한 각도로 기울어져 있으며, 서로 대칭으로 이루어지는 것이 바람직하다.
발광부(19)와 수광부(21)는 케이스(23)의 내부에 배치된다. 케이스(23)는 광투과공(3a)을 내부의 가운데 부분에 수용하는 형태로 배치된다.
케이스(23)에는 발광부(19)를 수용되는 공간을 구획하는 제1 격벽(23a), 수광부(21)가 수용되는 공간을 구획하는 제2 격벽(23b)을 포함한다. 그리고 제1 격벽(23a)과 제2 격벽(23b)은 일정한 거리가 떨어져 배치되며 제1 격벽(23a)과 제2 격벽(23b) 사이에는 또 다른 공간(케이스의 가운데 부분의 공간)이 제공된다. 제1 격벽(23a)과 제2 격벽(23b)에 제공된 공간에 광투과공(3a)이 배치되는 것이 바람직하다.
제1 격벽(23a)과 제2 격벽(23b)이 이루는 공간의 상부측에는 용액의 증기를 배출할 수 있는 배출구(23c)가 제공된다.
제1 격벽(23a)에는 발광부(19)에서 조사되는 광이 통과할 수 있는 제1 구멍(23d)이 제공되고, 제2 격벽(23b)에는 수광부(21)로 들어가는 광이 통과할 수 있는 제2 구멍(23e)이 제공될 수 있다.
한편, 케이스(23)의 일측에는 블로워(25)가 배치된다. 블로워(25)는 케이스(23) 내부로 유입된 용액의 증기를 배출구(23c)를 통해 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다. 즉, 케이스(23)의 내부에 고온인 용액의 증기가 채워지는 경우에는 발광부(19)와 수광부(21)를 통해 용액의 탁도를 측정하는 데이터의 신뢰성이 떨어지므로 이를 방지하기 위한 것이다. 이러한 블로워(25)는 제어부(13)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 약액 인출관로(3)에는 하방으로 관로가 분지되어 연장되는 연장부(3b)가 제공된다.
연장부(3b)는 발광부(19)에서 조사되는 광이 굴절되어 이루어지는 광축과 같은 방향으로 기울어져 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 연장부(3b)는 발광부(19)에서 조사된 광이 용액을 통과한 후 약액 인출관로(3)에서 반사된 빛이 수광부(21)로 들어가는 오류를 방지하는 역할을 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예의 다른 예시를 설명하기 위한 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치를 도시한 구성도이다.
본 발명의 실시예의 다른 예시의 설명에서는 상술한 실시예의 설명과 다른 점만을 설명하고 동일한 부분은 상술한 설명으로 대치하기로 한다.
본 발명의 실시예의 다른 예시의 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치에는 수광부(21) 측으로 입사되는 광축에 적분구(29)가 배치된다.
적분구(29)는 용액에서 반사된 광을 모아 수광부(21) 측으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이러한 적분구(29)는 수광부(21)에서 감지할 수 있는 광량을 증대시켜 탁도 측정의 정밀도를 높이기 위한 것이다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예의 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치를 이용하여 용액의 탁도를 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
제어부(13)는 유량조절밸브(15)를 제어하여 약액 인출관로(3)를 통과하는 약액의 양을 제어한다. 이때 용액은 약액 인출관로(3)의 전체 높이의 2/3 정도로 흐르는 것이 바람직하다. 약액 인출관로(3)를 지나는 용액이 지나치게 많은 경우에는 미도시된 별도의 배관을 통해 약액 인출관로(3)의 외측으로 배출될 수 있다.
그리고 유량 검출계(17)는 약액 인출관로(3)를 지나는 양을 검출하여 그 신호를 제어부(13)에 전송한다. 따라서 제어부(13)는 항상 세팅된 일정한 양의 용액이 약액 인출관로(3)를 따라 흐를 수 있도록 유량조절밸브(15)를 제어할 수 있다.
그리고 발광부(19)에서 광을 조사하면 일부의 광은 용액을 통과하고 일부의 광은 반사된다. 반사된 광은 수광부(21)로 전달되어 수광부(21)에서 광량을 측정할 수 있다.
수광부(21)에서 측정된 광량은 제어부(13)로 전송되므로 제어부(13)는 용액의 탁도를 실시간으로 측정할 수 있다.
이때 고온의 용액에서 증기가 발생하여 케이스(23) 내부로 유입되는 경우에 제어부(13)가 블로워(25)를 구동시켜 용액의 증기를 케이스(23)의 배출구(23c)로 배출시킨다. 따라서 항상 일정한 조건하에서 용액의 탁도를 측정할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예는 CIGS(Cooper-Indium-Gallium-Selenide) 박막 태양광 전지를 제조하는 과정에서 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 고온의 용액의 탁도를 실시간으로 측정하여 용액의 교체시점을 정확하게 판단하여 고가의 용액을 적절한 시기에 교체함으로써 제품의 품질이 떨어지는 것을 방지하고 생산 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 화학적 용액 증착법(CBD)에 사용되는 용액의 탁도를 실시간으로 모니터링하여 용액의 재사용 방안에 대한 연구 자료로 활용할 수도 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 약액 탱크,
3. 약액 인출관로, 3a. 광투과공, 3b. 연장부,
5. 보조탱크, 7. 펌프,
9. 약액 리턴관로, 11. 탁도 측정수단,
13. 제어부, 15. 유량조절밸브,
17. 유량 검출계, 19. 발광부,
21. 수광부,
23. 케이스, 23a. 제1 격벽, 23b. 제2 격벽, 23c. 배출구, 23d. 제1 구멍, 23e. 제2 구멍,
25. 블로워, 27. 필터.
29. 적분구,

Claims (5)

  1. 기판이 수용되는 약액 탱크에서 약액을 인출하는 약액 인출관로를 구비하고, 상기 약액 인출관로에 설치되어 상기 약액 탱크에 수용된 약액의 탁도를 측정하는 탁도 측정수단을 포함하며,
    상기 탁도 측정수단은
    상기 약액 인출관로에 설치되며 제어부에 의해 제어되는 유량조절밸브,
    상기 약액 인출관로에 설치되어 상기 유량 조절밸브와 일정한 거리가 떨어져 배치되며 유량을 검출하여 상기 제어부에 전송하는 유량 검출계,
    상기 약액 인출관로에 광투과공이 제공되고 상기 광투과공을 통해 상기 약액 인출관로를 통과하는 약액에 광을 조사하며 상기 제어부에 의해 제어되는 발광부,
    상기 광투과공을 통해 반사되는 광을 받아들여 입력된 광량을 상기 제어부에 전송하는 수광부,
    상기 광투과공이 제공된 상기 약액 인출관로에 배치되어 상기 발광부와 상기 수광부를 감싸는 케이스, 그리고
    상기 제어부에 의해 제어되며 상기 케이스에 수용되는 용액의 증기를 상기 케이스 외부로 배출시키는 블로워
    를 포함하는 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광부와 상기 수광부는
    상기 광투과공을 기준으로 일정한 각도로 기울어져 서로 대칭되어 배치되는 용액의 탁도 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스에는
    상기 발광부가 수용되는 공간을 구획하는 제1 격벽,
    상기 제1 격벽과 일정한 거리가 떨어져 배치되며 상기 수광부가 수용되는 공간을 구획하는 제2 격벽을 포함하며,
    상기 제1 격벽과 제2 격벽이 이루는 공간의 상부에는 용액의 증기가 배출되는 배출구가 제공되며,
    상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽에는
    각각 광이 통과되는 제1 구멍과 제2 구멍이 제공되는 용액의 탁도 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 약액 인출관로에는
    상기 약액이 일정한 높이를 가지는 상태에서 상기 약액 인출관로로부터 반사되는 빛이 상기 수광부로 가는 것을 방지하기 위해 하방으로 연장된 연장부가 제공되는 용액의 탁도 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스에는
    상기 수광부로 전달되는 광로에 광을 모으는 적분구가 배치되는 용액의 탁도 측정장치.
KR1020120034082A 2012-04-02 2012-04-02 화학적 용액 증착법에 사용되는 용액의 탁도 측정장치 KR101340642B1 (ko)

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