KR101346524B1 - 태양전지용 유리 기판의 제조 방법 및 스퍼터링 장치 - Google Patents
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Abstract
태양전지용 유리 기판의 제조 방법에 있어서, 챔버 내에 위치한 타겟 지지부 상에 산화 금속물을 타겟으로 장착하고, 상기 챔버 내에 위한 서셉터 상에 기판을 장착한다. 상기 기판 및 상기 타겟 간의 타겟 각도를 조절한 후, 상기 기판 상에 상기 타겟 물질을 증착시켜 텍스쳐가 형성된 산화 금속막을 형성한다. 여기서, 상기 타겟 각도는 상기 타겟 표면의 법선과 상기 기판간에 이루는 각으로 정의된다.
Description
본 발명은 태양전지용 유리 기판의 제조 방법 및 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 텍스쳐가 투명 도전막이 형성된 태양전지용 유리 기판의 제조 방법 및 상기 제조 방법을 구현하기 위한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
최근 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신 재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양광발전에 대한 연구개발이 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다.
태양전지(solar cell)는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 반도체 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체의 접합형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 동일하다. 전기적 성질이 서로 다른 p형의 반도체와 n형의 반도체를 접합시킨 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자-정공쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n형 반도체층과 p형 반도체층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.
현재 양산되고 있는 대부분의 태양전지인 실리콘계 태양전지는 반도체기판으로서 실리콘을 사용하는데, 실리콘은 간접 밴드간 천이반도체(indirect interband transition semiconductor)로서, 실리콘의 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 빛만이 전자-정공쌍을 발생시킬 수 있어서, 광의 흡수율이 낮은 편이다. 따라서 실리콘계 태양전지는 태양전지 내부로 입사되는 빛 중 30% 이상을 기판인 실리콘 웨이퍼 표면에서 반사시키므로 태양전지의 효율이 저하된다.
이러한 광학적 손실을 감소시키기 위하여 실리콘 태양전지에서 주로 사용하는 텍스쳐링(texturing)이 있다. 텍스쳐링은 실리콘 태양전지의 실리콘 기판 표면에 요철을 형성시키는 것으로서, 태양전지의 표면반사량의 감소, 캐리어 수집효과의 향상 및 태양전지의 내부반사에 의한 빛가둠효과가 구현된다.
상기 실리콘 기판을 텍스쳐링하는 방법으로는 건식식각법, 기계적 그루빙(mechanical grooving), 습식식각법 등이 있다. 이 중에서도 습식 식각법은 별도의 설비가 불필요하며, 대량생산시 공정관리가 수월하고 생산성이 높기 때문에 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 휴대 기기에 상기 태양 전지를 적용할 경우, 휴대성을 보다 개선하기 위하여 플렉서블한 특성을 갖는 유연 기판이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 텍스쳐를 갖는 태양 전지용 유리 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 텍스쳐를 갖는 태양 전지용 유리 기판을 제조할 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법에 있어서, 챔버 내에 위치한 타겟 지지부 상에 산화 금속물을 타겟으로 장착하고, 상기 챔버 내에 위한 서셉터 상에 기판을 장착한다. 상기 기판 및 상기 타겟 간의 타겟 각도를 조절한 후, 상기 기판 상에 상기 타겟 물질을 증착시켜 텍스쳐가 형성된 산화 금속막을 형성한다. 여기서, 상기 타겟 각도는 상기 타겟 표면의 법선과 상기 기판간에 이루는 각으로 정의된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타겟 각도는 32.5 내지 72.5°의 범위로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 상에 상기 타겟 물질의 증착 공정은 직류 마그네트론 스퍼터링 공정을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 마그네트론 스퍼터링 공정은 1 내지 30 mTorr의 압력 및 100 내지 500°C 의 온도 조건 및 400 내지 600 W의 전원에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 전이 금속을 도펀트로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 스퍼터링 공정을 진행하기 위한 공정 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하며, 타겟을 지지하는 타겟 지지부, 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 스퍼터링 공정으로 막이 형성되는 기판을 지지하는 서셉터, 상기 타겟 지지부를 회전시켜 상기 기판 및 상기 타겟 간의 타겟 각도를 조절하는 제1 구동부, 상기 챔버 내에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부 및 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법에 따르면, 스퍼터링 공정을 통하여 텍스쳐링 된 투명 도전막이 형성될 수 있다. 나아가 타겟 각도가 조절됨에 따라 투명 도전막의 광학적 특성 및 전기적 특성이 변화될 수 있다. 따라서 타겟 각도의 조절을 통하여 상기 투명 도전막을 포함하는 태양전지가 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1의 유리 기판의 제조 방법으로 유리 기판을 제조하기 위한 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 타겟 각도의 변화량에 따른 면저항값 및 저항값의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 타겟 각도의 변화량에 따른 광학적 밴드갭의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5e는 타겟 각도의 변화량에 따른 투명 도전막의 모포로지를 나타낸 전자현미경 사진들이다.
도 6은 타겟 각도의 변화량에 따른 표면 거칠기의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 타겟 각도의 변화량에 따른 일함수의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 유리 기판의 제조 방법으로 유리 기판을 제조하기 위한 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 타겟 각도의 변화량에 따른 면저항값 및 저항값의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 타겟 각도의 변화량에 따른 광학적 밴드갭의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5e는 타겟 각도의 변화량에 따른 투명 도전막의 모포로지를 나타낸 전자현미경 사진들이다.
도 6은 타겟 각도의 변화량에 따른 표면 거칠기의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 타겟 각도의 변화량에 따른 일함수의 변화량을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 시트들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2는 도 1의 유리 기판의 제조 방법으로 유리 기판을 제조하기 위한 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법을 적용하기 위하여 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(100)는 챔버(105), 타겟 지지부(110), 제1 구동부(120), 서셉터(130), 제2 구동부(140), 가스 공급부(160) 및 진공 발생부(170)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(105)는 스퍼터링 공정을 진행하기 위한 공정 공간을 제공한다. 상기 챔버(105)는 공정 공간의 외부와 격리시킬 수 있도록 상대적으로 높은 내구성 및 단열성을 갖는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버(105)는 세라믹 계열의 물질로 이루어 질 수 있다.
상기 타겟 지지부(110)는 상기 챔버(105) 내부의 상부에 배치되며 타겟(20)이 배치되도록 구비된다. 상기 타겟 지지부(110)는 상기 챔버(105)의 상측벽에 고정된 고정축(111), 상기 고정축과 힌지 방식으로 결합하는 지지축(113) 및 상기 지지축(113)의 일단에 배치되며, 타겟(20)을 지지하는 플레이트(115)를 포함한다. 상기 플레이트(115)에는 직류 전원 또는 고주파 전원이 전기적으로 연결되어 상기 플레이트 상에 장착되는 타겟(20)이 음극으로 작동할 수 있다. 상기 타겟(20)을 이루는 물질이 스퍼터링 공정을 통하여 기판 상에 증착될 수 있다.
상기 제1 구동부(120)는 상기 타겟 지지부(110)와 연결되어 상기 타겟 지지부(110)를 회전시킨다. 이로써 상기 타겟(20)과 특정막이 스퍼터링 공정을 통하여 형성되는 기판(10)과의 타겟 각도(θ)가 조절될 수 있다. 상기 타겟 각도(θ)는 상기 타겟(20)의 법선과 상기 기판(10) 사이에 이루는 각도로 정의된다.
상기 제1 구동부(120)가 상기 지지축(113)을 구동시켜 상기 플레이트(115)를 일정 각도로 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 구동부(120)가 상기 지지축(113)을 시계 방향으로 회전시킬 경우 상기 타겟 각도(θ)는 감소한다. 이와 반대로 상기 제1 구동부(120)가 상기 지지축(113)을 반시계 방향으로 회전시킬 경우 상기 타겟 각도(θ)는 증가한다. 상기 타겟 각도(θ)는 최대 90°까지 증가하여 이 경우 상기 타겟(20)과 상기 기판(10)이 상호 평행하게 배치될 수 있다.
상기 서셉터(130)는 상기 챔버(105)의 하부에 배치된다. 상기 서셉터(130)는 상기 챔버(105)의 내측벽에 고정될 수 있다. 상기 서셉터(130)는 상기 기판(10)을 지지한다. 상기 기판(10) 상에는 상기 스퍼터링 공정을 통하여 특정막(30)이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 예를 들면 가요성을 갖는 고분자 물질로 이루어 질 수 있다. 이와 다르게, 상기 기판(10)은 금속 물질로 이루어 질 수 있으며 나아가 상기 기판(10)은 유리로 이루어 질 수 있다.
상기 제2 구동부(140)는 상기 서셉터(130)와 연결된다. 상기 제2 구동부(140)는 상기 서셉터(130)를 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 스터퍼링 장치(100)가 작동할 경우, 상기 제2 구동부(140)는 상기 서셉터(130)를 일정 속도로 회전시킬 수 있다. 따라서 기판(10) 상에 형성되는 특정막(30)이 기판(10) 전체의 상부 표면에 균일하게 증착될 수 있다.
상기 제2 구동부(140)는 예를 들면, 상기 서셉터(130)와 연결된 회전축(145) 및 상기 회전축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부(160)는 상기 챔버(105)와 연통된다. 상기 가스 공급부(160)는 상기 챔버(105) 내부에 공정 가스를 공급한다. 상기 공정 가스는 상기 챔버(105) 내부에서 플라즈마 상태로 해리되어 상기 타겟(20)과 충돌할 수 있다. 상기 공정 가스의 예로는 아르곤 가스, 수소 가스, 헬륨 가스 등을 포함할 수 있다.
상기 진공 발생부(170)는 상기 챔버(105)의 공정 공간과 연통된다. 상기 진공 발생부(170)는 상기 챔버(105) 내부의 압력을 조절한다. 즉, 상기 진공 발생부(170)는 상기 챔버(105) 내부의 압력을 30mTorr 이하로 조절할 수 있다. 예를 들면 상기 진공 발생부(170)는 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 장치(100)는 타겟(20)을 지지하는 타겟 지지부(110)를 회전시킴에 따라 타겟 각도(θ)를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 태양전지용 투명 기판을 제조할 경우, 상기 기판(10) 상에 형성되는 투명 도전막의 전기적 광학적 특성을 변화시킬 수 있다. 즉, 상기 타겟 각도(θ)가 변경됨에 따라 상기 투명 도전막의 특성이 변화될 수 있음으로써 상기 태양 전기의 변화 효율이 개선될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저, 챔버(105) 내에 위치한 타겟 지지부 (110)상에 산화 금속물을 타겟(20)으로 장착한다(S110). 상기 챔버(105) 및 상기 타겟 지지부(110)에 대하여는 도1을 참고로 전술하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 타겟(20)을 이루는 물질이 후속하는 스퍼터링 공정에서 기판(10) 상에 증착될 수 있다. 상기 산화 금속물은 예를 들면, 산화 아연 또는 인듐 아연을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 스퍼터링 공정이 완료될 경우 기판 상에 산화 아연막 또는 인듐 아연막과 같은 투명 전도막이 형성될 수 있다.
한편, 상기 산화 금속물은 도펀트를 더 포함할 수 있다. 상기 도펀트는 상기 투명 도전막의 전기 전도성을 개선하는데 기여할 수 있다. 상기 도펀트의 예로는 알루미늄(Al) 또는 갈륨(Ga)을 들 수 있다.
상기 챔버(105) 하부에 배치된 서셉터(130)에 기판(10)을 장착시킨다(S130). 상기 기판(10) 상에는 상기 스퍼터링 공정을 통하여 타겟 물질로 이루어진 특정막(30)이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 예를 들면 가요성을 갖는 고분자 물질로 이루어 질 수 있다. 이와 다르게, 상기 기판(10)은 금속 물질로 이루어 질 수 있으며 나아가 상기 기판(10)은 유리로 이루어 질 수 있다.
상기 기판(10) 및 상기 타겟(20) 간의 타겟 각도(θ)가 조절된다(S130). 상기 타겟 각도(θ)는 상기 타겟(20) 표면의 법선과 상기 기판(10)간에 이루는 각으로 정의된다. 상기 타겟 각도(θ)를 조절하기 위하여 상기 타겟(20)을 지지하는 타겟 지지부(110)가 회전한다. 따라서, 상기 타겟 지지부(110)에 장착된 타겟(20)이 회전함에 따라 상기 타겟 각도(θ)가 변경될 수 있다. 여기서 상기 타겟 각도(θ)가 변화될 경우, 상기 스터퍼링 공정을 통하여 형성된 투명 도전막의 표면에 형성되는 텍스쳐의 모양이나 구조의 변화가 발생할 수 있다. 예를 들면 투명 도전막이 변경된 거칠기(roughness)를 가질 수 있다.
따라서, 상기 투명 도전막을 갖는 태양 전지는 변화된 전기적 특성 및 광학적 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 전기적 특성은 예를 들면, 면저항값(sheet resistance), 저항값(resistance), 밴드갭(band gap), 일함수값(work function), 헤이즈 인자(haze factor) 및 전압에 대한 전류 밀도(current density) 등을 포함할 수 있다.
이어서, 스퍼터링 공정을 통하여 상기 기판(10) 상에 상기 타겟 물질이 증착시켜 텍스쳐가 형성된 산화 금속막(30)을 형성한다(S170). 따라서, 상기 기판(10) 상에 광투과성을 갖는 산화 금속막이 형성된다. 또한, 상기 산화 금속막은 전기적 전도성을 가짐으로써 태양 전지가 제조될 수 있다.
실시예1-알루미늄 코팅된 아연 산화막 형성
유리 기판을 준비하였다. 상기 유리 기판은 코닝 2000(Corning 2000) 기판이 사용되었다. 상기 유리 기판은 아세톤 및 이소프로필 알코올(IPA) 용액에서 초음파를 인가하여 10분동안 세정되었다. 따라서, 기판 표면에 유기 불순물 또는 무기 불순물이 제거되었다. 이후 상기 유기 기판은 탈이온수에서 린싱한 후 질소 가스로 건조되었다. 이후, 타겟의 표면 오염을 제거하기 위하여 예비 스퍼터링 공정이 5분간 진행되었다.
이후, 상기 유기 기판에 대하여 스퍼터링 공정이 수행되어 상기 유기 기판 상에 알루미늄 도핑 아연 산화막을 형성하였다. 상기 스퍼터링 공정은 직류 마그네트론을 이용하여 수행되었다. 여기서 타겟은 2 중량%의 알루미늄산화물(Al2O3)이 도핑된 아연 산화물을 이용하였다. 상기 타겟은 15.24 cm의 두께를 가졌다. 상기 스퍼터링 공정에 있어서, 내부 압력은 2 mTorr로 조절되었고, 아르곤 가스의 유량은 15 sccm이였다. 직류 전원은 500 W (2.74 W/cm2)이였으며, 기판의 온도는 155°C 이였으며, 기판의 회전 속도는 5rmp으로 조절되었다. 이때, 타겟 각도는 32.5°내지 72.5°의 범위에서 변경시키면서 스퍼터링 공정이 수행되었다.
실험예1-타겟 각도에 따른 면저항값 및 저항값의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 면저항값 및 저항값을 측정하기 위하여 모델명 ECOPIA HMS-300인 홀이펙트 측정시스템을 이용한다.
도 3은 타겟 각도의 변화량에 따른 면저항값 및 저항값의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상기 타겟 각도가 증가함에 따라 면저항 및 저항이 증가함을 알 수 있다. 상기 면저항 및 저항값이 증가함에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 조절될 수 있다.
실험예2-타겟 각도에 따른 광학적 밴드갭의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 광학적 밴드갭을 측정하기 위하여 모델명 SCINCO S-3100인 자외선-가시광선 스펙트로포토미터(ultraviolet-visible spectrophotometer)가 이용된다.
도 4는 타겟 각도의 변화량에 따른 광학적 밴드갭의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 타겟 각도가 2.5°에서 40°까지 증가하면서 밴드갭도 3.6eV로 증가한다. 그러나 상기 타겟 각도가 40°를 초과하여 증가할 경우 밴드갭이 감소함을 알 수 있다. 상기 밴드갭이 변화함에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 조절될 수 있다.
실험예3-타겟 각도에 따른 투명도전막의 모포로지의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 투명 도전막의 모포로지를 확인하기 위하여 모델명 FE-SEM I /EDS JEOL JSM 6700F이며, 15kV에서 1.0nm의 해상도와 1kV에서 2.2nm의 해상도를 갖는 필드 이미션 전자 주사 현미경(field emission scanning electron microscope; FE_SEM)이 이용된다.
도 5a 내지 도 5e는 타겟 각도의 변화량에 따른 투명 도전막의 모포로지를 나타낸 전자 현미경 사진들이다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 상기 타겟 각도가 증가함에 따라 투명 도전막의 모포로지(morphology)가 변화함을 확인할 수 있다. 또한, 타겟 각도가 증가함에 따라 그레인 사이즈(grain size)이 감소함을 확인할 수 있다. 이에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 조절될 수 있다.
실험예4-타겟 각도에 따른 표면 거칠기의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 표면 거칠기를 측정하기 위하여 모델명 SII SPA-300HV 인 고해상도 원자간력 현미경(high resolution atomic force microscope)이 이용된다.
도 6은 타겟 각도의 변화량에 따른 표면 거칠기의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 타겟 각도가 32.5°에서 72.5°까지 증가하면서 표면 거칠기도 함께 증가한다. 상기 표면 거칠기가 변화함에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 변화함을 예상할 수 있다.
실험예5-타겟 각도에 따른 일함수의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 일함수(work function)를 측정하기 위하여 모델명 RIKEN AC-2 인 표면 분석기가 이용된다. 이때, 자외선의 강도는 50nW이며, 전압은 2,980V이며, 스캐닝 에너지는 3.4eV에서 6.2eV 범위로 조절된다.
도 7은 타겟 각도의 변화량에 따른 일함수의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 타겟 각도가 2.5°에서 40°까지 증가하면서 일함수가 감소한다. 그러나 상기 타겟 각도가 40°를 초과하여 증가할 경우 일함수도 함께 증가함을 알 수 있다. 이는, 알루미늄의 양이 증가함에 따라 일함수도 함께 증가하는 것으로 예상된다. 상기 일함수 값이 변화함에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 조절될 수 있다.
실험예6-타겟 각도에 따른 헤이즈 인자의 변화
실시예1에서 제조된 알루미늄 도핑 아연 산화막이 측정 대상으로 한다. 상기 헤이즈 인자를 측정하기 위하여 모델명 SCINCO S-3100인 자외선-가시광선 스펙트로포토미터(ultraviolet-visible spectrophotometer)가 이용된다. 상기 헤이즈 인자는 아래 표1과 같다.
상기 표 1을 참조하면, 타겟 각도가 증가하면서 헤이즈 인자값도 모두 증가함을 확인할 수 있다. 상기 헤이즈 인자가 변화함에 따라 상기 알루미늄 도핑 아연 산화막을 투명 도전막으로 구비한 태양전지의 광전 변환 효율이 변화함을 예상할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법에 따르면, 스퍼터링 공정을 통하여 텍스쳐링 된 투명 도전막이 형성될 수 있다. 나아가 타겟 각도가 조절됨에 따라 투명 도전막의 광학적 특성 및 전기적 특성이 변화될 수 있다. 따라서 타겟 각도의 조절을 통하여 상기 투명 도전막을 포함하는 태양전지가 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지용 유리 기판의 제조 방법은 실리콘 박막형 태양 전지 또는 염료 감응형 태양 전지에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- 챔버 내에 위치한 타겟 지지부 상에 알루미늄산화물이 도핑된 아연산화물을 타겟으로 장착하는 단계;
상기 챔버 내에 위치한 서셉터 상에 기판을 장착하는 단계;
상기 기판 및 상기 타겟 간의 타겟 각도를 40° 이상 60° 이하로 조절하는 단계; 및
상기 기판이 고정된 위치에서 회전하도록 상기 서셉터를 회전시키면서 상기 기판 상에 상기 타겟 물질을 증착시켜 표면에 10nm 이상 15nm 이하의 미세 돌기들을 포함하는 텍스쳐가 형성되고 일함수(work function)가 4.7eV 내지 4.9eV인 알루미늄 도핑 아연산화막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 타겟 각도는 상기 타겟 표면의 법선과 상기 기판간에 이루는 각으로 정의되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리 기판의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 타겟 물질을 증착시키는 단계는 직류 마그네트론 스퍼터링 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리 기판의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 마그네트론 스퍼터링 공정은 1 내지 30 mTorr의 압력 및 100 내지 500°C 의 온도 조건 및 400 내지 600 W의 전원에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리 기판의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
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