KR101407012B1 - Ｃｉｇｓ 박막제조 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 박막형 CIGS 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 증착물질을 샘플링하여 실시간 모니터에 의한 증착비율을 조절함으로써 고효율 대면적의 CIGS 박막형 태양전지에 대한 지속전인 재현성을 갖는 박막의 대량생산이 가능하도록 하는 CIGS 박막제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 기판에 증착이 이루어지는 하나의 공정챔버를 구비하되 상기 공정챔버의 내부에는 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)이 채워져 증발되는 공정증발원을 설치하고, 상기 공정챔버와는 별도로 소형의 콘트롤 챔버를 구비하되 상기 콘트롤 챔버는 공정챔버와 동일한 조건을 유지시키며, 상기 공정챔버의 공정증발원에 담긴 증착물질은 배선장치를 통하여 콘트롤 챔버에 설치된 콘트롤 증발원에 공급되게 하고, 상기 콘트롤 챔버의 내부에 크리스탈 센서를 설치함으로써 이루어진다.
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 기판에 증착이 이루어지는 하나의 공정챔버를 구비하되 상기 공정챔버의 내부에는 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)이 채워져 증발되는 공정증발원을 설치하고, 상기 공정챔버와는 별도로 소형의 콘트롤 챔버를 구비하되 상기 콘트롤 챔버는 공정챔버와 동일한 조건을 유지시키며, 상기 공정챔버의 공정증발원에 담긴 증착물질은 배선장치를 통하여 콘트롤 챔버에 설치된 콘트롤 증발원에 공급되게 하고, 상기 콘트롤 챔버의 내부에 크리스탈 센서를 설치함으로써 이루어진다.
Description
본 발명은 대면적 박막형 CIGS 태양전지의 광흡수층을 동시 증착법으로 증착함에 있어서, 증착물질을 샘플링하여 실시간 모니터에 의한 증착비율을 조절함으로써 고효율 대면적의 CIGS 박막형 태양전지에 대한 지속전인 재현성을 갖는 박막의 대량생산이 가능하도록 하는 CIGS 박막제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 태양전지 기술과 관련하여 효율적, 저비용, 내구성 및 환경문제를 유발시키지 않는 박막형 태양전지가 각광을 받고 있으며, 그 중에서도 친환경적이면서도 효율성과 내구성면에서 우세한 구리(Cu),인듐(In),갈륨(Ga),셀레늄(Se)의 4개 증착물질을 혼합해 만든 CIGS 박막형 태양전지에 대한 관심이 고조되고 있다.
CIGS 박막형 태양전지의 기본 구조는 배면전극, 광흡수층, 버퍼층, 앞면 투명전극, 반사 방지막으로 이루어져 있으며, 상기 광흡수층을 증착하는 방법으로는 동시증착(co-evaporation)법, 스퍼터링(sputtering)법, 전착(electro-deposition)법, 유기금속 기상성장법(molecular organic chemical vapor deposition)등이 있으나, 이중 가장 높은 효율을 얻을 수 있는 방법이 동시증착법으로 알려져 있다.
CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 증착하기 위한 방법으로 사용되는 동시증착법은 구리(Cu),인듐(In),갈륨(Ga),셀레늄(Se)의 4개 증착물질을 진공챔버에서 증발이 이루어지게 하고, 상기 진공챔버의 내부에 위치해 있는 크리스탈 센서가 증발되는 분자입자의 양을 실시간으로 측정함으로써 4가지 증착물질의 증발량을 제어하게 된다.
즉, 크리스탈 센서는 각 물질의 증발량을 정확히 측정해야만 일정한 제어를 할 수 있으나, 4가지 물질의 증착 비율이 서로 다르고, 특히 셀레늄의 증기 비율이 높아 공정 챔버 내의 모든 크리스탈 센서 영향을 미치게 되며, 이로 인하여 다른 물질의 증발량을 일정하게 제어하는 것이 어려워 재연성 있는 박막 제조가 어렵게 된다.
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 증착하기 위하여 진공챔버의 내부에서 4개의 증착물질을 (Cu, In, Ga, Se)의 증발시키되 크리스탈 센서를 이용하여 각각의 증착물질에 대한 증발량을 제어하는 하는 경우 각각의 증착물질에 대한 증발비율이 서로 달라 각각의 증발량을 감지하기가 쉽지 않고, 특히 셀레늄의 경우 증기비율이 높아 진공장비 내부를 오염시키는 문제가 발생하기 때문에 진공챔버에서 4가지 증착물질의 섬세한 개별 증발 조절에 어려움이 따르기 때문에 생산하는 박막의 재현성이 떨어지는 문제가 발생하는 것이었다.
이러한 문제는 하나의 진공챔버에 4가지 증착물질이 증발되게 하되 진공챔버의 내부에서 각각의 증착물질을 감지하는 크리스탈 센서를 설치하되 각각의 크리스탈 센서에서 감지되는 센서값에 따라 증착물질을 콘트롤하기 때문에 이루어지는 현상으로써 서로 다른 증착물질을 감지하는 크리스탈 센서가 동일 공간에 위치하고 각각의 물질에 대한 증기비율이 다르기 때문에 센서에서 정확한 값을 감지하기 어렵기 때문이다.
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 기판에 증착이 이루어지는 하나의 공정챔버를 구비하되 상기 공정챔버의 내부에는 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)이 채워져 증발되는 공정증발원을 설치하고, 상기 공정챔버와는 별도로 소형의 콘트롤 챔버를 구비하되 상기 콘트롤 챔버는 공정챔버와 동일한 조건을 유지시키며, 상기 공정챔버의 공정증발원에 담긴 증착물질은 배선장치를 통하여 콘트롤 챔버에 설치된 콘트롤 증발원에 공급되게 하고, 상기 콘트롤 챔버의 내부에 센서를 설치함으로써 이루어지는 것으로, 진공챔버에서의 증착물질 증발을 진공챔버와 대응되게 소형화시킨 콘트롤 챔버에서 소량의 증발이 이루어지게 하고, 콘트롤 챔버의 증착물질 증발량을 크리스탈 센서로 감지하여 공정챔버의 증착물질을 콘트롤하는 것이다.
본 발명은 각각의 증착물질을 서로 간섭되지 않는 형태로 설치된 콘트롤 챔버에서 정확히 서로 간섭되지 않는 상태로 감지가 이루어지게 되므로, 이를 이용하여 공정챔버의 콘트롤이 이루어지도록 함으로써 재현성이 우수한 박막을 지속적으로 생산하게 된다.
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 공정챔버와는 별도로 콘트롤 챔버에서 공정챔버의 증착물질에 대한 감지가 이루어지게 한 후 이를 이용하여 공정챔버의 증착물질에 대한 증발 콘트롤이 이루어지도록 하는 것으로, 정확하고 정밀한 증착물질 제어가 이루어져 박막의 재현성이 뛰어난 효과가 있고, 증착물질의 증발량이 독립적으로 감지되게 되므로, 정확한 공정챔버에서의 콘트롤이 이루어져 효율이 뛰어난 박막의 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 정단면도
도 2는 본 발명의 내부를 보인 사시도
도 3은 본 발명의 콘트롤 챔버 내부를 보인 단면도
도 2는 본 발명의 내부를 보인 사시도
도 3은 본 발명의 콘트롤 챔버 내부를 보인 단면도
본 발명은 CIGS 박막형 태양전지의 광흡수층을 동시증착법으로 증착함에 있어서, 4가지 증착물질을 증발시켜 기판에 증착이 이루어지는 공정챔버를 구비하고, 상기 공정챔버 보다는 소형이나 공정챔버에 설치되는 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)을 증발시키는 콘트롤 챔버를 구비하되 상기 콘트롤 챔버는 각각의 증착물질을 별도의 공간에서 크리스탈 센서로 감지할 수 있도록 한 후 상기 크리스탈 센서의 감지 결과에 따라 공정챔버의 증착물질에 대한 콘트롤이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 공정챔버는 동시증착법을 실행하기 위하여 4가지 증착물질이 담기는 공정 증발원을 설치하되 상기 공정증발원은 히터를 이용한 온도 제어를 통하여 증발량이 제어되게 되고, 상기 증착물질은 기판에 증착되어 광흡수층을 형성하게 되는 것으로, 공정챔버에 진공을 가하는 동시에 각각의 증착물질에 대한 증발량을 센서에서 감지한 후 감지량에 따라 온도조절을 통하여 공정증발원의 증발량을 콘트롤하는 구조는 당 업계의 공지된 사실이다.
본 발명은 상기 공정챔버와는 별도로 소형의 콘트롤 챔버를 설치하되 상기 공정챔버와 콘트롤 챔버는 내부에 동일한 조건을 유지하도록 하고, 내부는 4개의 별도 공간을 형성하되 각각의 공간에는 4개의 증착물질이 담기는 콘트롤 증발원을 설치하는 한편 크리스탈 센서를 각각 설치하도록 한다.
그리고, 콘트롤 증발원에는 배선장치를 통하여 공정챔버의 공정 증발원에 담긴 증착물질이 채워진 후 히터에 의해 증발이 이루어지게 하고, 상기 배선장치의 양쪽으로는 증착물질의 이동을 제어하는 피드스루가 설치된다.
본 발명의 콘트롤 챔버와 콘트롤 증발원은 공정챔버와 공정증발원과 비교할 때 일정 비율로 적고 작게 형성함으로써 콘트롤 챔버의 내부에서 증착물질의 증발량을 크리스탈 센서에서 감지되면, 공정챔버와 콘트롤 챔버와의 비율만큼 증가시킬 경우 실제 공정챔버에서의 증발량과 같기 때문에 증발량의 검출은 콘트롤 챔버에서 이루어지고, 실제 증발량 조절은 공정 챔버에서 이루어지도록 함으로써 정밀 조절이 가능한 동시에 셀레늄에 증기비율이 높아 공정 장비가 오염되는 경우를 없애게 된다.
본 발명은 공정챔버와 콘트롤 챔버의 내부 조건을 동일하게 맞춰준 상태에서 공정 증발원의 증착물질이 콘트롤 챔버의 콘트롤 증발원으로 이동한 후 소량의 증발이 이루어지게 하고, 콘트롤 챔버에서는 각 증착물질 별로 독립되게 증발량을 크리스탈 센서로 검출하고, 이를 이용하여 공정챔버에서는 증발량 조절이 이루어지게 함으로써 각각의 증착물질이 증발되어 혼합된 상태로 증발량 검출을 하게 되는 기존의 방식과 비교할 때 선택된 증착물질의 검출이 이루어지게 되어 정밀한 증발량 조절이 가능하고, 특히 증기비율이 다른 증착물질을 별도의 크리스탈 센서로 감지하게 되므로, 공정장비가 오염되지 않는다.
여기서 컨트롤 챔버에서 사용한 재료는 각 재료와 동일한 물질의 기판에 증착을 시킨 후 재활용 할 수 있으며, 기판의 구조를 반구형으로 하여 재료의 낭비를 줄이게 한다.
이하 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 정단면도이고, 도 2는 본 발명의 내부를 보인 사시도이며, 본 발명에서는 구성과 작용을 동시에 설명함으로써 제조장치와 방법에 대한 설명이 동시에 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명은 공정챔버(20)와 콘트롤 챔버(50)로 이루어지고, 상기 공정챔버(20)와 콘트롤 챔버(50)는 배선장치(80)를 이용하여 연결하게 되며, 도시되지 아니한 콘트롤러에서는 콘트롤 챔버(50)에서의 증발량 감지를 통하여 공정챔버(20)에서의 증착물질에 대한 증발을 콘트롤하게 된다.
본 발명의 공정챔버(20)는 동시증착법을 위하여 내부에 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)이 담기는 공정 증발원(30)을 설치하되 상기 공정 증발원(30)은 당 업계의 공지된 기술과 같이 담겨진 증착물질은 히터를 이용하여 가열시킴으로서 기판(10)에 증착시키게 된다.
본 발명은 4개의 증착물질이 담겨져야 하므로, 4개의 공정 증발원(30)을 설치하게 되고, 도시되지 아니한 콘트롤러에서는 상기 공정 증발원(30)을 콘트롤하여 증발량을 조절하게 된다.
본 발명은 상기 공정챔버(20)와는 별도로 소형의 콘트롤 챔버(50)를 설치하는 것으로, 상기 콘트롤 챔버(50)는 내부 환경을 공정챔버(20)와 동일하게 유지시키되 상기 콘트롤 챔버(50)는 각각의 증착물질이 별도의 공간에서 증발이 이루어지도록 4개의 독립된 공간으로 형성하고, 상기 콘트롤 챔버(50)의 독립된 공간에는 콘트롤 증발원(60)을 설치하여 증착물질의 증발이 이루어지게 하는 한편 크리스탈 센서(70)를 설치하여 증착물질의 증발량을 감지하도록 한다.
여기서, 콘트롤 증발원(60)에는 공정 증발원(30)의 증착물질이 배선장치(80)를 통하여 이동되게 하고, 상기 배선장치(80)에는 피드스루(90)를 설치하여 증착물질의 이동을 단속하도록 한다.
이러한 본 발명의 박막제조장치는 전술한 바와 같이 공정 챔버(20)를 구비하는 한편 상기 공정챔버(20)와 일정 비율로 적게 제조된 콘트롤 챔버(50)를 구비하고, 상기 콘트롤 챔버(50)는 공정 챔버(20)와 동일한 조건을 유지하되 4개의 콘트롤 증발원(60)을 설치하는 한편 각각의 콘트롤 증발원(60)에서 증발되는 증발량을 검출하는 크리스탈 센서(70)를 설치하며, 상기 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에 담긴 증착물질이 배선장치(80)를 통하여 콘트롤 챔버(50)의 콘트롤 증발원(60)으로 공급되게 하고, 상기 크리스탈 센서(70)의 검출값에 따라 공정챔버(20)의 증발을 콘트롤하게 구성된다.
여기서, 콘트롤 챔버(50)에는 4개의 증착물질이 증발할 때 서로 영향을 받지 않도록 독립적인 공간에서 증발이 이루어지도록 한다.
또한 본 발명의 제조방법은 공정 챔버(20)와 동일한 조건을 유지하되 크기만 소형인 콘트롤 챔버(50)를 준비한 후 콘트롤 챔버(50)에서의 증착물질 증발을 독립적으로 크리스탈 센서(70)에서 검출함으로써 공정 챔버(20)에서 증발량을 조절하는 것으로, 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에 증착물질을 채우는 과정과, 공정챔버(20)와 콘트롤 챔버(50)의 내부 조건을 동일하게 유지시키는 과정과, 공정 챔버(20)의 공정 증발원(30)에 담긴 증착물질을 배선장치(80)로 콘트롤 챔버(50)의 콘트롤 증발원(60)에 공급하여 증착물질의 증발이 이루어지게 하는 과정과, 콘트롤 증발원(60)의 증착물질 증발량을 크리스탈 센서(70)로 검출하는 과정과, 크리스탈 센서(70)에서 검출된 증발량에 따라 콘트롤러에서 공정 챔버(20)의 공정 증발원(30)에서 증발되는 량을 조절하는 과정을 수행하게 된다.
본 발명은 컨트롤 챔버(50)에서 사용한 재료와 동일한 물질의 기판(10a)에 증착되게 함으로써 재활용할 수 있도록 하고, 기판(10a)의 형태를 오목하게 할 경우 재료의 낭비를 크게 줄일 수 있다.
이러한 구성의 본 발명에서, 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에 증착물질을 채운 후 진공을 걸고 증착물질을 가열시킴으로써 기판(10)에 증착이 이루어지게 하는 과정은 당 업계의 공지된 사실이다.
본 발명은 상기 공정챔버(20)와 동일한 조건을 갖게 콘트롤 챔버(50)를 설치함으로써 공정 증발원(30)에서는 증착물질은 배선장치(80)를 통하여 콘트롤 증발원(60)으로 이동하여 증발이 이루어지게 하되 공정챔버(20)의 크기와 콘트롤 챔버(50)의 크기 차이에 따른 비율만큼 적게 콘트롤 증발원(60)에서 증발이 이루어지게 한다.
즉, 본 발명은 공정챔버(20)에서는 4개의 증착물질(Cu, In, Ga, Se)에 대한 증발이 동시에 이루어지게 되고, 이와 비례하여 콘트롤 챔버(50)에서도 증발이 이루어지게 되는 것으로, 공정챔버(20)와 콘트롤 챔버(50)의 조건은 동일한 상태를 유지하여야 한다.
이때 콘트롤 챔버(50)의 독립된 공간에 설치된 콘트롤 증발원(60)에서 증발시킨 증착물질의 증발량은 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에서 증발시킨 증착물질의 증발량에서 공정챔버(20)와 콘트롤 챔버(50)의 비율만큼 비례하여 증발이 이루어지게 된다.
즉, 공정 챔버(20)에서 증발시키는 증착물질의 증발량과 콘트롤 챔버(50)에서 증발시키는 증착물질의 증발량은 서로 비례하는 것으로, 본 발명에서는 4가지의 증착물질이 혼입되는 상태인 공정 챔버(20)에서 증착물질의 증발량을 감지하지 않고, 콘트롤 챔버(50)의 독립적 공간에 설치된 크리스탈 센서(70)를 이용하여 순수한 증착물질의 증발량을 감지한 후 비율에 따라 공정 챔버(20)의 증발량을 계산한 후 공정 증발원(30)을 콘트롤하여 최적의 증발이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 콘트롤 챔버(50)는 4가지 증착물질을 서로에게 영향을 주지 않은 채로 증발량을 검출하기 위하여 4개의 독립적인 공간에서 증착물질의 증발이 이루어지고, 이때의 증발량은 각각의 크리스탈 센서(70)를 이용하여 검출하는 것이다.
여기서, 콘트롤 증발원(50)에서 증발되는 증착물질은 배선장치(80)를 통하여 공정 챔버(20)의 공정 증발원(30)에 담긴 증착물질이 공급되어 증발될 수 있도록 하고, 상기 배선장치(80)에는 양쪽으로 피드스루(90)를 설치하여 증착물질의 이동을 단속할 수 있도록 한다.
그리고, 본 발명의 컨트롤 챔버(50)에서 증착에 사용되는 재료와 동일한 물질을 기판(10a)으로 사용하여 증착이 이루어지게 함으로써 재할용이 가능하게 된다.
10 : 기판 20 : 공정 챔버
30 : 공정 증발원 50 : 콘트롤 챔버
60 : 콘트롤 증발원 70 : 크리스탈 센서
80 : 배선장치 90 : 피드스루(feedthrough)
30 : 공정 증발원 50 : 콘트롤 챔버
60 : 콘트롤 증발원 70 : 크리스탈 센서
80 : 배선장치 90 : 피드스루(feedthrough)
Claims (4)
- 진공 상태를 유지하는 한편 기판(10)에 증착물질을 증착시키는 공정 챔버(20)를 구비하는 한편 상기 공정챔버(20)와 일정 비율로 적게 제조되는 콘트롤 챔버(50)를 구비하고,
상기 콘트롤 챔버(50)는 공정 챔버(20)와 동일한 내부 조건을 유지하되 4개의 콘트롤 증발원(60)을 설치하는 한편 각각의 콘트롤 증발원(60)에서 증발되는 증발량을 검출하는 크리스탈 센서(70)를 설치하며,
상기 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에 담긴 증착물질이 배선장치(80)를 통하여 콘트롤 챔버(50)의 콘트롤 증발원(60)으로 공급되어 증발되게 하고,
상기 크리스탈 센서(70)의 검출값에 따라 공정챔버(20)의 증발량을 콘트롤하게 구성하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막제조 장치. - 제1항에 있어서, 콘트롤 챔버(50)에는 4개의 서로 다른 증착물질이 담겨지는 콘트롤 증발원(60)을 각각 독립된 공간에 설치하고, 상기 독립된 공간에는 증발량을 검출하는 크리스탈 센서(70)를 각각 설치하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막제조 장치.
- 제1항에 있어서, 콘트롤 챔버(50)에서 사용되는 재료와 상기 재료가 증착되는 기판(10)(10a)은 서로 동일한 물질을 사용하여 증발재료를 재활용 하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막제조 장치.
- 공정챔버(20)의 공정 증발원(30)에 증착물질을 채우는 과정과,
공정챔버(20)와 연결된 콘트롤 챔버(50)의 내부 조건을 공정챔버(20)와 동일하게 유지시키는 과정과,
공정 챔버(20)의 공정 증발원(30)에 담긴 증착물질을 배선장치(80)를 통하여 콘트롤 챔버(50)의 독립적인 공간에 각각 설치되는 콘트롤 증발원(30)에 공급하여 증착물질을 증발시키는 과정과,
콘트롤 챔버(50)에서의 독립공간에서 증발되는 증착물질 증발량을 각각의 크리스탈 센서(70)로 검출하는 과정과,
크리스탈 센서(70)에서 검출된 증발량에 따라 콘트롤러에서 공정 챔버(20)의 공정 증발원(30)에서 증발되는 량을 조절하는 과정을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020120079956A KR101407012B1 (ko) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Ｃｉｇｓ 박막제조 장치 및 방법 |
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| KR20140014417A KR20140014417A (ko) | 2014-02-06 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120079956A KR101407012B1 (ko) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Ｃｉｇｓ 박막제조 장치 및 방법 |
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| KR (1) | KR101407012B1 (ko) |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20140014417A (ko) | 2014-02-06 |
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