KR101483254B1 - 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지의 광흡수층 형성을 위한 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법으로서, 2성분계 셀렌화합물(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3)의 분말을 화학양론적 조성비로 혼합해 4성분계 셀렌화합물(CuyIn1-XGaXSe2)의 분말을 형성하는 단계와, 상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 소결 몰드에 삽입한 후 상기 소결 몰드를 소결 챔버에 장착하는 단계, 및 상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 방전플라즈마 분위기에서 소결해 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 발명은 2성분계 분말 또는 4성분계 분말을 방전플라즈마 소결법을 이용하여 셀렌화공정이 필요 없는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조할 수 있는 장점이 있다.
Description
이 발명은 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 2성분계 분말 또는 4성분계 분말을 방전플라즈마 소결법(spark plasma sintering: SPS)을 사용해 셀렌화 공정이 필요 없는 스퍼터링 타겟용 셀렌화합물 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지는 제조단가가 낮고 태양광의 흡수에 가장 이상적인 1.04eV 정도의 에너지 금지대 폭을 가지므로 변환효율이 높은 이점이 있어 박막형 태양전지로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 이러한 CIGS 박막 태양전지는 대개 기판층, 전극층(Back Contact), 광흡수층, 버퍼층 및 투명전극으로 구성되는 상부 전극층으로 이루어진다.
상기 기판층은 유리 또는 금속 재질로 구성되고, 상기 광흡수층은 빛을 흡수하여 전기 에너지를 발생시키는 부분으로 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)의 화합물로 구성된다. 그리고, 상기 버퍼층은 대개 황화 카드늄(CdS)으로 구성되고, 상기 상부 전극층은 산화아연(ZnO)으로 구성된다.
상기 광흡수층은 동시증발법(coevaporation) 또는 금속전구체의 셀렌화법(two-stage process) 등의 제조방식을 이용해 형성한다. 여기서, 동시증발법은 단위 원소인 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 열증발원을 이용해 동시에 증발시켜 전극층이 형성된 고온의 기판에 광흡수층을 형성하는 방식이다. 그런데, 동시증발법은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀렌의 재료소비가 많아 각 단위 원소들의 이용효율이 낮고, 대면적 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 금속전구체의 셀렌화법은 2단계 공정법으로 불리기도 하는데, 전구체 증착공정 및 열처리를 하는 셀렌화 공정을 포함하는 2단계 공정으로 이루어진다. 즉, 이 방식은 전극층이 형성된 기판에 스퍼터링 처리를 통해 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 전구체를 순차적으로 진공 증착한 후, 고온에서 셀렌화 공정을 실시해 광흡수층을 형성하게 된다.
그런데, 금속전구체의 셀렌화법은 셀렌화 공정에서 H2Se와 같은 유독성 가스를 사용해야 하는 점과, 셀렌의 농도가 불균일한 점 및 CIGS 박막의 조성비를 제어하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 금속전구체의 셀렌화법은 전극층과 광흡수층 간의 계면에서 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)과 전극층을 이루는 단위원소 간의 상호확산(counter diffusion)이 발생하면서 전도띠의 배열이 달라지는 문제점이 있다. 또한, 금속전구체의 셀렌화 과정 중의 부피팽창 등으로 인한 계면탈리 현상 등이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 제조된 CIGS 박막 특성을 열화시키는 문제점이 발생하고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이 발명자들은 방전플라즈마 소결법(spark plasma sintering)을 이용하여 셀렌화공정이 필요 없는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하는 방법을 개발하게 되었다.
따라서, 이 발명은 2성분계 분말 또는 4성분계 분말을 방전플라즈마 소결법을 이용하여 셀렌화공정이 필요 없는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은, CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지의 광흡수층 형성을 위한 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법으로서, 2성분계 셀렌화합물(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3)의 분말을 화학양론적 조성비로 혼합해 4성분계 셀렌화합물(CuyIn1-XGaXSe2)의 분말을 형성하는 단계와, 상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 소결 몰드에 삽입한 후 상기 소결 몰드를 소결 챔버에 장착하는 단계, 및 상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 방전플라즈마 분위기에서 소결해 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은, CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지의 광흡수층 형성을 위한 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법으로서, 화학양론적 조성비로 혼합된 4성분계 셀렌화합물(CuyIn1-XGaXSe2)의 분말을 소결 몰드에 삽입한 후 상기 소결 몰드를 소결 챔버에 장착하는 단계와, 상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 방전플라즈마 분위기에서 소결해 4성분계 셀렌화합물 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 x는 0.2~0.5 범위 내에 있고, y는 0.8~1.0 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 x는 0.3 이고, y=1.0 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 4성분계 셀렌화합물 소결체는, 상기와 같은 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.
이 발명은 2성분계 분말 또는 4성분계 분말을 방전플라즈마 소결법을 이용하여 셀렌화공정이 필요 없는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 셀렌화합물 소결체를 구성하는 조성비를 조절함으로써, 스퍼터링후 형성되는 태양전지 박막의 조성을 제어할 수 있고, 결과적으로 박막내 광흡수층의 에너지 밴드갭을 제어할 수 있어 고효율의 박막태양전지를 제조할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전구체 스퍼터링 공정과 셀렌화 공정를 이용한 2공정 광흡수층 제작 단계를 보여주는 개략도이고,
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따라 제조된 셀렌화합물 소결체를 스퍼터링 타겟으로 이용한 단일공정 광흡수층 형성 단계를 보여주는 개략도이고,
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법을 나타낸 공정도이고,
도 4는 SPS 공법을 사용하기 위해 전처리한 몰드를 준비하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 5는 준비된 몰드에 삽입할 분말들의 중량을 달고, 이 분말들을 혼합한 뒤 몰드에 삽입하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 6은 도 5에서 준비된 몰드를 SPS 챔버에 장착하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 7은 동작중인 SPS 장치를 보여주는 도면이고,
도 8은 흑연 몰드에 소정의 온도 및 압력이 인가된 경우 CIGS 분말의 소결 과정에서 수축율을 보여주는 그래프이고,
도 9는 소결 온도에 따라 제작된 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 이미지를 보여주는 사진이고,
도 10은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 XRD 패턴을 보여주는 분석표이며,
도 11은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 Raman PL 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따라 제조된 셀렌화합물 소결체를 스퍼터링 타겟으로 이용한 단일공정 광흡수층 형성 단계를 보여주는 개략도이고,
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법을 나타낸 공정도이고,
도 4는 SPS 공법을 사용하기 위해 전처리한 몰드를 준비하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 5는 준비된 몰드에 삽입할 분말들의 중량을 달고, 이 분말들을 혼합한 뒤 몰드에 삽입하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 6은 도 5에서 준비된 몰드를 SPS 챔버에 장착하는 단계를 보여주는 도면이고,
도 7은 동작중인 SPS 장치를 보여주는 도면이고,
도 8은 흑연 몰드에 소정의 온도 및 압력이 인가된 경우 CIGS 분말의 소결 과정에서 수축율을 보여주는 그래프이고,
도 9는 소결 온도에 따라 제작된 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 이미지를 보여주는 사진이고,
도 10은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 XRD 패턴을 보여주는 분석표이며,
도 11은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 Raman PL 특성을 보여주는 그래프이다.
아래에서, 이 발명에 따른 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따라 제조된 셀렌화합물 소결체를 스퍼터링 타겟으로 이용한 단일공정 광흡수층 형성 단계를 보여주는 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 발명은 스퍼터링 타겟을 이용한 단일공정을 통해 광흡수층을 형성하는데 이용되는 4성분계 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 4는 SPS 공법을 사용하기 위해 전처리한 몰드를 준비하는 단계를 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하기 위해서는 먼저 몰드를 준비한다. 한편, 이 실시예의 4성분계 셀렌화합물 소결체는 SPS 공법을 이용해 제조한다. 따라서, 이 실시예에서는 SPS 공법에 사용되는 흑연 몰드(graphite mold)를 준비한다. 여기서, 몰드는 원통형 다이와, 원통형 다이의 상부 및 하부 개구부에 각각 삽입되는 한 쌍의 펀치로 구성된다. 원통형 다이는 그 내경이 20~200mm 범위이고 외경이 200mm인 것이 바람직하다. 이 실시예에서는 내경이 20mm인 원통형 다이를 사용하였다. 한편, 몰드는 내/외부의 불순물을 제거하고 타겟 성형 후 용이한 탈착이 가능하도록 보론 니트라이드 스프레이 코팅(Boron Nitride(BN) spray coating)을 실시하는 것이 바람직하다.
도 5는 준비된 몰드에 삽입할 분말들의 중량을 달고, 이 분말들을 혼합한 뒤 몰드에 삽입하는 단계를 보여주는 도면이다. 도 5와 같이, 이 실시예에 따른 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하기 위한 셀렌화합물 분말을 준비한다. 셀렌화합물 분말은 출발물질로서 2성분계 분말(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3) 또는 4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS)｝을 준비한다. 즉, 이 실시예에서는 2성분계 분말(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3) 또는 4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS)｝을 이용해 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하는 것이다.
현재, 시중에서 유통되는 2성분계 분말(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3) 및 4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS)｝의 특성은 아래의 표 1과 같다.
(
1) 4성분계 분말을 이용한 4성분계 셀렌화합물 소결체 제조
아래의 표 2는 4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS))을 구성하는 각각의 원소별 물성을 이용해 CIGS 분말의 원자백분율(at.%)을 중량백분율(wt.%)로 환산한 것을 나타낸 것이다.
4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2)을 사용해 셀렌화합물 소결체를 제조하기 위해서는, 먼저 4성분계 분말을 구성하는 각 원소별 중량을 표 2를 참조해 구한다. 표 2의 CIGS 분말의 원자백분율(at.%)을 중량백분율(wt.%)로 환산한다. 이때, 중량백분율(wt.%)의 계산 방법은 각 구성 원소(Cu, In, Ga, Se)의 원자량(g/mol)에 원자백분율(at.%)을 곱한 후, 전체 원자량(g/mol)에 대한 각 구성 원자량(g/mol)의 비를 백분율로 환산하여 구하면 된다.
아래의 표 3은 변환된 중량백분율(wt.%)과 주기율표에 근거한 이론밀도를 바탕으로 각 구성 원소의 부피{volue = wt.% / theoretical density(g/cm3)}를 구한 후 다시 volue(%)로 환산한 것을 나타낸 것이다.
여기서, 최종적인 CuIn0.7Ga0.3Se2 물질의 이론밀도(theoretical density)는 각 구성 원소별 이론밀도의 합으로 계산한다. 따라서, 특정 크기의 셀렌화합물 소결체를 제작하기 위한 분말의 양은 계산된 이론밀도에 제작하고자 하는 타겟 부피의 곱으로 계산된다.
예를 들어, 높이 4mm, 직경 20mm의 원기둥 형태를 갖는 셀렌화합물 소결체(CuIn0.7Ga0.3Se2)의 경우에는 그 부피가 1.2567㎤이다. 따라서, 이러한 소결체를 제작하기 위해 필요한 분말의 양은 CuIn0.7Ga0.3Se2의 이론밀도 5.913g/㎤와 소결체의 부피 1.2567㎤로부터 구하면 5.913g/㎤ x 1.2567㎤ = 7.4309g이 된다.
(
2) 2성분계 분말(Cu
2
Se, In
2
Se
3
, Ga
2
Se
3
)을 이용한 4성분계 셀렌화합물 소결체 제조
아래의 표 4는 2성분계 분말(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3)을 구성하는 각각의 원소별 물성을 이용해 원자백분율(at.%)을 중량백분율(wt.%)로 환산하고, 부피(volue) 및 volue(%)로 환산한 것을 나타낸 것이다.
아래의 표 5는 2성분계 분말(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3)을 이용해 4성분계 분말(CuIn0.7Ga0.3Se2)로 조합할 때에 각각의 2성분계 분말의 변화량을 나타낸 것이다.
즉, CIGS 분말(CIGS 이론밀도 x 소결대상의 부피)을 만들 때, 2성분계 분말의 비율은 전체 CIGS 분말량의 31.92%, 50.69%, 17.49%의 비율로 적용하면 Cu:In:Ga:Se의 구성비가 1:0.7:0.3:2의 비율을 가지는 분말을 조합할 수가 있다.
한편, 이 실시예의 2성분계 분말 또는 4성분계 분말을 구성하는 Cu의 조성비는 0.7~1.0(at.% 기준)의 범위 값을 가질 수 있다. 따라서, 4성분계 셀렌화합물의 Cu 조성비를 변화시킴으로써, 광흡수층 박막의 전기적, 광학적 특성을 향상시킬 수 있다. 그런데, Cu 함유량이 상대적으로 큰 박막의 경우에는, p형 반도체 특성이 아닌 메탈 특성이 발생되어 박막태양전지 셀 효율을 저하시키는 효과를 나타내는 경향이 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 4성분계 분말은 CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS)로서, Cu:In:Ga:Se의 구성비가 1:0.7:0.3:2의 비율을 가지도록 구성하였다. 즉, CuyIn1-XGaXSe2 인 4성분계 분말로서, x값이 0.3이고 y값이 1.0인 분말을 이용한 것이다.
그런데, 본 발명은 x값이 0.2~0.5 범위내의 분말을 이용해 구성할 수도 있다. 이렇게 x값이 변화할 경우에는 상술한 각 원소들의 함량을 고려해 그 조성비율을 조정하면 된다. 일반적으로, x값(Ga 함량)에 따라 UV(Ultraviolet Ray)~IR(Infrared Ray) 까지의 다양한 파장대의 빛에너지를 흡수하도록 광흡수층의 광학적 밴드갭 조절이 가능하다. 또한, y값(Cu 함량)의 조성을 0.8~1.0 범위내에서 조절함으로써, 보다 안정적인 p-타입 특성의 CIGS 박막을 제조할 수 있다. 이 실시예에 사용된 x값(0.3)은 태양에너지로부터 광변환 효율이 가장 큰 광학적 밴드갭을 갖도록 하는 CIGS 소결체를 제작한 조건이며, 광흡수층 박막의 깊이에 따른 밴드갭 조절을 통하여 보다 효율적인 CIGS 박막 태양전지를 제작할 수 있다. CIGS 박막 태양전지의 광흡수층을 제작할 때, 입사광 표면층은 밴드갭이 큰 물질을 사용하여 단파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수시키고, 나머지 파장의 빛은 하부층(Mo/유리기판)으로 갈수록 장파장 영역의 빛을 흡수시키도록 구성하여 셀 효율을 극대화 시킨다. 이러한 이유로 다양한 광학적 밴드갭을 갖는 CIGS 소결체를 제작하여 그 특성을 정확히 분석하는 것이 매우 중요하다.
그런 다음, 상술한 바와 같이 중량이 결정된 분말상태의 셀렌화합물을 몰드에 삽입하고, 도 6에 도시된 SPS 챔버에 장착한 후 도 7에 도시된 SPS 장치를 이용해 동작시킨다. 여기서, 도 6은 도 5에서 준비된 몰드를 SPS 챔버에 장착하는 단계를 보여주는 도면이고, 도 7은 동작중인 SPS 장치를 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 SPS 장치를 이용해 이 실시예에 따른 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조함에 있어서는 다음과 같은 조건으로 처리하면 된다. 첫째, SPS 공정을 위한 챔버 내 베이스 압력, 즉 몰드(흑연 몰드) 외부압력은 대략 6Pa 정도로 설정하고, 둘째 몰드의 상부 및 하부 펀치를 통해 내부의 분말에 인가되는 압력을 20~80MPa로 설정하며, 셋째 몰드에 직접 펄스전류를 인가하여 통전하는 방식으로 몰드를 가열하는 승온 속도를 분당 100℃ 이상으로 설정하면 된다.
이렇게 흑연 몰드에 인가된 압력(Pmold)과 소결점에서의 지속시간에 따라 최적의 공정조건을 확보할 수 있으며, 공정조건에 따라 소결밀도, 소결체 균일성, 소결된 입자의 크기를 조절하고 공정시간을 단축시킬 수 있다.
도 8은 흑연 몰드에 소정의 온도 및 압력이 인가된 경우 CIGS 분말의 소결 과정에서 수축율을 보여주는 그래프로서, 온도특성에 따른 소결점의 확인이 가능하다. 즉, 도 8에서 알 수 있듯이, 몰드 온도를 각각 650℃, 700℃ 및 750℃까지 승온한 경우 구간별 온도변화에 따른 특성을 설명하면 다음과 같다.
구간 I(상온~420℃)은 흑연 몰드에 삽입된 분말을 특정 압력(60MPa) 하에서 상온에서 약 420℃ 부근까지 승온시키는 구간이며, 구간 I에서는 몰드 부피의 수축이나 팽창이 없는 에너지 전달 영역이다.
구간 Ⅱ(420℃~620℃)는 온도가 상승함에 따라 몰드 부피가 수축되는 구간이며, 직류 펄스 전류 인가를 통한 입자의 고밀도화가 진행되는 영역이다.
구간 Ⅲ(620℃~680℃)은 분말의 소결점이 정해지는 구간으로서, 부피의 수축과 팽창이 없이 평행상태가 유지되는 영역이다.
구간 Ⅳ(680℃ 이상)는 몰드 부피가 팽창되는 임계구간으로서, 4성분계 분말의 상이 변화하거나 가스 상태의 물질(Se)이 발생되어 팽창되는 구간이다.
도 9는 소결 온도에 따라 제작된 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 이미지를 보여주는 사진이다.
도 10은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 XRD 패턴을 보여주는 분석표로서, 이 분석표를 통해 제조된 셀렌화합물 소결체(CuIn0.7Ga0.3Se2)의 결정학적 특성을 확인할 수 있다. 도 10의 분석표에서 알 수 있듯이, 일반적으로 X-ray 회절 피크는 황동광 구조(chalcopyrite structure)일 경우 우선 배향 결정면(preferred orientration peak)(112)을 포함하여 다수의 결정 피크들{(103), (211), (105)/(213), (204)/(220), (400), (312)/(116), (316)/(332)}이 나타난다. 만약, SPS 공법을 통해 제작된 소결체의 조성이나 상이 변화하였다면, 상기 회절 각도에서 나오는 피크 이외에 다른 피크가 관찰되어야 하는데, 인덱싱한 결과 황동광 구조 이외의 피크는 확인되지 않아 결정학적으로 안정된 소결체임을 확인할 수 있었다.
도 11은 CuIn0.7Ga0.3Se2 셀렌화합물 소결체의 Raman PL 특성을 보여주는 그래프이다. 따라서, 도 11에 나타낸 Raman PL 분석을 통해 온도에 따라서 제작된 셀렌화합물 소결체(CuIn0.7Ga0.3Se2)의 상(phase) 분석이 가능하다. Raman PL 분석은 XRD 분석과 더불어 소결체의 구조적 특성을 확인하기 위한 분석 툴로서, He-Ne 레이저(632nm)를 소결체에 조사하여 황동광 구조를 이루는 원자들의 진동에너지 변화를 검출함으로써, 결정성(단결정성 or 다결정성)이나 2차 상(phase) 유무를 분석하는 것이다. 황동광 구조를 이루는 CuIn0.7Ga0.3Se2 소결체의 경우, Ga의 조성이 0.3일 때 CIGS A1 모드에서 에너지 변화(Raman shift) 값이 175cm-1에서 확인되었다. 한편, CIGS A1 모드 피크(175cm-1) 외에 다른 피크는 관찰되지 않았으며, 이는 SPS 공법으로 제작된 CIGS 소결체가 여러 2차 상이 없는 안정된 결정구조임을 증명하는 것이다.
이상에서 이 발명의 4성분계 셀렌화합물 소결체 및 그 제조방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
Claims (7)
- CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지의 광흡수층 형성을 위한 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법으로서,
2성분계 셀렌화합물(Cu2Se, In2Se3, Ga2Se3)의 분말을 화학양론적 조성비로 혼합해 4성분계 셀렌화합물(CuyIn1-XGaXSe2)의 분말을 형성하는 제1 단계와,
상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 소결 몰드에 삽입한 후 상기 소결 몰드를 소결 챔버에 장착하는 제2 단계, 및
상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 방전플라즈마 분위기에서 소결해 4성분계 셀렌화합물 소결체를 제조하는 제3 단계를 포함하며,
상기 제3 단계는 상기 소결 몰드에 삽입된 분말을 상온에서 420℃까지 승온시키는 구간과, 420℃에서 620℃까지 온도를 상승시키고 직류 펄스 전류 인가를 통해 입자를 고밀도화시키는 구간, 및 620℃에서 680℃까지 온도를 상승시켜 분말을 소결시키는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 x는 0.2~0.5 범위 내에 있고, y는 0.8~1.0 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 x는 0.3 이고, y=1.0 인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide) 박막 태양전지의 광흡수층 형성을 위한 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법으로서,
화학양론적 조성비로 혼합된 4성분계 셀렌화합물(CuyIn1-XGaXSe2)의 분말을 소결 몰드에 삽입한 후 상기 소결 몰드를 소결 챔버에 장착하는 제1 단계와,
상기 4성분계 셀렌화합물의 분말을 방전플라즈마 분위기에서 소결해 4성분계 셀렌화합물 소결체를 형성하는 제2 단계를 포함하며,
상기 제2 단계는 상기 소결 몰드에 삽입된 분말을 상온에서 420℃까지 승온시키는 구간과, 420℃에서 620℃까지 온도를 상승시키고 직류 펄스 전류 인가를 통해 입자를 고밀도화시키는 구간, 및 620℃에서 680℃까지 온도를 상승시켜 분말을 소결시키는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 x는 0.2~0.5 범위 내에 있고, y는 0.8~1.0 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 x는 0.3 이고, y=1.0 인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 4성분계 셀렌화합물 소결체의 제조방법. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 4성분계 셀렌화합물 소결체.
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| KR20120102430A (ko) * | 2011-03-08 | 2012-09-18 | 한국생산기술연구원 | Ｃｉｇｓ 태양전지의 배면전극용 몰리브덴 스퍼터링 타겟 제조방법 |
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Zhang Ning et al.,"An investigation on preparation of CIGS targets by sintering process", Mater. Sci. Eng. B, 2010, Vol.166, pages 34-40 * |
| Zhang Ning et al.,"An investigation on preparation of CIGS targets by sintering process", Mater. Sci. Eng. B, 2010, Vol.166, pages 34-40* |
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