KR101641194B1 - 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법 및 공급장치 - Google Patents

태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법 및 공급장치 Download PDF

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타이요 닛폰 산소 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법은, 기반가스 공급 유로(L1)로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로(L2)에서 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 공정을 가지며, 상기 기반가스 공급 유로(L1)와 상기 원료가스 공급 유로(L2)에는 상호 연통하는 바이패스 유로(L7)가 설치되어 있으며, 소정의 량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출한 후에, 상기 바이패스 유로(L7)를 통해 상기 원료가스 공급 유로(L2)로부터 상기 불활성 가스를 도출하여 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제하고, 또한 상기 원료가스 공급 유로(L2)에 잔존하는 셀렌화 수소의 체적 농도를 10 % 이하로 한다.

Description

태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법 및 공급장치{Method And Apparatus For Supplying Hydrogen Selenide Mixed Gas For Solar Cells}
본 발명은 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법 및 공급장치의 개량에 관한 것이다.
본 출원은 2009년 10월 14일 일본에 출원된 특허출원 제2009-237154 호에 의거하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
최근 환경 오염, 지구 온난화, 화석 연료의 고갈 등의 문제에 따라 석유 대체 에너지로서 태양 전지가 주목받고 있다. 태양 전지의 현재의 주류인 CIGS (Cu (InGa) Se)계 박막 태양 전지로서는, 예를 들면, 특허문헌 1의 화합물 태양 전지가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 구리, 인듐, 갈륨, 셀렌을 포함하는 칼코파이라이트(Chalcopyrite)형의 광 흡수층 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 칼코파이라이트형의 광 흡수층 박막은 기판 위에 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 스퍼터링(sputtring) 등으로 부착시킨 후 셀렌화 수소(H2Se) 가스의 분위기 하에서 어닐(anneal)하는 것에 의해 형성된다.
그런데, 화합물 태양 전지의 제조장치에 있어서, 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소(H2Se) 혼합가스를 공급하는 경우, 미리 규정 농도로 조정한 혼합가스가 사용되어 왔다. 그러나, 최근 태양 전지에 대한 수요가 많아짐에 따라 화합물 태양 전지의 대량 생산을 실현함에는 다량의 셀렌화 수소 혼합가스를 태양 전지 제조장치에 공급할 필요가 있었다. 이 때문에 규정 농도로 조정한 혼합가스를 충전한 가스봄베를 사용하고 있었던 것에서는 봄베의 교환 빈도가 잦아져서, 충분한 가스 공급량을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 셀렌화 수소 혼합가스를 연속적으로 공급하는 것이 가능한 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치(101)가 이용되고 있다. 이 공급장치(101)에는 도시하지 않은 기반가스 공급원과 접속된 기반가스 공급 유로(L101)와, 도시하지 않은 원료가스 공급원과 접속된 원료가스 공급 유로(L102)가 설치되어 있고, 각각에 농도 100 %의 불활성 가스와 셀렌화 수소가스가 공급 가능하도록 되어 있다. 또한, 기반가스 공급 유로(L101) 및 원료가스 공급 유로(L102)에는 유량 제어가 가능한 매스플로우 컨트롤러 (MFC; 105, 112)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 기반가스 공급 유로(L101) 및 원료가스 공급 유로(L102)의 하류측에는 소정의 농도로 조정된 셀렌화 수소 혼합가스를 저류하는 버퍼탱크(102)가 설치되어 있다.
상기 공급장치(101)를 사용한 종래의 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법은, 우선, 기반가스 공급 유로(L101) 및 원료가스 공급 유로(L102)에 설치된 각각의 매스플로우 컨트롤러(105, 112)의 유량을 소정의 유량 비율이 되도록 설정한다. 다음에, 각각 일정한 유량으로 설정한 매스플로우 컨트롤러(105,112)의 후단에서 100 % 셀렌화 수소가스와 기반가스를 혼합기에서 혼합하여 소정의 농도로 조정하여 얻은 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스를 버퍼탱크(102)에 저장한다. 그리고 이 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스를 버퍼탱크(102)로부터 태양 전지의 제조장치에 공급하고 있다. 또한, 원료가스 공급 유로(L102)에 설치된 100 % 셀렌화 수소가스의 유량을 제어하기 위한 매스플로우 컨트롤러(112)는 유입가스에 의한 열 확산을 유량 센서로 검지하여 유량 조정을 실행하는 것이다.
일본특허공개 제2007-317885호 공보
그러나, 종래의 공급장치 및 공급방법에서는, 원료가스 공급 유로(L102) 및 매스프로우 컨트롤러(112)에 고농도의 셀렌화 수소가스를 장시간 공급하면, 셀렌화 수소(H2Se)가 수소(H2)와 셀렌(Se)으로 자기분해하여, 원료가스 공급 유로(L102) 및 원료가스용 매스플로우 컨트롤러(112) 내부의 유량 센서로 셀렌의 결정이 석출한다는 현상이 발생했다. 이 현상에 의해 유량제어가 이득이 없다는 문제가 있었다. 이와 같이, 유량 제어가 이득이 없다면 100 % 셀렌화 수소가스용 매스플로우 컨트롤러(MFC; 112)는 실제보다도 적은 양의 가스가 흐르고 있다고 판단하여 제어 밸브를 개방하기 때문에, 설정값보다도 많은 양의 가스가 흐르게 된다. 그 결과, 셀렌화 수소 혼합가스의 공급 개시로부터 시간의 경과와 함께, 목적하는 셀렌화 수소 혼합가스의 농도(설정값)와, 실제로 조제된 셀렌화 수소 혼합가스의 농도(실측값)과의 사이의 오차가 커지게 되는 문제가 있었다(이것을 드리프트(drift) 현상이라 함 (도 4를 참조)).
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 셀렌화 수소의 농도가 안정된 셀렌화 수소 혼합가스를 연속적으로 공급할 수 있는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법 및 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1의 형태는, 기반가스 공급 유로로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 공정을 갖는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법에 있어서,
상기 기반가스 공급 유로와 상기 원료가스 공급 유로에는 상호 연통하는 바이패스 유로가 설치되어 있으며,
소정의 량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출한 후에, 상기 바이패스 유로를 통해 상기 원료가스 공급 유로로부터 상기 불활성 가스를 도출하여 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제하고, 또한, 상기 원료가스 공급 유로에 잔존하는 셀렌화 수소의 체적농도를 10 % 이하로 하는 (dilute) 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법이다.
본 발명의 제 1의 형태에서는, 상기 원료가스 공급 유로의 상류측 및 하류측에는 각각 유로 차단수단이 설치되고,
상류측 및 하류측의 상기 유로 차단수단에 의해 밀봉(封止)된 상기 원료가스 공급 유로 내의 셀렌화 수소의 체적농도를 10 % 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1의 형태에서는, 상기 공급 공정이 소정의 량의 상기 불활성 가스를 상기 기반가스 공급 유로로부터 도출함과 동시에 소정의 량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로에서 도출하는 제 1 단계와,
소정의 추가 분량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 2 단계와,
상기 100 % 셀렌화 수소가스의 상기 소정의 추가 분량에 따라 소정의 추가 분량의 상기 불활성 가스를 상기 바이패스 경로를 통해 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 3 단계를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1의 형태에서는, 상기 기반가스 공급 유로 및 상기 원료가스 공급 유로의 하류측에는 혼합가스 저류조가 설치되어 있으며,
상기 제 1 내지 제 3 단계에서 도출된 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 전부를 상기 혼합가스 저류조에 공급하여 해당 혼합가스 저류조 내에서 상기 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 체적농도를 소정의 농도로 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2의 형태는, 기반가스 공급 유로와,
원료가스 공급 유로와,
상기 기반가스 공급 유로와 상기 원료가스 공급 유로를 연통하도록 설치된 바이패스 유로와,
상기 원료가스 공급 유로의 상류측 및 하류측에 각각 설치된 유로 차단수단을 구비하고,
상기 바이패스 유로가 상기 원료가스 공급 유로의 상류측의 유로 차단수단과 하류측의 유로 차단수단과의 사이에서 상기 상류측의 유로 차단수단 측에 접속되어 있으며,
기반가스 공급 유로로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치이다.
본 발명의 제 2의 형태에서는, 상기 원료가스 공급 유로에는 상기 100 % 셀렌화 수소가스의 유량을 제어하기 위한 유량 제어수단이 설치되어 있으며,
상기 유량 제어수단이 상기 상류측의 유로 차단수단과 상기 하류측의 유로 차단 수단과의 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 2의 형태는, 상기 기반가스 공급 유로 및 상기 원료가스 공급 유로의 하류측에 설치된 혼합가스 저류조와, 상기 혼합가스 저류조에 저류되는 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도를 측정하는 가스농도 분석계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법에 의하면, 원료가스 공급 유로로부터 100 % 셀렌화 수소가스를 도출한 후에, 바이패스 유로를 통해 원료가스 공급 유로로부터 불활성 가스를 도출하는 것에 의해 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제함과 동시에 원료가스 공급 유로에 잔존하는 셀렌화 수소의 체적 농도를 10 % 이하로 하는 제어를 실행하고 있다. 이에 따라, 셀렌화 수소의 자기 분해가 억제되어, 셀렌화 결정의 원료 공급 유로 내로의 석출이 감소되기 때문에 100 % 셀렌화 수소가스의 안정된 공급이 가능하며, 셀렌화 수소의 농도가 안정된 셀렌화 수소 혼합가스를 연속적으로 공급할 수 있다.
또한, 소정의 량의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스를 각각의 공급 유로로부터 도출하는 제 1 단계와, 100 % 셀렌화 수소가스를 소정의 추가 분량만큼 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 2 단계와, 100 % 셀렌화 수소가스의 추가 분량에 따른 량의 불활성 가스를 바이패스 경로를 통해 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 3 단계를 구비하는 경우에는, 제 2 단계 및 3 단계에서 원료가스 공급 경로로부터 도출하는 추가분의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 량의 비율을 소정의 값으로 용이하게 조정할 수 있다. 이에 따라, 불활성 가스와 100 % 셀렌화 수소가스와 혼합 비율이 항상 일정하게 유지된다(즉, 셀렌화 수소의 농도가 안정된) 셀렌화 수소 혼합가스를 연속적으로 공급할 수 있다. 따라서, 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소농도의 설정값과 실측값과의 오차를 항상 작게 유지할 수 있고, 그 결과, 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소농도의 드리프트 현상을 억제할 수 있다.
또한, 기반가스 공급 유로 및 원료가스 공급 유로의 하류측에 혼합가스 저류조가 설치되어 있으며, 각 공급 유로로부터 도출되는 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스 전부를 혼합가스 저류조에 공급하는 경우에는, 기반가스 및 원료가스를 폐기하지 않고 전부 제품가스(셀렌화 수소 혼합가스)로 할 수 있다.
본 발명의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치는, 기반가스 공급 유로와, 원료가스 공급 유로와, 기반가스 공급 유로와 원료가스 공급 유로를 연통하도록 설치된 바이패스 유로를 구비하고 있기 때문에, 기반가스 공급 유로로부터 바이패스 유로를 경유하여 원료가스 공급 유로로 불활성 가스를 도출할 수 있다. 이에 따라, 원료가스 공급 유로 내를 불활성 가스로 치환하는 것이 가능하게 되어, 통기(通氣) 중이 아닌 밀봉 시의 원료가스 공급 유로의 배관 내의 셀렌화 수소농도를 저감(低減)하는 것이 가능하게 된다. 또한, 원료가스 공급 유로의 상류측 및 하류측에는 각각 유로 차단수단이 설치되어 있으며, 바이패스 유로가 원료가스 공급 유로의 상류측의 유로 차단수단과 하류측의 유로 차단수단과의 사이에서 상류측의 유로 차단수단 측에 접속되어 있기 때문에, 원료가스 공급 유로 내를 밀봉하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 원료가스 공급 유로의 밀봉된 유로 내에 불활성 가스를 주체로 하는 가스를 봉입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치를 나타내는 모식도(模式圖)이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 있어서, 셀렌화 수소 혼합가스를 연속 공급할 때 혼합가스의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 종래의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치를 나타낸 모식도이다.
도 4는 종래의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법에서 혼합가스 중의 셀렌화 수소가스 농도의 설정값과 실측값의 관계를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 적용 한 일 실시형태인 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법에 대해서, 이에 사용하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치와 함께 도면을 이용하여 자세히 설명한다.
또한, 이하의 설명에서 사용하는 도면은 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 표시하는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 칫수 비율 등이 실제와 동일하다고는 할 수 없다.
또한, 본 명세서 중에서 사용한 단위에 대해서는, 농도는 체적 농도, 압력은 게이지 압력, 유량은 체적유량을 나타내고 있다. 또한, 본 명세서 중에 나타낸 체적은 기준상태(0 ℃, 1 atm (대기압))에서의 체적이다.
우선, 본 발명을 적용한 일 실시형태인 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치(이하, 단순히 "공급장치"라 함)의 구성에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 공급장치(1)는, 태양 전지의 제조장치에서 생산 상황에 따라 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 장치이다. 구체적으로는, 공급장치(1)는 기반가스를 공급하기 위한 기반가스 공급 유로(L1)와 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 공급 유로(L2)와, 상기 기반가스 공급 유로(L1)와 상기 원료가스 공급 유로(L2)를 연통하도록 설치된 바이패스 유로(L7)와, 소정의 농도로 조정된 셀렌화 수소 혼합가스를 저류하기 위한 버퍼탱크(혼합가스 저류조; 2)를 구비하여 개략적으로 구성되어 있다.
기반가스 공급 유로(L1)는, 일단이 도시하지 않은 기반가스 공급원에 접속되어 있고, 타단이 도시하지 않은 혼합기에 접속되어 있다.
기반가스는, 희석 용도의 불활성 가스이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 가스로서는, 예를 들면, 질소(N2)가스, 아르곤(Ar)가스 등을 들 수 있다.
기반가스 공급 유로(L1)에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 개폐 밸브(3), 압력조정기(4), 매스플로우 컨트롤러(MFC; 5), 자동밸브(6)가 순차적으로 설치되어 있다. 또한 압력조정기(4)의 상류측 및 하류측에는 압력계(7, 8)가 각각 설치되어 있으며, 압력조정기(4) 전후의 압력을 확인할 수 있다.
압력조정기(4)는, 기반가스 공급원으로부터 공급되는 기반가스의 압력을 원하는 압력으로 감압하기 위해 설치되어 있다. 본 실시형태의 공급장치(1)에서는, 기반가스 공급 유로(L1)에는 압력조정기(4)가 1 개만 표시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 압력조정기(4)가 2 이상 설치되어 있어도 좋다.
또한, 매스플로우 컨트롤러(5)의 직전의 압력은, 태양 전지 제조장치로의 공급 압력에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 매스플로우 컨트롤러(5)의 직전의 압력으로서는 0.6 ~ 0.7 ㎫ 범위로 할 수 있다.
매스플로우 컨트롤러(5)는, 기반가스의 질량 유량을 측정하여 유량 제어를 실행하는 유량 제어 기기이며, 높은 정밀도로 유량계측 및 제어를 할 수 있다. 매스플로우 컨트롤러(5)에 탑재하고 있는 질량 유량센서로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 열식 질량 유량센서나 차압식 질량 유량센서 등의 일반적인 것을 사용할 수 있다.
원료가스 공급 유로(L2)는, 일단이 도시하지 않은 원료가스 공급원에 접속되어 있고, 타단이 도시하지 않은 혼합기에 접속되어 있다.
원료가스는, 농도 100 %인 셀렌화 수소(H2Se) 가스이다. 또한, 본 명세서 내에서는 단순히 100 % 셀렌화 수소가스라고 기재한다.
원료가스 공급 유로(L2)에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여, 자동밸브(상류측의 유로 차단수단; 9), 개폐밸브(10), 압력조정기(11), 매스플로우 컨트롤러(유량 제어수단; 12), 자동밸브(하류측의 유로 차단수단; 14)가 순차적으로 설치되어 있다. 또한, 압력조정기(11)의 상류측 및 하류측에는 압력계(15, 16)가 각각 설치되어 있으며, 압력조정기(11)의 전후의 압력을 확인할 수 있다.
압력조정기(11)는, 원료가스 공급원으로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스의 압력을 원하는 압력으로 감압하기 위해 설치되어 있다. 본 실시형태의 공급장치(1)에서는, 원료가스 공급 유로(L2)에는 압력조정기(11)가 1 개만 표시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 압력조정기(11)를 2 이상 설치하여도 좋다.
매스플로우 컨트롤러(MFC; 12)는, 원료가스 공급 유로(L2)에서 100 % 셀렌화 수소가스의 유량을 제어하는 것이며, 원료가스 공급 유로(L2)에서 상류측에 배치된 자동밸브(9)와 하류측에 배치된 자동밸브(14)와의 사이에 설치되어 있다. 여기서, 매스플로우 컨트롤러(12)는, 원료가스의 질량 유량을 계측하여 유량 제어를 실행하는 유량 제어기기이며, 높은 정밀도로 유량 계측 및 제어를 할 수 있다. 매스플로우 컨트롤러(12)에 탑재되어 있는 질량 유량센서로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 열식 질량 유량센서나 차압식 질량 유량센서 등의 일반적인 것을 사용할 수 있다.
기반가스 공급 유로(L1) 및 원료가스 공급 유로(L2)가 접속된 도시하지 않은 혼합기와 버퍼탱크(2)와는 유로(L3)에 의해 접속되어 있다. 이 유로(L3)의 상류측 및 하류측에는 개폐밸브(17, 18)가 각각 설치되어 있다.
버퍼탱크(2)는 혼합기에 의해서 소정의 농도로 조정된 셀렌화 수소 혼합가스를 저류하기 위한 저류조이다. 이 버퍼탱크(2)는 기반가스 공급 유로(L1) 및 원료가스 공급 유로(L2)의 하류측에 설치되어 있다. 또한, 버퍼탱크(2)의 용량은 특별히 한정되는 것은 아니고, 태양전지 제조장치에서의 셀렌화 수소 혼합가스의 공급량에 따라 적절히 선택할 수 있다.
버퍼탱크(2)에는 도시하지 않은 공급구가 설치되어 있고, 이 공급구에는 유로(L4)의 일단이 접속되어 있으며, 이 유로(L4)의 타단이 태양 전지 제조장치에 접속되어 있다. 이에 따라, 버퍼탱크(2)로부터 태양 전지 제조장치로 셀렌화 수소 혼합가스를 공급 가능하도록 되어 있다. 또한, 유로(L4)의 공급구측에는, 개폐밸브(19)가 설치되어 있다.
또한, 버퍼탱크(2)에는 유로(L5)의 일단이 접속되어 있으며,이 유로(L5)의 타단이 압력계(20)에 접속되어 있다. 이 압력계(20)에 의해 버퍼탱크 내의 압력을 확인할 수 있다. 또한, 유로(L5)에는 개폐밸브(21)가 설치되어 있다.
또한, 버퍼탱크(2)는 유로(L3)에서 분기된 유로(L6)와 연통되어 있다. 유로(L6)는 일단이 유로(L3)에 접속되어 있고, 타단이 도시하지 않은 배기 덕트에 접속되어 있다. 또한, 유로(L6)에는 가스 농도 분석계(22)가 설치되어 있다. 이 가스 농도 분석계(22)에 의해 버퍼탱크(2) 내에 저류되는 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소농도를 측정할 수 있다. 또한, 가스 농도 분석계(22)의 상류측 및 하류측에는 개폐밸브(23, 24)가 각각 설치되어 있다.
바이패스 유로(L7)는 기반가스 공급 유로(L1)로부터 원료가스 공급 유로(L2)로 불활성 가스를 공급하기 위해 설치된 유로이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 바이패스 유로(L7)의 일단은 기반가스 공급 유로(L1)의 개폐밸브(3)의 상류측에 접속되어 있다. 또한, 바이패스 유로(L7)의 타단은 원료가스 공급 유로(L2)의 상류측에 자동밸브(9)와 하류측의 자동밸브(14)와의 사이에서 상류측의 자동밸브(9) 측((구체적으로는, 본 실시형태의 공급장치(1)에서는, 개폐밸브(10)와 압력조정기(11)와의 사이))에 접속되어 있다. 이에 따라, 기반가스 공급 유로(L1)와 원료가스 공급 유로(L2)가 연통되어 기반가스 공급 유로(L1)로부터 원료가스 공급 유로(L2)로 불활성 가스를 공급할 수 있다. 또한, 바이패스 유로(L7)에는 자동밸브(25)가 설치되어 있어서 바이패스 유로(L7)의 유로를 자유롭게 개폐하고 있다.
다음에, 상기 공급장치(1)를 사용한 본 실시형태의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법(이하, 단순히 "공급방법"이라 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 공급방법은, 기반가스 공급 유로(L1)로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로(L2)로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 공정을 갖는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법이다. 그리고, 소정의 량의 100 % 셀렌화 수소가스를 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출한 후에, 바이패스 유로(L7)를 통해 상기 원료가스 공급 유로(L2)로부터 불활성 가스를 도출하여 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제함과 동시에 상기 원료가스 공급 유로(L2)에 잔존하는 기체 중에서 셀렌화 수소의 체적농도를 10 % 이하로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
구체적으로는, 본 실시형태의 공급방법은, 버퍼탱크(2)에 충전된 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스의 충전 압력에 상한값 및 하한값을 마련하고, 이 버퍼탱크(2) 내의 압력이 설정한 상한값 또는 하한값이 될 때에, 이하의 제 1 ~ 제 3 단계에 의해서 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 공급을 시작 또는 중지하는 배지(badge) 방식으로 실행하는 것이다.
우선, 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급 준비를 실행한다. 구체적으로는, 도 1에 나타낸 공급장치(1)에서 개폐밸브(3, 10, 17, 18, 19, 21, 23, 24)를 개폐 조작하면서 유로 내의 퍼지(purge)를 실행한다. 상기 퍼지를 완료한 후, 모든 개폐밸브를 개방 상태로 하고, 모든 자동밸브(6, 9, 14, 25)를 닫힌 상태로 하여 공급 준비를 완료한다.
(제 1 단계)
제 1 단계에서는, 혼합가스용 버퍼탱크(6) 내의 셀렌화 수소 혼합가스의 충전량이 설정한 하한값이 된 때에, 소정의 량의 불활성 가스를 기반가스 공급 유로(L1)로부터 도출함과 동시에, 소정의 량의 100 % 셀렌화 수소가스를 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출함에 따라, 버퍼탱크(2)로 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 공급한다.
구체적으로는 우선, 버퍼탱크(2)에 설치된 압력계(20)의 압력 값이 설정한 하한값을 하회(下回) 하면, 기반가스 공급 유로(L1)에 설치된 자동밸브(6) 및 원료가스 공급 유로(L2)에 설치된 자동밸브(9, 14)에 공급 개시신호가 전송되어, 이들의 자동밸브(6, 9, 14)가 개방 상태로 된다. 이들의 자동밸브(6, 9, 14)가 개방 상태로 되면 도시하지 않은 기반가스 공급원으로부터 불활성 가스가 기반가스 공급 유로(L1)에 공급됨과 동시에 도시하지 않은 원료가스 공급원으로부터 100 % 셀렌화 수소가스가 원료가스 공급 유로(L2)에 공급된다. 다음으로, 매스플로우 컨트롤러(5)에 의하여 소정의 유량으로 제어된 불활성 가스가 기반가스 공급 유로(L1)로부터 도출됨과 동시에 매스플로우 컨트롤러(12)에 의해 소정의 유량으로 제어된 100 % 셀렌화 수소가스가 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출되어 도시하지 않은 혼합기에 도입된다. 이 혼합기에 소정의 유량비율로 도입된 불활성 가스와 100 % 셀렌화 수소가스가 혼합되어 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스로 된 후, 유로(L3)를 거쳐 버퍼탱크(2)로 공급된다.
여기서, 셀렌화 수소 혼합가스 내의 셀렌화 수소의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 태양 전기 제조장치의 요구에 따라 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 셀렌화 수소 혼합가스 내의 셀렌화 수소의 농도를 5 ~ 20 vol %로 할 수 있다.
또한, 버퍼탱크(2)에 저류되는 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도는 가스 농도 분석계(22)에 의해서 측정할 수 있다.
(제 2 단계)
제 2 단계에서는, 소정의 량의 불활성 가스의 기반가스 공급 유로(L1)로부터의 도출 및 소정의 량의 100 % 셀렌화 수소가스의 원료가스 공급 유로(L2)로부터의 도출이 완료된 후에, 소정의 추가 분량의 100 % 셀렌화 수소가스를 원료가스 공급 유로(L2)로부터 더 도출한다.
구체적으로는 우선, 버퍼탱크(2)에 설치된 압력 값이 설정한 상한값이 되면, 기반가스 공급 유로(L1)에 설치된 자동밸브(6) 및 원료가스 공급 유로(L2)에 설치된 자동밸브(9, 14)에 공급 정지신호가 전송되어, 이들의 자동밸브(6, 9, 14)가 닫힌 상태로 된다. 이들의 자동밸브(6, 9, 14)가 닫힌 상태가 되면 도시하지 않은 기반가스 공급원으로부터 기반가스 공급 유로(L1)로 불활성 가스의 공급이 정지됨과 동시에 도시하지 않은 원료가스 공급원으로부터 원료가스 공급 유로(L2)에 100 % 셀렌화 수소가스의 공급이 정지된다. 이에 따라, 불활성 가스의 기반가스 공급 유로(L1)로부터의 도출 및 소정의 량의 100 % 셀렌화 수소가스의 원료가스 공급 유로(L2)로부터의 도출이 완료된다.
다음에, 원료가스 공급 유로(L2)에 설치된 자동밸브(9, 14)에 공급신호가 전송되고, 이 자동밸브(9, 14)가 소정 시간만큼 개방된다. 그 사이, 소정 량의 100 % 셀렌화 수소가스가 원료가스 공급 유로(L2)로부터 더 도출된다. 또한, 도출된 100 % 셀렌화 수소가스는 유로(3)를 거쳐 버퍼탱크(2)로 공급된다. 그리고, 소정의 시간이 경과 한 후, 자동밸브(9, 14)가 닫힌다. 이에 따라, 소정의 추가 분량의 100 % 셀렌화 수소가스의 원료가스 공급 유로(L2)에서 도출이 완료된다.
여기서, 소정의 추가 분량의 100 % 셀렌화 수소가스를 더 버퍼탱크(2)로 공급하기 위해 제 1 단계에서 버퍼탱크(2)에 저류된 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도는 약간 증가한다. 따라서, 제 2 단계에서 추가하는 100 % 셀렌화 수소가스 공급량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 또한, 100 % 셀렌화 수소가스의 추가 분량은 매스플로우 컨트롤러(12)에서 설정한 유량과 자동밸브(9, 14)의 개방 시간을 적절히 조정하는 것으로 결정할 수 있다.
(제 3 단계)
제 3 단계에서는, 소정의 추가 분량의 100 % 셀렌화 수소가스의 원료가스 공급 유로(L2)로부터의 도출이 완료된 후에, 상기 100 % 셀렌화 수소가스의 소정의 추가 분량에 따른 소정의 추가 분량의 기반가스를 바이패스 경로(L7)를 거쳐 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출한다.
구체적으로는 우선, 자동밸브(9, 14)가 닫힌 상태가 되면, 바이패스 유로(L7)에 설치된 자동밸브(25)와 원료가스 공급 유로(L2)에 설치된 자동밸브(14)에 공급신호가 전송되어 이 자동밸브(14, 25)가 소정 시간만큼 개방된다. 그 사이 소정의 추가 분량의 불활성 가스가 기반가스 공급 유로(L1)로부터 바이패스 유로(L7)를 거쳐 원료가스 공급 유로(L2)에 도입된다. 그리고, 이 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출된 불활성 가스가 유로(L3)를 거쳐 버퍼탱크(2)로 공급된다. 다음에, 주어진 시간이 경과 한 후, 자동밸브(14, 25)가 닫힌다. 이에 따라, 소정의 추가 분량의 불활성 가스의 원료가스 공급 유로(L2)로부터의 도출이 완료된다.
또한, 상기 제 2 단계에서 100 % 셀렌화 수소가스를 버퍼탱크(2)에 추가하여 공급하고 있기 때문에 버퍼탱크(2)에 저류된 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도는 상기 제 1 단계에서 조정된 농도에서 약간 증가하고 있다. 따라서, 제 3 단계에서 추가하는 불활성 가스 공급량은 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 농도가 목표로 하는 농도(즉, 제 1 단계에서 조정한 농도)가 되도록 100 % 셀렌화 수소가스의 추가분에 따른 공급량으로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 불활성 가스의 공급량은 자동밸브(14)의 개방 시간을 적절히 변경하는 것에 의하여 조정할 수 있다.
그런데, 상기 제 3 단계에서는 불활성 가스를 바이패스 유로(L7) 및 원료가스 공급 유로(L2)를 경유시켜 버퍼탱크(2)에 공급하고 있기 때문에 이 제 3 단계의 완료시에 원료가스 공급 유로(L2) 내, 즉 상류측에 설치된 자동밸브(9)로부터 하류측의 유로 내가 불활성 가스로 치환된다. 그리고, 제 3 단계의 완료 후, 원료가스 공급 유로(L2)의 상류측에 설치된 자동밸브(9)와 하류측에 설치된 자동밸브(14)와, 원료가스 공급 유로(L2)에서 분기하는 바이패스 유로(L7)에 설치된 자동밸브(25)가 닫힌다. 따라서, 다음의 제 1 단계가 시작될 때까지의 사이, 밀봉된 원료가스 공급 유로(L2)의 유로 내에는 불활성 가스를 주체로 하는 혼합가스가 봉입되게 된다..
여기서, 불활성 가스를 주체로 하는 상기 혼합가스에는 약간의 셀렌화 수소가 포함되어 있다. 이 혼합가스에 포함된 셀렌화 수소의 농도는 10 % 이하인 것이 바람직하다. 상기 농도가 10 %를 초과하면 셀렌화 수소가 수소와 셀렌으로 자기 분해하기 쉽게 되어 원료가스 공급 유로(L2) 내에 셀렌 결정이 석출(析出)하기 쉽게 되므로 바람직하지 않다. 이에 대해 상기 농도가 10 % 이하이면, 셀렌화 수소의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하므로, 셀렌 결정의 원료가스 공급 유로(L2) 내로의 석출을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 원료가스 공급 유로(L2)의 밀봉된 유로 내(즉, 상류측에 설치된 자동밸브(9)와 하류측에 설치된 자동밸브(14)와의 사이의 구간)에 설치된 압력조정기(11)나 매스플로우 컨트롤러(12) 내로 셀렌 결정의 석출도 저감할 수 있다. 이에 따라, 소정 유량의 불활성 가스와 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하여 셀렌화 수소 혼합가스를 소정의 농도로 조정할 때에, 100 % 셀렌화 수소가스를 안정적인 유량으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 농도는 낮은 만큼 바람직하다. 그러나, 상기 제 3 단계에서 불활성 가스의 통기(通氣) 시간 및 통기 량을 증가시키면 봉입되는 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 농도를 낮출 수 있지만, 이에 따라 제 2 단계에서 100 % 셀렌화 수소가스의 통기 시간 및 통기 량을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 버퍼탱크(2) 내의 농도 얼룩이 발생하는 경우가 있다는 점에 유의할 필요가 있다.
본 실시형태의 공급방법에서는, 제 2 단계 및 제 3 단계에서 원료가스 공급 경로(L2)로부터 도출되는 추가분의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스 전부를 버퍼탱크(2)에 공급하기 위해, 기반가스 및 원료가스를 폐기하지 않고 전부 제품가스(셀렌화 수소 혼합가스)로 할 수 있다. 또한, 제 2 단계 및 제 3 단계에서 원료가스 공급 경로(L2)에서 도출되는 추가분의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 량의 비율을 조정하는 것에 의해, 버퍼탱크(2) 내에 저류되는 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 농도를 소정의 농도로 조정할 수 있다.
본 실시형태의 공급방법에서는, 제 1 단계에서부터 제 3 단계를 반복하는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이 제 1 ~ 제 3 단계를 반복하는 것에 의해, 불활성 가스와 100 % 셀렌화 수소가스의 혼합 비율을 항상 일정하게 유지하면서 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제할 수 있다. 이에 따라, 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도의 설정값과 실측값과의 오차를 항상 작게 유지할 수 있기 때문에 상기 셀렌화 수소농도의 드리프트(drift) 현상을 억제할 수 있다. 이렇게 하여 셀렌화 수소의 농도가 안정된 셀렌화 수소 혼합가스를 태양 전지 제조장치에 연속적으로 공급한다.
또한, 본 실시형태의 공급방법에 있어서, 상기 제 1 단계에서부터 제 3 단계의 사이클(cycle)을 1 배지라고 칭한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치(1)는, 기반가스 공급 유로(L1)와, 원료가스 공급 유로(L2)와, 기반가스 공급 유로(L1)와 원료가스 공급 유로(L2)를 연통하도록 설치된 바이패스 유로(L7)를 구비하고 있기 때문에 기반가스 공급 유로(L1)로부터 바이패스 유로(L7)를 경유하여 원료가스 공급 유로(L2)로 불활성 가스를 도출할 수 있다. 이에 따라, 원료가스 공급 유로(L2) 내를 불활성 가스로 치환하는 것이 가능해져 셀렌화 수소 농도를 줄일 수 있다. 또한, 원료가스 공급 유로(L2)의 상류측 및 하류측에는 각각 자동밸브(유로 차단수단; 9, 14)가 설치되어 있고, 바이패스 유로(L7)가 원료가스 공급 유로(L2)의 상류측의 자동밸브(9)와 하류측의 자동밸브(14)의 사이에서 상류측의 자동밸브(14) 측에 접속되어 있기 때문에 원료가스 공급 유로(L2) 내를 밀봉하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 원료가스 공급 유로(L2)의 밀봉된 유로 내에 불활성 가스를 주체로 하는 가스를 봉입할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 공급장치(1)는, 버퍼탱크(2)를 구비하고 있기 때문에 소정의 농도로 조정된 셀렌화 수소 혼합가스를 저류해 두는 것이 가능하다. 이에 따라, 생산 상황에 따라 태양 전지 제조장치에 적절한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급할 수 있다.
본 실시형태의 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법은, 원료가스 공급 유로(L2)로부터 100 % 셀렌화 수소가스를 도출한 후에, 바이패스 유로(L7)를 통해 원료가스 공급 유로(L2)로부터 불활성 가스를 도출하는 것에 의해 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제함과 동시에 원료가스 공급 유로에 잔존하는 셀렌화 수소의 체적농도를 10 % 이하로 하는 구성을 갖는다. 이에 따라, 셀렌화 수소의 자기 분해가 억제되어 셀렌 결정의 원료가스 공급 유로 내의 석출이 저감되므로 100 % 셀렌화 수소가스의 안정된 공급이 가능하게 된다. 따라서, 셀렌화 수소의 농도가 안정된 셀렌화 수소 혼합가스를 태양 전지 제조장치에 연속적으로 공급할 수 있다.
또한, 소정의 량의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스를 각각의 공급 유로(L1, L2)로부터 도출하는 제 1 단계와, 100 % 셀렌화 수소가스를 소정의 추가 분량만큼 원료가스 공급 유로(L2)에서 도출하는 제 2 단계와, 100 % 셀렌화 수소가스의 추가 분량에 따른 량의 불활성 가스를 바이패스 경로(L7)를 통해 원료가스 공급 유로(L2)로부터 도출하는 제 3 단계를 구비하므로, 제 2 단계 및 제 3 단계에서 원료가스 공급 경로(L2)로부터 도출되는 추가분의 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 량의 비율을 소정의 값으로 용이하게 조정할 수 있다. 이에 따라, 불활성 가스와 100 % 셀렌화 수소가스와의 혼합 비율이 항상 일정하게 유지된(즉, 셀렌화 수소의 농도가 안정된) 셀렌화 수소 혼합가스를 태양 전지 제조장치에 연속적으로 공급할 수 있다. 따라서, 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도의 설정값과 실측값과의 오차를 항상 작게 유지할 수 있어 결과적으로 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소 농도의 드리프트 현상을 억제할 수 있다.
또한, 기반가스 공급 유로(L1) 및 원료가스 공급 유로(L2)의 하류측에 버퍼탱크(2)가 설치되어 있기 때문에 각 공급 유로(L1, L2)에서 도출되는 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스 전부를 버퍼탱크(2)에 공급할 수 있다. 이에 따라, 기반가스 및 원료가스를 폐기하지 않고 전부 제품가스(셀렌화 수소 혼합가스)로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술범위는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태의 공급장치(1)에서는 원료가스 공급 유로(L2)에서 100 % 셀렌화 수소가스를 매스플로우 컨트롤러(12)를 사용하여 유량을 제어하는 구성으로 하고 있지만, 100 % 셀렌화 수소가스의 유량을 제어 가능한 것이라면 이 구성에 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 매스플로우 컨트롤러(12) 대신에 단순히 유량을 제한하는 오리피스나 니들밸브 등의 유량 제어수단과 자동압력제어장치(APR) 등의 압력 제어수단을 사용하여 유량을 제어하는 구성으로 하여도 좋다.
[실시 예]
이하, 구체적인 예를 나타낸다.
(시험 1)
도 1에 나타낸 공급장치(1)를 사용하여 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스를 공급할 때에, 버퍼탱크(2) 내의 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 체적 농도를 20 %로 유지하는 것이 가능한 100 % 셀렌화 수소가스의 추가 분량과 그에 따른 불활성 가스의 추가 분량을 검증하였다.
또한, 공급장치(1)의 조건으로서는 표 1의 조건을 이용했다. 또한, 도 1에 나타낸 공급장치(1)에서 자동밸브(9) 및 자동밸브(25)의 입구에는 직경 0.5 ㎜의 오리피스가 설치되어 있어서 바이패스 경로(7)를 경유할 때의 기반가스 유량은 6.28 L/min으로 제한되고 있다.
시험 1에서는, 특별히 기재가 없는 한, 압력은 게이지 압력, 유량은 체적 유량, 체적은 기준 상태(0 ℃, 대기압 (1 atm = 101.3 ㎪))에서의 체적을 나타내고 있다.
기반가스(질소가스)유량 제1 단계시: 80 [L/min]
제3 단계시: 6.28 [L/min]
100% 셀렌화 수소가스 유량 20 [L/min]
기온 20 [℃]
기반가스 공급 유로의 배관 내 압력 0.8 [㎫]
원료가스 공급 유로의 배관 내 압력 0.6 [㎫]
버퍼탱크 내 압력 설정값 상한값:0.4 [㎫]
하한값:0.3 [㎫]
버퍼탱크 용적 200 [L]
우선, 자동밸브(6, 9, 14)를 개방하고 기반가스 공급 유로(L1)로부터 불활성 가스로서 질소(N2)가스를, 원료가스 공급 유로(L2)로부터 100% 셀렌화 수소가스를 각각 버퍼탱크(2)로 공급했다. 버퍼탱크(2) 내의 압력이 상한값 0.4 ㎫에 도달하면 자동밸브(6, 9, 14)를 닫았다(제 1 단계).
다음에, 자동밸브(9, 14)를 2초 동안 개방한 후에 닫았다(제 2 단계). 이 2초 동안에 버퍼탱크(2)로 공급되는 100 % 셀렌화 수소는 하기식 (1)과 같이 0.67 L였다.
2 (s) × 20 (L/min) × 1 (min) / 60 (s) = 0.67 (L)···(1)
다음에, 자동밸브(14, 25)를 25.6초 동안 개방한 후에 닫았다(제 3 단계).
여기서, 0.67 L의 셀렌화 수소(H2Se)를 20 %로 희석하기 위하여 필요한 질소가스의 량(X)는, 하기식 (2) 및 (3)에 나타낸 바와 같이 2.68 L이었다.
0.67 / (0.67 + X) = 0. 2 · · · (2)
X = (0.67 - (0.2 × 0.67)) / 0.2 = 2.68 (L)···(3)
또한, 질소 가스를 2.68 L 공급하기 위하여 자동밸브(25)를 개방하는 시간은 아래 식 (4)에서와 같이 25.6초이었다.
2.68 (L) / ((6.28 (L / min) × 1 (min) / 60 (s)) = 25.6 (s)···(4)
상기 제 1 ~ 제 3 단계를 실행한 후 버퍼탱크(2) 내의 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 체적 농도를 농도계(22)에 의해 측정한 결과, 20 % 인 것이 확인되었다.
또한, 버퍼탱크(2)의 용적은 200 L이며, 상기 제 1 단계의 완료 후 버퍼탱크(2)의 압력이 0.4 ㎫이기 때문에 제 1 단계의 완료 후 버퍼탱크 내의 가스(셀렌화 수소 + 질소)의 체적은 기준상태에서의 체적으로 환산하면, 아래 식(5)에서와 같이 989.73 (L)이었다.
200 × (0.1013 +0.4) / 0.1013 = 989.73 (L)···(5)
또한, 상기 제 2 및 제 3 단계에 따라 셀렌화 수소 0.67 (L), 질소 2.68 (L), 합계 3.35 (L)의 셀렌화 수소 혼합가스가 추가 유입하기 위해서 공급 완료 후 (제 3 단계 완료 후)의 버퍼탱크(2) 내의 압력은 아래 식 (6)에서와 같이 0.402 ㎫로 되었다.
(0.1013 × (989.73 + 3.35) / 200) - 0.1013 = 0.402 · · · (6)
게다가 또한, 공급완료 후(제 3 단계 완료 후)의 원료가스 공급 유로(L2) 내의 희석 비율은 99 % 이상이며, 셀렌화 수소 농도가 충분히 저감되어 있는 것을 확인했다.
(예 1)
도 1에 나타낸 공급장치(1)를 사용하여 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스를 연속해서 공급했다.
또한, 셀렌화 수소 혼합가스 공급시의 공급장치(1)의 조건으로서는, 표 1의 조건 및 상기 시험 1의 검증 결과를 이용했다.
상기 실시 조건에서 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스를 연속해서 공급할 때, 버퍼탱크(2)에 접속된 가스 농도 분석계(22)를 사용하여 혼합가스의 농도 변화를 기록했다. 결과를 도 2에 나타낸다.
(예 2)
도 3에 나타낸 공급장치(101)를 사용하여 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스를 연속해서 공급했다. 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스의 연속 공급에는 버퍼탱크(102)를 사용한 배지 방식을 사용하고, 공급장치(101)의 셀렌화 수소 혼합가스의 공급조건으로서는 표 1의 조건을 이용하였다.
상기 실시 조건에 있어서, 태양 전지 제조장치에 셀렌화 수소 혼합가스를 연속 공급할 때 버퍼탱크(102)에 접속된 가스 농도 분석계(122)를 사용하여 혼합가스의 농도 변화를 기록했다. 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 종래 기술인 예 2에서 버퍼탱크(102)의 셀렌화 수소 혼합가스의 실측농도는, 설정농도 20 %에 대해 19 ~ 41 %의 사이에서 변동했다. 이에 대해, 본 발명을 적용한 예 1에서 버퍼탱크(2)의 셀렌화 수소 혼합가스의 실측농도는, 설정농도 20 %에 대해 19 ~ 21 % 의 사이로 억제되며, 농도의 변동폭이 축소되고 있는 것이 확인되었다.
또한, 종래 기술인 예 2에서는 원료가스 공급 유로(L102)인 배관 및 매스플로우 컨트롤러(MFC; 112)의 센서부에 셀렌(Se) 결정이 100 ㎎ 정도 석출한 것이 확인됐다. 이에 대해, 본 발명을 적용한 예 1에서는, 원료가스 공급 유로(L2) 및 매스플로우 컨트롤러(12)에서 셀렌 결정의 석출은 육안으로 확인할 수 없었다.
1 ... 공급장치(태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치)
2 ... 버퍼탱크(혼합가스 저류조)
3, 10, 14, 17, 18, 19, 21, 23, 24 ... 개폐밸브
4, 11 ... 압력조정기
5, 12 ... 매스플로우 컨트롤러(유량 제어수단)
6, 9, 14, 25 ... 자동밸브(유로 차단수단)
7, 8, 15, 16, 20 ... 압력계
22 ... 가스 농도 분석계
L1 ... 기반가스 공급 유로
L2 ... 원료가스 공급 유로
L3 ~ L6 ... 유로
L7 ... 바이패스 유로

Claims (7)

  1. 기반가스 공급 유로로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 공정을 갖는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법에 있어서,
    상기 기반가스 공급 유로와 상기 원료가스 공급 유로에는 상호 연통하는 바이패스 유로가 설치되어 있으며,
    소정의 량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출한 후에, 상기 바이패스 유로를 통해 상기 원료가스 공급 유로로부터 상기 불활성 가스를 도출하여 소정의 농도의 셀렌화 수소 혼합가스를 조제하고, 또한 상기 원료가스 공급 유로에 잔존하는 셀렌화 수소의 체적 농도를 10 % 이하로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원료가스 공급 유로의 상류측 및 하류측에는 각각 유로 차단수단이 설치되며,
    상류측 및 하류측의 상기 유로 차단수단에 의하여 밀봉된 상기 원료가스 공급 유로 내의 셀렌화 수소의 체적 농도를 10 % 이하로 하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공급공정이 소정의 량의 상기 불활성 가스를 상기 기반가스 공급 유로로부터 도출함과 동시에 소정의 량인 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로에서 도출하는 제 1 단계와,
    소정의 추가 분량의 상기 100 % 셀렌화 수소가스를 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 2 단계와,
    상기 100 % 셀렌화 수소가스의 상기 소정의 추가 분량에 따라 소정의 추가 분량의 상기 불활성 가스를 상기 바이패스 경로를 통해 상기 원료가스 공급 유로로부터 도출하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기반가스 공급 유로 및 상기 원료가스 공급 유로의 하류측에는 혼합가스 저류조가 설치되며,
    상기 제 1 내지 제 3 단계에서 도출된 불활성 가스 및 100 % 셀렌화 수소가스의 전부를 상기 혼합가스 저류조에 공급하여 해당 혼합가스 저류조 내에서 상기 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소의 체적 농도를 소정의 농도로 조정하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급방법.
  5. 기반가스 공급 유로와,
    원료가스 공급 유로와,
    상기 기반가스 공급 유로와 상기 원료가스 공급 유로를 연통하도록 설치된 바이패스 유로와,
    상기 원료가스 공급 유로의 상류측 및 하류측에 각각 설치된 유로 차단수단을 구비하며,
    상기 바이패스 유로가 상기 원료가스 공급 유로의 상류측의 유로 차단수단과 하류측의 유로 차단수단과의 사이에서 상기 상류측의 유로 차단 수단 측에 접속되며,
    기반가스 공급 유로로부터 공급되는 불활성 가스와, 원료가스 공급 유로로부터 공급되는 100 % 셀렌화 수소가스를 혼합하는 것에 의해 소정의 농도로 조정한 셀렌화 수소 혼합가스를 공급하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 원료가스 공급 유로에는 상기 100 % 셀렌화 수소가스의 유량을 제어하기 위한 유량 제어수단이 설치되어 있으며,
    상기 유량 제어수단이 상기 상류측의 유로 차단수단과 상기 하류측의 유로 차단수단과의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기반가스 공급 유로 및 상기 원료가스 공급 유로의 하류측에 설치된 혼합가스 저류조와,
    상기 혼합가스 저류조에 저장되는 셀렌화 수소 혼합가스 중의 셀렌화 수소농도를 측정하는 가스 농도 분석계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 셀렌화 수소 혼합가스의 공급장치.
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