KR101670818B1 - 태양 전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템 - Google Patents
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Abstract
태양 전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템을 공개한다. 본 발명은 전원 전압 및 접지 전압을 생성하여 공급하는 전원 공급부, 태양전지 웨이퍼, 태양전지 웨이퍼를 이송하고 접지 전압이 인가되는 트레이 및 외부로부터 가스를 주입받아 균일하게 분배하여 저장하고, 전원 전압을 인가받아 가스를 인라인 타입으로 방출함으로써, 코로나 방전에 의한 대기압 플라즈마 제트를 생성하여 태양전지 웨이퍼를 선형으로 도핑하는 플라즈마 소스부를 포함한다.
Description
본 발명은 플라즈마 도핑 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저나 진공 장비를 사용하지 않고 대기압에서 대면적 도핑이 가능한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템 및 방법에 관한 것이다.
태양 에너지를 광 기전력 효과로 전기 에너지로 변환하는 태양 전지는 기존에 결정질 실리콘으로 제조되었다. 그러나 결정질 실리콘 태양전지는 단파장에서의 양자효율이 낮고, 접촉 저항으로 최대 효율이 18% 정도로 낮다. 이에 저가의 고효율 태양전지 제작을 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다.
기존에 대부분 태양전지 공정은 소성 도핑 공정와 레이저 도핑 공정이 중요한 공정 중 하나다. 소성 도핑 공정의 경우, 주로 소성로를 사용하여 고온의 열로 인과 붕산을 도핑하며, 레이저 도핑의 경우 레이저의 순간적인 고온을 사용하여 주로 선택적 도핑을 진행한다.
소성 도핑 공정은 대량 생산에 유리하지만 고가의 소성로(Furnace)와 추가적인 유지비용, 유독 가스를 처리하기 위한 추가 장비(Scrubber)가 요구된다. 또한 소성 공정의 전후로 공정에 적합한 온도로 가열하는 시간과 냉각하는 시간이 필요하여 생산 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
그리고 레이저를 사용한 도핑의 경우 고가의 레이저 장비가 요구되며, 대면적이 아닌 특정 영역에 선택적 도핑을 수행하고자 할 때 유용하다. 또한 레이저의 순간적인 고온으로 인한 도핑 후 웨이퍼의 구조적 손상을 야기하는 문제가 있다.
따라서 저가로 웨이퍼에 손상을 야기하지 않는 대면적 도핑 기법이 요구되고 있다. 대기압 플라즈마 기법은 소성로가 요구되지 않고, 공정이 간단하며, 높은 파워를 요구하지 않아 유지비용이 저렴하고 웨이퍼의 구조적 손상을 발생시키지 않으면서 도핑이 가능하다. 그러나 대기압 플라즈마 기법 또한 높은 방전 개시 전압에 의해 웨이퍼의 손상을 야기할 수 있으며 전력 소모가 크다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 태양 전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템은 전원 전압 및 접지 전압을 생성하여 공급하는 전원 공급부; 태양전지 웨이퍼; 상기 태양전지 웨이퍼를 이송하고 상기 접지 전압이 인가되는 트레이; 및 외부로부터 가스를 주입받아 균일하게 분배하여 저장하고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 가스를 인라인 타입으로 방출함으로써, 코로나 방전에 의한 대기압 플라즈마 제트를 생성하여 상기 태양전지 웨이퍼를 선형으로 도핑하는 플라즈마 소스부; 를 포함한다.
상기 플라즈마 소스부는 상기 가스를 저장하고, 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 저장된 가스가 방사되는 슬릿이 형성된 가스 저장부; 상기 가스 저장부에 저장된 가스를 균일하게 분배하는 가스 분배부; 외부로부터 상기 가스를 인가받아 상기 가스 저장부에 주입하는 가스 주입부; 및 상기 가스 저장부 내부에 배치되고, 상기 전원 전압이 인가되어 상기 슬릿을 통해 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 방사된 상기 가스에 상기 코로나 방전이 발생하도록 하여 인라인 타입의 상기 플라즈마 제트를 생성하는 인라인 플라즈마 발생부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인라인 플라즈마 발생부는 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 첨부가 형성된 적어도 하나의 블레이드 형태로 구현되어 상기 슬릿에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 방사되는 가스에 코로나 방전을 유도하여 상기 인라인 타입의 플라즈마 제트를 형성하는 플라즈마 전극부; 및 상기 플라즈마 전극부의 상기 첨부를 상기 플라즈마로부터 보호하고 산화를 방지하기 위해 상기 첨부를 감싸는 형태로 형성되는 유전체부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 전극부는 상기 슬릿과 기설정된 간격만큼 이격되어 배치되는 하나의 상기 블레이드 형태로 구현되어, 상기 가스가 상기 슬릿과 상기 첨부 사이로 방사되는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 전극부는 기설정된 간격만큼 이격되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 상기 블레이드 형태로 구현되어, 상기 가스가 상기 한 쌍의 블레이드 사이로 방사되는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 전극부는 알루미늄, 은, 구리, 니켈 및 티타늄 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 유전체부는 상기 플라즈마 전극부의 첨부를 아노다이징 처리하거나, 기지정된 유전체를 코팅하여 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 인라인 플라즈마 발생부는 원통 형태로 구현되어 상기 슬릿에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 방사되는 가스에 코로나 방전을 유도하여 상기 인라인 타입의 플라즈마 제트를 형성하는 플라즈마 전극부; 및 상기 플라즈마 전극부를 상기 플라즈마로부터 보호하고 산화를 방지하기 위해 상기 플라즈마 전극부의 외주면을 감싸는 형태로 형성되는 유전체부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인라인 플라즈마 발생부는 상기 인라인 플라즈마 발생부는 원통 형태의 상기 플라즈마 전극부와 상기 유전체부를 기설정된 간격만큼 이격되어 고정되도록 하는 전극 고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 인라인 플라즈마 발생부는 상기 플라즈마 전극부와 상기 유전체부가 이격된 공간에 공기, 산소, 질소, 헬륨 및 아르곤(Ar) 가스 중 하나가 채워지는 것을 특징으로 한다.
상기 가스는 아르곤 가스, 헬륨 가스, 산소, 질소 및 공기 중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 전원 공급부는 10 kHz ~ 100 MHz 대역의 주파수로 1W ~ 10 kW의 전력을 발생하여 상기 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 전원 공급부는 10% ~ 90%의 듀티비를 갖는 주파수 대역 10 kHz ~ 500 kHz의 직류 펄스를 발생하여 상기 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 태양 전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템은 소성로가 필요한 소성 공정을 사용하지 않고, 대기압에서 인라인 타입으로 대면적 플라즈마 도핑을 수행할 수 있도록 함으로써, 저가의 빠른 속도로 대면적 도핑이 가능하여 생산 비용 및 효율을 크게 향상 시킬 수 있다. 또한 저전류 전원을 이용한 플라즈마 방전을 사용하여 웨이퍼의 열적 손상을 야기하지 않는다.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 개괄적 구조를 나타낸다.
도2 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도3 및 도4 는 도2 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도5 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.
도6 은 도5 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도7 은 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도8 은 도7 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도2 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도3 및 도4 는 도2 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도5 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.
도6 은 도5 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도7 은 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도8 은 도7 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 개괄적 구조를 나타낸다.
도1 을 참조하면, 본 발명의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템은 플라즈마 소스부(10), 태양전지 웨이퍼(20), 트레이(30) 및 전원 공급부(40)을 포함한다.
플라즈마 소스부(10)는 가스 주입부(17)를 통해 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 인가받고, 대기압하에서 전원 공급부(40)에서 인가된 전원 전압 및 접지 전압에 따라 코로나 방전(Corona Discharge)을 유도하고, 유도된 코로나 방전에 의해 플라즈마(P)를 생성하여 태양전지 웨이퍼(20)를 도핑한다. 여기서 플라즈마를 생성하기 위해 주입되는 가스로는 주로 아르곤(Ar)이 사용되며, 경우에 따라서는 헬륨(He), 산소(O2)나 질소(N2) 또는 공기가 사용될 수도 있다.
플라즈마 소스부(10)는 생성된 플라즈마(P)가 태양전지 웨이퍼(20) 상에 인가되도록 하여, 태양전지 웨이퍼(20)를 도핑한다. 특히 본 발명에서 플라즈마 소스부(10)는 플라즈마(P)가 태양전지 웨이퍼(20)의 직경보다 긴 선형인 인라인 타입(IN-Line Type)으로 방사되도록 함으로써, 대면적인 태양전지 웨이퍼(20)의 도핑 속도를 향상시킨다. 예를 들어 태양전지 웨이퍼의 길이가 156 mm 이라면, 플라즈마 소스부(10)는 170mm의 길이로 인라인 타입으로 플라즈마(P)를 방사하여 태양전지 웨이퍼(20)을 도핑할 수 있다.
태양전지 웨이퍼(20)는 태양 전지 셀을 생성하기 위해 제조된 P 또는 N 타입의 웨이퍼이며, 일예로 단결정 실리콘으로 구현 될 수 있다. 그리고 태양전지는 대부분 P-N 접합 반도체의 구조로 형성되므로, 태양전지 웨이퍼(20)의 일면에는 플라즈마 소스부(10)에서 방사되는 플라즈마(P)에 의해 불순물이 도핑되어 P-N접합을 생성하는 도핑 영역(22)이 형성된다.
도핑 영역(22)은 P-N 접합 반도체로 구현되는 태양전지의 이미터(Emitter)층을 구성한다. 도핑 영역(22)을 형성하기 위해서 사용되는 원소로는 5족 원소인 인(P), 비소(AS), 안티몬(Sb)과 3족 원소인 붕산(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In)등이 사용될 수 있으며, 태양전지 웨이퍼(20)가 단결정 실리콘으로 구현된 경우에는 이중 인과 붕산이 주로 사용된다.
트레이(30)는 플라즈마 소스부(10)가 태양전지 웨이퍼(20)를 도핑할 수 있도록 태양전지 웨이퍼(20)를 수송하는 역할을 수행한다. 플라즈마 소스부(10)가 인라인 타입으로 플라즈마(P)를 방사하므로, 트레이(30)가 태양전지 웨이퍼(20)을 수송하는 동안 플라즈마 소스부(10)는 용이하게 태양전지 웨이퍼(20)을 도핑할 수 있다. 그리고 트레이(30)는 대기압 플라즈마의 전류 통과를 위해 전원 공급부로부터 접지 전압을 인가받아 접지된다. 트레이(30)는 접지를 위해 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속 재료로 구현되거나, 은(Ag)이 코팅되어 있는 금속 계열로 구현될 수 있다.
전원 공급부(40)는 대기압 플라즈마를 발생하기 위한 전원을 생성하여 플라즈마 소스부(10)와 트레이(30)로 공급힌다. 전원 공급부(40)는 일예로 10 kHz ~ 100 MHz 대역의 주파수와 1W ~ 10 kW 범위의 전력(RF Power)을 생성할 수 있으며, 일반적으로 10 kHz ~ 1000 kHz 주파수 대역을 사용한다. 또한 10% ~ 90%의 듀티비로 주파수 대역 10 kHz ~ 500 kHz의 DC Pulse 전원도 사용 가능하다.
전원 공급부(40)는 전원 전압을 인가받는 플라즈마 소스부(10)와 접지 전압을 인가받는 트레이(30) 사이의 거리와 플라즈마 소스부(10)에서 플라즈마(P)를 발생하기 위해 가스를 방사하는 영역의 형상 등에 따라 플라즈마 소스부(10)로 인가하는 전원 전압의 주파수 및 전력을 가변하여 플라즈마 소스부(10)와 트레이(30) 사이에 코로나 방전에 의한 플라즈마가 발생하도록 한다.
도2 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 일 실시예를 나타내고, 도3 및 도4 는 도2 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도2 에서 플라즈마 소스부(110)는 가스 저장부(111), 가스 분배부(112), 인라인 플라즈마 발생부(PLG1) 및 가스 주입부(117)를 포함한다.
가스 저장부(111)는 플라즈마 소스부(110)의 외장을 형성하고 가스 주입부(117)에서 주입된 가스를 저장하는 케이스로서, 절연체로 구현된다. 가스 저장부(117)는 PET, 테프론, 베크라이트 등과 같은 절연체로 구현될 수 있다. 그리고 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)의 첨부에 대응하는 영역에 슬릿(slit)이 형성되어 가스가 인라인 플라즈마 발생부(PLG1) 내부 또는 주위를 통해 태양전지 웨이퍼(20) 방향으로 방사되도록 한다.
가스 분배부(112)는 가스 저장부(111)에 저장된 가스의 밀도가 균일하도록 분배시키는 동작을 수행한다.
인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 전원 공급부(140)로부터 전원 전압을 인가받아 트레이(130)에 인가된 접지 전압과 함께 전계가 형성되도록 하며, 형성된 전계에 의해 가스 저장부(111)의 슬릿을 통해 방사되는 가스에 코로나 방전을 유도하여 플라즈마를 발생시킨다. 특히 본 발명의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 상기한 바와 같이, 인라인 타입으로 플라즈마(P)가 생성되도록 하여, 포인트 형태가 아닌 선 형태로 태양전지 웨이퍼(120)이 도핑 될 수 있도록 한다.
도3 및 도4 는 도2 의 인라인 플라즈마 발생부의 2가지 실시예를 나타낸다.
도3 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 블레이드 형태로 구현되는 플라즈마 전극부(BL1) 및 플라즈마 전극부(BL1)의 첨부(尖部)를 감싸는 형태로 형성되는 유전체부(DL1)를 구비한다.
플라즈마 전극부(BL1)는 전원 공급부(140)로부터 전원 전압을 인가받아, 트레이(130)에 인가된 접지 전압과 함께 전계를 생성하여 대기압 플라즈마를 생성하기 위한 코로나 방전을 유도하기 위해 태양전지 웨이퍼(20) 방향의 일단이 첨부로 형성된다.
플라즈마 전극부(BL1)은 대부분 알루미늄(Al)로 구현될 수 있으나 경우에 따라서는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)등으로 구현될 수도 있다.
유전체부(DL1)는 플라즈마(P)로부터 플라즈마 전극부(BL1)를 보호하고 산화를 방지하기 위해 플라즈마 전극부(BL1)의 첨부를 감싸도록 형성된다. 유전체부는 플라즈마 전극부(BL1)의 첨부에 아노다이징(anodizing) 처리하여 형성되거나, 유전체를 직접 코팅하여 형성될 수 있다.
도4 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 도3 과 달리 2개의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)와 2개의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2) 각각의 첨부(尖部)를 감싸는 형태로 형성되는 유전체부(DLP1, DLP2)를 구비한다.
2개의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)는 한 쌍으로 구비되며, 한 쌍의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2) 각각은 도3 의 플라즈마 전극부(BL1)과 마찬가지로 블레이드 형태로 구현된다. 그리고 한쌍의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2) 각각의 첨부에는 유전체부(DLP1, DLP2)가 형성되어 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)를 플라즈마로부터 보호하고 산화를 방지한다.
기본적으로 도4 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1) 또한 블레이드 형태의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)를 구비하여, 인라인 타입의 선형 플라즈마를 생성한다는 점에서 도3 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)과 유사하다. 그러나 도3 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 하나의 플라즈마 전극부(BL1)를 구비함에 따라 가스 저장부(111)에 저장된 가스가 플라즈마 전극부(BL1)의 주위로 방사되어야만 한다. 그에 비해 도4 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 한쌍의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)를 구비함에 따라 가스 저장부(111)에 저장된 가스가 한쌍의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)의 사이에 형성되는 가스 방출 라인(GML)을 통해 방사된다. 또한 2개의 한쌍의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)에서 코로나 방전을 유도하게 됨에 따라 플라즈마(P)의 생성이 더욱 용이하다는 장점이 있다. 도4 에서는 2개의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2)만을 도시하였으나, 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 복수개의 플라즈마 전극부(BLP1, BLP2) 쌍을 구비할 수도 있다.
가스 주입부(117)는 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 인가받아 가스 저장부(111)로 주입한다.
도2 에서 태양전지 웨이퍼(120), 트레이(130) 및 전원 공급부(140)의 구성은 도1 의 태양전지 웨이퍼(20), 트레이(30) 및 전원 공급부(40)와 동일하므로 별도로 설명하지 않는다.
도2 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 동작은 우선 가스 주입부(117)이 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 가스 저장부(111)로 주입한다. 이에 가스 분배부(112)는 주입된 가스를 가스 저장부(111) 내에서 균일하게 분배한다. 이후 전원 공급부(140)가 인라인 플라즈마 발생부(PLG1) 및 트레이(140)로 각각 전원 전압과 접지 전압을 인가한다. 이에 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)와 트레이(140) 사이에는 전계가 형성되고, 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)와 트레이(140) 사이의 전압차가 기설정된 전압 이상이 되면, 가스 저장부(111)에서 태양전지 웨이퍼(20) 방향으로 방사되는 가스에 코로나 방전이 시작되어 플라즈마가 발생한다.
플라즈마는 고 에너지 상태로서 전자와 이온, 중성입자, 라디칼로 구성된다. 방전은 대기압 조건에서 존재하는 씨앗(Seed) 전자가 전압에 의해 가속되면서 중성입자와 물리적 충돌을 거쳐 전자증식과정이 일어나고 이 전자가 쉬스(Sheath)에 의한 가속으로 양극에 충돌하면서 이차전자가 방출되고 이 이차전자가 중성입자와 충돌하여 여기종, 전자, 이온을 발생시킨다. 이 과정이 반복적으로 이루어지면서 전자 생성율과 소멸률이 동일해지면서 플라즈마가 유지되게 된다.
이때 방전이 발생하는 전압은 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)와 트레이(140) 사이의 거리 및 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)의 형상애 따라서도 가변되므로, 전원 공급부(140)는 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)와 트레이(140) 사이의 거리 및 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)의 형상에 따라 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)로 인가되는 전압의 크기를 조절할 수 있다.
그리고 플라즈마(P)는 가스 저장부(PLG1)에서 가스 계속적으로 공급되므로, 트레이(130) 방향으로 발생하여 플라즈마 제트를 형성한다. 이때 플라즈마 제트는 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)의 형상에 의해 선형으로 생성되어 태양전지 웨이퍼(120)의 대면적을 용이하게 도핑한다.
도5 는 도1 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 다른 실시예를 나타내고, 도6 은 도5 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도5 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템은 기본적으로 도2 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템과 동일한 구조를 갖지만, 도2 와 달리 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)가 블레이드 형상이 아닌 원통 형상으로 구현된다. 도5 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템에서 플라즈마 발생부(PLG2) 이외의 구성은 도2 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템과 동일하므로, 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)의 차이점에 대해서 중심적으로 설명하고, 이외의 구성에 대해서는 별도로 설명하지 않는다.
도6 을 참조하여 도5 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)를 설명하면, 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)는 원통형으로 구현되는 플라즈마 전극부(CIR), 유전체부(DL2)를 구비한다. 플라즈마 전극부(CIR)는 플라즈마 전극부(BL1, BLP1, BLP2)와 마찬가지로 알루미늄(Al)로 구현될 수 있으나 경우에 따라서는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)등으로 구현될 수도 있다. 플라즈마 전극부(CIR)가 원통형으로 구현됨에 따라 플라즈마 전극부(BL1, BLP1, BLP2)의 첨부만 감싸는 형태로 형성되는 유전체부(DL1, DLP1, DLP2)와 달리 유전체부(DL2)는 플라즈마 전극부(CIR) 전체를 감싸는 형태로 구현된다.
도3 및 도4 에 도시된 인라인 플라즈마 발생부(PLG1)는 블레이드 형태로 구현되어 방전 면적이 좁기 때문에 낮은 전압에도 방전이 가능한 장점이 있으나, 첨부가 날카롭고 균일해야 하므로 제작이 용이하지 않다. 그러나 도6 의 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)는 플라즈마 전극부(CIR)가 원통형으로 구현되었으므로, 제작이 용이하며 플라즈마 발생부(CIR)의 직경을 조절하여 발생되는 플라즈마의 크기를 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한 모든 면이 균등하게 방전을 유도할 수 있으므로, 인라인 플라즈마 발생부(PLG2)를 기설정된 주기로 회전시키게 된다면, 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 수명을 극대화 할 수 있다.
도7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템을 나타내고, 도8 은 도7 의 인라인 플라즈마 발생부의 상세 구성을 나타낸다.
도7 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템에서도 도6 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템과 마찬가지로 인라인 플라즈마 발생부(PLG3)가 원통형으로 구성된다. 그러나 도7 의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 인라인 플라즈마 발생부(PLG3)는 도8 에 도시된 바와 같이, 원통형으로 구현되는 플라즈마 전극부(CIR)와 플라즈마 전극부(CIR) 전체를 감싸는 형태로 구현되는 유전체부(DL3) 사이에 이격부(ISO)가 형성된다. 이격부(ISO)는 플라즈마 전극부(CIR)와 유전체부(DL3)가 서로 기설정된 간격만큼 이격되도록 하며, 주로 공기가 채워진 빈 공간으로 구현될 수 있으나, 경우에 따라 산소(O2)나 질소(N2), 헬륨(He) 및 아르곤(Ar) 가스등이 채워질 수 있다. 그리고 인라인 플라즈마 발생부(PLG3)는 플라즈마 전극부(CIR)와 유전체부(DL3) 사이에 이격부(ISO)가 균일한 간격으로 형성되어 고정되도록 하는 전극 고정부가 양측단에 추가로 구비되어 있다.
도8 에 도시된 인라인 플라즈마 발생부(PLG3)는 플라즈마 전극부(CIR)와 유전체부(DL3)와 사이의 이격부(ISO)에 삽입되는 가스의 종류를 변경함으로써, 다양한 방전 효과를 유발할 수 있다. 이는 이격부(ISO)에 서로 다른 종류의 가스가 삽입된 다수의 인라인 플라즈마 발생부(PLG3)를 교체하여 사용함으로써, 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템을 여러가지 공정에 다양하게 사용할 수 있도록 한다. 즉 가스에 따라 서로 상이하게 발생하는 플라즈마 방전 효과를 이용하여, 하나의 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템의 활용도를 크게 확장할 수 있다.
본 발명의 태양 전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템은 대기압하에서 인라인 타입으로 플라즈마를 방사하여 점 형태가 아닌 선 형태로 태양전지 웨이퍼가 트레이를 따라 이송되는 동안에 빠르게 도핑할 수 있다. 따라서 생산 속도를 증대 시킬 수 있으며 대기압에서 공정을 진행할 수 있으므로 저가로 장치를 구성할 수가 있다. 즉 고가의 레이저를 사용하는 태양전지보다 생산 단가를 낮출 수 가 있다. 또한 저전류를 사용하??로써, 웨이퍼의 파손없이 선택적으로 도핑을 할 수 있기 때문에 고효율의 태양전지 제조할 수 있다. 뿐만 아니라 소성로를 사용하지 않아도 되므로, 소성로의 가열 및 냉각을 위한 시간이 필요치 않아 생산 속도를 더욱 증대시킬 수 있다.
그리고 주로 대기압에서도 사용하지만, 밀폐된 챔버내에서 진공으로 만든 상태에서 대기압이나 특정 공정 압력(760 Torr ~ 1 Torr이하)에서도 사용가능 하여 공정가스로 대기를 채워 공정가스의 소모를 줄일 수가 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (13)
- 전원 전압 및 접지 전압을 생성하여 공급하는 전원 공급부;
태양전지 웨이퍼;
상기 태양전지 웨이퍼를 이송하고 상기 접지 전압이 인가되는 트레이; 및
외부로부터 가스를 주입받아 균일하게 분배하여 저장하고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 가스를 인라인 타입으로 선(line) 단위로 방출함으로써, 코로나 방전에 의한 대기압 플라즈마 제트를 생성하여 상기 태양전지 웨이퍼를 선형으로로 도핑하는 플라즈마 소스부; 를 포함하고,
상기 플라즈마 소스부는
상기 가스를 저장하고, 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 저장된 가스가 방사되는 슬릿이 형성된 가스 저장부;
상기 가스 저장부에 저장된 가스를 균일하게 분배하는 가스 분배부;
외부로부터 상기 가스를 인가받아 상기 가스 저장부에 주입하는 가스 주입부; 및
상기 가스 저장부 내부에 배치되고, 상기 전원 전압이 인가되어 상기 트레이와 전계를 형성하고, 상기 접지 전압과의 전압차가 기설정된 전압 이상이 되면, 상기 슬릿을 통해 선 단위로 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 방사된 상기 가스에 상기 코로나 방전이 발생되는 축전 결합형 플라즈마(CCP) 방식을 이용하여 인라인 타입의 선 단위의 상기 플라즈마 제트를 생성하는 인라인 플라즈마 발생부; 를 포함하며,
상기 인라인 플라즈마 발생부는
상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 첨부가 형성된 적어도 하나의 블레이드 형태로 구현되어 상기 슬릿에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 방사되는 가스에 코로나 방전을 유도하여 상기 인라인 타입의 플라즈마 제트를 형성하는 플라즈마 전극부; 및
상기 플라즈마 전극부의 상기 첨부를 상기 플라즈마로부터 보호하고 산화를 방지하기 위해 상기 첨부를 감싸는 형태로 형성되는 유전체부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 전극부는
상기 슬릿과 기설정된 간격만큼 이격되어 배치되는 하나의 상기 블레이드 형태로 구현되어, 상기 가스가 상기 슬릿과 상기 첨부 사이로 방사되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 전극부는
기설정된 간격만큼 이격되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 상기 블레이드 형태로 구현되어, 상기 가스가 상기 한 쌍의 블레이드 사이로 방사되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 전극부는
알루미늄, 은, 구리, 니켈 및 티타늄 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 유전체부는
상기 플라즈마 전극부의 첨부를 아노다이징 처리하거나, 기지정된 유전체를 코팅하여 구현되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 전원 전압 및 접지 전압을 생성하여 공급하는 전원 공급부;
태양전지 웨이퍼;
상기 태양전지 웨이퍼를 이송하고 상기 접지 전압이 인가되는 트레이; 및
외부로부터 가스를 주입받아 균일하게 분배하여 저장하고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 가스를 인라인 타입으로 선(line) 단위로 방출함으로써, 코로나 방전에 의한 대기압 플라즈마 제트를 생성하여 상기 태양전지 웨이퍼를 선형으로로 도핑하는 플라즈마 소스부; 를 포함하고,
상기 플라즈마 소스부는
상기 가스를 저장하고, 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 저장된 가스가 방사되는 슬릿이 형성된 가스 저장부;
상기 가스 저장부에 저장된 가스를 균일하게 분배하는 가스 분배부;
외부로부터 상기 가스를 인가받아 상기 가스 저장부에 주입하는 가스 주입부; 및
상기 가스 저장부 내부에 배치되고, 상기 전원 전압이 인가되어 상기 트레이와 전계를 형성하고, 상기 접지 전압과의 전압차가 기설정된 전압 이상이 되면, 상기 슬릿을 통해 선 단위로 상기 태양전지 웨이퍼 방향으로 방사된 상기 가스에 상기 코로나 방전이 발생되는 축전 결합형 플라즈마(CCP) 방식을 이용하여 인라인 타입의 선 단위의 상기 플라즈마 제트를 생성하는 인라인 플라즈마 발생부; 를 포함하며,
상기 인라인 플라즈마 발생부는
원통 형태로 구현되어 상기 슬릿에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 전원 전압을 인가받아 상기 방사되는 가스에 코로나 방전을 유도하여 상기 인라인 타입의 플라즈마 제트를 형성하는 플라즈마 전극부; 및
상기 플라즈마 전극부를 상기 플라즈마로부터 보호하고 산화를 방지하기 위해 상기 플라즈마 전극부의 외주면을 감싸는 형태로 형성되는 유전체부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제8 항에 있어서, 상기 인라인 플라즈마 발생부는
상기 인라인 플라즈마 발생부는 원통 형태의 상기 플라즈마 전극부와 상기 유전체부를 기설정된 간격만큼 이격되어 고정되도록 하는 전극 고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제9 항에 있어서, 상기 인라인 플라즈마 발생부는
상기 플라즈마 전극부와 상기 유전체부가 이격된 공간에 공기, 산소, 질소, 헬륨 및 아르곤(Ar) 가스 중 하나가 채워지는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항 및 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 저장부에 저장된 가스는
아르곤 가스, 헬륨 가스, 산소 및 질소 중 하나인 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항 및 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 공급부는
10 kHz ~ 100 MHz 대역의 주파수로 1W ~ 10 kW의 전력을 발생하여 상기 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템. - 제1 항 및 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 공급부는
10% ~ 90%의 듀티비를 갖는 주파수 대역 10 kHz ~ 500 kHz의 직류 펄스를 발생하여 상기 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 도핑 시스템.
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| WO2005087979A2 (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Frontcoat Technologies Aps | A method and a device for deposition of a metal layer on a non-conducting surface of a substrate |
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