KR101686605B1 - 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 - Google Patents
박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101686605B1 KR101686605B1 KR1020140191827A KR20140191827A KR101686605B1 KR 101686605 B1 KR101686605 B1 KR 101686605B1 KR 1020140191827 A KR1020140191827 A KR 1020140191827A KR 20140191827 A KR20140191827 A KR 20140191827A KR 101686605 B1 KR101686605 B1 KR 101686605B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sio
- silicon dioxide
- substrate
- thick film
- solar cell
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 88
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 41
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 41
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 18
- AKTQKAXQEMMCIF-UHFFFAOYSA-N trioxido(trioxidosilyloxy)silane;yttrium(3+) Chemical compound [Y+3].[Y+3].[O-][Si]([O-])([O-])O[Si]([O-])([O-])[O-] AKTQKAXQEMMCIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000001289 rapid thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
본 발명은 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 그를 이용한 기판 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)의 비율을 조절하여 후막공정용 슬러리를 제조하고 기판용 후막을 제조한 다음, 열처리를 통하여 내화물로 기능할 수 있는 수준의 내열성, Si와 유사한 열팽창 온도계수를 가지는 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)로 이루어진 복합 산화물을 제조함과 동시에 상기 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)의 원료물질인 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2) 비율의 조절에 의하여 열팽창 온도계수의 제어가 가능한 박막 태양전지용 세라믹 기판 제조가 가능하여 박막 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 박막 태양전지용 세라믹 기판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)의 비율을 조절하여 후막공정용 슬러리를 제조하고, 이를 이용하여 기판용 후막을 제조한 다음, 열처리를 통하여 내열성, Si와 유사한 열팽창 온도계수를 가지는 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)로 이루어진 복합 산화물을 제조함과 동시에 상기 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)의 원료물질인 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2) 비율의 조절에 의하여 열팽창 온도계수의 제어가 가능한 박막 태양전지용 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 태양전지 발전 단가가 화석연료 발전단가와 동일해지는 그리드 패리티(grid parity)의 조기 구현을 위한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 그리드 패리티 구현을 위하여 Si 웨이퍼 기반의 태양전지의 원가구조에서 약 60 % 이상의 절대적인 비중을 차지하는 Si 웨이퍼의 사용량 절감에 대한 우선적인 요구로 인하여 Si 웨이퍼 두께가 급격히 감소되고 있는 추세로서, 2003 년에는 두께 320 ㎛에서 2013 년에는 120 ㎛, 향후에는 태양전지의 광전변환 효율에 악영향이 없는 50 ㎛ 수준까지 감소될 것으로 예상되는데, 이는 소요되는 Si 원료의 양으로는 2003 년의 320 ㎛ 대비 약 90 %나 절감되는 수준이다.
최근 보다 적극적인 생산 단가 인하를 위하여 잉곳 절단 시, 발생하는 절단 손실(kerf-loss)을 최소화하기 위하여 현행의 줄톱(wire saw)을 이용하지 않고 절단손실이 없이 Si 박층을 얻을 수 있는 필름직접전이(Direct Film Transfer) 기술이 연구되고 있다. 이는 실리콘 잉곳 또는 블록의 표면에 높은 에너지를 가진 이온 빔을 주사하여 실리콘 표면을 통해 50 ~ 150 ㎛의 일정한 깊이에서 파단면을 형성하여 Si 박층을 얻는 기술로서, 기존 웨이퍼링 기술에 비해 실리콘 생산량을 2배 이상 향상할 수 있으며, 웨이퍼의 두께를 100 ㎛ 이하로 박형화 하는 것이 가능한 기술이다. 이와 함께, 실리콘 슬러리와 같은 부산물도 없어 환경 친화적인 면에서도 우수한 기술이라 할 수 있다.
또 다른 개발 기술로는 응력인가 리프트오프(stress-induced lift-off) 법으로서 순수하게 실리콘 웨이퍼를 기계적으로 제조하는 기술이다. 자세히 설명하면, 잉곳 표면에 스크린 프린팅법을 이용하여 금속 레이어를 형성한 후, 고온의 Belt Furnace를 통과시키면, 실리콘과 금속간의 결합력이 증가하는데, Furnace를 통과한 후 상온으로 냉각시키면 금속과 실리콘의 열팽창계수 차에 의해 냉각 시 서로 다른 수축 거동을 보인다. 이 때, 금속과 실리콘의 결합 강도가 매우 강해 실리콘 내부에 강한 스트레스가 형성된다. 지속적으로 냉각되면, 실리콘 내부의 스트레스는 한계 값을 넘게 되며, 이 때 가장 높은 스트레스를 받은 부분에서 크랙이 형성되고, 이 크랙은 블록 내부를 타고 전파된다. 이 때 공정변수를 적절하게 조절하면, 크랙 전파 방향을 제어하여 표면에 평행하게 전파되도록 할 수 있다. 그러나 상기 기술들은 고난이도의 기술로서 생산 단가 상승의 요인을 내포하고 있다는 문제점이 있다.
이러한 Si 기반 태양전지의 박형화로 인하여 Si 광흡수층은 자립(self-standing)이 불가능하여 셀의 휨 현상 발생으로 인한 불량 및 성능 저하를 동반하므로 상기 문제점을 극복하기 위하여 필연적으로 Si 광흡수층을 지지할 기판을 필요로 한다. 통상 Si 광흡수층의 성막은 주로 급속 가열 화학기상증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition, RTCVD)법에 의해 1000 ℃ 이상의 고온에서 이루어지는데, 이렇게 증착된 Si 광흡수층은 결정립 크기가 매우 미세하여 입계에 의한 광전 변환 효율의 저하를 초래한다. 따라서 상기 문제점을 극복하기 위하여 대역용융재결정화(Zone melting recrytstallization)법을 사용하며, 이때 결정립의 조대화, 순도 향상 및 결정 결함 저감을 유도하여 광전변환 효율의 향상을 도모하는데, 이는 통상 할로겐 램프를 가열원으로 사용하여 1200 ~ 1300℃의 온도에서 미세한 입자를 가지는 Si 층을 국부적으로 용융, 재결정화함으로서 이루어진다.
따라서 상기의 급속 가열 화학기상증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition, RTCVD)법과 대역용융재결정화(Zone melting recrytstallization)법을 적용하는 다결정질 Si 박막 태양전지 제조공정에 적용 가능한 세라믹 기판으로서의 조건은 상기와 같이 최고 1300 ℃ 의 공정온도에서 내열성을 가질 것, 열팽창 온도계수의 차이로 인한 응력 발생 및 성능 열화를 방지하기 위하여 Si와의 열팽창 온도계수(3.9Ⅹ10-6/K)와 유사한 열팽창 온도계수를 가질 것, Si 광흡수층의 오염 방지를 위하여 Si 층으로의 오염 성분의 낮은 확산성을 가질 것, 장파장 영역에서의 광 흡수 증진을 위한 반사율이 높을 것, 가격이 저렴할 것, 배면전극 역할을 할 수 있도록 가능한 전도성을 가질 것 등을 들 수 있다.
따라서, 상기의 요건을 갖춘 기판으로서, 미국특허 US20130095296에서는 저가의 그라파이트 기판 위에 SiC 층을 성막하고 Si 광흡수층을 적층한 복합 적층 기판을 개시하고 있다. 상기 특허에서 개시된 기술은 그라파이트 기판을 기반으로 하기 때문에 저렴하고 전도성을 가지는 기판으로서의 장점을 가지고는 있으나, 광반사율이 극히 낮고, 그라파이트 내부에 양이온 상태로 존재하는 오염 성분이 Si 층으로 잘 확산되므로 확산 배리어 층으로서 SiC 층을 별도로 성막해야 하며, 따라서 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.
또한 일본공개특허 JPA2000106448에서는 내열성이 있고 열팽창계수가 Si와 유사한 박막 태양전지용 기판으로서 40 ~ 80wt% 의 뮬라이트와 이산화규소(SiO2)가 주성분으로 MgO, CaO, BaO 로 이루어지는 유리 성분을 2 ~ 10wt% 함유하는 기판 소성체를 개시하고 있다. 이와 아울러 일본공개특허 JPA2000106447에서는 지르콘(ZrSiO4) 결정립과 대표적인 저 팽창성 세라믹스인 코디어라이트 (2Al2O3·2MgO·5SiO2) 결정립과 이 결정립들을 결합하는 유리상으로 이루어진 판상의 소성체를 개시하고 있다. 그러나 상기 특허들은 유리 성분을 바인더로 하므로 실제로 Si 광흡수층의 성막이 이루어지는 1300℃ 부근의 고온에서의 기판의 내열성에 취약하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 태양전지 셀 두께의 박형화에 따른 셀의 휨 현상 등으로 인한 불량 발생 및 성능 열화 등의 문제점을 극복하고 박막 태양전지의 효율 향상을 기하기 위하여 안출된 것으로서, 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)를 이용하여 후막공정용 슬러리를 제조하고, 이를 이용하여 기판용 후막을 제조한 다음, 열처리를 통하여 Si와 유사한 열팽창 온도계수를 가지는 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)로 이루어진 세라믹 기판용 복합 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7) 의 원료물질인 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2) 비율의 조절에 의하여 열팽창 온도계수의 제어가 가능한 박막 태양전지용 세라믹 기판을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)-이산화규소(SiO2)를 생성하기 위한 원료로서 산화이트륨(Y2O3)와 이산화규소(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판 제조용 조성물을 제공한다.
상기 원료로서의 이산화규소는 비정질인 것이 바람직하다.
상기 산화이트륨(Y2O3)에 대한 이산화규소(SiO2)의 몰(mole) 비가 2.0 이상 3.0 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 산화이트륨 (Y2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 혼합하여 기판 제조용 조성물 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 후막 공정을 이용하여 산화이트륨 (Y2O3)-이산화규소(SiO2) 후막으로 제조하는 단계; 상기 후막을 다층으로 적층하고 열처리하여 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)-이산화규소(SiO2) 복합체 기판을 제조하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판의 제조방법을 제공한다.
열처리 온도와 시간은 1400 ~ 1600℃ 및 1시간 ~ 3시간인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 조성물에 의하여 제조되며, 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)의 비율을 조절하여 후막공정으로 제조한 기판은 Si와 유사한 열팽창 온도계수를 가지는 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)로 이루어진 복합 조성물로 구성되며, 동시에 상기 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)의 원료물질인 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2) 비율의 조절에 의하여 열팽창 온도계수의 제어가 가능한 작용효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 Y2Si2O7 - SiO2 복합체 기판의 X선 회절에 의한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부되는 도면을 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 기지의 하기의 식(1)과 같이 구성물의 몰 비율 또는 부피비율을 조절함으로서 열팽창 온도계수를 제어할 수 있는 바, 기판으로 사용할 수 있는 다양한 세라믹스에 대하여 검토한 결과, 내열성, Si와 유사한 열팽창 온도계수를 가지는 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)로 이루어진 복합 조성물과 상기 구성물의 몰 비율 또는 부피비율을 조절함으로서 열팽창 온도계수를 제어하여 본 발명이 달성하고자 하는 목적을 달성할 수 있음을 확인하였다.
α = V(a)Ⅹα(a) + V(b)Ⅹα(b) ------- (1)
(α : 열팽창계수, V: 구성물의 부피분율)
본 발명은 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)의 상대 몰비를 변화시켜서 혼합하여 후막 제조용 슬러리를 제조하고, 후막 제조 공정에 따라서 기판용 후막을 제조하여 후속의 소결 공정과 함께 하기의 반응식(2)로 표기되는 이트륨디실리케이트 (Y2Si2O7)와 이산화규소(SiO2)를 결정화시킴과 동시에 그 상대적인 몰비 또는 부피비율을 변화시켜서 열팽창 온도계수의 제어가 가능한 박막 태양전지용 세라믹 기판을 제공한다.
Y2O3 + (2+x)SiO2 → Y2Si2O7 + xSiO2 (x = 0.0 ~ 1.0) ------- (2)
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
원료 물질인 산화이트륨(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 1.0 ㎛ 이하)에 대하여 비정질의 이산화규소(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 0.6 ㎛ 이하) 의 몰비가 1 : 2 가 되도록 칭량하고 혼합하였다. 상기 혼합물에 용매로서 에탄올과 톨루엔을 소정량 혼합하고 분산제(BYK-111), 가소제로서 디부틸프탈레이트와 바인더로서 폴리비닐부티랄을 소정량 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 행하여 후막제조용 슬러리를 제조하였다.
상기 공정을 통하여 제조한 슬러리를 원료로 후막공정에 의한 후막(그린쉬트)을 제조하였다. 이 때 성형텐션 4.0 kgf, 성형속도 1.0 m/min 조건으로 50㎛ 두께 이상의 후막을 제조하였다.
제조된 그린쉬트는 적당한 크기로 자르고, 가압성형기를 사용하여 적층하는 데 적층온도는 100℃ 이하, 적층 유지시간은 15분 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기 공정으로 제조한 그린쉬트는 500 ℃ 에서 6시간 이상 열처리를 통하여 유기물을 제거한 후, 1400 ~ 1600℃ 에서 2시간 소결 및 결정화를 진행하여 Y2Si2O7 ·SiO2 복합체 기판을 제조하였다.
여기서, 상기 열처리 온도와 시간은 위 온도와 시간에 한정되지 아니하며, 통상의 후막공정에서의 최고온도를 1400 ~ 1600℃의 범위로 하고, 동 온도에서 1시간 ~ 3시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 열처리온도가 1400℃ 미만에서는 높은 열팽창 온도계수를 가진 이트륨실리케이트(Y2SiO5)가 일부 잔존하므로 열팽창 온도계수의 저감 효과를 기대할 수 없다.
<실시예 2>
원료 물질인 산화이트륨(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 1.0 ㎛ 이하)에 대하여 이산화규소(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 0.6 ㎛ 이하)의 몰비가 1 : 2.25(부피비 1 : 0.066) 가 되도록 칭량하고 혼합하였다. 상기 혼합물에 용매로서 에탄올과 톨루엔을 소정량 혼합하고 분산제(BYK-111), 가소제로서 디부틸프탈레이트와 바인더로서 폴리비닐부티랄을 소정량 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 행하여 후막제조용 슬러리를 제조하였다.
상기 공정을 통하여 제조한 슬러리를 원료로 후막공정에 의한 후막(그린쉬트)을 제조하였다. 이 때 성형텐션 4.0 kgf, 성형속도 1.0 m/min 조건으로 50㎛ 두께 이상의 후막을 제조하였다.
제조된 그린쉬트는 적당한 크기로 자르고, 가압성형기를 사용하여 적층하는 데 적층온도는 100℃ 이하, 적층 유지시간은 15분 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기 공정으로 제조한 그린쉬트는 500℃ 에서 6시간 이상 열처리를 통하여 유기물을 제거한 후, 1400 ~ 1600℃ 에서 2시간 소결 및 결정화를 진행하여 Y2Si2O7 ·SiO2 복합체 기판을 제조하였다.
<실시예 3>
원료 물질인 산화이트륨(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 1.0 ㎛ 이하)에 대하여 이산화규소(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 0.6 ㎛ 이하) 의 몰비가 1 : 2.5(부피비 1 : 0.132) 가 되도록 칭량하고 혼합한다. 상기 혼합물에 용매로서 에탄올과 톨루엔을 소정량 혼합하고 분산제(BYK-111), 가소제로서 디부틸프탈레이트와 바인더로서 폴리비닐부티랄을 소정량 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 행하여 후막제조용 슬러리를 제조하였다.
상기 공정을 통하여 제조한 슬러리를 원료로 후막공정에 의한 후막을 제조하였다. 이 때 성형텐션 4.0 kgf, 성형속도 1.0 m/min 조건으로 50㎛ 두께 이상의 후막을 제조하였다.
제조된 그린쉬트는 적당한 크기로 자르고, 가압성형기를 사용하여 적층하는 데 적층온도는 100℃ 이하, 적층 유지시간은 15분 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기 공정으로 제조한 그린쉬트는 500 ℃ 에서 6시간 이상 열처리를 통하여 유기물을 제거한 후, 1400 ~ 1600℃ 에서 2시간 소결 및 결정화를 진행하여 Y2Si2O7 ·SiO2 복합체 기판을 제조한다.
<실시예 4>
원료 물질인 산화이트륨(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 1.0 ㎛ 이하)에 대하여 이산화규소(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 0.6 ㎛ 이하) 의 몰비가 1 : 2.75(부피비 1 : 0.188) 가 되도록 칭량하고 혼합하였다. 상기 혼합물에 용매로서 에탄올과 톨루엔을 소정량 혼합하고 분산제(BYK-111), 가소제로서 디부틸프탈레이트와 바인더로서 폴리비닐부티랄을 소정량 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 행하여 후막제조용 슬러리를 제조하였다.
상기 공정을 통하여 제조한 슬러리를 원료로 후막공정에 의한 후막을 제조하였다. 이 때 성형텐션 4.0 kgf, 성형속도 1.0 m/min 조건으로 50㎛ 두께 이상의 후막을 제조하였다.
제조된 그린쉬트는 적당한 크기로 절단하고, 가압성형기를 사용하여 적층하는 데 적층 온도는 100℃ 이하, 적층 유지시간은 15분 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기 공정으로 제조한 그린쉬트는 500℃에서 6시간 이상 열처리를 통하여 유기물을 제거한 후, 1400 ~ 1600℃에서 2시간 소결 및 결정화를 진행하여 Y2Si2O7 ·SiO2 복합체 기판을 제조한다.
<실시예 5>
원료 물질인 산화이트륨(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 1.0 ㎛ 이하)에 대하여 이산화규소(순도 99.9 % 이상, 입자 크기 0.6 ㎛ 이하) 의 몰비가 1 : 3(부피비 1 : 0.264) 가 되도록 칭량하고 혼합하였다. 상기 혼합물에 용매로서 에탄올과 톨루엔을 소정량 혼합하고 분산제(BYK-111), 가소제로서 디부틸프탈레이트와 바인더로서 폴리비닐부티랄을 소정량 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 행하여 후막제조용 슬러리를 제조하였다.
상기 공정을 통하여 제조한 슬러리를 원료로 후막공정에 의한 후막을 제조하였다. 이 때 성형텐션 4.0 kgf, 성형속도 1.0 m/min 조건으로 50㎛ 두께 이상의 후막을 제조하였다.
제조된 그린쉬트는 적당한 크기로 절단하고, 가압성형기를 사용하여 적층하는 데 적층 온도는 100℃ 이하, 적층 유지시간은 15분 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기 공정으로 제조한 그린쉬트는 500 ℃ 에서 6시간 이상 열처리를 통하여 유기물을 제거한 후, 1400 ~ 1600℃ 에서 2시간 소결 및 결정화를 진행하여 Y2Si2O7 ·SiO2 복합체 기판을 제조한다.
이하, 상기 <실시예> 에 적용한 조성을 표 1에 나타내었다.
| 구분 | Y2O3(몰) | SiO2(몰) |
| 실시예1 | 1 | 2 |
| 실시예2 | 1 | 2.25 |
| 실시예3 | 1 | 2.5 |
| 실시예4 | 1 | 2.75 |
| 실시예5 | 1 | 3.0 |
상기 <실시예>를 통하여 제조한 Y2Si2O7-SiO2 복합체 기판의 결정상 분석 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1로부터 1400 ~ 1600℃ 에서 2시간 열처리 후의 후막 기판의 결정상은 산화이트륨과 이산화규소의 몰비가 1 : 3인 경우는 1400 ~ 1600℃의 모든 온도 영역에서 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7) 및 이산화규소(SiO2)로 이루어져 있으나 산화이트륨과 이산화규소의 몰비가 1 : 2인 경우는 1600℃의 열처리 온도에서도 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7) 및 이산화규소(SiO2) 외에 열팽창 온도계수가 높은 이트륨실리케이트(Y2SiO5)가 일부 잔존한다. 또한 산화이트륨과 이산화규소의 몰비가 1 : 2.25 인 경우는 1400℃의 열처리 온도에서 이트륨실리케이트(Y2SiO5)가 일부 잔존하는 것이 확인된다. 그러나, 이러한 경우, 미량에 불과하기 때문에 산화이트륨과 이산화규소의 몰비가 1 : 2 이상이라면 바람직한 결과를 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
따라서 <실시예1>에 따라 제작하고 1600℃에서 열처리한 시료의 열팽창계수는 구성 결정상이 이트륨디실리케이트 (Y2Si2O7) 및 이산화규소(SiO2) 외에 열팽창 온도계수가 높은 이트륨실리케이트(Y2SiO5)가 일부 함유된 이유로 인하여 예상값보다 높은 4.02 ppm/K 를 나타내었고, 이트륨디실리케이트 (Y2Si2O7) 및 이산화규소(SiO2) 만이 구성 결정상으로 존재하는 <실시예2> ~ <실시예5> 에 따른 시료의 이산화규소(SiO2)의 몰비(부피분율)이 증가할수록 열팽창 온도계수가 낮아져서 <실시예5>의 경우, 3.64 ppm/K 를 나타내었다. 그러나 <실시예5>에서와 같이 산화이트륨과 이산화규소의 몰비가 1 : 3 을 초과하는 경우, 고온 강도 저하 및 굴절률 저하에 따른 광 반사율 저하를 초래하므로 이산화규소의 추가 첨가는 바람직하지 않다.
이하, 상기 <실시예>를 통하여 제조한 Y2Si2O7-SiO2 복합체 기판의 결정상 분석 및 열팽창 온도계수 측정 결과를 표 2에 나타내었다.
| 구분 | SiO2 부피분율 (%) |
열처리 온도별 결정상 | 열팽창계수 (1600℃ 열처리) |
||
| 1400℃ | 1500℃ | 1600℃ | |||
| 실시예1 | 0.0 | β-Y2Si2O7, Y2SiO5, SiO2 | β-Y2Si2O7, Y2SiO5, SiO2 | γ-Y2Si2O7, Y2SiO5, SiO2 | 4.02 |
| 실시예2 | 6.6 | β-Y2Si2O7, Y2SiO5, SiO2 | β-Y2Si2O7, SiO2 | γ-Y2Si2O7, SiO2 | 3.87 |
| 실시예3 | 11.7 | β-Y2Si2O7, SiO2 | β-Y2Si2O7, SiO2 | γ-Y2Si2O7, SiO2 | 3.78 |
| 실시예4 | 15.8 | β-Y2Si2O7, SiO2 | β-Y2Si2O7, SiO2 | γ-Y2Si2O7, SiO2 | 3.72 |
| 실시예5 | 20.9 | β-Y2Si2O7, SiO2 | β-Y2Si2O7, SiO2 | γ-Y2Si2O7, SiO2 | 3.64 |
Claims (6)
- 박막 태양전지용 세라믹 기판에 있어서,
상기 기판은 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)-이산화규소(SiO2) 복합체이며,
상기 복합체는 산화이트륨(Y2O3)과 이산화규소(SiO2)를 열처리하여 반응시켜 생성하되, 상기 산화이트륨(Y2O3)에 대한 이산화규소(SiO2)의 몰(mole) 비가 2.0 이상 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판. - 제1항에 있어서,
열처리 대상 이산화규소는 비정질인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판. - 삭제
- 산화이트륨 (Y2O3) 및 이산화규소(SiO2)를 혼합하여 기판 제조용 조성물 슬러리를 제조하는 단계;
상기 슬러리를 후막 공정을 이용하여 산화이트륨 (Y2O3)-이산화규소(SiO2) 후막으로 제조하는 단계;
상기 후막을 다층으로 적층하고 열처리하여 이트륨디실리케이트(Y2Si2O7)-이산화규소(SiO2) 복합체 기판을 제조하는 단계; 를 포함하여 구성되되,
상기 슬러리에서 산화이트륨(Y2O3)에 대한 이산화규소(SiO2)의 몰(mole) 비가 2.0 이상 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판의 제조방법. - 제4항에 있어서,
열처리 온도와 시간은 1400 ~ 1600℃ 및 1시간 ~ 3시간인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 세라믹 기판의 제조방법. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140191827A KR101686605B1 (ko) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140191827A KR101686605B1 (ko) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160082748A KR20160082748A (ko) | 2016-07-11 |
| KR101686605B1 true KR101686605B1 (ko) | 2016-12-15 |
Family
ID=56499417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140191827A KR101686605B1 (ko) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101686605B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116695046A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-05 | 重庆臻宝科技股份有限公司 | 一种耐高温的耐等离子刻蚀薄膜的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005145813A (ja) | 2003-09-30 | 2005-06-09 | Schott Ag | ガラスセラミックおよびその製造方法 |
| JP2010208901A (ja) | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Nippon Soken Inc | アルミナ質焼結体とその製造方法及びこれを用いた点火プラグ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06100359A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-04-12 | Toto Ltd | セラミックス焼結助剤の製造方法及びこれを用いたムライトセラミックスの製造方法 |
-
2014
- 2014-12-29 KR KR1020140191827A patent/KR101686605B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005145813A (ja) | 2003-09-30 | 2005-06-09 | Schott Ag | ガラスセラミックおよびその製造方法 |
| JP2010208901A (ja) | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Nippon Soken Inc | アルミナ質焼結体とその製造方法及びこれを用いた点火プラグ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160082748A (ko) | 2016-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2119681B1 (en) | Glass substrate for solar battery | |
| KR102005286B1 (ko) | 처리 온도가 420℃ 이하인 텔루르산염 결합 유리 | |
| CN1676484A (zh) | 玻璃陶瓷及其制备方法 | |
| CN109721250B (zh) | 用低熔点玻璃粉制备发光玻璃陶瓷的方法 | |
| JP2008280189A (ja) | 太陽電池用ガラス基板およびその製造方法 | |
| JPWO2010070832A1 (ja) | 複合酸化物焼結体及びそれからなるスパッタリングターゲット | |
| JP2010024087A (ja) | 酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置 | |
| KR20120094518A (ko) | 얇고, 미립자이며 완전히 치밀한, ｓｏｆｃ 스택용 유리-세라믹 시일 | |
| KR102519299B1 (ko) | 질화알루미늄판 | |
| CN105200526B (zh) | 一种氧化镓晶片去应力退火方法 | |
| Lun et al. | Luminescence and electrical properties of Eu‐modified Bi0. 5Na0. 5TiO3 multifunctional ceramics | |
| KR101686605B1 (ko) | 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 기판의 제조방법 | |
| TWI405739B (zh) | 摻雜劑源及其製造方法 | |
| KR20180137021A (ko) | 섭씨 450도 이하의 온도에서의 진공 압축용 저온 텔루라이트 유리 혼합물 | |
| JP5382606B2 (ja) | 半導体用ホウ素ドープ材の製造方法 | |
| CN102951841A (zh) | 一种太阳能光伏电池用高硼硅玻璃的制备方法 | |
| KR101663105B1 (ko) | 박막 태양전지용 세라믹 기판 조성물 및 그를 이용한 기판 제조 방법 | |
| US20110014423A1 (en) | Ceramic powder compositions and optoelectronic device substrates utilizing the same | |
| US20100252787A1 (en) | High Visible/Infrared Transmittance Glass Composition | |
| US8168467B2 (en) | Solar cell method of fabrication via float glass process | |
| JP6044772B2 (ja) | 保護膜付きガラス基材 | |
| TR202100883A2 (tr) | Işıma rengi dönüştürücüsü olarak kuantum nokta katkılı cam nanokompozit ve bunun üretim yöntemi. | |
| JP2008100866A (ja) | 結晶化ガラス、結晶化ガラスを含む電気回路基板材料、積層回路基板材料、低温焼成基板材料および高周波回路基板材料 | |
| JP6082434B2 (ja) | ガラス基板の製造方法及びガラス基板 | |
| Fu et al. | Laser bonding of glass and glass with constant temperature output |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191204 Year of fee payment: 4 |