KR101748251B1 - 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101748251B1 KR101748251B1 KR1020150122550A KR20150122550A KR101748251B1 KR 101748251 B1 KR101748251 B1 KR 101748251B1 KR 1020150122550 A KR1020150122550 A KR 1020150122550A KR 20150122550 A KR20150122550 A KR 20150122550A KR 101748251 B1 KR101748251 B1 KR 101748251B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- direct heating
- plasma
- graphite
- source
- power
- Prior art date
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 57
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 46
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 abstract description 33
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 abstract description 33
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWOGSJALVLHACY-UHFFFAOYSA-N 2-pyridin-2-ylpyridine;ruthenium Chemical group [Ru].N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 GWOGSJALVLHACY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 carbon fiber Chemical compound 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
-
- H01L21/205—
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/18—Heating by arc discharge
-
- 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)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Abstract
본 발명은 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치는 공정가스를 공급받아 피처리물을 처리하기 위한 처리 챔버; 상기 처리 챔버 내에 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 소스; 및 기 처리 챔버 내에 구비되는 피처리물에 전원을 인가하여 상기 피처리물을 직가열하기 위한 직가열 모듈을 포함한다. 본 발명의 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치를 이용하면 피처리물을 직가열하며 플라즈마를 발생시켜 피처리물 표면에 실리콘 증착이 안정적이고 빠르게 이루어질 수 있도록 한다. 또한 탄소섬유 또는 흑연 필라멘트에 직가열을 하며 실리콘을 증착하여 제조단가를 절감하면서 제조가 용이하여 탄소섬유 또는 흑연 필라멘트를 이용한 태양전지를 생산할 수 있다. 또한, 열에 강한 흑연 필라멘트를 사용함으로써, 극한 온도에서도 사용이 가능한 태양전지를 제공한다.
Description
본 발명은 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빠른 속도로 피처리물의 표면에 증착처리를 할 수 있는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
태양전지 세계시장은 벌크 실리콘 기반의 태양전지가 95% 이상을 차지하고 있으며, 주로 대규모 태양광 발전시설에 이용되고 있다. 하지만, 태양전지가 사용될 수 있는 제품의 범위는 대규모 태양광 발전에서부터 소형 전자기기에 이르기까지 매우 다양하기 때문에, 건물 외벽 또는 유리 창호와 같은 건자재 용도 및 이동발전 용도 등에도 적합한 태양전지까지 용도 맞춤형 태양전지 기술개발이 필요하다.
태양 에너지와 같은 무공해 청정에너지를 석탄, 석유 등의 화학 연료 대신 새로운 에너지원으로 이용하려는 연구는 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이 중 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환 시키는 장치이다. 태양전지의 원리를 설명하자면, p형과 n형의 반도체를 접합시킨 구조를 갖는 pn 접합형 반도체인 태양 전지를 광에 노출 시키면 전자와 정공이 생성되고, 이렇게 생성된 전자와 정공이 전극으로 이동하며 기전력이 발생되어 광발전이 일어나게 된다. 이러한 태양전지는 그 소재에 따라 크게 실리콘계 태양전지 및 화합물 반도체계 태양전지로 나눌 수 있다.
실리콘계 태양전지는 주로 건식 태양전지라 불리우는 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있는데, 가장 큰 장점은 박막형 태양전지로 제조될 수 있다는 것이다. 그러나 가격면에서 항공, 우주산업 같은 경우가 아니면 경쟁력을 갖추지 못한면이 있다. 따라서 상대적으로 제조원가가 저렴한 비정질 실리콘계 태양전지 또는 다결정질 실리콘계 태양전지의 사용이 증가하고 있지만, 단결정 실리콘에 비하여 광전환효율이 낮은 단점이 있다. 또한 실리콘계 태양전지의 전반적인 문제점은 일면만 사용하여 태양광을 받아들이는 방향의 제약이 있다는 장점 또한 있다.
한편, CuInSe2, CdTe, GaAs와 그와 연계된 유도체로 이루어진 화합물 반도체계 태양전지는 우수한 전지 특성에 비하여 고비용, 저효율, 저안정성의 문제가 있어 다양한 범위에 사용하기 어려운 점이 있다.
이와 같이 다수의 해결 과제를 안고 있는 태양 전지 분야 중 최근 각광받고 있는 태양 전지로서, 저가, 환경친화적, 용이한 제조 공정, 안정성 등의 장점을 갖는 습식 태양 전지가 있다.
습식 태양 전지는 반도체 전극과 전해액으로 구성되어 있는데, n형 반도체인 단결정 TiO2 전극과 Pt 전극의 조합형 태양 전지가 있다. 습식 태양 전지의 단결정 TiO2 표면에 빛을 조사하면 전자가 여기되어 전도대로 옮겨간 다음, 리드선을 통하여 백금 전극에 도달하면 프로톤과 반응하여 수소를 발생시킨다. 전자대의 정공은 TiO2 표면에서 물 분자로부터 전자를 빼앗아 소멸되면서 산소를 발생한다. 이 때 물을 분해하는 대신에 외부 회로의 저항을 매개로 하면 전기 에너지를 발생시킬 수 있게 되는 것이다.
이와 같은 반도체로 만들어진 습식 태양 전지는 밴드 갭 에너지(band gap energy, Eg)를 흡수하는 경우 캐리어가 증가하여 전류를 생산하지만, 에너지 갭보다 작은 에너지의 빛은 이용할 수는 없다. 따라서 밴드 갭 에너지가 3.2ev인 TiO2로 만들어진 습식 태양 전지는 전체 태양광 중 4% 미만만을 이용할 수 있어 그 광 이용효율은 매우 낮다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, TiO2의 밴드 갭 에너지보다 낮은 에너지의 광, 즉 가시광의 광 이용효율을 높이고자 가시광을 흡수하는 임의의 색소(dye)를 반도체 표면에 흡착시킨 후, 상기 색소가 흡수 가능한 파장의 빛을 조사하여 반도체의 캐리어를 증가시키는 형태의 습식 태양 전지가 개발되었다. 이러한 형태의 습식 태양 전지를 색소-감광형 태양 전지(dye-sensitized solar cell), 또는 그라첼 전지(Gratzell cell)이라고 한다.
감광성 색소인 루테늄-비피리딜 착물이 결합된 TiO2가 코팅된 전극과 전해액으로 구성되어 있는 색소-감광형 태양 전지 및 이의 제조 방법으로서, 상기 태양 전지는 상기 루테늄-비리피딜 착물을 통해 가시광선을 이용해서도 전류를 발생시키는 것이 가능하다. 이러한 색소-감광형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비하여 제조공정이 단순하며 실리콘 태양전지 가격의 20~30%정도인 장점이 있다. 그러나, 발생전압이 매우 낮아(0.7V 내외) 실제 상용화하기에는 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.
마지막으로 플렉시블(flexible)하고, 탄성이 강하며, 고온에서도 견딜 수 있는 디바이스(device)로 대두되는 탄소섬유 베이스 태양전지가 있다. 탄소섬유는 재료의 특성으로 플렉시블하고 열에 강하다는 장점이 있으나 탄소섬유 자체가 갖는 고비용의 자재라는 한계로 인하여 태양전지로 사용하는데, 비용절감이 어렵다는 단점이 있다. 또한 장점인, 재료의 형태가 변형가능하고 크기가 미세하다는 것이 태양전지를 제조하는데 있어서는 공정처리의 어려움을 갖는다.
이렇듯, 탄소섬유와 같이 탄소를 갖는 피처리물을 이용하여 태양전지를 제조하는 경우, 제조 단가를 줄이면서, 태양전지를 제조하기 위한 설비를 간소화하며 처리 속도를 향상시키기 위한 다양한 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 피처리물을 직가열하며 플라즈마 처리함으로써 피처리물에 물질을 증착시키는 증착 속도를 증가시킬 수 있는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치는 공정가스를 공급받아 피처리물을 처리하기 위한 처리 챔버; 상기 처리 챔버 내에 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 소스; 및 기 처리 챔버 내에 구비되는 피처리물에 전원을 인가하여 상기 피처리물을 직가열하기 위한 직가열 모듈을 포함한다.
그리고 상기 플라즈마 소스는 유도 결합된 플라즈마 소스 또는 용량 결합된 플라즈마 소스인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 피처리물은 탄소섬유 또는 흑연 필라멘트인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 직가열 모듈은 상기 흑연 필라멘트가 장착되어 직가열되는 직가열 트레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 직가열 트레이는 하나 이상의 상기 흑연 필라멘트가 장착되는 메탈 지그;
상기 메탈 지그 사이에 구비되는 세라믹 연결부; 및 상기 메탈 지그와 전기적으로 연결되어 전원을 인가하는 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전원 공급원은 AC 전원 및 DC 전원을 포함하고, 상기 전원 공급원과 상기 메탈 지그 사이에 구비되는 노이즈 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 플라즈마 소스로 전원을 공급하는 전원 공급원; 및 상기 플라즈마 소스와 상기 전원 공급원의 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치를 이용하면 피처리물을 직가열하며 플라즈마를 발생시켜 피처리물 표면에 실리콘 증착이 안정적이고 빠르게 이루어질 수 있도록 한다. 또한 탄소섬유 또는 흑연 필라멘트에 직가열을 하며 실리콘을 증착하여 제조단가를 절감하면서 제조가 용이하여 탄소섬유 또는 흑연 필라멘트를 이용한 태양전지를 생산할 수 있다. 또한, 열에 강한 흑연 필라멘트를 사용함으로써, 극한 온도에서도 사용이 가능한 태양전지를 제공한다.
도 1은 탄소섬유를 처리하기 위한 제1 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 탄소섬유를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제1 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 흑연 필라멘트가 설치되는 직가열 트레이를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 직가열 트레이의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 노이즈 필터에 관한 회로도이다.
도 2는 탄소섬유를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제1 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 흑연 필라멘트가 설치되는 직가열 트레이를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 직가열 트레이의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 노이즈 필터에 관한 회로도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 탄소섬유를 처리하기 위한 제1 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이고, 도 2는 탄소섬유를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 노이즈 필터에 관한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(100, 100a)는 처리 챔버(110)와 플라즈마 소스 및 직가열 처리 모듈을 포함한다. 플라즈마 처리 장치(100, 100a)는 가스 공급원(미도시)으로부터 공정가스를 공급받기 위한 가스 주입구(112) 및 반응기 몸체(110) 내의 배기가스를 배출하기 위한 가스 배출구(113)가 구비된다. 가스 배출구(113)는 배기펌프(116)에 연결된다. 처리 챔버(110)는 내부에서 플라즈마가 방전된다.
플라즈마 소스는 처리 챔버(110) 내로 플라즈마를 방전시키기 위한 구성이다. 플라즈마 소스는 임피던스 정합기(130)를 통해 전원 공급원(120)에 연결되어 전원 공급원(120)으로부터 전력을 공급받는다. 플라즈마 소스는 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 또는 용량 결합 전극을 이용한 용량 결합된 플라즈마이거나 유도 결합과 용량 결합이 혼합된 플라즈마일 수 있다.
직가열 처리 모듈은 피처리물에 전력을 인가함으로써 피처리물을 직가열하기 위한 구성이다. 직가열 처리 모듈은 DC 전원(162), AC 전원(164) 및 노이즈 필터(168)로 구성된다. DC 전원(162) 및 AC 전원(164)은 피처리물인 탄소섬유(150)에 전기적으로 연결된다. DC 전원(162) 또는 AC 전원(164)은 선택적으로 탄소섬유(150)에 전원을 인가할 수도 있고, 혼합되어 탄소섬유(150)에 전원을 인가할 수도 있다.
탄소섬유(150)에 전원을 인가하면 탄소섬유(150)는 고온의 열원으로 발열된다. 이때, 가스 입구(112)를 통해 처리 챔버(110) 내로 공정가스가 공급되면 플라즈마가 방전된다. 그러므로 탄소섬유(150)는 직가열되고, 발열되는 고온의 열원으로 처리 챔버 내의 반응 가스를 분해하기 때문에 탄소섬유(150)에 다결정 실리콘막을 증착시키는 속도가 증가한다. 고온의 열원과 플라즈마에 의해 탄소섬유(150)에 증착되는 다결정 실리콘막은 결정화가 높다. 본 발명에 따른 직가열 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하여 증착된 탄소섬유(150)는 태양전지에 활용이 가능하다. 도 7을 참조하면, 플라즈마 발생시 탄소섬유(흑연 도체)를 통해 유입되는 고주파를 차단하기 위하여 노이즈 필터(168)를 구비한다.
흑연 필라멘트에 다결정질 실리콘을 증착하는 방법은 PECVD 장비로 도핑된 실리콘을 증착하며, 흑연 필라멘트에 전압을 인가하는 직가열방식을 이용하였다. 인가된 전압은 6V, 8V, 10V이며 전압의 세기가 높아짐에 따라 증착 두께가 증가한다.
탄소섬유(150)는 롤러(152)에 권취되어 롤투롤 방식(ROLL-TO-ROLL)으로 처리된다. 처리 챔버(110)에는 차폐막(114)이 구비되어, 처리전 및 처리후의 탄소섬유(150)에 방전된 플라즈마가 영향을 미치지 않도록 한다. 차폐막(114)에서는 기체 분사 노즐(116)이 구비된다. 기체 분사 노즐(116)을 통해 질소(N2) 가스를 분사함으로써 차폐막(114) 내에 형성된 플라즈마가 차폐막(114) 외부로 배출되지 않도록 한다.
도 1에서는 탄소섬유(150)의 일측에 플라즈마 소스가 위치됨으로, 탄소섬유(150)에 단방향으로 다결정 실리콘막을 증착한다. 도 2에서는 반응기 챔버(110) 내에서 탄소섬유(150)를 중심으로 제1, 2 전극(142, 143)이 배치되어 탄소섬유(150) 전체적으로 다결정 실리콘막을 증착한다. 이때, 제1, 2 전극(142, 143)은 동일한 전원 공급원에 연결되어 동일한 주파수 전원을 공급받을 수도 있고, 서로 다른 전원 공급원에 연결되어 서로 다른 주파수 전원을 공급받을 수도 있다. 그러므로 탄소섬유(150) 전체에 균일한 실리콘막 증착이 가능하다.
본 발명에 따른 직가열 플라즈마 처리 장치를 이용하면 히터가 없이도 탄소섬유(150)를 발열시킬 수 있어 고온 증착에 의한 높은 결정화도와 증착률을 이룰 수 있다.
도 3은 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제1 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 직가열 플라즈마 처리장치(200)는 봉 형상의 흑연 필라멘트(250)를 직가열한다. 플라즈마 처리장치(200)는 가스 입구(212) 및 가스 출구(213)를 갖는 처리챔버(210), 처리 챔버(210) 내에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 소스(240) 및 흑연 필라멘트(250)가 설치되는 직가열 트레이(270)로 구성된다.
처리 챔버(210)에서 가스 입구(212)는 하나 또는 둘 이상이 형성될 수 있다. 가스 출구(213)는 배기펌프(216)와 연결되어 처리 챔버(210) 내의 가스를 배출한다. 플라즈마 소스(240)는 처리 챔버(210) 내로 플라즈마를 방전시키기 위한 구성이다. 플라즈마 소스(240)는 임피던스 정합기(230)를 통해 전원 공급원(220)에 연결되어 전원 공급원(220)으로부터 전력을 공급받는다. 플라즈마 소스(240)는 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 또는 용량 결합 전극을 이용한 용량 결합된 플라즈마이거나 유도 결합과 용량 결합이 혼합된 플라즈마일 수 있다.
흑연 필라멘트(250)는 직가열하기 위하여 직가열 트레이(270)에 장착된다. 직가열 트레이(270)에는 복수 개의 흑연 필라멘트(250)를 장착하고, 전원을 인가하여 흑연 필라멘트(250)를 직가열한다. 흑연 필라멘트(250)는 예를 들어 흑연심(샤프심)을 사용할 수도 있다.
직가열 트레이(270)는 흑연 필라멘트(250)에 전원을 인가하기 위한 DC 전원(262) 및 AC 전원(264)이 연결된다. 플라즈마 발생시 흑연 필라멘트(250)를 통해 유입되는 고주파를 차단하기 위하여 노이즈 필터(268)를 구비한다. 직가열 트레이(270)의 구조는 하기에서 상세하게 설명한다.
도 4는 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 제2 실시예로써의 직가열 플라즈마 처리 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 직가열 플라즈마 처리장치(200a)는 두 개의 용량 결합 전극(242, 244)이 구비되고, 두 개의 용량 결합 전극(242, 244) 사이에 흑연 필라멘트(250)가 위치하도록 장착된다. 두 개의 용량 결합 전극(242, 244)은 임피던스 정합기(230)를 통해 전원 공급원(220)과 연결된다. 이때, 제1, 2 전극(242, 244)은 동일한 전원 공급원에 연결되어 동일한 주파수 전원을 공급받을 수도 있고, 서로 다른 전원 공급원에 연결되어 서로 다른 주파수 전원을 공급받을 수도 있다.
흑연 필라멘트(250)는 전원(262) 및 AC 전원(264)으로부터 전원을 인가받아 직가열되고, 두 개의 용량 결합 전극(242, 244)에 의해 유도되는 플라즈마에 의해 플라즈마 처리된다.
도 5는 흑연 필라멘트가 설치되는 직가열 트레이를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 직가열 트레이의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 직가열 트레이(270)는 메탈 지그(272) 및 세라믹 연결부(274)로 구성된다. 두 개의 메탈 지그(272)는 "ㄷ"자 형상으로 형성되어 홈에 흑연 필라멘트(250)의 단부가 장착된다. 두 개의 메탈 지그(272)는 흑연 필라멘트(250)의 양 단에 장착되어 흑연 필라멘트(250)을 고정한다. 메탈 지그(272)는 금속과 같은 도전성 물질로 형성되며, DC 전원(262) 및 AC 전원(264)이 연결되어 흑연 필라멘트(250)에 전원이 인가되도록 한다. 세라믹 연결부(274)는 두 개의 메탈 지그(272) 사이에 구비되며, 전기적 연속성이 차단되도록 한다.
직가열 트레이(270)에는 복수 개의 흑연 필라멘트(250)가 설치되어 한번의 처리 공정으로 복수 개의 흑연 필라멘트(250) 처리가 가능하다. 복수 개의 흑연 필라멘트(250)가 설치되는 간격은 사용자에 의해 조정이 가능하다.
이상에서 설명된 본 발명의 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100, 100a, 200, 200a: 직가열 플라즈마 처리장치
110, 210: 처리 챔버 112, 212: 가스 입구
113, 213: 가스 출구 114: 차폐막
116: 기체 분사 노즐 116, 216: 펌프
120, 220: 전원 공급원 130, 230: 임피던스 정합기
140, 240: 플라즈마 소스 142,242, 143: 제1, 2 전극
150: 탄소섬유 152: 롤
162, 262: DC전원 164, 264: AC전원
168, 268: 노이즈 필터 250: 흑연 필라멘트
270: 직가열 트레이 272: 메탈 지그
274: 세라믹 연결부
110, 210: 처리 챔버 112, 212: 가스 입구
113, 213: 가스 출구 114: 차폐막
116: 기체 분사 노즐 116, 216: 펌프
120, 220: 전원 공급원 130, 230: 임피던스 정합기
140, 240: 플라즈마 소스 142,242, 143: 제1, 2 전극
150: 탄소섬유 152: 롤
162, 262: DC전원 164, 264: AC전원
168, 268: 노이즈 필터 250: 흑연 필라멘트
270: 직가열 트레이 272: 메탈 지그
274: 세라믹 연결부
Claims (7)
- 공정가스를 공급받아 흑연 필라멘트를 처리하기 위한 처리 챔버;
상기 처리 챔버 내에 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 소스; 및
상기 처리 챔버 내에 구비되는 복수의 흑연 필라멘트에 전원을 인가함에 따라 상기 흑연 필라멘트의 표면에 형성되는 실리콘막의 증착 두께를 조절하는 직가열 처리를 하는 직가열 모듈을 포함하며,
상기 직가열 모듈은,
상기 흑연 필라멘트가 장착되어 직가열되는 직가열 트레이를 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
상기 복수의 흑연 필라멘트를 중심으로 양측에 구비되는 두 개의 용량 결합 전극을 통하여, 상기 복수의 흑연 필라멘트 전체면에 플라즈마를 제공하고,
상기 직가열 트레이는,
상기 복수의 흑연 필라멘트가 장착되는 메탈 지그; 및
상기 메탈 지그와 전기적으로 연결되어 상기 전원을 인가하는 전원 공급원을 포함하고,
상기 메탈 지그는,
도전성 물질로 형성되어, 상기 복수의 흑연 필라멘트를 고정함과 동시에, 상기 전원을 상기 복수의 흑연 필라멘트에 직접 인가하는 것을 특징으로 하는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 유도 결합된 플라즈마 소스 또는 용량 결합된 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 직가열 트레이는,
상기 메탈 지그 사이에 구비되는 세라믹 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 전원 공급원은 AC 전원 및 DC 전원을 포함하고,
상기 전원 공급원과 상기 메탈 지그 사이에 구비되는 노이즈 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 소스로 전원을 공급하는 전원 공급원; 및
상기 플라즈마 소스와 상기 전원 공급원의 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150122550A KR101748251B1 (ko) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 |
| PCT/KR2015/010200 WO2017039056A1 (ko) | 2015-08-31 | 2015-09-25 | 흑연필라멘트 태양전지, 이를 제조하기 위한 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치, 제조 시스템 및 이를 이용한 제조방법 |
| TW104132164A TWI608558B (zh) | 2015-08-31 | 2015-09-30 | 一種石墨絲太陽電池、用於製作其之直熱式等離子體處理裝置、製作系統及其製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150122550A KR101748251B1 (ko) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170026873A KR20170026873A (ko) | 2017-03-09 |
| KR101748251B1 true KR101748251B1 (ko) | 2017-07-12 |
Family
ID=58402540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150122550A KR101748251B1 (ko) | 2015-08-31 | 2015-08-31 | 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101748251B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010100702A1 (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-10 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 成膜方法及び成膜装置 |
-
2015
- 2015-08-31 KR KR1020150122550A patent/KR101748251B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010100702A1 (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-10 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 成膜方法及び成膜装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170026873A (ko) | 2017-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hänni et al. | High‐efficiency microcrystalline silicon single‐junction solar cells | |
| CN1299366C (zh) | 叠层型光生伏打元件 | |
| Huang et al. | Low cost high-efficiency amorphous silicon solar cells with improved light-soaking stability | |
| US10531553B2 (en) | Scalable multi-role surface-wave plasma generator | |
| JP2616929B2 (ja) | 微結晶炭化ケイ素半導体膜の製造方法 | |
| Seo et al. | Analysis on the effect of polysulfide electrolyte composition for higher performance of Si quantum dot-sensitized solar cells | |
| Islam et al. | Chemical mist deposition of organic for efficient front-and back-PEDOT: PSS/crystalline Si heterojunction solar cells | |
| RU2635834C2 (ru) | Способ изготовления солнечного элемента и изготовленный с помощью этого способа солнечный элемент | |
| KR101748251B1 (ko) | 직가열 방식의 플라즈마 처리 장치 | |
| KR101729007B1 (ko) | 흑연필라멘트 태양전지 제조 시스템 및 이를 이용한 제조방법 | |
| KR20110131499A (ko) | 태양전지용 기판의 세정방법 | |
| Yao et al. | The p recombination layer in tunnel junctions for micromorph tandem solar cells | |
| TWI608558B (zh) | 一種石墨絲太陽電池、用於製作其之直熱式等離子體處理裝置、製作系統及其製作方法 | |
| CN102290496A (zh) | 一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法 | |
| JPS5823434A (ja) | アモルフアスシリコン系半導体 | |
| Guan et al. | Determining the exciton diffusion length of copper phthalocyanine in operating planar-heterojunction organic solar cells | |
| Leszczynski et al. | Dynamic deposition system for fabrication of amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells combining linear hot-wire and plasma enhanced chemical vapor deposition methods. | |
| WO2012131826A1 (ja) | 光電変換装置 | |
| KR20120063856A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101325141B1 (ko) | 소재의 가공 방법 및 장치 | |
| JPWO2013031906A1 (ja) | 光電変換装置およびその製造方法 | |
| WO2015198978A1 (ja) | 光電変換装置およびその製造方法 | |
| KR20080105268A (ko) | 태양전지의 부동층 형성방법, 태양전지의 제조방법 및태양전지 | |
| KR100419383B1 (ko) | 피-아이-엔(p-i-n) 비정질 실리콘 태양전지의 제조방법 | |
| Takano et al. | Working Pressure Effects on Deposition of Large-Area Microcrystalline Silicon Films on Flexible Plastic Substrate at 130° C |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |