KR101864821B1 - 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치 - Google Patents
태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 설치된 태양전지의 보호 기판에 반사광을 감소하고, 자가 세정 능력을 향상시키기 위하여 미세 폴리머 코팅층을 형성하도록 하는 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것으로, 플라즈마 발생기, 전원부, 플라즈마 발생기에 불활성 가스와, CxFy 계열의 가스또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 가스 공급 장치 및 설치된 태양전지의 샤시부에 거치되어 지지되도록 플라즈마 발생기의 일단에 형성되는 거치부를 포함하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것으로, 특히 기 설치된 태양전지의 보호 기판에 미세 폴리머를 코팅할 수 있는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것이다.
현재 플라즈마를 이용하는 제조 공정은 반도체 소자, 액정 디스플레이(Liquid Crytal Display, 이하 LCD) 패널, 평판 디스플레이(Flat Panel Display, 이하 FPD) 패널, 태양전지 등의 전기 소자의 집적 회로 제조 공정에 널리 적용되고 있다. 특히, 플라즈마 시스템을 사용하는 응용분야로는 초고속 에칭&코팅기술, 반도체 패키징, 디스플레이, 물질의 표면 개질 및 코팅 그리고 나노분말 생성, 유해가스 제거 및 산화성 기체의 생성 등 여러 응용분야가 있다.
대표적으로, 태양전지는 반도체 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이다. 이러한 태양전지를 여러 개 사용하여 태양광 발전기를 형성할 수 있다.
종래 태양전지는 보호기판이 상부에 부착되어 외부의 물리력(예를 들면, 스크레치 등)으로부터 태양전지 내부의 회로 또는 박막층을 보호한다.
이때, 보호기판은 투과율이 높은 유리가 주로 사용된다. 종래 보호기판용 유리는 투과도가 약 90% 정도로 10%정도는 표면에서 반사된다. 이에 따라 태양광 발전 효율을 저해하는 요소로 작용하고 있다.
이러한 보호기판을 표면처리를 하여 투과율을 향상시키는 연구는 진행되어 왔다. 그러나 플라즈마를 이용하거나 종래의 여러 가지 표면 처리 방법들은 대부분 별도의 정해진 실내 공간에서 설비들을 이용하여 처리 후 태양전지에 보호기판 부착 이전에 표면처리를 해야한다. 따라서, 기존에 설치된 보호기판의 투과율을 향상시키기 위한 방법은 보호기판을 교체해야 하므로, 시간, 비용 등의 막대한 손실이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기 설치된 태양전지의 샤시에 이동형으로 부착하여 보호기판을 표면처리하여 광투과율을 높이고 표면 소수성을 높여 태양광발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 설치된 태양전지의 보호 기판에 반사광을 감소하고, 자가 세정 능력을 향상시키기 위하여 미세 폴리머 코팅층을 형성하도록 하는 플라즈마 표면처리 장치로서, 서로 마주하는 전극이 구비되며, 공급된 가스에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기; 상기 전극에 교류 전원을 공급하는 전원부; 상기 플라즈마 발생기에 불활성 가스와, CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 가스 공급 장치; 상기 가스 공급부에서 공급되는 가스 공급량을 조절하는 밸브부; 및 상기 설치된 태양전지의 샤시부에 거치되어 지지되도록 상기 플라즈마 발생기의 일단에 형성되는 거치부를 포함하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치를 제공할 수 있다.
상기 불활성 가스는 공기, 헬륨 또는 아르곤을 포함하며, 상기 불활성 가스는 1 내지 100 lpm일 수 있다.
상기 CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스는 1 내지 100 sccm 만큼 상기 플라즈마 발생기에 공급될 수 있다.
상기 CxFy 계열의 가스는 C4F8을 포함하되, 상기 C4F8은 상기 플라즈마 발생기에서 반응식에 의해 가스 분해되어 상기 폴리머를 형성할 수 있다.
반응식
C4F8 + e → 2C2F4 + e
C2F4 + e → 2CF2 + e
C2F4 + e → C2F3+ + F + 2e
C2F4 + e → CF+ + CF3 + 2e
CF3 + e → CF2 + F + e
상기 전원부는 10Khz 내지 40MHz의 주파수를 가지는 교류 전원을 공급할 수 있다.
상기 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치는 상기 전원부에서 공급되는 교류 전원의 주파수가 1MHz 이상일 경우 상기 전원부와 상기 두 전극 사이에 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합부를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생기는 상기 두 전극 중 어느 하나의 전극에 형성되어 유전체 장벽 방전을 일으키도록 하는 유전체가 형성될 수 있다.
상기 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치는 상기 설치된 태양전지의 샤시부 중 지면에 대하여 높이 설치된 제1 샤시에 상기 거치부가 형성되며, 상기 거치부에 상기 제1 샤시의 바깥쪽면을 따라 이동하도록 제1 롤러가 형성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 기 설치된 태양전지의 보호 기판에 반사광을 감소하고, 자가 세정 능력을 향상시키기 위하여 미세 폴리머 코팅층을 형성하도록 하는 플라즈마 표면 처리 방법으로서, (a) 상기 설치된 태양전지의 샤시부에 상기 플라즈마 표면처리 장치를 설치하는 단계; (b) 상기 플라즈마 표면처리 장치 내의 플라즈마 발생기에 구비된 전극에 교류전원을 공급하는 단계; (c) 상기 플라즈마 발생기에 불활성 가스와, CxFy 또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 단계;를 포함하되, 상기 불활성 가스는 1 내지 100 lpm이 공급되고, CxFy 또는 CxHy 계열의 가스는 1 내지 100 sccm 공급되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 보호 기판에 미세 폴리머 코팅을 형성하는 플라즈마표면 처리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치 및 방법은 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있어 소형 또는 이동형으로 제조할 수 있는 잇점이 있다.
이에 따라, 기 설치된 태양광 발전 시스템의 태양전지에 직접 표면처리를 할 수 있어, 분해 후 재조립 또는 보호 기판 교체 등으로 발생하는 비용을 줄일 수 있다.
또한, 보호 기판에 표면 처리를 수행하여 광투과도를 향상시키고, 소수성의 띄도록 하여 오염원이 흡착되는 것을 방지함으로써 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치가 태양전지에 장착된 것을 도시한 사시도.
도 3은 도 2에서 플라즈마 표면처리 장치의 배면을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판(유리)에 폴리머를 형성한 후 전자 주사 현미경으로 촬영한 사진.
도 5는 플라즈마 처리 이전과 이후의 보호 기판(유리)의 투과도 변화를 도시한 그래프.
도 6은 기존 태양광 발전기의 발전 효율과 본 발명의 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판에 표면처리를 한 이후의 발전 효율을 대조한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 보호 기판 플라즈마 표면처리 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치가 태양전지에 장착된 것을 도시한 사시도.
도 3은 도 2에서 플라즈마 표면처리 장치의 배면을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판(유리)에 폴리머를 형성한 후 전자 주사 현미경으로 촬영한 사진.
도 5는 플라즈마 처리 이전과 이후의 보호 기판(유리)의 투과도 변화를 도시한 그래프.
도 6은 기존 태양광 발전기의 발전 효율과 본 발명의 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판에 표면처리를 한 이후의 발전 효율을 대조한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 보호 기판 플라즈마 표면처리 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치가 태양전지에 장착된 것을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2에서 플라즈마 표면처리 장치의 배면을 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양 전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치(100)는 플라즈마 발생기(110), 가스 공급 장치, 밸브부 전원부(120), 임피던스 정합부(130) 및 거치부(210)를 포함할 수 있다. 여기서, 가스 공급 장치는 제1 내지 제3 가스 공급부(140 내지 160)를 포함하며, 밸브부는 제1 내지 제3 밸브(170 내지 190)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 플라즈마 발생기(110)는 내부에 공간이 마련되며, 공간 내에 두 개의 전극이 구비된다. 이때, 두 전극 사이에 플라즈마 방전을 일으키도록 소정의 간격이 형성된다. 플라즈마 발생기(110)는 제1 내지 제3 가스 공급부(140 내지 160)에서 공급되는 가스를 공급받기 위하여 가스 주입구 등이 형성될 수 있다. 플라즈마 발생기(110)는 제1 내지 제3 가스 공급부(140 내지 160)에서 공급되는 가스와 두 전극에 제공되는 전력에 의해 플라즈마를 발생시킨다.
플라즈마 발생기(110)는 하부에 플라즈마에 의해 발생된 폴리머가 태양전지(10)측으로 공급되도록 분사구가 형성될 수 있다.
한편, 플라즈마 발생기(110)는 유전체 장벽 방전 방식을 사용할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생기(110)는 두 전극 중 어느 하나의 전극에 유전체를 위치하도록 한다. 유전체는 유리, 알루미늄, 질화붕소, 탄화규소, 질화규소, 석영, 산화마그네슘 등과 같은 다양한 유전율을 가지는 유전체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유전체는 부착될 전극과 동일한 형상으로 형성된다.
상기와 같이, 유전체 장벽 방전을 이용한 플라즈마 발생기(110)는 대기압에서 아주 큰 비-평형 조건에서 동작시킬 수 있고, 고출력 방전을 할 수 있다. 이에 따라, 보호 기판(20)의 표면처리를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다. 특히, 플라즈마 발생기(110)는 유전체 장벽 방전을 이용할 경우 대기압과 상온에서 방전이 가능하며, 소형으로 제작하여 이동성이 용이한 장점을 가진다.
제1 가스 공급부(140)는 공기, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 플라즈마 발생기(110)로 공급하는 메인 가스 공급부이다. 제1 가스 공급부(140)에서 공급되는 불활성 가스는 1~100 lpm이 투입되어 대기압 플라즈마 발생을 유지시킨다. 이때, 제1 가스 공급부(140)와 플라즈마 발생기(110) 사이에 제1 밸브(170)가 구비되어 제1 가스 공급부(140)에서 플라즈마 발생기(110)로 1~100 lpm이 투입되도록 조절한다.
제2 가스 공급부(150)는 CxFy 계열의 가스를 플라즈마 발생기(110)로 공급한다. 예를 들면, 제2 가스 공급부(150)는 C4F8과 같은 가스를 플라즈마 발생기(110)로 공급한다.
제3 가스 공급부(160)는 CxHy 계열의 가스를 플라즈마 발생기(110)로 공급한다. 예를 들면, 제3 가스 공급부(160)는 C2H4과 같은 가스를 플라즈마 발생기(110)로 공급한다.
이때, 제2 및 제3 가스 공급부(150, 160)는 CxFy 계열 가스 또는 CxHy 계열 가스를 1~100 sccm을 플라즈마 발생기(110)로 공급할 수 있다. 그러나, 플라즈마 발생을 위한 가스의 공급량은 피처리물의 크기와 처리시간 등에 의존하여 상이할 수 있으므로, 가스 공급량은 피처리물의 크기 또는 처리시간에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 제2 및 제3 가스 공급부(150, 160)와 플라즈마 발생기(110) 사이에 제2 및 제3 밸브(180, 190)가 구비되어 상기 농도로 가스가 공급되로록 할 수 있다.
상기 제2 또는 제3 가스 공급부(150, 160)에서 공급되는 가스들은 플라즈마 발생기(110) 내부에서 플라즈마에 의해 전기 분해를 거쳐 마이크로미터 단위의 극미세의 폴리머로 형성된다.
전원부(120)는 플라즈마 발생기(110) 내에 설치된 두 전극에 전원을 공급한다. 전원부(120)는 10 KHz~ 40 MHz의 주파수 범위의 교류 전원을 공급한다. 전원부(120)는 공정의 최적화를 위해 연속 전력(Continuous Wave) 공급방식 또는 펄스 전력(Pulsed Power) 공급방식의 형태가 될 수 있다. 이때, 전원부(120)는 10MHz ~ 40 MHz 주파수 범위의 교류 전원이 공급될 경우 전원부(120)에서 공급되는 전력의 전달 효율을 위해 임피던스 매칭을 위하여 전원부(120)와 전극 사이에 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합부(130)가 구비될 수 있다.
거치부(210)는 태양전지의 샤시부(30)에 거치되도록 형성된다. 거치부(210)는 플라즈마 발생기(110)의 끝단에서 샤시부(30) 방향으로 일부가 돌출되로록 형성될 수 있다. 태양전지(10)은 태양광의 집광효율을 높이도록 지면에 대하여 경사진 형태로 형성되도록 샤시부(30)에 경사지게 형성된다. 즉, 샤시부(30)가 일측은 높고 타측은 낮게 형성된다. 이때, 거치부(210)는 높은측 샤시부(30)의 제1 샤시(40)에 거치되어 플라즈마 표면처리 장치(100)가 샤시부(30)에서 이탈되지 않도록 한다.
거치부(210)는 제1 샤시(40)에 거치되도록 제1 샤시(40)의 바깥쪽에 밀착되도록 절곡되게 형성된다. 거치부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 표면처리 장치(100)의 하부면 끝단에서 'ㄱ'자 형태로 절곡되게 형성된다.
거치부(210)는 박스 형태로 형태로 형성될 수 있으며, 박스 내측에는 제1 롤러(215)가 구비될 수 있다. 제1 롤러(215)는 태양전지(10)의 크기가 플라즈마 표면처리 장치(100)에 비해 크기가 클 경우, 넓은 영역을 이동하여 플라즈마 표면 처리를 하기 위하여 설치된다. 즉, 제1 롤러(215)는 제1 샤시(40)의 바깥쪽면에 밀착되고, 태양전지(10)의 일 영역에 대한 플라즈마 표면 처리가 완료되면, 다음 영역으로 용이하게 이동하도록 한다.
거치부(210)의 반대측에는 제2 롤러(225)가 형성될 수 있다. 제2 롤러(225)는 상기 제1 롤러(215)와 마찬가지로 플라즈마 표면처리 장치(100)의 이동을 용이하게 하도록 형성된다.
제2 롤러(225)는 도 3에 도시된 바와 같이, 지면에 대하여 높이가 낮은 제2 샤시(50)의 상면에 접촉되도록 형성될 수 있다.
한편, 플라즈마 발생기(110)는 제1 내지 제3 가스 공급부(140 내지 160)에서 헬륨 가스 및 C4F8가스가 공급되고, 전원부(120)에서 약 1MHz의 교류 전원이 공급되면 제1 가스 공급부(140)에서 공급된 불활성 가스에 의해 내부에서 플라즈마가 발생된다. 제2 또는 제3 가스 공급부(160)에서 공급되는 CxFy, CxHy 등의 가스는 플라즈마 발생기(110) 내부에서 플라즈마에 의해 가속된 전자에 의해 반응식 1과 같은 반응과정을 거쳐 CxFy 계열의 폴리머를 보호 기판(20)에 형성할 수 있다.
[반응식 1]
C4F8 + e → 2C2F4 + e
C2F4 + e → 2CF2 + e
C2F4 + e → C2F3+ + F + 2e
C2F4 + e → CF+ + CF3 + 2e
CF3 + e → CF2 + F + e
반응식 1은 플라즈마 발생기(110) 내부에서 가속된 전자 충돌에 의한 C4F8 가스의 분해 반응 과정을 설명하기 위한 것으로, C4F8은 플라즈마 상태에서 여러 차례의 전자 충돌에 의해 마이크로미터 크기의 폴리머를 형성한다.
이렇게 형성된 폴리머는 보호 기판(20)의 외면에 부착되어 투광도를 향상시키고 초소수성을 띄도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판(유리)에 폴리머를 형성한 후 전자 주사 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 C4F8 가스를 투입하여 보호 기판(20)을 표면처리한 결과, 수십 ~ 수백 마이크로미터의 폴리머가 혼재되어 형성된 것을 관찰할 수 있다. 이러한 수십 ~ 수백 마이크로미터의 폴리머가 혼재될 경우, 태양광 입사시 반사광을 감소시켜 투과율을 증가할 수 있다.
도 5는 플라즈마 처리 이전과 이후의 보호 기판(유리)의 투과도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 이전의 보호 기판(20)의 투과도는 400nm이상의 광파장 대역에서 약 90%를 보이고 있다. 이에 반하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 이후 보호 기판(유리)의 투과도는 400nm 이상의 광파장 대역에서 약 99% 이상의 광투과율을 보이는 것으로 관측되어 투과도가 매우 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치로 표면처리한 보호 기판의 경우 투과도 향상뿐만 아니라 소수성을 띈다.
즉, 보호 기판의 표면에 형성된 CxFy 계열의 폴리머는 표면 에너지를 낮추므로 소수성을 띄게 된다. 이때, 보호 기판의 표면이 소수성의 띄므로 자가 세정 능령을 향상시켜 태양광 발전 시스템 운영시 태양전지 표면에 부착된 먼지 등의 오염에 의해 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 기존 태양광 발전기의 발전 효율과 본 발명의 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 보호 기판에 표면처리를 한 이후의 발전 효율을 대조한 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 보호 기판에 표면처리를 한 이후의 발전효율은 0.3% ~ 0.5% 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 표면처리 이후 광투과도가 향상되고, 보호 기판 표면에 먼지 등의 오염원이 제거된 결과로 해석될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 보호 기판 플라즈마 표면처리 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 이하의 설명에서는 도 1 내지 도 3의 구성요소를 참조하여 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 보호 기판 플라즈마 표면처리 방법은 태양전지 샤시에 플라즈마 표면처리 장치를 설치하는 단계(S100), 교류 전원을 공급하는 단계(S200), 불활성 가스와 CxFy 또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 단계(S300) 및 표면처리 장치를 이동시키는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단계 S200과 S300은 순서가 바뀌거나 동시에 진행될 수 있다.
구체적으로, 태양전지 샤시부(30)에 플라즈마 표면처리 장치 설치 단계(S200)는 도 1 내지 도 3에 도시된 플라즈마 표면처리 장치(100)를 태양전지의 샤시부(30)에 설치한다.
여기서, 플라즈마 표면처리 장치(100)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 구성요소를 포함한다. 표면처리 장치의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
플라즈마 표면처리 장치(100)는 거치부(210)에 의해 태양전지(10)를 지지하는 샤시부(30)에 설치된다. 이때, 거치부(210)는 지면으로부터 높은 쪽의 제1 샤시(40)에 지지되도록 하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 태양전지(10)는 집광효율을 높일 수 있도록 지면에 대하여 경사지게 형성된다. 따라서, 거치부(210)는 제 1샤시(40)에 거치되어 플라즈마 표면처리 장치(100)가 이탈되지 않도록 할 수 있다.
다음으로, 표면처리 장치에 교류 전원을 공급하는 단계(S200)는 플라즈마 표면처리 장치(100)의 전원부(120)에서 플라즈마 발생기(110) 내에 설치된 두 전극에 10 KHz ~ 40 MHz 주파수 범위의 교류 전원을 공급한다. 이때, 공급되는 교류 전원은 공정의 최적화를 위해 연속 전력 공급방식 또는 펄스 전력 공급방식으로 공급될 있다. 여기서, 전원부(120)와 전극 사이에 임피던스 정합부(130)가 구비되어 전력 전달의 효율을 높일 수 있다.
한편, 두 전극 중 어느 하나에 유전체가 배치된 플라즈마 발생기를 사용할 수 있다. 이때, 유전체는 전극과 동일한 형태로 제조되어 전극에 부착될 수 있다. 상기와 같이, 유전체를 이용한 유전체 장벽 방전 방식을 이용할 경우, 대기압에서 아주 큰 비-평형 조건에서 동작시킬 수 있고, 고출력 방전을 할 수 있다. 이에 따라, 보호 기판(20)의 표면처리를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다. 특히, 유전체 장벽 방전을 이용할 경우 대기압과 상온에서 방전이 가능하며, 소형으로 제작하여 이동성이 용이한 장점을 가진다.
다음으로, 플라즈마 발생기 내에 불활성 가스와 CxFy 또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 단계(S300)는 공기, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 플라즈마 발생기(110)에 공급하고, CxFy 또는 CxHy 계열의 가스를 공급한다.
이때, 불활성 가스는 1~100 lpm이 투입되어 대기압 플라즈마를 발생시킨다.
C4F8과 같은 CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스를 1~100 sccm 만큼 공급한다. 이때, 플라즈마 발생을 위한 가스의 공급량은 피처리물의 크기와 처리시간 등에 의존하여 상이할 수 있으므로, 가스 공급량은 피처리물의 크기 또는 처리시간에 따라 달라질 수 있다.
여기서, CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스는 플라즈마에 의해 전기 분해를 거쳐 마이크로미터 단위의 극미세의 폴리머로 보호 기판(20)에 형성된다.
예를 들면, C4F8 같은 가스가 플라즈마 발생기(110)에 투입되면 반응식 1과 같이 전기 분해를 거친다.
[반응식 1]
C4F8 + e → 2C2F4 + e
C2F4 + e → 2CF2 + e
C2F4 + e → C2F3+ + F + 2e
C2F4 + e → CF+ + CF3 + 2e
CF3 + e → CF2 + F + e
반응식 1은 플라즈마 발생기(110) 내부에서 가속된 전자 충돌에 의한 C4F8 가스의 분해 반응 과정을 설명하기 위한 것으로, C4F8은 플라즈마 상태에서 여러 차례의 전자 충돌에 의해 마이크로미터 크기의 폴리머를 보호 기판(20)에 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 폴리머는 투광도를 향상시키고 초소수성을 띄도록 한다.
다음으로, 표면처리 장치 이동 단계(S400)는 표면처리가 완료된 영역에서 이웃영역으로 표면처리 장치를 이동시킨다. 이때, 플라즈마 표면처리 장치의 거치부(210)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 박스 형태로 형성될 수 있으며, 박스 형태의 거치부(210) 내측에 제1 롤러(215)가 구비된다.
또한, 플라즈마 표면처리 장치(100)는 태양전지를 지지하는 제2 샤시(50)측과 밀착되도록 제2 롤러(225)가 구비될 수 있다. 상기 제1 롤러(215)와 제2 롤러(225)에 의해 태양전지의 일영역에 표면처리가 완료되면, 인접한 영역으로 플라즈마 표면처리 장치를 슬라이딩하여 이동시킬 수 있다.
이동이 완료되면, 상기 교류 전원 공급 단계(S200)와, 불활성 가스 및 CxFy 또는 CxHy 계열 가스 공급 단계(S300) 및 표면처리 장치 이동 단계(S400)가 반복 수행될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 장치 및 방법은 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있어 소형 또는 이동형으로 제조할 수 있는 잇점이 있다.
이에 따라, 기 설치된 태양광 발전 시스템의 태양전지에 직접 표면처리를 할 수 있어, 분해 후 재조립 또는 보호 기판 교체 등으로 발생하는 비용을 줄일 수 있다.
또한, 보호 기판에 표면 처리를 수행하여 광투과도를 향상시키고, 소수성의 띄도록 하여 오염원이 흡착되는 것을 방지함으로써 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
10: 태양전지
20: 보호 기판
30: 샤시부
40: 제1 샤시
50: 제2 샤시
100: 플라즈마 표면처리 장치
110: 플라즈마 발생기
120: 전원부
130: 임피던스 정합부
140: 제1 가스 공급부
150: 제2 가스 공급부
160: 제3 가스 공급부
170: 제1 밸브
180: 제2 밸브
190: 제3 밸브
210: 거치부
215: 제1 롤러
225: 제2 롤러
20: 보호 기판
30: 샤시부
40: 제1 샤시
50: 제2 샤시
100: 플라즈마 표면처리 장치
110: 플라즈마 발생기
120: 전원부
130: 임피던스 정합부
140: 제1 가스 공급부
150: 제2 가스 공급부
160: 제3 가스 공급부
170: 제1 밸브
180: 제2 밸브
190: 제3 밸브
210: 거치부
215: 제1 롤러
225: 제2 롤러
Claims (4)
- 설치된 태양전지의 보호 기판에 반사광을 감소하고, 자가 세정 능력을 향상시키기 위하여 미세 폴리머 코팅층을 형성하도록 하는 플라즈마 표면처리 장치로서,
서로 마주하는 전극이 구비되며, 공급된 가스에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기;
상기 전극에 교류 전원을 공급하는 전원부;
상기 플라즈마 발생기에 불활성 가스와, CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스를 공급하는 가스 공급 장치;
상기 가스 공급 장치에서 공급되는 가스 공급량을 조절하는 밸브부; 및
상기 설치된 태양전지의 샤시부에 거치되어 지지되도록 상기 플라즈마 발생기의 일단에 형성되는 거치부를 포함하고,
상기 가스 공급 장치는
상기 불활성 가스를 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 제1 가스 공급부;
상기 CxFy 계열의 가스를 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 제2 가스 공급부 및
상기 CxHy 계열의 가스를 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 제3 가스 공급부를 포함하고,
상기 밸브부는
상기 제1, 제2 및 제3 가스 공급부와 상기 플라즈마 발생기 사이에 구비된 제1 밸브, 제2 밸브 및 제3 밸브를 포함하고,
상기 전원부는 10KHz 내지 40MHz의 주파수를 가지는 교류 전원을 공급하고,
상기 전원부에서 공급되는 교류 전원의 주파수가 1MHz 이상일 경우 상기 전원부와 상기 두 전극 사이에 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합부를 더 포함하며,
상기 설치된 태양전지의 샤시부 중 지면에 대하여 높이 설치된 제1 샤시에 상기 거치부가 거치되며, 상기 거치부에 상기 제1 샤시의 바깥쪽면을 따라 이동하도록 제1 롤러가 형성되되,
상기 거치부는, ‘ㄱ’형태로 절곡되는 박스로 형성되며, 상기 제1 샤시의 바깥쪽면에 대향하는 절곡면의 일측에 사각형의 내재홀을 형성하여 상기 제1 롤러를 롤링 부분만 돌출되도록 내재하고,
상기 플라즈마 발생기는, 상기 거치부 반대측에는 상기 설치된 태양전지의 샤시부 중 지면에 대하여 낮게 설치된 제2 샤시에 따라 이동하도록 제2 롤러가 형성되고,
상기 플라즈마 발생기는, 하부에 분사구가 형성되어 태양전지 측으로 폴리머를 공급하며, 바닥면을 제외한 모든 면이 모두 폐쇄되도록 형성되어 내부의 구성들을 안전하게 보호하고, 상기 제1 샤시부터 제2 샤시까지의 폭 면적에 상응하는 길이만큼 형성되어 상하 이동 없이 좌우 이동만으로 상기 태양전지의 보호기판 상면 전체에 상기 폴리머 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치.
(상기 x와 y는 양수)
- 제 1 항에 있어서,
상기 CxFy 계열의 가스 또는 CxHy 계열의 가스는 1 내지 100 sccm 만큼 상기 플라즈마 발생기에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 CxFy 계열의 가스는 C4F8을 포함하되,
상기 C4F8은 상기 플라즈마 발생기에서 반응식에 의해 가스 분해되어 상기 폴리머를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치.
반응식
C4F8 + e → 2C2F4 + e
C2F4 + e → 2CF2 + e
C2F4 + e → C2F3+ + F + 2e
C2F4 + e → CF+ + CF3 + 2e
CF3 + e → CF2 + F + e
- 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는
상기 두 전극 중 어느 하나의 전극에 형성되어 유전체 장벽 방전을 일으키도록 하는 유전체가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치.
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| KR1020170152738A KR101864821B1 (ko) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 태양전지 보호 기판 코팅용 플라즈마 표면처리 장치 |
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|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |