KR102298320B1 - 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 ｓｄｒ 표면용 드라이 텍스처링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결정질 태양전지 드라이 텍스처링 장치에 관한 것으로서, 특히 대기압 플라즈마 이용으로 습식 텍스처링 공정을 삭제할 수 있으면서도 습식 장비와의 결합이 용이하고 이온 전달의 정밀 제어에 유리하며 전면 반사율이 저감되어 광전변환 효율이 증대되는 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 결정질 태양전지용 웨이퍼의 알칼리 SDR 표면을 텍스처링 하는 장치에 있어서, Ag/Pd 메탈 전극이 프린팅된 제1 유전체; 상기 제1 유전체와 접착되고 파워 라인이 메탈 전극과 접속되는 제2 유전체; 및 상기 제1 유전체와 제2 유전체를 커버하며 상부와 측면에 가스 라인이 연결되는 가스 공급구가 구비되고 하부에 웨이퍼의 공급방향과 직각방향으로 간격을 두고 여러 개의 가스 배출홀이 배치되는 그라운드 하우징; 이 구성되는 대기압 플라즈마 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 결정질 태양전지용 웨이퍼의 알칼리 SDR 표면을 텍스처링 하는 장치에 있어서, Ag/Pd 메탈 전극이 프린팅된 제1 유전체; 상기 제1 유전체와 접착되고 파워 라인이 메탈 전극과 접속되는 제2 유전체; 및 상기 제1 유전체와 제2 유전체를 커버하며 상부와 측면에 가스 라인이 연결되는 가스 공급구가 구비되고 하부에 웨이퍼의 공급방향과 직각방향으로 간격을 두고 여러 개의 가스 배출홀이 배치되는 그라운드 하우징; 이 구성되는 대기압 플라즈마 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 결정질 태양전지 드라이 텍스처링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압 플라즈마 이용으로 습식 텍스처링 공정을 삭제할 수 있으면서도 습식 장비와의 결합이 용이하고 이온 전달의 정밀 제어에 유리하며 전면 반사율이 저감되어 광전변환 효율이 증대되는 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치에 관한 것이다.
종래 기술로서 이온용 마스크 패턴에 의해 이온들이 균일하게 기판 상에 전달됨에 따라 기판 상에 형성되는 요철을 균일하게 제어할 수 있는 건식 텍스처링 장치가 개발된 바 있다(특허공개 제2012-0005201호 참조).
상기 건식 텍스처링 장치는 챔버, 챔버의 하부에 구비되어 기판이 안착되는 기판 척, 챔버의 상부에 구비되어 이온을 발생시키는 플라즈마 발생수단, 기판 척과 플라즈마 발생수단 사이의 공간에 구비되어 플라즈마 발생수단으로부터 생성된 이온들이 기판 상에 균일하게 전달되도록 유도하는 이온용 마스크패턴으로 이루어진다.
종래 기술로서 태양전지용 웨이퍼 상에 건식 식각 기법으로 플라즈마 텍스처링을 실시할 때 플라즈마 이온의 밀도와 균일성을 향상시키고 이온 에너지를 적절히 제어하여 태양전지의 제조 효율 및 품질이 향상되도록 한 플라즈마 텍스처링 반응 장치가 개발된 바 있다(특허 제1226266호 참조).
상기 플라즈마 텍스처링 반응 장치는 유전체 챔버몸체로 이루어져 텍스처링 대상의 태양전지용 웨이퍼가 수용되는 챔버, 유전체 윈도우의 외측 상부에 설치되어 자계를 발생하는 안테나 코일, 고주파 전력 발생기 및 고주파 하부파워 공급부가 구비하여 이온 에너지의 세기와 밀도 활성종 농도를 조절한다.
종래 기술로서 리모트 플라즈마를 이용하여 플라즈마 형성 영역과 증착 영역이 구분되는 위치에 메시 구조물을 배치시킴으로써 블랙실리콘 형성 원리 및 메시 구조물을 통한 플라즈마의 회절과 산란으로 인하여 피라미드 구조의 텍스처링이 가능한 태양전지용 플라즈마 식각 장치가 개발된 바 있다(특허 제1222910호 참조).
상기 플라즈마 식각 장치는 공정 가스가 채워지고 식각 공정을 수행하는 공정 챔버, 공정 채버 내부에 배치되는 제1 전극, 타측에 배치되는 제2 전극, 기판을 안착시키기 위해 설치되는 척, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되되 다수 개의 미세한 홀이 형성되어 있어 플라즈마가 회절 및 산란되어 척으로 입사되도록 하는 메시 구조물을 구비한다.
그러나, 이러한 기존의 플라즈마 드라이 텍스처링 장치들은 플라즈마가 진공상태에서 형성되기 때문에 챔버 진공유지에 따른 구조적 비용이 증가하고, 플라즈마 모듈의 플라즈마원이 웨이퍼와 평행방향이라서 이온 전달의 정밀 제어가 어려우며, 습식 장비와의 결합이 그다지 용이하지 않고 사용 주파수가 MHz 단위의 고주파라는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 대기압 플라즈마로 챔버 진공유지가 불필요하고 플라즈마 모듈의 플라즈마원이 웨이퍼와 직각방향이라서 이온 전달에 유리하며, 습식 장비와의 결합이 용이하고 사용 주파수가 KHz 단위인 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치는 결정질 태양전지용 웨이퍼의 알칼리 SDR 표면을 텍스처링 하는 장치에 있어서, 메탈 전극이 프린팅된 제1 유전체; 상기 제1 유전체와 접착되고 파워 라인이 메탈 전극과 접속되는 제2 유전체; 및 상기 제1 유전체와 제2 유전체를 커버하며 상부에 가스 라인이 연결되는 가스 공급구가 구비되고 하부에 웨이퍼의 공급방향과 직각방향으로 간격을 두고 여러 개의 가스 배출홀이 배치되는 그라운드 하우징; 이 구성되는 대기압 플라즈마 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 플라즈마 발생모듈은 각각 1~5mm 두께의 제1 유전체와 제2 유전체를 에폭시에 의해 접착할 때 115~125도 온도로 3시간50분~4시간10분, 170~180도 온도로 1시간55분~2시간05분, 225~235도 온도로 15시간30분~16시간30분에 걸쳐 순차적으로 열처리를 진행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 플라즈마 발생모듈의 파워 라인은 수십KHz 주파수 파워를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 배출홀의 배치방향과 직각방향으로 웨이퍼를 공급하는 웨이퍼 이송장치가 더 구성되며, 상기 웨이퍼 이송장치는, 웨이퍼가 안착되고 하부에 웨이퍼를 80~200도 온도로 가열하는 히터가 구비되는 트레이; 및 상기 트레이를 이동시키기 위한 서보모터; 볼스크류; 및 LM가이드를 포함하여 구성되고, 상기 그라운드 하우징의 가스 배출홀과 웨이퍼 이송장치에 의해 공급되는 웨이퍼 사이의 간격은 1~3mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라운드 하우징의 가스 라인을 통해 공급되는 가스는 N2 5~60slm, NF3, O2, SF6, CF4 각각 0.1~3slm, H2 10~1000sccm인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.
첫째, 대기압 플라즈마를 이용하고 별도의 로더/언로더(Loader/Unloader)가 불필요해서 인라인(In-line) 습식 공정 사이에 부착이 가능하므로 습식(Wet) 장비와의 결합이 용이할 수 있다.
둘째, 드라이 텍스처링(Dry Texturing)으로 습식 텍스처링(Wet Texturing) 공정 삭제로 인한 생산비용(Cost) 및 공정시간이 절감될 수 있다.
셋째, 플라즈마 모듈의 플라즈마원이 웨이퍼와 직각방향이라서 이온 전달의 정밀 제어에 유리하여 전면 반사율이 저감되고 후면 평탄화(Flat)를 통해 광흡수율을 높여서 광전변환 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치를 나타내는 사시도;
도 2는 도 1에서의 대기압 플라즈마 발생모듈을 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 대기압 플라즈마 발생모듈을 나타내는 분리 사시도이다.
이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에서의 대기압 플라즈마 발생모듈을 나타내는 분리 사시도이다.
본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 결정질 태양전지용 웨이퍼의 알칼리 SDR(Saw Damage Removal) 표면을 텍스처링 하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 대기압(상압) 플라즈마 발생모듈(100)을 포함하여 구성되는데, 대기압 플라즈마 발생모듈은 기체를 이온화하기 위해 제1 유전체(110), 제2 유전체(120) 및 그라운드 하우징(130)이 구성된다.
제1 유전체(110)는 세라믹 재질로 일면에 Ag/Pd 메탈(Metal) 전극(111)이 프린팅된다.
제2 유전체(120)는 세라믹 재질로 상기 제1 유전체(110)와 접착되고 파워 라인(Power Line)이 제1 유전체(110)의 Ag/Pd 메탈(Metal) 전극과 접속될 수 있도록 메탈 재질의 파워 라인 접속부(121)가 구비된다.
여기서, 상기 대기압 플라즈마 발생모듈(100)은 각각 1~5mm 두께의 제1 유전체(110)와 제2 유전체(120)를 에폭시(Epoxy)에 의해 접착할 때 115~125도 온도, 170~180도 온도, 225~235도 온도로 세차례에 걸쳐 순차적으로 열처리를 진행하는 것이 바람직하다.
그리고, 115~125도 온도로 1차 열처리할 때 3시간50분~4시간10분, 170~180도 온도로 2차 열처리할 때 1시간55분~2시간05분, 225~235도 온도로 3차 열처리할 때 15시간30분~16시간30분으로 열처리를 진행하는 것이 더욱 바람직하다.
위와 같은 조건 하에서의 열처리 3단계를 거치는 이유는 유전체들을 접합시키는 에폭시(Epoxy)가 고온에서 견딜 수 있도록 함은 물론이고 내부 방전으로 인하여 아크(ARC)가 발생하는 문제를 해소하기 위한 것이다. 즉, 상기 3단계의 열처리 과정은 에폭시(Epoxy)의 고온대응을 통한 아크(Arc) 방지를 위한 것이다.
이때, 상기 제2 유전체(120)의 파워 라인 접속부(121)에 파워 라인 연결 후 추가 에폭시(Epoxy)를 이용하여 대기 중에 노출된 메탈 부분의 실링(Metal sealing)을 진행하는 것이 바람직하다.
그라운드 하우징(130)은 상기 제1 유전체(110)와 제2 유전체(120)가 접착되어 세워진 상태를 유지할 수 있도록 상기 제1 유전체(110)와 제2 유전체(120)를 커버한다.
상기 그라운드 하우징(130)은 제1 유전체(110)의 외면을 커버하는 제1 하우징(131)과 제2 유전체(120)의 외면을 커버하는 제2 하우징(132)이 볼트 등의 체결수단에 의해 결합된다.
상기 그라운드 하우징(130)은 상부(와 측면)에 가스 라인이 연결되는 여러 개의 가스 공급구(133)가 구비되고, 하부에 웨이퍼(W: Wafer)의 공급방향과 직각방향, 즉 길이방향으로 간격을 두고 여러 개의 가스 배출홀(134)이 배치된다.
이때, 상기 그라운드 하우징(130)의 제1 하우징(131)과 제2 하우징(132) 각각의 하부에 여러 개의 가스 배출홀을 일렬로 분포시켜 균일한 가스 분사 및 그라운드(Ground) 역할이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 대기압 플라즈마 발생모듈(100)의 파워 라인은 0.5~3Kw, 수십KHz, 바람직하게는 20~60KHz 주파수 파워를 공급한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼 이송장치(200)가 더 구성될 수 있는데, 상기 웨이퍼 이송장치(200)는 대기압 플라즈마 발생모듈(100)에 구비된 가스 배출홀(134)의 배치방향과 직각방향으로 웨이퍼(W)를 공급한다.
상기 웨이퍼 이송장치(200)는 트레이(210), 서보모터(220), 볼스크류(230) 및 LM가이드(240)를 포함하여 구성된다.
트레이(210)는 상면에 웨이퍼(W)가 안착되고 하부에 웨이퍼(W)를 80~200도 온도로 가열하는 히터(211)가 구비된다.
그리고, 서보모터(220)는 볼스크류(230)와 연동되어 상기 트레이(210)가 LM가이드(240)를 따라 정밀하게 리니어 이동되도록 한다.
여기서, 상기 그라운드 하우징(130)의 가스 배출홀(134), 즉 저면과 웨이퍼 이송장치(200)에 의해 공급되는 웨이퍼(W) 상면 사이의 간격은 1~3mm인 것이 바람직하다.
이러한 정밀 간격(간극) 제어를 위해 상기 대기압 플라즈마 발생모듈(100)의 상부에는 대기압 플라즈마 발생모듈(100)을 승강시키는 승강수단(도면에 미도시)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 그라운드 하우징(130)의 가스 라인을 통해 공급되는 가스는 텍스처링 공정시 N2 5~60slm, NF3, O2, SF6, CF4 각각 0.1~3slm, H2 10~1000sccm을 사용한다.
본 발명의 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치의 사용과정을 설명하면, 먼저 웨이퍼 이송장치(200)의 트레이(210)에 웨이퍼(W)를 배치하고, 대기압 플라즈마 발생모듈(100)의 그라운드 하우징(130) 하부로 트레이(210)를 이동시킨다.
그리고, 제1 유전체(110)와 제2 유전체(120)에 공급된 파워로 방전이 발생되며, 가스 배출홀(134)을 통해 배출된 가스에 의해 다양한 형태의 래디컬로 이온화되어 웨이퍼(W) 상면을 텍스처링(Texturing)한다.
본 발명은 드라이 텍스처링 공정 외에 공급되는 가스에 따라 드라이 에칭(Etching), 기타 열처리 등도 진행할 수 있는데, 드라이 에칭 공정의 경우 N2 5~60slm, NF3, SF6, CF4 0.1~3slm이 사용될 수 있고, 열처리 공정의 경우 N2 5~60slm이 사용될 수 있다.
본 발명의 대기압 드라이 텍스처링에 따르면 단결정 형태(Mono cell)의 경우 배치 타입(Batch type)의 장비를 인라인(Inline)로 변환이 가능하고 텍스처링(Texturing) 공정 타임이 기존 15~25분에서 5분 내외로 감소될 수 있다.
그리고, 다결정 형태(Multi cell)의 경우 질산 베이스(base) 텍스처링 후 수산화칼륨 클리닝(KOH Cleaning) 공정을 수산화칼륨 SDR(Saw Damage Removal)로 단일화할 수 있어서 SDR 공정시간도 절약할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
100...대기압 플라즈마 발생모듈 110...제1 유전체
111...메탈 전극 120...제2 유전체
121...파워 라인 접속부 130...그라운드 하우징
131...제1 하우징 132...제2 하우징
133...가스 공급구 134...가스 배출홀
200...웨이퍼 이송장치 210...트레이
211...히터 220...서보모터
230...볼스크류 240...LM가이드
W...웨이퍼
111...메탈 전극 120...제2 유전체
121...파워 라인 접속부 130...그라운드 하우징
131...제1 하우징 132...제2 하우징
133...가스 공급구 134...가스 배출홀
200...웨이퍼 이송장치 210...트레이
211...히터 220...서보모터
230...볼스크류 240...LM가이드
W...웨이퍼
Claims (2)
- 결정질 태양전지용 웨이퍼의 알칼리 SDR 표면을 텍스처링 하는 장치에 있어서,
Ag/Pd 메탈 전극이 프린팅된 세라믹 재질의 제1 유전체;
상기 제1 유전체와 접착되고 파워 라인이 상기 메탈 전극과 접속되도록 파워라인 접속부가 구비되는 세라믹 재질의 제2 유전체; 및
상기 제1 유전체와 제2 유전체를 커버하며 상부와 측면에 가스 라인이 연결되는 가스 공급구가 구비되고 하부에 웨이퍼의 공급방향과 직각방향으로 간격을 두고 여러 개의 가스 배출홀이 배치되는 그라운드 하우징; 이 구성되는 대기압 플라즈마 발생모듈을 포함하며,
상기 플라즈마 발생모듈은 각각 1~5mm 두께의 세라믹 재질인 제1 유전체와 제2 유전체를 에폭시에 의해 접착할 때 115~125도의 온도로 1차, 170~180도의 온도로 2차, 225~235도의 온도로 3차에 걸처 순차적으로 열처리를 진행하고,
상기 플라즈마 발생모듈의 파워 라인은 20~60KHz 주파수 파워를 공급하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 SDR 표면용 드라이 텍스처링 장치. - 삭제
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| KR100785463B1 (ko) * | 2006-12-22 | 2007-12-14 | (주)리드 | 상압 플라즈마 처리 장치 |
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| KR20120005201A (ko) | 2010-07-08 | 2012-01-16 | 현대중공업 주식회사 | 건식 텍스쳐링 장치 |
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