KR20070015538A - Ｃｉｇｓ 프로세스의 인-라인 프로세스 제어를 위한 방법및 장치 - Google Patents

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Abstract

동시-증발 증착 프로세스(co-evaporation deposition process)에 의해 제조되는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어를 위한 인-라인 제조 장치 및 방법이 서술된다. 증착 조건은 증착된 Cu-과다 전체 조성은 Cu-부족 전체 조성, 즉 최종 CIGS 막으로 변환되도록 된다. 몰리브덴 층을 갖는 기판(21)은 일정한 속도로 CIGS 프로세스 챔버(7)를 통해서 이동한다. 기판 상에서 풍부한 구리로부터 부족한 조성의 구리로의 전이는 이 전이와 관련된 물리적 파라미터, 예를 들어 방출을 검출하는 센서들을 사용함으로써 검출된다. 본 발며의 대안적인 바람직한 실시예에서, 센서들(20)이 제공되어 증착된 층에서 원소들의 조성을 검출한다. 센서들에 접속되는 제어기(17)는 증발원들(11, 12, 13)으로부터의 플럭스(fluxes)을 조정하여 기판의 폭에 걸쳐서 균일한 조성 및 균일한 두께를 갖는 CIGS 층을 제공한다. 2개의 로우의 증발원들을 이용하면 기판의 폭에 걸쳐서 CIGS 층의 원소 조성 및 두께를 조정하게 한다.
CIGS 프로세스 챔버, 센서, 제어기, 증발원, 기판

Description

ＣＩＧＳ 프로세스의 인-라인 프로세스 제어를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IN-LINE PROCESS CONTROL OF THE CIGS PROCESS}
본 발명은 프로세스 챔버에서 동시-증발 증착 프로세스(co-evaporation depostion process) 에 의해 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 증착된 CIGS 층의 두께 및 증착의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
태양 전지들은 재생 기술 때문에 환경에 최소 영향을 주면서 전력을 제조하는 수단을 제공한다. 상업적 성공을 위해선, 태양 전지들은 효율적, 저비용, 내구성이 있어야만 되고 다른 환경 문제들을 유발하지 않아야만 한다.
오늘날의 대부분의 태양 전지 기술은 결정질 실리콘을 기반으로 한다. 이는 상술된 많은 요건들을 충족하지만 대규모로 전기 발생시키는데 비용면에서 효율적이지 않다. 또한, 상대적으로 많은 량의 에너지를 발생시키는데 환경면에서 유용하지 못하다.
박막 기술들을 기반으로 한 태양 전지들이 개발되어 왔다. 이들은 상당히 비용을 절감시킬 수 있지만, 일반적으로 보존 효율성 및 내구성면에서 좋지 않다. 매우 유망한 박막 태양 전지 기술은 동작면에서 고 효율(소형 프로토타입 모듈들에서 16.6%) 및 내구성을 입증하는 반도체 Cu(In, Ga) Se2(CIGS)를 기반으로 한다.
도1에서, CIGS 태양 전지는 몰리브덴 층(3)으로 코팅된 시트 글래스 또는 금속 포일과 같은 기판 재료(2) 상에 CIGS 층(1)을 구비한다. 이 층은 태양 전지의 후면 접촉(back contact)으로서 작용한다. CIGS 성장은 버퍼 층(4)의 증착, 전형적으로 50nm의 CdS, ZnO의 고 저항율의 얇은 층(5)(때때로 생략) 및 투명한 도전 산화물(6)의 전면 접촉에 의한 pn-접합의 형성보다 앞서 행해진다. 높은 광 대 전기 변환 효율을 갖는 태양 전지를 얻기 위한 한 가지 중요한 요인은 CIGS 재료의 품질이다.
미국 특허 6,310,281은 증착될 원소들을 위한 분산원(effusion sources)으로서 3개 또는 5개의 보우트들(boats)을 이용하는 고 진공 동시-증착 방법들을 설명한다. 3개의 증기원 방법에서, Mo-코팅된 기판 재료의 스트립은 증기 증착 존을 통해서 챔버 내에서 이동한다. 이 재료 상의 각 포인트는 우선 구리원을 직접 통과한 후, 갈륨원을 통과하고 나서, 인듐원을 통과하고 셀레늄원을 완전히 통과한다.
도가니/보우트로부터 구리, 갈륨 및 인듐의 각 증기 분산 속도는 증기 증착 존의 입구단이 구리가 풍부하게 되고, 이 존의 중간 영역이 갈륨이 풍부하게 되고 이 존의 방출단은 인듐이 풍부하게 되도록 하는 방식으로 제어된다. 구리, 갈륨 및 인듐에 대한 적절한 분산 속도를 설정함으로써, CIGS막의 조성은 다음과 같이 증착 존을 따라서 가변하는데, (a) 증착 존의 입구단 내에서 (Cu)/(Ga+In)의 비는 일반적으로 3.4이고 (Ga)/(Ga+In)의 비는 일반적으로 약 0.46; (b) 증착존의 중간 영역 내에서 (Cu)/(Ga+In)은 일반적으로 1.9이고 (Ga)(Ga+In)은 일반적으로 약 0.43이고; (c) 증착 존 내의 방출 단 내에서 (Cu)/(Ga+In)은 일반적으로 0.8 및 0.92 사이이고, 가장 바람직하게는 약 0.88이고 (Ga)/(Ga+In)의 비는 일반적으로 0.25 및 0.3 이고, 가장 바람직하게는 0.275.
생성된 CIGS 층은 대략 23.5 원자% 구리, 19.5원자% 인듐, 7원자% 갈륨 및 50원자% 셀레늄의 내부 조성을 갖는다.
상기 특허를 따르면, 각종 원소들의 증착은 도가니들에서 노즐들로부터 증기 분산 속도들을 제어함으로써 그리고 도가니 내의 저장고 내에서 용융된 금속들의 온도를 제어함으로써 제어된다.
상기 특허는 풍부한 구리 CICG 조성으로부터 부족 구리 CIGS 조성으로의 변환을 검출하는 수단에 대해서 전혀 서술하고 있지 않다. 또한 상기 특허는 CIGS층의 증착을 제어하는 수단에 대해서도 전혀 서술하고 있지 않다.
상기 특허는 또한 5단계의 프로세스를 설명하는데, 이 프로세스를 따르면 CIGS 챔버 내의 막의 표면의 각 포인트가 갈륨/인듐-풍부한 영역, 구리-풍부한 영역, 및 최종적으로 또 다른 인듐/갈륨-풍부한 영역에 부닺친다.
미국 특허 5,633,033은 태양 전지를 위한 황동광 막을 제조하는 방법 및 상기 막의 전기 또는 광학 특성을 감시하여 상기 막의 전기 또는 광학 특성이 특정 범위를 입증하는 최종 방법 단계의 종점을 검출하는 방법에 관한 것이다. 종점이 일단 검출되면, 이 프로세스는 중단된다.
본 발명의 한 가지 목적은 CIGS 태양 전지의 제조를 위한 인-라인 시스템에서 동시-증착된 CIGS 층의 정확한 제어를 위한 제어 방법을 제공하는 것인데, 여기서 몰리브덴 후면 접촉 층이 제공되는 기판들은 CIGS 프로세스 챔버를 통해서 연속적으로 이동한다.
본 발명의 다른 목적은 프로세스 챔버를 통해서 기판들의 이동 방향에서 알 수 있는 바와 같이 기판의 폭에 걸쳐서 CIGS 층의 균일한 증착을 제공하는 것이다. 이는 프로세스 챔버를 통해서 기판들의 이동 방향에서 알 수 있는 바와 같이 적어도 2개의 로우(row)의 증발원들을 이용함으로써 성취되는데, 상기 한 로우 내의 증발원들은 다른 로우들의 소스들과 다소 무관하게 제어되어 CIGS 층의 균일한 두께 및 균일한 조성을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 증착된 CIGS 층에서 전이점을 검출하거나 증착된 CIGS 층의 두께 및 조성을 검출하는 센서들을 이용하는 제어 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명을 따른 한 가지 제어 방법은 CIGS 층이 Cu-과다로부터 Cu-부족 조성으로 변환될 때 CIGS 재료의 여러 물리적 및 화학적 특성들이 급작스럽게 변경된다는 사실을 기반으로 한 것이다. 특히, 이동하는 CIGS 층은 Cu(In, Ge)Se2 및 CuxSe을 포함하는 2상 재료로부터 Cu(InGa)Se2을 포함하는 단상 재료로 변환한다. 이 제어 방법은 CIGS 층의 제조를 위하여 사용되는 방법과 무관하다. 본 발명을 따르면, 이 변환이 발생되는 CIGS 프로세스 챔버에서의 위치, 즉 기준 전이점이라 칭하는 이 위치가 검출된다. 게다가, 변환이 발생되는 위치, 즉 기준 전이점으로부터 실제 전이점이라 칭하는 위치의 시프트를 검출함으로써, 실제 전이점을 CIGS 층의 조성을 정확하게 제어할 수 있는 기준 전이점으로 다시 이동시키는 보정 작용(corrective action)을 취한다.
전이점의 검출은 전이를 나타내는 물리적 파라미터를 측정하도록 적응되는 적어도 하나의 센서에 의해 행해진다. 이 제어 작용은 센서 신호를 수신하여 처리하고 전이 점이 프로세스 챔버 내에서 기준 위치로 다시 이동되도록 증발 플럭스들을 조정하는 보정 신호를 제공하는 제어기 위해 취해진다. 상기 언급된 미국 특허 5,633,033에서, 제어 프로세스는 전이가 검출될 때 중단되는 반면에, 본 발명을 따르면 전이 검출 프로세스는 항상 계속되고 기준 위치로 전이점을 다시 이동시키는데 사용되는 보정 신호를 발생시키기 위하여 사용되는 제어 파라미터를 발생시킨다.
센서 쌍을 형성하는 2개의 센서들은 전이점을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 한쌍의 센서들은 전이점의 양측에 배열된다. 각 전이점을 검출하기 위하여 프로세스 챔버의 폭에 걸쳐서 배열되는 2개 이상의 센서 쌍들이 존재할 수 있다. 증발원들의 세트는 각 센서 쌍과 관련된다. 각 센서 쌍 및 이와 관련된 증발원들의 세트는 각 제어기에 접속된다. 제어기는 관련된 증발원들 중 임의의 증발원들을 조정하여 각 전이점을 일반적으로 계속 유지시킨다. 전력 대 관련 증발원 히터를 조정함으로써 제어를 행한다. 프로세스 챔버의 폭에 걸쳐서 배열되는 여러 센서 쌍들을 이용하면 프로세스 챔버의 폭에 걸친 방향에서 알 수 있는 바와 같이 CIGS 층을 증착시키는 정밀도를 향상시킨다.
기전 전이점 아래의 이하에 XRF 장치라 칭하는 x-선 플로루레슨스 조성 측정 장치를 제공함으로써, CIGS 재료의 두께 및 조성을 정확하게 제어하여 정확하게 정된 조성 및 두께를 갖는 기판의 고 출력 레이트를 입증한다.
이 방법은 양호한 제어 다이나믹을 성취하기 위하여 고속 피드백 루프를 제공한다.
도1은 CIGS 태양 전지의 단면도.
도2는 본 발명을 따른 제어가 제공되는 CIGS 프로세스 챔버의 단면도.
도3은 증착된 원소들에 대한 증발 레이트 프로파일들을 도시한 도2와 유사한 도면.
도4는 프로세스 챔버에서 CIGS 막 조성 대 시간/위치를 도시한 도2와 유사한도면.
도5는 CIGS 막 방출율대 시간/위치를 도시한 도2와 유사한 도면.
도6은 제어기를 도시한 도면.
도7은 Cu/Ga+In 대 시간의 그래프에서 샤프한 전이점을 도시한 그래프.
도8은 CIGS 프로세스 챔버의 개요적인 하부도 및 증착 및 제어 시스템들의 제2 실시예를 도시한 도면.
도9는 CIGS 프로세스 챔버의 개요적인 하부도 및 각 기판 히터에서 여러 센 서들을 이용을 도시한 도면.
도10은 CIGS 프로세스 챔버의 개요적인 하부도 및 제어 시스템들의 제2 실시예를 도시한 도면.
도11은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 프로세스 챔버의 개요적인 하부도.
도12는 도11에 도시된 프로세스 챔버의 측면도.
도13은 도12의 실시예에서 기판 프레인의 로우 영역을 따라서 원소 플럭스를 도시한 도면.
도14는 도12에 도시된 검출 장치로부터 출력 신호를 도시한 도면.
도15는 본 발명의 부가적인 실시예를 설명하는 프로세스 챔버의 개요적인 하부도.
도16은 프로세스 챔버의 단면도.
도1을 참조하면, CIGS 태양 전지들을 제조하는 통상적으로 사용되는 방법은 Mo(3)의 층으로 코팅되는 시트 글래스 또는 금속 포일과 같은 기판 재료(2) 상에 CIGS 층(1)의 성장을 포함한다. Mo 층는 태양 전지의 후면 접촉으로서 작용한다. CIGS 성장은 버퍼 층(4)의 증착, 전형적으로 50nm의 CdS, ZnO의 선택적인 고 저항율의 얇은 층(5) 및 투명한 도전 산화물(6)의 전면 접촉에 의한 pn-접합의 형성보다 앞서 행해진다. 높은 광 대 전기 변환 효율을 갖는 태양 전지를 얻기 위한 한 가지 중요한 요인은 CIGS 재료의 품질이다.
본 발명이 수평 증착 시스템가 관련하여 서술되었지만, 본 발명이 수직 증착 시스템에 사용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 도2에서, 증착 시스템은 CIGS 층의 본 발명의 제조를 위한 프로세스 챔버(7)를 포함한다. 프로세스 챔버는 입구(8), 출구(9), 다수의 기판 히터들(10), 구리 증발원(11), 갈륨 증발원(12), 인듐 증발원(13), 및 개별적인 증발원 히터들(14, 15, 16)을 포함하는 것으로 도시된다. 프로세스 챔버(7) 내에서 특히 증착 존(DZ) 내에서, CIGS 층을 설정하기 위한 동시-증발 프로세스가 수행된다. 열전쌍들(14', 15' 및 16')은 개별적인 증발원들의 온도를 측정하도록 배열된다. 도시되지 않은 온도 제어기들은 각 증발원들의 온도를 일정하게 유지시키도록 적응된다. 본 발명이 제어 시스템은 센서들(18, 19)에 그리고 증발원 히터들(14-16)에 접속되는 제어기(17)를 포함한다. XRF 장치(20)는 증착된 CIGS층의 조성 및 두께를 측정한다. 셀레늄 소스들(26)은 증착 존에서 모든 성장 위치에서 과다 셀레늄을 제공하여 증착 존에 걸쳐서 다소 균일하게 셀레늄 증기를 분포시키도록 위치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기판들은 약 120cm 폭 및 약 60cm 길이의 유리판들이며, 센서들은 열전쌍들이고 기판 히터들은 많은 세그먼트들, 전형적으로 기판 이동 방향에서 10cm 폭이다. 정확한 폭은 프로세스 챔버의 전체 기하형태 및 크기에 좌우된다. 기판 히터들은 예를 들어, IR 램프들일 수 있다. 매우 짤고 불완전한 방식으로 설명되지만 프로세스 챔버에서 발생하는 프로세스들의 전반적인 이해를 독자에게 제공하기 위하여, 다음과 같은 점들이 제공된다: 이 프로세스 챔버는 진공으로 유지되며, 유리 판들은 프로세스 챔버에 진입할 때 약 500℃이며, 소 스 히터들은 약 1000 내지 1500℃의 온도로 각 원소들을 포함하는 도가니들을 가열한다.
Mo 코팅된 기판들(21)은 도시되지 않은 이송 메커니즘들을 토대로 화살표(22) 방향으로 증착 존(DZ)을 통해서 균일한 속도로 이동한다.
이송 매커니즘들은 증착 존을 통해서 기판을 연속적으로 흐르게 하도록 설계되는데, 한 기판의 리딩 에지는 이전 기판의 트레일링 에지에 대해 최소 분리를 갖도록 한다. 증착 존에서, 증발원들은 기판들이 In-소스를 보기 전 Cu-소를 볼수 있다도록 위치되는 것이 바람직하다. In(전형적으로 고 수행성능 CIGS 막들은 0.15 내지 0.40의 Ga/(Ga+In)의 비들을 갖는 것보다 적은 량으로 증발되는 Ga는 도3에 도시된 바와 같은 출구보다 증착 존에 대해 기판의 입구 근처에 더 높은 증착 레이트들을 제공하도록 위치되는 것이 바람직하다.
도3에서, 기판 이동 방향으로 기판 플레인내의 여러 위치들에서 원소 플럭스들이 도시된다. 특히, 구리 증발 플럭스는 곡선(23)으로 도시되며, 갈륨 증발 플럭스는 곡선(24)으로 도시되고 인듐 증발 플럭스는 곡선(25)으로 도시된다. CIGS 층의 깊이를 통과한 Ga-그래디언트가 발생되어 태양 전지 수행성능을 개선한다.
기판이 증착존을 통해서 이동할 때, 저 저항율의 구리 풍부층은 입구단에서 증착될 것이다. 이 층은 구리 셀레나이드 CuxSe 및 Cu(In, Ga)Se2을 포함한다. 구리 플럭스가 저하되고 인듐 플럭스가 증가되는 라인 아래에서, 구리 풍부층을 만나고 기판이 라인 더 아래로 이동할 때 구리 부족 Cu(In, Ga)Se2에 구리를 제공함으로써 구리 부족 Cu(In, Ga)Se2 와 거의 순간적으로 반응한다. 따라서,구리 풍부 층에서 구리가 소비될 것이다. 일반적으로 (27)로 도시된 전이점에서 발생되는 CuxSe에서 과다 구리가 소비될 때, 이 결과의 CIGS 층은 일반적으로 고 저항율 구리 부족 Cu(In, Ga)Se2 층을 포함한다.
이 전이는 프로세스 챔버에서 이동 방향, 명백하게 한정된 위치 또는 전이 존에서 볼 수 있는 바와 같이 매우 샤프하고 짧은 순간에 걸쳐서 발생된다. 이하에서, 이 포인트를 기준 전이점이라 칭할 것이다. 인라 제조 라인의 운영자에게서, 전이가 발생하는 단일 순간이 아니라 전이는 기판이 이동시 항상 발생된다. 그러나, 이동 속도가 균일하고 플럭스가 그 내에서 안정하다면, 기준 전이점은 증착존에서 이동하지 않는다. 본 발명을 따르면, 기준 전이점은 CIGS 조성의 형성을 제어하기 위하여 사용된다.
성장이 증착 존의 입구단에서 Cu-과다이고 출구단에서 Cu부족이 되도록 소스가 배열된다. 플럭스들은 0.75 내지 0.95의 영역에서 Cu/(In+Ga) 비를 갖고 약 0.10 내지 0.45의 Ga/(In+Ga) 비를 갖는 CIGS 막의 최종 조성을 제공하도록 조정된다. 도7에서, 영역 0.75-0.95의 Cu/(In+Ga) 비를 갖는 CIGS 막의 최종 조성이 도시된다. 도7은 또한 영역 0.75 내지 1.05에서 발생되는 샤프한 전이를 도시한다.
각 증착된 원소들의 량이 도4에 도시된다. 기판의 한 특정 위치에서 CIGS 막의 조성이 도시된다. 이 위치에서 조성이 기판이 프로세스 챔버를 통해서 이동할 때 얼마나 변화하는지를 도시한다. 기준 전이점의 상류에서, Cu 대 In+Ga의 비는 1 보다 크고 전이점 하류에선 1보다 작다.
기준점의 양측에서, 5-30cm의 거리에서, 각 센서(18 및 19)는 위치되어 전이와 관련된 물리적 특성, 특히 CIGS 재료 조성의 방출율에 관련된 파라미터, 저항율 또는 열용량을 감시한다.
기준 전이점이 자신의 기준 위치로부터 이동하면, 이 시프트는 센서들에 의해 검출된다. 원리적으로, 기준 전이점은 Cu의 변화 또는 (In+Ga) 플럭스의 변화로 인해 이동할 수 있다. 센서들로부터의 출력 신호는 제어기로의 입력 신호들로서 공급되는데, 이 제어기에서 입력 신호들을 처리하여 보정 출력 신호를 제공하는 소프트웨어 프로그램(28)이 존재하고 이 신호에 의해 증발 플럭스들은 시프트를 보상하도록 조정되어 전이점을 기준 위치로 다시 이동시킨다.
센서들은 Cu 풍부층을 Cu 부족 층으로의 전이를 나타내는 물리적 파라미터를 측정하도록 적응된다. 예시적인 파라미터들은 방출율, 저항율,열 용량, 증착된 CIGS 막에 의해 반사되거나 이를 통해서 투과되는 광의 세기 및 반사된 광의 세기에 대한 스펙큘러 광의 세기이다.
이하에서, 센서 측정 방출율은 도5와 관련하여 서술되고 나서, 도3 및 도4와 관련하여 설명된다. 프로세스 챔버를 통해서 일정한 속도로 이동하는 기판은 방출 센서로부터의 출력 신호가 방출 곡선(29)을 따르도록 할 것이다. 속도가 일정하기 때문에, 위치 및 시간간의 관계는 선형이 된다(s=vt). 프로세스 챔버로 진입하는 Mo 코팅된 기판은 낮은 방출값을 갖는데, 그 이유는 금속이 기판 히터들로부터 열 방사의 큰 프팩션을 반사하기 때문이다. 구리 풍부층이 증착하기 시작할 때, 방출 율은 증가하고 구리 풍부층을 나타내는 값에 도달할 것이다. 점선(29)으로 표시된 바와 같이 방출율이 급격하게 변화는 어느 순산/위치에서 전이가 발생될 때까지 방출율은 이 값으로 유지될 것이다. 이 위치에서, 방출율, 저항율 및 열 용량의 명백한 변화가 발생된다.
센서(18)에 의해 고 방출율 값이 측정되고 센서(19)에 의해 저 방출율 값이 측정된다. 두 가지 센서들이 방출율을 측정한다. 인라인 프로세스가 잠시동안 실행되고 전이점이 여전히 위치되는 곳에서 조건이 성취된다면, 이동하지 않는다. 지금부터, CIGS 막이 더욱 구리 풍부하게 되도록 Cu, Ga 또는 In 플럭스들 중 어느 플럭스가 변화하기 시작한다면, 이는 조성이 구리 부족이 되도록하는데 걸리는 시간을 더욱 길게한다는 것을 의미할 것이다. 따라서, 전이점은 프로세스 챔버 아래 방향으로 기준 위치로부터 도5의 우측으로 시프트할 것이다. 센서(19)로부터의 출력 신호는 증가할 것이다. 2개의 센서들에 의해 측정되는 방출율은 현재 높게될 것이다. 제어기 프로그램은 2개의 입력 신호들의 처리에 따라서 구리 플럭스를 감소시키는 곳으로 출력 신호를 전달할 것이다. 구리 흐름은 실제 전이점이 기준 전이점으로 다시 이동할 때까지 감소된다. 센서(18)로부터의 출력 신호가 감소되면, 전이점은 기준 전이점의 상류방향으로, 즉 도면에서 좌측으로 시프트하고 구리 플럭스는 실제 전이점이 기준 위치로 다시 이동할 때까지 증가되어야 한다.
가 증발 원들로부터 플럭스들은 각 소스들에 공급되는 전력을 조정함으로써 제어된다. 전력이 조정될 때, 온도는 이에 따라서 조정될 것이고 열전쌍(14', 15', 또는 16')는 자신의 온도를 제어기로 전송할 것이다.
이 제어기는 예를 들어 Cu 소스가 1500℃를 유지할 것을 명령할 것이다. 그 후, Cu 소스에서 도시되지 않은 온도 제어기는 열전쌍(14')이 1500℃의 온도를 보고할 때까지 히터(14)를 조정할 것이다. 기준 전이점이 도2의 좌측으로 이동하면, 제어기에서 프로그램은 실행되어 Cu 소스 온도를 1502℃로 증가시키도록 명령할 것이다. 온도 제어기는 히터로의 전력을 증가시키며, 온도는 상승되어 이는 온도를 다시 제어기에 보고하는 열전쌍(14')쌍에 의해 검출된다.
바로 위에 서술된 시나리오에서, 전이점의 시프트가 가변하는 구리 플럭스를 따른다고 가정하자. 상술된 바와 같이, 그러나, 전이점은 원리적으로 Cu의 변화 또는 (In+Ga) 플럭스의 변화로 인해 이동할 수 있다. 정확한 보정 작용이 제어기에 의해 취해지도록 확실하게 하기 위하여, 부가적인 정보가 필요로 된다. 이는 단지 Ga 및 In 소스가 일반적으로 Cu 소스보다 더 안정적이라는 점에서 간단하고 정확한 보정 작용은 항상 Cu-플럭스를 조정한다라고 추정된다. 특히, Cu 소스 히터(14)로 전달되는 전력은 조정된다. 또 다른 가능성은 라인 아래로 또는 심지어 프로세스 챔버를 벗어나서 제공되면 XRF 장치(20)를 이용한다는 것이다. 종래에, XRF 장치는 전체 조성을 측정하고 얇은 CIGS 층에 대해서, 각 증착된 원소의 총 원자량이 결정될 수 있다. 따라서, CIGS 층 두께 뿐만아니라 CIGS 층의 원소 조성의 측정은 XRF 장치(20)에 의해 얻어진다. XRF 장치 대신, CIGS 층의 조성 및/또는 두께를 측정하는 임의의 다른 장치를 이용할 수 있다.
전이점이 여전히 유지되면, 이는 CIGS 층의 조성이 정정되고 전이가 발생된다는 것을 반영하지만, CIGS 층의 두께는 반영하지 못한다. 이 두께는 원리적으로 임의의 두께일 수 있다. 그러므로, 두께 측정이 행해져야만 되는데, XRF 장치가 이를 위하여 사용된다.
상기로부터 조성 데이터가 이로부터 얻어진 경우 조차도 XRF 장치는 주로 두께 측정을 위하여 사용되고 제어기는 정확한 조성 및 정확한 두께의 CIGS 층을 얻기 위하여 증기원들을 제어하도록 적응된다는 것이 명백하다.
전이점이 우측으로 이동하면, 원리적으로 구리가 더욱 풍부한 증착을 얻기 위하여 In+Ga 플럭스들을 감소시킬 수 있지만 XRF 장치는 CIGS 막이 더욱 얇게되기 시작하고 이에 대응하는 신호를 제어기에 전송한다는 것을 검출한다. 그 후, 제어 프로그램은 적절한 보정 작용이 구리 플럭스를 증가시킨다는 것을 발견한다. 이는 저속 피드백을 제공하지만 구성물들의 상대적인 조성에 대한 정보가 아니라 각 원소의 총 증착된 량들에 대한 정보를 부가한다. 총 증착된 량, 즉 두께에 대한 프로세스 윈도우는 조성에 대한 것보다 실질적으로 크다. 또한 Ga/(Ga+In) 비에 대한 프로세스 윈도우는 상대적으로 크다. 이는 저속 피드백이 In 및 Ga 플럭스들에서 드리프트를 위하여 조정하고 고속 피드백이 Cu 플럭스를 변경시킴으로써 조성 제어를 위하여 조정하는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
이하의 장은 열전쌍에서 온도를 측정함을써 전이점을 검출할 수 있는 이유를 설명한다. 이 프로세스는 진공에서 발생되기 때문에, 열은 기판 및 이의 증착된 층들의 완전한 집합체로 그리고 이로부터 방사에 의해서만 전달된다. 도통에 의한 열 전달은 이 집합체 내에서 발생된다. 인 라인 시스템의 스타트 업 단계에 이어서, 방사 평형의 조건이 기판들 및 기판 히터들 간에 나타날 것이다. 기판 히터들이 열 을 방사시키는 상태에서, 기판 히터들과 마주보는 표면인 집합체의 최상부 표면은 얼마간의 열을 반사시킬 것이고 Mo 및 CIGS 층들을 포함하는 표면인 집합체의 최하부 표면은 얼마간의 열을 방사할 것이다. 알 수 있는 바와 같이 최하부 표면 상의 증착이 진행중일 때 기판 히터들은 아무런 변화도 없다; 기판 히터들은 기판 및 Mo 층에만 계속해서 보인다. 기판 히터들로 공급되는 전력이 일정하게 유지되면, 이 기판은 동일한 량의 열을 계속해서 흡수 및 반사시킬 것이다.
최하부 표면에서, 방출율은 전이가 발생될 때 변화될 것이다. 방출율이 낮을 때, 최하부 표면은 거의 열을 방사시키지 않을 것이고 기판 히터들에 공급되는 전력이 일정하게 유지되면 집합체는 더욱 따뜻하게(집합체 내의 열 전도로 인해) 될 것이다. 방출율이 높을 때, 최하부 표면은 더 많은 열을 방사시킬 것이고 집합체는 더욱 냉각된다.
방출율이 높게되는 위치에 있는 센서(18)는 특정 온도를 측정할 것이고 전이점 다음에 위치하고 방출율이 더욱 낮게되는 위치에 있는 센서(19)는 전이점이 센서들(18, 19) 간에 있을 때 더욱 높게되는 온도를 측정할 것이다.
소스 LXJ들로의 전력을 일정하게 유지하는 대신에, 이들을 개별적으로 제어하고 이들을 조절함으로써, 기판의 온도는 일정하게 유지된다. 그 후, 전이점의 양측에서 히터들은 기판 온도를 일정하게 유지하기 위하여 상이한 전력들로 공급될 필요가 있다. 따라서, 전력 차는 전이점이 해당 기판 히터들 간에서 제공된다는 것을 나타낼 것이다.
방출 센서의 특정 실시예들인 온도 센서들을 사용하는 것에 대한 대안으로 서, 전이점을 검출하기 위하여, 상기 언급된 미국 특허 5,633,033에 서술된 종류의 광할 센서를 사용할 수 있다.
또 다른 대안은 증착된 CIGS 막에 의해 반사되거나 이를 통해서 투가되는 광의 세기를 측정하는 센서를 이용하는 것이다.
또 다른 대안은 반사된 광의 세기 및 스펙큘러 광의 세기를 측정하는 광학 장치를 사용하는 것인데, 이 광은 정확한 각도로 증착된 CIGS 막의 최상부에 충돌하며, 한 센서는 반사된 광을 측정하고 또 다른 센서는 스펙큘러 광을 측정한다.
센서가 절대 판독을 행하면, 원리적으로 한 센서만을 이용하여 전이점을 검출할 수 있다. 전이점을 검출하기 위하여 2개 이상의 센서들을 이용하고 이들의 판독을 비교하면 상대 판독들을 이용하도록 한다. 제어기 및 이의 소프트웨어는 대응하여 설계될 필요가 있다. 도2에서, 제3 및 제4 센서들(30, 31)은 점선으로 도시된다. 이와 같은 제3 및 제4 센서들을 이용하면 전이점들이 이동하는 방향을 결정 및/또는 전이점의 시프트의 크기를 결정하도록 한다. 이 정보는 제어기에 의해 사용되어 적절한 보정 작용을 행하여 전이점을 다시 기준 위치로 이동시킨다. 물론, 센서들(18, 19, 30, 31)의 시스템은 전이점의 현재 위치를 결정하도록 한다.
도8은 CIGS 프로세스 챔버의 상면도이며 증착 시스템의 제2 실시예를 도시한다. 도2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 센서들(18, 19), 증발원들(11, 12, 13), 소스 히터들(14, 15, 16), 소스 온도 센서들(14', 15', 16'), XRF 소스(20), 및 제어기(17)을 갖는 대신에, 이중 제어 시스템은 도8에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 각 제어 시스템은 한 쌍의 센서들(18, 19), 증발원들(11, 12, 13), 소스 히터 들(14, 15, 16), 소스 온도 센서들(14', 15', 16'), XRF 소스(20) 및 제어기(17)를 포함한다. 2개의 제어 시스템들은 나란히 배열된다. 따라서, 전이점은 기판 재료의 폭에 걸친 방향에서 도시된 바와 같이 2개의 지점에서 제어된다. 도8을 볼 때, 이 표현이 일반적이고 부-정확할지라도, 2개의 제어 로우들이 존재한다고 할 수 있다. 각 제어 시스템은 본질적이지만, 완전하지는 않게 다른 제어 시스템과 무관하다. 따라서, 하나의 전이점의 제어는 본질적으로 다른 전이점의 제어와 무관하다. 상술된 바와 같이, 전이점은 소스 히터들로의 전력을 제어함으로써 제어된다. 이 배열에 의하여, 기판의 폭에 걸쳐 CIGS 필름의 증착이 정확하게 제어된다.
2개의 로우의 증발원들을 사용하면 기판의 폭에 걸친 CIGS 층의 원소 조성 및 두께가 조정되게 된다. 본 발명에 따르면, 각 제어 로우의 소스를 제어하는 능력은 기판의 폭에 걸친 (CIGS 층의) 조성의 불균일성 및 두께의 불균일성에 대해 조정할 가능성을 제공할 것이다. 이것은 이와 같은 조정을 제공할 수 없는 공지된 선형 증발원들을 사용하는 것에 비하여 장점인데, 그 이유는 이것이 다른 측에서의 증발 플럭스의 양에 대해 한 측에서 증발 플럭스의 양을 제어할 수 없기 때문이다.
한 로우의 증발원을 다른 로우의 증발원과 무관하게 제어하는 것이 가능하다. 그러나, 제어의 정확도를 증가시키기 위하여 로우들간의 종속성(depencency)을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 로우라 칭해지는 하나의 로우에서의 소스들에 대한 측정이 취해진다고 할 수 있다. 결과적인 측정치의 90%가 상기 제1 로우에서의 소스로부터 나오고 10%가 제2 로우라 칭하는 다른 로우에서의 소스로부터 나온다는 것을 인지하는 경우, 이러한 정보는 더 스마트한 보정 작용을 제공하는데 사용될 수 있다. 이거슨 보정 작용이 2개의 로우들 사이에서 가중될 수 있기 때문이다. 따라서, 한 로우에서의 증발원의 제어는 다른 로우에서의 증발원의 제어에 따를 수 있다.
도8 실시예의 수정은 기판들의 폭에 걸쳐 나란히 배열되는 3개 이상의 제어 시스템들을 사용하여 3개 이상의 위치들에서 전이점을 제어하는 것이다.
도9에서, 본 발명의 수정이 도시되어 있는데, 여기서 각 기판 히터에 센서(18 또는 19)가 존재함으로, 증착 존 내의 임의의 임의의 위치에서 전이점을 결정하도록 한다. 도시된 바와 같이, 도8에서와 같이 이중 로우의 제어 시스템들이 또한 존재하는데, 이는 전이점이 어디서 검출되든지 간에, 기판들의 폭에 걸쳐 CIGS 필름 증착을 정확하게 제어하도록 한다. 기판 히터의 구현에 따르면, 각 제어 시스템 내의 각 기판 히터에서 2개 이상의 센서가 존재할 수 있다.
도9 실시예의 수정은 기판들의 폭에 걸쳐 나란히 배열되는 3개 이상의 제어 시스템들을 사용하여 3개 이상의 위치들에서 전이점을 제어하는 것이다.
상기 실시예들은 Cu 풍부한 필름 조성으로부터 Cu 부족 필름 조성으로의 샤프한 전이의 결정을 토대로 한다. 다양한 상수 조건들이 제공되면, 샤프한 전이가 프로세스 챔버 내의 상대적으로 고정된 위치에서 측정된다. 다음으로, 샤프한 전이의 검출을 토대로 하는 것이 아니라, 그 대신에 CIGS 필름의 조성의 방향을 토대로 하는 일부 실시예들이 게시될 것이다. 따라서, 전이점을 검출할 필요가 없지만, 전이점 주변 이외의 많은 장소에서 검출이 행해질 것이다. 아래에서 더 인식되는 바와 같이, 프로세스 챔버의 외부에서 검출이 행해질 수 있고, 프로세스 챔버의 외측 에서도 검출이 행해질 수 있다. 따라서, 다음의 실시예들은 검출 장소에 관하여 더 많은 자유를 제공할 것이다.
도10은 센서들(18, 19, 30, 31)이 생략되고, 그 대신에 다수의 XRF 장치들(20)이 출구 주위의 증착 존 아래로 배열되는 제어 시스템을 게시한다. 도8의 배열에서와 같이, 기판의 폭에 걸쳐 여러 로우의 XRF 장치들이 존재할 수 있다.각 로우 내의 XRF 장치들은 증측된 CIGS 층의 두께 뿐만 아니라 조성을 제어하고, 기판의 길이 뿐만 아니라, 폭에 걸쳐 희망하는 두께 및 희망하는 조성을 갖는 CIGS를 성취하기 위하여 개별적인 증발원(11-13) 중 어느 하나를 조정하도록 적응되는 각각의 제어기(17)에 접속된다.
본 발명의 도10 실시예에서, CIGS 층의 각 물질들의 양들 뿐만 아니라 CIGS 층의 두께가 검출된다.
XRF 장치는 CIGS 층 내의 원소들 각각의 절대 측정치의 량들을 취할 수 있다. 결과적으로, 원소 각각의 총량 및 이에 의한 CIGS 층의 두께가 도한 측정될 수 있다. 원칙적으로, 셀레늄 함유량을 측정하는 것이 필요하지 않는데, 그 이유는 셀레늄 함유량이 자기-조정되기 때문이다. XRF 장치 대신에, 전자 망원경들에서 사용되는 종류와 유사한 EDX(에너지 분산형 X-선 분광기) 장치를 사용할 수 있다.
하나이고 동일한 장치에 의해 함유량 및 두께를 동시적으로 측정할 수 없는 경우, CIGS 층의 조성에 관한 직접적이거나 간접적인 측정을 행하기 위한 개별적인 장치, 및 CIGS 층의 두께를 측정하기 위한 개별적인 장치를 사용할 수 있고, 상기 개별적인 장치들은 증착 시스템 외측에 위치될 수 있다. 두께 측정 장치의 예들로 는 CIGs 층의 상부면을 추적하는 포인트들 또는 니들(needle)들, 소위 프로필로메터(profilometer)들이 있다. 다른 예들로는 광학 장치들이 있다.
CIGS 층 조성을 간접적으로 측정하는 일례는 각각의 원소들(Cu, Ga, In 및 필요하지는 않지만, Se)의 양의 측정치를 얻기 위하여 저항과 같은 물리적인 파라미터에 대해 원소 조성을 캘리브레이팅하는 것이다.
Mo-코팅된 기판 재료가 다양한 원소원들(11-13)을 만나는 순서는 변화될 수 있고, 도1-10에 도시된 것일 필요는 없다. 도11 및 12에서, 2개의 로우의 원소원(11-13) 및 XRF 장치들(20)이 존재하는 실시예가 게시되어 있다. 기판은 우선 2개의 Ga-원(12)을 만나고 나서, 2개의 Cu0원들(11)을 만나고, 최종적으로 2개의 In-원(13)을 만난다. 셀렌 원(26)은 셀레늄의 증기를 증착 존에 과도하게 제공할 것이다. 각각의 XRF 장치는 각각의 제어기(17)에 접속된다. 도13에서, 도11 및 12의 원소원(11-13)으로부터의 상대적인 방사가 도시되어 있다. 횡좌표는 증착 존(DZ)에서 Mo-코팅된 기판(21)이 이동하는 거리이다.
도10, 11 및 12에서, 도1-9의 실시예들에서 적용된 관계(Cu/(In+Ga)>1)는 전이점의 다른 검출이 행해지지 않기 때문에, 충족될 필요가 없다. 그 대신에, 조서의 더 점진적인 검출이 XRF 장치들에 의해 행해지고, 관계(Cu/(In+Ga))는 증착 동안 임의의 시간에서 1보다 더 클 필요가 없다. 도11 및 12에서 사용되는 XRF 장치로부터의 출력 신호가 처리되며, 결과적인 제어 신호가 도14에 개략적으로 도시된다. 제어 신호는 농도를 측정하고 원소의 정확한 비율이 증착된 CIGS 층에서 성취되는 경우 상수이다. 예를 들어, Cu-농도가 너무 높은 경우, 제어기는 보정 작용을 취하여 Cu 증발원(11)의 히터(14)에 공급되는 전력을 감소시킬 것이다. 보정 이후에, 제어 신호는 상수 값으로 리턴된다. Cu 농도가 너무 높다고 하기 전에, Cu 농도가 높아진 이유가 갈륨 및 인듐이 감소된 결과인지를 결정해야 한다. 감소된 갈륨 및 인듐 농도는 증착된 CIGS 층의 두께 감소로 나타난다. 두께가 너무 작은 경우, 우선 Ga- 및In-원의 히터로의 전력을 증가시킨 후에, Cu원의 히터로의 전력을 증가시키기 이전에 새로운 Cu 판독을 취해야 한다.
도15 및 16에서, 이전에 설명된 실시예에서와 같이 Mo-코팅된 기판들 하에서 배열되는 것이 아니라, 각 로우들이 기판들(21)의 에지들에 측면에 그리고 상기 에지들에 거리를 두고 배열되도록 측방향으로 변위되는 2개의 로우의 증발원들(11, 12, 13 및 26)이 존재하는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 증착된 재료의 흠(flaw)들이 헐거워지고 떨어지는 경우, 또는 Mo-코팅된 유리 기판이 균열되는 경우, 증발원들 상으로 아무것도 떨어지지 않음으로써 증착을 방해하지 않을 것이다.
도15의 실시예의 부가적인 특징은 XRF 장치들(20)이 증착 시스템 외측에 배열됨으로써, 프로세스 챔버 외측에 있는 기판들 상의 조성 및 두께 측정들을 행한다는 것이다. 이 특성의 수정으로서, 하나의 로우에 따른 증발원들에 관한 측정들을 행하는 하나의 로우 위치로부터 다른 로우의 증발원들에 따른 증발원들에 관한 측정을 행하는 다른 로우 위치로 이동되는 단일 XRF 장치를 사용하는 것이 가능하다. 3개의 로우의 증발원들이 존재하는 경우, XRF 장치는 각각의 로우의 증발원에서 측정들을 행하는 3개의 로우 위치들 간을 이동할 것이다.
도15 실시예의 부가적인 수정은 파선으로 도시된 바와 같이, In 증발원들(13) 아래로 배열되는 Ga 증발원들(12)의 부가적인 세트를 사용하는 것이다. 도 다른 수정은 이동하는 방향(22)에서 볼 때 증발원들의 다음 시퀀스: In-Cu-Ga를 사용하는 것이다. 따라서, 여러 Ga 원들을 사용하는 것이 가능하고, Cu원에 대한 Ga 원들의 위치들이 시프트될 수 있다. 다른 수정은 다음 시퀀스: In-Cu-Ga-In를 사용하는 것이다.
도16은 프로세스 챔버(7)를 통해 이동하는 기판(21)에 대하여 2개의 증발원들(11)의 배열 및 방위를 도시한다. 각각의 소스는 운송된 기판의 레벨 아래에 그리고 기판의 가까운 에지(31)로부터 거리를 두고 그 측면에 위치한다. 파선들로 나타난 바와 같이, 2개의 증발원으로부터의 방사들이 기판의 중간 영역에서 중첩함으로써, 둘 모두 이 에어리어의 증착에 기여한다. 이 중간 영역 외측의 에어리어들은 주로 하나의 소스로부터의 증착을 겪는다. 증발원들의 설명된 배열 및 방위에 의하여, 설명된 소스들에 의해 증착되는 층의 균일한 두께를 성취하는 것이 가능하다.

Claims (48)

  1. 프로세스 챔버에서 동시-증발 증착 프로세스에 의해 제조되는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어하는 방법으로서, 증착 조건들은 증착된 Cu-과다 전체 조성이 Cu-부족 전체 조성으로 변환되도록 되는, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법에 있어서,
    a. 인라인 연속 기판 흐름 제조 시스템의 프로세스 챔버에서 상기 동시-증발 프로세스를 수행하는 단계;
    b. 구리 풍부한 조성으로부터 구리 부족 조성으로의 전이가 동일한 전이와 관련된 물리적 파라미터를 이용함으로써 발생되는 곳을 검출하는 단계로서, 인스턴트를 기준 전이점이라 칭하는 검출 단계;
    c. 상기 물리적 파라미터를 이용하여 상기 전이점의 시프트를 검출하는 단계; 및,
    d. 상기 전이점을 상기 기준 전이점으로 다시 이동시키기 위하여 증발 플럭스들을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기판의 폭에 걸친 방향에서 볼 때 적어도 한 위치에서 상기 검출을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전 지들의 조성 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    몰리브덴 후면 접촉 층이 제공되는 기판이 CIGS 프로세스 챔버를 통해서 이동하며, 상기 물리적 파라미터는 2 포인트들에서 감시되는데, 상기 위치의 양면에서 상기 CIGS 층은 변환이 발생하는 위치를 검출하기 위하여 프로세스 챔버에서 기준 전이점을 가지며, 상기 위치는 기준 위치로 칭해지는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    가열 소자들은 상기 전이가 발생되는 위치의 양면에서 배열되며, 상기 기판으로 전달되는 전력을 일정하게 유지시키고 기준 위치에서 2개의 인접 가열 소자들에서의 온도차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열 소자들로 개별적으로 제어된 전력을 공급함으로써 상기 기판의 온도 및 증착된 CIGS 필름을 일정하게 유지시키고 상기 기준 위치엣 2개의 인접한 가열 소자들에서 전달되는 전력 차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버의 폭에 걸쳐서 분포되는 여러 쌍들의 센서들이 상기 2개의 포인트들에서 검출을 위하여 사용되며, 각 증발원들의 세트에 각 센서 쌍을 할당하고 각 전이점들을 자신들의 기준 전이 위치들로 다시 이동시키기 위하여 각 증발 세트에서 증발 흐름들을 개별적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    한 쌍의 센서들은 상기 2개의 포인트들에서 검출을 위하여 사용되며, 각 세트에서 구리 플럭스를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 물리적 파라미터는 CIGS 층의 방출율에 관계되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 물리적 파라미터는 열용량 또는 공지된 바와 같이 저향율인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 물리적 파라미터는 상기 증착된 CIGS 막에 의해서 또는 이를 통과하여 투과되는 광 세기에 관계하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 물리적 파라미터는 반사된 광의 세기에 대해서 스펙큘라 광의 세기에 관계하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CIGS 필름의 구성물들의 증착된 량을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판(21)의 폭에 걸쳐서 로우들로 증발원들의 세트들(11, 12, 13)을 제공하고 각 로우들 내의 증발 플럭스들을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 CIGS 막의 구성물들의 증착된 량을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  15. 몰리브덴 후면 접촉 층(3)이 제공되는 기판들(2)이 CIGS 프로세스 챔버에서 증착 존(DZ)을 통하여 연속적으로 이동하는 CIGS 프로세스 챔버(7)를 포함하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치로서, 상기 프로세스 챔버는 다수의 분리된 가열 요소(10)를 포함하는, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 상기 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치에 있어서,
    하나 이상의 센서(18,19;30,31)가 증착 존에 배열되고 제어기에 접속되며, 상기 센서는 Cu-과도 조성으로부터 Cu-부족 조성으로 증착된 CIGS 필름의 변환에 관한 물리적인 파라미터를 측정하도록 배열되며, 상기 변환은 기판이 상기 프로세스 챔버를 통하여 이동할 때, 상기 프로세스 챔버 내의 기준 전이점(27)에서 발생하고, 상기 센서는 증착된 CIGS 필름에서의 물리적인 파라미터를 상기 기준점에서 측정함으로써 상기 기준 전이점으로부터의 이동하는 기판상의 실제 전이점의 시프트를 검출하도록 배열되며, 상기 제어기(17)는 센서 출력 신호를 입력으로서 수신하고, 증발 플럭스를 조정하여 실제 전이점이 기준 전이점으로 다시 이동하도록 하는 보정 신호를 출력으로서 전달하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    센서 쌍(18, 19)을 함께 형성하는 2개의 센서들은 전이점의 각 측에 배열되며, 상기 쌍의 각 센서는 제어기의 각각의 입력에 접속되고, 상기 센서 쌍은 증발원들과 로우로 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  17. 제 15 항 또는 16 항에 있어서,
    상기 CIGS 필름의 조성들의 증착된 양을 검출하는 장치(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    센서 쌍은 증발원들(11-13)의 개별적인 세트와 관련되며, 2개의 센서 쌍들(18, 19)은 프로세스 챔버의 폭에 걸친 방향에서 볼 때 상이한 위치에서 배열되고, 각 센서 쌍 및 증발원들의 관련 세트는 각 로우에 배열되며, 각 센서 쌍 및 로우의 증발원들의 세트는 각 증발 세트에서 증발 흐름을 조정하기 위하여 각각의 제어기(17)에 접속되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    증발원들(11-13)의 세트를 각각 포함하는 2개의 로우들이 존재하며, 기판들이 증착 챔버(7)를 통하여 흐르는 경로의 각 측면 및 상기 경로의 외측에서 2개의 로우의 증발원들을 제공하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  20. 제 18 항 또는 19 항에 있어서,
    CIGS 필름의 조성들의 증착된 양을 검출하는 장치(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    CIGS 필름의 조성들의 증착된 양을 검출하는 상기 장치는 XRF 장치(X-선 플로루레슨스), EDX(에너지 분산형 X-선 분광기) 장치 또는 프로필로메터인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    부가적인 센서 쌍들 및 관련된 증발원들(11-13)은 상기 2개의 로우들 사이의 위치에서 로우로 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    하나 이상의 부가적인 센서들(30, 31)이 각각의 제어기들(17)의 입력에 접속되고, 상기 부가적인 센서들은 기준 전이점 위 및/또는 아래로 물리적인 파라미터를 측정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기(17)는 Cu 대 In+Ga의 상대적인 양을 변화시키도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  25. 제 15 항에 있어서,
    x-선 플로루레슨스 조성 측정 장치(20)는 각 원소(Gu, Ga, In, Se)의 총 증착된 양들을 측정함으로써 증착된 CIGS 층의 두께 및 조성을 측정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어기(17)는 상기 x-선 플로루레슨스 조성 측정 장치(20)에 접속되며, 증착된 CIGS 층의 두께를 일정하기 유지하기 위하여 증착된 Cu의 총 량 및 증착된 Ga-In의 총 량을 조정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  27. Cu, In, Ga 및 Se를 갖는 증발원들(11-13, 26)을 포함하는 프로세스 챔버(7)에서 동시-증발 증착 프로세스에 의해 제조되는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어하는 방법으로서, 증착된 층에서의 원소들의 개별적인 양들을 측정하는 단계를 포함하는, 상기 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법에 있어서,
    기판(21)의 폭에 걸쳐 로우들에서 증발원들(11, 12, 13)의 세트들을 제공하는 단계,
    증착된 층에서의 원소들의 개별적인 양을 각 로우에서 측정하는 단계, 및
    원소들의 균일한 조성의 CIGS 필름을 제공하기 위하여 각 로우들에서 증발 플럭스들을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    각 로우들에서 증착된 CIGS 필름의 총 두께를 측정하는 단계 및 균일한 두께 의 CIGS 필름을 제공하기 위하여 개별적인 증발원들(11-13) 중 적어도 하나로부터 플럭스를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    증발원들(11-13)의 세트를 각각 포함하는 2개의 로우들이 존재하며, 기판들이 증착 챔버(7)를 통하여 흐르는 경로의 각 측면 및 외측에서 2개의 로우의 증발원들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  30. 제 27 항 내지 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내측의 측정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  31. 제 27 항 내지 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 외측의 측정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 조성 제어 방법.
  32. 몰리브덴 후면 접촉 층(3)이 제공되는 기판들(21)이 CIGS 프로세스 챔버에서 증착 존(DZ)을 통하여 연속적으로 이동하는 CIGS 프로세스 챔버(7)를 포함하는 구 리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치로서, 상기 프로세스 챔버는 다수의 분리된 기판 히터들(10), Cu, In, Ga 및 Se을 갖는 증발원들(11-13, 26), 및 소스 히터들(14, 15, 16)을 포함하는, 상기 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치에 있어서,
    기판(21)의 폭에 걸쳐 로우들에서 증발원들(11, 12, 13)의 세트들, CIGS에서의 증착된 원소들의 각각의 양들을 각 로우들에서 검출하는 적어도 하나의 조성 검출 장치(20), 및 상기 적어도 하나의 조성 검출 장치에 접속되고 원소들의 균일한 조성의 CIGS 층을 제공하기 위하여 대응하는 원소의 증착된 양의 검출된 변화에 응답하여 각각의 로우들에서 증발 플럭스들을 조정하도록 적응되는 제어기(17)를 제공하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치(20)는 각각의 로우들에서 증착된 CIGS 필름의 조성들의 증착된 양을 측정하도록 적응되며, 상기 제어기(17)는 균일한 두께의 CIGS 필름을 제공하기 위하여 각각의 로우들에서 증발 플럭스들을 조정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  34. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    기판의 운송 방향에서 볼 때 프로세스 챔버의 폭에 걸쳐 배열되는 2개의 로우의 증기원들이 존재하며, 기판들이 증착 챔버(7)를 통하여 흐르는 경로의 각 측 및 상기 경로의 외측에 2개의 로우의 증발원들을 배열하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  35. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치(20)를 상기 프로세스 챔버 내에 제공하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  36. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치(20)를 상기 프로세스 챔버 외측에 제공하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  37. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 기판(21) 아래의 레벨에 증발 증기원(11-13)을 배열하는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  38. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치(20)는 CIGS 층의 조성을 직접적으로 측정하는 장치인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  39. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치(20)는 각 원소의 총 증착된 양들을 측정함으로써 CIGS 층의 두께를 또한 측정하도록 적응되는 EDX(에너지 분산형 X-선 분광기) 장치 및/또는 (X-선 플로루레슨스) 장치인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  40. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 제어기(17)는 입력 신호로서 각 원소의 총 증착된 양들을 나타내는 신호를 수신하고 상기 후자의 신호에 응답하여 CIGS 필름의 균일한 두께를 제공하기 위하여 증발원들(11, 12, 13)로부터 플럭스들을 조정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  41. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치는 CIGS 층의 조성을 간접적으로 측정하는 장치인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  42. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조성 검출 장치는 저항 측정 장치인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  43. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    개별적인 두께 측정 장치가 증착된 CIGS 층의 두께를 측정하기 위해 제어기에 접속되며, 상기 제어기는 균일한 두께를 제공하기 위하여 검출된 두께 변화에 응답하여 증발원들(11, 12, 13)로부터 플러스들을 조정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 두께 측정 장치는 프로필로메터인 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  45. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    Cu, Ga 및 In을 갖는 증발원들이 존재하며, 상기 증발원들은 기판의 웅ㄴ송 방향에서 볼 때 다음 순서: Ga, Cu, In로 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    Ga를 갖는 부가적인 증발원이 In 증발원 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  47. 제 32 항 또는 33 항에 있어서,
    Cu, Ga 및 In을 갖는 증발원들이 존재하며, 상기 증발원들은 기판의 운송 방향에서 볼 때 다음 순서: In, Cu, Ga로 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    In을 갖는 부가적인 증발원이 Ga 증발원 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS) 태양 전지들의 제조를 위한 인-라인 연속 기판 흐름 제조 장치.
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