KR20070097472A - Ｃｉｓ계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법 - Google Patents

Ｃｉｓ계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법 Download PDF

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Abstract

간단한 장치에 의해, 장치 내의 온도를 균일하게 하여, 반응 가스 및 셀렌, 황과의 접촉성을 향상시킨다.
장치 내에 분위기 균일 수단인 팬(3)을 마련하는 동시에, 반응 가스의 대류가 원활해지는 상기 대상물의 배치방법, 즉 복수의 평판상 대상물(2)을 일정한 간극을 마련하여, 장치의 장축 방향으로 평행하게, 또한 이의 판면을 수직으로 대상물을 배치하고, 상기 대상물 군 내부의 내부 유로, 상부, 하부, 양 측부의 가스 유로를 갖는 방법에 의해, 각 대상물이 장치 내의 반응 가스와 접촉하기 쉽게 되어 장치 내의 온도가 균일해져 반응 가스 및 셀렌, 황과의 접촉성이 향상된다.
CIS계 박막 태양 전지, 광 흡수층, 셀렌화, 황화

Description

ＣＩＳ계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법{Method for forming light absorbing layer in CIS-based thin film solar battery}
본 발명은 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법에 관한 것이다.
CIS계 박막 태양 전지는, 도 7에 도시한 바와 같이, 유리 기판, 금속 이면 전극층, p형 CIS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층의 순으로 적층된 서브스트레이트 구조의 pn 헤테로 접합 디바이스이고, 상기 CIS계 광 흡수층을 제작하는 경우, 유리 기판 위의 금속 이면 전극층에 도 5에 도시한 바와 같은, Cu/Ga(대상물 2A), Cu/In(대상물 2B), Cu-Ga/In(대상물 2C) 중의 어느 하나로 이루어진 적층 구조의 금속 프리커서 막(이하, 제막 대상물이라고 한다)을 셀렌화 또는 황화하여 CIS계 광 흡수층을 제작한다. 상기 제막 대상물을 셀렌화 또는 황화하는 제막방법으로서, 종래의 제막방법은, 도 6에 도시한 바와 같이, 원통상의 석영 챔버(1A) 내에 복수의 판상의 제막 대상물을 일정 간격의 간극을 마련하여 배치하고, 자연 대류 방식에 의해 셀렌화 또는 황화하여 광 흡수층을 제막하고 있었다.
셀렌화하는 경우는, 상기 대상물(금속 프리커서 막)을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 셀렌 공급원을 도입하고, 봉쇄한 상태에서 승온시키고, 대상물을 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
황화하는 경우는, 상기 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 황화 가스 등의 황 공급원을 도입하여, 봉쇄한 상태에서 승온시키고, 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
또한, 셀렌화 후 황화하는 경우는, 봉쇄한 셀렌 분위기의 장치 내를 황 분위기로 교체한 상태에서, 장치 내 온도를 승온시키고, 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써, 열분해한 황과 반응시킴으로써 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
도 6에 도시한 종래의 자연 대류 방식에 의한 제막방법(셀렌화 또는 황화 장치)은, H2Se, H2S 등의 반응 가스(및 칼코겐 원소(셀렌, 황))와 희석 가스(불활성 가스) 사이에 비중차가 있어 반응로의 하부에 반응 가스가 쌓이기 쉽고, 로(爐)내의 반응 가스에 불균일이 생기고, 그 결과, 구성 성분비가 불균일한 광 흡수층이 제작되어, 태양 전지 성능이 불균일해진다. 또한, 태양 전지 성능은 제막 대상물 내의 나쁜 개소(소정의 품질 또는 성능을 만족시키고 있지 않는 경우)로 끌려가 나쁜 개소가 존재하면 전체적으로 품질 또는 성능이 나쁜 태양 전지가 제작되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
상기 로 내의 반응 가스를 균일하게 하기 위해서, 플라스마 디스플레이 패널 등의 제작공정에서, 로 내에 반응 가스를 균일하게 하는 수단, 예를 들면, 반응 가스를 교반하는 팬 및 반응 가스의 순환 경로가 되는 배플을 마련하는 것이 알려져 있다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)11-311484호]. 그리고, 상기 반응로의 용도는 플라스마 디스플레이 패널 등의 기판 유리의 소성용으로, 로 내부 온도를 균일하게 하기 위한 것으로, 용도의 대상물이 다르고, 반응 가스도 사용하지 않는 점에서, 이를 즉시 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제막에 사용하는 것은 어렵다. 또한, 상기 일본 공개특허공보 제(평)11-311484호에 기재된 로 내에 상기 순환 경로가 되는 배플을 설치한 로는, 이의 구성이 복잡하고 고가이기 때문에, 제조 비용이 증대한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 간단한 장치(의 부가) 구성에 의해, 장치 내의 온도를 균일하게 하는 동시에, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시킴으로써, 동시에 제막되는 복수의 광 흡수층의 품질(성분비) 및 성능을 균일하게, 또한 향상시키면, 함께 태양 전지 성능 및 제품의 제품 제조 비율을 향상시키는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
(1) 본 발명은, 상기 문제점을 해소하는 것으로, 유리 기판, 금속 이면 전극층, p형 CIS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층의 순으로 적층된 서브스트레이트 구조의 pn 헤테로 접합 디바이스인 CIS계 박막 태양 전지에 있어서의 상기 광 흡수층의 제작방법으로서, 상기 제작방법은, 유리 기판 위의 금속 이면 전극층에 Cu/Ga, Cu/In, Cu-Ga/In 중의 어느 하나로 이루어진 적층 구조의 금속 프리커서 막이 형성된 셀렌화 또는 황화의 대상물(이하, 대상물이라고 한다)을 셀렌화하여 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 셀렌화 공정, 상기 대상물을 황화하여 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 황화 공정, 상기 대상물을 셀렌화ㆍ황화하여 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 셀렌화ㆍ황화 공정 중의 어느 하나를 가지며, 상기 각 공정에서 장치 내에 분위기 균일 수단을 마련하는 동시에, 반응 가스의 대류가 원활해지는 상기 대상물의 배치방법에 의해, 장치 내의 온도를 균일하게 하고, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시키는 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(2) 상기 항목(1)에 있어서, 본 발명은 상기 분위기 균일 수단이 분위기 가스를 강제적으로 대류시키는 전동 팬으로 이루어지며, 상기 대상물의 배치방법이, 복수의 평판상 대상물(대상물 군(群))을 일정한 간극을 마련하여, 원통형 장치의 장축 방향으로 평행하게, 또한 이의 판면을 수직으로 대상물을 배치하여, 상기 대상물 군 내부의 상하 방향 및 상기 장축 방향의 반응 가스 유로 및 대상물 군 외주위의 상부, 하부 및 양 측부의 상기 가스 유로를 갖는 동시에, 각 대상물이 장치 내의 반응 가스와 접촉하기 쉬운 것인 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(3) 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 있어서, 본 발명은 상기 셀렌화 공정이 상기 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태로 승온시키고, 장치 내를 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 따르는 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해, 상기 대상물의 셀렌화 반응을 균일하게 하여, 금속 프리커서 막을 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(4) 상기 항목(1), 항목(2) 또는 항목(3)에 있어서, 본 발명은 상기 셀렌화 공정이 상기 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 20%, 바람직하게는 2 내지 10%의 희석된 셀렌화수소 가스 등의 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태로, 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 따르는 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하고, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 500℃까지 승온시키고, 상기 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 시간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막함을 특징으로 하는 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
(5) 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 있어서, 본 발명은 상기 황화 공정이 상기 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 30%, 바람직하게는 2 내지 20%의 희석된 황화 가스 등의 황 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태로, 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 따르는 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하고, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 550℃까지 승온시키고, 상기 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 시간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(6) 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 있어서, 본 발명은 상기 셀렌화ㆍ황화 공정이, 상기 항목(1), 항목(2), 항목(3) 또는 항목(4)에 따르는 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막 후, 봉쇄한 셀렌 분위기의 장치 내를 황 분위기로 교체한 상태에서 장치 내 온도를 승온시키면서, 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 따르는 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해 황화 반응을 균일하게 하고, 상기 항목(1), 항목(2) 또는 항목(3)에 따르는 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 일정 온도로 일정 시간 유지하는 것으로 황과 반응시킴으로써 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(7) 상기 항목(1), 항목(2), 항목(3) 또는 항목(4)에 있어서, 본 발명은 상기 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층이, CuInSe2, Cu(InGa)Se2 또는 CuCaSe2로 이루어진 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(8) 상기 항목(1), 항목(2) 또는 항목(5)에 있어서, 본 발명은 상기 황화물계 CIS계 광 흡수층이, CuInS2, Cu(InGa)S2, CuGaS2로 이루어진 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
(9) 상기 항목(1), 항목(2) 또는 항목(6)에 있어서, 본 발명은 상기 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층이, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuGa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)(SSe)2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuCaSe2, CuGa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2 또는 CuGa(SSe)2을 표면층으로서 갖는 CuGaSe2로 이루어진 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법이다.
본 발명은 CIS계 박막 태양 전지에 있어서의 CIS계 광 흡수층의 제작공정 중의 셀렌화, 황화 셀렌화 또는 황화 또는 셀렌ㆍ황화와 같은 제막공정에서 사용하는 제막방법이다. CIS계 박막 태양 전지(5)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 유리 기판(5A), 금속 이면 전극층(5B), p형 CIS계 광 흡수층(5C), 고저항 버퍼층(5D), n형 창층(투명 도전막)(5E)의 순으로 적층된 서브스트레이트 구조의 pn 헤테로 접합 디바이스이고, 상기 CIS계 광 흡수층(5C)을 제작하는 경우, 유리 기판 위의 금속 이면 전극층(5B)에 도 5에 도시한, Cu/Ga(대상물 2A), Cu/In(대상물 2B), Cu-Ga/In(대상물 2C) 중의 어느 하나로 이루어진 적층 구조의 금속 프리커서 막(이하, 제막 대상물이라고 한다)을 셀렌화, 황화 또는 셀렌ㆍ황화와 같은 제막공정을 거쳐 CIS계 광 흡수층(5C)을 제작한다.
본 발명의 제막방법은 강제 대류 방식을 채용함으로써, 종래의 자연 대류 방식에 의한 제막방법의 문제점인, H2Se, H2S 등의 반응 가스(및 칼코겐 원소(셀렌, 황))와 희석 가스(불활성 가스) 사이에 비중차가 있어 반응로의 하부에 반응 가스가 쌓이기 쉽고, 로 내의 반응 가스에 불균일이 생기는(표 2의 종래의 장치의 실험 데이터 참조) 현상, 및 로 내의 상부와 하부에서 온도차가 생기는(도 6의 종래의 제막방법의 실험 데이터 참조) 현상을 해소하여, 장치 내의 온도를 균일하게 하는 동시에, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시킴으로써, 제막되는 복수의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 품질(성분비) 및 성능을 균일하게, 또한 향상시키는 동시에, CIS계 박막 태양 전지의 태양 전지 성능 및 제품의 제품 제조 비율을 향상시킬 수 있다.
그래서, 본 발명의 제막방법에 있어서는, 장치 내의 온도 및 반응 가스를 균일하게 하는 동시에, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시키기 위해서, 장치 내에 상기 각 공정에서 장치 내에 분위기 균일 수단을 마련하는 동시에, 반응 가스의 대류가 원활해지는 상기 대상물의 배치방법을 채용한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 분위기 균일 수단은 분위기 가스를 강제적으로 대류시키는 전동 팬(3)이고, 상기 대상물의 배치방법은 홀더(4)에 의해, 복수의 평판상 대상물(대상물 군)을 일정한 간극을 마련하여, 원통형의 장치(석영 챔버(1A))의 장축 방향으로 평행하게, 또한 이의 판면을 수직으로 대상물(2)을 배치하여 상기 대상물 군 내부의 상하 방향 및 상기 장축 방향의 반응 가스의 유로인 내부 유로 및 대상물 군 외주위의 상부 유로, 하부 유로 및 좌우의 측유로를 갖는 동시에, 각 대상물이 장치 내의 반응 가스와 접촉하기 쉽게 한다.
상기 셀렌화 공정은 상기 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태로 승온시키고, 장치 내를 상기 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해, 상기 대상물의 셀렌화 반응을 균일하게 하고, 금속 프리커서 막을 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
상기 셀렌화 공정은 상기 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 20%, 바람직하게는 2 내지 10%의 희석된 셀렌화수소 가스 등의 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태로, 상기 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하여, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 500℃까지 승온시키고, 상기 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 시간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
상기 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층은 CuInSe2, Cu(InGa)Se2 또는 CuGaSe2로 이루어진다.
상기 황화 공정이 상기 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 30%, 바람직하게는 2 내지 20%의 희석된 황화 가스 등의 황 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태에서, 상기 분위기 균일 수단 및 상기 대상물의 배치방법에 의해 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하여, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 550℃까지 승온시키고, 상기 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 시간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
상기 황화물계 CIS계 광 흡수층은, CuInS2, Cu(InGa)S2, CuGaS2로 이루어진다.
상기 셀렌화ㆍ황화 공정은, 상기 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막 후, 봉쇄한 셀렌 분위기의 장치 내를 황 분위기로 교체한 상태에서, 장치 내 온도를 승온시키면서, 상기 분위기 균일 수단에 의해 황화 반응을 균일하게 하고, 상기 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써, 황과 반응시켜 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막한다.
상기 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층은, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuGa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)(SSe)2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, CuCa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2 또는 CuGa(SSe)2을 표면층으로서 갖는 CuGaSe2로 이루어진다.
본 발명의 상기 강제 대류 방식에 의한 제막방법에 있어서의 대상물(기판 사이즈: 300mm ×1200mm) 위의 온도 분포와 종래의 자연 대류 방식에 의한 제막방법에 있어서의 대상물(기판 사이즈: 본 발명과 동일) 위의 온도 분포의 비교를 도 4에 도시한다. 양 제막방법 모두 도 3에 도시한 바와 같은 온도 제어(실온 내지 510℃까지 10℃/분으로 승온시키고, 510℃에서 30분 유지)에 의해 제막하여, 대상물의 I, II, III, IV의 4개소에 열전쌍을 붙여 상기 온도 프로그램에 의해 대상물을 승온시키고, 측정점 A(100℃), 측정점 B(200℃), 측정점 C(400℃), 측정점 D(510℃)에서의 온도 분포의 결과를 나타낸 것이다. 그 결과, 각 온도 측정점에서의 대상물중의 온도차가, 종래의 제막방법에 비해 본 발명의 제막방법은 적은 것이 판명되었다.
본 발명의 상기 강제 대류 방식에 의한 제막방법에 의해 제막한 CIS계 광 흡수층으로 이루어진 CIS계 박막 태양 전지(300mm ×1200mm 사이즈)를 16분할(A 내지 P)하여, 각각의 변환 효율의 측정 결과(대상물의 측정 위치 A 내지 P에 대응하는 변환 효율을 각각 나타낸다)를 하기 표 1에 기재한다.
본 발명의 장치: 대상물(셀렌화 또는 황화)의 측정 개소
A B C D
E F G H
I J K L
M N O P
변환 효율(Eff(%))의 측정 결과
11.9 11.9 11.7 12.1
11.9 11.5 12.3 11.6
12.2 12.4 12.5 11.8
12.0 12.3 12.0 12.1
종래의 자연 대류 방식에 의한 제막방법에 의해 제막한 CIS계 광 흡수층으로 이루어진 CIS계 박막 태양 전지(300mm ×1200mm 사이즈)를 16분할(A 내지 P)하여 각각의 변환 효율의 측정 결과(대상물의 측정 위치 A 내지 P에 대응하는 변환 효율을 각각 나타낸다)를 하기 표 2에 기재한다.
종래의 장치: 대상물(셀렌화 또는 황화)의 측정 개소
A B C D
E F G H
I J K L
M N O P
변환 효율(Eff(%))의 측정 결과
9.6 9.5 9.4 9.5
9.6 9.7 10.1 9.9
11.0 10.5 10.7 11.5
11.9 11.5 11.6 12.0
상기 표 1 및 표 2에 기재한 바와 같이, 상기 본 발명의 제막방법에 의해 제작한 CIS계 박막 태양 전지는, 종래의 제막방법에 의해 제작한 CIS계 박막 태양 전지와 비교하여, 변환 효율이 높고, 각 태양 전지내의 각 위치에서 대략 균일한 것이 판명되었다. 또한, 상기 변환 효율의 측정은, JIS C 8914I에 준거하고, 정상광 솔라시뮬레이터로 표준 조건으로 측정(조사 강도: 100mW/㎠, AM(아마스): 1.5, 온도 25℃)하였다.
이상과 같이, 본 발명의 제막방법은 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 대상물의 각 개소에서의 온도 분포를 균일하게 하는 동시에, 상기 표 1에 기재한 바와 같이, 태양 전지내의 각 개소에서의 변환 효율을 균일하게 하고, 고변환 효율을 수득하는 것이 증명되었다.
본 발명은 장치 내의 온도를 균일하게 하는 동시에, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시키기 위한 분위기 균일 수단, 반응 가스의 대류가 원활해지는 상기 대상물의 배치방법과 같은 간단한 방법에 의해, 장치 내의 온도를 균일하게 하는 동시에, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시킴으로써, 동시에 제막되는 복수의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 품질(성분비) 및 성능을 균일하게, 또한 향상시킬 수 있는 동시에, CIS계 박막 태양 전지의 태양 전지 성능 및 제품의 제품 제조 비율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법에 사용하는 제막 장치의 개략 구성도(정면도)이다.
도 2는 본 발명의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작 장치 내에 제막 대상물을 배치한 상태를 도시한 도면(측면도)이다.
도 3은 본 발명의 제막방법의 온도 제어 상태(도 4의 온도 분포에 있어서의 측정점을 포함한다)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작장치로 제막한 제막 대상물과 종래의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작장치로 제막한 제막 대상물의 온도 측정점에서의 제막 대상물의 온도 분포의 비교도이다.
도 5는 본 발명의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법에 있어서의 제막 대상물의 구성도(단면도)이다.
도 6은 종래의 CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법에 사용하는 제막 장치의 개략 구성도(정면도)이다.
도 7은 CIS계 박막 태양 전지의 개략 구성도(단면도)이다.
부호의 설명
1 제막 장치
1A 석영 챔버
1B 히터
2 제막 대상물
2A Cu-Ca 적층막
2B Cu-In 적층막
2C Cu-Ga-In 적층막
3 팬
4 홀더
4A 홀더 각부
5 CIS계 박막 태양 전지
5A 유리 기판
5B 금속 이면 전극층
5C CIS계 광 흡수층
5D 고저항 버퍼층
5E 창층(투명 도전막)

Claims (9)

  1. 유리 기판, 금속 이면 전극층, p형 CIS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층의 순으로 적층된 서브스트레이트 구조의 pn 헤테로 접합 디바이스인 CIS계 박막 태양 전지에 있어서의 광 흡수층의 제작방법으로서, 제작방법은 유리 기판 위의 금속 이면 전극층에 Cu/Ga, Cu/In, Cu-Ga/In 중의 어느 하나로 이루어진 적층 구조의 금속 프리커서 막이 형성된 셀렌화 또는 황화의 대상물(이하, 대상물이라고 한다)을 셀렌화하여 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 셀렌화 공정, 대상물을 황화하여 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 황화 공정, 대상물을 셀렌화ㆍ황화하여 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막하는 셀렌화ㆍ황화 공정 중의 어느 하나를 가지며, 각 공정에서 장치 내에 분위기 균일 수단을 마련하는 동시에, 반응 가스의 대류가 원활해지는 상기 대상물의 배치방법에 의해, 장치 내의 온도를 균일하게 하고, 반응 가스 및 칼코겐 원소(셀렌, 황)와의 접촉성을 향상시킴을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  2. 제1항에 있어서, 분위기 균일 수단이 분위기 가스를 강제적으로 대류시키는 전동 팬으로 이루어지며, 대상물의 배치방법이 복수의 평판상 대상물(대상물 군)을 일정한 간극을 마련하여, 원통형 장치의 장축 방향으로 평행하게, 또한 이의 판면을 수직으로 대상물을 배치하고, 대상물 군(群) 내부의 상하 방향 및 장축 방향의 반응 가스 유로 및 대상물 군 외주위의 상부, 하부 및 양 측부의 가스 유로를 갖는 동시에, 각 대상물이 장치 내의 반응 가스와 접촉하기 쉬운 것임을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 셀렌화 공정이 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태에서 승온시키고, 장치 내를 제1항 또는 제2항에 따르는 분위기 균일 수단 및 대상물의 배치방법에 의해, 대상물의 셀렌화 반응을 균일하게 하여, 금속 프리커서 막을 일정 온도로 일정 시간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막함을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 셀렌화 공정이 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 20%, 바람직하게는 2 내지 10%의 희석된 셀렌화수소 가스 등의 셀렌 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태에서, 제1항 또는 제2항에 따르는 분위기 균일 수단 및 대상물의 배치방법에 의해, 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하고, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 500℃까지 승온시키고, 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 시간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막함을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 황화 공정이 대상물을 장치 내에 설치하고, 장치 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한 후, 상온에서 농도 범위 1 내지 30%, 바람직하게는 2 내지 20%의 희석된 황화 가스 등의 황 공급원을 도입하여 봉쇄한 상태에서, 제1항 또는 제2항에 따르는 분위기 균일 수단 및 대상물의 배치방법에 의해, 장치 내에서 가스 비중차에 의해 상하로 분리하는 경향이 있는 가스 분위기를 균일하게 하여, 매분 10 내지 100℃로, 400 내지 550℃까지, 바람직하게는 450 내지 550℃까지 승온시키고, 온도 도달 후, 이의 도달 온도로 일정 기간, 즉 10 내지 200분간, 바람직하게는 30 내지 120분간 유지함으로써 황화물계 CIS계 광 흡수층을 제막함을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 셀렌화ㆍ황화 공정이 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 따르는 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막 후, 봉쇄한 셀렌 분위기의 장치 내를 황 분위기로 교체한 상태에서, 장치 내 온도를 승온시키면서, 제1항 또는 제2항에 따르는 분위기 균일 수단 및 대상물의 배치방법에 의해, 황화 반응을 균일하게 하고, 제1항, 제2항 또는 제3항에 따르는 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 일정 온도로 일정 기간 유지함으로써, 황과 반응시킴으로써 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층을 제막함을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  7. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 셀렌화물계 CIS계 광 흡수층이 CuInSe2, Cu(InGa)Se2 또는 CuCaSe2로 이루어짐을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  8. 제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서, 황화물계 CIS계 광 흡수층이, CuInS2, Cu(InGa)S2 또는 CuGaS2로 이루어짐을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
  9. 제1항, 제2항 또는 제6항에 있어서, 황ㆍ셀렌화물계 CIS계 광 흡수층이 CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuGa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuInSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)(SSe)2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, CuIn(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)S2, Cu(InGa)(SSe)2를 표면층으로서 갖는 CuGaSe2, CuGa(SSe)2를 표면층으로서 갖는 Cu(InGa)Se2 또는 CuGa(SSe)2을 표면층으로서 갖는 CuGaSe2로 이루어짐을 특징으로 하는, CIS계 박막 태양 전지의 광 흡수층의 제작방법.
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