KR20090006755A - 투명 전도성 산화물 코팅의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 태양 전지용 투명 콘택으로서의 투명 전도성 산화물 코팅(TCO 층), 특히 투명 전도성 산화물 코팅의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 TCO 층은 적어도, 고 전도율의 제 1 층과 저 전도율의 제 2 층으로 이루어지며, 상기 제 2 층은 아연 산화물과 추가로 알루미늄을 포함하는 적어도 하나의 타겟(4)에 대한 DC 스퍼터링에 의해 산소를 포함하는 처리 분위기에서 생성된다. 또한, 본 발명은 TCO 층뿐만 아니라 CIGS와 CdTe를 기반으로 하는 박막 태양 전지에 관한 것이다.

Description

투명 전도성 산화물 코팅의 제조 방법 {METHOD FOR THE PRODUCTION OF A TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDE COATING}
본 발명은 특허청구범위 제 1항의 포괄적 의미에 따른 투명 전도성 산화물 코팅, 제 13항에 따른 투명 전도성 산화물 코팅 및 제 16항 및 제 17항의 포괄적 의미에 따른 박막 태양 전지, 특히 박막 태양 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
투명 전도성 콘택(contacts)은 태양 전지와 태양 모듈과 같은 광 발전 분야에 특히 필요하다. 이러한 목적을 위해, 가장 투명한 전도성 산화물 코팅(TCO 층)이 사용되는데, 최근까지는 인듐 주석 산화물(ITO)이 사용되어 왔다. 그러나, 아연 산화물(ZnO)도 산업상의 이용에 아주 선호되었는데, 그 이유는 증착하는데 ITO 보다도 훨씬 경제적이기 때문이다.
특히 이층 구조의 아연 산화물계 TCO 층은 ITO 층의 광학적 전기적 특성에 견줄한 특성들을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 미국 특허 제 5,078,804호에는 높은 전기 저항(저 전도율)의 제 1 아연 산화물 층과 낮은 전기 저항(고 전도율)을 가지며 제 1 아연 산화물 층이 CIGS(copper indium gallium diselenide)의 흡수 영 역을 덮고 있는 완충 층 상에 배열되는 구조가 설명되어 있다. 두 개의 아연 산화물 층들은 산소-아르곤 분위기 또는 순수한 아르곤 분위기에서 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착된다. 또한, 미국 출원 2005/0109392GHDPSMS 완충 층이 높은 전기 저항을 나타내는 소위, 진성, 즉 순수한 아연 산화물 층(i-ZnO)으로 유사하게 덮여 있고 그 위에 계속해서 알루미늄으로 도프되고 낮은 전기 저항을 나타내는 아연 산화물 층으로 도포되는 CIGS 태양 전지 구조가 설명되어 있다. i-ZnO 층은 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착되며 고 전도율의 아연 산화물 층은 알루미늄 도프된 아연 산화물 타겟의 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착된다. 이러한 알루미늄 도프된 아연 산화물 타겟은 DC 스퍼터링될 수 있는데, 이는 RF 스퍼터링 타겟에 대해 코팅율을 실질적으로 증가시킨다. 그러므로 DC 스퍼터링은 산업적인 용도로 전도성 ZnO : Al 층을 증착시키는데 사용된다.
이들 TCO 층은 대략 1 ㎛의 통상적인 두께를 나타내는데, 저 전도율의 이러한 층은 약 50 nm 범위의 층 두께를 가진다. 고 전도율의 상기 층은 약 5 × 10-4 내지 1 ×10-3 Ω㎝의 저항을 가진다. i-ZnO 층은 통상적으로 13.56 ㎒에서 언도프된 세라믹 아연 산화물 타겟의 RF 스퍼터링에 의해 제조된다.
저 전도율의 아연 산화물 층은 태양 전지의 효율을 상당히 개선하는데, 그 이유는 이러한 층이 완충 층의 결함을 차단하여 태양 전지의 단락 효과나 위험을 증가시킴으로써 이들의 평균 효율뿐만 아니라 수명을 증가시키기 때문이다.
그러나 이러한 방식으로 구성된 TCO 층의 단점은 저 전도율의 아연 산화물 층이 RF 스퍼터링에 의해 제조되어야 한다는 점이다. 그 이유는 RF 스퍼터링이 DC 스퍼터링에 비해서 단지 적은 코팅 비율만을 허용한다는 점 때문이다. 게다가, RF 발생기뿐만 아니라 필요한 적용 네트워크도 DC 발생기 보다 훨씬 더 고가이다. 또한, 캐소드와 코팅 설비 자체도 RF 차폐 성능(proofness)과 같은 RF 스퍼터링에 대한 특정 요건을 만족시켜야 한다. 그 결과로, 코팅 설비는 훨씬 더 정교하고, 더욱 복잡하며, 고가의 구조를 갖게 된다. 결국, 단지 알루미늄 도프된 타겟만이 DC 스퍼터링되지만 그에 따라 i-ZnO 층이 발생되지 않는, 낮고 고 전도율의 아연 산화물 층을 위한 이용가능한 상이한 타겟 재료가 필요하다. 게다가, 상이한 캐소드 형태를 이용할 수 있는 일반인 필요성도 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 제거하고자 하는 것, 즉 RF 증착과는 상이한 기술에 의해 특히 덜 복잡하고 더욱 효율적으로 제조되는 저 전도율의 아연 산화물 층을 포함하는 투명 산화물 층을 제조할 수 있는 공정을 이용할 수 있게 하고자 하는 것이다. 특히, 그러한 TCO 층으로 제조된 태양 전지의 효율은 저 전도율의 아연 산화물 층이 RF 스퍼터링 수단에 의해 제조되는 태양 전지의 효율보다 낮지 않아야 한다. 이와 관련하여, TCO 층뿐만 아니라 박막 태양 전지도 이용가능해야 한다.
이러한 본 발명의 목적은 특허청구범위 제 1항에 따른 방법, 제 13항에 따른 TCO 층 및 제 16항과 제 17항에 따른 박막 태양 전지에 의해 달성된다. 이러한 목적을 위한 양호한 실시예들은 종속항들의 요지이다.
본 발명의 방법은 적합한 도펀트일 수 있는 산소와 알루미늄을 함유하는 공정 처리 분위기를 가지며, 알루미늄, 인듐, 갈륨 또는 붕소 또는 이들 도펀트의 조합물을 더 포함하는 적어도 하나의 아연 산화물 타겟의 DC 스퍼터링에 의해 저 전도율의 층이 생성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 발명자들은 공정 처리 분위기 내의 산소 함량으로 인해, 저 전도율의 층들이 알루미늄 도프된 아연 산화물 타겟의 DC 스퍼터링 중에 제조될 수 있다는 사실을 알아냈다. 그러한 방식으로 제조된 알루미늄 도프된 아연 산화물 층(ZnO : Al 층)은 RF 스퍼터링에 의해 제조된 i-ZnO 층을 대체할 수 있으며, 이러한 TCO 층에 기초한 태양 전지의 효율은 i-ZnO를 포함하는 TCO 층을 갖는 태양 전지의 효율과 동일하거나 그 이상이다. 따라서, 동일하거나 훨씬 더 높은 효율의 태양 전지가 훨씬 개선된 생산성과 낮은 설비 비용으로 제조될 수 있는데, 이는 DC-스퍼터링된 ZnO : Al 층들이 RF 스퍼터링된 i-ZnO 층보다 충분한 두께로 실질적으로 더 빠르게 증착될 수 있기 때문이다. 특히, 공정 및 설비 관점에서 매우 상이하고 더 많은 아웃레이(outlay)를 포함하는 RF 공정이 회피될 수 있다.
바람직하게, 공정 처리 분위기의 산소 함량은 많아야 3%인데, 이는 이러한 함량에서도 매우 저 전도율의 ZnO : Al 층이 제조될 수 있기 때문이다. 특히, 산소 함량은 많아야 2%, 바람직하게 많아야 1%이다. 그에 따라, 5 × 10-2 Ω 내지 대략 109Ω의 층 두께가 얻어질 수 있다.
본 발명의 공정에서 이렇게 낮은 산소 함량을 더욱 정확하게 조절할 수 있게 하기 위해, 추가 비율의 순수한 귀가스가 추가되는 산소와 귀가스의 일정한 혼합물을 포함하는 반응성 가스가 사용되는 경우보다는, 순수한 반응성 가스(산소)를 위한 매우 작은 공칭 유동률의 가스 유량 제어기(MFC) 및 순수한 귀가스를 위한 큰 공칭 유동률의 다른 가스 유량 제어기를 거쳐서 가스가 공급되지 않는 경우가 바람직하다. 이러한 방식으로, 반응성 가스에 대한 가스 유량 제어기(MFC)가 상당히 크게 설계될 수 있으며, 그 결과로 공정 처리 가스 분위기 내에 낮은 비율의 산소가 더욱 정확하게 제어될 수 있다.
저 전도율의 층이 펄스형 DC 스퍼터링에 의해 생성되면, 공정 안정성이 개선되고 그에 따라 증착율이 유리하게 더욱 증가되는데, 이는 높은 전력 밀도가 가능 하기 때문이다. 공정 안정성의 증가는 적어도 두 개 타겟의 중파 스퍼터링(MF-sputtering)의 사용에 의해 달성될 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 명세서에서 DC 스퍼터링은 DC 스퍼터링, 펄스형 스퍼터링 및 MF-스퍼터링을 의미한다.
바람직하게, 고 전도율 층은 DC 스퍼터링에 의해 생성되는 알루미늄 도프된 아연 산화물을 포함하지만, ITO 등과 같은 다른 고 전도율의 투명 산화물 코팅도 사용될 수 있다.
아연 산화물과 알루미늄을 포함하는 세라믹 타겟은 제 2 층의 DC 스퍼터링을 위한 타겟으로서 유리하게 사용된다. 그러한 ZnO : Al2O3 타겟은 압축 또는 스퍼터링에 의해 통상적으로 제조가능한 혼합 세라믹이다. 이와는 달리, 수 중량%의 알루미늄을 함유하는 Zn-Al 합금으로 이루어지는 금속 타겟도 사용가능하다. 산소의 추가를 통해 ZnO : AlO는 이로부터 반응성 공정에서 스퍼터링될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서 고 전도율 층과 저 전도율 층은 동일한 타겟 재료의 스퍼터링에 의해 생성되는데, 이들은 동일한 타겟으로부터 유리하게 생성되며 고 전도율의 층은 불활성 가스 분위기에서 그리고 저 전도율의 층은 산소 또는 혼합형 불활성 가스-산소 분위기에서 생성된다.
특히, 기판 표면에 대해 보다 적은 팽창율을 갖는 스퍼터링 캐소드가 사용되면, 코팅을 가질 수도 있는 코팅될 기판이 스퍼터링 소오스의 증착 방향에 수직한 방향으로 진동 운동을 실행한다. 그러면, 기판 표면은 기판의 여러 진동 운동에 의해 캐소드를 지나 반복적으로 이동될 수 있음으로써, 바람직한 층의 두께가 조절될 수 있다.
이와는 달리, 동일한 타겟 재료를 갖는 일렬로 배열되는 여러 개의 균일한 스퍼링 소오스를 지나 기판이 이송되는 온-라인 방법도 사용될 수 있다. 소정의 층 두께는 코팅 비율에 적합한 이송 속도에 의해 조절된다.
바람직하게, CIGS형 태양 전지와 모듈을 제조하기 위한 단계로서, 금속 알루미늄, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 갖는 금속 층과; 구리 인듐 디셀레나이드(diselenide), 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀레나이드 및 구리 인듐 황화물 그룹에서 선택되는 층; 및 카드뮴 아연 황화물, 카드륨 텔루라이드, 카드륨 황화물, 아연 황화물 및 아연 망간 산화물 그룹에서 선택되는 층을 갖는 필수적인 층 구조물이 위치되는 기판, 특히 유리 기판이 저 전도율의 층으로 코팅되고 그 후에 고 전도율의 층으로 코팅된다.
바람직하게, CdTe형 태양 전지와 모듈을 제조하기 위한 단계로서, 기판, 특히 유리 기판은 고 전도율의 층이 코팅되고나서 저 전도율의 층이 코팅되며, 그 후에 카드뮴 황화물 층, 카드뮴 텔루라이드 층, 및 금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 갖는 금속 층을 갖는 필수적인 층 구조물이 도포된다.
독립적인 보호를 위해 고 전도율 층과 저 전도율 층 중의 적어도 하나를 포함하는 박막 태양 전지를 위한 투명 전도성 산화물, 특히 투명 콘택이 탐색되었으며, 여기서 저 전도율 층은 산소를 함유하는 공정 분위기에서 증착되는 알루미늄 도프된 아연 산화물을 포함한다. 바람직하게, 투명 전도성 코팅은 전술한 본 발명의 방법에 의해 제조된다. 고 전도율 층은 DC 스퍼터링에 의해 생성되는 알루미늄 도프된 아연 산화물을 바람직하게 포함한다. 또한, 유사하게 고 전도율을 나타내는 하나 또는 그 이상의 다른 층들이 고 전도율 층과 저 전도율 층 사이에 배열될 수 있다. 그 결과, 투명 전도율 층이 특정 조건에 훨씬 더 양호하게 채택될 수 있다. 예를 들어, 예정된 전도율의 전파는 층 시퀀스에 수직하게 조절될 수 있다.
유사하게 독립적인 보호를 위해 그러한 투명 전도율 산화물 코팅을 나타내는 박막 태양 전지가 탬색되었다. 기판, 특히 유리 기판 상의 CIGS형 태양 전지를 위한 더욱 정확한 필수적인 층 구조물의 순서는 다음과 같다.
금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 포함하는 금속 층,
구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀레나이드 및 구리 인듐 황화물의 그룹으로부터 선택된 층,
카드뮴 아연 황화물, 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 황화물, 아연 황화물 및 아연 마그네슘 산화물의 그룹으로부터 선택된 층,
저 전도율의 하부 층과 그 위에 고 전도율의 상부 층을 가지는 투명 전도율 산화물 코팅, 및
아마도 반사 방지 층의 순서이며,
상기 투명 전도성 산화물 코팅은 본 발명의 산화물 코팅에 따라 구성된다. CIGS형은 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀 레나이드 및 구리 인듐 황화물 중의 하나가 흡수 층으로 사용된다.
한편, 기판, 특히 유리 기판 상의 CdTe형 태양 전지를 위한 필수적인 층 구조물의 순서는 다음과 같다.
고 전도율의 하부 층과 그 위에 저 전도율의 상부 층을 가지는 투명 전도율 산화물 코팅,
카드뮴 황화물 층,
카드뮴 텔루라이드 층, 및
금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 함유하는 금속 층의 순서이며,
상기 상기 투명 전도성 산화물 코팅은 본 발명의 산화물 코팅에 따라 구성된다.
바람직하게, 저 전도율 층은 20 내지 100 nm, 특히 50 nm의 두께를 가진다.
본 발명의 다른 장점들은 도면에 도시된 실시예들에 대한 다음의 설명으로부터 분명해진다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위해 사용되는 진공 처리 챔버(1)를 개략적으로 도시하는 도면이다. 상기 챔버는 단지 마그네트 세트(3)와 타겟(4)만이 개략적으로 도시되어 있는 DC 스퍼터링 소오스(2)를 가진다. 타겟(4)은 아연 산화물과 알루미늄 산화물로 이루어지는 세라믹 타겟이다. 이는 평탄형 타겟으로서 실시되지만 회전형 캐소드의 부품으로서 원형으로도 실시될 수 있다. 스퍼터링 소오스(2)는 한편으론 가스 공급부(5)를 통해, 다른 한편으론 제 1 가스 연결부(5a)를 통해 순수한 산소나 불활성 가스-산소 혼합물을 갖는 공정 가스가 공급될 수 있으며, 여기서는 아르곤-산소 혼합물이 바람직하지만 또한 제 2 가스 연결부(5b)를 통해 순수한 불활성 가스가 공급될 수 있으며 여기서는 아르곤이 바람직하다. 이러한 가스 공급은 각각의 MFC(도시 않음)를 통해 조절된다. 또한, 스퍼터링 소오스(2)는 낮은 전압 밀도의 경우에 언펄스형 DC 전압 공급원으로 공급될 수도 있지만, 펄스형 DC 전압 공급원(6)을 통해 전기적으로 공급된다.
스퍼터링 소오스(2)의 아래에는 코팅 방향(B)에 수직한 방향(A)으로 스퍼터링 소오스(2)에 대해 변위될 수 있는 캐리어(8) 상에 위치되는 기판(7)이 제공된다. 캐리어(8)의 변위는 자동 제어된다. 단지 하나의 기판(7) 대신에, 복수의 기판들이 캐리어 상에 수용될 수 있어서 동시 코팅이 가능하다. 기판 챔버(1)는 변위 방향(A)으로 다른 기판 챔버(도시 않음)에 에어-록(도시 않음)에 의해 기밀 방식으로 연결될 수 있으며, 여기서 코팅 툴은 다른 층을 생성하도록 유사하게 배열된다. 기판이 캐리어 내에 수용됨이 없이 설비를 통해 지지되도록 인-라인 설비의 이송 시스템으로 설계하는 것도 당연히 가능하다.
스퍼터링 소오스(2)의 작동 중에, 플라즈마(9)가 타겟(4) 아래에 생성되며, 기판(7)을 코팅하도록 코팅 공정이 시작된다. 본 발명의 전도성 산화물 코팅의 생성에 대해 도 2에 개략적으로 도시된 CIGS 태양 전지(10)를 기초로 이후에 설명한다.
몰리브덴 층(12) 이후에, CIGS 층(13)과 CdTe 완충 층(14)이 유리 기판(11) 에 도포되며, 기판(11)은 진공 처리 챔버(1)의 내측으로 이송되어 스퍼터링 소오스(2)의 아래에 놓인다(도 1 참조). 본 발명의 투명 전도성 산화물 코팅을 도포할 목적으로, 스퍼터링 소오스(2)에는 가스 연결부(5a)를 통해 아르곤-산소 혼합물이 공급되며 펄스형 또는 언펄스형 DC 전압으로 작동된다. 산소 함량은 부피%의 단위로 1% 보다 높지 않게 설정된다. 그 결과로, 매우 작은 전도율의 알루미늄 도프된 아연 산화물 층(15)이 완충 층(14) 상에 증착된다. 이러한 층(15)이 50 nm의 두께에 도달한 후에, 추가의 알루미늄 도프된 아연 산화물 층(16)이 순수한 아르곤 분위기 또는 훨씬 낮은 함량(통상적으로 최대 0.1%)의 Ar/CO2 분위기에서 증착된다. 이러한 층(16)은 고 전도율을 가지며 후에 태양 전지(10)용 콘택으로서의 기능을 한다. 계속해서, 콘택 층(16)에는 반사 방지 층(도시 않음)이 제공될 수 있으며, 그 결과로 경계면 손실이 감소되고 입사광(X)과 관련하여 태양 전지(10)의 수율이 증가한다.
고 전도율의 층(16)을 증착하는 동안에 적은 양, 많아야 0.1%의 산소가 순수한 아르곤 분위기에서의 스퍼터링 중에 타겟 재료 내의 산소 손실을 보상할 목적으로 필요하다. 한편으로, 본 발명의 방법은 저 전도율의 층(15)의 생성을 위해 대략 1%의 산소 함량이 필요하다. 0.1%와 1% 사이의 차이는 일견으로 심각해 보이지 않으며 전도율에도 크게 영향을 끼치지 않는다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판(7)이 플라즈마(9)에 대해 균일한 코팅을 보장하지 못할 정도로 상당히 큰 측면 팽창율을 가지면, 소정의 층 두께가 균일하게 조정될 때까지 플라즈마(9)와 관련한 가동 캐리어(8) 위에서의 진동 운동을 기판이 수행할 수 있게 해야 한다. 이러한 목적으로, 캐리어(8)의 진동 운동은 불균일하게 또는 간헐적으로 수행될 수 있다. 이러한 진동 방법은 연구 규모의 작은 설비에 특히 적합하다. 바람직한 용도에 있어서, 여러 개의 균일한 스퍼터링 소오스가 직렬로 배열되고 기판이 이들 소오스를 연속적으로 통과하는 온-라인 방법(도시 않음)이 바람직하다. 기판의 이송 속도는 코팅 비율과 소정의 코팅 두께로 조절된다.
스퍼터링 소오스에 의한 DC 스퍼터링 방법 대신에, 적어도 두 개의 캐소드의 MF-스퍼터링도 도 1a에 개략적으로 도시한 바와 같이 사용될 수 있으며, 동일한 도면 부호는 도 1과 동일한 구성요소를 지칭한다.
MF-스퍼터링 방법에 사용되는 진공 처리 챔버(1')는 마그네트 세트(3',3")와 타겟(4',4")을 가지며 가스 공급부(5)에 연결되는 두 개의 균일한 스퍼터링 소오스(2',2")를 가진다. 타겟(4')은 아연 산화물과 알루미늄 산화물의 각각 평탄한 세라믹 타겟이다. 전력은 10 ㎑ 내지 100 ㎑ 범위, 바람직하게 40 ㎑의 필요한 주파수를 제공하는 MF-발전기(6')에 의해 공급된다. 각각의 타겟(4',4")은 애노드와 캐소드로서 교대로 작동함으로써, 각각의 타겟이 캐소드로서 작용하는 주기 중에 스퍼터링되지 않고 애노드가 사라지는 문제점이 유발되지 않으므로 공정의 불안정성이 제거된다. 이러한 이중 스퍼터링 방법 역시, RF 스퍼터링의 단점이 대부분 제거된다.
도 1의 DC 스퍼터링의 경우에서와 같이, MF-스퍼터링은 진동 모드와 인-라인 모드로 작동될 수 있다.
종래에는 i-ZnO 층이 낮은 증착 비율로 복잡한 RF 스퍼터링에 의해 언도프된 타겟으로부터 증착되었지만, 본 발명의 방법에서는 한편으로 저 전도율의 아연 산화물 층(15)이 덜 복잡한 DC 스퍼터링(DC 스퍼터링, 펄스형 DC 스퍼터링 또는 MF-스퍼터링)에 의해 비교적 훨씬 빠른 속도로 증착될 수 있어서, 태양 전지(10)를 위한 제조 공정이 모두 빨라지고 제조 비용도 하락하게 된다. 그러한 방식으로 설비 비용도 감소되는데, 이는 채용 네트워크를 갖춘 고가의 RF 발전기가 없으며 RF 가능 캐소드가 사용될 필요가 없기 때문이다. 게다가, 동일한 기판 재료인 ZnO : Al2O3와 또한 동일한 스퍼터링 소오스(2)가 TCO 층의 도포 중에 양 코팅 공정을 위해 사용될 수 있다. 그 결과로, TCO 층도 단일 진공 챔버(1) 내에서 제조될 수 있다. 따라서 재료 및 설비 비용이 현저히 감소된다.
CdTe계 태양 전지(20)와 같은 다른 태양 전지에도 역시, 본 발명의 방법에 의해 유사하게 TCO 층이 제공될 수 있다. 이를 위해, 도 3으로부터 명확하듯이 두 개의 아연 산화물 층의 증착 시퀀스를 바꿀 필요가 있다.
그러므로 본 발명의 CdTe 태양 전지(20)는 고 전도율의 ZnO : Al 층(22)이 유리 기판(21) 상에 증착되고, 그 후에 저 전도율의 ZnO : Al 층(23)이 증착되고, 계속해서 CdS 완충 층(24), CdTe 흡수 층(25), 마지막으로 몰리브덴의 금속 콘택 층(26)이 증착된다.
도 2 및 도 3의 태양 전지(10,20)에는 당연히 변경될 수 있는 통상적인 층 구조를 갖는 단지 표준 태양 전지(10,20)만이 도시되어 있다. 상기 층 구조에서, 순서가 바뀔지라도 다른 재료의 다른 층들도 제공될 수 있다. 고 전도율의 층은 ZnO : Al 층(16,22), 예를 들어 ITO 층과는 다른 층일 수 있으며, 특히 CdTe형 태양 전지의 경우에 주석 산화물(SnO2)와 카드뮴 스텐네이트(Cd2SnO4)뿐만 아니라 갈륨 산화물(Ga2O3)과 아연 스텐네이트(Zn2SnO4)도 사용될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 다른 고 전도율 층들이 고 전도율 층(16,22)과 저 전도율 층(15,23) 사이에 제공될 수 있다. 마지막으로, CIGS형 태양 전지의 흡수 층(13)도 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀레나이드와 구리 인듐 황화물로부터 형성될 수 있는 반면에, 완충 층(14)은 카드뮴 아연 황화물, 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 황화물, 아연 황화물(ZnS) 또는 아연 마그네슘 산화물((Zn, Mg)O)로 구성된다.
유일한 필수적인 일면은 저 전도율의 TCO 층 아연 산화물을 갖는 층(15,23)이 적어도 부분적으로 산소 분위기에서 DC 스퍼터링에 의해 생성되는 알루미늄-도프된 아연 산화물을 포함한다.
도 4는 MF-스퍼터링에 의한 본 발명의 방법으로 제조된 저 전도율의 ZnO : Al 층을 위한 공정 가스 분위기의 산소 함량에 대한 저항율의 종속성을 도시한다. 이러한 종속성은 그러한 결과에 대한 양호한 재현성을 나타내는 두 개의 상이한 시리즈에 대해 결정된다. 개개의 공정 변수들이 표 1에 요약되어 있다.
Figure 112008049424173-PAT00001
전술한 설명으로부터, 본 발명의 도움으로 저 전도율의 아연 산화물 층(15,23)을 포함하는 TCO 층은 특히 간단하고 비용 효과적인 방식으로 실현될 수 있다. 그 결과로, 이들 TCO 층이 투명 전도성 콘택으로서 사용될 수 있는 박막 태양 전지(10,20)가 훨씬 더 비용 효과적으로 생성될 수 있다. 그러나 이들 TCO 층들은 다른 장치에도 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 진공 코팅 챔버를 도시하는 도면.
도 1a는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 다른 진공 코팅 챔버를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 방법으로 제조되는 CIGS 태양 전지의 층 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 방법으로 제조되는 CdTe 태양 전지의 층 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 MF-스퍼터링에 의해 생성되는 저 전도율의 ZnO : Al 층을 위한 공정 가스 분위기의 산소 함량에 대한 저항의 의존성을 나타내는 도면.

Claims (18)

  1. 적어도 고 전도율의 제 1 층(16,22)과 훨씬 낮은 저 전도율의 제 2 층(15,23)을 포함하는 박막 태양 전지(10,20)용 투명 콘택으로서의 투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법에 있어서,
    상기 제 2 층(15,23)은 아연 산화물과 추가로 알루미늄, 인듐, 갈륨, 붕소 또는 이들의 조합물을 포함하는 적어도 하나의 타겟(4)에 대한 DC 스퍼터링에 의해 산소를 함유하는 처리 분위기에서 생성되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 분위기 내의 산소 함량은 최대 3%, 특히 최대 2%이며, 바람직하게 최대 1% 최소 0.2% 범위인 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 분위기는 아르곤 또는 다른 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층(15,23)은 펄스형 DC 스퍼터링에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층(15,23)은 이중 캐소드로부터 MF 스퍼터링에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층(16,22)은 DC 스퍼터링에 의해 생성되는 알루미늄-도프된 아연 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    세라믹 ZnO : Al2O3 타겟이 상기 제 2 층(15,23)을 스퍼터링하기 위한 타겟(4)으로서 역할을 하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층(16,22)과 상기 제 2 층(15,23)은 동일한 타겟(4)에 대한 스퍼터링에 의해 생성되며, 상기 제 1 층(15,23)은 불활성 가스 분위기에서 생성되고 상기 제 2 층(15,23)은 혼합된 불활성 가스-산소 분위기에서 생성되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    특히, 상부에 상기 투명 전도성 산화물 코팅이 증착될 코팅이 제공되는 상기 기판(7)은 상기 스퍼터링 소오스의 증착 방향(B)에 수직한 방향으로 진동 운동을 실행하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    특히, 상부에 상기 투명 전도성 산화물 코팅이 증착될 코팅이 제공되는 상기 기판(7)은 인-라인 작동으로 필요한 층 두께를 생성하도록 여러 개의 스퍼터링 소오스를 지나 이송되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    기판(11), 특히 유리 기판의 상부에는 상기 기판으로부터 차례로, 금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 갖는 금속 층(12), 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀레나이드 및 구리 인듐 황화물의 그룹으로부터 선택되는 층(13), 카드뮴 아연 황화물, 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 황화물, 아연 황화물 및 아연 마그네슘 산화물의 그룹으로부터 선택되는 추가의 층(14)을 포함하는 필수적인 층 구조물이 위치되며, 그 후에 저 전도율의 상기 제 2 층 및 고 전도율의 상기 제 1 층이 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기판(21), 특히 유리 기판은 고 전도율의 상기 제 1 층(22)이 코팅되고 나서 저 전도율의 상기 제 2 층(23)이 코팅되며, 또한 상기 기판(21)으로부터 카드뮴 황화물 층(24), 카드뮴 텔루라이드 층(25), 및 금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 갖는 금속 층(26)을 포함하는 필수적인 층 구조물로 도포되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅, 특히 투명 전도성 산화물 층의 제조 방법.
  13. 적어도 고 전도율의 제 1 층(16,22)과 훨씬 낮은 저 전도율의 제 2 층(15,23)을 포함하는, 특히 박막 태양 전지(10,20)용 투명 콘택으로서의 투명 전도성 산화물 코팅에 있어서,
    상기 제 2 층(15,23)은 산소를 함유하는 처리 분위기에서 증착되며, 특히 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조되는 알루미늄 도프된 아연 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 층(15,23)은 20 nm 내지 100 nm 범위, 바람직하게 50 nm의 층 두께를 가지는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 층(16,22)과 상기 제 2 층(15,23) 사이에는 유사하게 고 전도율을 나타내는 추가의 층들이 배열되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전도성 산화물 코팅.
  16. 기판(11), 특히 유리 기판 상에 상기 기판(11)으로부터 차례로,
    금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 갖는 금속 층(12),
    구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 갈륨 디셀레나이드 및 구리 인듐 황화물의 그룹으로부터 선택되는 층(13),
    카드뮴 아연 황화물, 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 황화물, 아연 황화물 및 아연 마그네슘 산화물의 그룹으로부터 선택되는 추가의 층(14),
    저 전도율의 하부 층(15)과 상기 하부 층 상부의 고 전도율의 상부 층(16)을 갖는 투명 전도성 산화물 코팅을 포함하는 층 구조물을 구비한 박막 태양 전지(10)에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물 코팅은 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따라 구성되며, 상기 상부 층(16)은 상기 제 1 층에 대응하고 상기 하부 층(15)은 상기 제 2 층에 대응하는 것을 특징으로 하는,
    박막 태양 전지(10).
  17. 기판(21), 특히 유리 기판 상에 상기 기판(21)으로부터 차례로, 고 전도율의 하부 층(22)과 상기 하부 층 상의 저 전도율의 상부 층(23)을 가질 뿐만 아니라 카드뮴 황화물 층(24), 카드뮴 텔루라이드 층(25), 및 금속 몰리브덴, 니오븀, 구리, 니켈, 은 및 알루미늄 중의 적어도 하나를 함유하는 금속 층(26)을 포함하는 층 구조물을 구비한 박막 태양 전지(20)에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물 코팅은 제 13 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 따라 구성되며, 상기 하부 층(22)은 상기 제 1 층에 대응하고 상기 상부 층(23)은 상기 제 2 층에 대응하는 것을 특징으로 하는,
    박막 태양 전지(20).
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    저 전도율의 상기 층(15,23)은 50 내지 100 nm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는,
    박막 태양 전지(10).
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