KR20090065704A - Apparatus and method for manufacturing thin film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고효율을 가지는 태양전지를 형성하기 위한 박막 제조 장치 및 박막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus, and more particularly, to a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method for forming a solar cell having a high efficiency.
일반적으로 태양 에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법이다.In general, a method of using solar energy is largely divided into a method using solar heat and a method using solar light. The method of using solar heat is to heat and generate electricity using water heated by the sun, and the method of using solar light can generate electricity by using the light of the sun to operate various machines and appliances. That's how.
이 중 태양광을 이용하는 태양전지는 무한정, 무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 불필요하고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없으며, 발전 부위가 반도체 소자로 이루어지기 때문에 기계적인 진동과 소음이 없다. 또한, 태양 전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.Of these, solar cells using solar light use unlimited solar energy without pollution, so there is no need for fuel costs, no air pollution or waste generation, and no mechanical vibration and noise since the power generation part is made of semiconductor devices. In addition, the solar cell has a long life of at least 20 years, easy to automate the power generation system, and has the advantage of minimizing the cost of operation and maintenance.
이러한 태양광을 이용하는 태양전지는 통상 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지, CIGS(Gu-In-Ga-Se) 태양전지, GaAs 태양전지, CdTe 태양전지 등이 있으며, 특히 CIGS 태양전지에 형성되는 화합물 반도체인 CIGS는 1eV 이상의 직접 천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있으며, 반도체 중에서 가장 높은 광 흡수 계수를 가질 뿐만 아니라, 전기 광학적으로 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 소재기 때문에 다른 종류의 태양 전지의 비해 고 효율성 및 내구성의 장점을 가지고 있다.Solar cells using such photovoltaic are typically crystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, CIGS (Gu-In-Ga-Se) solar cells, GaAs solar cells, CdTe solar cells, etc., in particular formed on CIGS solar cells CIGS, a compound semiconductor, has a direct transition energy bandgap of 1 eV or more, and has the highest light absorption coefficient among semiconductors, and is very optically stable, making it an ideal material for the light absorption layer of solar cells. The battery has the advantages of high efficiency and durability.
이와 같은, CIGS 태양 전지는 일반적으로 몰디브덴(Mo)으로 코팅된 유리 기판 상에 CIGS 즉, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 화합물을 혼합하여 증착하고, 그 위에 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 플루오르화마그네슘(MgF2)을 순차적으로 형성한 후, 알루미늄(Al) 전극을 플루오르화마그네슘의 상부에 마지막으로 형성함으로써 구성된다. 여기서, CIGS 태양 전지의 효율을 결정하는 가장 중요한 인자는 CIGS 막의 품질이며, 고효율을 가지는 CIGS 막을 형성하기 위해서는 통상적으로 스퍼터링(Sputtering) 또는 증발 증착(Evaporation)이 사용된다.Such a CIGS solar cell is generally deposited by mixing a compound of CIGS, ie, copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), selenium (Se), on a glass substrate coated with molybdenum (Mo) and Cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), and magnesium fluoride (MgF 2) are sequentially formed thereon, and then an aluminum (Al) electrode is finally formed on the top of magnesium fluoride. Here, the most important factor for determining the efficiency of CIGS solar cells is the quality of the CIGS film, and sputtering or evaporation is commonly used to form a CIGS film having high efficiency.
종래 스퍼터링에 의해 CIGS 막을 형성하는 경우, 구리, 인듐 및 갈륨, 셀레늄을 동시에 스퍼터링에 의해 성막하면 셀레늄의 이온들이 성막 자체에 커다란 데미지를 주기 때문에 구리, 인듐 및 갈륨에 대해 순차적으로 스퍼터링을 수행하고, 그 이후에 셀레늄을 증발 증착을 수행하여 CIGS 막을 기판에 형성시킨다. 또한, 종래 증발 증착에 의해 CIGS 막을 형성하는 경우 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동시에 증발원을 이용하여 증발시키고, 증발된 가스를 기판의 하부에서 기판을 향해 분사함으로써, CIGS 막을 기판에 형성시킨다.In the case of forming a CIGS film by conventional sputtering, when sputtering copper, indium, gallium and selenium at the same time, sputtering is performed sequentially on copper, indium and gallium because the ions of selenium inflict great damage to the film formation itself. Thereafter, selenium is evaporated to form a CIGS film on the substrate. Further, when forming a CIGS film by conventional evaporation deposition, copper, indium, gallium and selenium are simultaneously evaporated using an evaporation source, and the evaporated gas is sprayed from the bottom of the substrate toward the substrate, thereby forming a CIGS film on the substrate.
하지만, 전자의 경우는 스퍼터링과 증발 증착이 동일 챔버 내에서 이루어지기 어렵기 때문에 스퍼터링과 증발 증착이 각각 다른 챔버 내에서 수행되고, 이에 의해 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄을 적절하게 혼합하기 어려워 태양전지의 효율이 떨어지는 문제점이 발생된다. 또한, 서로 다른 챔버 내에서 각각의 증착이 수행되기 때문에 시간이 오래 걸리며, 작업 효율이 떨어지는 문제점을 발생시킨다.However, in the former case, since sputtering and evaporation deposition are difficult to occur in the same chamber, sputtering and evaporation deposition are performed in different chambers, thereby making it difficult to properly mix copper, indium, gallium, and selenium. The problem that the efficiency of the battery is lowered occurs. In addition, it takes a long time because each deposition is performed in different chambers, which causes a problem of poor work efficiency.
후자의 경우는 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동시에 증착시킴으로써 균일하게 혼합하기는 용이하지만, 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 각각의 기화 온도가 서로 달라 각각의 기화 온도를 제어하기가 힘들고, 이로부터 고품질의 박막을 얻기 어렵다. 또한, 종래의 증발 증착은 구리, 인듐, 갈륨 등의 증발 온도가 높아서 고온의 증발원을 이용하기 때문에 상향식 증착 방법으로만 막을 형성할 수 있어, 대면적 기판에 CIGS 막을 형성할 시 기판의 처짐과 같은 치명적인 문제점을 야기시킨다.In the latter case, it is easy to uniformly mix copper, indium, gallium and selenium by depositing them simultaneously, but it is difficult to control each vaporization temperature because the vaporization temperatures of copper, indium, gallium and selenium are different from each other. It is difficult to obtain a thin film of. In addition, since conventional evaporation deposition uses a high temperature evaporation source due to high evaporation temperature of copper, indium, gallium, and the like, the film can be formed only by a bottom-up deposition method. It causes a fatal problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 스퍼터링으로 증착되는 구리, 인듐, 갈륨과, 증발증착법으로 증착되는 셀레늄을 동시에 증착하기 위한 박막 제조 장치 및 박막 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method for simultaneously depositing copper, indium, gallium deposited by sputtering and selenium deposited by evaporation deposition.
또한, 본 발명은 CIGS 태양전지의 효율을 높이기 위한 박막 제조 장치 및 박막 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method for increasing the efficiency of CIGS solar cells.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 박막 제조 장치는 챔버와, 상기 챔버 내의 하부에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대와 대향 마련되어 타겟을 지지하는 적어도 하나의 타겟 지지대와, 상기 챔버 내에 적어도 일부가 삽입되어 챔버 내에 증착 가스를 제공하는 적어도 하나의 증발원을 포함한다.In order to achieve the above object, the thin film manufacturing apparatus of the present invention comprises a chamber, a substrate support provided in the lower portion of the chamber to support the substrate, at least one target support provided to face the substrate support and support the target, At least a portion is inserted into the chamber and includes at least one evaporation source for providing deposition gas in the chamber.
상기 증발원은 몸체와, 상기 몸체의 선단에 형성된 분사홀과, 상기 도가니와 분사홀을 연통하도록 도가니와 분사홀 사이에 연결된 가스 공급 유로를 포함할 수 있다. 몸체와 가스 공급 유로 사이에는 가열 부재가 더 구비될 수 있다.The evaporation source may include a body, an injection hole formed at the tip of the body, and a gas supply passage connected between the crucible and the injection hole to communicate the crucible with the injection hole. A heating member may be further provided between the body and the gas supply passage.
상기 증발원은 챔버 내에 마련되어 일면에 분사홀이 형성된 가스 분사부와, 챔버의 외부에 마련되어 가스 분사부에 증착 가스를 제공하는 도가니와, 상기 가스 분사부와 도가니 사이에 연결된 가스 공급 유로를 포함할 수 있다. 가스 공급 유로의 외측에는 가열 부재가 더 구비될 수 있다.The evaporation source may include a gas injector provided in the chamber and having a spray hole formed on one surface thereof, a crucible provided outside the chamber to provide deposition gas to the gas injector, and a gas supply passage connected between the gas injector and the crucible. have. A heating member may be further provided outside the gas supply passage.
상기 증발원은 인젝터와, 상기 인젝터에 연결된 도가니를 포함하고, 인젝터의 일부는 챔버 내에 배치될 수 있다.The evaporation source includes an injector and a crucible connected to the injector, wherein a part of the injector may be disposed in the chamber.
상기 기판 지지대에는 가열 부재가 더 마련될 수 있다. 기판 지지대의 하부에는 구동부가 연결되고, 구동부는 기판 지지대를 수직축을 중심으로 회전시킬 수 있다.The substrate support may further be provided with a heating member. A driver is connected to the lower part of the substrate support, and the driver may rotate the substrate support about a vertical axis.
상기 기판 지지대는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트의 상부에 마련되어 내측에 가열 부재가 구비된 이동 플레이트와, 상기 이동 플레이트를 수평 상태에서 수직 상태로 회전시키기 위한 구동축을 포함할 수 있다. 타겟 지지대는 수직 상태의 이동 플레이트와 대향 마련될 수 있다.The substrate support may include a support plate, a moving plate provided on an upper portion of the support plate and having a heating member therein, and a driving shaft for rotating the moving plate from a horizontal state to a vertical state. The target support may be provided to face the moving plate in a vertical state.
상기 기판 지지대는 기판을 지지하는 지지대와, 지지대를 수평으로 이동시키는 롤러를 포함할 수 있다. 기판 지지대의 하부에는 가열 부재가 더 마련될 수 있다. 챔버의 양측벽에는 기판이 인입 및 인출하기 위한 기판 출입구가 각각 마련될 수 있다.The substrate support may include a support for supporting the substrate and a roller for horizontally moving the support. A heating member may be further provided below the substrate support. Both side walls of the chamber may be provided with a substrate entrance for entering and withdrawing the substrate, respectively.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판에 CIGS 막을 증착하는 박막 제조 방법에 있어서, 구리, 인듐, 갈륨 중 적어도 하나를 스퍼터링 방식으로 증착하는 단계와, 셀레늄을 증발증착 방식에 의해 증착하는 단계를 포함하고, 셀레늄을 증착하는 단계는 구리, 인듐 및 갈륨 중 적어도 하나의 증착과 동시에 수행될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention is a thin film manufacturing method for depositing a CIGS film on a substrate, the step of depositing at least one of copper, indium, gallium by the sputtering method, and depositing selenium by the evaporation deposition method And depositing selenium may be performed simultaneously with the deposition of at least one of copper, indium, and gallium.
상기 구리, 인듐, 갈륨은 각각 증착될 수 있으며, 구리, 인듐, 갈륨이 서로 조합되어 증착될 수 있다. 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄은 동일 챔버 또는 각각의 챔 버 내에서 증착이 수행될 수 있다.The copper, indium and gallium may be deposited respectively, and copper, indium and gallium may be deposited in combination with each other. Copper, indium, gallium, selenium may be deposited in the same chamber or in each chamber.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양 전지를 제조하는 박막 제조 방법에 있어서, 기판에 몰디브덴을 증착하는 단계와, 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동시에 증착하는 단계와, 황하 카드뮴을 증착하는 단계와, 산화 아연을 증착하는 단계와, 알루미늄 전극 형성 및 와이어링 하는 단계를 포함하고, 구리, 인듐, 갈륨은 스퍼터링 방식으로 증착되고, 셀레늄은 증발증착 방식에 의해 증착될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention is a thin film manufacturing method for manufacturing a solar cell, the step of depositing molybdenum on the substrate, the step of simultaneously depositing copper, indium, gallium and selenium, cadmium sulfide And depositing zinc oxide, and forming and wiring aluminum electrodes, wherein copper, indium, and gallium are deposited by sputtering, and selenium may be deposited by evaporation.
상기 산화 아연을 증착하는 단계와 알루미늄 전극을 형성하는 단계 사이에는 플루오르화마그네슘을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include depositing magnesium fluoride between depositing the zinc oxide and forming the aluminum electrode.
본 발명은 서로 다른 증착 방식을 가지는 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동시에 증착시킴으로써, 고품질을 가지는 태양전지용 박막을 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of obtaining a thin film for a solar cell having a high quality by simultaneously depositing copper, indium, gallium and selenium having different deposition methods.
또한, 본 발명은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동일 챔버 내에서 작업이 수행되기 때문에 공정 시간 단축 및 작업 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the process time and work efficiency because the operation is performed in the same chamber of copper, indium, gallium and selenium.
또한, 본 발명은 기판을 수평 상태 또는 수직 상태로 지지한 상태로 공정이 진행되기 때문에 대면적의 기판에 박막을 형성할 경우, 기판이 휘어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the substrate from bending when forming a thin film on a large area of the substrate because the process proceeds in a state in which the substrate is supported in a horizontal state or a vertical state.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to the fullest extent. It is provided to inform you. Like reference numerals in the drawings refer to like elements.
도 1은 본 발명에 따른 박막제조장치를 나타낸 단면도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 박막 제조 장치의 변형예를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 제조 공정을 나타낸 단면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 CIGS 막을 기판에 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a cross-sectional view showing a thin film manufacturing apparatus according to the present invention, Figures 2 to 6 is a cross-sectional view showing a modification of the thin film manufacturing apparatus according to the present invention, Figure 7 is a manufacturing process of a CIGS solar cell according to the present invention 8 and 9 are flowcharts illustrating a method of forming a CIGS film according to the present invention on a substrate.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 제조 장치는 챔버(100)와, 상기 챔버 내의 하부에 마련되어 기판(G)을 안착시키는 기판 지지대(200)와, 상기 기판 지지대(200)와 대향 마련되어 일면에 타겟(300)이 구비된 타겟 지지대(310)와, 상기 타겟 지지대(310)의 적어도 일측에 마련된 증발원(400)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the apparatus for manufacturing a thin film according to the present invention is provided with a
챔버(100)는 사각 박스 또는 원통형 형상으로 형성되고, 내부에는 기판(G)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 챔버(100)의 형상은 한정되지 않으며, 기판(G)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에서는 사각 형상의 유리 기판이 사용되며, 이에 챔버(100)의 형상은 유리 기판(G)에 대응하는 형상인 사각 박스 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판(G)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(Gate, 110)가 형성되며, 기판 출입구(110)는 처리되어질 기판(G) 또는 처리가 완료된 기판(G)을 인입 또는 인출하 는 역할을 한다. 여기서, 기판 출입구(110)는 챔버(100)의 일측에만 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 챔버(100)의 대향하는 양측벽에 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 챔버(100)의 바닥면에는 증착 공정시 챔버(100) 내에 진공도를 형성하기 위한 배기 장치(120) 예를 들어, 터보 분자 펌프가 연결된다. 상기에서는 챔버(100)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다.The
기판 지지대(200)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되고, 챔버(100) 내로 인입된 기판(G)을 안착시키는 역할을 한다. 통상적으로 기판 지지대(200)의 형상은 기판(G)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 유리 기판(G)의 형상에 대응하는 사각 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 기판 지지대(200)의 하부에는 기판 지지대(200)를 회전시키기 위한 구동 부재(210)가 연결된다. 또한, 기판 지지대(200)의 내부에는 기판 지지대(200)에 안착된 기판(G)을 소정 온도로 가열하기 위한 가열 부재(220)가 더 마련될 수 있으며, 이러한 가열 부재(220)는 기판 지지대(200)에 안착된 기판(G)에 소정의 열을 가하여 기판(G)의 상부에 증착되는 증착 물질과의 반응성을 향상시키는 역할을 한다. 여기서, 가열 부재(220)로는 예를 들어, 저항 발열식 히터가 사용될 수 있다. 상기에서는 챔버(100) 내에 하나의 기판 지지대(200)를 구비하였지만, 이에 한정되지 않고, 다수개의 기판 지지대(200)를 구비할 수 있음은 물론이다. 또한, 기판 지지대(200)에는 하나의 기판(G)을 안착하였으나, 다수개의 기판(G)을 안착할 수 있음은 물론이다.The
기판 지지대(200)의 상부에는 기판(G)의 상부면에 증착하고자 하는 증착 물 질로 이루어진 타겟(300)이 마련되고, 타겟(300)은 타겟 지지대(310)에 의해 챔버(100)의 상부 내벽에 고정된다. 본 실시예서는 타겟(300)으로써, 구리, 인듐 또는 갈륨과 같은 증착 물질이 사용될 수 있으며, 이를 조합하여 하나 또는 다수의 합금을 타겟(300)으로 사용할 수 있음은 물론이다. 타겟(300)의 일측에는 타겟(300)에 전압을 인가하기 위한 전원부(320)가 연결되어 있으며, 통상 타겟(300)에는 음전하가 인가된다. 또한, 타겟(300)에 후면에는 자석(미도시)이 더 마련될 수 있으며, 이러한 자석은 챔버(100) 내에 형성된 전자를 타겟(300) 근처에 가두는 역할을 한다.The upper part of the
타겟(300)에 음전하를 가하면, 챔버(100) 내에 주입된 스퍼터 가스와 반응하여 스퍼터 가스를 이온화시키고, 이온화된 스퍼터 가스는 타겟(300)과 충돌한다. 여기서, 타겟(300)의 후면에 마련된 자석에 의해 이온화된 스퍼터 가스는 지속적으로 타겟(300)과 충돌하게 되며, 이에 의해 타겟(300)으로부터 분리된 증착 물질은 기판(G)을 향해 가속하여 기판(G)의 상부면에 증착된다. When a negative charge is applied to the
상기에서는 하나의 타겟(300)이 구비된 박막 제조 장치를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 다수개의 타겟을 구비할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 내의 상부에는 다수의 증발원(400)이 마련되어 있으며, 다수의 증발원(400)에 인접하도록 다수개의 타겟(300a, 300b, 300c)이 구비된다. 다수개의 타겟(300a, 300b, 300c)은 각각의 타겟 지지대(310a, 310b, 310c)에 의해 지지되고, 다수의 타겟 지지대(310a, 310b, 310c)는 챔버(100) 내의 상부 내벽에 고정된다. 여기서, 다수개의 타겟(300a, 300b, 300c)에는 타겟(300a, 300b, 300c)에 전압을 가하기 위한 전원부(320a, 320b, 320c)가 각각 연결된다. In the above, although the thin film manufacturing apparatus having one
상기에서는 전원부를 타겟에 개수에 대응하는 개수로 구비하였지만, 하나의 전원부를 다수개의 타겟에 각각 연결시켜 동시에 전압을 인가할 수 있다. 또한, 상기에서는 챔버 내에 3개의 타겟을 구비하였지만, 그 이상으로 구비할 수 있으며, 타겟 지지대는 챔버의 측벽에 고정될 수도 있다.In the above, although the power supply unit is provided in the number corresponding to the number of targets, one power supply unit may be connected to each of the plurality of targets to simultaneously apply voltage. In addition, in the above, three targets are provided in the chamber. However, the targets may be fixed to the sidewalls of the chamber.
도 1로 돌아가서, 증발원(400)은 타겟의 일측, 구체적으로는 챔버(100)의 상부에 관통되어 마련되며, 이러한 증발원(400)은 선단에 분사홀(440)이 형성된 몸체(410)와, 상기 몸체(410) 내에 마련된 도가니(420)와, 상기 도가니(420)와 분사홀(440)을 연결하는 가스 공급 유로(430)를 포함한다.1, the
몸체(410)는 원통형 또는 다각 박스 형상으로 형성되며, 몸체(410)의 선단에는 분사홀(440)이 형성된다. 또한, 몸체(410)의 내부에는 증착 물질이 저장되는 도가니(420)가 마련되고, 가스 공급 유로(430)는 도가니(420)와 분사홀(440)을 연통하도록 연결된다. 여기서, 몸체(410)와 도가니(420) 사이에는 도가니(420)의 외측을 따라 히터와 같은 가열 부재(미도시)가 마련될 수 있으며, 가열 부재는 증착 물질에 열을 가하여 증착 물질을 기화시키는 역할을 한다. 여기서, 몸체(410)의 선단에 형성된 분사홀(440)은 다수개로 형성될 수 있음은 물론이다.
몸체(410)의 내부에 마련된 도가니(420)에 증착 물질이 공급되어 가열 부재에 의해 증착 물질이 기화되면, 기화된 증착 물질은 가스 공급 유로(430) 및 분사홀(440)을 거쳐 챔버(100) 내부에 분사된다. 이어서, 챔버(100) 내부에 분사된 기화된 증착 물질은 기판(G)을 향해 이동함으로써, 기판(G)에 균일한 박막이 증착된 다. 상기에서는 증발원(400)을 기판(G)을 향하도록 고정하였지만, 이에 한정되지 않고 증발원(400)의 분사 방향을 조절할 수 있음은 물론이다.When the deposition material is supplied to the
종래에는 CIGS 막을 스퍼터링과 증발 증착을 각각 다른 챔버 내에서 수행함으로써, 구리-인듐-갈륨-셀레늄이 잘 혼합되지 않아 CIGS 막의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 또한, CIGS 막을 증발 증착만을 사용하여 제조할 경우 기판의 하부에서 상향 방식으로 공정을 수행할 수 밖에 없어, 대면적의 기판을 사용할 경우 기판이 휘어지는 문제점이 발생되었다.Conventionally, by performing the sputtering and evaporation deposition of the CIGS film in different chambers, copper-indium-gallium-selenium is not mixed well, which causes a problem of degrading the quality of the CIGS film. In addition, when the CIGS film is manufactured using only evaporation deposition, the process cannot be performed in an upward manner from the bottom of the substrate, and thus, the substrate is warped when a large area substrate is used.
이와 대조적으로, 본 발명은 하나의 챔버 내에 타겟과 증발원을 동시에 구비하고, 하향 방식으로 CIGS 막을 기판에 증착시킴으로써, 기판의 하면을 안정적으로 지지할 수 있으며, 이는 대면적의 기판에 안정적으로 CIGS 박막을 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터 방식과 더불어 증착 효율이 높은 증발원을 구비함으로써, 기판에 증착되는 CIGS 막의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 증발 온도가 높은 원료(Gu, In, Ga)을 스퍼터링법으로 증착하면서 동시에 증발 온도가 낮은 원료(Se)를 증발 증착하여 박막을 제조하므로 박막의 품질을 향상시키고 고온 증발원을 사용하지 않으므로 박막의 제조가 용이하다.In contrast, the present invention provides a target and an evaporation source simultaneously in one chamber, and by depositing a CIGS film on the substrate in a downward manner, it is possible to stably support the lower surface of the substrate, which is stable to a large area substrate CIGS thin film Can be formed. In addition, by having an evaporation source having a high deposition efficiency in addition to the sputtering method, there is an advantage to increase the efficiency of the CIGS film deposited on the substrate. In particular, the thin film is manufactured by evaporating and depositing a material having high evaporation temperature (Gu, In, Ga) by sputtering and simultaneously evaporating and depositing a material having low evaporation temperature. It is easy to manufacture.
상기와 같은 증발원은 다음과 같이 구성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 내의 상부에는 타겟(300)이 구비된 타겟 지지부(310)가 챔버(100) 내의 상부 내벽에 연결되고, 타겟 지지대(310)에 인접하도록 리니어 타입의 증발원(500)이 다수개 마련된다. 리니어 타입의 증발원(500)은 기화된 증착 물질을 챔버(100) 내로 분사하는 가스 분사부(510)와, 상기 가스 분사부(510)에 기화된 증착 물질을 공급하는 가스 공급 유로(520)와, 상기 가스 공급 유로(520)에 기화된 증착 물질을 제공하는 도가니(530)를 포함한다. 가스 분사부(510)는 챔버(100) 내에 마련되며 막대 형상의 플레이트 형상으로 형성된다. 가스 분사부(510)의 하부면에는 다수의 분사홀(512)이 형성되며, 가스 분사부(510)에 공급된 기화된 증착 물질은 분사홀(512)을 거쳐 챔버(100) 내로 공급된다. 가스 분사부(510)의 상부에는 기화된 증착 물질을 가스 분사부(510)에 공급하도록 가스 공급 유로(520)가 연결되어 있으며, 가스 공급 유로(520)는 챔버(100)의 외부로 연장되어 형성된다. 챔버(100)의 외부에 마련된 가스 공급 유로(520)의 끝단에는 증착 물질이 저장되는 도가니(530)가 연결되고, 도가니(530)는 증착 물질을 기화시키는 역할을 한다. 도가니(530)에는 증착 물질이 저장되고, 증착 물질을 기화시키기 위해 도가니(530)의 내부에는 히터와 같은 가열 부재(532)가 마련될 수 있다.The evaporation source as described above may be configured as follows. That is, as shown in FIG. 3, the
도가니(530)에 증착 물질이 저장되면, 도가니(530)의 내부에 마련된 가열 부재(532)는 증착 물질을 기화시키기 위해 증착 물질에 소정의 열을 가하고, 열에 의해 기화된 증착 물질은 가스 공급 유로(520)를 거쳐 가스 분사부(510)로 이동된다. 가스 분사부(510)로 이동된 기화된 증착 물질은 가스 분사부(510)에 형성된 분사홀(512)을 거쳐 챔버(100) 내부로 분사된다. 여기서, 가스 공급 유로(520)의 외주연을 따라 히터와 같은 가열부(미도시)가 더 마련될 수 있으며, 이러한 가열부는 기화된 증착 물질이 이동하는 동안 가스 공급 유로(520) 내에서 응축되는 것을 방지할 수 있다.When the deposition material is stored in the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 내의 상부에는 타겟(300)이 구비 된 타겟 지지부(310)가 챔버(100)의 상부 내벽에 연결되고, 챔버(100) 내의 측벽에는 포인터 타입의 증발원(600)이 다수개 마련된다. 포인터 타입의 증발원(600)은 챔버(100) 내에 기화된 증착 물질을 분사하는 인젝터(610)와, 상기 인젝터(610)에 연결된 도가니(620)를 포함한다. 인젝터(610)의 일부는 챔버(100) 내에 마련되고, 챔버(100)의 외측에 연장되도록 관통되어 마련된다. 여기서, 챔버(100) 내에 마련된 인젝터(610)의 선단에는 기화된 증착 물질을 챔버(100) 내로 분사하기 위한 분사홀(612)이 형성된다. 챔버(100) 외부에 마련된 인젝터(610)의 끝단에는 도가니(620)가 연결되어 있으며, 도가니(620)는 증착 물질을 기화시키는 역할을 한다.In addition, as shown in FIG. 4, a
상기에서는 증발원을 리니어 타입의 증발원(500)과 포인터 타입의 증발원(600)을 각각 도시하였지만, 이를 조합하여 챔버(100) 내에 마련할 수 있음은 물론이다. 또한, 리니어 타입의 증발원(500) 및 포인터 타입의 증발원(600)은 각각 챔버(100) 내의 상부와 측벽에 설치하였지만, 이에 한정되지 않고, 챔버(100) 내의 어느 위치에도 형성될 수 있음은 물론이다.In the above, the evaporation source is illustrated as a linear
상기에서는 기판(G)을 수평을 이루는 상태에서 기판(G)의 상부면에 증착 물질을 증착하였지만, 다음과 같이 기판(G)을 수직 방향으로 배치하여 기판(G)에 증착 물질을 증착할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 박막 제조 장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내의 하부에 마련된 기판 지지대(700)와, 상기 챔버(100) 내의 일 측벽에 마련되어 타겟(300)이 구비된 타겟 지지대(310)와, 타겟 지지대(310)에 인접하게 마련된 증발원(400)을 포함한다. 여기서, 기판 지지대(700)를 제외한 구성은 앞서 설명한 구성과 동일하므로 생략한다.Although the deposition material is deposited on the upper surface of the substrate G while the substrate G is in a horizontal state, the deposition material may be deposited on the substrate G by arranging the substrate G in the vertical direction as follows. have. That is, as shown in FIG. 5, the thin film manufacturing apparatus includes a
기판 지지대(700)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되며, 지지 플레이트(710)와, 상기 지지 플레이트(710)의 상부에 마련된 이동 플레이트(720)와, 상기 이동 플레이트(720)를 수평 상태에서 수직 상태로 회전시키기 위한 구동축(730)을 포함한다.The
지지 플레이트(710)는 챔버(100) 내의 하부에 설치되어 있으며, 지지 플레이트(710)의 상부에는 이동 플레이트(720)가 지지 플레이트(710)에 대응하는 크기로 마련된다. 지지 플레이트(710)의 일측과 이동 플레이트(720)의 일측에는 지지 플레이트(710)와 이동 플레이트(720)를 연결하도록 구동축(730)이 중첩되어 연결된다. 이동 플레이트(720)의 상부에는 기판(G)이 안착되고, 안착된 기판(G)을 소정 온도로 가열하기 위해 이동 플레이트(720)의 내측에는 가열 부재(722)가 마련된다.The
이동 플레이트(720)가 수평을 유지하는 상태에서 기판(G)이 이동 플레이트(720)의 상부에 안착되면, 이동 플레이트(720)는 구동축(730)에 의해 수직으로 회동하여 기판(G)을 수직 상태로 배치시킨다. 이후, 수직 상태로 배치된 기판(G)에 대면하도록 마련된 타겟(300) 및 증발원(400)에 의해 기판(G)의 일면에는 스퍼터링과 증발증착이 동시에 이루어져 기판(G)의 일면에 증착이 수행된다.When the substrate G is seated on the upper portion of the moving
상기와 같은 구성은 기판(G)이 수직으로 배치된 상태에서 기판(G)의 일면에 박막을 형성시킴으로써, 기판(G)을 안정적으로 지지할 수 있으며, 이에 의해 공정 수행 시 기판(G)의 휘어짐 없이 대면적의 기판(G)에 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 타겟(300)과 더불어 증착 효율이 높은 증발원(400)을 챔버(100) 내에 동시에 구비함으로써, 기판(G)에 증착되는 박막의 효율을 높일 수 있 는 효과가 있다.In the above configuration, by forming a thin film on one surface of the substrate G in a state in which the substrate G is disposed vertically, the substrate G can be stably supported, whereby the process of the substrate G is performed. There is an effect that can form a thin film stably on a large area of the substrate (G) without bending. In addition, by simultaneously providing the
상기에서는 기판(G)을 수평 상태에서 챔버(100) 내로 인입하여 수직 상태로 이동시킨 후, 기판(G)의 일면에 증착 물질을 증착하였지만, 이동 플레이트(720)를 수직으로 고정시킨 상태에서 기판(G)을 수직 상태로 인입하여 이동 플레이트(720)의 일면에 안착시킨 후, 증착 공정을 수행할 수 있음은 물론이다. In the above, the substrate G is introduced into the
또한, 상기에서는 기판(G)이 수직으로 배치된 상태에서 기판(G)의 일면에 증착 물질을 증착하였지만, 다음과 같이 기판(G)을 인라인 방식으로 기판(G)에 증착 물질을 증착할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 박막 제조 장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내의 하부에 마련된 기판 지지대(800)와, 상기 기판 지지대(800)의 하부에 마련된 가열 부재(900)와, 상기 챔버(100) 내의 상부에 마련되어 타겟(300)을 지지하는 타겟 지지대(310)와, 타겟 지지대(310)에 인접하게 마련된 증발원(400)을 포함한다. 여기서, 기판 지지대(700)를 제외한 구성은 앞서 설명한 구성과 동일하므로 생략한다.In addition, although the deposition material is deposited on one surface of the substrate G while the substrate G is disposed vertically, the deposition material may be deposited on the substrate G in an inline manner as follows. have. As shown in FIG. 6, the thin film manufacturing apparatus includes a
기판 지지대(800)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되어 있으며, 기판 지지대(800)는 기판(G)을 지지하는 지지대(810)와, 지지대(810)의 하부에 마련되어 지지대(810)를 수평으로 이동시키는 롤러(820)를 포함한다. 지지대(810)는 기판(G)의 하부면의 양측을 지지하며, 기판 출입구(110a)로부터 인입된 기판(G)을 수평으로 이송시키는 역할을 한다. 여기서, 지지대(810)를 수평방향으로 이동시키기 위한 롤러(820)는 기판의 이송 방향에 따라 동일 간격으로 배치된다. 기판 지지대(800)의 하부에는 가열 부재(900) 예를 들어 히터가 마련되며, 이러한 가열 부재(900)는 기 판(G)이 이송되는 동안 기판(G)에 소정의 열을 제공하는 역할을 한다. 여기서, 챔버(100)의 대향하는 양측벽에는 기판(G)을 인입 및 인출하기 위한 기판 출입구(110a, 110b)가 마련된다.The
기판(G)이 기판 출입구(110a)로부터 인입되어 지지대(810)에 안착되면, 지지대(810)에 안착된 기판(G)은 지지대(810)에 의해 수평으로 이동된다. 이때, 기판 지지대(800)의 하부에 마련된 가열 부재(900)는 기판(G)이 이동되는 동안 기판(G)에 소정의 열을 제공한다. 이어서, 지지대(810)에 안착된 기판(G)의 상부에 마련된 다수의 증착원 즉, 타겟(300) 및 증발원(400)으로부터 증착 물질이 기판(G)이 이동하는 동안 기판(G)의 상부에 스퍼터링과 증발증착이 동시에 이루어져 증착이 수행된다.When the substrate G is inserted from the
상기와 같은 구성은 인라인 방식의 챔버(100) 내에 타겟(300)과 증발원(400)을 동시에 구비함으로써, 대면적의 기판(G)의 처리 속도를 높이는 동시에 박막의 증착 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the
상기에서는 하나의 챔버 내에 다수의 타겟과 증발원을 모두 구비하였으나, 이에 한정되지 않고, 다수의 챔버에 적어도 하나의 타겟과 증발원을 구비할 수 있음은 물론이고, 예를 들어, 하나의 챔버 내에 하나의 타겟과 증발원이 구비된다면, 3개의 챔버를 인라인으로 연결하여 구성할 수 있음은 물론이다.In the above, although a plurality of targets and evaporation sources are provided in one chamber, the present invention is not limited thereto. For example, at least one target and evaporation source may be provided in a plurality of chambers. If the target and the evaporation source is provided, of course, it can be configured by connecting the three chambers inline.
이하에서는 CIGS 태양전지를 예를 들어 본 발명에 따른 박막 제조 장치를 이용하여 CIGS 막을 기판에 형성하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming a CIGS film on a substrate using a CIGS solar cell, for example, using a thin film manufacturing apparatus according to the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 기판에 배면 전 극층을 형성하는 단계(S10)와, 광흡수층을 형성하는 단계(S20)와, 버퍼층을 형성하는 단계(S30)와, 윈도우층을 형성하는 단계(S40)와, 반사방지층을 형성하는 단계(S50)와, 그리드 전극층 형성 및 전극 와이어링 하는 단계(S60)를 포함한다.As shown in FIG. 7, the method of manufacturing a CIGS solar cell includes forming a back electrode layer on a substrate (S10), forming a light absorbing layer (S20), and forming a buffer layer (S30). And forming a window layer (S40), forming an anti-reflection layer (S50), and forming a grid electrode layer and wiring an electrode (S60).
기판(10)은 1 내지 3mm의 두께를 가지는 탄산나트륨 라임 유리(soda lime glass)로 형성된다. 기판(S)이 준비되면, 알칼리계의 유리 세척액으로 세척하고, 초 순수(DI water)를 사용하여 린스하여 기판(10)을 세척한다. 여기서, 기판(10)은 탄산나타륨 라임 유리 외에 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 구리 타입의 금속기판, 폴리머 등도 사용이 가능하다.The
기판(10)의 세척을 마치면, 배면 전극층을 형성하는 단계(S20)를 수행한다. 배면 전극층(20)은 전극으로서 비저항이 낮고 열팽창계수의 차이로 인해 박리 현상이 일어나지 않으며 유리 기판(10) 상에 점접착성이 뛰어난 몰리브덴을 사용한다. 본 실시예에서의 배면 전극층(20)은 몰리브덴을 직류 스퍼터(DC sputter) 법에 의해 기판(10)의 일면에 0.5 내지 1μm의 두께로 증착한다. 여기서, 스퍼터 가스로는 질소가 사용될 수 있다.When the cleaning of the
이어서, 배면 전극층(20)의 일부를 마스크 한 상태에서 광흡수층을 형성하는 단계(S20)를 수행한다. 광흡수층(30)으로는 태양전지의 에너지 변환 효율이 가장 좋은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄이 혼합된 화합물 반도체가 사용되며, 구리, 인듐, 갈륨은 스퍼터 방식으로 셀레늄은 증발증착 방식에 의해 배면 전극층(20)의 상부에 동시에 증착된다. 여기서, 광흡수층(30)은 대략 2μm의 두께로 형성된다.Subsequently, in operation S20, the light absorption layer is formed while a part of the
이하에서는 CIGS을 사용하여 광흡수층을 형성하는 방법을 본 발명에 따른 박 막 제조 장치를 사용하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of forming a light absorption layer using CIGS will be described in detail using a thin film production apparatus according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, CIGS 막을 사용하여 태양전지용 광흡수층을 형성하는 방법은 기판을 인입하는 단계(A10)와, 구리-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(A20)와, 인듐-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(A30)와, 갈륨-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(A40)와, 증착을 완료된 기판을 인출하는 단계(A50)를 포함한다. 여기서, CIGS막을 형성하여 광흡수층을 형성하는 방법은 도 6의 박막 제조 장치를 참조하여 설명한다.As shown in FIG. 8, a method of forming a light absorbing layer for a solar cell using a CIGS film includes depositing a substrate (A10), simultaneously depositing copper-selenium (A20), and simultaneously depositing indium-selenium. And a step (A40) of depositing gallium-selenium at the same time, and a step (A50) of extracting a substrate on which deposition is completed. Here, the method of forming the CIGS film to form the light absorption layer will be described with reference to the thin film manufacturing apparatus of FIG. 6.
먼저, 일면에 몰리브덴이 증착된 탄산나트륨 라임 유리 기판(G)이 챔버(100) 내에 마련된 지지대(810)에 안착시켜 기판을 인입하는 단계(A10)를 수행한다. 여기서, 기판(G)의 온도는 공정이 진행되는 약 500도를 유지하고, 기판(G)에 증착되는 증착 물질로서 다수의 타겟 지지대(310)에는 순서대로 각각 구리, 인듐, 갈륨이 장착되고, 증발원(400)에는 셀레늄이 준비된다. 또한, 챔버(100)의 초기 내부 진공도는 10-6 Torr 로 형성하고, 공정이 시작되면 공정을 위한 진공도는 10-2 내지 10- 1으로 형성한다.First, a sodium carbonate lime glass substrate G having molybdenum deposited on one surface thereof is seated on a
이어서, 지지대(810)에 안착된 기판(G)은 지지대(810)에 의해 수평으로 이동하기 시작한다. 지지대(810)에 안착된 기판(G)이 구리 타겟(300)이 장착된 타겟 지지대(310)의 하부에 위치하면, 구리에 연결된 전원부(320)에 의해 구리 타겟(300)에 음전하가 가해지며, 이에 의해 구리 타겟(300)으로부터 분리된 증착 물질이 기판(G)의 상부면에 증착된다. 이와 동시에 구리 타겟(300)이 장착된 타겟 지지 대(310)에 인접하게 설치된 증발원(400)에서 기화된 셀레늄을 기판(G)의 상부면에 분사시켜 구리-셀레늄이 동시에 증착되는 단계(A20)를 수행한다.여기서, 증발원(400)은 리니어 타입의 증발원 또는 포인터 타입의 증발원이 사용될 수 있다.Subsequently, the substrate G seated on the
구리-셀레늄의 증착을 마치면, 기판(G)은 지속적으로 이동하고, 인듐 타겟(300)이 장착된 타겟 지지대(310)의 하부에 위치되면, 위와 같이 기판(G)에 스퍼터링 법으로 인듐을 증착하고, 이와 동시에 증발법에 의해 기화된 셀레늄을 기판(G)의 상부에 분사하여 증착함으로써 인듐-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(A30)를 수행한다.After the deposition of the copper-selenium, the substrate G is continuously moved, and when positioned below the
구리-셀레늄과 인듐-셀레늄의 증착을 마치면, 기판(G)은 수평 상태로 지속적으로 이동되고, 갈륨 타겟(300)이 장착된 타겟 지지대(310)의 하부에 위치되면, 앞서 설명한 방법으로 갈륨과 셀레늄을 스퍼터링 법과 증발법으로 동시에 기판(G)에 증착시켜 갈륨-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(A40)를 수행한다. 여기서, 기판(G)은 약 500도로 가열되고 있기 때문에 앞서 증착된 구리-셀레늄과 인듐-셀레늄과 갈륨-셀레늄은 증착이 수행되는 동안 기판(G)의 상부에는 구리-인듐-갈륨-셀레늄의 화합물이 균일하게 혼합된다. 물론, 구리-인듐-갈륨-셀레늄의 화합물을 더욱 균일하게 혼합시키기 위해 열처리 공정을 더 추가할 수도 있다.After the deposition of copper-selenium and indium-selenium, the substrate G is continuously moved in a horizontal state and positioned below the
상기에서는 기판(G)이 다수의 타겟 지지대(310)의 하부에서 멈춘 상태에서 공정을 진행하였지만, 기판(G)을 정지시키지 않고 지속적으로 이동되는 동안 공정이 진행될 수 있음은 물론이다.In the above, the process is performed while the substrate G is stopped at the lower portion of the plurality of target supports 310, but the process may be performed while the substrate G is continuously moved without stopping the substrate G.
상기와 같이 구리-셀레늄과 인듐-셀레늄과 갈륨-셀레늄의 증착을 마친 기 판(G)은 챔버(100)의 외부로 이송되어 증착이 완료된 기판을 인출하는 단계(A50)를 마친다.As described above, the substrate G, which has completed the deposition of copper-selenium, indium-selenium, and gallium-selenium, is transferred to the outside of the
상기에서는 구리-셀레늄, 인듐-셀레늄, 갈륨-셀레늄을 차례대로 배면 전극층의 상부에 증착하였지만, 증착되는 순서는 서로 바뀔 수 있음은 물론이다. 또한, 상기에서는 타겟으로서 구리, 인듐, 갈륨을 각각 장착하여 증착을 수행하였지만, 구리-인듐, 구리-갈륨 등 2개의 합금 형태의 타겟을 형성할 수 있으며, 구리-인듐-갈륨을 1개의 합금 형태로 타겟을 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기에서는 도 6에 도시된 박막 제조 장치를 사용하여 CIGS 막을 기판 상에 증착하였지만, 도 2에 도시된 박막 제조 장치에 적용할 수 있음은 물론이다.In the above, copper-selenium, indium-selenium, and gallium-selenium were sequentially deposited on the rear electrode layer, but the order of deposition may be changed. In addition, in the above, deposition was performed by mounting copper, indium, and gallium as targets, respectively, but a target of two alloy forms such as copper-indium and copper-gallium may be formed, and copper-indium-gallium may be used as one alloy form. Of course, it is possible to form a target. In addition, although the CIGS film was deposited on the substrate using the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 6, it is, of course, applicable to the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 2.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 태양전지에 CIGS 막을 사용하여 광흡수층을 형성하는 방법은 기판을 준비하는 단계(B10)와, 구리-인듐-갈륨-셀레늄을 동시에 증착하는 단계(B20)와, 증착이 완료된 기판을 인출하는 단계(B30)를 포함한다. 여기서, 태양전지에 CIGS 막을 사용하여 광흡수층을 형성하는 방법은 도 1의 박막 제조 장치를 참조하여 설명한다. 또한, 위와 중복되는 설명은 생략한다.In addition, as shown in FIG. 9, a method of forming a light absorption layer using a CIGS film in a solar cell includes preparing a substrate (B10), simultaneously depositing copper-indium-gallium-selenium (B20) and The method may include extracting the substrate on which deposition is completed (B30). Here, a method of forming a light absorption layer using a CIGS film in a solar cell will be described with reference to the thin film manufacturing apparatus of FIG. 1. In addition, description overlapping with the above is omitted.
먼저, 일면에 배면 전극층이 형성된 기판(G)을 챔버(100) 내에 마련된 기판 지지대(200)에 안착시켜 기판을 인입하는 단계(B10)를 수행한다. 여기서, 공정이 진행되는 동안 기판(G)의 온도는 약 500도로 유지되고, 챔버(100) 내의 초기 진공도와 공정 진공도는 각각 10-6 Torr, 10-2 Torr로 형성한다. 또한, 타겟 지지대(310)에는 타겟(300)으로서 구리, 인듐, 갈륨을 장착하고, 증발원(400)에는 셀레늄이 마 련된다. 여기서, 타겟 지지대(310)에는 구리, 인듐, 갈륨을 분할하여 장착된다.First, a step (B10) of inserting the substrate is performed by mounting the substrate G having the rear electrode layer formed on one surface thereof, on the
이어서, 기판 지지대(200)에 안착된 기판(G)은 기판 지지대(200)에 의해 회전하기 시작하고, 타겟(300)에 연결된 전원부(320)에 의해 구리, 인듐 및 갈륨 타겟에는 음전하가 가해지고, 이에 의해 구리, 인듐 및 갈륨 타겟으로부터 분리된 증착 물질은 기판(G)의 상부면에 증착된다. 이와 동시에, 증발원(400)에는 기화된 셀레늄 가스가 기판을 향해 분사되어, 구리, 인듐, 갈륨과 함께 셀레늄이 동시에 증착되는 단계(B20)를 마친다. 여기서, 증발원(400)은 리니어 타입의 증발원 또는 포인터 타입의 증발원이 사용될 수 있다.Subsequently, the substrate G seated on the
여기서, 기판은 약 500도로 가열되고 있기 때문에 앞서 증착된 구리-인듐-갈륨-셀레늄은 증착이 수행되는 동안 배면 전극층의 상부에서 균일하게 혼합된다. 상기와 같이 구리-인듐-갈륨-셀레늄의 증착을 마친 기판(G)은 챔버(100)의 외부로 이송되어 증착이 완료된 기판을 인출하는 단계(B30)를 마친다.Here, since the substrate is heated to about 500 degrees, the previously deposited copper-indium-gallium-selenium is uniformly mixed on top of the back electrode layer during the deposition. After the deposition of the copper-indium-gallium-selenium as described above, the substrate G is transferred to the outside of the
상기에서는 타겟 지지대(310)에 구리, 인듐, 갈륨을 분할하여 장착하였지만, 이에 한정되지 않고, 구리, 인듐 및 갈륨이 혼합된 합금이 장착될 수도 있다. 또한, 상기에서는 도 1에 도시된 박막 제조 장치를 사용하여 CIGS 막을 기판 상에 증착하였지만, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 박막 제조 장치에 적용할 수 있음은 물론이다.In the above, the
도 7로 돌아가서, 배면 전극층(20)의 상부에 광흡수층을 형성하는 단계(S20)를 마치면, 광흡수층(30)의 상부에 버퍼층을 형성하는 단계(S40)를 수행한다. 버퍼층(40)은 버퍼층(40)의 하부에 위치한 P형 반도체와 버퍼층(40)의 상부에 위치한 N 형 반도체를 양호하게 접합하기 위해 필요하며, 이러한 버퍼층(40)으로 황하카드뮴(CdS)이 사용된다. 황하카드뮴은 케미컬 베스 디포지션(chemical bath deposition, CBD) 법에 의해 0.05μm 로 형성한다. 본 실시예의 경우 염화 카드늄과 염화암모늄과 티오 요소와 암모니아의 혼합액을 약 80도 가열한 다음 기판(G)을 혼합액에 침지시켜 n형 황하카드뮴을 결정화하였다.Returning to FIG. 7, after completing the step S20 of forming the light absorbing layer on the
이어서, 버퍼층을 형성하는 단계(S30)를 마치면, 버퍼층의 상부에 윈도우층을 형성하는 단계(S40)를 수행한다. 윈도우층(50)은 n형 반도체로서 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하며, 이러한 윈도우층(50)은 광투과율이 높고 전기 전도성이 높은 산화아연(ZnO)을 사용하여 형성한다. 보다 구체적으로 윈도우층(50)은 산화아연을 사용하여 RF 스퍼터링 방식으로 0.46 내지 0.6 μm의 두께로 형성한다. 본 실시예에서는 RF 스퍼터링 방식으로 증착을 수행하였지만, 이에 한정되지 않고, 반응성 스퍼터링, 금속 유기물 화학기상증착법으로 증착할 수 있다. 또한, 윈도우층(50)으로 산화아연의 상부에 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO를 형성한 2중 구조를 사용할 수도 있다.Subsequently, after the step of forming the buffer layer (S30), the step of forming the window layer on the buffer layer (S40) is performed. The
이어서, 윈도우층(50)의 상부에 반사방지층을 형성하는 단계(S50)를 수행한다. 반사방지층(60)은 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄이는 역할을 하며, 반사방지층(60)은 플루오르화마그네슘(MgF2 )을 사용하여 형성된다. 본 실시예에서의 반사방지층(60)은 플루오르화마그네슘 원료를 기화시켜 기화된 가스를 윈도우층(50)의 상부면에 분사하는 증발증착법에 의해 형성되고, 이에 의해 반사방지 층(60)은 0.08 내지 0.12μm의 두께로 형성한다. 여기서, 반사방지층(60)은 태양전지의 발전에 직업 기여하는 것이 아니기 때문에 태양전지 구성에서 생략될 수 있음은 물론이다.Subsequently, an anti-reflection layer is formed on the window layer 50 (S50). The
이어서, 반사방지층을 형성하는 단계(S50)를 마치면, 그리드 전극층 형성 및 전극 와이어링 하는 단계(S60)를 수행한다. 그리드 전극(70)은 태양전지 표면에서 전류를 수집하는 역할을 하며, 그리드 전극(70)은 알루미늄을 사용하여 형성된다. 이러한, 그리드 전극(70)은 알루미늄을 증발증착법에 의해 3μm의 두께로 형성된다. 여기서, 그리드 전극(70)으로서 알루미늄 대신에 Ni/Al이 사용될 수 있다. 그리드 전극(70)이 형성되면, 그리드 전극(70)과 배면 전극층(20) 사이에 와이어를 연결하여 양 전극 사이에 부하를 걸어 태양 전지의 제조를 마치게 된다.Subsequently, after the step of forming the anti-reflection layer (S50), the step of forming the grid electrode layer and wiring the electrode (S60) is performed. The
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art that the present invention can be variously modified and changed within the scope without departing from the spirit of the invention described in the claims below I can understand.
도 1은 본 발명에 따른 박막제조장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a thin film manufacturing apparatus according to the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 박막 제조 장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.2 to 6 are cross-sectional views showing a modification of the thin film manufacturing apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a CIGS solar cell according to the present invention.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 CIGS 막을 기판에 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.8 and 9 are flowcharts illustrating a method of forming a CIGS film on a substrate according to the present invention.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 > <Description of the code | symbol about the principal part of drawings>
100: 챔버 110: 기판 출입구100: chamber 110: substrate entrance
200: 기판 지지대 300: 타겟200: substrate support 300: target
310: 타겟 지지대 400: 증발원310: target support 400: evaporation source
420: 도가니 430: 가스 공급 유로420: crucible 430: gas supply flow path
900: 가열부재 G: 기판900: heating member G: substrate
Claims (20)
Priority Applications (1)
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