KR20090129180A - 마스크를 이용한 ｃｉｇｓ 태양전지 패터닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위한 패터닝 방법에 있어서, 기판 위에 마스크 M1을 놓고 그 위에 하부전극층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M1를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S1); 상기 S1 단계를 거친 기판 위에 마스크 M2를 놓고 그 위에 순차적으로 태양광흡수층 물질, 버퍼층 물질 및 윈도우층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M2를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S2); 및 상기 S2 단계를 거친 기판 위에 마스크 M3를 놓고 그 위에 투명전극층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M3를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법으로서, 마스크를 이용하여 패터닝을 수행함으로써, 레이저 및 니들에 의한 스크래치 방지, 니들의 수명에 의한 양산성 저하 및 파티클 형성방지, 니들과 스크라이빙 대상인 박막의 마찰에 따른 손상을 방지하여 안정적인 패터닝이 가능한 효과가 있다.
태양전지, CIGS, 마스크, 이격부, 테두리부

Description

마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법{Patterning method by Mask for manufacturing CIGS solarcell}
본 발명은 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CIGS 태양전지 모듈의 제조 공정에서 채용되는 패터닝 공정 을 마스크를 이용하여 수행함으로써, 레이저 및 니들에 의해 스크래치가 발생하거나 니들의 수명에 의해 양산성이 저하되고 파티클이 형성되는 것을 방지하고, 니들과 스크라이빙 대상인 박막의 마찰에 따른 손상을 방지하여 안정적인 패터닝이 가능하도록 구성된 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체 소자로서, 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘계, 화합물계, 유기물계로 분류된다.
이중 화합물계 태양전지는 Ⅲ-Ⅴ족의 GaAs(Gallium Arsenide)와 InP(Indium Phosphide) 등의 벌크(기판)형과 Ⅱ-Ⅵ족의 CdTe(Cadmium Telluride) 및 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족의 CuInSe2(CIS; Copper Indium Diselenide) 등의 박막형으로 구분된다.
화합물계 태양전지 중 CIS계 박막 태양전지에서는 패터닝 공정에 의해 다수 개의 태양전지 셀을 분할시키고 이들을 직렬접속시켜 태양전지 모듈의 변환효율을 높인다. 이와 같은 CIS계 박막 태양전지는 예를 들면, 소다석회유리(Soda Lime Glass) 등으로 이루어진 절연성의 기판과, 그 기판위에 몰리브덴(Mo)등의 금속으로 이루어진 전극박막층, Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 반도체로 이루어진 p형 태양광흡수층, n형 반도체인 CdS로 이루어진 버퍼층, ZnO층 및 투명전극층이 순차적으로 적층되어 형성된다.
이와 같은 박막 태양전지를 복수개의 단위 셀에 스트립 형태로 잘라 나누어 수십 내지 수백 ㎛의 홈 또는 간극을 상호접속부로 형성하고 단위 셀 들을 직렬접속하는 태양전지 모듈의 제조공정에 있어서, 태양전지 전면에 전극을 형성하여 소정의 전압의 수득효율을 높이기 위해서 패터닝 공정이 필요하다.
이러한 패터닝 공정을 수행하는 방법으로는 레이저 패터닝(laser patterning)법, 화학적 기화가공(chemical vaporization machining; CVM)법, 및 금속침(이하, '니들'이라 한다)에 의한 기계적인 스크라이빙(mechanical scribing)법 등이 있다. 그 중에서 스크라이빙 방법은 고속가공이 가능하며 또한 장치 및 운전비용이 저렴하여 자주 사용되고 있다.
또한, 이러한 박막 태양전지 모듈의 제조방법에 실시되는 패터닝 공정은 통상적으로 3개의 패터닝 공정 P1, P2, P3 및 마지막 공정인 P4로 이루어진다. 패터닝 공정 P1은 절연성의 기판 위에 형성한 전극박막층을 스트립 형태로 분할하는 공정이며, 패터닝 공정 P2는 전극박막층 위에 순차적으로 형성한 p형 태양광흡수층, 버퍼층 및 ZnO층을 패터닝 공정 P1에 의해 형성되는 패턴을 기준 위치로 하여 일정 간격 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 공정이다. 또한, 패터닝 공정 P3는 ZnO층위에 투명전극층을 형성한 후, 투명전극층, ZnO층, 버퍼층 및 태양광흡수층 일부를 패터닝 공정 P2에 의해 형성되는 패턴을 기준 위치로 하여 일정 간격 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 공정을 말한다. 마지막으로, 패터닝 공정 P4는 태양전지 모듈의 에지 둘레를 따라 프레임을 끼우기 위해 태양전지 모듈의 에지 둘레의 박막을 일정폭으로 제거하는 공정을 말한다.
일반적으로 패터닝 공정 P1은 레이저 빔을 이용하며, 패터닝 공정 P2 및 P3는 니들을 이용한 기계적 스크라이빙법으로 가공한다. 또한, 마지막으로 패터닝 공정 P4는 레이저 빔을 이용하여 가공한다.
그러나, 이와 같은 종래의 패터닝 P1 및 P4 공정시 유리기판에 스크래치가 발생하거나, 또는 패터닝 P2 및 P3 공정시에는 사용되는 니들에 의한 뜯김현상에 의해 패터닝 하고자하는 원하는 박막층 이외의 박막에 손상을 주는 문제점이 있다.
또한, 패터닝 P2 및 P3 공정시 사용되는 니들의 마모 및 제거되는 박막에 의해 파티클이 형성되어 공중에 비산되거나 기판에 부착되어 이후 암점등의 원인이 되기도 할 뿐만 아니라, 니들과 박막과의 마찰에 의해 박막 측면의 온도가 상승되는 등 손상을 주게되어 전체적으로 태양전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 패터닝 P2 및 P3 공정시 장치에 부착된 니들이 사용함에 따라 마모가 되면, 새로운 것으로 교환을 해 주었고 이에 따라 교환하는데 시간이 많이 소요되어 양산성이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 CIGS 태양전지 모듈의 제조 공정에서 채용되는 패터닝 공정을 마스크를 이용하여 수행함으로써, 레이저에 의해 스크래치가 발생하거나 니들과 스크라이빙 대상인 박막의 마찰에 따른 손상을 방지하여 안정적인 패터닝이 가능한 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 패터닝 공정시 사용되는 니들의 수명에 의해 양산성이 저하되거나 파티클이 형성되는 것을 방지하고 안정적인 패터닝이 가능한 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 태양전지의 모듈 제조공정에 본 발명에 따른 패터닝 방법을 이용하여 패터닝 공정을 수행함으로써, 태양전지의 모듈 제조 비용의 절감 및 태양전지의 변환 효율을 상승시키면서 제조 비율의 향상을 달성하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위한 패터닝 방법에 있어서,
기판 위에 마스크 M1을 놓고 그 위에 하부전극층 물질을 증착시킨 후 마스크 M1를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S1);
S1 단계를 거친 기판 위에 마스크 M2를 놓고 그 위에 순차적으로 태양광흡수 층 물질, 버퍼층 물질 및 윈도우층 물질을 증착시킨 후 마스크 M2를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S2); 및
S2 단계를 거친 기판 위에 마스크 M3를 놓고 그 위에 투명전극층 물질을 증착시킨 후 마스크 M3를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 마스크 M1, M2 및 M3는 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태이며, 각각의 마스크는 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부와, 내측으로는 다수개의 구멍 및 다수개의 구멍 사이의 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 각 마스크의 다수개의 구멍은 사각형 형상이며,
마스크 M1은 순차적으로 폭(D11)을 가진 제1 구멍과 폭(D)을 가진 중간에 균일하게 형성된 다수개의 구멍 및 폭(D1n)을 가진 제n 구멍으로 구성되고,
마스크 M2는 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성되며,
마스크 M3는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 갖는 구멍들로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 마스크 M1 및 M3의 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기는 4~5mm, 마스크 M1, M2 및 M3의 이격부의 폭(d)의 크기는 50~100㎛, 테두리부의 폭(b)의 크기는 10mm이며,
마스크 M1의 제1 구멍의 폭(D11)과 제n 구멍의 폭(D1n)의 크기는 중간에 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기보다 작고, 관계식 D11+D1n+d=D 을 만족하며,
마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D 을 만족하며,
마스크 M1의 제1 구멍의 폭(D11)의 크기와 상기 마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 D21>D11 을 만족하는 크기로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 기판의 에지폭을 형성할 수 있도록, S1 패턴 형성단계 이전에 기판 위에 마스크 M0를 배치시키고, S1, S2, S3 패턴 형성단계 이후에 마스크 M0를 제거하는 공정단계(S0)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 마스크 M0는 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부만으로 형성된 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태이며,
마스크 M1, M2 및 M3는 가로길이(L')×세로길이(W') 크기를 가진 필름 형태이고, 각각의 마스크는 일정크기의 폭(b')을 가진 테두리부와, 내측으로는 다수개의 구멍 및 다수개의 구멍 사이의 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부로 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 마스크 M1, M2 및 M3의 가로길이(L') 및 세로길이(W')는 마스크 M0의 가로길이(L) 및 세로길이(W)보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 마스크의 다수개의 구멍은 사각형 형상이며,
마스크 M1 및 M3는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 갖는 구멍들로 구성되고,
마스크 M2는 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 마스크 M1 및 M3의 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기는 4~5mm, 마스크 M1, M2 및 M3의 이격부의 폭(d)의 크기는 50~100㎛, 테두리부의 폭(b')의 크기는 1~10mm이며,
마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D 을 만족하는 크기로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서
하부전극층 물질은 몰리브덴(Mo)이며, 태양광흡수층 물질은 CIGS이고, 상기 버퍼층 물질은 CdS이며, 윈도우층 물질은 ZnO이고, 투명전극층 물질은 알루미늄이 도핑된 ZnO 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 본 발명에 따른 패터닝 방법으로 형성된 ＣＩＧＳ 태양전지를 제공한다.
본 발명은, 상술한 바와 같이 CIGS 태양전지 모듈의 제조 공정에서 채용되는 패터닝 공정을 마스크를 이용하여 수행함으로써, 레이저에 의해 스크래치가 발생하거나 니들과 스크라이빙 대상인 박막의 마찰에 따른 손상을 방지하여 안정적인 패터닝이 가능한 효과가 있다.
또한, 패터닝 공정을 마스크를 이용하여 수행함으로써, 종래의 패터닝 장치에서 사용되는 니들의 수명에 의해 양산성이 저하되거나 파티클이 형성되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 태양전지의 모듈 제조공정에 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 패터닝 공정을 수행함으로써, 태양전지의 모듈 제조 비용의 절감 및 태양전지의 변환 효율을 상승시키면서 제조 비율의 향상이 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법의 개략적인 순서도, 도 2는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 공정단계에서 각 단계에서 패터닝이 수행된 태양전지를 나타내는 개략도, 도 3의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법에 사용되는 마스크의 일 실시예의 형태를 나타내는 개략도, 도 4의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법에 사용되는 마스크의 다른 실시예의 형태를 나타내는 개략도이다.
우선, 도 3 및 도 4에 예시된 본 발명에서 패터닝하는 공정에 사용되는 마스크들을 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 3의 (a)~(d)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 적어도 3개의 마스크(M1, M2, M3), 바람직하게는 4개의 마스크(M0, M1, M2, M3)를 이용하여 패터닝한다. 여기서, 4개의 마스크는 후술하는 바와 같이 그 형상이 다르다.
마스크 M0는 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부(100) 만으로 형성된다. 이것은 태양전지 제조공정 중 증착과정에서 프레임(미도시)이 결합되는 기판(10)의 모서리 둘레를 따라 에지 부분이 일정 폭만큼 증착되지 않도록 하기 위한 것이다.
여기서, 마스크 M0의 테두리부(100)의 폭(b)의 크기는 대략 10mm가 바람직하다. 이것은 기판(10)의 에지에 프레임(미도시)을 결합시키기 위해 필요한 적정크기의 치수이다.
마스크 M1은 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부(200)와, 내측으로는 다수개의 구멍과 다수개의 구멍 사이에는 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부(210)가 형성되어 있다. 또한, 마스크 M1의 구멍들은 순차적으로 폭(D11)을 가진 제1 구멍과 폭(D)을 가진 중간에 균일하게 형성된 다수개의 구멍 및 폭(D1n)을 가진 제n 구멍으로 구성된다. 여기서, n은 2보다 큰 정수이다.
구멍의 형상은 사각형상이 바람직하나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다. 또한, 중간에 균일하게 형성된 사각구멍의 폭(D)의 크기는 대략 4~5mm 이며, 제1 구멍의 폭(D11)의 크기 및 제n 구멍의 폭(D1n)의 크기는 중간의 균일한 구멍의 폭(D)의 크기보다 작고, 관계식 D11+D1n+d=D (d는 이격부의 폭의 크기)을 만족하는 크기를 갖는다. 또한, 이격부(210)의 폭(d)의 크기는 대략 50~100㎛가 바람직하다.
또한, 마스크 M1의 테두리부(200)의 폭(b)의 크기는 대략 10mm가 바람직하 다. 마찬가지로, 이것은 기판(10)의 에지에 프레임(미도시)을 결합시키기 위해 필요한 적정 폭의 크기이다.
마스크 M2는 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부(300)와, 내측으로는 다수개의 구멍과 다수개의 구멍 사이에는 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부(310)가 형성되어 있다. 또한, 마스크 M2의 구멍들은 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성된다.
마찬가지로 구멍의 형상은 사각형상이 바람직하나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다.
또한, 마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D (D는 마스크 M1, M3의 균일한 구멍의 폭의 크기, d는 이격부의 폭의 크기)을 만족하는 크기를 가지며, 마스크 M1의 제1 구멍의 폭(D11)의 크기와는 부등식 D21>D11 을 만족한다.
마찬가지로, 마스크 M2의 이격부(310)의 폭(d)의 크기는 대략 50~100㎛, 테두리부(300)의 폭(b)의 크기는 대략 10mm가 바람직하다.
마스크 M3는 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부(400)와, 내측으로는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 가진 다수개의 구멍과 다수개의 구멍 사이에는 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부(410)가 형성되어 있다.
마찬가지로, 구멍의 형상은 사각형상이 바람직하나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다.
또한, 마스크 M3의 구멍의 폭(D)의 크기는 대략 4~5mm 이며, 마스크 M1 및 마스크 M2와 마찬가지로 마스크 M3의 이격부(410)의 폭(d)의 크기는 대략 50~100㎛, 테두리부(400)의 폭(b)의 크기는 대략 10mm가 바람직하다.
본 실시예에서는 마스크 M3의 구멍들이 동일한 치수를 갖는 것을 기준으로 하여 마스크 M2 및 마스크 M1의 구멍의 형상 및 그 크기를 정한 것으로서, 기준을 마스크 M2 또는 마스크 M1으로 하고 그에 맞추어 다른 마스크들의 형상 및 그 크기를 정할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예의 마스크 M1, 마스크 M2 및 마스크 M3를 비교해 보면, 마스크 M1의 각각의 이격부(210)는 마스크 M2 및 마스크 M3의 각각의 이격부(310,410)와 서로 동일수직선상에 위치하지 않으며, 마스크 M2의 다수개의 이격부(310) 중 짝수번째 이격부들은 마스크 M3의 이격부(410)와 서로 동일수직선상에 위치함을 알 수 있다. 이것은 태양전지를 제조하기 위하여 박막을 증착하는 각 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되어야 하기 때문이다.
<실시예 2>
또한, 다른 실시예로서 도 4의 (a)~(d)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 4개의 마스크, 즉 마스크 M0, 동일한 2개의 마스크 M1,M3 및 마스크 M2를 이용하여 패터닝한다.
마스크 M0는 실시예 1과 마찬가지로, 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부(100) 만으로 형성된다. 이것은 태양전지 제조공정 중 증착과정에서 프레임이 결합되는 기판(10)의 모서리 둘레를 따라 에지 부분이 일정 폭만큼 증착되지 않도록 하기 위한 것이다.
여기서, 마스크 M0의 테두리부(100)의 폭(b)의 크기는 대략 10mm가 바람직하며, 이것은 기판(10)의 에지에 프레임(미도시)을 결합시키기 위해 필요한 적정크기의 치수이다.
마스크 M1 및 M3는 가로길이(L')×세로길이(W') 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b')을 가진 테두리부(500)와, 내측으로는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 가진 다수개의 구멍과 다수개의 구멍 사이에는 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부(510)가 형성되어 있다. 구멍의 형상은 사각형상이 바람직하나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다.
또한, 마스크 M1 및 M3의 구멍의 폭(D)의 크기는 대략 4~5mm 이며, 이격부(510)의 폭(d)의 크기는 대략 50~100㎛, 테두리부(500)의 폭(b')의 크기는 대략 1~10mm가 바람직하다.
마스크 M2는 가로길이(L')×세로길이(W') 크기를 가진 필름 형태로서, 일정크기의 폭(b')을 가진 테두리부(600)와, 내측으로는 다수개의 구멍과 다수개의 구멍 사이에는 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부(610)가 형성되어 있다. 또한, 마스크 M2의 구멍들은 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성된다.
마찬가지로 구멍의 형상은 사각형상이 바람직하나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다.
또한, 마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D 을 만족하는 크기를 갖는다.
마찬가지로, 마스크 M2의 이격부(610)의 폭(d)의 크기는 대략 50~100㎛, 테두리부(300)의 폭(b')의 크기는 대략 1~10mm가 바람직하다.
본 실시예에서, 마스크 M1,M2,M3의 가로길이(L') 및 세로길이(W')는 마스크 M0의 가로길이(L') 및 세로길이(W') 보다 크다. 이것은 박막 증착공정에서 하부에 배치된 마스크 M0와의 중첩을 피하고, 마스크 M1,M2,M3의 세로길이방향의 테두리 폭에 의해 증착부위가 가려지는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 본 실시예의 마스크 M1, 마스크 M2 및 마스크 M3를 이용하여 패터닝 공정을 수행하는 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이 마스크 M1의 각각의 이격부(510)가 마스크 M2 및 마스크 M3의 각각의 이격부(610,510)와 서로 동일수직선상에 위치하지 않도록 배치하며, 마스크 M2의 다수개의 이격부(610) 중 짝수번째 이격부들은 마스크 M3의 이격부(410)와 서로 동일수직선상에 위치하도록 배치한다. 이것은 태양전지를 제조하기 위하여 박막을 증착하는 각 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되어야 하기 때문이다.
본 발명에서 '짝수번째 이격부'란 마스크 M2의 한쌍을 이루는 구멍 중 제2 구멍과 그 다음번째 쌍의 제1 구멍 사이에 위치한 이격부를 나타낸다.
본 발명에서 언급되는 마스크(M0, M1, M2, M3)는 기판이나 기판에 증착되는 박막물질과 반응하지 않고, 통상적으로 CIGS 반도체 증착과정이 400℃ 이상의 고온공정이므로, 이러한 고온공정에도 견딜 수 있는 내열성을 가진 재질이면 무방하다.
또한, 본 발명에서 언급되는 기판은 유리재질로서, 주로 소다석회유리(Soda Lime Glass) 등으로 이루어진 절연성의 기판을 지칭한다. 물론, 이에 한정되지 않고, 유리기판 이외에 통상적으로 사용되는 금속 또는 플라스틱재 기판에도 본 발명의 패터닝 공정이 사용될 수 있음은 명백하다.
상술한 실시예들에 따른 마스크들을 이용하여 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 마스크를 이용한 패터닝 방법은, 크게 기판 에지폭 형성단계(S0); 패턴화된 몰리브덴(Mo)층(20)을 형성하는 단계(S1); 패턴화된 다중층(30)인 CIGS층(31), CdS층(32) 및 ZnO층(33)을 형성하는 단계(S2); 및 패턴화된 투명전극층을 형성하는 단계(S3)로 구성된다.
단계 S0는 기판(10)의 에지폭을 형성하는 공정으로서,
기판(10) 위에 상술한 마스크 M0를 배치시키고 후술하는 증착공정이 모두 마무리된 다음 제거함으로써 에지폭이 형성되는 것이다. 이것은 프레임이 결합되는 부분인 기판(10)의 모서리 둘레를 에지 부분이 일정 폭만큼 증착되지 않도록 하기 위한 것이다.
물론, 단계 S0는 후술하는 단계 S1, S2, S3에서 사용되는 마스크 M1, M2, M3가 마스크 M0와 가로길이×세로길이의 크기가 동일하고 테두리부의 폭의 크기가 동일한 실시예 1의 마스크들인 경우에는 동일한 효과를 가져오게 되므로 생략이 가능함은 물론이다.
단계 S1은 패턴화된 몰리브덴(Mo)층(20)을 형성하기 위한 공정단계로서,
기판(10) 위에 상술한 실시예들에 예시된 마스크 M1을 놓고 그 위에 하부전극층을 형성하는 물질인 몰리브덴(Mo)을 증착시킨 후 마스크 M1를 제거하여 패턴을 형성하는 것이다. 이때, 몰리브덴은 스퍼터링법에 의해 증착시킨다.
첫째, 마스크 M1이 실시예 1의 마스크인 경우,
전 단계로서 기판(10) 위에 마스크 M0의 배치과정은 생략이 가능함은 물론이다. 이것은 마스크 M1과 마스크 M0의 가로길이×세로길이의 크기가 동일하고 테두리부의 폭이 동일하기 때문이다.
둘째, 마스크 M1이 실시예 2의 마스크인 경우,
전 단계로서 기판(10) 위에 마스크 M0의 배치과정이 필요하다. 이것은 마스크 M1과 마스크 M0의 가로길이 및 세로길이의 크기가 다르기 때문이다.
또한, 기판(10)으로 소다석회 유리기판이 사용되는 경우, 기판(10) 위에 몰리브덴을 증착시키기 전에 크롬 또는 니켈 또는 크롬과 니켈의 합금 중 어느 하나로 구성된 방지막층(미도시)을 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 소다석회 유리기판으로부터 나트륨(Na)이 확산되는 양을 조절할 수 있도록 하기 위함이다.
단계 S2는 패턴화된 CIGS층, CdS층 및 ZnO층을 형성하기 위한 공정단계로서,
상기 S1 단계를 거친 기판(10) 위에 마스크 M2를 놓고 그 위에 순차적으로 태양광 흡수층을 형성하는 물질인 p형 반도체 CIGS, 버퍼층을 형성하는 물질인 n형 반도체 CdS, 및 윈도우층을 형성하는 물질인 ZnO를 증착시킨 후 마스크 M2를 제거하여 패턴을 형성하는 것이다.
이때, p형 태양광 흡수층인 CIGS층은 동시증착법, n형 버퍼층인 CdS층은 용액성장법, 윈도우 역할을 하는 ZnO층은 스퍼터링법에 의해 증착시킨다.
첫째, 마스크 M2가 실시예 1의 마스크인 경우,
S1 단계를 거친 기판(10) 위에 마스크 M2를 놓고 그 위에 순차적으로 상기 박막층을 증착시킨 후 마스크 M2를 제거하여 패턴을 형성하면 된다. 이때, 마스크 M2와 마스크 M1의 각각의 이격부(310,210)의 위치가 서로 동일수직선상에 위치하지 않으므로, 전 단계인 S1 단계에서 형성된 패턴과 본 단계인 S2 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되었음을 알 수 있다.
둘째, 마스크 M2가 실시예 2의 마스크인 경우,
마스크 M2의 다수개의 이격부(610) 중 홀수번째 이격부들이 마스크 M1의 각각의 이격부(510)와 서로 동일수직선상에 위치하지 않도록 배치한다. 이것은 태양전지를 제조하기 위하여 박막을 증착하는 각 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되어야 하기 때문이다.
본 발명에서 '홀수번째 이격부'란 마스크 M2의 한쌍을 이루는 제1 구멍과 제2 구멍 사이에 위치한 이격부를 나타낸다.
이것은 전 단계인 S1 단계에서 형성된 패턴과 본 단계인 S2 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되도록 하기 위함이다.
단계 S3는 패턴화된 투명전극층을 형성하기 위한 공정단계로서,
상기 S2 단계를 거친 기판(10) 위에 마스크 M3를 놓고 그 위에 투명전극층을 형성하는 물질인 알루미늄(Al)이 도핑된 ZnO를 증착시킨 후 마스크 M3를 제거하여 패턴을 형성하는 것이다. 이때, 투명전극층은 스퍼터링법에 의해 증착시킨다.
첫째, 마스크 M3가 실시예 1의 마스크인 경우,
S2 단계를 거친 기판(10) 위에 마스크 M3를 배치할때, 마스크 M3의 각각의 이격부(410)가 마스크 M2의 짝수번째 이격부들에 의해 형성된 홈 위에 위치되도록 한다. 이것은 마스크 M2의 다수개의 이격부(310) 중 짝수번째 이격부들이 마스크 M3의 이격부(410)와 서로 동일수직선상에 위치기 때문이며, 궁극적으로는 태양전지에 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되어야 하기 때문이다.
둘째, 마스크 M3가 실시예 2의 마스크인 경우,
마스크 M3의 이격부(510)들이 마스크 M2의 다수개의 이격부(610) 중 짝수번째 이격부들과 서로 동일수직선상에 위치하도록 배치한다. 이것은 태양전지를 제조하기 위하여 박막을 증착하는 각 단계에서 형성된 패턴이 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되어야 하기 때문이다.
여기서, '짝수번째 이격부'란 마스크 M2의 한쌍을 이루는 구멍 중 제2 구멍과 그 다음번째 쌍의 제1 구멍 사이에 위치한 이격부를 나타낸다.
마지막 단계로서, 기판(10) 위에 상술한 마스크 M0가 배치된 경우에는 이를 제거함으로써 에지폭을 형성한다.
본 발명에 따른 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법에 의해 형성된 패턴들은 서로 일정 간격 오프셋하여 형성되었음을 알 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법의 개략적인 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 공정단계에서 각 단계에서 패터닝이 수행된 태양전지를 나타내는 개략도,
도 3의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법에 사용되는 마스크의 일 실시예의 형태를 나타내는 개략도,
도 4의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 패터닝 방법에 사용되는 마스크의 다른 실시예의 형태를 나타내는 개략도,
[도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명]
10: 기판 20: 몰리브덴층
30: 다중층(CIGS층,CdS층,ZnO층) 31: CIGS층
32: CdS층 33: ZnO층
40: 투명전극층 M0,M1,M2,M3: 마스크
100,200,300,400,500,600: 테두리부 210,310,410,510,610:이격부

Claims (11)

  1. 태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위한 패터닝 방법에 있어서,
    기판 위에 마스크 M1을 놓고 그 위에 하부전극층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M1를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S1);
    상기 S1 단계를 거친 기판 위에 마스크 M2를 놓고 그 위에 순차적으로 태양광흡수층 물질, 버퍼층 물질 및 윈도우층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M2를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S2); 및
    상기 S2 단계를 거친 기판 위에 마스크 M3를 놓고 그 위에 투명전극층 물질을 증착시킨 후 상기 마스크 M3를 제거하여 패턴을 형성하는 단계(S3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 M1, M2 및 M3는 상기 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태이며, 상기 각각의 마스크는 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부와, 내측으로는 다수개의 구멍 및 상기 다수개의 구멍 사이의 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부로 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수개의 구멍은 사각형 형상이며,
    상기 마스크 M1은 순차적으로 폭(D11)을 가진 제1 구멍과 폭(D)을 가진 중간에 균일하게 형성된 다수개의 구멍 및 폭(D1n)을 가진 제n 구멍으로 구성되고,
    상기 마스크 M2는 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성되며,
    상기 마스크 M3는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 갖는 구멍들로 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마스크 M1 및 M3의 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기는 4~5mm, 상기 마스크 M1, M2 및 M3의 상기 이격부의 폭(d)의 크기는 50~100㎛, 상기 테두리부의 폭(b)의 크기는 10mm이며,
    상기 마스크 M1의 제1 구멍의 폭(D11)과 제n 구멍의 폭(D1n)의 크기는 중간에 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기보다 작고, 관계식 D11+D1n+d=D 을 만족하며,
    상기 마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D 을 만족하며,
    상기 마스크 M1의 제1 구멍의 폭(D11)의 크기와 상기 마스크 M2의 제1 구멍 의 폭(D21)의 크기는 D21>D11 을 만족하는 크기로 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 에지폭을 형성할 수 있도록, 상기 S1 패턴 형성단계 이전에 기판 위에 마스크 M0를 배치시키고 상기 S1, S2, S3 패턴 형성단계 이후에 상기 마스크 M0를 제거하는 공정단계(S0)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마스크 M0는 일정크기의 폭(b)을 가진 테두리부만으로 형성된 상기 기판의 크기에 맞추어 가로길이(L)×세로길이(W) 크기를 가진 필름 형태이며,
    상기 마스크 M1, M2 및 M3는 가로길이(L')×세로길이(W') 크기를 가진 필름 형태이며, 상기 각각의 마스크는 일정크기의 폭(b')을 가진 테두리부와, 내측으로는 다수개의 구멍 및 상기 다수개의 구멍 사이의 일정크기의 폭(d)을 가진 이격부로 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마스크 M1, M2 및 M3의 가로길이(L') 및 세로길이(W')는 상기 마스크 M0의 가로길이(L) 및 세로길이(W)보다 큰 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수개의 구멍은 사각형 형상이며,
    상기 마스크 M1 및 M3는 모두 동일한 크기의 폭(D)을 갖는 구멍들로 구성되고,
    상기 마스크 M2는 폭(D21)을 가진 제1 구멍과 폭(D22)을 가진 제2 구멍이 한쌍을 이루어 연속적으로 배열 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스크 M1 및 M3의 균일하게 형성된 구멍의 폭(D)의 크기는 4~5mm, 상기 마스크 M1, M2 및 M3의 상기 이격부의 폭(d)의 크기는 50~100㎛, 상기 테두리부의 폭(b')의 크기는 1~10mm이며,
    상기 마스크 M2의 제1 구멍의 폭(D21)의 크기는 제2 구멍의 폭(D22)의 크기보다 크고 관계식 D21+D22+d=D 을 만족하는 크기로 구성된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부전극층 물질은 몰리브덴(Mo)이며, 상기 태양광흡수층 물질은 CIGS이고, 상기 버퍼층 물질은 CdS이며, 상기 윈도우층 물질은 ZnO이고, 상기 투명전극층 물질은 알루미늄이 도핑된 ZnO 인 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 ＣＩＧＳ 태양전지 패터닝 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 패터닝이 형성된 ＣＩＧＳ 태양전지.
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