KR20100080506A - 결정학적 집합조직의 금속 기판, 결정학적 집합조직의 디바이스, 전지 및 그러한 디바이스를 포함하는 광전지 모듈과, 박층 퇴적 방법 - Google Patents

결정학적 집합조직의 금속 기판, 결정학적 집합조직의 디바이스, 전지 및 그러한 디바이스를 포함하는 광전지 모듈과, 박층 퇴적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연결 표면(2) 및 박층 퇴적물을 받치기 위한 표면(3)을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)으로서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 면심 입방 결정 계와 우세하게 입방 결정학적 집합조직 {100} <001>를 나타내는 합금으로 구성되고, 상기 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)은 상기 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)에 평행한 결정학적 평면 {100}을 주로 나타내는 그레인(4)을 포함 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 합금은 상기 합금의 전체 중량을 기준으로 다음의 조성을 갖는 철-니켈 합금이고: Ni ≥ 30중량%, Cu ≤ 15중량%, Cr ≤ 15중량%, Co ≤ 12중량%, Mn ≤ 5중량%, S < 0.0007중량%, P < 0.003중량%, B < 0.0005중량%, Pb < 0.0001중량%, 상기 합금의 상기 니켈, 상기 크롬, 상기 구리, 상기 코발트 및 상기 망간의 백분율들은 다음 조건을 만족시키고: 34 중량% ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn), 그리고 상기 합금은 실리콘, 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘 중에서 선택된 하나 이상의 탈산 원소를 1 중량% 이하로 포함하고, 상기 합금을 구성하는 상기 원소들의 잔부는 철 및 불순물이다.

Description

결정학적 집합조직의 금속 기판, 결정학적 집합조직의 디바이스, 전지 및 그러한 디바이스를 포함하는 광전지 모듈과, 박층 퇴적 방법{CRYSTALLOGRAPHICALLY TEXTURED METAL SUBSTRATE, CRYSTALLOGRAPHICALLY TEXTURED DEVICE, CELL AND PHOTOVOLTAIC MODULE INCLUDING SUCH DEVICE AND THIN LAYER DEPOSITION METHOD}
본 발명은 결정학적 집합조직의 금속 기판, 결정학적 집합조직의 디바이스, 광전지 전지 및 그러한 디바이스를 포함하는 모듈 및 박층 (thin layer)의 퇴적 방법에 관한 것이다.
광전지 전지 산업에서, 세라믹, 유리 또는 금속 기판 상에 실리콘-계 박층을 형성하는 것은 현재의 단결정 또는 거대한 다결정 (multi-crystal) 실리콘이 부족한 실정에 대한 대안이다. 사실상, 박막을 개발하는 기술은 사용되는 실리콘의 양을 상당하게 감소시킬 수 있도록 한다.
현재, 박층이 사용되는 광전지 전지는 2개의 특징적인 개발 네트워크를 가진다. 제1 네트워크는 비정질, 다형체 (polymorph), 나노결정 및 미정질 실리콘의 박층에 관한 것이다. 제2 네트워크는 폴리실리콘 (polycrystalline silicon)의 박층에 관한 것이다.
제1 네트워크에서, 플라즈마 기술, 예컨대 유리 기판이나, 폴리머 및 스테인레스 스틸과 같은 연질, 저비용의 기판 상의 플라즈마 강화 화학 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition: PECVD) 기술에 의하여, 저온 (100 ℃ 내지 350 ℃)에서 비정질 실리콘의 박층을 일반적으로 퇴적시킨다.
이 기술은 경제성에 있어서의 장점 뿐 아니라, 산업 프로세스에 있어서 전환 효율이 10%로 제한된다는 것과, 비정질 실리콘의 경우에 있어서 스테블러-론스키 불안정성 (Staebler-Wronski instability)으로 알려진 조사 (illumination) 하에서의 효율성을 저하시키는, 2가지의 주요한 단점을 가진다.
이러한 저하 현상은 비정질 실리콘 내에 나노결정성 실리콘을 병합시키는 것에 특징이 있는 다형체 실리콘의 박층을 개발하여 해소될 수 있다.
폴리실리콘의 경우, 실리콘의 획득 공정은 고온에서의 단계를 필요로 한다. 저온에서 비정질 실리콘을 퇴적시키는 것이 가능하지만, 고온에서 어닐링 (annealing)에 의하여 재결정질화된다.
광전지 전지의 변환 효율과 제조 비용 간의 타협을 최적화하기 어렵다.
우리는 문헌 (Roedern, K. Zweibel and HS. Ullal, The role of polycrystalline thin-film PV technologies for achieving mid-term market competitive PV modules ― B.― 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition - NREL/CP-520-37353 - Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005)을 알고 있고, 이 문헌 상의 방법은 폴리실리콘 (poly-Si)의 박막의 개발을 가능하도록 한다.
오늘날, 고효율을 얻기 위해서는 (Bergmann and JH. Werner, The future of crystalline silicon films on foreign substrates ― Thin Solid Films, 403-404, 162-169, 2002)에 개시된 바와 같이, 폴리실리콘의 층을 개발하는 것이 필수적이라는 것이 인정된다.
결정질화된 실리콘 박층의 변환 효율을 상당히 증가시키기 위해서는 가능한한 상당히 결정질화된 용적 농축물 및 최대 그레인을 제공하는 기술 개발을 수행하는 것이 필요하다. 통상의 퇴적 공정은 비정질 또는 부분적으로 결정질화된 실리콘 퇴적 단계를 포함한다. 결정화도는 퇴적 온도에 따른다.
또한, 통상의 퇴적 공정은 600 ℃ 내지 1000 ℃의 열 처리 (예컨대: 진공 하에서의 열 처리, 레이저 열 처리)에 의하거나, 특정 반응기 (예컨대: 수소를 사용한 플라즈마, 마이크로웨이브, 등) 내에 박막을 도입하는 것에 의한 비정질 실리콘의 결정질화 단계를 포함한다.
예컨대, 증기상 공정 및 정적 퍼니스 내에서의 열 처리 공정이나 레이저 이용을 포함하는, 폴리실리콘의 박막의 고온 (T > 650℃)에서의 여러가지 퇴적 기술이 초기에 사용되었다.
그럼에도 불구하고, 이러한 결정화 기술은 고온에서 기판이 불안정한 문제나 기판과 박막간의 상호 작용의 문제를 야기한다.
저온 (T < 600℃)에서의 퇴적 및 실리콘 결정화를 달성하기 위하여, 문헌 EP 0　571 632에는, T < 450℃의 온도에서, 증기 상에서의 화학 퇴적 (CVD) 또는 플라즈마에 의해 보조되는 증기상에서의 화학 퇴적 (chemical deposit in vapour phase assisted by plasma: PECVD) 기술에 의하여 유리 상에 비정질 실리콘을 퇴적시키고, 그런 후에 수소의 존재하에 400 W의 전기 마이크로웨이브 장 내에 박막을 노출시키는 것이 공지되어 있다. 바람직한 방향 {110}에 따라 집합조직 폴리실리콘의 박막을 얻을 수 있다.
문헌 (T. Matsuyama, N. Bada, T. Sawada, S. Tsuge, K. Wakisaka, S. Tsuda, High-quality polycrystalline silicon thin film prepared by a solid phase crystallisation methid, J. of non- Crystalline Solids, 198-200, 940-944, 1996)는 PECVD 퇴적 기술에 의하여 600 ℃에서 석영 상의 핵 형성 (nucleation) 층으로서 사용되는 실리콘의 초기 필름을 퇴적시키는 것에 주요 특징이 있는 기타의 해결책을 제시한다. 얻어지는 필름은 비정질 상 내에 놓인 0.1 μm 실리콘 결정으로 구성된다.
그런 후에 실리콘의 제2 비정질 필름은 PECVD 퇴적 기술에 의하여 퇴적되고, 600 ℃에서 10 시간 동안 열적 프로세스에 의하여 결정화된다.
변환 효율 9.2 %를 나타내는 칼럼상의 구조를 가지는 결정화 박막을 얻는다.
고 변환 효율을 가지는 다결정 박층을 얻기 위한 기타의 해결책은 배향되거나 에피택시 실리콘 그레인 구조를 실현시키는 것에 있다.
문헌 WO 96/17388는 비정질 상태로 퇴적된 후에 다음의 박층을 위하여 에피택시 성장 핵으로서 사용되도록 결정화된 실리콘 전처리 (priming) 층의 사용에 관한 것인 공지 기술을 제시한다. 이 공정은 다중-층 공정이다.
문헌 US 5　340 410은 수산화칼륨 용액에서의 큰 그레인 폴리실리콘 (40 μm 내지 50 μm, 열 처리에 의하여 얻어짐) 필름의 선택적인 에칭에 의하여 실리콘 그레인의 방향 {111}를 선택하는 것에 주요 특징이 있는 기타의 기술을 제시한다. 따라서, 방향 {111}를 나타내는 실리콘의 제2 박막은 액상 (실리콘 내에 과포화된 액체 금속 용액)으로 퇴적 공정에 의하여 얻어진다.
위에서 제시된 선행 기술로부터의 퇴적 방법은 기판에 관한 문제가 해소되도록 하지 못한다. 사실상, 사용되는 기판에는 가공 온도에 따른 2개의 카테고리가 있다.
실리콘-계 박층의 퇴적용으로서 사용되는 일부 기판은 고 용융 온도 (T > 1000 ℃)에서 사용된다: 실리콘, 석영, 흑연, 세라믹, 금속 (예컨대 티타늄), 합금 및 강철.
기타의 기판은 저 용융 온도 (T < 1000℃)에서 가공되어야 한다: 폴리머 및 유리.
앞에서 살펴본 바와 같이, 이들 기판은 모두 광전지 전지의 산업적 제조용으로 사용되는 데 있어서의 적어도 하나의 주요한 단점을 보인다.
따라서, 본 발명의 목적의 하나는 얇고, 쉽게 부서지지 않으며, 연질이고, 고 용융 온도 및 박막의 배향되거나 에피택시 성장에 적합한 구조적 특징을 가진 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 광전지 용도를 가지는, 전술한 바와 같은 금속 기판 및 폴리실리콘-계 박층으로 형성되는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 더 많은 빛을 가두고 그 결과 더 우수한 전기 효율을 가질 수 있는, 고성능 광전지 전지 및 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 하나의 목적은 기판에 의한 실리콘의 모든 오염을 피할 수 있도록 하는 박층 퇴적 공정을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 연결 표면 및 박층 퇴적물을 받치기 위한 표면을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판에 관한 것으로서, 전술한 결정학적 집합조직의 금속 기판은 면심 입방 결정 계 및 우세하게 입방 결정학적 집합조직 {100} <001>를 나타내는 합금으로 구성되고, 박층 퇴적물을 받치기 위한 표면은 박층 퇴적물을 받치기 위한 표면에 평행한 결정학적 평면 {100}을 주로 나타내는 그레인을 포함한다.
"결정학적 집합조직(crystallographic texture)"은 참고 문헌의 금속 기판의 시스템에 상대적인 합금 결정으로부터의 바람직한 기원을 의미한다. 집합조직은 X-선 회절에 의하여 측정되고, 이하에서 개시하는 바와 같이, 극점도 (pole fiqure)에 의하여 나타내어진다.
본 발명에 따르면, 결정학적 집합조직의 금속 기판을 나타내는 합금은 철-니켈 합금으로서, 그 조성은 합금의 전체 중량을 기준으로 한 중량 백분율로서 다음을 포함한다:
Ni ≥ 30 %,
Cu ≤ 15 %,
Cr ≤ 15 %,
Co ≤ 12 %,
Mn ≤ 5 %,
S < 0.0007 %,
P < 0.003 %,
B < 0.0005 %,
Pb < 0.0001 %,
- 니켈, 크롬, 구리, 코발트 및 망간의 백분율은 합금이 다음의 조건을 충족시키는 것이고:
34 % ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn), 및
- 상기 합금은 실리콘, 망간, 알루미늄 및 칼슘 중에서 선택된, 하나 또는 수개의 탈산소화제 요소 (deoxidising element)를 최대 1 중량% 포함하고,나머지 요소는 철 및 불순물로 된 합금에 해당한다.
또한, 가능한 또다른 실현 방법에서, 본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려될 수 있는 다음의 특징에 관한 것이고, 각각은 특이적인 장점을 제공한다:
니켈, 크롬, 구리, 코발트 및 망간의 백분율은 합금이 다음의 조건을 충족시키는 것이고:
Figure pct00001
34 % ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≤ 54 %,
합금의 20 ℃ 내지 100 ℃, α20 100에서의 평균 팽창 계수는, 10-6 K-1를 초과하고, 바람직하게는 10-6 K-1 내지 10 10-6 K-1이며,
- 결정학적 집합조직의 금속 기판의 박층 퇴적을 받치기 위한 표면은 150 nm 미만, 바람직하게는 50 nm 미만의 거칠기 Ra를 나타내고,
- 결정학적 집합조직의 금속 기판은 0.5 mm 내지 0.05 mm, 바람직하게는 0.1 mm의 영역의 두께로 얇으며,
- 박층 퇴적을 받치기 위한 표면 상의 그레인은 평면 {111}을 나타내는 피라미드의 모양 및 평면 {100}에 따른 스피드로 에칭되어 블레이즈 격자 (blazed grating)를 형성한다.
본 발명에 따르면 결정학적 집합조직의 금속 기판은, 얇고, 쉽게 부서지지 않으며, 연질이고, 고 용융 온도를 가지며, 실리콘 및 실리콘-계 반도체의 격자 상수와 비슷한 격자 상수를 가지고, 에칭 전에 표면 거칠기, 에칭 후에 표면 기하학을 조절하여 결정학적 집합조직의 금속 기판의 반사률이 감소되도록 하며, 실리콘의 것에 적합하도록 조정된 팽창 (dilation)의 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 결정학적 집합조직의 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이는 앞에서 정의된 바와 같은, 결정학적 집합조직의 금속 기판을 형성하고, 그 위에 폴리실리콘-계 박층이 퇴적되며, 상기 다결정 박층은 바람직한 결정학적 방향 {100} 및 {111}을 나타낸다.
"실리콘-계"는 실용적으로는 단지 실리콘, 도핑된 실리콘 또는 실리콘 및 기타의 화학 요소를 함유하는 배합물을 포함할 수 있는 다결정 박층 (예컨대, 배합물 SixGe1-x의 박층)을 의미한다.
기판 상에 퇴적된 폴리실리콘-계 박층은 결정질화된 실리콘의 상당한 용적 농축 (volumetric concentration), 실리콘의 큰 그레인 및 배향된 실리콘 그레인의 상당한 용적 농축을 나타낸다.
그러한 결정학적 집합조직의 금속 기판/폴리실리콘-계 박층의 조합은 사용되는 실리콘의 양을 상당히 감소시킬 수 있다.
또한, 실리콘 박층 내에서의 빛의 분산이 개선된다.
또한, 가능한 또다른 실현 방법에서, 본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려될 수 있는 다음의 특징에 관한 것이고, 각각은 특이적인 장점을 제공한다:
- 결정학적 집합조직의 금속 기판의 결정 격자 상수는 폴리실리콘-계 박층의 결정 격자 상수와 동일하거나 거의 동일하고,
- 결정학적 집합조직의 금속 기판을 나타내는 합금의 평균 팽창 계수는 다결정 박층의 평균 팽창 계수와 비슷하며,
- 폴리실리콘-계 박층은 10 μm 미만, 바람직하게는 5 μm 미만의 두께를 보이고, 0.1 내지 2 μm의 규격 (dimension)의 실리콘 결정을 포함한다.
결정학적 집합조직의 금속 기판 상에 퇴적되는 폴리실리콘-계 박층은 결정질화된 실리콘의 상당한 용적 농축, 실리콘의 큰 그레인 및 배향된 실리콘 그레인의 상당한 용적 농축을 나타낸다. 결정학적 집합조직의 금속 기판의 표면 상에 존재하는 그레인의 방향는 실리콘에 의하여 부분적으로 회복된다.
그러한 결정학적 집합조직의 금속 기판/폴리실리콘-계 박층의 조합은 사용되는 실리콘의 양을 상당히 감소시킬 수 있다 (층 두께가 5 μm 미만).
또한, 폴리실리콘 박층 내에서의 빛의 분산이 개선된다.
철-니켈 합금의 평균 팽창 계수가 실리콘-계 다결정 박막의 평균 팽창 계수와 비슷하다는 사실은 작업 중 폴리실리콘-계 필름 상에서 발생되는 열적 저항을 감소시킬 수 있고 광전지 전지의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 광전지 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이는 앞에서 정의한 바와 같은 결정학적 집합조직의 디바이스를 포함한다.
또한, 가능한 또다른 실현 방법에서, 본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려될 수 있는 다음의 특징에 관한 것이고, 각각은 특이적인 장점을 제공한다:
- 광전지 전지는 다음의 포함한다:
Figure pct00002
결정학적 집합조직의 디바이스, 여기서:
Figure pct00003
결정학적 집합조직의 금속 기판은 금속 기판을 나타내는 합금의 전체 중량을 기준으로 니켈의 함량이 41 중량%이고,
Figure pct00004
실리콘 박층의 실리콘이 도핑되며,
Figure pct00005
결정학적 집합조직의 디바이스 상에 퇴적된, 진성 (intrinsic) 폴리실리콘의 박층,
Figure pct00006
진성 폴리실리콘 박층 상에 퇴적된, 다결정 도핑 실리콘 박층,
Figure pct00007
다결정 도핑 실리콘 박층 상에 퇴적된, 투명 전도성 산화물의 박층 및
Figure pct00008
복수의 요소를 포함하는 (그중의 하나는 중앙 그리드 (grid) 요소임), 박층 투명 전도성 산화물 상에 있는 금속 그리드.
- 광전지 전지 외부로 나오는 중앙 그리드 요소에 연결된 커넥트는 결정학적 집합조직의 디바이스를 통과하고, 상이한 박층은 결정학적 집합조직의 금속 기판의 연결 표면을 통과하며, 전술한 커넥터는 결정학적 집합조직의 금속 기판의 연결 표면으로부터 중앙 그리드 요소까지 연장되는 절연체에 의하여 둘러싸여 있다.
또한, 본 발명은 광전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광전지 모듈은 다음을 포함한다:
- 폴리머의 박층,
- 열반응성 아교 (glue)의, 2개의 박층, 이는 열반응성 아교의 제1 및 제2 박층을 포함하고, 열반응성 아교의 제1 박층은 폴리머 박층 상에 퇴적되며,
- 앞에서 정의된 바와 같은, 복수의 광전지 전지로 형성된 정도성 층, 및 복수의 광전지 전지로 형성된 전도성 층의 각 단부 상에 놓인, 2개의 구리 스트립, 전술한 광전지 전지는 스트립의 형태이고, 2개의 구리 스트립은 열반응성 아교의 제1 박층과 제2 박층 사이에 놓이며, 하나는 다른 하나에 대하여 평행하고, 열반응성 아교의 박층에 대하여 경사지며, 겹쳐져서, 열반응성 아교의 박층에 대하여 평행한 방향에 따라 접촉하는 광전지 전지 및 구리 스트립의 열 (row)을 형성하고, 복수의 광전지 전지 및 2개의 구리 스트립은 직렬 연결을 형성하며, 폴리메틸메타크릴레이트의 박층이 열반응성 아교의 제2 박층 상에 퇴적된다.
- 열반응성 아교의 제2 박층 상에 퇴적된, 폴리메틸메타크릴레이트의 박층.
본 발명에 따르면, 광전지 전지 및 모듈은 더 좋은 성능을 보이며, 더 많은 빛을 가둘 수 있다. 광전지 전지 또는 모듈에 직교적으로 부딪히는 광선은 반사되기 용이하고, 폴리실리콘-계 박층 내에 가두어진 채로 남게 된다. 광전지 전지 또는 모듈의 전기 효율은 개선된다. 광전지 전지 또는 모듈의 표면 상에 충돌하는 빛 에너지의 동일 양에 대하여, 그러한 광전지 전지 또는 모듈로 변환되고 얻어지는 전기 에너지의 양은 선행 기술의 광전지 전지 또는 모듈로 얻어지는 전기 에너지의 양에 비하여 크다.
또한, 본 발명은 앞에서 정의된 바와 같이 결정학적 집합조직의 금속 기판 상에 실리콘-계 박층의 퇴적 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 증기 상에서의 화학 퇴적 방법 (CVD)에 의하여 실현되는데, 플라즈마의 온도는 300 ℃ 미만이고, 바람직하게는 200 ℃의 영역 내이다.
또한, 가능한 또다른 실현 방법에서, 본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려될 수 있는 다음의 특징에 관한 것이고, 각각은 특이적인 장점을 제공한다:
- 증기 상에서의 화학 퇴적 방법 (CVD)은 고주파 플라즈마에 의하여 보조되는 증기 상에서의 화학 퇴적 방법 (method of chemical deposition in vapour phase assisted by radiofrequency plasma: RFPECVD)이고, 플라즈마는 실란의 가스상 혼합물을 포함하며, 본 발명자들은 SiF4, 수소 및 아르곤을 사용하였고, 사용된 고주파 파워는 16 W의 영역 내이다.
- 실리콘의 에피택셜 성장은 플라즈마 내에서 합성되는 실리콘의 나노결정으로부터 얻어진다.
저온에서 실현되는 박층의 퇴적 공정은 결정학적 집합조직의 금속 기판을 구성하는 요소에 의한 실리콘의 어떠한 오염도 피할 수 있도록 한다.
또한, 변환 효율이 개선된다.
결정학적 집합조직의 금속 기판은 에피택셜 메카니즘에 알맞거나, 퇴적 단계 중에 직접 실리콘의 큰 그레인의 성장이 지향된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 더욱 자세히 설명될 것이다:
- 도 1은 우세하게 입방 결정학적 집합조직을 특징으로 하는 극점도(pole figure){111}을 나타낸 것이고;
- 도 2는 입방 + 쌍/입방 결정학적인 집합조직을 특징으로 하는 극점도{111}을 나타낸 것이고;
- 도 3은 등방성의 결정학적 집합조직을 특징으로 하는 극점도{111}을 나타낸 것이고;
- 도 4는 본 발명과 차이가 있는 두 가지 실현 방법에 따라 획득된 폴리실리콘의 박막의 두 개의 극점도{111}를 나타낸 것이고;
- 도 5a 및 5b는 41%의 니켈을 함유한 철-니켈 합금을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판의 표면을 에칭한 후에 획득된 주사전자현미경으로 실현된, 다른 배율의 관찰도를 나타낸 것이고;
- 도 6은 에칭을 받는 결정학적 집합 조직의 금속 기판을 포함하는 결정학적 집합조직의 디바이스를 나타낸 것이고;
- 도 7은 기판 표면의 에칭 후에 피라미드 형태의 공동(pyramid-shaped cavities)의 분포를 나타낸 것이고,
- 도 8은 본 발명의 실현 방법에 따른 광전지를 나타낸 것이고,
- 도 9는 본 발명의 다른 실현방법에 따른 후면 전극 광전지(rear contact photovoltaic cell)을 나타낸 것이고,
- 도 10은 본 발명의 실현 방법에 따른 광전지 모듈을 나타낸 것이고,
- 도 11은 에칭된 그루브(groove)를 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판스트립을 나타낸 것이고,
- 도 12는 저온에서 방전 플라즈마의 반응성 가스의 화학 분해에 의한 박층의 퇴적 단계를 나타낸 것이고,
- 도 13은 과정 동안 폴리실리콘 박층상의 실리콘의 성장 영역의 확대를 나타낸 것이다.
본 발명은 도 6에 나타낸 박층 퇴적물을 받치기 위한 결합 표면 2 및 표면 3을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판에 관한 것이다. 결정학적 집합조직의 금속 기판 1은 면심 및 현저한 입방 결정학적 집합조직 {100}을 가진 입방 결정체 시스템을 나타내는 합금으로 제조된다. <001>. 박층 퇴적물 3을 받치기위한 표면은 박층 퇴적물을 받치기위한 표면 3에 평행하는 결정학적 면(planes) {100} 을 주로 나타내는 그레인 4를 포함한다. 1에 표시된 결정학적 집합조직의 금속 기판을 나타내는 합금은 높은 기본 축적 에너지를 가질 것이다.
본 발명의 실현 방법의 예시들을 따르면, 결정학적 집합조직의 금속 기판 1을 나타내는 합금은 적어도 30%의 니켈을 포함하며 및 크롬, 구리, 코발트 또는 망간 등의 니켈 치환 요소를 포함할 수 있는 철-니켈 합금이다. 이 요소들은 하기의 관계를 반영할 것이다:
34% ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn)
더군다나, 니켈 치환 요소의 함량은 하기로 제한된다: 구리 함량은 중량에 대하여 15% 보다 낮거나 동일하며, 크롬 함량은 중량에 대하여 15% 미만이거나나 동일하며, 코발트 중량에 대하여 12% 미만이거나나 동일하며, 망간 중량에 대하여 5% 미만이거나나 동일하다.
바람직하게는 니켈, 크롬, 구리, 코발트 및 망간 함량은 하기와 같다:
34% ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≤ 54 %
따라서, 정의된 합금은 20℃ 내지 100℃ 사이에서, 평균 연장 계수 α20 100, 10-6 K-1 이상 및 바람직하게는 10-6 K-1 내지 10 10-6 K-1을 나타낸다.
합금은 또한 실리콘, 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘 중에서 선택된 최대 1%의 탈산(환원) 요소를 포함할 수 있다.
합금은 또한 공정(processing)에서 기인된 화학적 잔류물들을 포함할 수 있다. 화학적 잔류물 함량은 최소량으로 감소되어야 하며, 합금의 총 중량에 대하여 1 중량%를 초과하지 않는다. 불순물들은 다음의 화학 원소들로 구성된다: 다음의 조건을 만족하는 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐, 비오븀, 탄탈 및 바나듐:
(Ti + Mo + W + Nb + Ta + V) ≤ 1%
철-니켈 합금이 뜨거울 때 고형화와 변형에 영향을 미치는 공지의 요소 또한 최소한으로 감소되어야 한다. 황 함량은 합금의 총 중량에 대하여 0.0007중량% 미만이어야 한다. 인 함량은 합금의 총 중량에 대하여 0.003중량% 미만이어야 한다. 그리고 붕소 함량은 합금의 총 중량에 대하여 0.0005중량% 미만이어야 한다. 납 함량은 합금의 총 중량에 대하여 0.0001중량% 미만이어야 한다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 제조 단계를 하기에 설명한다.
문헌, "recrystallisation and related annealing phenomena FJ. Humphreys, M. Hatherly ed. Pergamond, p.328, 1995" 및 EP 0 792 은 결정학적 집합조직의 금속 기판의 공정 과정을 개시한다.
입방 재결정화 결정학적 집합조직 {100} <001>은 면심 입방 결정체 시스템(cfc) 가지며, 평균의, 강한 스태킹(stacking) 기본 에너지를 가진 합금으로 발전되는 것이 이 문헌들로부터 공지된다. 입방 결정학적 집합조직을 발전시키기 위해 바람직한 몇몇 인자들이 명확하게 정의되었다:
● 결정학적 집합조직의 금속 기판은 냉간 압연(cold rolling)의 방법으로 매우 높은 탈변형 비율이 적어도 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상 수행될 것이다. 입방 결정학적 집합조직은 열처리 (온도)가 높기 전에 탈변형 비율로 훨씬 더 극심하다;
● 높은 냉간 작업 결정학적 집합조직의 금속 기판의 1차 재결정화 열처리는 필수적이다;
● 합금에서 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐, 비오븀, 탈탈럼 및 바나듐 등의 화학적 잔류물의 농도는 1% 미만일 것이다. 결정적인 함량은 고려될 화학 요소에 의존한다;
● 심각한 탈변형 전에 그레인의 크기는 가능한 얇아야 한다;
● 마지막으로, 압연 온도는 실온 이상일 것이다.
본 발명의 실현예시에 따르면, 결정학적 집합조직의 금속 기판 1의 제조 단계는 결정학적 집합조직의 금속 기판 1을 나타내는 합금 공정 스테이지를 포함한다.
결정학적 집합조직의 금속 기판 1을 나타내는 합금은 전기로(electric arc furnace)에서 처리, 잉곳(ingots)에서 캐스트(cast) 또는 지속적인 슬라브 캐스팅의 수단으로 슬라브 형성에서 직접적으로 처리된다. 슬라브와 같은 잉곳은 1.5 mm 내지 13 mm 두께의 열간-압연 밴드(hot-rolled bands)를 얻기위해 뜨겁게 변형된다.
열간-압연 밴드를 벗기고 닦아서 흠잡을 때 없는, 다시 말해, 스케일 없는, 산화의 침투가 없는, 결함 없는, 합금 시트의 그레인을 가로지른 두께가 세로로 동일한 표면을 나타내는 릴(reels)을 얻었다.
결정학적 집합조직의 금속 기판 1의 제조 단계는 또한 스트립(strips)의 압연과 결정학적 조직화 단계(stage)를 포함한다.
열간-압연 밴드를 냉간 압연으로 변형하였다. 환원율 ε(ε = (ei- ef)/ ei, 여기에서 ei 와 ef 는 각각 합금 시트의 시작 두께와 최종 두께임)은 85% 이상이며, 바람직하게 ε > 90% 이다. 열처리 전의 이 심각한 변형율은 합금의 미세구조 제조에 필수적이다. 따라서 우리는 0.05 mm 내지 1 mm 두께의 높은 냉간-작업된 합금시트를 얻었다. 대칭적 또는 비대칭적 냉간 압연에 의한 어떤 심각한 변형 단계(다시 말해 90%)라도, 입방 결정학적 집합조직을 개발하는데 응용할 수 있으며, 특히 문헌 "Ultra-Grain refinement of 36%Ni steel by accumulative roll-bonding process K. Inoue, N. Tsuji, Y. Saito International symposium on Ultrafine Grained Steels (ISUGS 2001) 126-129 The iron and Steel Institute of Japan"에서 단계가 기술되어 있다.
결정학적 집합조직의 금속 기판 1의 제조 단계는 또한 거친 전이 단계(stage)를 포함한다.
이하 단계는 실현예로서 언급되나 유일한 것은 아니다.
합금 시트의 표면조도는 압연 통과(passes)동안 마스터된다. 예를 들어, 열간-압연 스트립 3mm 두께에서 95%의 냉간-작업된 합금 시트를 실현, 다시 말해 최종 두께 0.15 mm를 실현한다.
냉간 압연은 예를 들어 낮은 표면조도의 실린더에 의한 가역 압연(reversing mill)에서 20% 13 통과를 수행한다. 각 통과 마지막에, 합금 시트의 표면조도는 200 nm를 초과하지 않는다.
14th 압연 통과는 원하는 표면조도이다. 환원율은 20% 미만, 더 구체적으로는 7%미만이며, '스킨-통과'('skin-pass')라 칭한다. 표면조도 Ra (Ra ~ 30 nm)의 목표를 얻도록 매우 낮은 표면조도의 실린더로 마지막 통과를 실현하였다.
결정학적 집합조직의 금속 기판 1의 제조 단계는 또한 스트립의 결정학적 조직화 단계(stage)를 포함한다.
냉간 압연 후에, 합금 시트를 보호 대기에서 1차 재결정화의 열처리(HTR)를 수행하여, 스트립의 표면에 산화 없이 인기있는 입방 결정학적 집합조직 {100} <001>을 개발하였다.
열처리는 고정된 용광로(furnace) 또는 스트림의 용광로에서 수소와 거센 진공으로 수행될 수있 다. 결합 시간 t, 온도 T℃는, 강하며 거의 방향성이 없는 입방 결정학적 집합조직을 개발하도록 조정되어야 한다. 만약 온도가 너무 높거나 (예를 들어: T > 1100℃) 기간이 너무 길면(예를 들어 1080℃에서 6시간), 열처리는 2차 재결정화를 발생시킬 수 있으며, 인기있는 입방 구성이 기타의 원하지 않는 무작위 구성으로 손상되어 파괴된다:
T = 1050℃, t = 0.2mn , t = 2mn
T = 1000℃, t = 0.5mn , t = 60mn
T = 950℃, t = 2mn , t = 200mn
T = 900℃, t = 8mn , t = 600mn.
최종 열처리 마지막에, 합금 시트는 1 μm 내지 100 μm 그래인 크기 및 50 nm 미만의 평균 표면조도를 갖는 강하고 거의 방향성 없는 입방 결정학적 집합조직을 나타내어, 단순한 기름 제거 후에 합금을 바로 사용가능하다.
그런 다음 합금 시트를 평평하게하고 실리콘 퇴적 단계에 의해 결정된 너비로 나눈다..
강한 거의 방향성이 없는 입방 결정학적 집합조직 {100}<001>을 나타내는 금속성 기판 1을 얻는다.
결정학적 집합조직의 표시를, 제조된 인용의 실시 시스템에 대하여 냉간 압연 범위에 해당되는 기판의 시점에서 압연 방향 (RD), 전향 방향(TD) 및 정상 방향 (ND)으로 그레인의 방향을 명확히 하도록 리턴한다.
결정학적 집합조직의 방향성 또는 구성은 Miller 색인 {hkl}<uvw>에 의해 설명되며, 여기에서 {hkl}는 압연 평면에 평행한 그레인의 결정학적 평면 패밀리를 나타내며, <uvw>는 압연 방향에 평행한 그레인의 결정학적 방향 패밀리를 나타낸다.
결정학적 집합조직은 일반적으로 Schulz 반영 방법에 따른 X-레이 회절에 의해 설명된다. 샘플은 평면{hkl}의 패밀리의 회절 조건에 해당하는 회절 위치의 Bragg Θ각에서 결정학적 집합조직의 각도계 중심에 위치한다. 그런 다음 회전 Ψ (TD 평행축) 및
Figure pct00009
(ND 평행축) 되었다. Ψ 및
Figure pct00010
위치에서, RX 카운터에 의해 모아진 빔(beam ) 강도는 그레인(grains) 수의 비율이며, 그레인의 평면 {hkl}는 회절 조건에 있다. 다양한 0˚ 내지 90˚의 Ψ 및 0˚ 내지 360˚의
Figure pct00011
에서, 결정학적 집합조직의 모든 구성을 측정하였다.
그 결과, 결정학적 집합조직의 금속 기판 1의 결정학적 집합조직은 정상에서 평면{hkl}까지의 밀도 분배의 회절 입체화법 프로젝션 수단으로 극점도의 형성을 나타낸다.
기판의 결정학적 집합조직은 거의 방향성이 사실상 유일한 강도 및 거의 방향성이 없는 입방 구성의 존재로 특징된다. 사실상 유익한 입방 구성은 일반적으로 구성 {221}<122>, 즉 쌍/입방과 결합하며, 최소화 될 것이다.
도 1 내지 3은 합금의 총 중량에 대하여 41% 니켈 함량을 포함하는 면심 입방 결정체 시스템을 갖는 철-니켈 합금의 금속 기판을 측정한 극점도 {111}의 예시들을 보여준다.
도 1은 인기있는 현저한 입방 결정학적 집합조직을 특징으로 하는 폴 도 {111}을 나타낸다. 도 2는 입방 결정학적 집합조직 + 쌍/입방을 특징으로 하는 폴 도 {111}을 나타내며, 도 3은 등방성의 결정학적 집합조직을 특징으로 하는 폴 도 {111}을 나타낸다.
도 1은 현저한 입방 강도 및 거의 방향성이 없는 결정학적 집합조직 {100}<001>로 부터의 폴 {111} 5를 나타낸다. 동일한 측정 조건에서, 도 2는 쌍/입방 구성 {221}<122> 6이 덜 강하며 및 더 방향성이 없는 입방 구성에 대하여 꽤 큰 경우를 보여준다. 도 3은 균일하게 분배될 수 있는 모든 방향에 대한 등방성 구조의 예시를 보여준다. 도 2 및 3은 회피될 것이었다.
유일하며 강한 성격의 입방 결정학적 집합조직은 하기 비율에 의해 정량화될 수 있다: R = Ic/Imc. Ic는 이상적인 방향(001)[100]의 근처: Ψ ~ 54.74°및
Figure pct00012
~ 45°의 평면{111}에 의해 회절되는 최대 세기이다. Icm은 이상적인 방향(122)[221]의 근처:Ψ ~ 15.79°및
Figure pct00013
~ 13.63°의 평면{111}에 의해 회절되는 최대 세기이다.
비 R = Ic/Imc는 가능한 가장 높아야한다(R > 10).
입방 결정 집합조직의 방향 상실(disorientation)은, +/-ΔΨ의 각도 Ψ와 +/-Δ
Figure pct00014
의
Figure pct00015
를 변화시킬 때, 이상적인 방향(001)[100] 근처의, 다른 말로 Ψ ~ 54.74°및
Figure pct00016
~ 45°의 중간-높이(mid-height){111}에 있는 평면에 의해 회절되는 세기의 폭을 측정하여 얻어질 수 있다.
중간-높이에서 측정된
Figure pct00017
의 전체 방향 상실은 다음이 되야 한다: δ
Figure pct00018
< 20°.
극점도 1은 비 R = 18.5, δ
Figure pct00019
=11.5° 및 δΨ=11.9°, 91%의 가공 경화율(strain hardening rate) 및 0.15㎜의 두께를 나타내는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)에 대해 주어진다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 평균 거칠기 Ra는 낮아야 한다. 거칠기는 표면의 미세-기하학적 상태이다.
표면 지표에 의해 측정된 평균 거칠기 Ra는 다음 식으로 정의된다:
Figure pct00020
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 그레인:Ra < 150㎚ 그리고 바람직하게는 50㎚ 미만을 가로질러 측정된 매우 낮은 평균 거칠기를 가져야 한다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 표면에 있는 그레인의 크기는 1㎛ 보다 크다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 0.5㎜ 내지 0.05㎜, 바람직하게는 0.1㎜ 영역의 두께로 얇다.
또한 본 발명은, 이전에 정의된 폴리실리콘-계 박층(11)이 퇴적되는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)을 포함하는 결정학적 집합조직의 디바이스(13)에 관한 것이다(예를 들면, Si 또는 SixGe1-x). 그러한 결정학적 집합조직의 디바이스(13)는 도 6에 나타나 있다. 결정학적 집합조직의 디바이스(13)는 광전지를 제조하거나 실리콘 층을 퇴적하여 반-도체 디바이스를 제조하기 위한 것이다. 보다 상세하게는, 폴리실리콘-계 박층(11)은 박층 퇴적물을 받치기 위한 기판의 표면(3)상에 퇴적된다. 본 도에서, 박층의 그룹(40)은 나타나 있으며, 이는 추가로 계속 설명되며, 무엇 보다도, 금속 기판과 접촉하는 폴리실리콘-계 박층(11)을 포함한다.
폴리실리콘-계 박층(11)은 바람직한 방향{100} 및 {111}을 나타낸다.
폴리실리콘-계 박층(11)은 원자 배열에 관한 공지의 결정 성장 메카니즘인 에피택시(epitaxy)에 의해 퇴적될 수 있다. 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 원자 또는 실리콘 나노결정이 제공될 때 박막(11)의 성장 핵으로 사용된다. 일반적으로 에픽텍셜 성장은 퇴적된 결정계(본 발명의 경우에는 실리콘)과 기판(1)의 그것(본 발명의 경우에는, 철-니켈 합금의 기판) 사이의 연결 일치(link agreement)가 존재하는 경우에만 가능한다. 보통의 에피택시 조건은 다음과 같다: 동일한 결정계(본 발명의 경우에는 실리콘의 입방 면심 계) 및 매우 유사한 격자 파라미터. 다음 식으로 정의되는 격자 파라미터들 사이의 불일치 D는 3% 미만이어야 한다:
D = 100 × (a기판-a실리콘)/a실리콘;
a는 격자 파라미터이다.
에피택시가 존재할 경우, 박막(11)의 결정학적 집합 조직은 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 그것과 대략 동일하다. 종래 기술에 따르면, 에피택시는 고온에서 실현된다. 본 발명에 따른 실리콘 퇴적 절차는 200℃에서 에피택시를 실현하는 것을 가능하게 한다는 것을 알게될 것이다.
격자 파라미터의 차가 3%보다 크고 20%미만일 경우, 박막(11)의 방향성 성장이 가능하다. 이 경우에, 박막(11)의 그레인은 결정학적 집합 조직의 금속 기판(1)의 표면에 평행한 결정학적 평면(hkl)을 나타낸다. 박막(11)의 그레인이 기판(1)의 평면에서 방향 상실되면, 박막의 결정학적 집합조직을 나타내는 극점도는 따라서 도 4에 나타낸 것처럼 링이다. 박층은 방향{hkl}을 갖는 것으로 불린다.
도 4는 본 발명의 두 가지 실현 방법에 따라 획득된 폴리실리콘 박막(11)의 극점도{111}를 나타낸다.
본 도의 맨위에 있는 극점도{111}는 에칭을 받지 않은 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)에 해당한다.
본 도의 맨 아래에 있는 극점도{111}는 에칭을 받은 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)에 해당하며, 이는 이하에서 더 설명된다.
극점도{111}는 집합조직 실리콘의 박막의 존재를 나타낸다. 링 7, 8(Ψ=0°의 중앙의 첫번째 8, Ψ=54.8°의 두번째 7)은 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 표면에 수직 방향 <111> 및 <100> 또는 평행한 평면(111) 및 (100)으로 특징지어지는 실리콘 그레인의 바람직한 방향을 나타낸다. 그레인은 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 평면에서 방향 상실된다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1) 상의 퇴적물은 에칭 촉진 방향(etching favours orientations) {111} 및 {100}에 종속되지 않는다. 결정학적 집합 조직의 금속 기판(1)상의 퇴적물은 에칭 촉진 방향 {100}에 종속된다.
이러한 결과를 얻기 위하여, 철-니켈 합금의 기판(1)은 다음의 두 개의 특징을 나타내야만 한다:
· 면심 입방 결정계;
· 제한된 불일치(limited discrepancy), D < 20%;
0.1㎛ 미만 크기의 그레인에 대해서 부피로 58%의 실리콘의 용적 농축(volumetric concentration)과 0.1㎛ 내지 1㎛ 크기의 그레인에 대해서 42%의 용적 농축 실리콘을 갖는 폴리실리콘-계 박층(11)을 얻는 것이 가능하다.
다음의 표는 다른 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)으로 얻어진 박층(11)에 대한 파라미터의 몇몇 예들을 나타낸다.
합금
 박층 번호
 결정 이방성 거칠기
Ra(nm)
강도
R		 방향 상실
(δΦ+δΨ)/2
Fe-41Ni
 1 18,5 11,7
 21
2
Fe-41Ni 3 등방성 100
Fe-41Ni 4 등방성 20
Fe-48Ni 5 20,5 11,2 100
Ni-4W 6 8 30 100
Fe-33Ni-2Cr-3Cu 7 11 15 100
21nm의 거칠기 Ra , 18.5의 비 R, 11.7°의 방향 상실(Disorientation)을 나타나는 박층 번호 1에 대해 좋은 결과가 얻어졌다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)을 나타내는 합금은, -25℃ 내지 +150℃에서, 실리콘의 팽창계수와 유사한 팽창계수를 나타내야 한다.
합금의 기판(1)의 두께는 100㎛의 영역인 한편, 박막(11)의 두께는 5㎛ 미만이다. 따라서, 기판(1)은 열 팽창으로 인해 실리콘의 길이 변화를 가져온다. 만약 기판(1)의 팽창계수를 실리콘의 팽창계수에 적합하게 하는 대비책이 취해지지 않으면, 박막(11)이 광전자 특성을 나쁘게 하는 두 개의 유형의 손상을 받을 수 있다: 박막(11)의 계면분리(decohesion)가 기판(1)이 박막(11)을 트랙션 콘스트레인(traction constraints)을 받게 할 때, 실리콘 퇴적물의 박리, 박막(11)의 균열 및 실리콘 박층(11)에서의 전위(dislocation)을 나타나게 할 수 있다.
실리콘의 박층(11)은 100℃ 보다 높은 온도에서 퇴적된다. 게다가, 광전지 또는 모듈의 작업 온도는 -50℃ 내지 +100℃이다. 따라서, 기판(1)의 평균 팽창 계수가 그것의 사용되는 동안에 박막(11)을 압축상태로 유지하도록 실리콘(αsi ~ 2.6 10-6 K-1)의 팽창계수 이상인 것이 권장된다.
20℃ 내지 100℃의 합금 기판(1)의 평균 팽창 계수 α20 100은 10-6 K-1보다 크고, 바람직하게는 10-6 K-1 내지 10×10-6 K-1이어야 한다.
폴리실리콘-계 박층(11)은 5㎛ 미만, 바람직하게는 2 내지 3㎛의 두께를 나타내고, 0.1㎛ 내지 2㎛의 크기(dimension)를 갖는 실리콘 결정을 포함한다.
본 발명으로부터 다른 가능한 실현(realisation) 방법에 따르면, 박층 퇴적물을 받치기 위한, 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 표면(3)은 폴리실리콘-계 박층(11)의 퇴적 단계 전에 에칭될 수 있다.
결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 입방 결적학적 집합 조직은 단일 결정의 입방 집합조직과 비슷한 구조를 제공한다. 10㎛에 근접한 크기의 그레인(GASTM=10)은 그레인 사이의 추구된 방향 상실이 20° 미만이기 때문에 비슷한 방식으로 대략적으로 모두 배향된다.
박층 퇴적물을 받치기 위한 표면(3)에 평행한 평면족(family of planes){100}과 압연 방향(rolling direction)에 평행한 방향 <001>에 의해 특정되는 이 입방 결정학적 집합조직은 41%의 니켈을 함유하는 철-니켈 합금을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)상에 얻어지고, 다른 배율로 도 5a 및 5b에 나타낸 주사전자현미경으로 실현된 관찰도가 나타내는 바처럼 방향성 화학 에칭 도를 작성하는데 유리하다. 왼쪽에 위치한 도 5a는 도 5b의 확대도이다.
에칭 절차는 실리콘층의 광 포획(trapping light) 가능성을 증가시켜 박층에서 광전지의 성능을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 입방 결정학적 집합조직의 특정 대칭을 사용하여 철-니켈 합금에서 금속 배면상의 광 반사를 제어하고 금속 기판(1)의 적성(aptitude)을 결정학적 평면의 선택적인 에칭에 의해 에칭되도록 제어하는 것이 가능하다: 평면{100}의 에칭 속도는 평면{111}의 에칭 속도 보다 더 빠르다.
15℃ 내지 35℃의 온도로 설정되고, 예를 들면 다음의 다양한 염화물의 용액을 함유는 전해조(bath)에서, 두 개의 롤러들 사이에 0.1 내지 1분의 지속시간 동안 금속성 기판(1)을 놓는 것에 의한, 경화(hardening)에 의해 에칭이 수행된다.
- 0.1%의 리튬 염화물;
- 0.1%의 테트라메틸암모늄;
-2%의 트리에탄올아민.
에칭 종료시 금속 기판(1)은 수 개의 욕조에서 철저히 헹궈지고 항상 스트림 절차(stream procedure)에 따라, 100℃ 내지 200℃의 온도로 건조된다. 기판(1)의 표면(3)을 충분히 헹궈서 염화물에 의해 어떠한 부식도 피하는 것이 중요하다. 금속 기판(1)은 기름칠될 수 있다; 이러한 경우에, 박막(11)의 퇴적 전에 기판은 세척될 필요가 있을 것이다.
집합조직 그레인(4)의 방향을 고려할 때, 결과물은 결정질 실리콘의 층(11)으로 구성된 광전지가 형성될 수 있는 수 마이크론의 높이의, 도 6에 나타낸 것과 같이, 역 피라미드로 구성된 기판의 표면(3)이다. 또한, 광전지(9)의 표면은 도 6에 나타내었다.
이렇게 해서 우선적으로 부식된 결정 평면으로 구성되는 네트워크의 유형을 얻는다. 표면(3)은 평면{111}을 나타내며, 이 평면은 표면상에 원뿔(cone)의 유형을 생성한다. 그레인(4)는 평면 {111}을 나타내고 평면 {100}에 따른 스피드(speeds)(12)를 포함하는 피라미드-형상으로, 블레이즈 격자(blazed grating)를 형성한다.
두 개의 효과는 결합된다. 먼저, 피라미드-형상의 공동(10)의 모서리상의 반사는 실리콘 층(11)에 있어서 빛의 평균 자유경로를 수정하는 것을 돕는다. 광전지를 직각으로 때리는 광선은 반사되고 실리콘 층 상에 포획된 상태로 남게되는 경향이 있다.
두 번째로, 홀(hole)들의 모서리 상의 회절은 차별적인 에칭으로부터 얻어지는 작은 스피드(12)를 나타낸다. 따라서 빛 타입 블레이즈 격자(blazed grating)의 회절을 얻는다. 이 격자는 보다 큰 간섭의 반응 정도로 빛의 반사를 촉진하며, 이는 광선의 직각 반사 보다는 광선의 강한 경사(strong slope)에 해당한다.
도 7에 나타낸 바처럼, 피라미드-형상 공동(10)은 합금 그레인(4)과 같이 펼쳐지고, 따라서 임의로 실리콘 박층(11)에서의 빛의 분포를 개선한다.
블레이즈드 격자의 현상은 실리콘 층(11) 중에 강한 파장을 유지하는 경향이 있다.
이러한 기술은 광자가 격자의 표면 상에 회절되어, 이에 따라 광자를 생성하고 실리콘 층(11) 내에 포획하는 것을 가능하게 한다.
실리콘 층(11)의 표면의 구조는 결정학적 집합조직 금속 기판(1)의 반사율이 감소하도록 한다.
또한, 본 발명은 이전에 기술된 바와 같은 결정학적 집합 조직의 디바이스(1)을 포함하는 광전지에 관한 것이다.
본 발명의 가능한 실현 방법에 따르면, 광전지는 결정학적 집합조직 디바이스(13)를 포함하며, 결정학적 집합조직 디바이스(13) 내에 결정학적 결합조직 금속기판(1)은 상기 금속 기판을 나타내는 합금의 총 중량을 기준으로 41중량%와 동등한 니켈 함량을 나타낸다. 폴리실리콘 박층(11)의 실리콘이 도핑될 수 있다. 그것은 다이오드의 원하는 유형에 따라, 인 또는 붕소 중 어느 하나로 도핑된, P 또는 N(PIN 또는 NIP)일 수 있다.
또한 광전지는 결정학적 결합조직 디바이스(13) 상에 퇴적된 진성 폴리실리콘 박층(14)(도핑되지 않음), 진성 폴리실리콘 박층(14) 상에 퇴적된 도핑 폴리실리콘 박층(15), 붕소에 의한 도핑 폴리실리콘 박층(15) 상에 퇴적된 투명 전도성 산화물의 박층(16) 및 투명 전도성 산화물의 박층(16) 상에 놓이고 중앙 격자 요소(18)을 포함하는 복수의 요소를 포함하는 금속 그리드(17)를 포함한다.
도핑 폴리실리콘 박층(15)의 실리콘은 다이오드의 원하는 유형에 따라, 인 또는 붕소 중 어느 하나로 도핑된, P 또는 N(PIN 또는 NIP)일 수 있다.
투명 전도성 산화물의 박층(16)은 예를 들면, 인듐-주석 산화물(ITO), ZnO 또는 SnO2의 층이 될 수 있다.
도핑된 층은 진성 폴리실리콘의 박층(14)의 두께에 비해 매우 얇다.
실리콘 층(11)의 실리콘은 큰덩어리 결정이다; 비정질 실리콘의 몫은 1% 미만이다. 게다가, 이 실리콘은 바람직한 방향을 갖는다: 그레인은 평면{111} 및 {100}이 고도의 집합 조직의 철-니켈 합금의 평면에 평행하게 배향된다.
가능한 결합 방법은 광전지 판(plate)을, 예를 들면 정사각형으로 절단하고, 다음의 광전지의 상부 표면을 구리의 평탄한 단면을 사용하여 하부 표면에 연결하는 것으로 구성된다.
본 발명의 가능한 실현 방법에 따르면, 도 9에 나타낸 것과 같이, 커넥터는 결정학적 집합조직의 디바이스(13)와 상기 광전지(19)의 다른 박층들(14 내지 16)을 통과한다. 커넥터(19)는 중앙 격자 요소(18)에 연결되고, 결정학적 집합조직 금속 기판(1)의 연결 표면(2)을 통해 상기 광전지의 외부로 뚫고 나온다.
커넥터(19)는 결정학적 결합조직의 금속 기판(1)의 상기 연결 표면으로부터 중앙 그리드 요소(18)까지 연장되는 절연체(20)에 의해 둘러싸여 있다.
그러한 광전지는 후면 전극 광전지(rear contact photovoltaic cell)라 부른다. 양쪽 연결들은 광전지의 동일한 측면, 달리 말하면, 광전지의 뒷면의 측면, 더욱 상세하게는 결정학적 집합조직 금속 기판(1)의 연결 표면(2)의 측면에 놓여있다. 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 음극으로(음극 연결(negative connection)) 연결되고, 커넥터(19)는 양극으로(양극 연결(positive connection)) 연결된다.
다음의 제조 절차에 따르면, 철-니켈 합금의 압연(rolling) 및 텍스쳐링(texturing) 단계를 포함하는 다음의 제조 절차에 따라 진행하는 것이 가능하다.
또한, 제조 절차는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 표면 상의 홀 에칭 단계(hole etching stage)를 포함한다. 에칭되면 안되는 영역을 보호한다. 사용된 기술은 음극선관용 "쉐도우 마스크(shadow-masks)" 제조에 사용되는 기술이다.
다른 단계는 공지된 기술에 의해 집합조직의 비-에칭된 표면을 세척하는 것으로 이루어진다.
그 다음, 실리콘은 상기 기술된 방법에 따라 퇴적되고, 광전지의 표면을 제조한다.
그 다음 또한 실리콘 층을 함유하는 홀을 샌드 블라스팅(sand blasting)에 의해 세척한다: 결정학적 집합조직 금속 기판(1)을 단지 돌리고, 결정학적 결합조직 금속 기판(1)을 마스크로 사용하여 에칭한다.
홀은 절연된다; 부서지기 쉬운 폴리머의 도움에 의한 실리콘 퇴적물(모래가 될 수 있음) 없이 광전지의 뒷면을 단지 실크 스크린(silk screen)한다.
그 다음 노즐의 도움으로, 절연 영역 내의 홀을 샌드 블라스트한다.
홀에 채워져서, 광전지의 뒷면에, 인듐-주석 산화물(16)의 박층에 의해 수집되는 전자들을 보내는 인듐-주석 산화물의 박층(16)상에 전도체를 실크 스크린 한다.
금속의 절단 영역은 샌드 블라스트된다.
그 다음 금속은 통상의 기술에 의해 잘려진다. 따라서, 광전지 모듈을 제조하는 통상의 웨이퍼로서 사용될 수 있는 후면 전극 광전지를 얻는다.
또한, 본 발명은 도 10에 나타낸 바와 같이, 20mm 폭의 영역의 크기를 갖는 스트립의 형태로 각각 제공되는 일련의 광전지(31)를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
종래 기술의 광전지는 매우 넓은 스트립 형태의, 일반적으로 15×15cm 판인 기판을 포함한다.
필요에 따른, 에너지의 소스를 얻기 위하여, 수 볼트,예를 들면 12 볼트의 전압을 발생하는 구조가 설계될 필요가 있다.
이제, 실리콘 다이오드의 개방 회로 전압(open circuit voltage)은 0.5 볼트의 영역에 있다. 해법(solution)은 광전지(31)의 수개의 스트립을 직렬화하여 주어진 전압을 얻는 데에 있다.
스트립(31)의 형태의 광전지로 형성되는 광전지 모듈은, 폴리머의 박층(21), 열반응성 아교(EVA)의 두개의 박층들(22, 23)로, 열반응성 아교의 제1 박층(22) 및 제2 박층(23)을 포함한다. 상기 열반응성 아교(22)의 제1 박층(22)은 상기 폴리머의 박층(21) 상에 퇴적된다.
또한 광전지 모듈은 스트립(31)의 형태의 복수의 광전지들로 형성된 전도성 층(24) 및 전도성층(24)의 각 단부상에 놓인 두 개의 구리 스트립(25)을 포함한다.
스트립(31)의 형태의 광전지 및 두 개의 구리 스트립(25)들은 열반응성 아교의 제1 박층(22) 및 제2 박층(23) 사이에 놓이며, 하나가 다른 하나에 대해 평행하며, 열반응성 아교(22, 23)의 박층들에 대해 경사지며, 겹쳐져서 열반응성 아교의 박층들(22, 23)에 평행한 방향에 따라 접촉하는 광전지와 구리스트립의 열을 형성한다.
스트립(31)의 형태의 복수의 광전지와 두 개의 구리 스트립(25)들은 직렬 연결을 형성한다.
스트립(31)의 형태의 각각의 광전지는, 그들의 단부 중 각각의 부근에 스트립(31)의 형태의 또 다른 단일 광전지와 접촉하되, 전도성 층(24)의 단부에 위치된 스트립(31) 형태의 두개의 광전지를 제외하며, 상기 두 개의 광전지는 각각 그들의 단부중 하나의 근처 부근의 스트립(31) 형태의 단일 광전지와 접촉하고 그들의 단부중 다른 하나의 부근에 있는 구리 스트립(25)과 접촉한다.
일련의 스트립(31)의 형태의 광전지 스트립들 및 두 개의 구리 스트립들(25)은 녹다운(knocked down) "도미노(dominos)"의 연쇄처럼 형성되도록 놓여진다. 스트립 (31) 형태의 각각의 광전지는 앞면(26), 뒷면(27), 제1 단부(28) 및 제2 단부(29)를 포함한다.
스트립(31) 형태의 광전지의 각각의 뒷면(27)은 제1 단부(28)에 근접한, 열반응성 아교의 제1 박층(22)과 접촉한다.
스트립(31) 형태의 광전지의 각각의 뒷면(27)은 제2 단부(29)에 근접한, 열반응성 아교의 제1 박층(22)과 접촉한다.
스트립(31) 형태의 광전지의 각각의 앞면(26)은 제1 단부(28)에 근접한, 스트립(31) 형태의 또 다른 광전지와 접촉한다.
또한, 스트립(31) 형태의 광전지의 각각의 앞면(26)은 제2 단부(29)에 근접한, 열반응성 아교의 제2 박층(23)과 접촉한다.
전도성 층(24)의 각각의 단부에 위치한 두 개의 구리 스트립들(25)은 광전지 모듈이 옆으로 연결되도록 한다.
또한, 광전지 모듈은 열반응성 아교의 제2 박층(23) 상에 퇴적된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 박층(30)을 포함한다.
스트립(31) 형태의 광전지의 인듐-주석 산화물의 박층(16)은 투명하고, 전도성이다.
광전지 모듈의 제조 절차는 이하에 기술된다.
열반응성 아교의 초기층(EVA)(16)은 폴리머 스트립(21)상에 퇴적된다.
스트립(31)의 형태의 광전지는 전기적 절연을 보장하는 폴리머 스트립(21)상에 평행하게 퇴적된다. 폴리머 스트립(21)은 예를 들면, 폴리이미드 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 될 수 있다.
스트립(31) 형태의 광전지는 대략 5mm의 거리로 겹쳐진다. 이렇게 만들어진 접점(contact)은 스트립(31)의 형태의 광전지를 직렬 연결한다.
두 개의 구리 스트립(25)은 겹쳐지게 전도성 층(24)의 단부에 놓여진다.
열반응성 아교의 제2 박층(EVA)(23)은 전도성 층(24)의 표면상에 놓여진다.
그런 후에, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 박층 (30)을 열반응성 아교 (EVA)의 제2 박층(23)의 표면에 적용시킨다.
그런 후에 이 모두를 열 가압에 의하여 합체시킨다(적층, lamination).
따라서, 스트립(31) 형태의 병치된 (juxtaposed) 광전지의 수에 전압이 의존하는 광전지 모듈을 얻는다.
광전지 모듈의 제조 절차는 결정학적 집합조직 디바이스(13)의 더 작은 스트립을 얻기 위하여 결정학적 집합조직 디바이스 스트립(13)을 절단하는 단계를 포함한다. 합금 롤러 상에서의 이러한 절단 단계를 상이한 박층을 퇴적한 후에 수행한다. 결정학적 집합조직 디바이스의 스트립(13)을, 응용 방법에 따라, 바람직한 크기로 절단한다.
결정학적 집합조직 디바이스(13)를 절단하기 위하여 실리콘 분해를 피하는 것이 필요하다. 그리고, 실리콘으로 코팅된 결정학적 집합조직의 금속 기판(1) 상에 그루브를 만드는 것이 사전에 필요하다. 마이크로 샌드 블라스트 기술을 사용하여 그루브를 만든다: 노즐을 이용하여 알루미나의 얇은 입자를 실리콘의 표면상에 투사한다.
그러므로, 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 표면(3) 상의 실리콘으로부터 그루브를 면제시킬 수 있고, 잘 조절된 폭, 예를 들면 2mm의 폭을 가질 수 있다.
그런 후에, 상기 결정학적 집합조직 디바이스 스트립(13)을, 실린더의 표면을 탄성체 스트립으로 보호하는 예방 조치를 취하면서, 통상의 도구, 예컨대, 회전 절단기(rotary shear)로 절단할 수 있다.
결정학적 집합조직 디바이스(13)의 절단 절차는 본 발명의 또 하나의 실현 방법에 따라 달성될 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 그루브(32)를 결정학적 집합조직의 금속 기판 (1)의 스트립 내로 에칭시켜 후속 절단을 용이하게 한다.
실리콘을 상기 결정학적 집합조직의 금속기판(1) 상에 퇴적시킨 후, 그루브 (32)를 샌드 블라스트시켜 단락(short circuit)을 제거한다. 그런 후에 스트랩을 제거한다.
또한, 본 발명은 앞에서 정의한 바와 같은 결정학적 집합조직의 금속 기판 (1) 상의 실리콘-계 박층을 위한 퇴적 공정에 관한 것이다.
본 발명의 실현화 방법에 따르면, 폴리실리콘-계 박층의 퇴적은 증기 상에서의 화학 퇴적 방법(CVD)에 의하여 및 유리하게는 고주파 플라즈마에 의하여 보조되는 증기 상에서의 화학 퇴적 방법(RFPECVD)에 의하여 달성되고, 상기 플라즈마에 적용되는 주파수는 13.56 MHz이다. 두 개의 상이한 실현 방법에 따르면, 퇴적은, 에칭을 필요로 하거나 에칭 없이, 결정학적 집합조직의 금속 기판 (1) 상에 수행될 수 있다.
플라즈마 온도는 300 ℃ 미만, 바람직하게는 200 ℃의 영역 내이어야 한다. 유리하게는 상기 플라즈마는 실리콘 테트라플루오라이드(SiF4), 수소 및 아르곤의 가스상 혼합물을 포함한다. 또한, 상기 실리콘 테트라플루오라이드를 실란 (SiH4)으로 대체할 수 있다.
철-니켈 합금상에서 폴리실리콘 층(11)의 방향성 또는 에피택셜 성장(oriented or epitaxial growth)은 합금의 결정학적 집합조직과 플라즈마 조건에 의해 촉진된다.
실시예로서, 최상의 결과는 1800mTorr의 전체 압력, 16W의 고주파 전력 및 약 200℃ 기판 온도 1에서의 (1, 2,40)의 분당 입방 센티미터(sccm)로 가스가 흐르는 상태에서, SiF4, 수소 및 아르곤의 가스상 혼합물의 해리로부터의 퇴적에 의해 얻어진다. 기판 온도 1은 300℃ 미만이어야 한다.
결과로 41%의 니켈을 포함하는 철-니켈 합금으로 형성된 기판(1) 상에 저온(200℃)에서 직접 퇴적하여 완전히 결정화된 실리콘 박층(11)이 얻어진다.
결정 분율의 정량화는 분광 엘립소메트리 측정(spectroscopic ellipsometry measures)에 의해 얻어질 수 있다.
광학 모델의 도움에 의한 분석 엘립소메트리 측정에 의해 결정 분율을 정량화할 수 있고 대형 그레인(0.1㎛ 내지 1㎛의 크기)과 소형 그레인(< 0.1㎛)을 구별할 수 있으며, 이는 다음 문헌에 기재되어 있다:"A. Abramov, Y. Djeridane, R. Vanderhaghen, 및 P. Roca i Cabarrocas: "Large grain μc-Si:H films deposited at low temperature: growth process and electronic properties". J. Non Cryst. Solids 352 (2006) pp. 964-967".
표 2는, 엘립소메트리 측정의 도움으로 얻어진, 폴리실리콘 층의 결정 분율과 폴리실리콘-계 층(11)에 대한 거칠기 층(6㎚)을 나타낸다.
두께(㎜) 소형 그레인 분율 대형 그레인 분율 공극 분율
6 38 35 27
379 57 38 5
엘립소메트리 측정이 재현되게 하는 광학 모델의 결과는 379㎚의 두께를 갖는 실리콘 층(11)이 57%의 소형 결정, 38%의 대형 결정 및 5%의 진공(후자는 층에 포함되는 수소와 대게는 그레인 바운더리에서의 나쁜 다공율(poor porosity)과 연관됨)
이들 파라미터들을 변화시키기 위해서, 가스 혼합, 압력, 고주파 전력 및 기판 온도 등의 테스트 조건들을 변화시키는 것이 가능하다.
소스 가스는 SiF4, 수소와 도핑을 위한 가스로 트리메틸보론(trimethylboron)과 포스핀(phosphine)이다. 플라즈마(33)에서, 활성 전자(energetic electrons)(고주파 전기장에 의해 가속됨)와 실란 사이의 비탄성 충돌은 라디칼, 이온 및 활성 종(energised species)을 발생시킨다. 플라즈마(33)에서 생성된 반응성 종은 기판(1)상에서 응축되어 일반적으로 표이성 박층(erratic thin layer)(원자의 반복으로(atom after atom))을 형성한다.
이 기법은 저온(전형적으로 100℃ 내지 300℃)에서, 대형 표면(5m2에 이를 수 있음)을 갖는 기판(1)상에 실리콘-계 박층(11)의 퇴적을 가능하게 한다.
도 12는 저온에서 방전 플라즈마(33)에서의 반응성 가스들의 화학 분해에 의한, 결정학적 집합조직의 금속 기판(1) 상의 실리콘-계 박층(11)의 퇴적 절차를 나타낸다.
도 13은 도 12에 나타낸 절차 동안 폴리실리콘 박층(11) 상의 실리콘의 성장 지역(35)의 확대도이다. 본 예는 실란(라디칼 SiH3)으로부터의 성장에 해당한다.
전구체 가스들의 해리 생성물(34)은 폴리실리콘-계 박층(11)을 형성하는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)상에 "응축(condense)"한다. 전구체 가스의 해리 생성물(34)은 폴리실리콘 층의 성장에 기초 벽돌(elementary bricks)로 사용될 수 있는 나노결정이다. 플라즈마/고체 계면은 성장 구역(35)으로 불리는 물질의 두께 상에 이루어지고 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 온도와 이온 및 원자 수소(화학적 어닐링(chemical annealing)에 의해 제공되는 에너지에 의해 제어되는 반응을 포함한다. 플라즈마/고체 계면에서, 물리흡착(physisorption)(36) 현상, 탈수소(hydrogen abstraction)(37), 재결합(Si2H6)(38) 및 탈착(desorption)(39)이 초래된다.
다음 문헌에 기재되어 있는 것처럼, 퇴적 절차를 최적화하여 실란(SiH4) 및 실리콘 테트라플루오라이드(SiF4) 플라즈마에서 실리콘 나노결정(34)을 합성하는 것도 가능하다: "P. Roca i Cabarrocas, Th Nguyen-Tran, Y. Djeridane, A. Abramov, E. Johnson 및 G. Patriarche: "Synthesis of silicon nanocrystals in silane plasmas for nanoelectronics and large area electronic devices". J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) pp 2258-2266".
퇴적 속도를 높이거나 진성 층(의도적으로 도핑되지 않은)에서 결함의 밀도를 감소시킬 목적으로, 예를 들면 CVD 마이크로웨이브 플라즈마 또는 핫-필라멘트 보조 CVD(HWCVD)와 같은 기타의 CVD 퇴적 기법들을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 퇴적 절차는 폴리실리콘-계 박층(11)을 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)에 의해 실리콘의 오염없이 얻는 것을 가능하게 한다. 전환 효율 또한 향상된다.
이렇게 본 발명에 따르면, 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 퇴적 단계(deposit phases) 동안 직접, 에피택셜 또는 방향성 대형 그레인 실리콘 성장 메카니즘의 촉진을 가능하게 한다.
철-니켈 합금의 평균 팽창 계수가 폴리실리콘-계 박 필름(11)의 그것과 동일하거나 약간 큰 사실은 작업중 폴리실리콘-계 박층(11) 상에 발생되는 열 수축을 제한하는 것이 가능하고 광전지의 수명을 증가시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 연결 표면(2) 및 박층 퇴적물을 받치기 위한 표면(3)을 포함하는 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)으로서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 면심 입방 결정 계와 우세하게 입방 결정학적 집합조직 {100} <001>를 나타내는 합금으로 구성되고, 상기 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)은 상기 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)에 평행한 결정학적 평면 {100}을 주로 나타내는 그레인(4)을 포함하며,
    - 상기 합금은 상기 합금의 전체 중량을 기준으로 다음의 조성을 갖는 철-니켈 합금이고:
    Ni ≥ 30중량%,
    Cu ≤ 15중량%,
    Cr ≤ 15중량%,
    Co ≤ 12중량%,
    Mn ≤ 5중량%,
    S < 0.0007중량%,
    P < 0.003중량%,
    B < 0.0005중량%,
    Pb < 0.0001중량%,
    - 상기 합금의 상기 니켈, 상기 크롬, 상기 구리, 상기 코발트 및 상기 망간의 백분율들은 다음 조건을 만족시키고:
    34 중량% ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn), 및
    - 상기 합금은 실리콘, 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘 중에서 선택된 하나 이상의 탈산 원소를 1 중량% 이하로 포함하고, 상기 합금을 나타내는 상기 원소들의 잔부는 철 및 불순물인 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 금속 기판.
  2. 제2항에 있어서, 상기 합금의 상기 니켈, 상기 크롬, 상기 구리, 상기 코발트 및 상기 망간의 백분율들은 다음 조건을 만족시키고:
    34 중량% ≤ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≤ 54%,
    - 20℃ 내지 100℃에서, 상기 합금의 평균 팽창 계수, α20 100는 10-6K-1 보다 더 크고, 바람직하게는 10-6K-1 내지 10×10-6K-1 인 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 금속 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)은 150㎚ 미만, 그리고 바람직하게는 50㎚ 미만의 거칠기를 나타내는 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 금속 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 0.5㎜ 내지 0.05㎜, 바람직하게는 0.1㎜ 영역의 두께를 갖는 박층인 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 금속 기판.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 박층 퇴적물을 받치기 위한 상기 표면(3)상의 상기 그레인(4)은 평면{111}을 나타내는 피라미드 형태와 평면{100}에 따른 스피드(12)로 에칭되어 블레이즈 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 금속 기판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 정의된 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)을 포함하고, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)상에 폴리실리콘-계 박층(11)이 퇴적되며, 상기 폴리실리콘-계 박층(11)은 바람직한 결정학적 방향{100} 및 {111}을 나타내는 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 결정 격자 지수는 상기 폴리실리콘-계 박층(11)의 결정 격자 지수와 동일하거나 거의 동일한 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 디바이스.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(10)을 나타내는 상기 합금의 평균 팽창 계수는 상기 폴리실리콘-계 박층(11)의 평균 팽창 계수와 동일한 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 디바이스.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리실리콘-계 박층(11)은 10㎛미만, 바람직하게는 5㎛미만의 두께를 갖고, 0.1㎛ 내지 2㎛ 크기의 실리콘 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정학적 집합조직의 디바이스.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따라 정의된 결정학적 집합조직의 디바이스(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지.
  11. 제10항에 있어서,
    - 다음의 결정학적 집합조직의 디바이스(13):
    ● 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)은 상기 금속 기판(1)을 나타내는 상기 합금의 전체 중량을 기준으로 41중량%의 니켈 함량을 나타내고,
    ● 상기 폴리실리콘-계 박층(11)의 실리콘이 도핑되고,
    - 상기 결정학적 집합조직의 디바이스(13) 상에 퇴적된 진성 폴리실리콘 박층(14),
    - 상기 진성 폴리실리콘 박층(14) 상에 퇴적된 도핑 폴리실리콘 박층(15),
    - 상기 도핑 폴리실리콘 박층(15) 상에 퇴적된 투명 전도성 산화물의 박층(16), 및
    - 상기 투명 전도성 산화물의 박층(16)상에 놓이고 중앙 그리드 요소(18)를 포함하는 복수의 요소를 포함하는 금속 그리드(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 중앙 그리드 요소(18)에 연결되고 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 상기 연결 표면(2)을 통해 상기 광전지의 외부로 나오는커넥터(19)는 상기 결정학적 집합조직의 디바이스(13)와 상기 다른 박층들(14, 15, 16)을 통과하고, 상기 커넥터(19)는 상기 결정학적 집합조직의 금속 기판(1)의 상기 연결 표면(2)으로부터 상기 중앙 그리드 요소(18)로 연장되는 절연체(20)에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 광전지.
  13. - 폴리머의 박층(21),
    - 열반응성 아교의 제1 박층(22) 및 제2 박층(23)을 포함하고, 상기 열반응성 아교의 제1 박층(22)이 상기 폴리머의 박층(21)상에 퇴적되는 열반응성 아교의 두개의 박층들(22, 23),
    - 이전에 정의된 복수의 광전지들로 형성된 전도성 층(24)과 상기 복수의 광전지들(31)로 형성된 전도성 층의 각 단부 상에 놓인 두개의 구리 스트립(25): 상기 광전지(31)는 스트립 형태이며, 상기 두개의 구리 스트립은 상기 열반응성 아교의 상기 제1 박층(22) 및 제2 박층(23) 사이에 놓이며, 하나가 다른 하나에 대해 평행하며, 상기 열반응성 아교의 박층들(22, 23)에 관해 경사지며, 겹쳐져서 상기 열반응성 아교의 박층들(22, 23)에 평행한 방향에 따라 접촉하는 광전지(31)와 구리 스트립(25)의 열을 형성하며, 상기 복수의 광전지와 상기 두개의 구리 스트립(25)은 직렬 연결을 형성함, 및
    - 상기 열반응성 아교의 상기 제2 박층(23)상에 퇴적되는 폴리메틸메트아크릴레이트의 박층(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 정의된, 결정학적 집합조직의 금속 기판(1) 상의 실리콘-계 박층의 퇴적 방법으로서, 플라즈마의 온도가 300℃ 미만, 바람직하게는 200℃ 영역인 증기상 화학 증착(CVD)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘-계 박층의 퇴적 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 증기상 화학 증착은 플라즈마가 SiF4, 수소 및 아르곤의 가스상 혼합물을 포함하고, 사용되는 고주파 전력이 16W의 영역인, 고주파 플라즈마(RFPECVD)에 의해 보조되는 증기상 화학 증착인 것을 특징으로 하는 실리콘-계 박층의 퇴적 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 실리콘의 에피택셜 성장이 상기 플라즈마에서 합성된 실리콘 나노결정으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘-계 박층의 퇴적 방법.
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