KR20100094739A - 실리콘 박막 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 박막 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치는 챔버벽(Chamber Wall)과, 챔버벽 내부에 배치되며 기판이 배치되는 챔버(Chamber)와, 챔버에 배치되며 유체가 순환하는 유체 순환부 및 챔버벽의 외부에 배치되며, 유체의 열을 교환하는 열교환기를 포함할 수 있다.

Description

실리콘 박막 제조방법 및 제조장치{Method for Manufacturing of Silicon Thin Film Layer and Apparatus for Manufacturing of Silicon Thin Film Layer}
본 발명은 실리콘 박막의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
실리콘 박막은 다양한 반도체 장치에 널리 사용된다.
이러한 실리콘 박막은 플라즈마 증착 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
실리콘 박막을 포함하는 장치의 일례로 태양전지(Solar Cell)를 예로 들 수 있다.
태양전지(Solar Cell)는 빛을 전기로 변환하는 소자이다.
일반적으로 외부에서 광이 입사되면, 입사되는 광에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 형성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍이 반도체 내부에서 이동함으로써 전력을 생산할 수 있다.
태양전지는 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 계, 화합물 계, 유기물 계 태양전지로 구분할 수 있다.
아울러, 실리콘 계 태양전지는 반도체의 상(Phase)에 따라 결정 실리콘(Crystalline Silicon, C-Si) 태양전지와 비정질 실리콘(Amorphous Silicon, A- Si) 태양전지로 구분될 수 있다.
본 발명은 열교환기를 이용하여 플라즈마 증착 공정 시 온도를 플라즈마 챔버의 온도를 일정하게 유지하는 실리콘 박막의 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치는 챔버벽(Chamber Wall)과, 챔버벽 내부에 배치되며 기판이 배치되는 챔버(Chamber)와, 챔버에 배치되며 유체가 순환하는 유체 순환부 및 챔버벽의 외부에 배치되며, 유체의 열을 교환하는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 유체는 물 또는 갈덴(Galden) 용액일 수 있다.
또한, 기판과 이격되게 배치되며, 다수의 오리피스(Orifice)들이 형성된 분배판을 더 포함할 수 있다.
또한, 유체 순환부는 분패판과 평행하게 배치되는 유체 홀(hall)과, 열교환기로부터 유체 홀로 유체를 공급하는 공급관 및 유체 홀로부터 열교환기로 유체를 회수하는 회수관을 포함할 수 있다.
또한, 공급관 및 회수관은 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급관의 주위에 배치될 수 있다.
또한, 기판을 지지하는 받침대를 더 포함하고, 기판은 받침대와 유체 홀의 사이에 있을 수 있다.
또한, 기판과 이격되게 배치되며, 다수의 오리피스(Orifice)들이 형성된 제 1 분배판과, 제 1 분배판과 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급관의 배출구 사이에 배치되며, 다수의 오리피스들이 형성된 제 2 분배판 및 제 2 분배판과 배출구 사이에 배치되는 배플(Baffle)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조방법은 상기한 제조장치를 이용하여 미세결정 실리콘 박막을 제조하는 방법을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치 및 제조방법은 플라즈마 증착 공정으로 실리콘 박막을 형성할 때, 플라즈마 챔버의 온도를 일정하게 유지함으로써 실리콘 박막의 특성을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조 장치 및 제조 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
이하에서는 실리콘 박막을 포함하는 장치 중 태양전지를 예로 들어 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치 및 제조방법이 액정 표시 장치(LCD) 등의 반도체 장치에 적용되는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 태양전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
태양전지(10)는 미세결정 실리콘층을 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 1의 경우와 같이 태양전지(10)는 기판(100), 기판(100)에 형 성되는 전면 전극(110), 전면 전극(110)에 형성되는 제 1 반도체부(120)와 제 2 반도체부(130), 제 2 반도체부(130)에 형성되는 반사층(140), 후면 전극(150)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 반도체부(120)와 제 2 반도체부(130) 중 어느 하나가 미세결정 실리콘층을 포함할 수 있다.
이하에서는, 제 1 반도체부(120)는 비정질 실리콘 재질로 이루어지고, 제 2 반도체부(130)는 미세결정 실리콘 재질로 이루어지는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
태양전지(10)는 도 1과 같은 구조에 한정되는 것은 아니고, 미세결정 실리콘층을 포함하는 구조라면 어떠한 것이든지 가능할 수 있다.
기판(100)은 외부로부터 광이 입사되는 방향에 배치되며, 광을 투과할 수 있도록 실질적으로 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 유리 재질 혹은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
전면 전극(110)은 제 1, 2 반도체부(120, 130)에서 생성된 전력을 수집하기 위해 전기 전도성을 가지면서도 기판(100)을 투과한 광이 제 1, 2 반도체부(120, 130)에 도달하도록 하기 위해 실질적으로 투명한 금속 재질을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 전면 전극(110)은 인듐주석산화물(ITO)과 같은 실질적으로 투명하면서도 전기 전도성을 갖는 재질을 포함할 수 있다.
아울러, 전면 전극(110)은 기판(100)을 투과한 광의 반사를 억제하기 위해 Texturing 구조를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
여기서, 전면 전극(110)이 실질적으로 투명한 재질로 구성되는 것을 고려하여, 전면 전극(110)을 투명 전극(Transparent Electrode)이라 할 수 있다.
후면 전극(150)은 광을 투과할 필요는 없으나 전기 전도성이 우수한 재질을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 후면 전극(150)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 재질을 포함할 수 있다.
반사층(140)은 제 1, 2 반도체부(120, 130)를 투과한 광을 다시 제 1, 2 반도체부(120, 130)의 방향으로 반사할 수 있다. 그러면, 제 1, 2 반도체부(120, 130)는 반사층(140)에 의해 반사된 광을 이용하여 전력을 생산을 증가시킬 수 있다.
제 1 반도체부(120)는 p형 비정질 실리콘층(121), i형 비정질 실리콘층(122) 및 n형 비정질 실리콘층(123)을 포함할 수 있다.
외부로부터 입사되는 광이 기판(100)과 전면 전극(110)을 투과하여 제 1 반도체부(120)에 도달하게 되면, 주로 p형 비정질 실리콘층(121)과 n형 비정질 실리콘층(123)의 사이에 배치된 i형 비정질 실리콘층(122)이 광을 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다. 아울러, i형 비정질 실리콘층(122)에서 생성된 전자는 n형 비정질 실리콘층(123)을 경유하여 후면 전극(150) 쪽으로 이동하여 수집될 수 있고, 생성된 정공은 p형 비정질 실리콘층(121)을 경유하여 전면 전극(110) 쪽으로 이동하여 수집될 수 있다.
이러한 과정을 통해 제 1 반도체부(120)는 전력을 생산할 수 있다.
제 1 반도체부(120)는 제 2 반도체부(130)에 비해 상대적으로 높은 밴드갭 전압을 갖으며, 상대적으로 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
제 2 반도체부(130)는 제 1 반도체부(120)와 인접하게 배치되며, p형 미세결정 실리콘층(131), i형 미세결정 실리콘층(132) 및 n형 미세결정 실리콘층(133)을 포함할 수 있다.
제 2 반도체부(130)는 기판(100), 전면 전극(110) 및 제 1 반도체부(120)를 투과한 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
이러한 제 2 반도체부(130)는 제 1 반도체부(120)에 비해 상대적으로 낮은 밴드갭 전압을 갖으며, 상대적으로 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
한편, 제 2 반도체부(130)는 플라즈마 증착 공정으로 제조될 수 있는데, 플라즈마 증착 공정에서는 공정 온도에 따라 증착되는 실리콘 박막의 특성이 달라진다. 예를 들어, 제 2 반도체부(130)의 플라즈마 증착 공정 시 공정 온도가 과도하게 높으면 제 2 반도체부(130)의 성질이 비정질 실리콘 재질에 근접하게 되고, 반면에 공정 온도가 과도하게 낮으면 제 2 반도체부(130)의 성질이 결정질 실리콘 재질에 근접하게 된다.
따라서 비정질 실리콘과 결정질 실리콘의 중간적인 성질을 갖는 미세결정 실리콘 재질을 포함하는 제 2 반도체부(130)를 플라즈마 증착 공정을 이용하여 제조하기 위해서는 공정 온도를 일정하게 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 제 2 반도체부(130)의 그 박막의 성질 때문에 제 1 반도체부(120)에 비해 광흡수성이 상대적으로 낮으며, 이에 따라 비정질 실리콘 재질로 이루어지는 제 1 반도체부(120)에 그 두께가 두꺼워야 한다.
따라서 제 2 반도체부(130)는 제 1 반도체부(120)에 비해 플라즈마 증착 공정 시 공정 온도를 더욱 정밀하게 제어하는 것이 필요할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치 및 제조방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2를 살펴보면 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조 장치(30)는 챔버벽(Chamber Wall : 300)과 챔버벽(300)의 내부에 배치되며 기판(370)이 배치되는 챔버(Chamber, 310)와 챔버(310)에 배치되며 유체가 순환하는 유체 순환부(380) 및 챔버벽(300)의 외부에 배치되며, 유체 순환부(380)를 통해 순환하는 유체의 열을 교환하는 열교환기(390)를 포함할 수 있다.
자세하게는, 챔버(310)에는 받침대(360)가 배치되고, 기판(370)은 받침대(360)에 배치될 수 있다. 여기서, 받침대(360)는 기판(370)을 지지할 뿐 아니라, 기판(370)에 열을 가할 수 있다.
아울러, 받침대(360)는 기판(370)에 위치에 관계없이 균일하게 열을 가할 수 있다. 챔버벽(300)은 챔버벽(300) 내부의 진공도를 높일 수 있다.
아울러, 태양전지의 제조 장치(30)는 배플(Baffle, 330), 분배판(350)을 포함할 수 있다.
여기서, 분배판(350)은 챔버(310) 내에서 기판(370)과 소정 거리 이격되게 배치되고, 다수의 오리피스(Orifice)들을 포함할 수 있다. 여기서, 오리피스는 반응 가스가 통과할 수 있는 소정의 관통홀(Hole)을 의미할 수 있다.
배플(330)은 분배판(350)과 가스를 챔버(310)로 공급하는 가스 공급관(311)의 가스 배출구(320) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 배플(330)은 오리피스들이 형성되지 않는 플레이트(Plate)일 수 있다.
유체 순환부(380)는 챔버(310)로 유체를 순환시켜 챔버(310)의 온도가 급격하게 변하는 것을 억제할 수 있다. 이러한 유체 순환부(380)를 통해 순환되는 유체는 물 또는 갈덴(Galden) 용액일 수 있다. 100℃이하에서는 물을 이용하고, 100℃이상에서는 갈덴 용액을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
유체 순환부(380)가 챔버(310)로 유체를 순환시키게 되면, 챔버(310)의 온도를 실질적으로 일정하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 챔버(310)의 내부에 배치되는 분배판(350)의 온도도 실질적으로 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 기판(370)에 형성되는 미세결정 실리콘 박막의 성질도 실질적으로 균일해질 수 있는 것이다.
아울러, 분배판(350)의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 유체 순환부(380)는 분패판(350)과 평행하게 배치될 수 있다.
열교환기(390)는 유체 순환부(380)를 통해 순환하는 유체의 열을 교환할 수 있다. 효과적인 열교환을 위해 열교환기(390)는 챔버벽(300)의 외부에 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 유체 순환부(380)는 도 3의 경우와 같이 다량의 유체가 머무는 유체 홀(hall, 381)과, 열교환기(390)로부터 유체 홀(381)로 유체를 공급하는 공급 관(382) 및 유체 홀(381)로부터 열교환기(390)로 유체를 회수하는 회수관(383)을 포함할 수 있다.
여기서, 분배판(350)의 온도를 보다 용이하게 제어하기 위해 유체 홀(381)을 분패판(350)과 평행하게 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 유체 홀(381)의 단면을 잘라서 살펴보면 도 2와 같은 형상을 갖는 것이다.
아울러, 공급관(382)과 회수관(383)은 도 4의 경우와 같이 챔버(310) 내에 가스를 공급하는 가스 공급관(311)의 주위에 배치될 수 있다.
이러한 도 4와 같은 구조에서는 공정 가스가 챔버(310) 내로 공급되기 이전에 공정 가스의 온도를 일정하게 유지할 수 있어서 실리콘 박막의 성질을 보다 균일하게 하는 것이 가능하다.
가스 배출구(320)를 통해 반응 가스가 챔버(310) 내로 유입되면 가스 배출구(320)에 소정 거리 이격된 배플(330)에 의해 유입된 가스가 1차적으로 분산될 수 있다. 자세하게는, 배플(330)은 오리피스가 형성되지 않은 플레이트이기 때문에 유입되는 가스는 배플(330)을 주위로 흘러내리게 됨으로써 분산될 수 있다.
아울러, 배플(330)에 의한 가스 분산 효율을 향상시키기 위해 배플(330)의 면적은 가스 배출구(320)의 단면의 면적보다 큰 것이 바람직할 수 있다.
이후, 배플(330)에 의해 분산된 가스는 다시 분배판(350)에 의해 2차적으로 분산될 수 있다.
자세하게는, 배플(330)에 의해 분산되어 분배판(350)에 도달한 가스는 분배판(350)에 형성된 오리피스들을 통과하면서 좀 더 고르게 분산될 수 있다.
분배판(350)에 의해 분산된 가스는 기판(370)에 분사될 수 있다.
이때, 음극으로서 분배판(350)에 -전압을 인가하고 양극으로서 받침대(360)에 +전압을 인가하게 되면 분배판(350)과 받침대(360) 사이에서 플라즈마 방전이 발생하게 되고, 이에 따라 기판(370)에는 미세결정 실리콘 박막이 증착될 수 있다.
여기서, 분배판(350) 및 배플(330)은 플라즈마 방전에 의한 에칭 손상을 억제하기 위해 알루미늄 재질(Al)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 분배판(350)과 받침대(360) 사이에서 발생하는 플라즈마 방전에 의해 기판(370)에 미세결정 실리콘 박막을 보다 효과적으로 증착하기 위해서는 기판(370)과 분배판(350) 사이의 간격을 충분히 작게 해야 한다.
만약, 기판(370)과 분배판(350) 사이의 간격(t1)이 큰 경우에는 미세결정 실리콘 박막의 증착 속도가 느려지게 되고, 아울러 미세결정 실리콘 박막의 민감도 특성이 악화될 수 있다.
바람직하게는, 기판(370)과 분배판(350) 사이의 간격은 분배판(350)과 배플(330) 사이의 간격보다 작을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 기판(370)과 분배판(350) 사이의 간격은 30mm이하일 수 있다.
상기와 같이, 챔버(310) 내로 유입되는 가스를 배플(330), 분배판(350)을 이용하여 차례로 분산시키게 되면, 분산된 가스가 기판(370)에 균일하게 조사될 수 있다. 이에 따라, 기판(370)에 증착되는 미세결정 실리콘 박막의 두께의 불균일도 특성이 개선될 수 있다. 즉, 미세결정 실리콘 박막의 두께가 균일해질 수 있는 것이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 제조장치와 비교예에 따른 제조장치를 비교하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5를 살펴보면 챔버(310)에 유체 순환부가 설치되지 않은 제조장치의 일례가 도시되어 있다.
이러한 경우에는 가스 공급관(311)을 통해 챔버(310) 내부로 주입된 가스가 분배판(350)에 의해 분산된 이후에 기판(370)에 도달할 수 있다.
이때, 분배판(350)과 받침대(360)에 고전압을 인가하면 분배판(350)과 받침대(360)의 사이에서 플라즈마 방전이 발생할 수 있다. 이에 따라 기판(370)의 표면에는 미세결정 실리콘 박막이 형성될 수 있다.
한편, 분배판(350)과 받침대(360)의 사이에서 플라즈마 방전이 발생할 때, 온도가 급격히 상승할 수 있다.
이와 같이, 챔버(310) 내에서 플라즈마 방전에 의해 온도가 급격히 상승하게 되면, 기판(370)에 증착되는 미세결정 실리콘 박막의 성질에 영향을 미칠 수 있다.
플라즈마 방전에 의한 급격한 온도 상승이 기판(370)에 증착되는 미세결정 실리콘 박막의 성질에 악영향을 미치는 것을 억제하기 위해 분배판(350)과 받침대(360) 사이의 간격(t1)을 충분히 넓게 하는 것이 가능할 수 있다.
그러나 분배판(350)과 받침대(360) 사이의 간격(t1)을 과도하게 넓게 하는 경우에는 실리콘 박막의 증착 속도가 과도하게 느려질 수 있으며, 아울러 실리콘 박막의 성질이 악화될 수 있다.
따라서 분배판(350)과 받침대(360) 사이의 간격(t1)을 무조건 넓게 하기 어 렵다.
도 5와 같은 구성의 제조장치를 사용하여 실리콘 박막을 증착할 때 분배판의 온도를 측정하면 도 6과 같다.
실험조건은 파워가 대략 0.7W/cm2이고, 공정 압력이 대략 4토르(torr)이고, 증착온도는 대략 180℃이고, 가스는 SiH4와 H2를 사용하였다.
아울러, 분배판(350)과 받침대(360)의 사이 간격(t1)은 대략 5mm이다.
도 6을 살펴보면, 분배판(350)과 받침대(360)의 사이에서 플라즈마 방전이 발생하는 초기 시점(T1)에서는 분배판(350)의 온도가 대략 180℃정도이었다가, 플라즈마 방전이 지속됨에 따라 분배판(350)의 온도가 최대 대략 300℃까지 상승하고, 이후 점진적으로 감소함을 알 수 있다. 아울러, 플라즈마 방전이 종료되는 시점(T2)에서는 분배판(350)의 온도가 대략 250℃이하로 하강한다.
한편, 도 7에서는 도 6의 실험조건과 동일한 조건 하에서 분배판(350)과 받침대(360) 사이의 간격을 10mm로 넓힌 상태에서 분배판(350)의 온도를 측정하였다.
도 7을 살펴보면, 플라즈마 방전 시 분배판(350)의 온도가 최대 대략 270℃까지 상승하였다가 이후 점진적으로 하강하는 것을 알 수 있다.
상기한 도 5 내지 도 7의 경우에는 플라즈마 방전 시 챔버(310)의 온도, 바람직하게는 분배판(350)의 온도의 변동 폭이 과도하게 크다.
따라서 도 8의 (a)와 같이 플라즈마 방전이 발생하는 초기시점(T1)에서 기판(370)에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(800)의 결정화도와 (b)와 같이 플라즈마 방전이 발생하는 종료시점(T2)에서 기판(370)에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(810)의 결정화도의 차이는 매우 클 수 있다.
여기서, 결정화도는 미세결정 실리콘 박막(800, 810)에 포함된 실리콘 결정 재질의 비율을 나타낼 수 있다.
보다 자세하게는, T2시점에서는 T1시점에 비해 분배판(350)의 온도가 상대적으로 높기 때문에 T2시점에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(810)은 비정질 실리콘 재질에 가까운 성질을 갖게 된다. 즉, T2시점에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(810)의 결정화도는 비정질 실리콘 재질과 같이 상대적으로 낮은 것이다.
반면에, T1시점에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(800)의 결정화도는 상대적으로 높음으로써, T2시점에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(810)과 T1시점에 형성되는 미세결정 실리콘 박막(800)의 결정화도는 그 차이가 매우 큰 것이다.
이와 같이, 실리콘 박막의 두께 방향으로의 결정화도의 차이가 크게 되면, 실리콘 박막의 특성이 악화되는 것으로 볼 수 있다. 예컨대, 태양전지의 경우에는 광전변환 효율이 과도하게 낮아질 수 있는 것이다.
반면에, 도 9의 경우와 같이 챔버(310)에 유체를 순환시키는 구성의 제조장치를 사용하게 되면, 플라즈마 방전 시에도 분배판(350)의 온도를 실질적으로 일정하게 유지할 수 있다.
이러한 구성에서 분배판(350)의 온도의 급격한 변화를 보다 효과적으로 억제하기 위해서는 유체 홀(381)의 가로 방향으로의 총 길이(L1)는 분배판(350)의 가로 방향의 총 길이(L2)보다 길거나 실질적으로 동일한 것이 바람직할 수 있다.
도 9와 같은 구성의 제조장치를 사용하여 실리콘 박막을 증착할 때 분배판의 온도를 측정하면 도 10과 같다.
실험조건은 파워가 대략 0.7W/cm2이고, 공정 압력이 대략 4토르(torr)이고, 증착온도는 대략 180℃이고, 가스는 SiH4와 H2를 사용하였다.
아울러, 분배판(350)과 받침대(360)의 사이 간격(t2)은 대략 10mm이다.
도 10을 살펴보면, 분배판(350)과 받침대(360)의 사이에서 플라즈마 방전이 발생하는 초기 시점(T1)에서는 분배판(350)의 온도가 대략 180℃정도이었다가, 플라즈마 방전이 지속됨에 따라 분배판(350)의 온도가 최대 대략 190℃까지 상승하고, 이후 분배판(350)의 온도가 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
상기한 도 10의 데이터를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 제조장치를 사용하게 되면, 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마 방전이 발생하더라도 분배판(350)의 온도가 급격히 상승하는 것을 억제할 수 있다. 실질적으로, 플라즈마 방전이 발생하더라도 분배판(350)의 온도를 대략 170℃~190℃의 범위 내에서 유지할 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 방전 시 분배판(350)의 온도를 실질적으로 일정하게 유지하게 되면 미세결정 실리콘 박막의 결정화도를 두께방향으로 일정하게 하는 것이 가능할 수 있다.
아울러, 상기와 같은 방법으로 제조된 미세결정 실리콘 박막을 포함하는 태양전지의 특성을 살펴보면 아래의 표 1과 같다.
Figure 112009010330190-PAT00001
- 표 1 -
상기한 표 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 제조장치를 이용하여 제조한 태양전지는 Voc(V)가 대략 1.385V이고, Jsc(mA/cm2)가 대략 12.67(mA/cm2)이고, F.F가 대략 0.719이고, 그 효율은 대략 12.62%인 것을 알 수 있다.
상기한 표 1과 같이 본 발명에 따른 제조장치를 사용하여 제조한 태양전지의 효율이 충분히 높아서 우수한 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 실리콘 박막 제조장치의 또 다른 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 살펴보면, 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치는 배플(Baffle, 330), 제 1 분배판(350), 제 2 분배판(340)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 분배판(350)은 챔버(310) 내에서 기판(370)과 소정 거리 이격되게 배치되고, 다수의 제 1 오리피스(Orifice)들을 포함할 수 있다. 여기서, 오리피스는 반응 가스가 통과할 수 있는 소정의 관통홀(Hole)을 의미할 수 있다.
제 2 분배판(340)은 제 1 분배판(350)과 마찬가지로 다수의 제 2 오리피스들을 포함한다. 이러한 제 2 분배판(340)은 제 1 분배판(350)과 챔버(310) 내에 가스를 공급하는 가스 배출구(320) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 제 2 분배판(340)에 형성된 제 2 오리피스의 개수는 제 1 분배판(350)에 형성된 제 1 오리피스의 개수보다 더 적을 수 있다.
배플(330)은 제 2 분배판(340)과 가스 배출구(320) 사이에 배치될 수 있다.
가스 배출구(320)를 통해 반응 가스가 챔버(310) 내로 유입되면 가스 배출구(320)에 소정 거리 이격된 배플(330)에 의해 유입된 가스가 1차적으로 분산될 수 있다.
이후, 배플(330)에 의해 분산된 가스는 다시 제 2 분배판(340)에 의해 2차적으로 분산될 수 있다.
자세하게는, 배플(330)에 의해 분산되어 제 2 분배판(340)에 도달한 가스는 제 2 분배판(340)에 형성된 제 2 오리피스들을 통과하면서 좀 더 고르게 분산될 수 있다.
이후, 제 2 분배판(340)에 의해 2차적으로 분산된 가스는 제 1 분배판(350)에 의해 3차적으로 분산될 수 있다. 자세하게는, 제 2 분배판(340)에 의해 분산되어 제 1 분배판(350)에 도달한 가스는 제 1 분배판(350)에 형성된 제 1 오리피스들을 통과하면서 좀 더 고르게 분산될 수 있다.
제 1 분배판(350)에 의해 분산된 가스는 기판(370)에 분사될 수 있다.
이때, 음극으로서 제 1 분배판(350)에 -전압을 인가하고 양극으로서 받침대(360)에 +전압을 인가하게 되면 제 1 분배판(350)과 받침대(360) 사이에서 플라즈마 방전이 발생하게 되고, 이에 따라 기판(370)에는 미세결정 실리콘 박막이 증착될 수 있다.
여기서, 제 1 분배판(350), 제 2 분배판(340) 및 배플(330)은 플라즈마 방전에 의한 에칭 손상을 억제하기 위해 알루미늄 재질(Al)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 제 1 분배판(350)과 받침대(360) 사이에서 발생하는 플라즈마 방전에 의해 기판(370)에 미세결정 실리콘 박막을 보다 효과적으로 증착하기 위해서는 기판(370)과 제 1 분배판(350) 사이의 간격(t1)이 충분히 작은 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게는, 기판(370)과 제 1 분배판(350) 사이의 간격(t1)은 제 1 분배판(350)과 배플(330) 사이의 간격(t2)보다 작을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 기판(370)과 제 1 분배판(350) 사이의 간격(t1)은 제 1 분배판(350)과 제 2 분배판(340) 사이의 간격(t4) 및 제 2 분배판(340)과 배플(330) 사이의 간격(t3) 중 적어도 어느 하나보다 작을 수 있다.
상기와 같이, 챔버(310) 내로 유입되는 가스를 배플(330), 제 2 분배판(340), 제 1 분배판(350)을 이용하여 차례로 분산시키게 되면, 분산된 가스가 기판(370)에 균일하게 조사될 수 있다. 이에 따라, 기판(370)에 증착되는 미세결정 실리콘 박막의 두께의 불균일도 특성이 개선될 수 있다. 즉, 미세결정 실리콘 박막의 두께가 균일해질 수 있는 것이다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 태양전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 실리콘 박막의 제조장치 및 제조방법에 대해 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 제조장치와 비교예에 따른 제조장치를 비교하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 실리콘 박막 제조장치의 또 다른 구성의 일례를 설명하기 위한 도면.

Claims (8)

  1. 챔버벽(Chamber Wall);
    상기 챔버벽 내부에 배치되며 기판이 배치되는 챔버(Chamber);
    상기 챔버에 배치되며 유체가 순환하는 유체 순환부; 및
    상기 챔버벽의 외부에 배치되며, 상기 유체의 열을 교환하는 열교환기;
    를 포함하는 실리콘 박막 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체는 물 또는 갈덴(Galden) 용액인 실리콘 박막 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 이격되게 배치되며, 다수의 오리피스(Orifice)들이 형성된 분배판을 더 포함하는 실리콘 박막 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유체 순환부는 상기 분패판과 평행하게 배치되는 유체 홀(hall);
    상기 열교환기로부터 상기 유체 홀로 상기 유체를 공급하는 공급관; 및
    상기 유체 홀로부터 상기 열교환기로 상기 유체를 회수하는 회수관;
    을 포함하는 실리콘 박막 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공급관 및 상기 회수관은 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급관의 주위에 배치되는 실리콘 박막 제조장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 받침대를 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 받침대와 상기 유체 홀의 사이에 있는 실리콘 박막 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 이격되게 배치되며, 다수의 오리피스(Orifice)들이 형성된 제 1 분배판;
    상기 제 1 분배판과 상기 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급관의 배출구 사이에 배치되며, 다수의 오리피스들이 형성된 제 2 분배판; 및
    상기 제 2 분배판과 상기 배출구 사이에 배치되는 배플(Baffle);
    을 더 포함하는 실리콘 박막 제조장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 제조장치를 이용하여 미세결정 실리콘 박막을 제조하는 실리콘 박막 제조방법.
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