KR20100097537A - 요철 구조가 형성된 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 요철 구조가 형성된 기판의 제조 방법이 개시된다. 이러한 본 발명에 따른 요철 구조가 형성된 기판의 제조 방법은 (a) 기판(100)의 표면에 요철부(110)를 형성하는 텍스쳐링 단계; 및 (b) 요철부(110)가 형성된 기판(100)을 열처리 하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
샌드 블래스팅, 요철, 열처리, 용융, 글래스

Description

요철 구조가 형성된 기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SUBSTRARE HAVING CONCAVO-CONVEX ACTIVESTRUCTURE}
본 발명은 요철 구조가 형성된 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기판의 표면에 샌드 블래스팅 처리를 통해 형성된 요철 구조를 세정 공정, 습식 식각 공정 및 열처리 공정을 수행하여 광 투과율을 향상시키는 기판 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광을 수집하여 전력을 생산하는 태양전지(solar cell)의 기판 표면에는 광 투과율 또는 광 수집율을 향상시키기 위한 소정의 표면 거칠기(surface roughness, 이하 거칠기라 함)를 가지는 요철 구조가 형성된다.
통상 이러한 요철 구조는 사진 식각 공정(photolithography)을 통해 형성할 수 있다. 사진 식각 공정에는 화학 용액을 이용하여 기판 표면을 화학적으로 식각하는 습식 식각법과 주로 반응성 이온 식각 (reactive ion etching: RIE)과 같이 식각용 가스를 플라즈마 상태로 형성하여 이를 기판에 충돌시킴으로써 기판 표면을 물리적으로 식각하는 건식 식각법이 있다.
하지만 기판 상에 식각액이 고이는 현상이 발생하여 식각액의 접촉 시간 편 차에 따른 식각률의 불균일성을 초래할 수 있고, 기본적으로 등방성(isotropic) 식각이므로 요철 구조의 정밀도가 저하될 수 있으며, 습식 식각 후 발생하는 폐수 처리 등의 문제점이 있었다.
한편 건식 식각법은 공정 장비가 고가이고 공정 단가가 높아서 태양전지의 대량 생산에 작용하기가 어려운 문제점이 있었다.
이에 상술한 문제점을 해결하고자 모래 등의 식각 입자를 압축 공기로 뿜어내어 기판에 조사함으로써 기판의 표면에 요철 구조를 형성하는 샌드 블래스팅법(sand blasting)이 제안되었다. 이러한 샌드 블래스팅은 공정이 단순하면서도 폐수가 발생되지 않는 장점이 있다.
그러나 이러한 샌드 블래스팅법은 식각시 기판 표면(특히, 글라스 기판)이 식각 입자에 의해 강한 물리적 충돌로 손상될 수 있고, 표면에 파티클 등이 잔류할 수 있어 상부에 형성되는 박막을 손상시킬 수 있다. 또한 형성되는 요철의 경사가 다른 방법에 비해 상대적으로 크게 형성될 수 있을 뿐만 아니라 분사되는 압력을 일정하게 하여도 실제로 분사되는 식각 입자를 균일하게 제어하는데 한계가 있어 요철의 거칠기가 불균일하게 될 수 있다.
따라서 기존의 샌드 블래스팅법은 기대만큼 기판의 광 투과율 또는 광 수집율을 향상시키지 못하고 더욱이 기판 상에 형성되는 소자, 예를 들어 태양전지(광전소자)와의 부착력도 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 광 투과율 또는 광 수집율이 향상된 기판의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 기판의 요철부 상에 존재하는 잔류물을 제거하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 기판 상에 형성된 요철부의 거칠기를 감소시키는데 또 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 기판 상에 형성된 요철부의 경사를 완만하게 하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 상기 목적은 (a) 기판의 표면에 요철부를 형성하는 텍스쳐링 단계; 및 (b) 상기 요철부가 형성된 기판을 화학적으로 식각하는 습식 식각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법에 의해 달성된다.
이때, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에는 상기 텍스쳐링시 발생하는 잔류물을 제거하는 세정 단계를 더 수행할 수 있다. 또한, 상기 (b) 단계 이후에는 상기 요철부가 형성된 기판을 열처리 하는 열처리 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 (a) 기판의 표면에 요철부를 형성하는 텍스쳐 링 단계; 및 (b) 상기 요철부가 형성된 기판을 열처리 하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법에 의해서도 달성된다.
이때, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에는 상기 텍스쳐링시 발생하는 잔류물을 제거하는 세정 단계를 더 수행할 수 있다. 또한, 상기 세정 단계와 상기 (b) 단계 사이에는 상기 요철부가 형성된 기판을 화학적으로 식각하는 습식 식각 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 텍스쳐링은 샌드 블래스팅으로 수행할 수 있다.
상기 샌드 블래스팅은 Al2O3로 구성된 식각 입자를 이용할 수 있다.
상기 세정은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합액을 사용하는 화학적 세정 방법 또는 고압의 물을 사용하는 물리적 세정 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
상기 습식 식각은 물(H2O)과 불산(HF)의 혼합액을 식각제로 수행할 수 있다.
상기 열처리는 질소(N2) 분위기에서 550℃ 내지 750℃의 온도로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 기판 제조 방법으로 제조된 요철 구조가 형성된 기판에 의해서도 달성된다.
본 발명에 의하면, 기판의 요철부 상에 존재하는 잔류물을 제거하여 기판의 요철부 상에 형성되는 박막의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판 상에 형성된 요철부의 거칠기를 감소시키고 경사를 완만하게 하여, 기판의 요철부 상에 형성되는 박막의 계면 특성(부착력)을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판 상에 형성된 요철부의 거칠기를 감소시키고 경사를 완만하게 하여 요철부가 형성된 기판의 광 투과율을 향상시킬 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발 명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 명세서에 있어서, 요철 구조가 형성된 기판이란 평판 디스플레이(예를 들면, 액정 표시 장치 또는 유기 전계 발광 표시장치) 및 태양전지와 같은 전자소자에 사용될 수 있는 표면 거칠기를 가지는 투명한 글라스(glass) 기판을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 상세한 설명에서는 일 예로 요철 구조가 형성된 투명한 글라스를 기판으로 사용하는 태양전지를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 투명한 기판의 투과 현상을 이용하는 기술분야 전반에 본 발명의 요철 구조가 형성된 기판을 동일하게 적용할 수 있음은 자명할 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 요철 구조가 형성된 기판을 하부기판으로 사용하여 상부에 광전소자가 형성된 태양전지를 일례로 설명하지만, 광의 수광 방향에 따라 광전소자 상에 형성되는 상부기판을 본 발명에 의한 요철 구조가 형성된 기판으로 사용할 수도 있을 것이다.
요철 구조가 형성된 기판
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 의한 요철 구조가 형성된 기판의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 기판(100)을 제공하는데 기판(100)의 재질은 광을 투과할 수 있는 투명 재질일 수 있다. 일례로 유리 기판일 수 있으며, 본 발명의 제조 공정을 작용하기 전에 기판(100)의 표면 이물을 제거하기 위해 일반적인 세정 공정을 수행할 수도 있다.
이어서, 기판(100) 상의 표면에 텍스쳐링(texturing) 공정을 수행하여 거칠기를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하여 기판(100) 상부 표면에 거칠기를 가지는 요철부(110)가 형성될 수 있다.
이때, 샌드 블래스팅은 노즐(10)을 통해 소정의 압력으로 식각 입자를 분사하는 원리일 수 있는데, 노즐(10) 또는 기판(100)이 이동하면서 기판(100)의 전면적에 걸쳐 샌드 블래스팅을 수행할 수 있다. 보다 바람직하게는, 다수개의 노즐(10)이 구비되어 대면적 기판에 효율적으로 요철부(110)를 형성할 수 있다. 이때, 기판(100) 상에는 샌드 블래스팅시 발생되는 기판의 조각 또는 식각제(예를 들면, 식각 입자)와 같은 잔류물(R)이 존재할 수 있는데, 도 1b를 참조한 세정 공정에 의해 제거될 수 있다.
여기서 텍스쳐링이란 태양전지의 기판에 입사되는 광이 투과되지 못하고 기판의 경계면에서 반사되는 광학적 손실을 방지하지 위한 것으로서, 기판의 표면을 거칠게 하여 요철 패턴을 형성하는 것이다. 또한, 이러한 샌드 블래스팅에는 식각 입자를 압축 공기로 분사하여 식각하는 건식 블래스팅과 액체와 함께 식각 입자를 분사하여 식각하는 습식 블래스팅을 모두 포함하는 의미이다.
한편, 본 발명의 샌드 블래스팅에 사용되는 식각 입자는 모래, 작은 금속과 같이 물리적 충격으로 기판에 요철을 형성시킬 수 있는 입자를 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 도시되지는 않았지만 정형화된 패턴을 정밀하게 형성하기 위하여 기판(100) 상에 소정의 패턴을 가지는 마스크가 위치될 수 있는데, 이러한 마스크는 감광성 물질을 이용한 공지된 PR(photoresist) 마스크를 형성하여 사용할 수 있고, 또 다른 방식으로는 금속 마스크를 정렬하여 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 기판(100) 상에 잔류물(R)을 제거하는 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 세정 공정은 화학적인 방법으로 잔류물(R)을 제거할 수 있는 세정제를 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 순수한 물을 이용한 워터 제트(water jet)를 이용하여서도 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 워터 제트는 노즐을 통해 고압으로 물을 분사함으로써, 기판(100) 상에 형성된 잔류물(R)을 물리적으로 제거할 수 있다. 물론 화학적인 세정과 물리적인 세정을 모두 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 1c를 참조하면, 기판(100) 상에 습식 식각 공정을 수행하여 요철부(110)의 거칠기 및 경사각을 조절할 수 있다. 이러한 습식 식각 공정은 기판을 식각할 수 있는 공지된 식각제를 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 기판(100)의 요철부(110)는 식각제의 화학적 반응에 의한 식각 작용으로 피크 투 피크(peak to peak) 값(거칠기 값)이 감소되고 요철부(100)의 경사가 완만해지게 된다.
다음으로, 도 1d를 참조하면, 기판(100) 상에 고온의 열처리 공정을 수행하여 요철부(110)의 경사각을 더 조절할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 물질의 상태가 전이(변화)될 수 있는 물질 고유의 전이 온도 이상으로 열처리함으로써 기 판(100)의 요철부(110)의 상태가 전이(예를 들어, 용융)되어서 완만하게 변형되게 할 수 있다. 특히, 본 발명의 열처리 과정에서 요철부의 샤프(sharp)한 첨단부가 제거되어 요철부의 전체적인 경사가 더욱 완만해지게 된다.
이러한 열처리 공정은 550℃ 내지 750℃의 고온에서 수행하는 것이 바람직한데, 이는 550℃ 이상의 고온을 처리하는 것은 일반적인 유리 기판의 전이 온도가 550℃ 이상이기 때문이며, 750℃ 이하로 수행하는 것은 그 이상의 고온을 처리하면 유리 기판 자체가 구부러지거나 늘어나게 되는 등 변형이 일어나서 유리 기판 상에 제조되는 소자의 신뢰성을 보장할 수 없기 때문이다. 또한, 열처리시 질소 분위기를 유지시켜 외부 공기나 수분이 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 기판 제조 방법을 통해 기판(100) 표면에 거칠기 작고 완만한 경사를 가지는 요철부(110)가 형성된 기판(100)을 구현할 수 있다. 이때, 기판(100)에 입사되는 광이 요철부(110) 표면에서 한번 반사된 후 재반사 되어 투과될 수 있기 때문에 광 투과율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 이상에서 설명된 본 발명의 보다 상세한 이해를 돕기 위해 비교예 및 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.
[비교예]
이하의 비교예에서는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 텍스쳐링 공정을 수행한 후 기판(100)의 표면 사진과 광 투과율을 측정하는 과정을 실시하였다.
먼저, 기판(100) 상에 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하였는데, 기 판(100) 상의 200mm의 분사 거리에서 800 메쉬(mesh) 크기의 알루미나(Al2O3)로 구성된 식각 입자를 이용하여 건식 타입의 샌드 블래스팅을 수행하여 요철부(110)를 형성하였다. 이때, 분사 압력은 1.0kg/m2으로 하였다.
이어서, 기판(100) 상에 형성된 요철부(110)를 SEM(scanning electron microscope)과 AFM(atomic force microscope)으로 측정하였다.
이어서, 요철부(110)가 형성된 기판(100)의 반대측에서 광을 조사하여 요철부(110)가 형성된 기판(100) 측에서의 광 투과율을 측정하였다.
[실험예 1]
이하의 실험예 1에서는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 텍스쳐링 공정 및 습식 식각 공정을 수행한 후 기판(100)의 표면 사진과 광 투과율을 측정하는 과정을 실시하였다.
먼저, 기판(100) 상에 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하였는데, 기판(100) 상의 200mm의 분사 거리에서 800 메쉬의 알루미나로 구성된 식각 입자를 이용하여 샌드 블래스팅을 수행하여 요철부(110)를 형성하였다. 이때, 분사 압력은 1.0kg/m2으로 하였다.
이어서, 샌드 블래스팅에 의해 형성된 요철부(110)의 형상을 조절하기 위한 습식 식각 공정을 수행하였는데, 물(H2O)과 불산(HF)을 5:1로 혼합하여 구성한 식각제를 이용하여 기판(100)의 표면을 식각하였다.
이어서, 기판(100) 상에 형성된 요철부(110)를 SEM(scanning electron microscope)과 AFM(atomic force microscope)으로 측정하였다.
이어서, 요철부(110)가 형성된 기판(100)의 반대측에서 광을 조사하여 요철부(110)가 형성된 기판(100) 측에서의 광 투과율을 측정하였다.
[실험예 2]
이하의 실험예 2에서는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 텍스쳐링 공정, 세정 공정 및 습식 식각 공정을 수행한 후 기판(100)의 표면 사진과 광 투과율을 측정하는 과정을 실시하였다.
먼저, 기판(100) 상에 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하였는데, 기판(100) 상의 200mm의 분사 거리에서 800 메쉬의 알루미나로 구성된 식각 입자를 이용하여 샌드 블래스팅을 수행하여 요철부(110)를 형성하였다. 이때, 분사 압력은 1.0kg/m2으로 하였다.
이어서, 샌드 블래스팅에 의해 형성된 요철부(110)에 남아있는 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정을 수행하였는데, 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 4:1로 혼합한 식각액으로 15분간 세정하였다.
이어서, 세정된 요철부(110)의 형상을 조절하기 위한 습식 식각 공정을 수행하였는데, 물(H2O)과 불산(HF)을 5:1로 혼합하여 구성한 식각제를 이용하여 기판(100)의 표면을 식각하였다.
이어서, 기판(100) 상에 형성된 요철부(110)를 SEM(scanning electron microscope)과 AFM(atomic force microscope)으로 측정하였다.
이어서, 요철부(110)가 형성된 기판(100)의 반대측에서 광을 조사하여 요철부(110)가 형성된 기판(100) 측에서의 광 투과율을 측정하였다.
[실험예 3]
이하의 실험예 3에서는 본 발명의 일 실시예에서 설명된 텍스쳐링 공정, 세정 공정, 습식 식각 공정 및 열처리 공정을 수행한 후 기판(100)의 표면 사진과 투과율을 측정하는 과정을 실시하였다.
먼저, 기판(100) 상에 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하였는데, 기판(100) 상의 200mm의 분사거리에서 800 메쉬의 알루미나로 구성된 식각 입자를 이용하여 건식타입의 샌드 블래스팅을 수행하여 요철부(110)를 형성하였다. 이때, 분사 압력은 1.0kg/m2으로 하였다.
이어서, 샌드 블래스팅에 의해 형성된 요철부(110)에 남아있는 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정을 수행하였는데, 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 4:1로 혼합한 식각액으로 15분간 세정하였다.
이어서, 세정된 요철부(110)의 형상을 조절하기 위한 습식 식각 공정을 수행하였는데, 물(H2O)과 불산(HF)을 5:1로 혼합하여 구성한 식각제를 이용하여 기판(100)의 표면을 식각하였다.
이어서, 식각된 요철부(110)의 형상을 조절하기 위한 열처리 공정을 수행하였는데, N2 분위기에서 650℃로 1시간 동안 기판(100)을 가열하였다.
이어서, 기판(100) 상에 형성된 요철부(110)를 SEM(scanning electron microscope)과 AFM(Atomic Force Microscope)으로 측정하였다.
이어서, 요철부(110)가 형성된 기판(100)의 반대측에서 광을 조사하여 요철부(110)가 형성된 기판(100) 측에서의 광 투과율을 측정하였다.
이상의 실험예 1 내지 실험예 3과 비교예의 기판(100) 표면 사진과 광 투과율은 도 2 내지 도 4를 참조한 이하의 설명에서 명확해 것이다.
기판의 요철부 측정 데이터
도 2는 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 기판의 표면을 AFM으로 측정한 사진이다.
도 3은 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 기판의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 비교예에 의한 AFM과 SEM의 사진은 요철부(110)의 거칠기 크기인 피크 투 피크(peak to peak)와 경사가 큰 것을 알 수 있다. 반면에, 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3 순서로 피크 투 피크(peak to peak)와 경사가 완만해지는 것을 알 수 있다.
따라서, 종래의 기판 제조 방법인 샌드 블래스팅만을 수행한 비교예가 가장 거친 요철부(110)를 형성하게 되며, 본 발명에 의한 세정 공정, 습식 식각 공정 및 열처리 공정을 모두 수행한 실험예 3의 요철부(110)가 가장 완만한 거칠기를 형성함을 알 수 있다.
도 4는 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 파장대별 광 투과율을 나 타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 비교예의 광 투과율이 가장 낮고 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3 순서로 광 투과율이 큰 것을 알 수 있다.
일례로 600nm 파장대를 비교해 보면, 비교예에 의한 광 투과율은 대략 87.5% 정도이나, 실험예 1은 대략 90%, 실험예 2는 92%, 실험예 3은 93.5%로 실험예 3이 가장 우수한 광 투과율을 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 종래의 기판 제조 방법인 샌드 블래스팅만을 수행한 비교예가 광 투과율이 가장 나쁘고, 본 발명에 의한 세정 공정, 습식 식각 공정 및 열처리 공정을 모두 수행한 실험예 3의 광 투과율이 가장 우수함을 알 수 있다.
요철 구조가 형성된 기판을 이용한 태양전지
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 요철 구조가 형성된 기판을 이용한 태양전지의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판(100)의 요철부(110) 상에는 전도성 재질의 하부전극(200)을 형성할 수 있다. 하부전극(200)의 소재는 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 하부전극(200)의 형성 방법으로는, 열 증착법(Thermal Evaporation), 전자빔 증착법(E-beam Evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)과 같은 화학기상 증착 법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 5b를 참조하면, 하부전극(200) 상에는 3층의 비정질 실리콘층(310, 320, 330)이 적층되어 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 하부전극(200) 상에는 제1 비정질 실리콘층(310)을 형성하고, 이어서 제1 비정질 실리콘층(310) 상에는 제2 비정질 실리콘층(320)을 형성하고, 이어서 제2 비정질 실리콘층(320) 상에는 제3 비정질 실리콘층(330)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
결국, 하부전극(200) 상에는 제1 내지 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)으로 구성되는 광전소자(300)가 형성될 수 있다. 광전소자(300)는 본 발명에 의한 기판(100)의 요철부(110)를 통해 수광되는 빛에 의해 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p형, i형, n형이 순서대로 적층된 p-i-n 다이오드의 구조 또는 그 역일 수 있다. 여기서 i형은 불순물이 도핑되지 않은 진성(intrinsic)을 의미하며, n형 또는 p형 도핑은 비정질 실리콘층 형성시에 불순물을 인시츄(in situ) 방식으로 도핑하는 것이 바람직하다.
한편, p형 도핑시 불순물로서는 보론(B)을, n형 도핑시 불순물로서는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기술을 제한 없이 사용할 수 있다.
이어서, 제3 비정질 실리콘층(330) 상에는 투명 전도성 재질의 상부전극(400)을 형성한다. 상부전극(400)의 소재는 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상부전극(400)의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이어서, 제3 비정질 실리콘층(330) 상에는 투명 전도성 재질의 상부전극(400)을 형성할 수 있다. 상부전극(400)의 소재는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는지 않으며 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상부전극(400)의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
상기와 같이 요철부(110)가 형성된 기판(100) 상에 광전소자를 형성하면, 기판(100)의 요철부(110)에 의해 한번 반사된 광이 재반사 되어 입사될 수 있기 때문에 광 반사율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 기판(100) 상에 형성된 광전소자(300)에서의 광 포획량이 증가하여 태양전지의 광전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 요철부(110)가 형성된 기판(100) 상에 광전소자를 형성하면, 기판(100)의 완만한 경사를 갖는 요철부(110)에 의해 기판(100)과 기판(100) 상에 형성된 광전소자(300)와의 계면 특성(부착력)이 좋아져서 태양전지의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 의한 요철구조가 형성된 기판의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 기판의 표면을 AFM으로 측정한 사진이다.
도 3은 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 기판의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 4는 비교예 및 실험예 1 내지 실험예 3에 의한 파장대별 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 요철 구조가 형성된 기판을 이용한 태양전지의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판
110: 요철부
200: 하부전극
300: 광전소자
400: 상부전극

Claims (12)

  1. (a) 기판의 표면에 요철부를 형성하는 텍스쳐링 단계; 및
    (b) 상기 요철부가 형성된 기판을 화학적으로 식각하는 습식 식각 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  2. (a) 기판의 표면에 요철부를 형성하는 텍스쳐링 단계; 및
    (b) 상기 요철부가 형성된 기판을 열처리 하는 열처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에는 상기 텍스쳐링시 발생하는 잔류물을 제거하는 세정 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에는 상기 요철부가 형성된 기판을 열처리 하는 열처리 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 (a)단계와 상기 (b)단계 사이에는 상기 텍스쳐링시 발생하는 잔류물을 제거하는 세정 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세정 단계와 상기 (b) 단계 사이에는 상기 요철부가 형성된 기판을 화학적으로 식각하는 습식 식각 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 텍스쳐링은 샌드 블래스팅으로 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 샌드 블래스팅은 Al2O3로 구성된 식각 입자를 이용하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  9. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 세정은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합액을 사용하는 화학적 세정 방법 또는 고압의 물을 사용하는 물리적 세정 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 습식 식각은 물(H2O)과 불산(HF)의 혼합액을 식각제로 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  11. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 열처리는 질소(N2) 분위기에서 550℃ 내지 750℃의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항의 기판 제조 방법으로 제조된 요철 구조가 형성된 기판.
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