KR20110048061A - 광기전력 장치에서 사용되기 위한 투명서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법, 광기전력 장치 및 광기전력 장치를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
광기전력 장치에서 사용되기 위한 투명서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법, 광기전력 장치 및 광기전력 장치를 제조하기 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 i) 실질적으로 평평한 제1 평면을 지닌 투명 서브스트레이트를 제공하는 단계; ii) 광 포획 텍스쳐를 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 표면에 적용하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 단계 ii)가 ii-1) 상기 투명 서브스트레이트의 상기 노출된 표면에 적용된 상기 광 포획 텍스쳐의 역상을 드러내는 리플리케이션 텍스쳐를 지닌 리플리케이션 서브스트레이트를 제공하는 단계; ii-2) 상기 투명 서브스트레이트의 상기 노출된 표면에 상기 역의 리플리케이션 텍스쳐를 리플리케이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른다.
Description
본 발명은 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, i) 실질적으로 평평한 제1 평면(a first substantially flat surface)을 갖는 투명 서브스트레이트를 제공하는 단계; ii) 광 포획 텍스쳐(a light trapping texture)을 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 면에 적용하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 또한 광기전력 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, i) 실질적으로 평평한 제1 평면을 갖는 투명 서브스트레이트를 제공하는 단계; ii) 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 표면에 광 포획 텍스쳐(a light trapping texture)를 적용하는 단계; iii) 광전변환을 위한 하나 이상의 반도체층을 상기 광 포획 텍스쳐 상에 증착하는 단계; iv) 상기 하나 이상의 반도체층 상에 커버 서브스트레이트(cover substrate)를 제공하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
더욱이 본 발명은 입사 태양광(incident solar light)의 광전변환을 위한 광기전력 장치에 관한 것으로, 실질적으로 평평한 제1 평면을 가진 투명 기판; 상기 제1 평면 상의 텍스쳐링된 광포획층(textured light trapping layer); 상기 텍스쳐링된 광포획층 상에 증착된 광전변환을 위한 하나 이상의 반도체층; 및 커버 기판 중 적어도 하나의 스택(stack)을 포함한다.
박막 태양전지/박막 태양전지 모듈의 효율은 입사 태양광의 최대량을 포획하고 이것을 전기 에너지로 변환하는 능력에 의하여 주로 결정된다. 태양전지의 흡수층(absorber layer)에 흡수된 광량을 최대화하기 위하여, 무작위의 마이크로 텍스쳐(random micro-texture)를 지닌 서브스트레이트(substrates)나 수퍼스트레이트(superstrates)는, 흡수층에서 빛의 광경로(optical path)를 증가시켜 가능한 한 많은 빛을 흡수하기 위하여 입사광을 산란시키는데 사용된다.
태양전지의 수펴스트레이트 구조에서 이와 같은 무작위의 마이크로 텍스쳐를 제조하는 현재의 방법은,
(1) TCO 전면 콘택층에 대한 상압화학기상증착공정(an atmospheric pressure chemical vapor deposition process)
(2) 스퍼터 증착된 TCO(sputter-deposited transparent conducting oxide) 전면 콘택층에 대한 습식 화학 에칭공정(wet-chemical etching process), 및
(3) TCO 전면 콘택층에 대한 LPCVD(low-pressure chemical vapor deposition)을 포함한다.
마이크로 텍스쳐링된 후면 콘택층(micro-textured back contact layer)은 자주 태양전지 서브스트레이트 구조에서 사용되고, 금속 콘택층에 대한 습식 화학 에칭에 의하여 제조된다. 이러한 방법들의 문제점은 마이크로 텍스쳐가 사실상 무작위적이고, 마이크로 텍스쳐 파라미터들(micro-texture parameters)이 사용되는 물질의 타입과 공정 파라미터들에 종속적이므로 쉽고 독립적으로 바뀔 수 없다는 것이다. 주어진 생산 공정의 속성에 의하여, 주어진 태양전지 층 스택 다지인에서 최대 광포획을 위한 마이크로 텍스쳐 파라미터들을 독립적으로 최적화하는 것은 가능하지 않다.
최적화된 주기적 서브 마이크론(periodic sub-micron) 구조를 지닌 수퍼스트레이트 상에 증착된 태양전지가, 무작위적인 마이크로 텍스쳐를 지닌 수퍼스트레이트 상에 증착된 현재의 태양전지에 비하여 상당히 더 높은 전략변환효율을 가질 수 있다는 것은 알려져 있다. 모의실험(simulation) 결과가 좋음에도 불구하고, 이론적으로 최적화된 구조들이 아직 만들어지지 않았기 때문에 실제적인 증거가 아직 보고되지 않고 있다.
본 발명은, 박막 태양전지의 광포획 효율을 최대화하기 위하여 박막 태양전지를 위한 서브스프레이트나 수퍼스트레이트 상에 정의된(well-defined) (주기적인) 마이크로 텍스쳐를 제조하는 새로운 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 스탬퍼(stamper) 상에 서브 마이크론 크기의 형상(features)의 형성과 함께 대면적의 태양전지 서브스트레이트 및 수퍼스트레이트 상에 이러한 마이크로 텍스쳐의 리플리케이션(replication)을 포함한다.
본 발명은, 태양전지에서 광포획을 향상시키기 위하여 정의된 (주기적인) 마이크로 텍스쳐를 태양전지 서브스트레이트 또는 수퍼스트레이트 상에 제조하는 방법을 기술한다. 제안된 방법은 서브 마이크로미터 범위(sub-micrometer dimensions)의 정의된 주기적인(well-defined periodic) 마이크로 텍스쳐를 제조할 수 있으며, 이에 따라 입사광의 회절을 일으키고 태양전지에서 광의 흡수를 증가시키는 것을 유도한다. 제안된 방법에 의하여 마이크로 텍스쳐의 파라미터들은 독립적인 방법으로 변하거나 최적화될 수 있다. 제안된 방법은 서브스트레이트 또는 수퍼스트레이트 구조에 공히 적용될 수 있고, 비용효율이 높고 재생산할 수 있는 방법으로 대면적에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명이 속하는 기술분야의 기술수준(the state of the art)에 따른 박막 태양전지를 위한 수퍼스트레이트 구조(도 1a) 및 서브스트레이트 구조(도 1b)를 나타낸다. 수퍼스트레이트 구조(도 1a)에서 마이크로 텍스쳐링된 TCO 층을 지닌 유리판은 시작점에서 사용되고, 태양전지층 스택은 p 도핑된 반도체(p-doped semiconductor), i 도핑된 반도체(i-doped semiconductor), n 도핑된 반도체(n-doped semiconductor) 순으로 증착되고, 이어서 TCO와 금속층, 그리고 유리 후면판 상에 증착된 중간층(interlayer)으로 이루어진 후면 컨택이 증착된다.
서브스트레이트 구조(도 1b)에서 마이크로 텍스쳐링된 후면 콘택층(101-102)을 지닌 서브스트레이트는 시작점에서 사용되고, 태양전지층 스택은 n 도핑된 반도체, i 도핑된 반도체, p 도핑된 반도체 순으로 증착되고, 이어서 전면 콘택(여기서는 TCO)이 증착된다. 이와 같은 양쪽 타입들의 구조에서, 추가적인 층들이 환경의 부정적 영향으로부터 그 구조를 보호하기 위하여 제공된다.
도 2는 본 발명에 따른 마스터링 공정(mastering process)을 도식적으로 나타낸다. 포토리지스트층(photoresist layer)(21)은 유리 마스터 서브스트레이트(20) 상에 적용한다. 주사 초점 레이저 스팟(scanning focused laser spot)을 사용함으로써 포토레지스트층에 국소적으로 빛이 비추어진다(도 2b의 도면번호 22). 적당한 현상제를 사용함으로써 정의된 서브 마이크론 텍스쳐(23)(도 2c)를 남기면서 빛이 비추어진 포토레지스트 물질이 녹아 제거된다. 전기도금공정(electro-plating process)을 위한 시드층(seed layer)으로서 니켈 금속 콘택층(24)이 현상된 유리 마스터 서브스트레이트(20-21) 상에 증착된다.
도 3은 전기도금공정을 도식적으로 나타낸다. 출발점은, 전기도금공정에서 전극으로 사용되는 니켈 금속 콘택층(24)을 지닌 현상된 유리 마스터 플레이트(20-21)이다(도 3a). 이어서 일반적으로 수백 마이크로미터의 두께를 지닌 니켈 파더 스탬퍼(father stamper)(30)가, 니켈 금속 콘택층(24)을 지닌 현상된 유리 마스터 플레이트(20-21) 상에서 전기도금에 의하여 성장된다(도 3b). 파더 스탬퍼(30)는 이어서 유리 마스터(20-21)로부터 분리되어 원판 서브 마이크론 텍스쳐(mastered sub-micron texture)(23)의 역상(negative image)을 도출한다.
도 4는 전기도금의 패밀리 공정(family process)을 도식적으로 나타낸다. 시작점은, 원판 서브 마이크론 텍스쳐(23)의 역상을 지닌 니켈 파더 스탬퍼(30)이다(도 4a). 전기화학 또는 플라즈마 공정을 통하여 파더 스탬퍼(30)의 니켈 물질을 산화시킴으로써 박막 패시베이션층(thin passivation layer)(40)이 텍스쳐링된 표면(31) 상에 형성된다(도 4b). 이어서 니켈 마더 스탬퍼(41)가 전기도금에 의하여 성장된다(도 4c). 마지막 단계로서 마더 스탬퍼(41)가 패시베이션층(40)에서 파더 스탬퍼(30)로부터 분리된다. 이와 같이 형성된 마더 스탬퍼(41)는 원판 서브 마이크론 텍스쳐(23)의 정상(positive image)을 지닌다(도 4d).
도 5는 태양전지 수퍼스트레이트 상에서 서브 마이크론 텍스쳐의 리플리케이션 공정(replication process)을 도식적으로 나타낸다. 수십 마이크론의 두께를 지닌 액체 리플리케이션층(50)은 수퍼스트레이트(51) 상에 적용된다 (도 5a). 그리고나서 스탬퍼(30)가 어떤 힘(certain force)으로 리플리케이션층(50) 안으로 눌리어진다. 리플리케이션층(50)은, 예를 들어, UV 복사를 이용하거나 열을 가함으로써(도 5b의 도면번호 52) 경화되고, 서브 마이크론 텍스쳐(23)는 리플리케이션층(50) 안에서 고정된다. 이어서, 스탬퍼(30)는 분리되고, 서브 마이크론 텍스쳐를 지닌 수퍼스트레이트(51)가 남겨진다(도 5c).
도 6a는 본 발명이 속하는 기술분야의 기술수준(the state of the art)의 또다른 예이고, 도 6b 내지 도 6d는 본 발명의 또다른 실시예이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또다른 실시예이다.
태양 전지 유리 수퍼스트레이트 또는 서브스트레이트(solar glass superstrate or substrate) 상에 정의된 주기적인 마이크로 텍스쳐를 제조하는 본 발명에 따른 방법은 복수의 주요한 단계들, 즉, (1) 제1 마스터 서브스트레이트 상으로 서브 마이크론 형상(23)의 마스터링(mastering) 단계, (2) 마스터 표면(master surface)(20)을 하나 또는 복수의 스탬퍼들로 듀플리케이션(duplication)하는 단계, (3) 스탬퍼들(30)을 이용하여 수퍼스트레이트(10) 또는 서브스트레이트의 표면 안으로 마이크로 텍스쳐(23)를 리플리케이션(replication)하는 단계와 연관된다. 서술된 본 발명의 방법은 세가지 모든 공정 단계들을 다룰 거이나 주로 단계 1 및 단계 3에 초점을 맞춘다.
마스터링
공정
먼저 포토리소그라피 공정이나 서모리소그라피(thermo-lithography PTM) 공정을 사용함으로써 서브 마이크론 크기의 (주기적인) 마이크로 텍스쳐는 포토리지스트 층을 지닌 마스터 서브스트레이트 상에 제조된다. 마스터 서브스트레이트는 유리 플레이트(glass plate), 반도체 웨이퍼 또는 금속 평판일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 포토리지스트층은 일반적으로 노볼락(novolac)일 수 있으나, 이에 한정된 필요가 없으며 상전이 물질(phase-transition materials)을 포함할 수 있다.
마스터링 공정 동안 포토리지스트층은 초점 레이저 스팟(focused laser spot)을 사용함으로써 부분적으로 빛이 비추어진다. 정지된 스팟 아래의 서브스트레이트를 움직이거나 정지된 서브스트레이트 위에서 스팟을 움직이거나 또는 두 가지를 조합함으로써 레이저 스팟은 포토리지스트층에 대하여 주사될 수 있다. 한 가지 잘 알려진 방법은 회전 마스터 플레이트(rotating master plate)를 나선형 트랙을 형성하도록 방사상 방향으로 선형적으로 움직이는 레이저 스팟과 조합하여 사용하는 것이다. 또다른 방법은, 측면방향으로 마스터 플레이트나 레이저 스팟을 움직이는 x,y 스테이지(x,y-stage)를 이용하는 것이다.
레이저 스팟의 빛의 강도는 조절될 수 있으며, 이에 따라 포토리지스터에 대한 조도(illumination level)는 시간 및/또는 위치의 함수에 따라 변할 수 있다. 이러한 방법으로 다양한 특징적인 모양이 구현될 수 있다. 예를 들어, 일정한 선형 동작과 결합된 레이저 스팟의 연속적인 강도는 선 모양의 특징을 도출하고, 펄스 변조(강도 온-오프) 레이저 스팟은 점이나 대쉬 모양의 특징을 도출할 것이다.
마이크로 텍스쳐 형상의 깊이는 노광 동안 조도 뿐만 아니라 포토리지시트의 두께에 의하여 제어될 수 있다. 그 형상의 측면 크기는 다양한 파라미터들, 즉, 레이저의 파장 I, 대물 렌즈(objective lens)의 개구수(numerical aperture) NA, 빛의 강도, 펄스의 지속기간, 및 레이저 스팟과 마스터 서브스트레이트 사이의 상대 속도에 의하여 결정된다.
일반적으로 초점 레이저 스팟으로 제어될 수 있는 최소 형상은 λ/(2.NA) 크기의 칫수를 갖는다. 광 스펙트럼의 가시 영역 또는 딥 UV(deep UV) 영역의 레이저 광을 사용하고 0.5 내지 0.9 영역의 NA를 지닌 대물 렌즈를 사용함으로써 도출되는 최소 형상의 크기는 일반적으로 100 내지 800 nm의 사이에 있다.
국부적으로 빛이 비춰진 이후에 포토리지스트층은 (현상 공정이라 불리우는) 희석된 산이나 염기 용액에 노출되도록 진행된다. 포토리지스트의 타입과 사용되는 식각제(etchant)에 따라 빛이 비추어진 포토레지스트의 부분은 빛이 비추어지지 않은 부분(counter part)보다 더 높은 또는 더 낮은 에칭율을 나타내므로 (정의된) 마이크로 텍스쳐가 남아있는 포토리지스트층의 표면에 형성된다.
마이크로 텍스쳐의 상세한 부분은 위에서 설명된 빛을 비추는 공정뿐만 아니라 식각제의 종류, 식각제의 농도 및 현상 시간과 같은 현상 공정의 공정 파라미터들에 의하여 조작될 수 있다.
마스터의 듀플리케이션(
Duplication
of
the
master
)
현상 이후에 마이크로 텍스쳐링된 포토리지스트층을 지닌 마스터 서브스트레이트는 태양전지 수퍼스트레이트나 서브스트레이트 상으로 마이크로 텍스쳐 공정의 대면적 리플리케이션(large area replication)을 위하여 사용될 수 있는 스탬퍼들의 시리즈(series)를 형성하기 위하여 듀플리케이션된다. 마스터를 듀플리케이션하는 가능한 방법은 전기도금 공정을 사용하는 것이나, 다른 방법들 역시 가능하다. 전기도금 공정에서 현상된 마스터 플레이트는 먼저 일반적으로 니켈 합금이나 은합금과 같은 금속층으로 스퍼터링되어 도금 공정을 위한 도전 전극 및 시드층을 형성한다.
이어서 상대적으로 두껍고(일반적으로 수백 마이크론) 일반적으로 니켈과 같은 금속 스탬퍼가, 시드층의 상부에서 성장된다. 스탬퍼는 이어서 마스터 서브스트레이트로부터 제거되고, 그것의 표면에서 마스터의 마이크로 텍스쳐의 역상을 갖는다. 이와 같이 제조된 제1 스탬퍼(파더 스탬퍼라고도 불리움)는 수퍼스트레이트나 서브스트레이트 상으로 마이크로 텍스쳐의 리플리케이션을 위하여 사용될 수 있다. 그 대신에 파더 스탬프는 마이크로 텍스쳐를 멀티플 스탬퍼들의 패밀리(a family of multiple stampers)로 듀플리케이션하도록 사용될 수 있다.
이와 같은 후자의 공정에서 매우 얇은 분리층(일반적으로 단일분자막(monolayer))이 스탬퍼의 표면에서 형성되고, 이어서 또다른 스탬퍼가 전기도금에 의하여 성장한다. 새롭게 성장된 스탬퍼는 제1 스탬퍼로부터 제거될 수 있고, 원래 마스터의 마이크로 텍스쳐의 정상(positive image)을 그것의 표면에서 지닌다. 제1 스탬퍼의 듀플리케이션 공정은 여러 번 반복될 수 있으며, 이에 따라 마스터의 마이크로 텍스쳐의 정상(positive image)을 지닌 듀플리케이션 스탬퍼들의 패밀리가 도출된다. 동일한 방법으로 마스터의 마이크로 텍스쳐의 정상(positive image)을 지닌 스탬퍼들 중 하나는, 마스터의 마이크로 텍스쳐의 역상을 지닌 듀플리케이션 스탬퍼들의 패밀리를 형성하도록 사용될 수 있다.
마이크로
텍스쳐의
리플리케이션(
Replication
of
the
micro
-
texture
)
위에서 서술된 듀플리케이션 공정에 의하여 형성된 스탬퍼들은 태양전지 서브스트레이트나 수퍼스트레이트 상으로 마이크로 텍스쳐를 리플리케이션하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 리플리케이션 공정을 위하여 여러 가지 방법들이 사용될 수 있다. 잘 알려진 방법은 광 중합체 래커(photo-polymer lacquer)나 졸겔 물질(sol-gel material)과 같은 점성이 있는 UV 경화성 재료의 박막을 수퍼스트레이트 또는 서브스트레이트 상으로 적용하고, 이와 같은 층 안으로 마이크로 텍스쳐 표면을 지닌 스탬퍼를 누르고, 마이크로 텍스쳐를 리플리케이션 물질의 표면이 되도록 굳게 하는 UV 경화 공정을 적용하는 것이다.
또다른 알려진 방법은 광 중합체 래커나 졸겔 물질과 같이 점성을 지니며 열로 경화 가능한 물질의 박막을 수퍼스트레이트나 서브스트레이트 상에 적용하고, 마이크로 텍스쳐 표면을 지닌 스탬퍼를 이와 같은 박막 안으로 누르고, 열을 가하여 마이크로 텍스쳐를 리플리케이션 물질의 표면이 되도록 굳힌다.
마이크로 텍스쳐를 수퍼스트레이트나 서브스트레이트로 리플리케이션하는 또다른 방법은, 그것의 변형(유리 전이) 온도(핫-엠보싱(hot-embossing)) 이상에서 그것이 가열되는 동안에 스탬퍼를 수퍼스트레이트나 서브스트레이트 안으로 누르고 급속 냉각 공정(rapid cooling process)이 따라오도록 하는 것이다. 리플리케이션의 또다른 방법은 사출 성형(injection molding)에 의한 것인데, 사출 성형에서는 스탬퍼는 사출성형 캐비티(cavity) 안으로 장착되고 마이크로텍스쳐는 수퍼스트레이트나 서브스트레이트의 표면에 형성된다.
수퍼스트레이트나 서브스트레이트 표면에 마이크로 텍스쳐를 제조하는 스터링 방법의 잇점들 중 하나는 서브 마이크론 크기의 형상 칫수가 정확하게 최적화되고 제어될 수 있다는 것이다. 측면 칫수와 형상의 깊이는 독립적으로 최적화될 수 있다. 마스터링 방법은, 연속적인 패턴들(consecutive pattern) 사이에서 서브 마이크론 레벨에서 제어되는 거리와 정확한 거리를 지닌 주기적이거나 준주기적인(quasi-periodic) 구조들을 제조하는데 이상적으로 적합하다. 이와 같은 마이크로 텍스쳐는 반사방지막(anti-reflective), 회절격자(diffractive grating) 또는 이들의 조합을 형성하는데 최적화될 수 있다. 또한 광 강도 또는 스팟 위치의 조절에 의하여 추가적인 무작위화(additional randomization)가 가능하다.
단일 마스터(single master)로부터 멀티플 듀플리케이션 스탬퍼들(multiple duplication stampers)을 제조하는 전기도금 듀플리케이션 공정은 서브 마이크론 크기의 규모에서 조차 매우 정확하고, 대면적 표면까지 많은 비용을 들이지 않으면서 쉬운 스케일을 허용한다.
도 6a는 본 발명이 속하는 기술분야의 기술수준(the state of the art)에 따른 박막 태양전지의 수퍼스트레이트와 서브스트레이트 구조를 보여준다. 이 때 TCO 표면에서의 텍스쳐는 APCVD, LPCVD와 같은 증착 공정 동안에 형성되거나 균일한 TCO층에 대한 습식 에칭에 의하여 형성된다.
도 6b에서 본 발명의 또다른 실시예가 보여진다. 이 때 (주기적인) (마이크로) 텍스쳐가, 위의 상세한 설명에 서술된 것과 같은 방법을 사용하여 유리 서브스트레이트의 표면에 적용된다. 이어서 TCO층(마이크로 텍스쳐가 있거나 또는 마이크로 텍스쳐가 없는)은 일반적으로 알려진 방법들을 사용하여 이러한 (주기적인) (마이크로) 텍스쳐링된 유리 서브스트레이트의 상부 상에 증착되고, 이어서 반도체층과 후면 콘택 층들이 증착된다.
도 6c에서 본 발명에 따른 또다른 실시예가 보여진다. 이 때 (주기적인) (마이크로) 텍스쳐가, 위의 상세한 설명에 서술된 방법을 사용하여 유리 서브스트레이트 상의 리플리케이션층 표면에 적용된다. 유리 서브스트레이트 상의 (주기적인) (마이크로) 텍스쳐링된 리플리케이션층 상부 상에 TCO층(마이크로 텍스쳐가 있거나 또는 마이크로 텍스쳐가 없는)은 일반적으로 알려진 방법으로 증착된다. 이어서, 반도체층과 후면 콘택층들이 증착된다.
도 6d에서 본 발명에 따른 또다른 실시예가 보여진다. 이 때 (주기적인) (마이크로) 텍스쳐가, 상세한 설명에 서술된 바와 같은 방법을 사용하여 투명 도전성 졸-겔층의 표면에 적용된다. 이어서, 반도체층들과 후면 콘택층들이 증착된다.
도 7a 및 도 7b의 실시예와 같이, 이미 존재하는 텍스쳐에 적용된 추가적인 마이크로 텍스쳐를 본 발명에 따라 텍스쳐링된 TCO층에 제공하는 것이 제안된다. 도 7a에서 리플리케이션층(19)은 주기적인, 저주파수 형상이나 구조를 지닌 텍스쳐(19a)를 드러내는데, 주기적인 텍스쳐는 TCO층(11)과, 자기복체층과 TCO층(19-11)에 증착된 반도체층(12-16)에 역시 존재한다.
도 7b에서 리플리케이션층(19)은 주기적인, 저주파수 형상이나 구조를 지닌 텍스쳐(19a)를 역시 드러낸다. 그러나 리플리케이션층 상에 증착된 TCO층(11)은, 무작위적이고 저주파수 형상이나 구조를 지닌 추가적인 마이크로 텍스쳐를 제공한다. 마찬가지로 상기 추가적인 마이크로 텍스쳐가, 리플리케이션층과 TCO층(19-11) 상에 증착된 반도체층들(12-16)에 역시 제공된다.
이러한 마이크로 구조는, 증착 공정의 공정 파라미터들을 조절, 예를 들어, 습식 또는 건식 에칭 단계를 통함으로써 적용될 수 있다.
Claims (14)
- i) 실질적으로 평평한 제1 평면을 지닌 투명 서브스트레이트를 제공하는 단계;
ii) 광 포획 텍스쳐를 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 표면에 적용하는 단계 중 적어도 하나를 포함하며,
단계 ii)는,
ii-1) 상기 투명 서브스트레이트의 상기 노출된 표면에 적용된 상기 광 포획 텍스쳐의 역상을 드러내는 리플리케이션 텍스쳐를 지닌 리플리케이션 서브스트레이트를 제공하는 단계;
ii-2) 상기 투명 서브스트레이트의 상기 노출된 표면에 상기 역의 리플리케이션 텍스쳐를 리플리케이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 역의 리플리케이션 텍스쳐는
a) 마스터 서포트(master support) 상에 존재하는 포토리지스트층에 국부적으로 빛을 비추는 단계;
b) 상기 국부적으로 빛이 비추인 포토리지스트층을 현상하여 남아있는 포토리지스트층에서 마스터 텍스쳐를 획득하는 단계;
c) 하나 이상의 금속층을 상기 남아있는 포토리지스트층과 상기 마스터 서포트에 증착하는 단계;
d) 하나 이상의 금속층의 스택을 상기 마스터 서포트로부터 제거하는 단계에 의하여 획득되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 남아있는 포토리지스트층에서 상기 마스터 텍스쳐를 획득하기 위하여 상기 포토리지스트층은 초점 서브 마이크론 크기의 레이저 빔을 사용하여 빛을 비추이는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
단계 c)는
c1) 상기 남아있는 포토 리지스트층 상에 제1 금속층을 스퍼터링하는 단계; 및
c2) 전기도금을 통하여 상기 제1 금속층 상에 제2 금속층을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 니켈 합금 또는 은 합금을 함유하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 c)는 상기 적용된 광 포획 텍스쳐의 역상을 드러내는 텍스쳐를 갖는 하나 이상의 금속층의 스택을 도출하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 c)는 상기 적용된 광 포획 텍스쳐의 정상(positive image)을 드러내는 텍스쳐를 갖는 하나 이상의 금속층의 스택을 도출하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 적용된 광 포획 텍스쳐의 정상(positive image)을 드러내는 텍스쳐를 지닌 하나 이상의 금속층의 상기 스택 상에 적용된 상기 광 포획 텍스쳐의 역상을 드러내는 리플리케이션 텍스쳐를 가진 리플리케이션 서브스트레이트를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 ii-1) 및 단계 ii-2)는
ii-3) 점성이 있는 경화성 물질의 층을 상기 투명 서브스트레이트의 실질적으로 평평한 상기 제1 평면 상에 제공하는 단계 이후에 진행되고 단계 ii-2)는
ii-4) 점성이 있는 경화성 물질의 상기 텍스쳐링된 층을 빛 및/또는 열로 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제9항에 있어서,
점성이 있는 경화성 물질의 상기 층은 중합체 래커 또는 광 졸겔 물질과 같은 자외선 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 ii-1) 및 단계 ii-2)는
ii-5) 그것의 변형 온도 이상에서 상기 투명 서브스트레이트의 실질적으로 평평한 상기 제1 평면을 가열하는 단계 이후에 진행되고 단계 ii-2)는
ii-6) 상기 투명 서브스트레이트의 상기 가열된 텍스쳐링된 실질적으로 평평한 제1 평면을 그것의 변형 온도보다 낮은 온도에서 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 ii-2)는 사출성형을 통하여 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 표면에서 상기 역상의 리플리케이션 텍스쳐를 리플리케이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치에 사용하기 위하여 투명 서브스트레이트 상에 광포획층을 제조하는 방법. - i) 실질적으로 평평한 제1 평면을 지닌 투명 서브스트레이트를 제공하는 단계;
ii) 상기 투명 서브스트레이트의 노출된 표면에 광 포획 텍스쳐를 적용하는 단계;
iii) 광전변환을 위한 하나 이상의 반도체층을 상기 광 포획 텍스쳐 상에 증착하는 단계;
iv) 상기 하나 이상의 반도체층 상에 커버 서브스트레이트를 제공하는 단계
중 적어도 하나를 포함하며,
단계 ii)는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항 이상에 따라 이루어지는 광기전력 장치를 제조하는 방법. - 실질적으로 평평한 제1 평면을 갖는 투명 서브스트레이트;
상기 제1 평면 상에 텍스쳐링된 광포획층;
상기 텍스쳐링된 광포획층 상에 증착된 광전변환을 위한 하나 이상의 반도체층; 및
커버 서브스트레이트 중 적어도 하나의 스택을 포함하며,
상기 광포획층에 존재하는 상기 텍스쳐는 제1항 내지 제13항 중 하나 이상에 따른 리플리케이션 방법을 사용하여 적용되는 것을 특징으로 하는 입사 태양광의 광전변환을 위한 광전변환장치.
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