KR20110117703A - 박막 태양 전지를 대량 생산하기 위한 보호층 - Google Patents

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Abstract

태양 전지는, 기판, 기판의 제 1 표면 위에 위치한 보호층, 기판의 제 2 표면 위에 배치된 제 1 전극, 제 1 전극 위에 배치된 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층, p-형 반도체 흡수층 위에 배치된 n-형 반도체 층 및 n-형 반도체 층 위에 배치된 제 2 전극을 포함한다. p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하고, 제 2 전극은 투명하며 전기 전도성이다. 보호층은 2㎛의 파장에서 0.25보다 큰 방사율을 가지며, 기판의 셀레늄 함유 가스와의 반응율보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응율을 가지고, 조성, 두께, 밀도, 방사율, 전도성 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 제 1 전극과 다를 수 있다. 보호층의 방사율 프로파일은 균일하거나 비균일할 수 있다.

Description

박막 태양 전지를 대량 생산하기 위한 보호층{PROTECTIVE LAYER FOR LARGE-SCALE PRODUCTION OF THIN-FILM SOLAR CELLS}
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 2009년 2월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 12/379,427호와 2009년 2월 20일자로 출원된 제 12/379,428호의 이득을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 광전 장치의 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 보호층을 구비한 박막 태양 전지에 관한 것이다.
구리 인듐 디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS) 및 그 더 높은 대역 간극 변형례 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(Cu(In,Ga)Se2, 또는 CIGS), 구리 인듐 알루미늄 디셀레나이드(Cu(In,Al)Se2) 및 셀레늄 중 일부를 황이 대체하고 있는 이들 화합물 중 임의의 화합물은 박막 태양 전지 내에 흡수층으로서 사용하기 위한 바람직한 특성을 갖는, CIS계 합금이라 지칭되는 재료의 그룹을 나타낸다. 태양 흡수층으로서 기능하기 위해, 이들 재료는 p-형 반도체이어야 한다. 이는 캘코파이라이트(chalcopyrite) 결정 구조체를 유지하면서 구리 내에 미소한 결함을 형성함으로써 달성될 수 있다. CIGS에서, 갈륨은 대역 간극을 상승시키기 위해 정상 인듐 함량의 20% 내지 30%를 대체하고 있지만, 그러나, 이들 범위 외부에 상당하고 유용한 변형이 존재한다. 갈륨이 알루미늄에 의해 대체되는 경우에, 동일 대역 간극을 달성하기 위해 더 작은 알루미늄의 양이 사용된다.
본 발명의 일 실시예는 기판과, 기판의 제 1 표면 위에 위치한 보호층과, 기판의 제 2 표면 위에 배치된 제 1 전극과, 제 1 전극 위에 위치한 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층과, p-형 반도체 흡수층 위에 위치한 n-형 반도체 층과, n-형 반도체 층 위의 제 2 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다. p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 보호층은 2㎛의 파장에서 0.25보다 큰 방사율을 가지며, 기판의 것보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 가지며, 조성, 두께, 밀도, 방사율, 전도성 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 제 1 전극과는 다르다. 일부 실시예에서, 보호층의 방사율 프로파일은 균일하며, 다른 실시예에서, 보호층의 방사율 프로파일은 비균일하다.
본 발명의 다른 실시예는 기판의 제 1 표면 위에 보호층을 증착하는 단계와, 기판의 제 2 표면 위에 제 1 전극을 증착하는 단계와, 제 1 전극 위에 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계와, p-n 접합부를 형성하도록 p-형 반도체 흡수층 위에 n-형 반도체 층을 증착하는 단계와, n-형 반도체 층 위에 제 2 전극을 증착하는 단계를 포함하는, 태양 전지를 제조하는 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 보호층은 2㎛의 파장에서 0.25보다 큰 방사율을 가지며, 기판의 것보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 가지며, 조성, 두께, 밀도, 방사율, 전도성 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 제 1 전극과는 다르다. 일부 실시예에서, 보호층의 방사율 프로파일은 균일하고, 다른 실시예에서, 보호층의 방사율 프로파일은 비균일하다. 일부 실시예에서, 보호층의 방사율은 상술한 단계 동안 실질적으로 일정하다.
본 발명은, 보호층을 구비한 박막 태양 전지를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 일 실시예에서, CIS계 태양 전지의 개략적 측단면도.
도 2는, 도 1에 도시된 태양 전지를 제조하기 위해 사용될 수 있는 모듈식 스퍼터링 장치의 상면도의 매우 단순화된 개략도를 도시한 도면.
도 3은, 증착율을 증가시키고 그 대역 간극을 변화시키기 위해 CIS 층의 조성을 등급화하기 위한 이중 마그네트론의 3개 세트의 사용을 개략적으로 예시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는, 예 1의 샘플(1a 내지 1c)의 단면 상면도를 각각 예시한 도면.
도 5a 내지 도 5c는, 철 웨브의 이면 측부 상에 증착된 막의 깊이를 가로지른 Mo, Fe, Se, C, O, Zn 및 Cr의 원자 농도를 도시한 도면. 도 5a 내지 도 5c는 각각 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은, 샘플(1a 내지 1c) 상에서 측정된 오거 스펙트럼(Auger spectra)으로부터 공제된 원자 농도를 설명하고 있다. 층(902)의 표면으로부터 시작하여, 막의 깊이는 웨브(100)의 전방 측부를 향해 증가한다.
도 6a는 웨브의 폭을 가로질러 다양한 스트립 상에서 2.0㎛의 파장에서 웨브 이면 측부의 반사율을 예시한 도면. 도 6a의 라인(a 내지 d)은 각각 예 2의 샘플(2a 내지 2d) 상에서 측정된 반사율을 설명한다. 스트립 번호는 웨브의 투영도인 도 6b에 예시된 바와 같이 웨브의 저부로부터 시작하여, 웨브의 상단까지 웨브를 가로질러 증가하고 있다.
도 7은, 예 3의 보호층을 증착하는 프로세스 동안 2.0㎛의 파장에서의 웨브 이면 측부의 반사율 대 산소 흐름의 플롯.
도 8은, 웨브의 폭을 가로질러 다양한 스트립 상에서 2.0㎛의 파장과 파장 대역에서 측정된, 예 4의 샘플의 웨브 이면 측부의 방사율의 플롯.
본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는, 2004년 10월 25일자로 출원되고 2005년 5월 26일자로 공개된, 발명의 명칭이 "박막 태양 전지의 대량 제조를 위한 제조 장치 및 방법"인 미국 공개 출원 제 2005/0109392 A1호는 기판 재료의 롤로부터 웨브 기판 재료를 인출하기 위한 입력 모듈과, 입력 모듈로부터 기판 재료를 수용하기 위한 복수의 프로세스 모듈과, 출력 모듈을 포함하는 진공 스퍼터링 장치를 개시하고 있다. 프로세스 모듈은 웨브 기판 상에 재료를 스퍼터링하기 위한 하나 이상의 스퍼터링 타깃을 포함한다. 출력 모듈은 프로세스 모듈로부터 기판 재료를 수용한다. 웨브 기판은 CIS계 층을 증착하기 위해 충분한 프로세스 온도를 획득하기 위해 방사선 가열기에 의해 가열될 수 있다.
홀라스(Hollars)에 의해 안출된 이 기술은 현저히 더 낮은 비용으로 박막 CIS계 태양 전지의 경제적 제조를 위한 대량 제조 시스템을 제공한다.
그러나, 웨브 기판의 이면 측부는 셀레늄 분위기에서 CIS계 층을 반응성 스퍼터링하는 단계 동안 높은 프로세스 온도 하에서 셀레늄 증기 또는 다른 셀레늄 함유 가스와 반응할 수 있다. 예로서, 강철 웨브는 셀레늄과 반응할 수 있으며, FeSe 입자를 형성한다. 이들 FeSe 입자는 제조 공구의 성능 및/또는 막 증착의 프로세스를 교란시킨다.
또한, 웨브 기판은 비교적 높은 반사율을 가지며, 이는 입사 방사선의 대부분을 이격 방향으로 반사시키는 경향이 있다. 예로서, 강철 웨브는 2㎛의 파장에서 대략 75%의 반사율을 갖는다. 이 높은 반사율은 제조 프로세스의 에너지 효율을 크게 감소시키며, 가열 요소의 수명을 감소시킬 수 있다.
또한 추가로, CIS계 층이 증착되는 온도의 프로파일은 일반적으로 웨브의 이면 측부와 비균일 분포된 셀레늄 함유 가스 사이의 반응으로부터 초래되는 방사율의 비균일 프로파일에 기인하여 일반적으로 비균일하다. 또한, 시스템으로부터의 열 입력은 또한 비균일 입사 방사선 및/또는 챔버 에지 효과에 기인하여 비균일할 수 있다. CIGS 층 같은 CIS계 층의 증착 온도는 층 조성, 모폴로지 및 기계적 특성에 영향을 줄 수 있다. CIGS 증착 동안 성장 온도 프로파일의 비균일성은 결과적 태양 전지의 효율 및/또는 신뢰성을 크게 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 보호층은 CIS계 재료를 증착하는 단계 이전에 웨브 기판의 이면 측부 위에 증착된다. 보호층은 0.25보다 큰, 예로서, 0.4 내지 0.9 정도 또는 0.5 내지 0.75 정도의 방사율을 가질 수 있다. 달리 특정하지 않는 한, 임의의 방사율 값은 2.0㎛의 파장에서의 방사율을 지칭한다. 법선으로부터 대략 5°의 입사각을 갖는 적분구(integrating sphere)를 사용함으로써 얻어질 수 있는 총 반사율(R)을 1로부터 뺀 것과 동일하다.
또한, 보호층은 웨브 기판의 것보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 갖는 재료를 포함한다. 더 구체적으로, 상승된 온도에서 셀레늄 분위기에 노출될 때, 보호층은 셀레늄과 반응하지 않거나(즉, 셀레늄 함유 화합물(예를 들어, 셀레나이드)을 형성하지 않거나), 셀레늄과 반응하지만 강철 웨브 기판 같은 기판보다 낮은 속도로 반응한다. 바람직하게는, 보호층은 셀레늄 함유 가스 또는 분위기와 실질적으로 반응하지 않는다. 이는 (1) 어떠한 FeSe 입자도 형성되지 않거나 형성된 FeSe 입자의 양이 크게 감소되어 증착 프로세스 또는 증착 공구의 작동은 교란되지 않으며 태양 전지 장치 성능은 실질적으로 영향을 받지 않으며 및/또는 (2) 관심 파장 범위(~1 내지 5㎛)의 파장 범위의 보호층의 방사율은 반응에 의해 실질적으로 변하지 않는다는 것을 의미한다. 예로서, 보호층은 산소 같은 하나의 합금 원소의 일부가 셀레늄으로 대체되는 정도로 셀레늄과 반응할 수 있다. 비제한적 예에서, 산소 함유 몰리브덴 보호층의 산소의 10 내지 50%는 셀레늄으로 치환될 수 있다. 예로서, 30 원자% 산소 같은 20 내지 40 원자% 산소를 최초에 함유하고 있는 몰리브덴 층에서, 10 내지 50 원자%의 산소가 셀레늄으로 치환될 수 있으며, 그래서, 최종 보호층은 10 원자% 산소, 10 원자% 정도의 셀레늄 및 몰리브덴 잔여부 같이 10 내지 35 원자% 산소, 5 내지 20 원자% 셀레늄 및 몰리브덴 잔여부를 포함한다.
보호층의 높은 방사율 및 셀레늄 함유 가스와의 그 감소된 반응성은 적어도 4가지 장점을 제공한다. 첫 번째로, 상당한 양의 FeSe가 형성되지 않는다. 두 번째로, 층의 방사율은 나체 강철 웨브의 방사율보다 높으며, 따라서, 방사선 가열기는 더 적은 파워로 구동될 수 있어서 프로세스의 에너지 및 비용 효율을 향상시킨다. 세 번째로, 방사율은 셀레늄 함유 가스의 존재시 실질적으로 변하지 않는다. 달리 말하면, 방사율은 증착 프로세스 동안 일정하게 유지된다. 따라서, 프로세스 동안 온도 프로파일의 바람직하지 못한 변화는 최소화될 수 있으며, 프로세스는 실질적으로 일정한 온도로 운영될 수 있다. 네 번째로, 보호층의 방사율은 웨브 폭을 가로질러 의도적으로 조절될 수 있으므로, 열 입력, 챔버 에지 효과 및/또는 셀레늄 함유 가스 분포의 비균일성을 보상하여 웨브 폭을 가로질러 균일한 온도 프로파일을 제공할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 순수 열 입력이 비균일할 때 보호층의 방사율은 비균일하지만, 다른 실시예에서는 보호층의 방사율은 열 입력이 균일할 때 비균일 프로파일을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 비제한적 실시예의 CIS계 태양 전지 구조체를 도시한다. 보호층(102)은 웨브 기판(100)의 제 1 표면(이면 표면) 위에 위치하고, 제 1 전극(202)은 기판(100)의 제 2 표면(전방 표면) 위에 위치된다. 선택적으로, 하나 이상의 배리어 층(202B)은 기판(100)과 전극(202)의 일차 전도체 층(202A) 사이에 위치될 수 있다. 기판(100)은 금속 호일 웨브, 예로서, 스테인리스강, 알루미늄 또는 티타늄 포일 웨브일 수 있다. 하나 이상의 배리어 층(202B)은 임의의 적절한 재료, 예로서, Cr, Ti, Nb, TiN 또는 ZrN 같은 전이 금속 또는 금속 질화물 재료일 수 있다.
보호층(102)은 조성, 두께, 밀도, 방사율 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 제 1 전극(202)과 다를 수 있다. 보호층(102)의 방사율은 웨브 기판(100)의 방사율보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 보호층(102)은 0.25보다 큰, 바람직하게는 0.5 초과 같이 0.3보다 큰 방사율을 갖는다. 일부 실시예에서, 보호층(102)은 제 1 전극(202)의 방사율과는 다른 방사율을 갖는다. 제 1 전극은 0.5 미만, 예로서, 0.1 내지 0.3 정도의 방사율을 가질 수 있다.
보호층(102)은 웨브 기판(100)의 것보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 가질 수 있으며, 바람직하게는 셀레늄 함유 가스와 반응하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 도 1에 도시된 구조체를 제조하기 위한 이하의 프로세스 동안 보호층의 방사율이 실질적으로 일정하게 남아있도록 반응성은 충분히 낮다. 예로서, 보호층 방사율의 변동은 CIGS 층 증착 동안 +/- 0.2 이내이다.
바람직한 실시예에서, 보호층(102)은 산소 또는 질소 중 적어도 하나로 고의로 도핑된(즉, 고의로 합금화된) 적어도 하나의 전이 금속 층을 포함한다. 대안적으로, 보호층(102)은 0.25보다 큰 방사율을 가지면서 셀레늄 함유 분위기 하에서 고온 프로세스를 견딜 수 있는 임의의 다른 적절한 재료, 예로서, 비정질 탄소 막, 탄소 나노튜브 막 및 다른 탄소계 재료 같은 탄소계 재료일 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 전극(202), 특히, 제 1 전극 전도체 층(202A)은 산소 또는 질소가 실질적으로 없는 몰리브덴을 포함하며, 보호층(102)은 산소 또는 질소 중 적어도 하나에 의해 고의로 도핑된(즉, 그와 합금화된) 몰리브덴을 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "산소 또는 질소가 실질적으로 없는"은 어떠한 산소 또는 질소도 의도적으로 합금화 또는 도핑되지 않지만, 몰리브덴은 0 내지 3% 같이 5% 이하의 원자 농도를 각각 갖는 산소 또는 질소의 불가피한 불순물을 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 보호층(102)은 15 내지 50% 같이 10%보다 높은 산소 원자 농도를 갖는 산소 함유 몰리브덴 및/또는 15 내지 50% 같은 10%보다 높은 질소 원자 농도를 갖는 질소 도핑된 몰리브덴을 포함한다. 층(102)은 15 내지 50 원자%의 산소와 질소의 조합을 포함할 수 있다. 비제한적 예에서, 보호층(102)은 약 30 원자% 산소와 약 70 원자% 몰리브덴을 포함하는 몰리브덴 산화물 층이다. 상술한 바와 같이, 10 내지 50%의 산소(또는 질소)가 CIGS의 반응성 스퍼터링 증착 동안 셀레늄에 의해 치환될 수 있으며, 그래서, 보호층(102)은 10 원자% 정도의 셀레늄, 20 원자% 정도의 산소 및 70 원자% 정도의 몰리브덴을 포함한다. 바람직하게는, 보호층은 기판에 인접한 보호층의 일부가 실질적으로 셀레늄이 없도록(5 원자% 미만의 셀레늄 농도를 가짐) 충분히 두껍다.
일부 실시예에서, 열 입력이 웨브 폭을 가로질러 비균일한 경우, 웨브 폭을 가로지른 산소 또는 질소의 농도는 웨브 폭을 가로지른 방사율 프로파일을 조율하도록 의도적으로 변화될 수 있다. 웨브 폭을 가로지른 보호층(102)의 산소 또는 질소 프로파일은 웨브 폭을 가로질러 등급화된 방사율을 형성하도록 조율되어 웨브 폭을 가로지른 온도 편차가 ±2℃ 같은 ±5℃ 이내가 되는 방식으로 순수 열 입력의 비균일성을 보상할 수 있다. 비균질(즉, 비균일) 순수 열 입력의 소스는 가열기의 비균질 분포, 스퍼터 챔버 또는 차폐부에 대한 비균질 열 손실, CIGS 층 내에서 같이 기판의 전방의 다양한 방사율 같은 웨브의 비균질 방사율 또는 기판의 전방 측부 상의 마그네트론 스퍼터링으로부터의 비균질 플라즈마 가열을 포함할 수 있다.
웨브 폭을 가로지른 보호층(102) 내의 산소 또는 질소의 양은 상술한 비균일성을 보상하기 위해 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 보호층(102)을 증착하는 단계는 산소 함유 및/또는 질소 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기 내의 금속 소스를 스퍼터링하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 금속 산화물 또는 금속 질화물 소스는 대신 스퍼터링 타깃으로서 사용될 수 있다. 웨브 폭을 가로질러 보호층(102) 내의 산소 또는 질소의 비균질 프로파일은 웨브(100)의 서로 다른 폭 섹션에 산소 또는 질소의 다양한 양을 도입함으로써 제공될 수 있다. 예로서, 산소 또는 질소 소스 가스는 보호층(102)의 반응성 스퍼터링 동안 독립적으로 제어가능한 질량 유동으로 둘 이상의 위치에서 기판에 공급될 수 있다. 대안적으로, 보호층(102)의 방사율은 소스 가스 농도를 일정하게 유지하면서 웨브 폭을 가로질러 금속 증착율을 제어함으로써 조율될 수 있다.
일부 실시예에서, 보호층(102)은 제 1 두께를 가지며, 층(202A)과 선택적으로 배리어 층(202B)을 포함하는 제 1 전극은 제 1 두께와는 다른 제 2 두께를 갖는다. 예로서, 보호층은 300Å 내지 1000Å의 제 1 두께를 가질 수 있으며, 제 1 전극(202)은 5000Å 내지 15000Å의 제 2 두께를 가질 수 있다. 층(202A)은 층(102)보다 5 내지 15배 더 두꺼울 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 보호층(102)은 제 1 밀도를 가지며, 층(202A)은 제 1 밀도와는 다른 제 2 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 제 1 밀도는 30 내지 100% 더 높은 것 같이 제 2 밀도보다 적어도 30% 더 높다. 일부 다른 실시예에서, 보호층은 제 1 응력 상태를 가지고, 제 1 전극은 제 1 응력 상태와는 다른 제 2 응력 상태를 갖는다. 예로서, 제 1 응력 상태는 인장 응력일 수 있고, 제 2 응력 상태는 압축 응력이다. 따라서, 보호층은 바람직하게는 제 1 전극을 위한 변형 보상 층으로서 작용하지 않는다.
도 1을 계속 참조하면, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)이 제 1 전극(202) 위에 위치하고, n-형 반도체 층(302)이 p-형 반도체 흡수층(301) 위에 위치된다. 바람직한 실시예에서, p-형 반도체 흡수층(301)은 구리 인듐 셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 또는 구리 인듐 알루미늄 셀레나이드로부터 선택된 CIS계 합금 재료를 포함할 수 있다. 층(301)은 약 1:1:2의 그룹 I 대 그룹 III 대 그룹 VI를 갖는 화학양론적 조성 또는 약 1:1:2 이외의 원자 비율을 갖는 비화학양론적 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 층(301)은 미소하게 구리 결핍 상태이며, 각각의 하나의 그룹 III 원자 및 각각의 두 개의 그룹 VI 원자에 대해 하나보다 약간 작은 구리 원자를 갖는다. n-형 반도체 층(302)은 임의의 적절한 n-형 반도체 재료, 예로서, ZnS, ZnSe 또는 CdS를 비제한적으로 포함할 수 있다.
투명 상단 전극이라고도 지칭되는 제 2 전극(400)은 n-형 반도체 층(302) 위에 추가로 위치된다. 투명 상단 전극(400)은 다중 투명 전도층, 예로서, 진성 아연 산화물(i-ZnO) 층(401) 또는 저항성 알루미늄 아연 산화물(RAZO) 위에 위치한 인듐 주석 산화물(ITO)을 비제한적으로 포함한다. 물론, 투명 상단 전극(400)은 임의의 다른 적절한 재료, 예로서, ZnO 또는 SnO를 포함할 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 반사방지(AR) 막(미도시)은 전지 내의 광흡수를 최적화시키기 위해 투명 상단 전극(400) 위에 증착될 수 있으며 및/또는 집전 그리드 라인이 상단 전도 산화물 위에 증착될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 적어도 두 개의 보호층(102), 제 1 전극(202), 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301), n-형 반도체 층(302) 및 제 2 전극(400)은 진공 파괴 또는 진공 파괴 없이 동일 스퍼터링 장치 내에서의 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 보호층(102)을 증착하는 단계, 제 1 전극(202)을 증착하는 단계, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)을 증착하는 단계, n-형 반도체 층(302)을 증착하는 단계 및 제 2 전극(400)을 증착하는 단계는 보호층, 제 1 전극의 하나 이상의 전도성 막, p-형 흡수층, n-형 반도체 층 및 제 2 전극의 하나 이상의 전도성 막을 복수의 독립적으로 격리 및 연결된 프로세스 모듈 중 대응하는 하나 내의 기판(100) 위에(바람직하게는 본 실시예에서 웨브 기판 위에) 스퍼터링하는 동시에 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통과시키면서 웨브 기판이 입력 모듈로부터 출력 모듈로 연속적으로 연장하도록 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통해 입력 모듈로부터 출력 모듈로 금속성 웨브 기판을 통과시키는 것을 포함한다.
예를 들어, 도 2(상면도)에 예시된 바와 같이, 태양 전지를 제조하기 위한 모듈식 스퍼터링 장치는 층의 전체 스택을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 장치는 입력, 또는 로드, 모듈(21a) 및 대칭 출력, 또는 언로드, 모듈(21b)을 구비한다. 입력 및 출력 모듈 사이에는 프로세스 모듈(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)이 있다. 각 프로세스 모듈은 스퍼터 모듈일 수 있다. 프로세스 모듈(22)의 수는 제조되는 장치의 요건에 일치되도록 변화될 수 있다. 각 모듈은 필요한 진공을 제공하고 스퍼터링 작업 동안 프로세스 가스의 유동을 취급하도록 진공 펌프, 예로서, 고 출력 터보분자 펌프 같은 펌핑 장치(23)를 구비할 수 있다. 각 모듈은 프로세스 가스의 최적의 펌핑을 제공하도록 선택된 다른 위치에 배치된 다수의 펌프를 가질 수 있다. 모듈은 프로세스 가스가 모듈 사이에서 혼합되는 것을 방지하도록 매우 좁은 저 전도성 격리 슬롯을 포함하는 슬릿 밸브(24)에서 함께 연결된다. 이들 슬롯은 격리를 더 더욱 증가시키기 위해 필요하다면 개별적으로 펌핑될 수 있다. 또한, 다른 모듈 커넥터(24)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 단일 대형 챔버는 필요시 모듈 영역을 효과적으로 제공하도록 내부적으로 분리될 수 있다.
웨브 기판(100)은 롤러(28) 또는 다른 장치에 의해 기계 전반에 걸쳐 이동된다. 추가적 안내 롤러가 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 롤러는 개략적인, 비제한적 예이다. 일부 롤러는 웨브를 펼치도록 숙여지며(bowed), 일부는 웨브 조종을 제공하도록 이동되며, 일부는 웨브 인장 피드백을 서보 제어기에 제공하며, 나머지는 원하는 위치로 웨브를 이동시키기 위한 단순한 아이들러이다. 입력 풀(31a) 및 선택적 출력 풀(31b)은 따라서 기계 전반에 걸쳐 일정한 장력으로 웨브를 유지하도록 피드백 신호에 의해 능동적으로 구동 및 제어된다. 또한, 입력 및 출력 모듈은 웨브 슬라이싱 영역 또는 장치(29)를 각각 포함할 수 있으며, 웨브 슬라이싱 영역 또는 장치에서는 각각 웨브(100)가 롤의 로딩 및 언로딩을 촉진하도록 선도 또는 추종 섹션으로 절단 및 슬라이싱될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 스풀(31b) 상으로 감겨지는 대신, 금속 웨브(100)는 출력 모듈(21b) 내의 웨브 스플라이싱 장치(29)에 의해 태양광 모듈로 슬라이싱될 수 있다. 이들 실시예에서, 출력 스풀(31b)은 생략될 수 있다.
가열기 어레이(30)는 프로세스 요건에 따른 웨브 가열을 제공하기 위해 필요한 위치에 배치된다. 이들 가열기(30a-e)는 웨브의 폭을 가로질러 배설된 고온 석영 램프의 매트릭스일 수 있다. 적외선 센서는 램프 전력을 서보(servo)하고 웨브를 가로질러 균일한 가열을 제공하기 위해 피드백 신호를 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 가열기는 웨브(100)의 일 측부 상에 배치되고, 마그네트론 하우징(27a-e)은 웨브(100)의 다른 측부 상에 배치된다. 마그네트론 하우징(27)은 이중 원통형 회전 마그네트론(들) 또는 평면 마그네트론(들) 스퍼터링 소스를 수납할 수 있다.
예비 세정된 이후, 웨브 기판(100)은 모듈(21a) 내의 가열기 어레이(30f)를 먼저 통과할 수 있으며 이 가열기 어레이는 표면 흡수된 물을 제거하기에 적어도 충분한 가열을 제공한다. 후속하여, 웨브는 원통형 회전 마그네트론으로서 구성된 특수 롤러일 수 있는 롤러(32) 위를 통과할 수 있다. 이는 롤러/마그네트론 둘레를 통과할 때 DC, AC 또는 RF 스퍼터링에 의해 전기 전도성 (금속) 웨브의 표면이 지속적으로 세정될 수 있게 한다. 스퍼터링된 웨브 재료는 주기적으로 교체되는 차폐부(33) 상에 포획된다. 바람직하게는, 다른 롤러/마그네트론은 웨브의 이면 표면을 세정하기 위해 추가될 수 있다(미도시). 전도성 웨브의 직접 스퍼터 세정은 기계 전반에 걸쳐 웨브 상에 동일 전기 바이어스가 존재하게 하며, 이는 수반되는 특정 프로세스에 따라서 기계의 다른 섹션에는 부적합할 수 있다. 바이어싱은 마그네트론 대신 선형 이온 건에 의한 스퍼터 세정에 의해 회피될 수 있거나, 세정은 이 대형 롤 코터로의 로딩 이전에 별개의 더 작은 기계에서 달성될 수 있다. 또한, 코로나 글로우 방전 처리는 전기적 바이어스를 도입하지 않고 이 위치에서 수행될 수 있다.
다음에, 웨브(100)는 밸브(24)를 통해 제 1 프로세스 모듈(22a) 내로 지나간다. 웨브(100)는 가열기 어레이(30)에 의해 적절한 프로세스 온도에서 유지된다. 방향(도 2에 웨브(100)를 따른 가상 화살표)을 따라서, 층의 전체 스택은 하나의 연속적 프로세스로 증착될 수 있다.
보호층(102)은 웨브(100)의 이면 표면 상으로 프로세스 모듈(22a) 내에서 스퍼터링될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열기(30a) 및 마그네트론(들)(27a)은 기판(100)의 전방 표면 상으로 층을 증착하기 위해 사용되는 프로세스 모듈(22b-22e)의 것에 대향한 방식으로 프로세스 모듈(22a) 내에 배열된다.
그후, 웨브(100)는 웨브(100)의 전방 표면 상으로의 제 1 전극(202)의 증착을 위해 다음 프로세스 모듈(22b) 내로 지나간다. 선택적으로, 제 1 전극 전도체 층(202A)과 웨브(100)의 전방 표면 사이에 하나 이상의 배리어 층(202B)을 스퍼터링하기 위해 프로세스 모듈(22a, 22b) 사이에 추가될 수 있다.
일 실시예에서, 보호층(102)은 산소 또는 질소의 적어도 하나로 의도적으로 도핑된 적어도 하나의 금속 층을 포함할 수 있다. 산소 또는 질소 도핑은 적어도 10%(몰 퍼센트), 예로서, 적어도 20%의 산소 함유 및/또는 질소 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 몰리브덴 타깃 같은 금속 타깃을 스퍼터링함으로써 달성될 수 있다. 보호층(102)을 스퍼터링하는 단계에 대조적으로, 제 1 전극(202), 특히, 전극(202)의 층(202A)을 증착하는 단계는 산소 및 질소가 실질적으로 없는 스퍼터 분위기에서 몰리브덴 타깃 같은 전도성 타깃을 스퍼터링하는 것을 포함한다. O2 및 H2O 같은 임의의 적절한 산소 함유 가스는 산소로 도핑되는 보호층을 증착하기 위해 사용될 수 있다. N2 및 NH3 같은 임의의 적절한 질소 함유 가스가 질소로 도핑되는 보호층을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스의 혼합물, 예로서, 공기는 산소 및 질소 양자 모두에 의해 도핑되는 보호층을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 보호층의 증착 단계는 5:1 미만, 더욱 바람직하게는 1:5 내지 5:1, 예로서, 1:1 내지 8:3 같은 4:1 미만의 산소 함유 가스에 대한 아르곤 가스의 몰 비율을 갖는 아르곤 가스와 산소 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 몰리브덴 타깃 같은 금속 타깃을 스퍼터링하는 것을 포함한다. 일부 다른 실시예에서, 산소 함유 가스에 대한 아르곤 가스의 몰 비율은 1:5 내지 8:1 같이 8:1보다 작을 수 있다. 보호층(102)의 재료로서 몰리브덴이 바람직하지만, 다른 재료도 보호층(102) 및 제 1 전극 층(202A)을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 보호층(102)을 증착하는 단계는 제 1 압력 하에서 전도성 타깃을 스퍼터링하는 것을 포함하고, 제 1 전극(202), 특히, 층(202A)을 증착하는 단계는 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력하에서 전도성 타깃을 스퍼터링하는 것을 포함한다. 예로서, 제 1 압력은 3 내지 10 mTorr 같이 3 mTorr 이상 정도일 수 있고, 제 2 압력은 0.1 내지 1 mTorr 같이 1.5 mTorr 이하 정도일 수 있다.
그후, 웨브(100)는 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)의 증착을 위해 다음 프로세스 모듈(22c) 내로 통과할 수 있다. 도 3에 도시된 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)을 증착하는 단계는 아르곤 가스와 셀레늄 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 두 개의 전도성 타깃(27c1, 27c2)의 적어도 하나의 쌍으로부터 반도체 흡수층을 반응성 교류(AC) 마그네트론 스퍼터링하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 두 개의 전도성 타깃(27c1, 27c2)의 쌍은 동일 타깃을 포함한다. 예로서, 적어도 두 개의 전도성 타깃(27c1, 27c2) 각각은 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하거나, 구리, 인듐 및 알루미늄을 포함한다. 셀레늄 함유 가스는 수소 셀레나이드 또는 셀레늄 증기일 수 있다. 다른 실시예에서, 타깃(27c1, 27c2)은 서로 다른 재료를 포함할 수 있다.
방사선 가열기(30a-f)는 CIS계 합금 증착을 위해 바람직한, 필요한 프로세스 온도, 예로서, 400 내지 800℃ 정도, 예로서, 500 내지 600℃에서 웨브를 유지한다. 셀레늄 함유 가스와의 감소된 반응성을 갖는 보호층(102)은 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)을 증착하는 단계 동안 셀레늄 함유 가스와 반응하는 것으로부터 웨브(100)의 이면 표면을 보호한다. 또한, 상술한 바와 같이, 0.3보다 큰 방사율을 갖는 보호층(102)은 방사선 가열기(30b 내지 30e)로부터의 입사 방사선의 적어도 30%를 흡수한다. 제 1 전극(202) 및 기판(100)에 비해 더 큰 보호층(102)의 방사율은 웨브 기판(100)을 원하는 온도로 가열하면서 방사선 가열기(30a-f)를 더 낮은 파워 하에서 동작할 수 있게 함으로써 프로세스의 에너지 소비를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 필요시, 웨브 폭을 가로지른 방사율의 프로파일은 웨브 폭을 가로질러 온도 프로파일의 균일성을 향상시키기 위해 가열 프로파일(방사선 가열기(30a-f)에 의해 공급될 때)의 비균일성을 보상하기 위해 조절될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층(301)은 등급화된 CIS계 재료를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 프로세스 모듈(22c)은 도 3에 예시된 바와 같이 타깃(227, 327)의 적어도 둘 이상의 쌍을 더 포함한다. 마그네트론 타깃(27c3, 27c4 및 27c5, 27c6)의 다음 두 쌍(227, 327)이 갈륨(또는 알루미늄)의 양이 증가하는 층을 스퍼터 증착하여 대역 간극을 증가 및 등급화하면서, 제 1 마그네트론 쌍(127)(27c1, 27c2)은 구리 인듐 디셀레나이드의 층을 스퍼터링하기 위해 사용된다. 타깃 쌍의 총 수는 변할 수 있으며, 예로서, 3 내지 5개 쌍 같이 2 내지 10개 쌍일 수 있다. 이는 대역 간극을 저부에서의 약 1 eV로부터 층의 상단 부근에서의 약 1.3 eV까지 등급화한다. 등급화된 CIS 재료를 증착하는 세부사항은 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 홀라스의 공개 출원에 개시되어 있다.
그후, 웨브(100)는 n-형 반도체 층(302) 및 투명 상단 전극(400) 각각을 증착하기 위해 프로세스 모듈(22d, 22c) 내로 지나갈 수 있다. 임의의 적절한 유형의 스퍼터링 소스가 사용될 수 있으며, 예로서, 회전 AC 마그네트론, RF 마그네트론 또는 평면 마그네트론이 사용될 수 있다. 여분의 마그네트론 스테이션(미도시) 또는 여분의 프로세스 모듈(미도시)은 선택적인 하나 이상의 AR 층을 스퍼터링하기 위해 추가될 수 있다.
최종적으로, 웨브(100)는 출력 모듈(21b) 내로 통과하며, 여기서 이는 권취 스풀(31b) 상에 감겨지거나 절단 장치(29)를 사용하여 태양광 전지로 절단된다. 스퍼터링이 기판 상에 모든 층을 증착하기 위해 바람직한 방법으로서 설명되었지만, 일부 층은 MBE, CVD, 증발, 도금 등에 의해 증착될 수 있으며, 바람직하게는 CIS계 합금은 반응성 스퍼터링된다.
비제한적인 예
예 1
비제한적 예 1에서, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 각각 예시된 구조체를 갖는 샘플(1a, 1b, 1c)을 제조하기 위한 개시 재료로서 세 개의 강철 웨브 기판(100)이 제공된다.
샘플(1a)은 강철 웨브(100)의 이면 측부 상으로 약 300Å 두께 Mo 층(102a)을 먼저 증착함으로써 준비된다. 제 1 전극 층(200), CIGS 층(301), n-형 반도체 층(302) 및 제 2 전극 층(400)이 그후 웨브(100)의 전방 측부 위에 증착되고, 후속하여, 층(102a) 위에 약 500Å 두께 캡 Mo 층(902a)의 증착이 이어진다.
강철 웨브(100)의 이면 측부 상으로 약 650 내지 900Å 두께의 산소 함유 Mo 층(102b)을 먼저 증착함으로써 샘플(1b)이 준비된다. 제 1 전극 층(200), CIGS 층(301), n-형 반도체 층(302) 및 제 2 전극 층(400)이 그후 웨브(100)의 전방 측부 위에 증착되고, 후속하여, 층(102b) 위에 약 500Å 두께의 캡 Mo 층(902b)이 증착된다. 산소 함유 Mo 층(102b)은 산소 분위기에서 강철 웨브의 이면 측부 상으로 Mo를 스퍼터링함으로써 증착된다. 스퍼터링 챔버로의 산소의 총 질량 유동은 산소 함유 Mo 층(102b)을 스퍼터링하는 단계 동안 15 내지 30 sccm이다.
샘플(1c)은 증착된 산소 함유 Mo 층(102c)이 샘플(1b)의 층(102b)보다 얇은 약 450 내지 700Å이라는 것을 제외하면, 샘플(1b)과 실질적으로 동일한 프로세스에 의해 준비된다.
오거 전자 분광검사(AES)가 샘플(1a 내지 1c)의 이면 측부 상에 수행된다. 웨브(100)의 이면 측부 위에 증착된 막의 구성요소의 깊이 프로파일이 그후 도 5a 내지 도 5c에서 추출 및 예시되어 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 샘플(1a)은 약 800Å의 총 이면 측부 Mo 층 두께를 포함한다. 층(102a) 및 캡 층(902a)의 계면은 가능하게는 층(102a)과 층(902a) 사이의 Mo, Fe 및 Se의 내부확산에 기인하여 분해될 수 없을 수 있다. 산소는 Mo 층(102a, 902) 전반에 걸쳐 검출되지 않는다. Se는 층(902a)의 표면 아래의 200Å까지에서 검출되며, Fe는 표면 아래 300Å로부터 시작하여 검출된다. 고도의 Fe 및 Se 혼합이 층(102a)과 웨브 기판(100)의 계면 및 층(102a)과 층(902a)의 계면에서 층(102a) 전반에 걸쳐 관찰된다. 이 깊이 프로파일은 실질적으로 산소가 없는 제 1 Mo 층(102a)은 CIGS 층(301)을 증착하는 단계 동안 FeSe 형성을 방지하기에 너무 얇다는 것을 제안한다.
도 5b를 참조하면, 샘플(1b)은 두께 500Å를 갖는 캡 Mo 층(902b)과 900Å 정도의 두께를 갖는 산소 함유 Mo 층(102b)을 포함한다. 산소 함량은 층(102b) 내에서 약 17%이며, 웨브 기판(100)과 층(102b)의 계면에서 25%의 정점에 도달한다. Se는 층(102b)과 층(902b)의 계면 부근에서 검출되며 산소 함유 Mo 층(102b) 내에 10%의 Se와 약 20%의 산소를 남기는, 프로세스 동안의 층(102b) 내로의 현저한 Se 확산을 보여준다. 그럼에도 불구하고, 산소 함유 Mo 층(102b)의 내부 부분은 여전히 실질적으로 Se가 없는 상태로 남아 있는다(~5% 미만). 또한, Se는 층(902b)의 표면 아래에서 400Å 내지 500Å으로부터 검출되지만 외부 부분에는 존재하지 않으며, 이는 층(902b)의 증착 동안 또는 이후 층(102b)으로부터 층(902b)으로의 이 Se의 확산에 의해 설명될 수 있다. 층(902b) 내에는 어떠한 Fe도 검출되지 않으며, 매우 낮은 수준의 Fe가 층(102b) 내에서, 그리고, 층(102b)과 층(902b)의 계면에서 검출되며, 이는 CIGS 층(301)의 증착 단계 동안의 FeSe 형성이 보호층(102b)에 의해 현저히 감소될 수 있다는 것을 제시한다.
도 5c로 돌아가서, 샘플(1c)은 약 700Å(샘플(1b)의 층(102b)보다 약 200Å 얇음)의 두께를 갖는 산소 함유 Mo 층(102c)을 포함한다. 산소 함유 Mo 층(102c)은 샘플(1b) 내의 층(102b)과 실질적으로 동일한 산소 농도를 가진다. 그러나, 더 높은 레벨의 Fe가 산소 함유 Mo 층(102c) 전반에 걸쳐 샘플(1c) 내에서 검출된다. 아마도, 샘플(1c) 내에 형성된 FeSe 입자의 양은 어떠한 보호층도 제 위치에 없는 나체 강철 웨브에 비해 감소될 수 있지만 샘플(1b) 내의 것에 비해 더 크다.
결론적으로, 바람직하게는 300Å 정도 또는 그보다 큰, 바람직하게는 500Å 정도 또는 그보다 큰, 바람직하게는 700Å 정도 또는 그보다 큰, 바람직하게는 900Å 정도 또는 그보다 큰 두께를 갖는 산소 함유 Mo 층이 CIGS 층(301)의 반응성 스퍼터링 동안 셀레늄 함유 가스와의 반응으로부터 강철 웨브의 이면 측부를 보호하고, 따라서, CIGS 층(301)을 증착하는 단계 동안 형성되는 FeSe 입자의 양을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
예 2
전술한 바와 같이, 온도는 최적의 전기적 및 기계적 특성을 갖는 고품질 CIGS 층의 증착을 위해 중요한 인자이다. 따라서, 일정한 온도 프로파일을 제공하도록 프로세스 동안 웨브 이면 측부의 방사율을 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
비제한적인 예 2에서, CIGS 증착 단계 이전(샘플 2b 및 2d) 및 이후(샘플 2a 및 2c)의 웨브 폭을 가로지른 반사율 프로파일이 연구된다. 샘플(2a)은 20 sccm의 산소 유량으로 Mo를 반응성 스퍼터링함으로써 증착된 강철 웨브의 이면 측부 위의 600Å 두께의 보호층을 포함하고, 후속하여 강철 웨브의 전방 측부 위에서의 CIGS 증착이 수행된다. 샘플(2b)은 20 sccm의 산소 유량으로 Mo를 반응성 스퍼터링함으로써 증착된 강철 웨브의 이면 측부 위의 600Å 두께의 보호층을 포함하고, 반사율 측정 이전에 어떠한 CIGS 증착도 수행되지 않는다. 샘플(2c)은 어떠한 산소 유동도 없이 Mo를 스퍼터링함으로써 증착된 강철 웨브의 이면 측부 위의 100Å 두께의 비도핑 Mo 층을 포함하고, 후속하여, 강철 웨브의 전방 측부 위에 CIGS 증착이 수행된다. 샘플(2d)은 어떠한 산소 유동도 없이 Mo를 스퍼터링함으로써 증착된 강철 웨브의 이면 측부 위의 100Å 두께의 비도핑 Mo 층을 포함하고, 반사율 측정 이전에 어떠한 CIGS 증착도 수행되지 않는다.
그후, 웨브 폭을 가로질러 2.0㎛의 파장에서의 총 반사율(R)이 Perkin-Elmer에 의해 제조된 UV/Vis/NIR 스펙트로미터의 모델인 Lamba-19에 의해 측정되고, 도 6a에 표시되었다. 스트립 번호는 반사율이 측정되는 영역의 상대적 위치를 지칭한다. 스트립 번호는 웨브의 저부로부터 시작하여 도 6b에 도시된 바와 같이 웨브의 상단까지 폭을 가로질러 증가한다. 도 6a의 라인(a 내지 d)은 각각 샘플(2a 내지 2d)에서 측정된 반사율을 나타낸다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 비도핑 Mo 보호층으로 덮인 웨브의 에지 영역(스트립 1-5 및 20-25)의 반사율은 CIGS 증착 이전(샘플 2d)의 약 0.7로부터 CIGS 이후(샘플 2c)의 약 0.45로 강하한다. 이 비균일성은 표면 상의 FeSe 입자 형성에 기인할 수 있다고 믿어진다. 웨브 에지의 온도는 CIGS 증착 동안의 반사율 변화에 기인하여 중앙 영역의 온도보다 약 20 내지 30℃ 더 높다. 웨브 길이를 가로지른 온도 프로파일도 CIGS 증착 동안의 지속적 반사율 변화에 기인하여 비균일해져서 깊이를 가로지른 CIGS 층의 부적합한 열화를 초래한다.
놀랍게도, 이면 측부가 산소 함유 Mo 보호층으로 덮여지면, CIGS 증착 이전(샘플 2b) 및 이후(샘플 2a)에 반사율이 실질적으로 동일하게 유지된다. 따라서, 산호 함유 Mo 보호층을 사용함으로써, CIGS 증착 동안 온도 프로파일을 실질적으로 일정하게 유지함으로써 웨브의 폭을 가로지른 조성 및 특성의 측면에서 균일한 CIGS 층의 증착을 가능하게 한다.
예 3
상술한 바와 같이, 웨브의 이면 측부 위에 산소 함유 Mo 층을 증착하는 다른 장점은 비도핑(즉, 비합금화된) Mo 또는 강철 같은 금속성 재료보다 산소 함유 Mo가 더 낮은 반사율(더 높은 방사율)을 갖는다는 것이다.
비제한적 예 3에서, 보호층은 산소를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 Mo를 스퍼터링함으로써 강철 웨브의 이면 측부 위에 증착된다. 산소의 유량은 증착된 보호층 내의 산소의 농도를 조율하고, 따라서, 이면 측부의 반사율을 조율하기 위해 변화된다(네 개의 샘플 각각에서 0, 10, 20, 30 sccm).
도 7은 2.0㎛의 파장에서 측정된 샘플의 이면 측부 반사율을 도시한다. 이면 측부 반사율은 산소 유량이 10 sccm으로부터 30 sccm으로 증가할 때(즉, 보호층 내의 산소 함량이 증가할 때) 0.7 초과로부터 0.5 미만으로 감소한다. 이러한 더 낮은 반사율은 기판이 더 많은 입사광을 흡수할 수 있게 하며, 따라서, 방사 가열기가 더 적은 전력으로 구동될 수 있게 함으로써, 프로세스의 에너지 및 비용 효율을 향상시킨다.
예 4
일부 스퍼터링 장치에서 비균일한 열 입력이 제공되면, 균일한 온도 프로파일을 제공하기 위해, 웨브의 폭을 가로지른 반사율의 비균일 프로파일을 갖는 보호층이 기판의 폭에 관한 가열 요소의 비균일 분포 같은 열 입력의 비균일성을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
비제한적 예 4에서, 보호층의 증착 단계는 비균질 산소 분압을 갖는 스퍼터링 분위기에서 Mo를 스퍼터링하는 단계를 포함한다. 일 에지가 지면을 향하는 상태로 수평 방향으로 이동하는 웨브의 상단 부근, 상부 중간, 하부 중간 및 저부 부분에 각각 위치하어 있는 네 개의 노즐을 통해 스퍼터링 챔버에 산소가 공급된다. 산소의 유량은 중앙 영역보다 에지 영역에서 더 높은 산소 농도를 얻도록 각각 15 sccm(상단 및 저부 노즐) 및 3 sccm(상부 중간 및 하부 중간 노즐)이 되도록 제어된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 웨브 폭을 가로지른 웨브 이면 측부의 방사율은 파장 대역(1.5 내지 2.0㎛, 2.0 내지 3.5㎛, 3.0 내지 4.0㎛, 4.0 내지 5.0㎛, 5.0 내지 10.0㎛, 10.0 내지 21.0㎛) 및 2.0㎛의 파장에서 측정된다. 4.0 내지 5.0㎛, 5.0 내지 10.0㎛ 및 10.0 내지 21.0㎛의 파장 대역에서 웨브 폭을 가로질러 방사율이 실질적으로 변하지 않지만, 이는 1.5 내지 2.0㎛, 2.0 내지 3.5㎛, 3.0 내지 4.0㎛의 파장 대역 및 2.0㎛에서는 산소 프로파일에 크게 의존한다.
에지 영역(예로서, 스트립 1-5 및 20-25)에서의 더 높은 방사율은 웨브 에지가 더 많은 입사광을 흡수할 수 있게 함으로써 비균일 열 손실 및/또는 비균일 방사원 배치에 기인한 열 입력의 비균일성을 보상한다. 예로서, 더 높은 에지 방사율은 에지에서보다 기판 중앙에 더 근접한 방사 가열원의 위치를 보상하기 위해 및/또는 웨브 에지에서의 더 큰 열 손실을 보상하기 위해 사용되어 에지에서의 개선된 열 커플링을 도출한다. 따라서, 웨브를 가로질러 균일하게 CIGS 층을 증착하기 위해 더 균일한 온도 프로파일이 얻어질 수 있다.
본 발명은 상술된, 그리고, 본 명세서에 예시된 실시예(들) 및 예(들)에 제한되지 않으며, 첨부 청구범위의 범주 내에 포함되는 임의의 그리고 모든 변형을 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 예로서, 청구범위 및 명세서로부터 명백한 바와 같이, 모든 방법 단계가 예시 또는 청구된 정확한 순서로 수행되어야만 하는 것은 아니며, 본 발명의 태양 전지의 적절한 형성을 가능하게 하는 임의의 순서로 수행될 수 있다.

Claims (66)

  1. 태양 전지(solar cell)에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 위치한 보호층으로서, 0.25보다 큰 제 1 방사율 및 상기 기판의 셀레늄 함유 가스와의 반응성보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 갖는, 보호층과,
    상기 기판의 제 2 표면 위에 위치한 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 위치하고, 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하는 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층과,
    상기 p-형 반도체 흡수층 위에 위치한 n-형 반도체 층과,
    상기 n-형 반도체 층 위의 제 2 전극을
    포함하고,
    상기 보호층은 조성, 두께, 밀도, 방사율 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 상기 제 1 전극과는 다른, 태양 전지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 방사율은 0.35보다 크고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 갖는, 태양 전지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 셀레늄 함유 가스와 실질적으로 반응하지 않는 재료를 포함하는, 태양 전지.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 보호층은 산소 또는 질소와 의도적으로 합금화된 적어도 하나의 금속 층을 포함하는, 태양 전지.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 보호층은 10%보다 큰 산소 원자 농도를 갖는 산소 함유 몰리브덴을 포함하는, 태양 전지.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 보호층은 10%보다 큰 질소 원자 농도를 갖는 질소 함유 몰리브덴을 포함하는, 태양 전지.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 산소 또는 질소를 실질적으로 포함하지 않는 몰리브덴을 포함하고,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 몰리브덴을 포함하는, 태양 전지.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 기판 위에 위치한 전이 금속 질화물 재료의 배리어 층을 더 포함하는, 태양 전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 방사율은 0.35보다 크고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 가지며,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 몰리브덴을 포함하고, 상기 제 1 전극은 산소나 질소가 실질적으로 포함되지 않은 몰리브덴을 포함하며,
    상기 보호층은 제 1 두께를 가지고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 두께와는 다른 제 2 두께를 가지고,
    상기 보호층은 제 1 밀도를 가지고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 두께와는 다른 제 2 밀도를 가지며,
    상기 보호층은 제 1 응력 상태를 가지고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 응력 상태와는 다른 제 2 응력 상태를 가지는, 태양 전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 방사율은 0.35보다 크고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 가지며,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 몰리브덴을 포함하고, 상기 제 1 전극은 산소 또는 질소가 실질적으로 포함되지 않은 몰리브덴을 포함하며,
    상기 보호층은 300 옹스트롬 내지 1000 옹스트롬의 제 1 두께를 가지고, 상기 제 1 전극은 5000 옹스트롬 내지 15000 옹스트롬의 제 2 두께를 가지며,
    상기 보호층은 제 1 밀도를 가지고, 상기 제 1 전극은 제 2 밀도를 가지고, 상기 제 1 밀도는 상기 제 2 밀도보다 적어도 30% 높고,
    상기 보호층은 인장 응력의 제 1 응력 상태를 가지고, 상기 제 1 전극은 압축 응력의 제 2 응력 상태를 가지는, 태양 전지.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 보호층은 적어도 하나의 탄소계 재료를 포함하는, 태양 전지.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 제 1 두께를 가지고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 두께와는 다른 제 2 두께를 갖는, 태양 전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 300 옹스트롬 내지 1000 옹스트롬이고,
    상기 제 2 두께는 5000 옹스트롬 내지 15000 옹스트롬인, 태양 전지.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 제 1 밀도를 가지고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 밀도와는 다른 제 2 밀도를 가지는, 태양 전지.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 밀도는 상기 제 2 밀도보다 적어도 30% 초과하는, 태양 전지.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 제 1 응력 상태를 가지고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 응력 상태와는 다른 제 2 응력 상태를 가지는, 태양 전지.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 응력 상태는 인장 응력이고, 상기 제 2 응력 상태는 압축 응력인, 태양 전지.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 스테인리스강, 티타늄 또는 알루미늄으로부터 선택된 금속 호일을 포함하고,
    상기 CIS계 금속 재료는 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 또는 구리 인듐 알루미늄 디셀레나이드로부터 선택되는, 태양 전지.
  19. 태양 전지를 제조하는 방법에 있어서,
    기판을 제조하는 단계와,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 보호층을 증착하는 단계로서, 상기 보호층은 0.25보다 큰 제 1 방사율 및 상기 기판의 셀레늄 함유 가스와의 반응성보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 갖는, 보호층을 증착하는 단계와,
    상기 기판의 제 2 표면 위에 제 1 전극을 증착하는 단계와,
    상기 제 1 전극 위에 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계로서, 상기 p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하는, p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계와,
    p-n 접합부를 형성하도록 상기 p-형 반도체 흡수층 위에 n-형 반도체 층을 증착하는 단계와,
    상기 n-형 반도체 층 위에 제 2 전극을 증착하는 단계를
    포함하고,
    상기 보호층은 조성, 두께, 밀도, 방사율 또는 응력 상태 중 적어도 하나가 상기 제 1 전극과는 다른, 태양 전지 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 보호층은 상기 셀레늄 함유 가스와 실질적으로 반응하지 않는 재료를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1 방사율은 0.35보다 크고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 전극을 증착하는 단계는 실질적으로 산소가 없는 스퍼터 분위기에서 전도성 타깃을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 보호층을 증착하는 단계는 적어도 20% 몰 백분율의 산소 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 금속 소스를 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 O2 또는 H2O인, 태양 전지 제조 방법.
  25. 제 19항에 있어서, 상기 보호층을 증착하는 단계는 5:1 미만의 아르곤 가스 대 산소 함유 가스의 몰 비율을 갖는 아르곤 가스 및 산소 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 금속 타깃을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  26. 제 19항에 있어서,
    상기 보호층을 증착하는 단계는 제 1 압력 하에서 전도성 소스를 스퍼터링하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 전극을 증착하는 단계는 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력 하에서 전도성 소스를 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 약 3 mTorr 이상이고, 상기 제 2 압력은 약 1.5 mTorr 이하인, 태양 전지 제조 방법.
  28. 제 19항에 있어서, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계는 아르곤 가스와 셀레늄 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 적어도 두 개의 전도성 소스로부터 반도체 흡수층을 반응성 교류(AC) 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전도성 소스 각각은 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하거나, 구리, 인듐 및 알루미늄을 포함하고,
    상기 셀레늄 함유 가스는 수소 셀레나이드를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 보호층은 상기 기판의 셀레늄 함유 가스와의 반응성보다 낮은 셀레늄 함유 가스와의 반응성을 가지고, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 동안 상기 셀레늄 함유 가스와 반응하는 것으로부터 상기 기판의 상기 제 1 표면을 보호하는, 태양 전지 제조 방법.
  31. 제 28항에 있어서,
    상기 기판은 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층의 증착 단계 동안 방사 가열기에 의해 적어도 500℃의 온도로 가열되고,
    상기 CIS계 합금 재료는 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 인듐 알루미늄 디셀레나이드 또는 그 조합으로부터 선택되는, 태양 전지 제조 방법.
  32. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 전극은,
    상기 기판 위에 배치된 전이 금속 질화물 재료의 배리어 층과,
    상기 배리어 층 위에 위치한 실질적으로 산소가 없는 몰리브덴 층을
    포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  33. 제 19항에 있어서, 상기 보호층은 0.35보다 큰 제 1 방사율을 갖는 적어도 하나의 탄소계 재료를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  34. 제 19항에 있어서, 상기 기판은 금속 호일을 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 얇은 금속 호일은 스테인리스강, 티타늄 또는 알루미늄으로부터 선택되는, 태양 전지 제조 방법.
  36. 제 19항에 있어서, 상기 보호층을 증착하는 단계, 상기 제 1 전극을 증착하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 증착하는 단계 및 상기 제 2 전극을 증착하는 단계는 동일 스퍼터링 장치 내에서의 스퍼터링에 의해 수행되는, 태양 전지 제조 방법.
  37. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1 방사율은 0.35보다 크고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 가지며,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 몰리브덴을 포함하고, 상기 제 1 전극은 산소 또는 질소가 실질적으로 없는 몰리브덴을 포함하며,
    상기 보호층은 제 1 두께를 가지고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 두께와는 다른 제 2 두께를 가지며,
    상기 보호층은 제 1 밀도를 가지고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 밀도와는 다른 제 2 밀도를 가지고,
    상기 보호층은 제 1 응력 상태를 가지며, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 응력 상태와는 다른 제 2 응력 상태를 가지는, 태양 전지 제조 방법.
  38. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1 방사율은 0.35보다 크고, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 방사율과는 다른 제 2 방사율을 가지고,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 몰리브덴을 포함하고, 상기 제 1 전극은 산소 또는 질소가 실질적으로 없는 몰리브덴을 포함하며,
    상기 보호층은 300 옹스트롬 내지 1000 옹스트롬의 제 1 두께를 가지고, 상기 제 1 전극은 5000 옹스트롬 내지 15000 옹스트롬의 제 2 두께를 가지며,
    상기 보호층은 제 1 밀도를 가지고, 상기 제 1 전극은 제 2 밀도를 가지며, 상기 제 1 밀도는 상기 제 2 밀도보다 적어도 30% 이상이고,
    상기 보호층은 인장 응력의 제 1 응력 상태를 가지며, 상기 제 1 전극은 압축 응력의 제 2 상태를 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  39. 제 36항에 있어서,
    상기 기판은 금속성 웨브 기판을 포함하고,
    상기 보호층을 증착하는 단계, 상기 제 1 전극을 증착하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 증착하는 단계 및 상기 제 2 전극을 증착하는 단계는 상기 보호층, 상기 제 1 전극의 하나 이상의 전도성 막, 상기 p-형 흡수층, 상기 n-형 반도체 층 및 상기 제 2 전극의 하나 이상의 전도성 막을 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈의 대응 프로세스모듈 내의 상기 기판 위에 스퍼터링하고, 동시에, 상기 웨브 기판이 상기 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통과하는 동안 입력 모듈부터 출력 모듈까지 상기 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통해 상기 금속성 웨브를 통과시키는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 보호층을 스퍼터링하는 단계, 상기 제 1 전극을 스퍼터링하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 스퍼터링하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 스퍼터링하는 단계 및 상기 제 2 전극을 스퍼터링하는 단계는 진공을 파괴시키지 않고 스퍼터링 장치 내에서 수행되는, 태양 전지 제조 방법.
  41. 태양 전지에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 위치한 보호층으로서, 상기 보호층의 방사율 프로파일은 상기 기판의 폭에 걸쳐 비균일한, 보호층과,
    상기 기판의 제 2 표면 위에 배치된 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 배치된 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층으로서, 상기 p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하는, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층과,
    상기 p-형 반도체 흡수층 위에 위치한 n-형 반도체 층과,
    상기 n-형 반도체 층 위의 제 2 전극을
    포함하는, 태양 전지.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나와 의도적으로 합금화된 적어도 하나의 금속 층을 포함하는, 태양 전지.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 보호층은 10%보다 큰 산소 원자 농도를 갖는 산소 합금화된 몰리브덴 층을 포함하는, 태양 전지.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 보호층은 비균일 산소 농도 프로파일을 갖는, 태양 전지.
  45. 제 41항에 있어서,
    상기 기판은 스테인리스강, 티타늄 또는 알루미늄으로부터 선택된 금속 호일을 포함하고,
    상기 CIS계 합금 재료는 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 또는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드로부터 선택되는, 태양 전지.
  46. 제 41항에 있어서, 상기 보호층은 중간보다 상기 보호층의 에지에서 더 높은 방사율을 갖는, 태양 전지.
  47. 태양 전지 제조 방법에 있어서,
    기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 보호층을 증착하는 단계로서, 상기 보호층의 방사율 프로파일은 비균일한, 보호층을 증착하는 단계와,
    상기 기판의 제 2 표면 위에 제 1 전극을 증착하는 단계와,
    상기 제 1 전극 위에 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계로서, 상기 p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하는, p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계와,
    p-n 접합부를 형성하도록 상기 p-형 반도체 흡수층 위에 n-형 반도체 층을 증착하는 단계와,
    상기 n-형 반도체 층 위에 제 2 전극을 증착하는 단계를
    포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 보호층은 비균일 산소 농도 프로파일을 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 보호층을 증착하는 단계는 적어도 10% 몰 백분율의 산소를 함유하는 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 금속 타깃을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  50. 제 47항에 있어서,
    상기 기판은 상기 보호층을 증착하는 단계, 상기 제 1 전극을 증착하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 증착하는 단계 및 상기 제 2 전극을 증착하는 단계 동안 적어도 하나의 방사 가열기에 의해 가열되고,
    상기 보호층을 증착하는 단계는 산소 함유 가스의 비균일 분포 프로파일을 갖는 스퍼터링 분위기에서 금속 타깃을 스퍼터링하는 단계를 포함하고,
    상기 산소 함유 가스의 상기 비균일 분포 프로파일은 상기 웨브를 가로질러 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 얻기 위해 상기 적어도 하나의 방사 가열기 및 에지 효과에 의해 제공되는 열의 비균일 프포파일을 보상하도록 구성되는, 태양 전지 제조 방법.
  51. 제 49항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 O2 또는 H2O인, 태양 전지 제조 방법.
  52. 제 47항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계는 아르곤 가스와 셀레늄 함유 가스를 포함하는 스퍼터링 분위기에서 적어도 두 개의 전도성 소스로부터 상기 반도체 흡수층을 반응성 교류(AC) 스퍼터링하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 전도성 소스 각각은 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하거나 구리, 인듐 및 알루미늄을 포함하고,
    상기 셀레늄 함유 가스는 셀레늄 또는 수소 셀레나이드를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  53. 제 52항에 있어서, 상기 보호층은 셀레늄 함유 가스와 실질적으로 반응하지 않고, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계 동안 상기 셀레늄 함유 가스와 상기 기판의 상기 제 1 표면이 실질적으로 반응하는 것을 방지하는, 태양 전지 제조 방법.
  54. 제 52항에 있어서,
    상기 기판은 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계 동안 적어도 하나의 방사 가열기에 의해 적어도 500℃의 온도로 가열되고,
    상기 CIS계 합금 재료는 구리 인듐 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 인듐 알루미늄 디셀레나이드 또는 그 조합으로부터 선택되는, 태양 전지 제조 방법.
  55. 제 47항에 있어서, 상기 기판은 스테인리스강, 티타늄 또는 알루미늄으로부터 선택된 금속 호일을 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  56. 제 47항에 있어서, 상기 보호층을 증착하는 단계, 상기 제 1 전극을 증착하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 증착하는 단계 및 상기 제 2 전극을 증착하는 단계는 동일 스퍼터링 장치 내에서의 스퍼터링에 의해 수행되는, 태양 전지 제조 방법.
  57. 제 56항에 있어서,
    상기 기판은 금속성 웨브 기판을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계와, 상기 n-형 반도체 층을 증착하는 단계와, 상기 제 2 전극을 증착하는 단계는 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈의 대응 프로세스 모듈 내의 기판 위에 상기 보호층, 상기 제 1 전극의 하나 이상의 전도성 막, 상기 p-형 흡수층, 상기 n-형 반도체 층 및 상기 제 2 전극의 하나 이상의 전도성 막을 스퍼터링하면서 동시에 상기 웨브 기판이 상기 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통해 통과하면서 입력 모듈로부터 출력 모듈로 연속적으로 연장하도록 상기 복수의 독립적으로 격리된, 연결된 프로세스 모듈을 통해 입력 모듈로부터 출력 모듈로 상기 금속성 웨브 기판을 통과시키는 단계를 포함하고,
    상기 보호층을 스퍼터링하는 단계, 상기 제 1 전극을 스퍼터링하는 단계, 상기 적어도 하나의 p-형 흡수층을 스퍼터링하는 단계, 상기 n-형 반도체 층을 스퍼터링하는 단계 및 제 2 전극을 스퍼터링하는 단계는 진공을 파괴시키지 않고 스퍼터링 장치 내에서 수행되는, 태양 전지 제조 방법.
  58. 태양 전지 제조 방법에 있어서,
    기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 보호층을 증착하는 단계와,
    상기 기판의 제 2 표면 위에 제 1 전극을 증착하는 단계와,
    상기 제 1 전극 위에 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계로서, 상기 p-형 반도체 흡수층은 구리 인듐 셀레나이드(CIS)계 합금 재료를 포함하는, 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계와,
    p-n 접합부를 형성하도록 상기 p-형 반도체 흡수층의 위에 n-형 반도체 층을 증착하는 단계와,
    상기 n-형 반도체 층 위에 제 2 전극을 증착하는 단계를
    포함하고,
    상기 보호층은 상기 적어도 하나의 p-형 반도체 흡수층을 증착하는 단계 동안 실질적으로 일정하게 유지되는 방사율을 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  59. 제 58항에 있어서, 상기 보호층은 0.25보다 큰 방사율을 갖는 적어도 하나의 탄소계 재료를 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  60. 제 58항에 있어서,
    상기 보호층은 산소 또는 질소 중 적어도 하나로 의도적으로 합금화된 적어도 하나의 전이 금속 층을 포함하고,
    상기 보호층은 0.25보다 큰 방사율을 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  61. 제 58항에 있어서, 상기 보호층은 10 원자%보다 많은 산소를 함유하는 사소 함유 몰리브덴 층을 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  62. 제 58항에 있어서, 상기 보호층의 방사율은 증착 비용의 감소 또는 사전결정된 기판 온도 중 적어도 하나를 제공하도록 조정되는, 태양 전지 제조 방법.
  63. 제 58항에 있어서, 상기 보호층의 방사율은 균일한 기판 온도를 제공하도록 조정되는, 태양 전지 제조 방법.
  64. 제 58항에 있어서, 상기 보호층의 방사율의 프로파일은 하나 이상의 방사 가열기 또는 에지 효과 중 적어도 하나에 의해 제공되는 열의 비균일성을 보상하도록 구성되는, 태양 전지 제조 방법.
  65. 제 58항에 있어서, 상기 보호층은 중간보다 상기 보호층의 에지에서 더 높은 산소 농도를 갖는, 태양 전지 제조 방법.
  66. 제 58항에 있어서, 상기 보호층의 방사율은 상기 보호층의 폭을 가로질러 균일한 프로파일을 갖는, 태양 전지 제조 방법.
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