KR20120044473A - 태양전지 박막 증착장치, 방법, 시스템 - Google Patents

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Abstract

태양전지 박막 증착장치, 방법, 시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 태양전지 박막 증착장치는 기판을 경계로 구분되는 복수 개의 단위 챔버; 복수 개의 단위 챔버에 증착가스를 독립적으로 주입시키기 위한 증착가스 주입부; 및 상기 단위 챔버 내에 각각 구비되며, 상기 주입된 증착가스를 분해하기 위한 분해 수단을 포함하며, 상기 기판의 양면 각각은 상기 복수 개의 단위 챔버로 노출되며, 본 발명에 따른 태양전지 박막 증착장치 및 이를 이용한 제조방법은 기판의 회전 없이 고정된 상태에서 기판의 양면 증착이 가능하게 한다. 따라서, 일면에 대해서 하나의 층만이 적층되는 종래 기술에 비하여, 요구되는 설비의 수가 획기적으로 줄 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 증착장치는 종래 기술에 비하여 경제성이 우수하다. 더 나아가, 증착공정의 수가 감소됨에 따라, 기판의 외부노출 시간을 또한 줄며, 그 결과 기판표면의 오염을 최소화할 수 있으며, 우수한 신뢰성을 갖는 태양전지의 제조가 가능하다.

Description

태양전지 박막 증착장치, 방법, 시스템{Apparatus, method and system for depositing layer of solar cell}
본 발명은 태양전지 박막 증착장치, 방법, 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 회전 없이 고정된 상태에서 기판의 양면 증착이 가능하므로, 경제성이 우수하고, 또한 기판의 외부노출 시간을 줄여 기판표면의 오염을 최소화할 수 있는 새로운 태양전지 박막 증착장치, 방법, 시스템에 관한 것이다.
최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신?재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다. 변환효율을 높이기 위해서 여러가지 연구가 행해지고 있으며, 높은 광흡수 계수를 갖는 박막을 태양전지에 포함시킴으로써 변환효율을 높이고자 하는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 효율 증가를 위한 새로운 시도록 태양전지의 양면 활용 기술이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 기판의 회전 없이 고정된 상태에서 기판의 양면 증착이 가능하므로, 경제성이 우수하고, 또한 기판의 외부노출 시간을 줄여 기판표면의 오염을 최소화할 수 있는 새로운 태양전지 박막 증착장치 및 시스템 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지 박막 증착장치로서, 기판을 경계로 구분되는 복수 개의 단위 챔버; 복수 개의 단위 챔버에 증착가스를 독립적으로 주입시키기 위한 증착가스 주입부; 및 상기 단위 챔버 내에 각각 구비되며, 상기 주입된 증착가스를 분해하기 위한 분해 수단을 포함하며, 상기 기판의 양면 각각은 상기 복수 개의 단위 챔버로 노출되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 장치는 두 개의 단위 챔버를 포함하며, 상기 단위 챔버는 상기 기판 및 상기 기판을 지지하는 지지부에 의하여 분획된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 분해 수단은 상기 기판의 일 측으로부터 소정 간격으로 이격된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 분해 수단은 열선 또는 플라즈마 발생부이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증착가스는 실란, 수소를 포함하며, 증착되는 박막에 따라 도핑가스를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 박막 증착장치를 복수 개 구비하며, 상기 복수 개의 증착장치에 의하여 동일 기판에 대한 순차적인 박막 증착 공정이 진행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 박막 증착 시스템은 소정 간격으로 이격된, 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 박막 증착장치; 및 상기 박막 증착장치를 지나는 기판 이송 수단을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복수 개의 박막 증착장치에 의한 증착 공정이 진행됨에 따라 상기 기판의 양 측면에 박막이 동시에 또는 순차적으로 증착된다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지 기판의 양면 상에 증착 가스를 주입하는 단계; 및 상기 주입된 증착 가스를 분해하여 상기 기판 양면에 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증착 가스는 상기 기판을 경계로 분획된 단위챔버로 주입되며, 상기 기판은 상기 단위챔버의 경계면을 구성한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증착가스는 상기 단위 챔버에 독립적으로 주입되며, 상기 증착공정 중 상기 기판은 회전하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 기판은 제 1형 불순물이 도핑된 실리콘 태양전지일 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 박막 증착장치 및 이를 이용한 제조방법은 기판의 회전 없이 고정된 상태에서 기판의 양면 증착이 가능하게 한다. 따라서, 일면에 대해서 하나의 층만이 적층되는 종래 기술에 비하여, 요구되는 설비의 수가 획기적으로 줄 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 증착장치는 종래 기술에 비하여 경제성이 우수하다. 더 나아가, 증착공정의 수가 감소됨에 따라, 기판의 외부노출 시간을 또한 줄며, 그 결과 기판표면의 오염을 최소화할 수 있으며, 우수한 신뢰성을 갖는 태양전지의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 박막 증착장치의 모식도이다.
도 2a 및 2b는 각각 기판을 수평, 수직으로 구성한 증착장치의 단면도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 증착장치를 이용한 기판 양면의 박막 증착방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2a에 도시된 증착장치를 이용한 기판 양면의 박막 증착방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치를 이용하여 두 개의 층을 기판 양면으로 적층시키는 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 증착 공정을 포함하는 태양전지 제조방법의 단계도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지 기판에 대한 박막 증착을 하나의 챔버에서 기판 양면으로 진행하는 박막 증착장치 및 태양전지 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 박막 증착장치의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 박막 증착장치, 보다 구체적으로는 증착장치의 챔버(100)는 복수 개의 단위 챔버를 포함하는데, 도 1에서는 두 개의 단위 챔버(110a, 110b)를 포함하는 증착장치가 도시된다. 상기 두 개의 단위챔버(110a, 110b)에는 증착을 위한 반응가스(G1, G2)가 유입되는 별도의 증착가스 주입부(120)가 구비된다. 따라서, 기판 양면으로 주입되는 가스를 위한 상기 증착가스 주입부(120)는 두 단위챔버에 독립적으로 구비되어, 동일하거나 상이한 종류의 증착가스가 두 단위챔버(110a, 110b)로 각각 주입되는 통로가 될 수 있다. 또한, 기판의 수직면뿐만 아니라, 측면에서도 주입가능하며, 이 경우 노즐 형태의 증착가스 주입부(120)가 사용될 수 있다. 대면적 기판인 경우, 기판 전체로의 균일한 분산이 매주 중요하므로, 상기 증착가스 주입부(120)은 샤워노즐 형태일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상기 박막 증착장치는 두 개의 단위챔버를 구분하는 경계로 기판(W)을 사용하며, 이로써 상기 기판(W)의 양면은 상기 두 개의 단위챔버(110a, 110b)에 모두 노출된다. 즉, 본 발명에 따른 태양전지 박막 증착장치는 기판(W)을 두 단위챔버(110a, 110b) 격벽의 일부로 사용하며, 상기 두 개의 단위챔버(110a, 110b)는 기판(W) 및 상기 기판을 지지하는 지지부(140)에 의하여 분획될 수 있다.
본 발명에 따른 증착장치는 두 개의 단위챔버(110a, 110b)로 주입된 동일하거나, 상이한 종류의 증착가스(G1, G2)를 분해하기 위한 분해수단(130)을 더 포함할 수 있다. 상기 분해수단(130)은 두 개의 단위챔버(110a, 110b)에 각각 구비되며, 두 기판의 경계에 위치한 기판(W)과 소정간격으로 이격된다. 상기 증착가스 분해수단(130)은 주입된 증착가스를 분해하여, 기판(W) 표면상에 박막을 적층시키게 한다. 도 1에서는 열선을 상기 증착가스 분해수단(130)으로 사용하였으나, rf, 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 발생부가 상기 증착가스 분해수단(130)으로도 사용될 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증착가스는 실리콘 박막을 형성하기 위한 실란, 수소를 포함하며, 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 적절한 도핑가스를 더 포함할 수 있다. 더 나아가, 투명 전극물질 등과 같은 태양전지의 요소 소자층을 적층하기 위한 가스로서, 상술한 증착가스 분해수단(130)에 의하여 분해되는 임의의 모든 가스가 본 발명의 증착가스에 속한다.
도 2a 및 2b는 각각 기판을 수평, 수직으로 구성한 증착장치의 단면도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 두 개의 단위챔버(110a, 110b)는 수직 또는 수평으로 구성되며, 단위챔버(110a, 110b)의 경계면 전부 또는 일부는 증착대상인 기판(W)이 된다. 따라서, 단위챔버(110a, 110b) 경계를 구성하는 기판의 양면이 단위챔버 각각에 노출된다.
도 3은 도 2a에 도시된 증착장치를 이용한 기판 양면의 박막 증착방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 두 개의 단위챔버(110a, 110b)의 경계 격벽 중 일부는 증착대상인 기판(W)이 되며, 상기 기판(W)은 기판의 끝을 잡음으로써 기판 전체를 고정, 지지하는 지지부(140)와 결속된다.
증착가스 주입부(120)를 통하여 주입된 증착가스(G1, G2)는 각각 별도의 분해수단(130)에 의하여 분해된 후, 기판의 상부면과 하부면에 증착되어, 박막 S1, S2를 구성한다. 바람직하게는 각 단위챔버로의 가스 주입과 박막 증착은 동시에 진행되나, 순차적인 진행 방식이어도 무방하다. 하지만, 적어도 본 발명에 따른 박막 증착장치 및 방법은 기판을 뒤집기 위한 회전 수단과 회전 단계가 불필요하며, 이를 통하여, 기판의 오염과 기판에 대한 기계적 부담을 감소시킬 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치를 이용하여 두 개의 층을 기판 양면으로 적층시키는 단계를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4c를 참조하면, 먼저 베어 기판(W)에 제 1 박막(410)을 기판 양면에 적층하는데, 이때 상기 양면 박막 적층은 상술한 본 발명의 증착장치 및 방법을 사용하므로, 기판을 뒤집는 별도의 회전수단과 이를 이용한 회전단계가 사용되지 않는다.
제 1 박막(410)이 양면에 적층된 기판을 또 다른 증착장치로 이송시키고, 상기 이송된 기판에 대한 또 다른 양면 증착공정을 진행한다. 이로써 제 2 박막(420)이 상기 제 1 박막(410) 위로 적층되며, 상기 제 2 박막(420)은 기판 양면으로 적층된다. 하지만, 이와 달리 동일 챔버에서 복수의 양면 적층 또한 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명은 상술한 박막 증착장치를 연속적으로 복수 개 구비하는 박막 증착 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 박막 증착 시스템은 소정 간격으로 이격되며, 연속적으로 기판이 지남으로써 공정이 진행되는 박막 증착장치를 포함하며, 상기 박막 증착장치 사이에는 기판 이송 수단이 구비된다. 또한 각각의 박막 증착장치에는 독립적으로 제어되는 공정가스 유입라인이 대상 기판의 양측으로 연결된다. 따라서, 복수 개의 박막 증착장치에 의한 증착 공정이 진행됨에 따라 상기 기판의 양 측면에 박막이 동시에 또는 순차적으로 증착된다.
도 5는 본 발명에 따른 증착 공정을 포함하는 태양전지 제조방법의 단계도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법은 태양전지 기판의 양면으로 증착가스를 주입하고, 주입된 증착가스를 별도의 분해수단으로 분해한 후, 분해된 반응가스를 기판에 증착시켜, 기판 상에 박막을 증착, 제조한다.
이때 상기 기판은 증착가스가 주입되는 단위챔버의 경계벽의 일부 또는 전부를 구성하며, 상기 단위챔버는 상기 기판을 경계로 분획된다. 기판이 경계를 일부 또는 전부 구성하는 두 개의 단위챔버로 주입되는 증착가스는 상기 단위 챔버에 독립적인 방식으로 주입될 수 있다. 즉, 동일한 종류 또는 상이한 종류의 증착가스가 두 단위챔버로 동시에 또는 순차적으로 주입될 수 있으며, 이때의 주입속도와 압력 등은 챔버별로 제어될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 태양전지 박막 증착장치로서,
    기판을 경계로 구분되는 복수 개의 단위 챔버;
    복수 개의 단위 챔버에 증착가스를 독립적으로 주입시키기 위한 증착가스 주입부; 및
    상기 단위 챔버 내에 각각 구비되며, 상기 주입된 증착가스를 분해하기 위한 분해 수단을 포함하며, 상기 기판의 양면 각각은 상기 복수 개의 단위 챔버로 노출되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 두 개의 단위 챔버를 포함하며, 상기 단위 챔버는 상기 기판 및 상기 기판을 지지하는 지지부에 의하여 분획되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분해 수단은 상기 기판의 일 측으로부터 소정 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분해 수단은 열선 또는 플라즈마 발생부인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 박막 증착장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 증착가스는 실란, 수소를 포함하며, 증착되는 박막에 따라 도핑가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 박막 증착장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 박막 증착장치를 복수 개 구비하며, 상기 복수 개의 증착장치에 의하여 동일 기판에 대한 순차적인 박막 증착 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 박막 증착 시스템은
    소정 간격으로 이격된, 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 박막 증착장치; 및
    상기 박막 증착장치를 지나는 기판 이송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 복수 개의 박막 증착장치에 의한 증착 공정이 진행됨에 따라 상기 기판의 양 측면에 박막이 동시에 또는 순차적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 박막 증착 시스템.
  9. 태양전지 기판의 양면 상에 증착 가스를 주입하는 단계; 및
    상기 주입된 증착 가스를 분해하여 상기 기판 양면에 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 증착 가스는 상기 기판을 경계로 분획된 단위챔버로 주입되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 단위챔버의 경계면을 구성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 증착가스는 상기 단위 챔버에 독립적으로 주입되며, 상기 증착공정 중 상기 기판은 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판은 제 1형 불순물이 도핑된 실리콘 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
  14. 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 태양전지.




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