KR20120052839A - Solar cells made of silicon deposition gas and mechanical - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체, 태양전지의 빠르게 발전하고 있는 분야의 중요 소재인 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다. 종래에는 정제된 실리콘을 챔버내부의 용해로에서 용해하여 원하는 불순물을 소량 첨가하여 웨이퍼의 성격을 결정짓는다. 그런 다음 종래에는 궤 모양의 틀에 용해 실리콘을 붓고 굳혀 다 결정 사각기둥을 만들거나, 또는 씨앗을 사용하여 용해 챔버에서 성장시켜, 단결정 잉 곳을 만든 다음 와이어 컷팅으로 두께 약 200um내외의 다 결정 및 단결정 웨이퍼를 만들고 있다. 또한 실리콘 박막으로 유리 기판을 사용하여 저온 수백도 온도에서 비정질 실리콘을 증착하는 으로 대면적 태양전지를 만들고 있으나 결정질 태양전지에 비행 효율이 낮고 장시간의 사용에 따른 신뢰성이 다소 떨어지는 단점이 있다. The present invention relates to a silicon wafer, which is an important material in a rapidly developing field of semiconductors and solar cells. Conventionally, purified silicon is dissolved in a melting furnace inside a chamber to add a small amount of desired impurities to determine the nature of the wafer. Then, conventionally, melted silicon is poured into a bin-shaped mold and solidified to form a polycrystalline square column, or grown using a seed in a melting chamber, to form a single crystal ingot, and then wire cutting to determine polycrystalline and You are making a single crystal wafer. In addition, large-area solar cells are made by depositing amorphous silicon at low temperatures of several hundred degrees by using glass substrates as silicon thin films. However, they have low flying efficiency and low reliability due to long-term use in crystalline solar cells.
반도체 분야는 고부가가치의 산업이기 때문에 실리콘 웨이퍼의 가격은 크게 영향을 받지 않지만, 태양전지 시장은 비슷한 에너지 변환효율을 가진 제품이라면 가격싸움에서 승패가 좌우되기 때문에 가격 경쟁력까지 갖추어야 한다. 그렇기 때문에 공정을 줄이는 노력이 필요하고, 소재를 줄이는 노력이 절실히 필요하며, 이는 곳 경쟁사에 최대의 무기로 작용할 수 있다.Since the semiconductor industry is a high value-added industry, the price of silicon wafers is not largely affected. However, the solar cell market must have price competitiveness if the products with similar energy conversion efficiencies depend on the price battle. Therefore, efforts to reduce the process and efforts to reduce the material are urgently needed, which can be the greatest weapon for the competitors.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다. TCS로부터 태양전지의 중간 공정인 폴리실리콘제조, 잉곳제조, 잉곳슬라이스, 웨이퍼표면처리, 도핑, 과 같은 공정을 없애고 바로 태양전지를 만드는 것이며, 특히 태양전지의 웨이퍼의 두께를 현저히 줄이는데 있다.The problem to be solved in the present invention is as follows. TCS eliminates processes such as polysilicon manufacturing, ingot manufacturing, ingot slice, wafer surface treatment, doping, etc., which are intermediate processes of solar cells, and makes solar cells directly. In particular, the thickness of solar cell wafers is significantly reduced.
본 발명에서 해결수단은 폴리실리콘의 전단계인 실리콘의 중간 제조 중요 소재인 모노실란가스(SiH4), 사염화실란가스(SiHCl3)등의 가스로 연속 증착법으로, 폴리 실리콘을 만드는 것이 아니라, 바로 태양전지를 만든다.In the present invention, the solution is not to make polysilicon by continuous deposition method of gas such as monosilane gas (SiH4), tetrasilane silane gas (SiHCl3), which is an important material for the intermediate production of silicon, which is a preliminary step of polysilicon. Make.
본 발명의 가장 큰 효과는 궤 모양의 다 결정 실리콘 성형과, 단결정 잉곳 과정과, 절단공정이 없는 것으로 공정이 단순화되고, 버려지는 소재가 없기 때문에 가격을 저렴하게 할 수 있어 경쟁사와 가격 경쟁력을 가진다. 뿐만 아니라, 웨이퍼의 두께를 100um의 이하로 만들 수 있는 장점도 가진다.The greatest effect of the present invention is that the process can be simplified because there is no bin-shaped polycrystalline silicon molding, single crystal ingot process, and no cutting process, and since there is no material to be discarded, the price can be lowered and it is competitive with competitors. . In addition, there is an advantage that the thickness of the wafer can be made less than 100um.
도 1은 태양전지증착기계(100)의 배면 사시도.
도 2는 태양전지증착기계(100)의 전면 사시도.
도 3은 도 2에서 벨트작업대(20)의 a부를 전면에서 배면으로 단면도를 확대하여 보인 도면.
도 4는 도 3에서 벨트작업대(20)의 챔버기밀홈(35), 챔버기밀홈(36)에 안전챔버(70), N형실리콘증착챔버(82)의 조립의 구성을 보인 단면도.
도 5는 도 2에서 안전챔버(70)를 분해하여 보인 일부 투시 도면과, 증착챔버수단(85)을 투시하여 보인 사시도.
도 6은 태양전지증착기계(100)의 정면 투시도.
도 7의 h는 분말프린터(60)로 실리콘 분말 프린팅 작업을 하는것과, j는 그 작업으로 프린팅된 금속벨트(49)위에 프린팅분말(60c)을 하여 보인 단면도.
도 8에서 k는 전극증착챔버(80)로 전극을 증차과정을 보인 도면과, m은 프린팅분말(60c)위에 전극증착(80c)을 하여 보인 단면도.
도 9에서 n은 P형실리콘증착챔버(81)로 P형 실리콘을 증착하는 과정과, o는 전극증착(80c)위에 P형실리콘증착(81c)을 보인 단면도.
도 10에서 p는 N형실리콘증착챔버(82)로 N형 실리콘을 증착하는 과정과, q는 P형실리콘증착(81c)위에 N형실리콘(82c)을 보인 단면도.
도 11에서 r은 반사방지막증착챔버(83)로 반사방지막 증착하는 과정과, s는 N형실리콘(82c)위에 반사방지막(83c)을 보인 단면도.
도 12에서 t는 전극증착챔버(84)로 전극을 증착하는 과정과, u는 반사방지막(83c)위에 전극증착(84c)을 보인 단면도.
도 13에서 v는 증착챔버수단(85)을 보인 도면과, w는 만들어진 태양전지를 절단하고 적재하는 과정을 보인 도면.
도 14는 기판수단(64)을 보인 도면과, 일부 확대도면.
도 15는 기판수단(64), 가열기판(65), 을 보인 도면과 일부 확대도면.
도 16은 롤기판(66), 롤태양전지(69)을 보인 도면.
도 17은 두 장의 금속 박막 기판을 공급하는 것을 보인 도면.1 is a rear perspective view of a solar
2 is a front perspective view of the solar
3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the
Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the assembly of the
5 is a partial perspective view showing the disassembled
6 is a front perspective view of a solar
7 h is a silicon powder printing operation with the
8 is a view showing the process of increasing the electrode to the
In Figure 9, n is a process of depositing P-type silicon into the P-type
In Figure 10, p is a process of depositing the N-type silicon into the N-type
In Figure 11, r is the process of the anti-reflection film deposition to the anti-reflection
In Figure 12, t is a process of depositing the electrode to the
In Figure 13 v is a view showing the deposition chamber means 85, and w is a view showing a process of cutting and loading the solar cell made.
14 is a view showing the substrate means 64, and partly an enlarged view.
15 is a view showing the substrate means 64, the
16 shows a
FIG. 17 shows two metal thin film substrates;
이하 본 발명의 구성 및 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 태양전지증착기계(100)의 배면 사시도 이고, 도 2는 태양전지증착기계(100)의 전면 사시도 이다. 도 1, 도 2에서 태양전지증착기계(100)의 구조를 설명한다. 좌측에서 우측으로 긴 바닥판(10)의 위에 수직으로 세운 좌측지주(11), 중간지주(12), 우측지주(13)가 구비되고, 상단부에 그들을 잇는 상단지주(14)로 연결되어 있다. 바닥판(10)의 하단부에는 도면에는 도시되지 않았지만 진동을 방지하는 방진고정판을 다수 발판으로 사용할 수 있다. 상단지주(14)의 양끝 부의 상단좌측롤러구성부(16)에는 전극롤러(41)가 구비되고, 상단우측롤러구성부(17)에는 전극롤러(42)가 구비된다. 전극롤러(41), 전극롤러(42)는 자체가 전극으로 사용하기 위하여 전류가 잘 통하는 소재수단으로 하고, 또한 높은 열이 열전도 되므로 열에 견딜 수 있어야하며, 또한 화학적으로 안정적이어야 한다. 따라서 상기 소재로는 금속 수단으로 하며, 특히 화학적으로 안정적인 스테인리스 316 소재가 좋다. 하지만, 모든 금속 소재를 사용할 수 있음을 밝혀둔다. 전극롤러(41), 전극회전축(41a), 전극롤러(42), 전극회전축(42a)은 좌측지주(11), 중간지주(12), 우측지주(13), 상단지주(14)에 전기적으로 절연되어 있으며, 상단지주(14)의 양 단에 각 각 구비된 단자박스(42b), 단자박스(42b)에서 전극리시버(41c), 전극리시버(42c)로 전류를 공급받는다. 결과적으로 전극롤러(41)에는 플러스 전원, 전극롤러(42)에는 마이너스 전원의 낮은 전압에 높은 전류가 흐르게 되며 경우에 따라서 전원의 극성은 바뀔 수 있다. 중간지주(12), 우측지주(13)의 중간부 일측에 각 각 연결롤러(43), 구동롤러(44)를 구비하였으며, 전극롤러(41), 전극롤러(42), 연결롤러(43)는 베어링에 의한 무동력, 무 부하 회전을 할 수 있는 구조의 롤러 수단이며, 연결롤러(43)는 도시되지 않았지만 장력을 조절할 수 있는 것으로도 한다. 구동롤러(44)는 그 회전축에 구동모터(47)가 일체로 구비되며, 감속기능과, 정밀제어용의 서보모터가 바람직하다. 전극롤러(41), 전극롤러(42), 연결롤러(43), 구동롤러(44)에 금속벨트(49)를 둘러 장력 조절로 팽팽한 연결을 할 수 있으며, 구동모터(47)의 구동회전으로 구동롤러(44)가 회전하는 것으로 금속벨트(49)가 회전 이송된다. 아래에서 자세히 설명되겠지만, 잠깐 언급하면, 전극롤러(41)와, 전극롤러(42)에 전원을 인가하여 전류를 흘러주면, 전극롤러(41)와 전극롤러(42)의 거리가 상대적으로 짧은 윗면이 전기 저항이 작기 때문에 많은 전류가 흘러 발열 되어 고온으로 가열된다. 그러나 윗면에 비해 상대적으로 길이가 긴 아래의 벨트는 전기저항이 커서 전류가 많이 흐르지 않아 저온으로 크게 높은 온도로 발열 되지 않는다. 중간지주(12)와 우측지주(13)의 중간부의 일측에 서로 연결되는 지주수단(50)을 가로로 연결 구비하고, 세정브러시(53), 세정브러시(56), 세정브러시(59)을 구비하고, 각 각 구동모터(52), 구동모터(55), 구동모터(58)로 회전 구동할 수 있도록 구비되며, 그들의 구동으로 각 세정브러시는 회전 이송되는 금속벨트(49)를 세정할 수 있는 것으로 한다. 각 세정브러시(53), 세정브러시(56), 세정브러시(59)의 하단부에는 세정조(51), 세정조(54), 세정조(57)를 구비하고 필요할 경우 화학약품이나, 깨끗한 물을 순환시킬 수 있도록 한다. 전극롤러(41), 구동롤러(44)에 걸친 구간의 금속벨트(49)는 건조되는 구간이다. 전극롤러(41), 전극롤러(42)의 사이에 벨트작업대(20)가 상단지주(14)에 고정되어 구비되는바, 그 단면을 보면 다음과 같다. 도 3에서 보는 바와 같이 도 2에서 벨트작업대(20)의 a부를 전면에서 배면으로 단면도를 확대하여 보인 도면으로, 이하 자세히 설명한다. 벨트작업대(20)는 금속수단이 바람직하며, 석영성형판(30)은 석영유리로서 그 사용온도가 1000도 이상의 온도에서 사용할 수 있는 것으로 한다. 접합부(25)에서 볼트 수단으로 조립하여 사용하며, 벨트작업대(20)에는 냉각 기능의 냉각파이프수단(22)이 구비된 것으로 하여, 석영성형판(30)에 열을 흡수하여 냉각하는 것이 목적이다. 석영성형판(30)의 윗면에는 벨트홈(31)이 구비되어 그 넓이는 금속벨트(49)의 폭과 같고 높이는 금속벨트(49)의 두께와 같거나 또는 조금 낮은 것으로 하여, 금속벨트(49)가 벨트홈(31)안에 구비되어 조립되며, 회전 이송될 수 있는 것으로 하며, 또는 때에 따라, 벨트홈(31)을 없이 석영성형판(30)을 구비하여 그 윗면에 금속벨트(49)가 놓여서 구비될 수도 있다. 그러나 본 발명에서 도시는 벨트홈(31)을 구비하고 설명한다. 벨트홈(31), 금속벨트(49)의 폭이 만들고자 하는 태양전지의 폭과 같다. 대면적의 태양전지를 만들 고자 할 때는 벨트홈(31), 금속벨트(49)와 그에 구비되는 구성들의 폭이 커져야 함은 당연하다. 석영성형판(30)의 폭에 대한 양쪽의 끝 부의 근처에는 챔버기밀홈(35), 챔버기밀홈(36)이 각 각 구비되어 있어, 이하 설명되는 안전챔버(70)를 포함한 전극증착챔버(80), P형실리콘증착챔버(81), N형실리콘증착챔버(82), 반사방지막증착챔버(83), 전극증착챔버(84), 증착챔버수단(85)의 하단부의 가장자리가 조립되어 기밀이 되는 홈 수단이다. 도 4는 도 3에서 벨트작업대(20)의 챔버기밀홈(35), 챔버기밀홈(36)에 안전챔버(70), N형실리콘증착챔버(82)의 조립의 구성을 보인 단면도이며, N형실리콘증착챔버(82), 안전챔버(70)의 하단부 가장자리가 상기 설명된 홈 부에 조립되어 있는 도시이다. 본 발명의 도면에 도시가 생략되었지만, 석영성형판(30)은 벨트작업대(20)에 볼트 수단으로 조립되며, 석영성형판(30)이 조립된 벨트작업대(20)는 상단지주(14)에 볼트 수단으로 조립고정된다. 도 5는 도 2에서 안전챔버(70)를 분해하여 보인 일부 투시 도면과, 증착챔버수단(85)을 보인 사시 도이며, 도 6은 태양전지증착기계(100)의 정면 투시도이며, 도 5, 도 6에서 이하 설명한다. 석영성형판(30)의 윗면에 상단좌측롤러구성부(16)에서부터 차례대로, 프린팅분말(60c), 전극증착챔버(80), P형실리콘증착챔버(81), N형실리콘증착챔버(82), 반사방지막증착챔버(83), 전극증착챔버(84), 증착챔버수단(85)을 조립하여 보였으며, 모두 하단부의 가장자리가 챔버기밀홈(35)에 조립되어 기밀을 요하게 되며, 특성상 금속벨트(49)가 지나가는 b, c에서는 기밀이 되지 않는다. 그래서 완전 보완장치로 안전챔버(70)로 전극증착챔버(80), P형실리콘증착챔버(81), N형실리콘증착챔버(82), 반사방지막증착챔버(83), 전극증착챔버(84), 증착챔버수단(85)등을 모두 덮는 구조의 안정장치를 하였으며, 그 실시예를 상세히 설명한다. 금속벨트(49)를 시계 방향으로 일정한 속도로 회전 이송시키고, 전극롤러(41)에 플러스전압, 전극롤러(42)에 마이너스 전압을 인가하여 저전압에 높은 암페어의 전류를 흘려 준다. 그러면 전극롤러(41)와 전극롤러(42)의 구간의 석영성형판(30)의 벨트홈(31)에 삽입되어 이송되는 금속벨트(49)수단이 가열된다. 그 가열 온도는 전극롤러(41)에 플러스전압, 전극롤러(42)에 흐르는 전압과 전류에 따라 온도를 조절할 수 있다. 본 발명에서는 약 1000도 내외의 온도에서 작업을 하게 된다. 정확하게는 400도부터 1200도의 온도 범위에서 하는 것이 좋으며 그 범위에서 할 수 있는 것으로 한다. 도 7의 h에서 분말프린터(60)로 실리콘 분말 프린팅 작업을 하는 것으로 분말프린터(60)의 데벌로퍼롤러(63)에 마이너스 성분을 띠게 하여 분말이 데벌로퍼롤러(63)에 의해 나오면서 마이너스 성질을 가져 플러스 성질을 띠고 있는 금속벨트(49)에 달라붙게 되어 표면에 올라앉게 된다. 분말프린터(60)의 내부공간부(62)에 들어 있는 나노 분말은 실리콘나노분말(60c)이다. 즉 레이저 인쇄기 원리로 금속벨트(49)의 표면에 실리콘나노분말(60c) 코팅한다. 실리콘나노분말(60c)의 역할은 금속벨트(49)위에 태양전지를 연속적으로 증착 구비하는 공정 끝에서 만들어진 태양전지를 금속벨트(49)에서 쉽게 떼어내야 하는바, 만약, 금속벨트(49)위에 바로 증착을 하여 태양전지를 구비하면, 금속벨트(49)가 기판수단으로 태양전지가 그 위에 증착이 되기 때문에 서로 일체화되어 절대 분리할 수가 없어 연속적인 작업을 할 수가게 된다. 따라서 쉽게 만들어진 태양전지를 분리하기 위하여, 먼저 실리콘나노분말(60)을 금속벨트(49)의 표면에 인쇄하는 것이다. 도시되지 않았지만, 마이너스 성질을 가진 고열의 롤러를 사용하여 실리콘나노분말(60c)을 금속벨트(49)의 표면에 눌러 줄 수 있다. 또한, 실리콘나노분말(60c)의 소재가 흑연분말, 카본 분말, 은나노, 금나노, 동의 소재로도 사용할 수 있으며, 또한 알루미늄분말, 등을 포함하여 모든 금속의 분말을 사용할 수 있는 것으로 하며, 알루미나를 포함한 모든 세라믹 분말을 사용할 수 있음도 밝혀둔다. 만약 분말소재가 금속의 분말을 포함한 전기전도가 있는 분말이라면 전극 제로 사용되기 때문에 이상적이다. 따라서 본 발명에 소개되는 기계로 폴리실리콘을 만드는 것이라면 실리콘 분말을 인쇄하는 것이 필수이지만 태양전지를 만드는 것이라면 금속 분말을 인쇄하는 것이 바람직하다. 분말프린터(60)의 대신 분말을 흩뿌릴 수 있으며, 또는 호퍼에서 분말을 흘리고 롤러수단이나, 가로로 높낮이 조절이 가능한 막대 수단으로 분말소재의 높이를 일정하게 맞추어 사용할 있다. 상기 분말소재는 다음 공정에 따라 선택될 수 있다. 즉 다음 공정에 특성에 따라 오염문제, 특성문제를 일으키지 않은 조건을 갖추어야 한다. 본 발명에서는 다음 공정이 전극 증착이기 때문에 상기에 언급한 모든 소재를 사용할 수 있다. 실리콘나노분말(60c)은 태양전지 증착 공정에서 절대 용해가 되지 않으면서도, 금속벨트(49)의 표면에서도 흩으러 지지 않아야 한다. 도 7의 j는 상기 작업으로 인쇄된 금속벨트(49)위에 실리콘나노분말(60c)을 인쇄하여 보인 단면도이다. 그러나 앞서 설명하였지만 실리콘나노분말(60c)은 금속 소재의 분말일 수 있음을 다시 한 번 상기시키며, 만약 금속분말이라면, 바로 설명할 전극 증착챔버(80)의 공정이 생략될 수 있다. 이미 전극이 구비되었기 때문에 굳이 전극증착챔버(80)에서 전극증착(80c)을 할 필요가 없기 때문이다. 온도에 따라 금속 분말의 선택이 중요한바, 금속벨트(49)의 온도가 600도 이상이면 알루미늄분말을 사용할 수 없다. 자칫 알루미늄 분말이 용해되어 금속벨트(49)에 용착될 수 있기 때문이다. 금속벨트(49)의 이송으로, 도 8에서와같이 k의 전극증착챔버(80)로 전극을 증착과정으로 넘어간다. 전극증착챔버(80)는 종래 태양전지의 후면이 백 전극을 만드는 것으로, 다음과 같다. 먼저, 종래 고순도 실리콘을 만들기 위하여, 삼염화실란(SiHCl3), 또는, 모노실란(SiH4)을 증류과정의 반복으로 순도를 올리고, Siemens공법, FBR(Fluidized-Bed Reactor)의 공법으로 고순도의 폴리 실리콘을 만들고 있다. 먼저 용어 정리를 하면, 본 발명의 설명을 함에 있어 삼염화실란(SiHCl3), 또는, 모노실란(SiH4)이 반복적으로 나올 수 있으므로 이하 설명에서 TCS로 부르기로 한다. TCS는 삼염화실란(SiHCl3), 또는, 모노실란(SiH4)을 지칭하는 것이며, 또한 수소 가스가 포함되어 있는 것일 수도 있음을 밝혀둔다. 고순도 TCS는 고순도의 삼염화실란(SiHCl3), 또는 모노실란(SiH4)을 지칭하는 것이며, 저 순도 TCS는 저 순도의 금속급의 삼염화실란(SiHCl3), 또는 모노실란(SiH4)을 지칭하는 것이다. 그 원리를 간단히 설명하면, 챔버 안에서 실리콘 소재의 필라멘트를 만들고 필라멘트에 전류를 흘러 가열하면서 챔버안에 TCS를 흘려주어 가열된 필라멘트에 실리콘이 적출되는 공정의 지멘스방식과, 또는 미세 실리콘 분말을 챔버에 뿌려주어 미세 실리콘 분말의 표면에 실리콘이 적출되게 하는 FBR방법 등으로 고순도 폴리 실리콘 제조를 하고 있다. 고순도 폴리 실리콘의 소재가스인, TCS가사용되고 있으나, 고 순도를 얻기 위하여, 수차례의 증류 과정을 반복적으로 하여 얻는 공정이 필요하다. 즉 증류 과정을 거칠 때마다 순도가 올라가게 되며, 증류 과정이 적은 상기 가스는 Al, Fe, Cu, Ca, B, P등의 불순물이 미량 포함되어있기 때문에 순도가 낮은 TCS로 만든 폴리실리콘은 전기 저항이 낮아 금속 급의 실리콘이 된다. 그러나 증류 과정을 거칠 때마다, 상기 불순물의 함량이 낮아져 고순도의 폴리 실리콘이 만들어진다. 본 발명에서 전극증착챔버(80)에서 증착 소재는 상기 불순물이 금속 급의 TCS로 할 수 있다. 또는, 고순도의 TCS에 B, P의 불순물을 목적을 가지고 의도적으로 별도로 섞어 사용할 수도 있다. 전극증착챔버(80)의 내부공간부(80a)에 연결관(d), 연결관(e)으로 저 순도의 TCS를 공급하면, 금속벨트(49)위에 인쇄되어 고열로 가열되어 있는 실리콘나노분말(60c)위에 저 순도의 폴리 실리콘이 증착되어 전극증착(80c)이 구비된다. 즉 전극을 종래의 Ag, AgAl, Al로 하지않고 저 순도의 TCS로 하여, 전기 저항이 작게 하여 전극으로 사용한다. 전극증착(80c)의 두께는 만드는 태양전지의 특성에 따라 달리할 수 있으며, 사용되는 소재를 줄여 가격 경쟁력에 이점을 가지기 위하여 얇게 하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 200um의 이내의 모든 두께에서 할 수 있는 것으로 한다. 즉 전극증착(80c)은 종래 폴리실리콘의 제조과정의 Siemens공법, FBR(Fluidized-Bed Reactor)의 공법보다 좀더 향상된, 폴리실리콘의 연속적인 제조법이라고 할 수 있으며, 본 발명의 끝 부에서 자세히 설명한다. 상기에서 언급하였지만, 다시 한번 상기하면, 실리콘나노분말(60c)이전도성 금속 분말로 대체되었을 경우 전극증착(80c)는 생략됨을 다시 한번 상기한다. 상기 설명된 공정으로, 도 8에서 m의 프린팅분말(60c)위에 전극증착(80c)을 하고, 도 9에서 n의 도면과 같이 P형실리콘증착챔버(81)로 P형 실리콘을 증착하는 공정을 하게 되며, 다음과 같다. P형실리콘증착챔버(81)의 내부공간부(81a)에 연결관(d), 연결관(e)으로 TCS를 공급하여 채워주게 되는데, 내부공간부(81a)에 채워진 TCS는 태양전지를 만들 때 사용되는 6N(99.9999%)의 이상의 순도를 가지며, 의도적으로 P형 성질을 갖게 하기 위하여, 3족인 B, Al, In등의 불순물을 첨가한 TCS이다. 또는, B2, B6를 사용할 수도 있다. 즉 P형실리콘증착챔버(81)에서 사용되는 TCS는 P형 불순물이 있는 것으로 한다. 고열로 가열된 전극증착(80c)의 위에, 도 9의 o와같이 P형실리콘증착(81c)이 증착되어 구비되며 역시 두께는 만들고자 하는 태양전지의 특성에 따라 달리하여 정할 수 있으므로, 200um의 이내의 두께로 할 수 있다. 본 발명의 공정으로 태양전지를 만들 때 P형실리콘증착(81c)하고 다음공정에서 고순도의 TCS로 초 박막으로 i층을 만들어 P, N 사이에 마음대로 공핍층을 만들어 줄 수 있다. 이 구조는 비정 질 박막태양전지의 구조에서보다 높은 효율을 이끌어 내기 위하여 만든 구조이다. 본 발명에서 도시 하지 않았지만 각 증착 챔버가 여유가 있기 때문에 충분한 작업 공정을 이행할 수 있는바, i층이 필요할 경우 만들 수 있으며, 본 발명의 도시에서는 도시하지 않고 이하 설명한다. 도 10의 p에서 보는 바와 같이 N형실리콘증착챔버(82)의 내부공간부(82a)에 연결관(d), 연결관(e)으로 N형 TCS를 공급하여 고열로 가열되어 있는 P형실리콘증착(81c)위에 N형실리콘(82c)이 증착되게 한다. 내부공간부(82a)에 채워진 TCS는 태양전지를 만들 때 사용되는 6N(99.9999%)의 이상의 순도를 가지며, 의도적으로 N형 성질을 갖게 하기 위하여 5족윈소인 P, As등의 불순물을 극소량 첨가한 TCS이다. 또는, PH3을 사용할 수도 있다. 즉 N형실리콘증착챔버(82)에서 사용되는 TCS는 N형 불순물을 첨가한 TCS로 한다. 고온으로 가열된 P형실리콘증착(81c)위에 도 10의 q와같이 N형실리콘(82c)이 증착되어 구비되며, 두께는 만들고자 하는 태양전지의 특성에 따라 달리하여 정할 수 있으므로, 10um의 이내에서 선택하여 사용할 수 있다. 도 11의 r에서 보는 바와 같이 반사방지막증착챔버(83)의 내부공간부(83a)에 연결관(d), 연결관(e)으로 반사 방지막 소스를 공급하여 s에서 보는 것처럼 고열로 가열되어 있는 N형실리콘(82c)의 위에 반사방지 막 코팅이 되는바, 열 CVD의 원리이다. 본 발명에서는 다 결정 태양전지를 만들고 있는 것이며, 다 결정 열 CVD의 소스로는 SiH4, H2로 사용하여 SiNx의 반사 방지막을 구비할 수 있다. 두께는 원하는 사용 목적에 따라 조절을 할 수 있다. 즉 두께에 따라 색이 달라지는데 60nm에서는 밤색, 70nm에서는 자주색, 등의 아름다운 색을 가지며, 효율을 크게 따지지 않고, 원하는 색을 구현하는 두께로 증착할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 핑거전극, 버스바전극을 구비하지 않는 태양전지를 만들고자 하므로, SiNx의 반사 방지막 코팅에 있어 상기에 언급된 Al, Fe, Cu, Ca, B, P, As, Al, In, PH3, B2, B6등의 불순물을 첨가하여 전기전도를 가지게 하여 반사 방지막 역할과 전극으로 사용할 수 있다. 즉 반사방지 막 전체가 전기 전도체이기 때문에 태양전지 가장 자리에서 어스 시키는 것으로 전면 전극의 역할도 할 수 있다. 그러나 별도로, 도 12의 t에서 보는 것처럼 전극증착챔버(84)에서 u처럼 반사방지막(83c)위에 전극증착(84c)을 올릴 수 있다. 전극증착챔버(84)는 앞서 설명한 전극증착챔버(80)와 같은 구성으로 전극 증착을 하는 것으로 설명이 중복되므로 자세한 설명을 생략한다. 도 13에서 v는 증착챔버수단(85)을 보인 도면으로 별도의 여유있는 증착챔버수단(85)이 구비되어, 태양전지 설계에 대응되어 다채로운 태양전지를 만들 수 있는 수단이 된다. 도면 w는 만들어진 태양전지를 절단하고 적재하는 과정을 보인 도면으로, 상기 설명된 공정으로 만들어진 태양전지가, 금속벨트(49)에서 떨어져 보조테이블(90)위로 올라오면, 알맞은 크기로 레이져컷팅기(91)로 절단하여 로보트이송수단(95)으로 적재수단(97)의 적재함(98)으로 옮겨 적재한다. 상기 설명된 제조 공정은 연속적으로 각 공정이 이루어지고, 금속벨트(49)에서 완성된 태양전지는 보조테이블(90)위로 쉽게 떨어지는바, 실리콘나노분말(60c)이 금속벨트(49)에 증착되거나, 용착 된 것이 아니고 분말 상태로 올려져 있는 것이기 때문에 쉽게 떨어진다. 본 발명은 상기 공정으로 다양한 두께의 태양전지를 만들 수 있으며, 실리콘 박막의 태양전지도 만들 수 있고 대면적의 태양전지도 만들 수 있다. 무엇보다 폴리 실리콘을 만들고, 폴리실리콘으로, 잉곳을 만들고, 슬라이스 하는 공정들이 생략되어 저렴한 제조 비용을 갖게 된다. 또한, 본 태양전지증착기계(100)의 상기 공정을 응용하면 폴리 실리콘의 연속적인 제조가 가능하다. 즉 각 챔버의 내부공간 부에 불순물이 들어있지 않은 고순도의 삼염화실란(SiHCl3), 또는, 모노실란(SiH4)을 공급하고 상기 공정으로 연속적으로 폴리 실리콘을 만들 수 있다. 상기 제조 공정에서 벨트작업대(20), 석영성형판(30)의 표면은 냉각파이프수단(22)의 냉각 공정으로 냉각이 되어 증착이 되지 않고 고온으로 가열된 금속벨트(49)의 표면과 그 위에 각 공정의 결과물의 표면에만 증착이 된다. 전극증착챔버(80), P형실리콘증착챔버(81), N형실리콘증착챔버(82), 반사방지막증착챔버(83), 전극증착챔버(84), 증착챔버수단(85)에서 벨트홈(b), 벨트홈(c)에서 각 각의 가스가 새는 것을 방지하기 위하여 가스의 압력을 안전챔버(70)의 압력과 같게 만들고, 새어 나온 가스는 안전챔버(70)의 내부공간부(75)에 들어오게 되며, 연결관(78), 연결관(79)에서 안전하게 수집하여 따로 처리한다. 도 14에서 금속벨트(49)위에 얇은 유리, 세라믹류, 금속류의 기판수단(64)을 올려놓고 그 기판 수단 위에 상기에서 설명된 방식으로 태양전지가 만들어지게 할 수 있다. 그러한 작업을 할 때는 두 가지 선택을 할 수 있는바, 한 가지는 기판수단(64)을 태양전지와 일체로 구비하는 것이고, 또 하나는 기판수단(64)을 단순히 태양전지 작업공정의 도구로 사용하는 것으로 기판수단(64)위에 바로 증착을 하여 태양전지를 만들 수 있으며, 이때에는 태양전지와 일체로 구비하는 것이기 때문에 분말프린터(60)의 구성을 없애고 사용할 수 있다. 즉 기판수단(64)을 전극역할을 하는 기판 수단으로 하고, 바로 P형실리콘증착(81c)부터 작업을 하여 공정을 이어가는 것이며, 만약 기판 수단을 단순히 태양전지 작업공정의 도구로 활용할 때는 분말프린터(60)의 기술을 사용하여 재사용할 수 있다. 즉 기판수단(64)에 분말프린터(60)의 공정을 하지 않으면, 기판수단(64)위에 태양전지가 증착이 되고, 기판수단(64)위에 분말프린터(60)의 공정 작업을 하여 분말 프린팅 작업을 하고 각 증착 작업을 하면 기판수단(64)은 재사용할 수 있는 기판수단이 된다. 도 15에서 전극롤러(41), 전극롤러(42)에 전류를 공급하지 않고, 금속벨트(49)를 가열하지 않고 작업을 할 수 있는바, 금속벨트(49)는 단순히 가열기판(65), 기판수단(64)을 각 챔버공정에 이송되는 작업을 하게 되며, 기판수단(64)을 가열하는 역할은 가열기판(65)의 예열 되어서 있는 열량으로 이루어지는 것으로, 즉 제법 두꺼운 가열기판(65)위에 기판수단(64)을 겹쳐 올려놓고 예열로에서 예열하여, 가열기판(65)과 기판수단(64)은 목적한 온도, 즉 약 필요한 온도 약 900도로 예열하였을 때 가열기판(65)이 열량을 보유하고 있기 때문에 각 작업 챔버의 작업공정이 끝날 때까지 온도를 보유하게 되며, 목적한 태양전지를 가지게 된다. 이 방법은 기계를 크게 하면, 대면적의 태양전지를 만들 수 있는 방법이다. 가열기판(65)은 세라믹, 또는 산화되지 않는 금속, 특히, 스테인리스로 할 수 있으며, 기판수단(64)은 얇은 스테인리스 및 유리기판으로 할 수 있다. 대면적이란 가로 세로의 크기가 약3000mm- 3200mm의 가열기판 소재 위에 대면적의 유리기판을 올려서 예열 로에서 적당한 온도 약 400-500도 정도의 유리기판이 손상되지 않는 범위 내의 온도에서 예열하여, 금속벨트(49)위에 올려 상기 설명된 각 챔버에서 증착 공정으로 대면적 태양전지를 만든다. 가열기판(65)이 유지하고 있는 예열온도에 의해 유리기판은 증착 온도를 유지하며 마지막 공정까지 마칠 수 있다. 가열기판의 두께는 충분한 예열온도를 작업이 끝날 때까지 유지하면서도 열변형이 없어야 한다. 적당한 두께는 약 50mm가 좋다. 하지만, 본 발명에서는 3mm이상 200mm의 이내의 모든 두께사이즈를 제품의 특성에 따라 골라 사용할 수 있는 것으로 한다. 여기서 만들어지는 대면적 유리기판의 태양전지는 종래 대면적 태양전지처럼 셀 분할을 할 수 없으므로 본 공정이 끝나고 레이저 컷팅기로 분할 컷팅 작업을 하고 전극을 구비하여 모듈화작업을 한다. 도 16에서 금속벨트(49)를 사용하지 않고 기판수단으로 얇은 금속 박막 판을 기판수단으로 사용할 수 있으며, 연속공정을 할 수 있도록 기판수단을 롤기판(66)으로 하여, 각 챔버 수단의 고정을 거치면서 상기에 설명된 방식으로 태양전지를 만든다. 이때에는 롤기판(66)에 직접 증착하여 태양전지를 만들기 때문에 분말프린터(60)는 사용하지 않는다. 만들어진 태양전지는 롤태양전지(69)처럼 감는 공정으로 롤로 만들 수 있기 때문에 공정이 연속적으로 이루어지며, 롤기판(66)은 얇은 금속 박막이며, 특히 스테인리스가 이상적인 재료이며, 얇은 알루미늄 박도 사용할 수 있다. 그 두께는 0,1mm이하로 한다. 금속판 소재이기 때문에 전극롤러(41), 전극롤러(42)에 걸고 전류를 인가하여 가열하는 방법으로 필요한 열량을 얻을 수 있다. 도 17에서 보는 바와 같이 롤기판(66)과 같은 롤기판(66b)을 추가하여 설치할 수 있으며, 또한, 롤태양전지(69)처럼 롤태양전지(69b)를 추가하여 만들어진 태양전지를 감게 되며, 이 응용된 경우는 동시에 두 장의 금속 박막 기판수단을 각 챔버에 공급하여, 포개진 면은 태양전지 공정이 이루어지지 못하고 아랫면과 윗면에서 동시에 태양전지가 만들어지게 되는 것으로 작업속도를 두 배로 할 수 있는 응용기술이다. 따라서 포개진 금속 박막 기판은 각 챔버의 내에서 떠서 구비되어 각 증착 TCS 및 수소가스가 박막기판수단의 윗면과 아랫면에 고루 닿을 수 있도록 한 것으로 한다. 물론 상기의 효과를 낼 수 있는 방법이 있는바, 한 롤 기판수단에 두 장의 금속 박막 기판을 감아 마련하여 두 장을 같이 풀면서 각 챔버내에 공급하여도 같은 효과를 내며, 이때에는 별도도 두 장의 박막 기판을 한 롤 기판으로 감는 별도의 작업이 필요하다. Hereinafter, the configuration and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a rear perspective view of the solar
바닥판(10) 좌측지주(11)
중간지주(12) 우측지주(13)
상단지주(14) 선반지주(15)
상단좌측롤러구성부(16) 상단우측롤러구성부(17)
롤러구성부(18) 롤러구성부(19)
벨트작업대(20) 냉각파이프수단(22)
접합부(25) 연결관(28)
연결관(29) 석영성형판(30)
벨트홈(31) 챔버기밀홈(35)
챔버기밀홈(36) 전극롤러(41)
전극회전축(41a) 단자박스(42b)
전극리시버(41c) 전극롤러(42)
전극회전축(42a) 단자박스(42b)
전극리시버(42c) 연결롤러(43)
구동롤러(44) 구동모터(47)
금속벨트(49) 지주수단(50)
세정조(51), (54), (57) 구동모터(52), (55), (58)
세정브러시(53), (56), (59) 분말프린터(60)
실리콘나노분말(60c) 내부공간부(62)
데벌로퍼롤러(63) 기판수단(64)
가열기판(65) 롤기판(66)(66b)
롤기판(67), (67b) 롤태양전지(68), (68b)
롤태양전지(69), (69b) 안전챔버(70)
벨트홈(73) 내부공간부(75)
연결관구멍(76) 연결관구멍(77)
연결관(78) 연결관(79)
전극증착챔버(80) 전극증착(80c)
내부공간부(80a), (81a), (82a), (83a), (84a), (85a)
P형실리콘증착챔버(81) P형실리콘증착(81c)
N형실리콘증착챔버(82) N형실리콘(82c)
반사방지막증착챔버(83) 반사방지막(83c)
전극증착챔버(84) 전극증착(84c)
증착챔버수단(85) 보조테이블(90)
레이져컷팅기(91) 로보트이송수단(95)
적재수단(97) 적재함(98)
태양전지(99) 태양전지증착기계(100)
단면표시부(a) 벨트홈(b)
벨트홈(c) 연결관(d), (e)Bottom plate (10) Left column (11)
Middle Holding (12) Right Holding (13)
Upper column (14) Shelf column (15)
Top left roller configuration (16) Top right roller configuration (17)
Roller Constitution (18) Roller Constitution (19)
Joint (25) Connector (28)
Connector (29) Quartz Molding Plate (30)
Belt Groove (31) Chamber Airtight Groove (35)
Chamber airtight groove (36) Electrode roller (41)
Electrode Receiver
Drive Roller (44) Drive Motor (47)
Metal Belt (49) Shoring Means (50)
Cleaning Brush (53), (56), (59) Powder Printer (60)
Silicon nano powder (60c)
Roll
Belt groove (73) Inner space (75)
Connector Hole (76) Connector Hole (77)
Connector (78) Connector (79)
Electrode Deposition Chamber (80) Electrode Deposition (80c)
P type silicon deposition chamber (81) P type silicon deposition (81c)
N type silicon deposition chamber 82
Anti-reflection
Electrode Deposition Chamber (84) Electrode Deposition (84c)
Deposition chamber means (85) Auxiliary table (90)
Laser cutting machine (91) Robot transport means (95)
Loading means (97) Loading box (98)
Solar Cell (99) Solar Cell Deposition Machine (100)
Section display part (a) Belt groove (b)
Belt groove (c) Connector (d), (e)
Claims (33)
연속 공정으로 작업을 하는 가스 실리콘 증착으로 만든 태양전지 및 기계.It is possible to use a thin metal thin plate as the substrate means, and it can be used for the substrate means, and the substrate means is a roll substrate 66 so that the continuous process can be performed. Solar cells can be made, and the made solar cells are made of rolls by the winding process like roll solar cells (69).
Solar cells and machines made from gaseous silicon deposition that work in a continuous process.
Solar cell and machine made by gaseous silicon vapor deposition that the part where two pieces are stacked cannot reach TCS, and solar cell is not made by vapor deposition.
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KR1020100113861 | 2010-11-16 | ||
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020100131142A KR20120052839A (en) | 2010-11-16 | 2010-12-21 | Solar cells made of silicon deposition gas and mechanical |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20120052839A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120118461A (en) * | 2010-01-21 | 2012-10-26 | 오씨 외를리콘 발처스 악티엔게젤샤프트 | Method for depositing an antireflective layer on a substrate |
-
2010
- 2010-12-21 KR KR1020100131142A patent/KR20120052839A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20120118461A (en) * | 2010-01-21 | 2012-10-26 | 오씨 외를리콘 발처스 악티엔게젤샤프트 | Method for depositing an antireflective layer on a substrate |
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