KR20120096074A - 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 고체 타깃의 분무에 의해 기판의 표면 상에 산화아연 또는 도핑된, 특히 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 5 nm 내지 400 nm 두께의 핵 생성 층을 형성하는 단계, 상기 핵 생성 층에 준-에피택셜 성장하는, 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 커버 층을 형성하는 단계, 및 상기 커버 층을 습식 화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법에 관한 것이다.
Description
이 발명은 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법에 관한 것이다.
선행기술에는 소위 p-i-n "슈퍼스트레이트"-구성으로 이루어진 실리콘 박막 태양 전지가 투명한 전도성 산화물층(약어: TCO-층; TCO = transparent conductive oxide)을 필요로 한다는 것이 공지되어 있다. 상기 TCO-층은 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 태양 전지에 대해 가시 스펙트럼 범위(400 내지 800 nm)에서 그리고 미정질 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어진 태양 전지에 대해 1100 nm까지 높은 투명도와 함께 낮은 층 저항을 가져야 한다. 또한, 적합한 표면 구조 및 래터럴 구조 크기가 특히 표면 조도의 관점 하에서, 광을 산란에 의해 효과적으로 태양 전지 내로 도입시킴으로써 실리콘 층들에서 더 강한 흡수가 이루어지도록 하기 위해 필요하다.
TCO-층의 제조를 위해, 특히 소위 분무 방법(스퍼터링 방법과 동의어로도 표현됨)이 사용될 수 있다. 분무시, 원자들은 에너지가 풍부한 불활성 기체 이온과의 충격에 의해 고체 타깃으로부터 떨어져 나옴으로써, 기상으로 바뀐다. 원자들이 떨어져 나오는 고체 타깃 가까이에 기판이 제공되고, 상기 기판상에 원자들이 응축됨으로써 원자들은 기판의 표면상에 하나의 층을 형성한다.
실리콘 박막 태양 전지에 사용하기 위해, 알루미늄 도핑된 산화아연으로 이루어진 층들(ZnO: Al-층들)이 특히 적합하다. 스퍼터링 방법에 의해 제조된 ZnO:Al-층들은 일반적으로 비교적 평평하다. 즉, 그 조도는 단지 수 나노미터이다. 습식 화학적 에칭 단계에 의해 상기 층들이 구성되므로, 구조 크기에 비교적 넓은 스펙트럼을 가진 크레이터(crater) 형태의 구조가 생긴다(참고: J. Mueller, G. Schoepe, O. Kluth, B. Rech, V. Sittinger, B. Szyszka, R. Geyer, P. Lechner, H. Schade, M. Ruske, G. Dittmar, H.-P. Bochem: Thin Solid Films 442(2003), 페이지 158; J. Mueller, B. Rech, J. Springer, M. Vanecek: "TCO and light trapping in silicon thin film solar cells": Solar Energy 77(2004), 페이지 917-930; J. Mueller, G. Schoepe, H. Siekmann, B. Rech, T. Rebmann, W. Appenzeller, B. Sehrbrock: "Verfahren zur Behandlung von Substraten mit vorstrukturierter Zinkoxidschicht", deutsches Patent DE 10 2004 017 680 B4). 이로 인해 평균 조도(영어: root mean square roughness; 이하, RMS 조도)는 약 200 nm 까지 증가될 수 있다. 이러한 표면 텍스처라이징된 층들은 매우 양호한 광 산란 특성이 있으며 특히 고주파-마그네트론 스퍼터링 방법(약어: HF-마그네트론 스퍼터링 방법)에 의해 세라믹 ZnO-고체 타킷들이 제조될 수 있다(참고: B. Rech, O. Kluth, T. Repmann, T. Roschek, J. Springer, J. Mueller, F. Finger, H. Stiebig 및 H. Wagner: Sol. Energy Mater. Sol. Cells 74, 페이지 439(2002); O. Kluth, G. Schoepe, J. Huepkes, C. Agashe, J. Mueller, B. Rech, Thin Solid Films 422(2003) 페이지 80-85). M. Breedon 등: "ZnO Nanostructured Arrays Grown from Aqueous Solutions on Different Substrates", Conference Proceedings, International Conference on Nanoscience and Nanotechnology", ICONN 2008, 페이지 9 내지 12에는 수용액으로 형성되어 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 1.2 μm 두께의 ZnO-핵 생성 층 상에 제공된 ZnO-층들을 가진 상이한 기판들이 개시되어 있다. 여기서는, 소위 "나노로드"의 제조가 명확히 다루어진다. 상기 간행물에서 ZnO-층은 나노로드의 배향 및 균일함을 지원하기 위해 사용된다.
기본적으로, 적합한 층 특성을 얻기 위해, 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 기판을 알루미늄 도핑된 산화아연으로 코팅하는 것이 바람직하다. 그러나, 고주파 마그네트론 스퍼터링이 DC-마그네트론 스퍼터링에 비해 상대적으로 더 느린 분무 프로세스이므로, 기판 상에 알루미늄 도핑된 산화아연층을 제조하는 것이 매우 오래 지속될 수 있다.
또한, 분무 동안 프로세스 조건이 ZnO-층의 결과하는 광학적 및 전기적 재료 특성을 결정하는 것으로 나타났다. 습식 화학적 에칭에 의해 형성될 수 있는 표면 구조들은 여기서 특히 프로세스 파라미터 온도 및 증착 압력에 의해 그리고 선택된 기판 재료에 의해 영향을 받는다. 다른 중요한 파라미터는 알루미늄에 의한 고체 타깃의 도핑이다. 도핑 농도 및 온도에 따라, HF-마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 제조되며 습식 화학적 에칭 단계 후에 최적화된 광 전도 구조를 갖는 층들에 대한 최적의 "코팅 윈도우"가 얻어질 수 있다(참조: M. Berginski, B. Rech, J. Huepkes, H. Stiebig, M. Wuttig: "Design of ZnO: Al films with optimized surface texture for silicon thin-film solar cells": SPIE 6197(2006), 페이지 61970Y 1-10; M. Berginski, J. Huepkes, M. Schulte, G. Schoepe, H. Stiebig, B. Rech: "The effect of front ZnO: A1 surface texture and optical transparency on efficient light trapping in silicon thin-film solar cells": Journal of Applied Physics 101, 페이지 74903(2007)). 경계면의 최적 형성은 태양 전지의 효율에 큰 영향을 미친다. 이와 관련해서 중요한 것은 래터럴 및 수직 치수와 관련한 조도의 최적화이다. 이 경우, 래터럴 치수가 산란 광의 파장의 크기 내에 있고, 따라서 미정질 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어진 태양 전지 또는 소위 탠덤 셀(a-Si:H/μc-Si:H)에 있어서 μm 범위 내에 있고, 약 100 nm 내지 약 200 nm 의 평균 조도가 달성되는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
ZnO:Al-층 시스템의 텍스처 에칭은 결정질 ZnO-층의 에칭률의 이방성을 이용함으로써, 종래 방식으로 매끄럽게 증착되는 층들을 원주 성장(래터럴 치수 약 50 내지 100 nm)에 의해 거친 경계면으로 이동시키고, 그것의 래터럴 치수는 최적화된 프로세스 조건에서 μm-범위 내에 놓인다. 텍스처 에칭시, 특히 큰 미소 결정의 일반적으로 어려운 제조를 피하는 것이 중요하다. 방법은 희석된 산(예컨대 0.5% HCl) 중에서 ZnO:Al-층들의 에칭에 기초한다. 여기서, 에칭은 이방성으로 이루어짐으로써, c-축 배향으로 증착된, O-종결된 미소 결정이 상응하는 Zn-종결된 미소 결정보다 한 차수 더 신속하게 에칭된다. 이것에 대해 수직으로 팩터 40 만큼의 에칭률 상승이 관찰될 수 있다(참고: F.S. Hickernell: "The microstructural properties of sputtered zinc oxide SAW transducers":Review Phys. Appl. 20(1985), 페이지 319-324).
기본적으로 세라믹 고체 타깃의 DC-마크네트론 분무 방법에 의해서도 그리고 금속 고체 타깃의 반응성 중간주파 분무(MF-분무)에 의해서도 최적화된 고주파 분무 조건에서와 유사한 에칭 모르폴로지가 얻어진다(참고: B. Rech, T. Repmann, J. Huepkes, M. Berginski, H. Stiebig, W. Beyer, V. Sittinger, F. Ruske: "Recent progress in amorphous and microcrystalline silicon based solar cell technology": Proceedings of 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, (Barcelona)(2005), 페이지 1481-1486; J. Huepkes, B. Rech, O. Kluth, T. Repmann, B. Zwaygardt, J. Mueller, R. Drese, M. Wuttig: "Surface textured MF-sputtered ZnO films for microcrystalline silicon-based thin-film solar cells": Solar Energy Materials and Solar Cells 90(2006), 페이지 3054-3060). 그러나, 상기 에칭 모르폴로지는 매우 드물게만 재현될 수 있기 때문에, 비교적 큰 면적에 실시되기는 매우 어려운 것으로 나타났다.
ZnO:Al의 반응성 중간 주파(MF) 마그네트론 스퍼터링에서, 소정 에칭 모르폴로지는 프로세스 제어에 의해 조절될 수 있다(참고: Szyszka, B.:"Magnetron sputtering of ZnO films":Transparent Conductive Zinc Oxide: Basics and Applications: Thin Film Solar Cells. Ellmer, K.;Rech, B; Klein, A.(Hrsg). Springer Series in Materials Science, 2007, 페이지 187-229). 초과량의 아연이 높은 증기압으로 인해 표면으로부터 탈체(desorb)되면, 높은 기판 온도에서 금속 모드에서 작동 제어에 의해 ZnO-미소 결정의 소정 Zn-종결이 이루어질 수 있는 것은 공지되어 있다. 높은 기판 온도는 이와 관련해서 일반적으로 바람직한 것으로 나타났다. 높은 산소-부분 압력에서 작은 래터럴 치수를 가진 거친, 깨진 구조가 얻어진다. 에칭 상들은 깊은 홀들을 나타낸다. 여기서 O-종결된 미소 결정은 높은 에칭률로 에칭되었는 한편, 주변 입자의 플랭크를 통한 에칭 침식은 명백히 발생하지 않은 것으로 가정된다. 이에 대한 설명적 접근은 입자 경계에서 알루미늄의 열역학적으로 바람직한 분리이며, 이로 인해 거기에 에칭 저항성 Al2O3-농축물이 형성된다. 낮은 산소 부분 압력에서 평평한 구조가 주어지고, 이는 균일한 Zn-종결을 시사한다. 또한, 에칭의 결함을 억제하기 위해, 캐소드 전방에서 여러 번의 오버플로(overflow)가 필요하다.
층의 성장 및 그에 따라 종결은 상이한 에너지 도입(특히 기판 온도, 중성 입자 에너지, 이온 에너지)에 의해 결정된다. 알루미늄 도핑된 산화아연의 제조시 이온 흐름 측정은 플라즈마 여기 후 상이한 이온 에너지 기여를 나타낸다. 따라서, 태양 전지에 적합한 에칭 구조를 얻기 위해, 적은 O-종결된 미소 결정을 가진 주로 Zn-종결된 표면이 주어지도록 층 성장에 영향을 주는 것이 중요하다.
DE 10 2004 048 378 A1은 a- 또는 c-단면-배향을 가진 단결정 사파이어(Al2O3) 및 에피택셜 결정 구조를 가진 ZnO-층으로 구성된 기판으로 이루어진 산화아연-박막을 개시한다. 상기 산화아연-박막은 실온에서 자외선 스펙트럼 범위에서 특히 강력하고 신속한 광 방출(발광)을 가능하게 한다. 상기 산화아연-박막은 레이저에 기초하여 레이저 플라즈마 증착에 의해 제조된다.
J.T. Chen 등 : The effect of Al doping on the morphology and optical property of ZnO nanostructures prepared by hydrothermal process"(Applied Surface Science 255(2009) 페이지 3959-3964)에는 ZnO로 이루어진 200 nm 두께의 핵 생성 층이 인듐-산화 주석-기판(ITO-기판) 상에 사용되고, 상기 핵 생성 층은 수용액으로부터 회전 코팅에 의해 제조된다.
이 발명의 과제는 개선된 층 특성, 높은 프로세스 안전성 및 높은 증착률(deposition rate)을 가진 ZnO:Al-층을 형성할 수 있는, 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 가진 방법에 의해 해결된다. 종속 청구항들은 이 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.
이 발명에 따른, 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법은
- 산화아연 또는 도핑된, 특히 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 5 nm 내지 400 nm 두께의 핵 생성 층을 고체 타깃의 분무에 의해 기판의 표면 상에 형성하는 단계;
- 핵 생성 층에 준-에피택셜 성장하는, 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 커버 층을 형성하는 단계, 및
- 상기 커버 층을 습식 화학적으로 에칭하는 단계를 포함한다.
이 발명에 따른 방법에 의해 기판 상에 제조된 ZnO:Al-층들이 바람직하게 광 전도 구조를 가짐으로써, 실리콘 박막 태양 전지용 프런트 콘택으로서 특히 적합한 것으로 나타났다. 이 발명에 따라 산화아연 또는 도핑된, 특히 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 핵 생성 층은은 고체 타깃의 분무에 의해 제조된다. 도핑된 산화아연은 기본적으로 임의의 도핑을 포함할 수 있다. 알루미늄 외에, 여기서는 특히 갈륨, 인듐 또는 붕소 도핑이 언급된다. 상기 핵 생성 층은 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 커버 층이 핵 생성 층 상에서 준-에피택셜로 계속 성장할 수 있는 최적화된 전제 조건을 제공한다. 기판 재료로는 특히 유리, 플라스틱, 금속 또는 세라믹이 사용될 수 있다. 커버 층을 구조화하는, 커버 층의 습식 화학적 에칭은 바람직하게 희석된 염산으로 이루어진다. 핵 생성 층은 바람직하게 두께 < 300nm 를 갖는다. 핵 생성 층은 나중에 성장하는, ZnO:Al을 포함하는 층의 전기적 특성 및 그 에칭 거동에 긍정적인 영향을 주기 위해 사용된다. 핵 생성 층은 특히 비정질 기판, 예컨대 유리 상에 사용될 수 있다. 또한 다결정질 층이 다루어지며 단결정질 층이 다루어지지 않기 때문에, 여기서는 에피택시가 아니라 준-에피택시가 주어진다.
특히 바람직한 실시예에서, 5 nm 내지 30 nm의 두께를 가진 핵 생성 층이 기판 상에 형성된다. 놀랍게도, 비교적 얇은 핵 생성 층(특히 약 5 내지 약 30 nm 두께의 핵 생성 층)은 핵 생성 층 상에서 커버 층의 준-에피택셜 성장을 촉진시키기에 충분한 것으로 나타났다.
핵 생성 층 상에서 커버 층의 최적화된 성장을 위해, 특히 바람직한 실시예에서 핵 생성 층은 ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 및/또는 임의의 다른 도핑을 포함하는 세라믹 고체 타깃의 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성되고, 상기 도핑은 특히 격자 구조를 유지하거나 또는 적어도 거의 유지한다(따라서, 미미하게만 변한다). 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 그러한 핵 생성 층은 바람직하게는 예컨대 DC-마그네트론 스퍼터링 또는 중간 주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 이루어질 수 있는 ZnO:Al 층의 후속하는 증착시 그의 주된 Zn-종결을 준-에피택셜로 계속할 수 있다는 것이 확인되었다. 이렇게 제조된 커버 층은 특히 희석된 염산으로 실시될 수 있는 습식 화학적 에칭 단계 후에, 개선된 광 전도 구조를 갖는다. 이는 특히 크레이터 폭이 주로 입사광 파장의 범위에서 근적외선 스펙트럼 범위(약 1 μm) 내에 놓이는 것을 특징으로 한다. 또한, 크레이터의 깊이가 어느 정도까지 에칭 지속 시간에 의해 변화될 수 있는 것으로 나타났다.
바람직한 실시예에서, 핵 생성 층의 형성을 위해 0 중량% 보다 크고 1 중량 % 보다 작은 함량의 Al2O3 및 ZnO를 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되고, 온도 T > 300℃에서 고주파 마그네트론 분무에 의해 분무된다. 온도 T > 300℃에서 Al2O3 함량(0 중량% 보다 크고 1 중량% 보다 작은)의 조절에 의해, 핵 생성 층의 제조를 위한 세라믹 고체 타깃의 분무를 위해 최적화된 "코팅 윈도우"가 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.
대안적 실시예에서, 핵 생성 층의 형성을 위해 1 내지 2 중량%의 Al2O3 및 ZnO를 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되고, 온도 T ≤300℃ 에서 고주파 마그네트론 분무에 의해 분무될 수 있다. 온도 T ≤300℃ 에서 1 내지 2 중량%의 Al2O3 함량 조절에 의해, 핵 생성 층의 제조를 위한 세라믹 고체 타깃의 분무를 위해 최적인 다른 "코팅 윈도우"가 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.
여기서는, 기판이 분무 동안 특정 속도로, 원자가 떨어져 나오는 고체 타깃을 통과하는 다이내믹 코팅 방법이 다루어진다. 기판 상에서 핵 생성 층의 성장 및 핵 생성 층의 품질을 더 개선하기 위해, 특히 바람직한 실시예에서 핵 생성 층이 기판 상에 제공되는 증착률은 20 nm m/min 보다 작다.
다른 대안적 실시예에서, 핵 생성 층을 형성하기 위해, ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 및/또는 임의의 다른 도핑을 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되고, 상기 고체 타깃은 DC-마그네트론 스퍼터링에 의해 분무되며, 핵 생성 층이 기판에 제공되는 증착률은 20 nm m/min 보다 작을 수 있다. 따라서, 바람직하게는 핵 생성 층이 세라믹 고체 타깃의 DC-마그네트론 스퍼터링에 의해 형성될 수도 있다. 커버 층이 핵 생성 층에서 준-에피택셜로 계속 성장하기에 적합한 조건을 핵 생성 층이 갖도록 하기 위해, 증착률은 20 nm m/min 보다 작게 조절되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은 ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 를 포함하는 세라믹 고체 타깃의 분무에 의해, DC-마그네트론 분무에 의해 또는 DC-플러스-마그네트론 분무에 의해 형성된다. 세라믹 고체 타깃의 DC-마그네트론 분무 또는 DC-플러스-마그네트론 분무는 핵 생성 층에서 커버 층의 신속한 성장을 가능하게 한다. 또한, 상기 분무 방법은 프로세스 기술적 관점에서 매우 강하다.
대안적 바람직한 실시예에서, 핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은 알루미늄 도핑된 산화아연(Zn:Al)을 포함하는 금속 고체 타깃의 분무에 의해, 반응성 가스 프로세스에서 DC-마그네트론 분무 또는 중간 주파-마그네트론 분무에 의해 형성된다. 이 방법도 신속한 층 성장을 가능하게 하고 상응하게 신속한 산소 부분 압력 조절시 그 강성을 특징으로 한다.
핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은 대안적으로
- 중공 캐소드-가스 유동 분무; 또는
- 증착; 또는
- 습식 화학적 증착; 또는
- 화학적 기상 증착(CVD); 또는
- 저압-CVD(LP-CVD); 또는
- 플라즈마 CVD(PECVD); 또는
- 저압-PECVD에 의해
형성될 수 있다.
여기에 설명된 방법은 양호한 에칭 특성과 탁월한 전기 이동도를 가진 산화아연 층을 형성하기 위한 새로운 방법을 제공한다. 전체 층의 증착률이 바람직하게 현저히 상승할 수 있는데, 그 이유는 천천히 성장된 핵 생성 층이 성장을 결정하기 때문이다.
이 발명의 다른 특징들 및 장점들은 하기의 바람직한 실시예 설명에 제시된다.
이 발명에 의해, 개선된 층 특성, 높은 프로세스 안전성 및 높은 증착률을 가진 ZnO:Al-층을 형성할 수 있는, 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법이 제공된다.
실시예
1
제 1 실시예에서는 고주파-마그네트론 분무(HF-마그네트론 스퍼터링)에 의해 제조된 핵 생성 층(seed layer)이 단계적으로 390 nm로부터 25 nm로 줄어든, 다수의 샘플들이 분석된다. 핵 생성 층 상에 각각 ZnO:Al로 이루어진 커버 층이 DC-마그네트론 분무에 의해 증착되고, 전체 두께는 대략 1 μm 이다. 이러한 방식으로 증착된 모든 층들은 0.5% 염산(HCL)으로 에칭된다.
샘플의 에칭 모르폴로지는 후속해서 주사 전자 현미경(REM)에 의해 분석된다. 모든 커버 층은 핵 생성 층의 두께와 관계없이 유사한 에칭 모르폴로지를 갖는 것이 확인되었다. 모든 REM-사진은 약 1 μm 의 크레이터 폭을 가진 유사한 에칭 구조를 나타낸다. 에칭 구조들은 순수하게 HF-마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 커버 층과 유사하다.
비교적 얇은 핵 생성 층의 제공에 의해, 후속해서 DC-마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 층의 성장이 불리한 영향을 받을 수 있다. 먼저 기판 상에 제공된 핵 생성 층은 명확하게 계속 성장하는 ZnO:Al 층의 준-에피택셜 성장을 제공한다.
또한, 이렇게 제조된 ZnO:Al 층들은 286 내지 338 μOhm㎝의 탁월한 비저항을 갖는 것으로 나타났다. 이는 핵 생성 층 상에서 ZnO:Al 층의 준-에피택셜 성장에 기인한다.
실시예
2
핵 생성 층(seed layer)의 상이한 두께를 가진 2개의 층들은 스퍼터링 장치에서 꺼내져서 정상 대기에 노출된다. 그리고 나서, 상기 층들은 DC-마그네트론 스퍼터링에 의해 ZnO:Al 커버 층을 형성하기 위한 코팅되지 않은 유리 기판과 함께 스퍼터링 장치 내로 도입된다. 상기 실험은 진공 파괴(층 상에 습기의 증가 등)로 인한 가능한 에칭 구조 변화에 대한 테스트로서 사용된다. 또한, HF-마그네트론 스퍼터링에 의해 생긴 핵 생성 층에 비해 순수한 DC-증착시 상이한 에칭 구조가 확인되었다.
REM 분석 결과, 순수한 DC-층의 에칭 모르폴로지는 에칭 트렌치의 훨씬 더 작은 구조 크기를 나타냈다. 이에 비해, 고주파-마그네트론 스퍼터링에 의해 생긴 핵 생성 층을 포함하는 기판은 훨씬 뚜렷한 에칭 크레이터를 나타내고, 층들은 동일한 에칭 깊이에서 대기에 도달하지 않은 샘플에 비해 약간 더 평평한 구조를 갖는다. 상기 구조들은 에칭 지속 시간의 조정에 의해 최적화될 수 있다.
샘플 특성화
주사 힘 현미경에 의해, 여기에 제시된 방법에 의해 형성된 다수의 층들의, 도 1에 제시된 평균 조도(RMS-조도)가 결정된다. 이로 인해 REM-사진에 나타난 구조가 양적으로도 검출될 수 있다.
| 번호 | 핵 생성 층의 두께[nm] | RMS[nm] | HF-스퍼터링의 오버플로의 수 | DC-스퍼터링의 오버플로의 수 | 진공 파괴 | 래터럴 구조 크기[μm] |
| 1 | 900 | 162 | 30 | 0 | 아니오 | 1.1 |
| 2 | 387 | 126 | 15 | 15 | 아니오 | 1.3 |
| 3 | 155 | 168 | 6 | 24 | 아니오 | 1.6 |
| 4 | 77 | 143 | 3 | 27 | 아니오 | 1.4 |
| 5 | 26 | 151 | 1 | 29 | 아니오 | 1.3 |
| 6 | 0 | 55 | 0 | 30 | 아니오 | 0.4 |
| 7 | 26 | 96 | 1 | 29 | 네 | 1.1 |
| 8 | 155 | 112 | 6 | 24 | 네 | 1.1 |
진공 파괴 없는 핵 생성 층을 가진 샘플들(샘플 번호 2 내지 5)은 핵 생성 층의 두께와 관계없이, 순수하게 고주파-마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 층(샘플 번호 1)과 유사한 커버 층의 평균 조도(평균 ~150 nm)를 나타낸다. 진공 파괴된 샘플들 번호 7 및 8의 커버 층은 순수한 DC-층(샘플 번호 6)에 비해 개선된 조도를 나타낸다. 그러나, 조도는 약 100 nm를 가진 진공 파괴 없는 층들에 비해 약 50 nm 정도 더 작다. AFM-사진에서는 REM-사진에서와 같이 개별 크레이터의 래터럴 폭이 검출될 수 있다. 여기서, 순수한 HF-층들에서 얻어질 수 있는 바와 유사한 래터럴 구조 크기가 나타난다. 또한, 핵 생성 층 없이 동일한 조건 하에서 제공된 층(병렬 층)은 훨씬 더 작은 래터럴 구조 크기를 나타낸다.
샘플의 특성화에 대한 추가 가능성은 각 분해된 산란 광 측정이며, 상기 측정은 상이한 각 범위에서 산란되는 광의 양을 나타낸다. 사용을 위해 최적화된 모르폴로지는 적색 및 근 적외선 광의 가능한 많은 양을 큰 각으로 산란시켜야 한다.
실험적으로 700 nm의 파장에서 상이한 두께의 핵 생성 층(25 nm, 80 nm, 155 nm 및 390 nm)에 에칭된 ZnO:Al 층의 광 산란이 분석된다. 샘플들은 층 측면으로부터 수직 입사로 조명되는 한편, 검출기는 상이한 각도에서 투과된 광을 잡아낸다. 분석 결과, 모든 샘플들은 광을 실질적으로 매우 양호하게 산란시킨다. 형태 및 강도는 순수한 고주파-마그네트론 스퍼터링 증착에서 얻어질 수 있는 값과 유사하다.
Claims (11)
- 알루미늄 도핑된 산화아연으로 기판을 코팅하는 방법으로서,
- 산화아연 또는 도핑된, 특히 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 5 nm 내지 400 nm 두께의 핵 생성 층을 고체 타깃의 분무에 의해 상기 기판의 표면 상에 형성하는 단계;
- 상기 핵 생성 층에 준-에피택셜 성장하는, 알루미늄 도핑된 산화아연을 포함하는 커버 층을 형성하는 단계, 및
- 상기 커버 층을 습식 화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는, 코팅 방법. - 제 1항에서, 5 nm 내지 30 nm의 두께를 가진 상기 핵 생성 층이 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에서, 상기 핵 생성 층은 ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 및/또는 임의의 다른 도핑을 포함하는 세라믹 고체 타깃의 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성되고, 상기 도핑은 격자 구조를 유지하거나 또는 적어도 거의 유지하는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 3항에서, 상기 핵 생성 층의 형성을 위해 0 중량% 보다 크고 1 중량 % 보다 작은 함량의 Al2O3 및 ZnO를 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되고, 온도 T > 300℃에서 고주파 마그네트론 분무에 의해 분무되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 3항에서, 상기 핵 생성 층의 형성을 위해 1 내지 2 중량%의 Al2O3 및 ZnO를 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되고, 온도 T ≤300℃ 에서 고주파 마그네트론 분무에 의해 분무되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에서, 상기 핵 생성 층이 상기 기판 상에 제공되는 증착률은 20 nm m/min 보다 작은 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에서, 상기 핵 생성 층의 형성을 위해, ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 및/또는 임의의 다른 도핑을 포함하는 세라믹 고체 타깃이 사용되며 DC-마그네트론 스퍼터링에 의해 분무되고, 상기 핵 생성 층이 상기 기판에 제공되는 증착률은 20 nm m/min 보다 작은 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에서, 상기 핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은 ZnO 및 일정 함량의 Al2O3 를 포함하는 세라믹 고체 타깃의 분무에 의해, DC-마그네트론 분무에 의해 또는 DC-플러스-마그네트론 분무에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에서, 상기 핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은 알루미늄 도핑된 산화아연(Zn:Al)을 포함하는 금속 고체 타깃의 분무에 의해, 반응성 가스 프로세스에서 DC-마그네트론 분무 또는 중간 주파 마그네트론 분무에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에서, 상기 핵 생성 층 상에서 계속 성장하는 커버 층은
- 중공 캐소드-가스 유동 분무; 또는
- 증착; 또는
- 습식 화학적 증착; 또는
- 화학적 기상 증착(CVD); 또는
- 저압-CVD(LP-CVD); 또는
- 플라즈마 CVD(PECVD); 또는
- 저압-PECVD에 의해
형성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 방법. - 실리콘 박막 태양 전지의 프런트 콘택으로서 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따라 알루미늄 도핑된 산화아연으로 코팅된 기판의 용도.
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