KR20130040303A - Rapid heat treatment apparatus of light absorber layer in solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀렌화 또는 황화 과정에서 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기가 최소한의 영역 내에서만 이루어지도록 할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus, and more particularly, in the selenization or sulfidation process, the selenium or sulfur-containing gas rapid heat treatment apparatus for the solar cell can be made only within a minimum region. It is about.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목받고 있다.Recently, as the prediction of depletion of existing energy sources such as oil and coal is increasing, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention because they are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution.
일반적으로 소재에 따라 실리콘 태양전지, 화합물반도체(CIGS, CdTe, GaAs 등)와 같은 무기소재를 사용하는 무기물 태양전지(화합물 반도체 태양전지), 유기물질의 일부 또는 모두 가지고 있는 유기물 태양전지로 분류할 수 있다. 유기물 태양전지는 다시 염료감응형 태양전지와 유기고분자 태양전지로 나눌 수 있다.Generally, depending on the material, it can be classified into silicon solar cell, inorganic solar cell using inorganic material such as compound semiconductor (CIGS, CdTe, GaAs, etc.), organic solar cell having some or all of organic materials. Can be. Organic solar cells can be divided into dye-sensitized solar cells and organic polymer solar cells.
또한, 에너지 변환효율 메커니즘 및 제조비용에 따라 단일 접합(single junction) 구조인 결정질 실리콘 태양전지를 1세대, 박막 및 적층구조를 이용하여 광흡수율을 높이는 구조의 태양전지를 2세대, 유기물 및 나노 기술을 이용한 태양전지를 3세대로 분류할 수도 있다.In addition, depending on the energy conversion efficiency mechanism and manufacturing cost, the first generation of crystalline silicon solar cells, which are single junction structures, and the second generation of solar cells having a structure of increasing light absorption using thin films and laminated structures, the second generation of organic materials and nanotechnology. Solar cells using can also be classified into three generations.
화합물 반도체 태양전지 중 하나인 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀륨, Cu(In,Ga)Se2), CIGSS(Cu(In,Ga)(SeS)2) 및 CIS(CuInSe 또는 CuInS2) 박막 태양전지(이하, 'CIGS계 박막 태양전지'라 함)의 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀륨, Cu(In,Ga)Se2), CIGSS(Cu(In,Ga)(SeS)2) 및 CIS(CuInSe 또는 CuInS2) 박막은 높은 광 흡수 계수와 변환 효율을 보이므로 차세대 박막 태양전지 제조에 적용이 기대되는 재료이다.CIGS (copper-indium-gallium-celium, Cu (In, Ga) Se2), CIGSS (Cu (In, Ga) (SeS) 2) and CIS (CuInSe or CuInS2) thin film solar cells Hereinafter, CIGS (copper-indium-gallium-celium, Cu (In, Ga) Se2), CIGSS (Cu (In, Ga) (SeS) 2) and CIS (CuInSe or CuInS2) thin film has high light absorption coefficient and conversion efficiency, so it is expected to be applied to manufacturing next generation thin film solar cell.
최근 연구결과에서 CIGS계 박막 태양전지는 박막형 비정질 실리콘 태양전지에 비해 효율이 높은 것으로 보고되었으며, CIGS계 박막 태양전지의 상용화가 가시화되고 있다.In recent studies, CIGS thin film solar cells are reported to have higher efficiency than thin film amorphous silicon solar cells, and commercialization of CIGS thin film solar cells is becoming visible.
도 1은 실시예를 설명하기 위해 CIGS계 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a CIGS-based thin film solar cell for explaining the embodiment.
도 1을 참조하면, CIGS계 박막 태양전지는 소다석회 유리 등으로 형성된 기판(10)을 포함한다. 기판(10)은 몰리브덴(Mo)으로 형성된 전극층(20)을 포함한다. 전극층(20) 상에는 접착성의 향상시키기 위해 구리(Cu)로 형성된 접착층(30)이 더 부착될 수도 있다. 기판(10) 상에 형성된 전극층(20) 또는 접착층(30) 상에 이온화된 금속 전구체를 부착시켜 CIS 및 CIGS, CIGSS의 광흡수층(40)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a CIGS-based thin film solar cell includes a
광흡수층(40)에 황화 카드뮴을 포함하는 n-형 반도체로 된 CdS박막층(60)을 부착킨다. CdS박막층(60)은 화학욕 부착(CBD)에 의하여 부착될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. CdS박막층(60) 상에는 n-형 반도체 물질의 넓은 띠 간격을 전도시키는 전도층(70)을 부착시킨다. 전도층(70)은 동종의 물질이 2개의 층으로 형성된 것을 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전도층(70) 상에는 금속전극층(80)을 부착시킨다. 금속전극층(80)은 집전 표면을 가로지르는 미세한 격자선에 배치하고, 적합한 전류 집전 전극에 접속될 수 있다. 금속전극층(80) 상에는 박막의 효율을 증가시키기 위해 난반사 코팅이나 무반사 코팅 등의 코팅층(90)이 더 부착될 수 있다.The CdS
이때 광흡수층(40)은 셀렌화 또는 황화가 필요한데, CIS 및 CIGS, CIGSS의 셀렌화(selenization) 및 황화(sulfurization) 방법은 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기에서 실시하며, H2Se, H2S 가스를 사용하는 방법과 승온을 통한 Se 및 S를 이용하는 방법으로 크게 구분된다.At this time, the
H2Se와 H2S 가스의 경우 기상상태이므로 제어가 비교적 용이한 장점이 있지만 강한 독성이 있어 사용상 주의가 필요하며 특히 H2Se 가스는 대량 생산에는 매우 위험한 공정이다. 또한 Se의 경우에는 200℃ 이상에서 액상으로 존재하며 셀렌화 공정온도에서 급격한 기화현상이 발생하여 셀렌가스의 제어가 어려우며 또한 원형 석영반응기 내부에서 비중차로 인하여 셀렌 가스가 아래쪽으로 전개되어 가스 조성의 불균일성을 나타낸다.In the case of H2Se and H2S gas, because it is a gaseous state, there is an advantage that it is relatively easy to control. In the case of Se, it exists in the liquid phase above 200 ℃, and it is difficult to control selenium gas due to rapid vaporization at selenization process temperature, and unevenness of gas composition because selenium gas is developed downward due to specific gravity difference inside the circular quartz reactor. Indicates.
종래의 열처리장치의 경우 기판의 셀렌화 또는 황화를 위해 기판이 수용되는 챔버의 밀폐공간 전체를 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기로 조성하고, 기판의 열처리가 끝나면 챔버 내부의 셀렌 또는 황 함유 가스를 회수하는 구조로 이루어져 있는데, 챔버 내부의 밀폐공간 전체를 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기로 조성하므로 독성을 갖는 가스의 사용량이 많아지는 문제점이 있었다.In the conventional heat treatment apparatus, the entire confined space of the chamber in which the substrate is accommodated is selenized or sulfur-containing gas atmosphere for selenization or sulfidation of the substrate, and when the substrate is heat-treated, selenium or sulfur-containing gas is recovered. It consists of a structure, because the entire closed space inside the chamber is composed of a selenium or sulfur-containing gas atmosphere, there was a problem that the amount of toxic gas used increases.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀렌화 또는 황화 과정에서 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기가 최소한의 영역 내에서만 이루어지도록 할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, a solar cell light absorbing layer thin film rapid heat treatment apparatus that can be made in the selenium or sulfur sulfide process in the atmosphere of the selenium or sulfur containing only a minimum area. In providing.
또한, 덮개의 상측을 마감하는 패널의 재질을 그라파이트 재질로 구성함으로써 기판의 상측 전체를 균등한 온도로 가열할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.The present invention also provides a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus capable of heating the entire upper side of a substrate at an uniform temperature by configuring a material of a panel finishing the upper side of the cover.
또한, 덮개의 상측을 마감하는 패널의 재질을 석영 재질로 구성함으로써 상부 가열부의 복사열이 덮개를 그대로 관통하여 기판으로 전달되도록 할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.The present invention also provides a solar cell light absorbing layer thin film rapid heat treatment apparatus capable of transmitting radiant heat of an upper heating part to a substrate through a lid as it is made of a quartz material.
또한, 서셉터에 안착된 기판이 상부 가열부에 근접배치된 상태에서 열처리되도록 함으로써 열처리 효율을 향상시킴과 동시에 공정진행 시간을 단축시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.The present invention also provides a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus capable of improving heat treatment efficiency and shortening process progress time by allowing a substrate mounted on a susceptor to be heat treated in a state in which the substrate is placed close to the upper heating unit.
또한, 챔버의 내부에 기판에 냉각가스를 공급하는 냉각부를 마련하여 열처리가 종료된 기판을 신속하게 냉각시킴으로써 장비의 이용효율을 향상시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.In addition, by providing a cooling unit for supplying a cooling gas to the substrate inside the chamber to provide a quick heat treatment apparatus for a thin film for the light absorption layer for solar cells that can improve the utilization efficiency of the equipment by rapidly cooling the substrate after the heat treatment.
또한, 냉각부의 배출부를 판형으로 구성하고, 가열부를 기준으로 기판의 반대편에 배치하여 기판의 반대편을 향해 공급되는 복사열이 배출부에 의해 반사되도록 함으로써 열에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.In addition, the discharge portion of the cooling unit is formed in a plate-shaped, and disposed on the opposite side of the substrate on the basis of the heating portion so that the radiant heat supplied toward the opposite side of the substrate is reflected by the discharge portion, the light absorption layer for solar cells that can improve the utilization efficiency of thermal energy It is to provide a thin film rapid heat treatment apparatus.
또한, 서셉터의 하부를 지지하는 다수의 지지대에 온도센서를 각각 설치하여 서셉터의 각 부위별 온도를 측정하고, 측정된 온도값을 이용해 가열부의 발열량을 조절함으로써 기판의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치를 제공함에 있다.In addition, by installing a temperature sensor on each of the plurality of supports that support the lower part of the susceptor to measure the temperature of each part of the susceptor, and by using the measured temperature value to adjust the heating value of the heating unit to maintain a uniform temperature distribution of the substrate The present invention provides a light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치에 있어서, 개폐 가능한 밀폐공간을 제공하는 챔버;와, 상기 챔버의 내측에 배치되어 태양전지용 기판의 하부를 지지하는 서셉터;와, 상기 기판의 상부영역과 하부영역 중 적어도 어느 상부영역에 배치되는 가열부;와, 상기 서셉터의 상측에 배치되어 서셉터와의 사이에 기판이 수용되는 내부공간을 형성하는 덮개; 및, 상기 서셉터 또는 덮개를 승강시키는 승강구동부;를 포함하며, 상기 덮개는 챔버 외부와 연결되는 가스공급관과 연결되고, 내측면에는 소스가스를 밀폐공간으로 분사하는 가스노즐공이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치에 의해 달성된다.According to the present invention, in the solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus, a chamber for providing an openable and closed space; and a susceptor disposed inside the chamber to support the lower portion of the solar cell substrate; and A heating unit disposed in at least one upper region of the upper region and the lower region of the substrate; And an elevating driving part for elevating the susceptor or the cover, wherein the cover is connected to a gas supply pipe connected to the outside of the chamber, and a plurality of gas nozzle holes are formed on the inner surface to inject the source gas into the closed space. The light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells is achieved.
여기서, 상기 덮개는 서셉터의 상측을 마감하는 패널과, 상기 패널의 하부 테두리에 배치되어 상기 서셉터의 테두리에 밀착하는 중공관 틀체를 포함하여 구성되고, 상기 가스노즐공은 중공관 틀체의 내측면을 따라 이격 배치되는 것이 바람직하다.Here, the cover comprises a panel for closing the upper side of the susceptor, and a hollow tube frame disposed on the lower edge of the panel to be in close contact with the edge of the susceptor, the gas nozzle hole is the inside of the hollow tube frame It is preferred to be spaced apart along the sides.
또한, 상기 패널은 기판의 상부영역에 배치된 가열부로부터 제공되는 열을 흡수하고, 확산시켜 기판의 전면적에 대하여 열을 균등하게 전달하는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the panel is preferably made of a material that absorbs and diffuses the heat provided from the heating unit disposed in the upper region of the substrate and evenly transfers heat to the entire surface of the substrate.
또한, 상기 패널은 기판의 상부영역에 배치된 가열부로부터 제공되는 열을 투과하는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the panel is preferably made of a material that transmits heat provided from the heating unit disposed in the upper region of the substrate.
또한, 상기 승강구동부는 구동수단과, 상기 구동수단에 의해 수직방향으로 승강하는 이동플레이트와, 상기 이동플레이트상에 수직방향으로 마련되어 서셉터의 하부를 지지하는 다수의 지지대를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the elevating drive unit preferably includes a driving means, a moving plate which is lifted in the vertical direction by the driving means, and a plurality of supports provided in the vertical direction on the movable plate to support the lower part of the susceptor.
또한, 상기 챔버의 상측면과 하측면 중 어느 하나에 각각 마련되어 기판을 향해 냉각가스를 공급하는 냉각부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the cooling unit for supplying a cooling gas toward the substrate, respectively provided on any one of the upper side and the lower side of the chamber; preferably further includes.
또한, 상기 냉각부는 내부에 중공부가 형성되고 챔버의 내측면을 향해 다수의 토출구가 형성되어 챔버의 상측면 또는 하측면에 배치되는 공급패널과, 상기 공급패널에 연결되어 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the cooling unit has a hollow part formed therein, and a plurality of discharge holes are formed toward the inner side of the chamber, the supply panel disposed on the upper side or the lower side of the chamber, and the cooling gas connected to the supply panel to supply the cooling gas. It is preferred to include a supply.
또한, 상기 공급패널은 기판을 향하는 내측면에는 가열부로부터 챔버의 내측면을 향해 전달되는 복사열을 기판을 향해 반사시키는 반사막이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the supply panel is preferably formed with a reflective film on the inner surface facing the substrate to reflect the radiant heat transmitted from the heating portion toward the inner surface of the chamber toward the substrate.
또한, 상기 지지대의 중앙에는 관통홀이 길이방향으로 형성되고, 상기 관통홀의 내부에는 서셉터의 하부온도를 측정하는 온도센서가 삽입 배치되는 것이 바람직하다.In addition, the through hole is formed in the center of the support in the longitudinal direction, the inside of the through hole it is preferable that the temperature sensor for measuring the lower temperature of the susceptor is inserted.
본 발명에 따르면, 셀렌화 또는 황화 과정에서 셀렌 또는 황 함유 가스 분위기가 최소한의 영역 내에서만 이루어지도록 할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell that can be made in the selenium or sulfiding process, the selenium or sulfur-containing gas atmosphere within a minimum region.
또한, 덮개의 상측을 마감하는 패널의 재질을 그라파이트 재질로 구성함으로써 기판의 상측 전체를 균등한 온도로 가열할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, the light absorbing layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell capable of heating the entire upper side of the substrate at an uniform temperature by constructing a material of the panel finishing the upper side of the cover is provided.
또한, 덮개의 상측을 마감하는 패널의 재질을 석영 재질로 구성함으로써 상부 가열부의 복사열이 덮개를 그대로 관통하여 기판으로 전달되도록 할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, by providing a material of the panel finishing the upper side of the cover is made of a quartz material is provided a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus that can be transmitted to the substrate radiant heat through the cover as it is.
또한, 서셉터에 안착된 기판이 상부 가열부에 근접배치된 상태에서 열처리되도록 함으로써 열처리 효율을 향상시킴과 동시에 공정진행 시간을 단축시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, there is provided a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus capable of improving the heat treatment efficiency and shortening the process progress time by allowing the substrate mounted on the susceptor to be heat treated in a state in which the substrate is placed close to the upper heating unit.
또한, 챔버의 내부에 기판에 냉각가스를 공급하는 냉각부를 마련하여 열처리가 종료된 기판을 신속하게 냉각시킴으로써 장비의 이용효율을 향상시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, there is provided a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus that can improve the utilization efficiency of the equipment by providing a cooling unit for supplying a cooling gas to the substrate inside the chamber to quickly cool the substrate after the heat treatment.
또한, 냉각부의 배출부를 판형으로 구성하고, 가열부를 기준으로 기판의 반대편에 배치하여 기판의 반대편을 향해 공급되는 복사열이 배출부에 의해 반사되도록 함으로써 열에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, the discharge portion of the cooling unit is formed in a plate-shaped, and disposed on the opposite side of the substrate on the basis of the heating portion so that the radiant heat supplied toward the opposite side of the substrate is reflected by the discharge portion, the light absorption layer for solar cells that can improve the utilization efficiency of thermal energy A thin film rapid heat treatment apparatus is provided.
또한, 서셉터의 하부를 지지하는 다수의 지지대에 온도센서를 각각 설치하여 서셉터의 각 부위별 온도를 측정하고, 측정된 온도값을 이용해 가열부의 발열량을 조절함으로써 기판의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치가 제공된다.In addition, by installing a temperature sensor on each of the plurality of supports that support the lower part of the susceptor to measure the temperature of each part of the susceptor, and by using the measured temperature value to adjust the heating value of the heating unit to maintain a uniform temperature distribution of the substrate Provided is a light absorbing layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell.
도 1은 일반적인 CIGS계 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도
도 2는 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 부분 절개 사시도,
도 3은 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 단면도,
도 4는 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 작용 단면도,
도 5는 도 4의 "A"부분 확대단면도,
도 6은 도 4의 "B"부분 확대단면도이고,
도 7은 도 4의 "C"부분 확대도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a typical CIGS-based thin film solar cell
Figure 2 is a partial cutaway perspective view of the light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention,
Figure 3 is a cross-sectional view of the light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention,
4 is a cross-sectional view of the operation of the light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention;
5 is an enlarged cross-sectional view of portion “A” of FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of part “B” of FIG. 4;
FIG. 7 is an enlarged view of portion “C” of FIG. 4.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, components having the same configuration are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment. In other embodiments, configurations different from those of the first embodiment will be described do.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to a solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
첨부도면 중 도 2는 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 부분 절개 사시도이고, 도 3은 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 단면도이다.2 is a partial cutaway perspective view of the light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치는 챔버(110), 가열부(120), 지지핀(130), 서셉터(140), 덮개(170), 승강구동부(150) 및 냉각부(160)를 포함하여 구성된다. The light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention as shown in the drawings, the
상기 챔버(110)는 내부에 진공상태를 유지할 수 있는 밀폐공간(111)을 제공하는 것으로, 일측에 기판(G)의 반입/반출을 위해 개폐가능한 도어(112)가 형성된다. 또한, 상기 챔버(110)의 하부에는 챔버(110)의 저면으로부터 이격 배치되는 베이스플레이트(113)과, 상기 챔버(110)와 베이스플레이트(113) 사이에 수직방향으로 배치되어 챔버(110)와 베이스플레이트(113)를 연결하는 가이드축(114)이 마련된다.The
상기 가열부(120)는 상기 챔버(110)의 밀폐공간(111) 상측과 하측에 각각 마련되어 기판(G)의 열처리를 위한 열을 제공하는 것으로, 다수의 램프가 챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상부와 하부에 각각 나란하게 이격 배치되며, 상기 램프는 텅스텐 할로겐 램프 또는 적외선 램프가 적용될 수 있다.The
상기 지지핀(130)은 상기 챔버(110)의 하부에 수직방향으로 다수 설치되어 도어(112)를 통해 챔버(110)의 내부로 반입되는 기판(G)의 하부를 지지하는 것으로, 기판(G)과의 접촉면적이 최소화되도록 상단부가 구형을 이루는 것이 바람직하다. The support pins 130 are installed at a lower portion of the
상기 서셉터(140)는 상기 챔버(110)의 내측 하부영역에 수직방향으로 이동 가능하게 배치되어 상기 기판(G)의 하부를 선택적으로 지지하는 것으로, 그라파이트(Graphite) 재질로 이루어지며, 판면에는 상기 지지핀(130)이 각각 이동 가능하게 삽입되는 통공이 다수 관통 형성된다.The
상기 덮개(170)는 서셉터(140)의 상측을 마감하는 패널(171)과, 내측면에 셀렌 또는 황 함유 가스(이하, '소스가스'라 함)를 기판(G)을 향해 분사하는 가스노즐공(173)이 다수 형성되어 상기 서셉터(140)의 테두리에 밀착되도록 상기 패널(171)의 하부 테두리에 배치되는 중공관 틀체(172)와, 상기 중공관 틀체(172)와 연결되는 가스공급관(174)을 포함하여 구성되며, 서셉터(140)의 상승위치에서 서셉터(140)와의 사이에 내부공간(175)을 형성한다. 한편, 상기 덮개(170)는 기판(G)의 종류나 열처리 환경에 따라 기판(G)의 상부영역에 배치된 가열부(120)로부터 제공되는 열을 흡수하고 확산시켜 기판(G)의 전면적에 대하여 균등하게 전달하는 그라파이트(Graphite) 재질로 이루어지거나, 기판(G)의 상부영역에 배치된 가열부(120)로부터 제공되는 열을 투과하는 석영(Quartz) 재질로 이루어지는 것이 가능하다. 아울러, 도면에는 도시하지 않았으나 소스가스를 회수하기 위한 배기관을 별도로 마련하여 강한 독성을 갖는 소스가스를 회수하는 것이 바람직할 것이다.The
상기 승강구동부(150)는 상기 챔버(110)의 하부에 마련되어 상기 서셉터(140)를 승강시키는 것으로, 판면에 상기 챔버(110)의 가이드축(114)이 삽입되는 가이드홀(151a)이 형성되어 상기 챔버(110)의 하부와 베이스플레이트(113) 사이에 배치되는 이동플레이트(151)와, 제어신호에 의해 신축하는 구동축(152a)이 상기 이동플레이트(151)에 연결되고 타단부는 상기 베이스플레이트(113)에 고정되는 구동수단(152)과, 상기 이동플레이트(151)의 상측에 수직방향으로 다수 마련되며 상기 챔버(110)를 관통하여 서셉터(140)의 하부를 지지하는 지지대(153)를 포함하여 구성된다. The elevating
한편, 상기 지지대(153)는 중앙에 길이방향으로 관통홀(153a)이 형성된 석영 튜브(Quartz tube)로 이루어지고, 상기 관통홀(153a)의 내부에는 서셉터(140)의 하부온도를 측정하는 온도센서(154)가 삽입 배치된다. 한편, 온도센서(154)는 열전대(Thermocouple)가 적용될 수 있다. On the other hand, the
상기 냉각부(160)는 상기 챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상측면과 하측면에 각각 마련되어 기판(G)을 향해 냉각가스를 공급하는 것으로, 내부에 중공부(161a)가 형성되고 챔버(110)의 내측면을 향해 다수의 토출구(161b)가 형성되어 챔버(110)의 상측면 또는 하측면에 배치되는 공급패널(161)과, 상기 공급패널(161)에 연결되어 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부(162)와, 상기 공급패널(161)의 기판(G)과 대향하는 면에 형성되어 챔버(110)의 내측면을 향해 전달되는 복사열을 기판(G)을 향해 반사시키는 반사막을 포함하여 구성된다. The
한편, 본 실시예에서의 냉각부(160)를 구성하는 공급패널(161)은 챔버(110)의 상측면과 하측면에 각각 일체로 구성된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 별도 마련되어 챔버(110)의 내측면에 고정설치되는 것도 가능하다.
On the other hand, the
지금부터는 상술한 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.The operation of the first embodiment of the above-described light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells will now be described.
첨부도면 중 도 4는 본 발명 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치의 작용 단면도이고, 도 5는 도 4의 "A"부분 확대단면도이고, 도 6은 도 4의 "B"부분 확대단면도이고, 도 7은 도 4의 "C"부분 확대도이다.Figure 4 is a cross-sectional view of the action of the light-absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for solar cells of the present invention, Figure 5 is an enlarged cross-sectional view "A" part of Figure 4, Figure 6 is an enlarged cross-sectional view "B" part of FIG. 7 is an enlarged view of portion “C” of FIG. 4.
먼저, 도 3을 참조하여 기판(G)의 열처리 전의 상태를 살펴보면, 챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상측과 하측에 가열부(120)가 각각 배치되고, 챔버의 상측면과 하측면에는 냉각부(160)가 배치되고, 챔버(110)의 하부에는 챔버(110) 내부로 반입된 기판(G)의 하부를 지지하기 위한 지지핀(130)이 수직방향으로 배치되고, 기판(G)의 반입위치를 기준으로 상부와 하부에는 덮개(170)와 서셉터(140)가 각각 배치되며, 상기 챔버(110)의 하부에는 서셉터(140)를 승강시키는 승강구동부(150)가 배치된다.First, referring to FIG. 3, before the heat treatment of the substrate G, the
먼저, 승강구동부(150)의 조립구조를 살펴보면, 두 개 이상의 가이드축(114)에 의해 챔버(110)의 하부에 고정된 베이스플레이트(113)에 구동수단(152)이 설치되고, 이동플레이트(151)는 판면의 가이드홀(151a)에 가이드축(114)이 삽입되어 챔버(110)와 베이스플레이트(113)의 사이에서 가이드축(114)을 따라 이동 가능하게 배치된 상태에서 구동수단(152)의 구동축(152a)이 연결되고, 상기 이동플레이트(151)의 상면에 수직방향으로 설치되어 챔버(110)의 하부를 관통한 지지대(153)의 상단부에는 서셉터(140)의 하단부가 지지된다. First, looking at the assembly structure of the elevating
상기 서셉터(140)는 판면에 형성된 통공으로 챔버(110)의 밀폐공간(111) 하부에 수직방향으로 설치된 지지핀(130)이 삽입된 상태에서, 상기 승강구동부(150)에 의해 대략 밀폐공간(111)의 중앙영역으로부터 하부영역의 범위 내에서 승강하며 기판(G)의 저면부를 선택적으로 지지한다. The
상기 챔버(110)의 밀폐공간(111) 상측면과 하측면에는 냉각부(160)의 냉각가스 공급패널(161)이 각각 설치되어 있으며, 공급패널(161)은 외측면에 마련되어 냉각가스 공급라인에 접속되는 냉각가스 공급부(162)로부터 냉각가스를 공급받아 기판(G)의 열처리 후에 기판(G)을 향해 냉각가스를 분사할 수 있다. Cooling
상기와 같이 배치된 상태에서는 기판(G)을 파지한 이송암이 기판(G)의 측면에 형성된 도어(112)를 통해 챔버(110)의 내부로 유입되어 기판(G)을 지지핀(130)의 상측영역까지 반입한 다음, 하강하여 되돌아 나가면, 기판(G)은 지지핀(130)에 의해 저면부가 지지되어 챔버(110)의 밀폐공간(111)에 위치하게 된다. In the arrangement as described above, the transfer arm holding the substrate G is introduced into the
상기 덮개(170)는 서셉터(140)의 테두리에 대응하는 크기의 중공관 틀체(172)가 기판(G)의 상부영역에 배치되고, 중공관 틀체(172)의 중앙 개구영역의 상측이 덮개(170)로 마감되며, 중공관 틀체(172)에 소스가스를 공급하는 가스공급관(174)은 챔버(110)를 관통하여 중공관 틀체(172)에 연결된다. 아울러, 상기 덮개(170)는 서셉터(140)가 상승하여 기판(G)의 하부를 지지한 상태에서 서셉터(140)의 상측면 테두리가 중공관 틀체(172)의 저면부에 접촉하는 위치에 배치되어 챔버(110)측에 고정된다.
The
이어서, 상기와 같이 챔버(110)의 내부로 기판(G)이 반입된 다음의 기판(G)의 열처리하는 과정을 살펴보면, 도 4에서 도시하는 바와 같이 챔버(110)의 밀폐공간(111) 하부영역에 배치된 서셉터(140)가 승강구동부(150)의 구동에 의해 상승하여 기판(G)의 저면부를 지지하는 것과 동시에 서셉터(140)의 상측면 테두리가 덮개(170)의 중공관 틀체(172)의 저면부에 접촉된 상태로 열처리가 진행된다. Subsequently, a process of heat treating the substrate G after the substrate G is carried into the
상기 서셉터(140)의 상승을 위한 승강구동부(150)의 작용을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation of the lifting
먼저 챔버(110)의 하부에 위치한 베이스플레이트(113)에 일측이 고정된 구동수단(152)이 구동하여 작용축이 연장되면, 작용축에 연결된 이동플레이트(151)가 상측방향으로 이동하며, 이동과정에서 가이드홈에 결합된 가이드축(114)을 따라 상측방향으로의 이동이 안내된다. First, when the driving means 152 having one side fixed to the
상기 이동플레이트(151)의 상승에 의해 이동플레이트(151)의 상측면에 수직방향으로 형성된 다수의 지지대(153)가 챔버(110)를 관통한 상태로 서셉터(140)의 저면부를 지지하고 있으므로 지지대(153)가 상승하여 기판(G)의 하부를 지지하게 된다. 한편, 도면에는 나타나지 않았으나, 상기 서셉터(140)의 이동영역의 상한과 하한을 감지하는 센서를 마련하여 서셉터(140)의 이동범위를 제한하는 것이 바람직할 것이다.Since the plurality of
상기와 같이 서셉터(140)가 기판(G)의 하부를 지지한 상태에서는, 서셉터(140)의 상측면 테두리가 덮개(170)의 중공관 틀체(172)의 저면부에 접촉되면서 서셉터와 덮개(170)의 사이에 기판을 감싸는 내부공간(175)이 마련된다. 이어서 도 7과 같이 가스공급관(174)으로 소스가스가 주입되면, 중공관 틀체(172)의 내측면에 형성된 가스노즐공(173)을 통해 소스가스가 분사되면서 기판(G)이 수용된 내부공간(175)이 소스가스 분위기로 조성된다. 상기와 같이 서셉터(140)와 덮개(170)의 사이에 마련된 내부공간은 챔버 내부에서 기판의 셀렌화 또는 황화를 위한 소스가스 분위기를 조성하는 공간을 최소화하는 것이므로, 독성을 갖는 소스가스의 사용량을 최소화할 수 있게 된다. In the state in which the
기판(G)이 수용된 내부공간(175)이 소스가스 분위기로 조성되면, 챔버(110)의 밀폐공간(111) 내에서 기판(G)의 상측과 하측에 각각 배치된 가열부(120)에 의해 기판(G)이 가열되어 열처리가 진행된다. 이때, 하부에 배치된 가열부(120)로부터 제공되는 열은 기판(G)의 하부를 지지하는 그라파이트 재질의 서셉터(140)에 흡수되었다가 확산되어 기판(G)의 하부 전체를 균등한 온도로 가열한다.When the internal space 175 containing the substrate G is formed in a source gas atmosphere, the
또한, 상부에 배치된 가열부(120)로부터 전달되는 열은 덮개(170)의 패널(171)이 그라파이트 재질로 이루어지는 경우, 패널(171)에 흡수되고, 패널(171)에서 확산되어 기판(G)의 상부 전체를 균등한 온도로 가열할 수 있으며, 덮개(170)의 패널(171)이 석영 재질로 이루어지는 경우 그대로 투과하여 기판(G)의 상측면에 마련된 광흡수층에 그대로 전달되도록 할 수 있다. 따라서, 용도에 따라 덮개(170) 패널(171)의 재질을 바꿔 용도에 따른 다양한 종류의 기판(G)을 열처리하는 것이 가능하게 된다. In addition, when the
챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상측면과 하측면에 각각 배치된 냉각부(160)의 냉각가스 공급패널(161)은 기판(G)과 대향하는 면에 반사막이 형성되어 가열부(120)로부터 냉각가스 공급패널(161)을 향해 전달되는 복사열을 기판(G)을 향해 반사시키므로 열에너지의 이용효율이 향상된다. In the cooling
한편, 서셉터(140)의 바닥면을 지지하는 다수의 지지대(153)에는 도 6과 같이 내부 관통홀(153a)에 설치된 온도센서(154)를 통해 서셉터(140)의 각 부위에 따른 온도를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 상기 온도센서(154)로부터 제공되는 서셉터(140)의 각 부위별 측정 온도값에 따라 상부와 하부에 각각 배치된 가열부(120)의 발열량을 조절하여 기판(G)의 표면에 형성된 광흡수층 박막의 결정화를 제어함으로써 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. On the other hand, the plurality of
한편, 기판(G)의 열처리가 종료되면, 챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상측면과 하측면에 각각 배치된 냉각부(160)를 통해 냉각가스를 공급하여 챔버(110)의 내부를 신속하게 냉각시킴으로써 공정 택-타임(Tack Time)을 단축하고, 열처리 과정에서 대략 500도 정도로 가열된 기판(G)에 냉각가스를 골고루 분사하여 냉각시킴으로써 냉각에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. On the other hand, when the heat treatment of the substrate (G) is finished, the cooling gas is supplied through the
도 7을 참조하여 상부에 배치된 냉각부(160)를 살펴보면, 중공의 냉각가스 공급패널(161)이 챔버(110)의 내측면에 밀착된 상태에서 외측면에 마련된 냉각가스 공급부(162)로부터 냉각가스를 공급받는데, 이러한 냉각가스 공급부(162)가 공급패널(161)의 외측면에 이격된 상태로 다수 마련되어 일 영역에 냉각가스가 집중되는 것이 방지된다. Looking at the
이어서, 냉각가스 공급부(162)를 통해 냉각가스 공급패널(161)의 중공부(161a)로 공급된 냉각가스는 냉각가스 공급패널(161)의 판면에 다수 형성된 토출구(161b)를 통해 분사되는데, 이러한 토출구(161b)가 기판(G)과 대향하는 면에 형성되어 있으므로 기판(G)이 빠른 시간안에 균등한 온도분포를 가지며 냉각된다.Subsequently, the cooling gas supplied to the
또한, 상부 냉각부(160)의 냉각가스 공급패널(161)은 판형으로 이루어진 상태에서 챔버(110)의 밀폐공간(111)의 상단부에 배치되어 있으므로 상부 가열부(120)로부터 챔버(110)의 내측면을 향하는 복사열을 반사시키므로, 열에너지의 이용효율을 향상시키게 된다. 한편, 상기 배출부의 상부 가열부(120)와 대향하는 면에는 반사효율을 향상시키기 위한 반사막이 형성됨이 바람직할 것이다. In addition, since the cooling
한편, 하부에 배치된 냉각부(160)는 밀폐공간(111)의 내측면 하부에 배치되는 것으로 상부 냉각부(160)와 동일한 구조로 이루어져 서셉터(140)의 하부를 향해 냉각가스를 공급하는 것으로, 상부에 배치된 냉각부(160)와 동일한 작용을 나타내는 것이므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
On the other hand, the
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.
110:챔버, 111:밀폐공간, 112:도어, 113:베이스플레이트, 114:가이드축,
120:가열부, 130:지지핀, 140:서셉터, 150:승강구동부, 151:이동플레이트,
151a:가이드홀, 152:구동수단, 152a:구동축, 153:지지대, 153a:관통홀,
154:온도센서, 160:냉각부, 161:냉각가스 공급패널, 161a:중공부,
161b:토출구, 162:냉각가스 공급부, 170:덮개, 171:패널, 172:중공관 틀체,
173:가스노즐공, 174:가스공급관, G:기판110: chamber, 111: airtight space, 112: door, 113: base plate, 114: guide shaft,
120: heating part, 130: support pin, 140: susceptor, 150: lifting drive part, 151: moving plate,
151a: guide hole, 152: drive means, 152a: drive shaft, 153: support, 153a: through hole,
154: temperature sensor, 160: cooling unit, 161: cooling gas supply panel, 161a: hollow part,
161b: discharge port, 162: cooling gas supply unit, 170: cover, 171: panel, 172: hollow tube frame,
173: gas nozzle ball, 174: gas supply pipe, G: substrate
Claims (9)
개폐 가능한 밀폐공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버의 내측에 배치되어 태양전지용 기판의 하부를 지지하는 서셉터;
상기 기판의 상부영역과 하부영역 중 적어도 어느 상부영역에 배치되는 가열부;
상기 서셉터의 상측에 배치되어 서셉터와의 사이에 기판이 수용되는 내부공간을 형성하는 덮개; 및,
상기 서셉터 또는 덮개를 승강시키는 승강구동부;를 포함하며,
상기 덮개는 챔버 외부와 연결되는 가스공급관과 연결되고, 내측면에는 소스가스를 밀폐공간으로 분사하는 가스노즐공이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.In the solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus,
A chamber providing an openable and closed space;
A susceptor disposed inside the chamber to support a lower portion of the solar cell substrate;
A heating unit disposed in at least any one of an upper region and a lower region of the substrate;
A cover disposed on an upper side of the susceptor to form an inner space in which a substrate is accommodated between the susceptor; And
Includes; elevating drive unit for lifting the susceptor or cover;
The cover is connected to the gas supply pipe connected to the outside of the chamber, the inner surface of the solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus, characterized in that a plurality of gas nozzle holes for injecting the source gas into the closed space is formed.
상기 덮개는 서셉터의 상측을 마감하는 패널과, 상기 패널의 하부 테두리에 배치되어 상기 서셉터의 테두리에 밀착하는 중공관 틀체를 포함하여 구성되고, 상기 가스노즐공은 중공관 틀체의 내측면을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.The method of claim 1,
The cover includes a panel closing the upper side of the susceptor, and a hollow tube frame disposed on the lower edge of the panel to be in close contact with the edge of the susceptor, wherein the gas nozzle hole is the inner surface of the hollow tube frame Solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus characterized in that spaced apart along.
상기 패널은 기판의 상부영역에 배치된 가열부로부터 제공되는 열을 흡수하고, 확산시켜 기판의 전면적에 대하여 열을 균등하게 전달하는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.The method of claim 2,
And the panel absorbs and diffuses heat provided from a heating unit disposed in an upper region of the substrate, and is configured of a material for uniformly transferring heat to the entire surface of the substrate.
상기 패널은 기판의 상부영역에 배치된 가열부로부터 제공되는 열을 투과하는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.The method of claim 2,
The panel is a heat absorption device thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell, characterized in that composed of a material that transmits heat provided from a heating unit disposed in the upper region of the substrate.
상기 승강구동부는 구동수단과, 상기 구동수단에 의해 수직방향으로 승강하는 이동플레이트와, 상기 이동플레이트상에 수직방향으로 마련되어 서셉터의 하부를 지지하는 다수의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.The method of claim 2,
The elevating driving part includes a driving means, a movable plate which is lifted in a vertical direction by the driving means, and a plurality of supports provided in the vertical direction on the movable plate to support a lower part of the susceptor. Light absorption layer thin film rapid heat treatment device.
상기 챔버의 상측면과 하측면 중 어느 하나에 각각 마련되어 기판을 향해 냉각가스를 공급하는 냉각부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.6. The method of claim 5,
The light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell, characterized in that it further comprises; a cooling unit provided on one of the upper side and the lower side of the chamber to supply a cooling gas toward the substrate.
상기 냉각부는 내부에 중공부가 형성되고 챔버의 내측면을 향해 다수의 토출구가 형성되어 챔버의 상측면 또는 하측면에 배치되는 공급패널과, 상기 공급패널에 연결되어 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.The method according to claim 6,
The cooling unit has a hollow part formed therein, and a plurality of discharge holes are formed toward the inner side of the chamber, the supply panel disposed on the upper side or the lower side of the chamber, and the cooling gas supply unit connected to the supply panel to supply the cooling gas. Solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus comprising a.
상기 공급패널은 기판을 향하는 내측면에는 가열부로부터 챔버의 내측면을 향해 전달되는 복사열을 기판을 향해 반사시키는 반사막이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.8. The method of claim 7,
The supply panel of the solar cell light absorption layer thin film rapid heat treatment apparatus, characterized in that the inner side facing the substrate is formed with a reflective film for reflecting the radiant heat transmitted from the heating portion toward the inner side of the chamber toward the substrate.
상기 지지대의 중앙에는 관통홀이 길이방향으로 형성되고, 상기 관통홀의 내부에는 서셉터의 하부온도를 측정하는 온도센서가 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 광흡수층 박막 급속 열처리장치.6. The method of claim 5,
The through-hole is formed in the longitudinal direction in the center of the support, the light absorbing layer thin film rapid heat treatment apparatus for a solar cell, characterized in that the temperature sensor for measuring the lower temperature of the susceptor is inserted into the through-hole.
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