KR20130051128A - 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치, 열처리 방법 및 이를 이용한 박막형 태양전지 제조 방법 - Google Patents

박막형 태양전지 제조용 열처리 장치, 열처리 방법 및 이를 이용한 박막형 태양전지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정가스 분위기에서 기판 상에 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 공정이 이루어지는 퍼니스 챔버, 상기 퍼니스 챔버의 내부에 위치되게 설치되는 제1차단부재, 및 상기 제1차단부재 내부에 설치되고, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 열처리 공정시 알칼리금속을 공급하기 위한 알칼리 공급부를 포함하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치, 열처리 방법 및 이를 이용한 박막형 태양전지 제조 방법에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 기판 상에 알칼리 공급막을 형성하지 않고도, 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성할 수 있으므로, 박막형 태양전지를 제조하기 위한 공정 수를 줄임으로써 박막형 태양전지에 대한 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 박막형 태양전지를 제조하는데 드는 공정 비용을 줄임으로써, 박막형 태양전지에 대한 제조 단가를 줄일 수 있고, 이에 따라 박막형 태양전지에 대한 제품 경쟁력을 강화할 수 있다.

Description

박막형 태양전지 제조용 열처리 장치, 열처리 방법 및 이를 이용한 박막형 태양전지 제조 방법{Thermal Processing Apparatus and Method for Manufacturing Solar Cell and Method for Manufacturing Solar Cell using the same}
본 발명은 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지를 제조하기 위한 열처리 장치, 열처리 방법 및 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 태양 전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업용 발전설비까지 폭넓게 이용된다. 또한, 최근 친환경 대체 에너지의 필요성이 증가함에 따라 태양 전지에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 태양 전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 다음과 같다.
태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 갖는다. 이와 같은 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron) 쌍이 생성된다. 이 때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 이동하고, 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라, 전위가 발생하게 됨으로써, 태양전지는 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이다. 상기 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체 층을 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
상기 박막형 태양 전지는 광 흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양 전지와 화합물 박막형 태양 전지로 나눌 수 있다. 상기 화합물 박막형 태양 전지는 다시 Ⅱ-Ⅵ 족 태양 전지, Ⅲ-Ⅴ 족 태양전지 등으로 분류할 수 있으며, 상기 Ⅱ-Ⅵ 족 태양 전지 내에는 CdTe 및CIGS 태양 전지 등으로 분류할 수 있다. 상기 CIGS 태양 전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막형 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 박막형 태양 전지는 기판(10) 상에 형성된 후면 전극층(20), 후면 전극층(20) 상에 형성된 광흡수층(30), 광흡수층(30) 상에 형성된 버퍼층(40), 및 버퍼층(40) 상에 형성된 전면 전극층(50)을 포함한다.
상기 기판(10)은 유리(glass)로 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(20)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되어 정극성(+) 전극으로 사용된다. 상기 광흡수층(30)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 ZnS 또는 CdS 등의 재질로 형성된다. 상기 전면전극층(50)은 ITO, AZO등의 투명 전도성 산화막으로 형성되어, 부극성(-) 전극으로 사용된다.
종래 기술에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 알칼리 금속이 포함되어 있는 기판(10)을 사용하는 경우, 이러한 알칼리 금속은 CIGS 광흡수층 막으로 확산되어 결정 입자를 크게 성장시키게 됨으로써, 태양전지의 에너지 변환 효율이 높아진다는 사실이 알려져 있다(제12회 유럽 광전력 태양에너지 회의 M.Bodegard 등, 'The influence of sodium on the grain structure of cuinse2 films for photovoltaic applications' 참조).
또한, 기판(10) 상에 Na2O2 막을 적층한 후 상기 광흡수층(30)을 형성한 박막형 태양전지는, Na2O2 막을 적층하지 않은 태양전지와 비교할 때 에너지 변환 효율이 약 2% 향상한다는 것이 알려져 있다(제1회 광전력 에너지 변환 세계 회의 M.Ruckh 등, 'Influence of substrates on the electrical properties of Cu(In,Ga)Se2 thinfilms').
이로부터, 상기 광흡수층(30)이 알칼리금속을 함유하도록 형성한 경우, 박막형 태양전지가 갖는 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지가 갖는 에너지 변환 효율을 향상시키기 위해 상기 광흡수층(30)에 알칼리금속을 효과적으로 함유시키기 위한 기술이 연구되어 왔다.
도 2a 내지 및 도 2b는 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 있어서 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성하기 위해 다음과 같은 공정을 포함한다.
우선, 상기 후면전극층(20) 상에 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성한다. 상기 알칼리 공급막(32)은 Na2S를 이용하여 형성된다.
다음, 상기 알칼리 공급막(32) 상에 전구체층(34, 도 2a에 도시됨)를 형성한다. 상기 전구체층(34)은 Cu-Ga-In을 이용하여 형성된다.
다음, 상기 전구체층(34)에 대한 셀레늄(Se)이 포함된 분위기에서 열처리 공정을 수행한다. 이러한 공정이 수행됨에 따라, 상기 알칼리 공급막(32)으로부터 나트륨(Na)이 배출되고, 배출된 나트륨이 상기 전구체층(34)에 스며들게 됨으로써, 알칼리금속이 함유된 광흡수층(30, 도 2b에 도시됨)이 형성된다.
상술한 바와 같은, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 상기 알칼리 공급막(32)을 형성한 이후 소정 시간이 경과한 후에 상기 광흡수층(30)을 형성하는 공정이 이루어진다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 상기 알칼리 공급막(32)을 형성한 이후 상기 광흡수층(30)을 형성하기 이전에 흡습성을 가지는 알칼리금속의 특성 때문에 알칼리금속의 성질이 변질되거나, 상기 알칼리 공급막(32)이 상기 후면전극층(20)으로부터 박리됨으로써, 알칼리금속이 함유된 광흡수층(30)을 형성하기 어려운 문제가 있다.
둘째, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 알칼리금속이 함유된 광흡수층(30)을 형성하기 위해 상기 알칼리 공급막(32)을 형성하는 공정이 요구되고, 상기 알칼리 공급막(32)을 형성하기 위한 장비를 구비해야 한다. 따라서, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 태양전지를 제조하는데 드는 공정 비용이 증가하고, 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 공정을 통해 기판 상에 알칼리 공급막을 형성하지 않고도 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성할 수 있는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치, 열처리 방법 및 이를 이용한 박막형 태양전지 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치는 공정가스 분위기에서 기판 상에 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 공정이 이루어지는 퍼니스 챔버; 상기 퍼니스 챔버의 내부에 위치되게 설치되는 제1차단부재; 및 상기 제1차단부재 내부에 설치되고, 상기 광 흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 열처리 공정시 알칼리금속을 공급하기 위한 알칼리 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은 퍼니스 챔버 내부에 기판 상에 광흡수층을 형성하기 위한 공정가스를 공급하는 단계; 및 상기 기판 상에 광흡수층이 형성되도록 상기 퍼니스 챔버 내부를 가열하여 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리 공정을 수행하는 단계는, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 알칼리공급부가 알칼리금속을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 전구체층을 형성하는 단계; 상기 전구체층이 형성된 기판을 공정가스 분위기에서 열처리하여 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 광흡수층을 형성하는 단계는, 퍼니스 챔버 내부에 공정가스를 공급하는 단계, 및 상기 퍼니스 챔버 내부를 가열하여 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리 공정을 수행하는 단계는, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 알칼리공급부가 알칼리금속을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 기판 상에 알칼리 공급막을 형성하지 않고도, 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성할 수 있으므로, 박막형 태양전지를 제조하기 위한 공정 수를 줄임으로써 박막형 태양전지에 대한 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 박막형 태양전지를 제조하는데 드는 공정 비용을 줄임으로써, 박막형 태양전지에 대한 제조 단가를 줄일 수 있고, 이에 따라 박막형 태양전지에 대한 제품 경쟁력을 강화할 수 있다.
본 발명은 알칼리금속의 성질이 변질되는 것을 방지함으로써, 알칼리금속이 함유된 광흡수층에 대한 품질을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 박막형 태양전지에 대한 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막형 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 단면도
도 2a 내지 및 도 2b는 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 있어서 광흡수층을 형성하는 과정을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치의 개략적인 단면도
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치가 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성하는 과정을 나타낸 개략적인 단면도
도 6은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부가 설치된 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치의 개략적인 단면도
도 7은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부의 개략적인 사시도
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 따라 박막형 태양전지가 제조되는 과정을 나타낸 개략적인 단면도
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물의 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치의 개략적인 단면도, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치가 알칼리금속이 함유된 광흡수층을 형성하는 과정을 나타낸 개략적인 단면도, 도 6은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부가 설치된 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치의 개략적인 단면도, 도 7은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부의 개략적인 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 기판(200) 상에 광흡수층(230)을 형성하기 위한 열처리 공정이 이루어지는 퍼니스 챔버(110), 상기 퍼니스 챔버(100) 내부에 위치되게 설치되는 제1차단부재(120), 및 상기 열처리 공정시 알칼리금속을 공급하기 위한 알칼리 공급부(130)를 포함한다.
상기 퍼니스 챔버(110)는 상기 열처리 공정이 이루어지기 위한 열처리 공간(111)을 제공한다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 열처리 공간(111)에 위치된 기판(200)에 대해 열처리 공정을 수행한다. 상기 기판(200)은 후면전극층(210)과 전구체층(220)이 형성된 상태로 상기 열처리 공간(111)에 위치될 수 있다. 상기 후면전극층(210)은 상기 기판(200) 상에 형성된다. 상기 후면전극층(20)은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다. 상기 전구체층(220)은 상기 후면전극층(210) 상에 형성된다. 상기 전구체층(220)은 구리(Cu), 인듐(In), 및 갈륨(Ga)으로 형성될 수 있다. 상기 전구체층(220)은 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄(Se)으로 형성될 수도 있다. 도시되지 않았지만, 상기 전구체층(220)은 다층으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 공정가스 분위기인 상태에서 상기 열처리 공정을 수행함으로써, 상기 전구체층(220)을 이용하여 상기 광흡수층(230)을 형성할 수 있다. 상기 공정가스는 황화수소(H2S) 또는 셀렌화 수소(H2Se)로 형성된 것일 수 있다.
상기 기판(200)은 카세트(300)에 지지된 상태로 상기 열처리 공간(111)에 위치될 수 있다. 상기 카세트(300)는 복수개의 기판(200)이 서로 소정 거리로 이격되게 상기 기판(200)들을 지지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 복수개의 기판(200)에 대해 상기 열처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 기판(200)는 지면에 수직한 방향 또는 지면에 수평한 방향으로 상기 카세트(300)에 적재될 수 있다. 상기 퍼니스 챔버(110)는 상기 열처리 공간(111)에 상기 카세트(300)가 위치될 수 있는 형태 및 크기로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 퍼니스 챔버(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 제1차단부재(120)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 위치되게 설치된다. 상기 제1차단부재(120)는 상기 퍼니스 챔버(110)의 내벽에 결합되게 설치될 수 있다. 상기 제1차단부재(120)는 상기 열처리 공간(111)을 감싸도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1차단부재(12)는 "⊃"자 형태의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제1차단부재(120)는 상기 공정가스가 상기 퍼니스 챔버(110)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1차단부재(120)는 상기 공정가스와 상기 퍼니스 챔버(110) 간에 화학적인 반응이 발생하는 것을 방지함으로써, 상기 퍼니스 챔버(110)가 상기 공정가스와 화학적으로 반응함에 따라 손상 내지 부식되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1차단부재(120)는 상기 퍼니스 챔버(110)의 내벽 전부에 결합되게 형성될 수도 있다. 상기 제1차단부재(120)는 상기 퍼니스 챔버(110)의 내벽 일부에 결합되게 형성될 수도 있다. 상기 제1차단부재(120)는 상기 공정가스와 화학적으로 반응하지 않는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1차단부재(120)는 석영으로 형성될 수 있다. 도 4에는 상기 제1차단부재(120)가 단층 구조를 갖도록 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제1차단부재(120)는 다층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리 공급부(130)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 위치되게 설치된다. 상기 알칼리 공급부(130)는 상기 제1차단부재(120) 내부에 설치됨으로써, 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 위치되게 설치될 수 있다.
상기 알칼리 공급부(130)는 상기 열처리 공정시 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급한다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 다음과 같은 작용효과를 도모할 수 있다.
첫째, 상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성한 이후 소정 시간이 경과한 후에 상기 광흡수층(30, 도 2b에 도시됨)을 형성하였다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 박막형 태양전지 제조방법은 흡습성을 가지는 알칼리금속의 특성 때문에 알칼리금속의 성질이 변질되거나, 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)이 상기 후면전극층(20, 도 2a에 도시됨)으로부터 박리됨으로써, 알칼리금속이 함유된 광흡수층(30, 도 2b에 도시됨)을 형성하기 어려운 문제가 있었다.
이와 달리, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 기판(200) 상에 상기 광흡수층(230)을 형성하기 위해 열처리 공정을 수행하는 과정에서 상기 알칼리 공급부(130)가 알칼리금속을 공급한다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 알칼리금속의 성질이 변질되는 것을 방지할 수 있으므로, 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)을 안정적으로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 기판(200) 상에 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성하지 않으므로, 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)이 박리됨에 따라 알칼리금속이 함유된 광흡수층(30, 도 2b)이 형성되지 않는 문제를 원천적으로 해결할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)을 안정적으로 형성함으로써, 에너지 변환 효율이 향상된 박막형 태양전지를 제조할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 기판(200) 상에 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성하지 않고도, 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는, 종래 기술에 있어서 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성하는 공정을 생략할 수 있고, 상기 알칼리 공급막(32, 도 2a에 도시됨)을 형성하는 공정을 수행하기 위한 비용을 절감할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 공정 수를 줄임으로써, 박막형 태양전지에 대한 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 박막형 태양전지를 제조하는데 드는 공정 비용을 줄임으로써, 박막형 태양전지에 대한 제조 단가를 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 박막형 태양전지에 대한 제품 경쟁력을 강화할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리 공급부(130)는 주기율표 상의 1족에 해당하는 알칼리금속을 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 알칼리 공급부(130)는 나트륨(Na)을 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 알칼리 공급부(130)는 나트륨(Na)을 포함하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 알칼리 공급부(130)는 Na2O, Na2S 등으로 형성될 수 있다. 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 상기 알칼리 공급부(130)로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 알칼리 공급부(130)는 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리 공급부(130)는 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급하기 위한 제1코팅층(131)을 포함할 수 있다.
상기 제1코팅층(131)은 제1차단부재(120) 내벽에 형성된다. 상기 제1코팅층(131)이 형성된 제1차단부재(120)의 내벽은, 상기 열처리 공간(111)에 위치된 기판(200)을 향하는 상기 제1차단부재(120)의 일면이다. 상기 제1코팅층(131)은 알칼리금속으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 상기 제1코팅층(131)으로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제1코팅층(131)은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다.
상기 제1코팅층(131)은 스프레이법 등에 의해 상기 제1차단부재(120)의 내벽을 코팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 열처리 공정을 반복적으로 수행함에 따라 상기 제1코팅층(131)이 갖는 알칼리금속의 양이 줄어들 수 있다. 상기 광흡수층(230)에 함유된 알칼리금속의 함량이 너무 적은 경우, 상기 광흡수층(230)의 결정 성장 및 박막형 태양전지의 효율을 증가시키기 어렵다. 이를 위해, 상기 제1코팅층(131)이 갖는 알칼리금속의 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1차단부재(120)의 내벽을 재코팅함으로써 상기 제1코팅층(131)이 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 재형성할 수 있다. 상기 기설정된 기준은 에너지 변환 효율 등과 같이 박막형 태양전지에 대해 사용자가 요구하는 사양에 따라 결정될 수 있다. 알칼리금속의 농도는 상기 제1코팅층(131)에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 획득될 수 있다. 알칼리금속의 농도는 상기 열처리 공정이 이루어질 때 상기 열처리 공간에 함유된 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 획득될 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 알칼리금속의 농도를 측정하기 위한 센서(미도시)를 포함할 수도 있다. 상기 센서는 상기 퍼니스 챔버(110)에 설치될 수 있다. 한편, 상기 광흡수층(230)에 알칼리금속이 지나치게 다량 함유되면, 오히려 불순물로서 작용하여 박막형 태양전지의 효율을 저하시키고, 층간 계면 결합력이 작아질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 센서가 측정한 알칼리금속의 농도를 이용하여 상기 광흡수층(230)에 함유되는 알칼리금속의 함량을 적정한 범위로 조절할 수 있다. 이 경우, 상기 제1코팅층(131)이 코팅된 두께를 조절함으로써, 상기 광흡수층(230)에 함유되는 알칼리금속의 함량이 적정한 범위로 조절될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열하기 위한 가열기구(140)를 포함할 수 있다.
상기 가열기구(140)는 상기 퍼니스 챔버(110)와 상기 제1차단부재(120) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 가열기구(140)는 상기 퍼니스 챔버(110)에 결합될 수 있다. 상기 가열기구(140)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 공정가스 분위기인 상태에서 상기 열처리 공간을 가열함으로써, 상기 전구체층(220)와 상기 공정가스로부터 상기 광흡수층(230)이 형성되는 열처리 공정이 수행되도록 한다. 이 경우, 상기 가열기구(140)는 상기 열처리 공간을 가열함으로써, 상기 열처리 공급부(130)를 가열할 수 있다. 상기 열처리 공급부(130)가 가열됨에 따라, 상기 열처리 공급부(130)는 알칼리금속을 배출함으로써 상기 열처리 공간에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 기판(200) 상에 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)을 형성할 수 있다. 상기 가열기구(140)는 전열히터일 수 있다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 가열기구(140)를 복수개 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 가열기구(140)는 서로 소정 거리로 이격되게 상기 퍼니스 챔버(110)에 설치될 수 있다.
도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 가열기구(140)가 상기 열처리 공간을 가열함에 따라 상기 열처리 공간에 대한 온도를 측정하기 위한 온도센서, 및 상기 온도센서가 획득한 온도정보에 따라 상기 열처리 공간이 설정된 온도로 유지되도록 상기 가열기구(140)를 제어하는 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 온도센서는 상기 퍼니스 챔버(110)에 설치될 수 있다. 상기 퍼니스 챔버(110)에는 상기 가열기구(140) 및 상기 온도센서가 복수개 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 온도 컨트롤러는 상기 온도센서들로부터 상기 열처리 공간에 대한 구역별 온도정보들을 수신하고, 수신한 온도정보들에 따라 상기 열처리 공간이 전체적으로 균일한 온도로 유지될 수 있도록 상기 가열기구(140)들을 개별적으로 제어할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 퍼니스 챔버(110)가 갖는 출입구(112)를 개폐(開閉)하기 위한 도어(150)를 포함할 수 있다.
상기 도어(150)는 상기 출입구(112)를 개방(開放)할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 또는 상기 카세트(300)는 상기 도어(150)에 의해 개방된 출입구(112)를 통해 상기 퍼니스 챔버(110) 에 반입될 수 있고, 상기 퍼니스 챔버(110)로부터 반출될 수 있다. 상기 기판(200) 또는 상기 카세트(300)는 별도의 이송수단(미도시)에 의해 이동될 수 있다. 상기 기판(200) 또는 상기 카세트(300)는 상기 열처리 공간(111)의 바닥면에 마련된 받침부재(113)에 지지될 수 있다. 상기 받침부재(113)는 상기 제1차단부재(120)에 설치될 수 있다. 상기 열처리 공정이 수행될 때, 상기 도어(150)는 상기 출입구(112)를 폐쇄(閉鎖)할 수 있다. 상기 도어(150)는 상기 퍼니스 챔버(110)에 탈부착 가능하게 결합됨으로써, 상기 출입구(112)를 개폐할 수 있다. 상기 도어(150)는 힌지(미도시) 등에 의해 상기 퍼니스챔버(110)에 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 출입구(112)를 개폐할 수도 있다.
상기 도어(150)에는 밀봉부재(151)가 설치될 수 있다. 상기 도어(150)가 상기 출입구(112)를 폐쇄하면, 상기 밀봉부재(151)는 상기 도어(150)와 상기 퍼니스 챔버(110) 사이를 밀봉함으로써, 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 밀폐시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 도어(150)에 결합된 제2차단부재(160)를 포함할 수 있다.
상기 제2차단부재(160)는 상기 도어(150)의 내벽에 결합된다. 상기 도어(150)의 내벽은, 상기 출입구(112)를 폐쇄할 때 상기 열처리 공간(111)에 위치된 기판(200)을 향하는 상기 도어(150)의 일면이다. 상기 제2차단부재(160)는 상기 공정가스가 상기 도어(150)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2차단부재(160)는 상기 공정가스와 상기 도어(150) 간에 화학적인 반응이 발생하는 것을 방지함으로써, 상기 도어(150)가 상기 공정가스와 화학적으로 반응함에 따라 손상 내지 부식되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제2차단부재(160)는 상기 공정가스와 화학적으로 반응하지 않는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2차단부재(160)는 석영으로 형성될 수 있다. 도 4에는 상기 제2차단부재(160)가 단층 구조를 갖도록 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제2차단부재(160)는 다층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리 공급부(130)는 상기 제2차단부재(160)에 결합된 제2코팅층(132)을 포함할 수 있다.
상기 제2코팅층(132)은 상기 제2차단부재(160)를 기준으로 상기 도어(150)의 반대편에 위치되게 상기 제2차단부재(160)에 형성될 수 있다. 상기 제2코팅층(132)은 알칼리금속으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 상기 제2코팅층(132)으로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제2코팅층(132)은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다.
상기 제2코팅층(132)은 스프레이법 등에 의해 상기 제2차단부재(160)를 코팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 열처리 공정을 반복적으로 수행함에 따라 상기 제2코팅층(132)이 갖는 알칼리금속의 양이 줄어들 수 있다. 이 경우, 상기 제2코팅층(132)이 갖는 알칼리금속의 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제2차단부재(160)를 재코팅함으로써 상기 제2코팅층(132)이 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 재형성할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 상기 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부(170)를 포함할 수 있다.
상기 가스공급부(160)는 상기 퍼니스 챔버(110) 외부에 위치되게 상기 퍼니스 챔버(110)에 설치될 수 있다. 상기 가스공급부(160)는 상기 공정가스를 저장할 수 있고, 저장된 공급가스를 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 상기 공정가스는 황화수소(H2S) 또는 셀렌화 수소(H2Se)로 형성된 것일 수 있다. 상기 퍼니스 챔버(110)에는 상기 가스공급부(160)에 연결되게 형성된 가스주입구(114)가 형성될 수 있다. 상기 가스공급부(160)는 상기 퍼니스 챔버(110)를 관통하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스공급부(160)는 상기 가스주입구(114)를 통해 상기 퍼니스 챔버(110) 내부의 열처리 공간(111)으로 공정가스를 주입할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 퍼이스 챔버(110) 외부로 열손실이 발생하는 것을 차단하기 위한 단열부(180)를 포함할 수 있다.
상기 단열부(180)는 상기 퍼니스 챔버(110)의 외벽에 형성될 수 있다. 상기 단열부(180)는 단열성(斷熱性)을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 단열부(180)는 테프론(Teflon)으로 형성될 수 있다. 상기 단열부(180)는 상기 퍼니스 챔버(110) 외벽을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 단열부(180)는 상기 퍼니스 챔버(110) 외부로 열손실이 발생하는 것을 차단함으로써, 상기 열처리 공간(111)이 설정된 온도로 정확하게 유지되도록 할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부(130)는 상기 제1차단부재(120)에 결합되는 제1공급부재(133, 도 6에 도시됨)를 포함할 수 있다.
상기 제1공급부재(133)는 상기 제1차단부재(120)의 내벽에 결합된다. 상기 제1공급부재(133)는 알칼리금속을 포함하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 상기 제1공급부재(133)로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제1공급부재(133)는 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 상기 제1공급부재(133)는 탄산나트륨 라임 유리(Soda Lime Glass, SLG)일 수 있다. 탄산나트륨 라임 유리는 알칼리금속을 함유하고 있다. 따라서, 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 탄산나트륨 라임 유리로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제1공급부재(133)는 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다.
상기 제1공급부재(133)는 상기 제1차단부재(120)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제1공급부재(133)는 볼트 등의 체결수단을 이용하여 상기 제1차단부재(120)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 열처리 공정을 반복적으로 수행함에 따라 상기 제1공급부재(133)가 갖는 알칼리금속의 양이 줄어들 수 있다. 이 경우, 상기 제1공급부재(133)가 갖는 알칼리금속의 농도가 상기 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1차단부재(120)로부터 상기 제1공급부재(133)를 분리하고 새로운 제1공급부재(133)를 상기 제1차단부재(120)에 결합시킴으로써 상기 제1공급부재(133)가 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 상기 제1공급부재(133)를 교환할 수 있다. 이 경우, 알칼리금속의 농도는 상기 제1공급부재(133)에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 획득될 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부(130)는 상기 제1공급부재(133)를 복수개 포함할 수도 있다. 이에 따라, 상기 제1공급부재(133)들 중에서 알칼리금속의 농도가 상기 기설정된 기준 이하인 것만 선택적으로 교환될 수 있다. 또한, 상기 제1공급부재(133)들 중에서 파손 내지 손상된 것이 발생하면, 파손 내지 손상된 제1공급부재(133)만 선택적으로 교환할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 열처리 공간이 공급되는 알칼리금속의 농도를 상기 기설정된 기준에 맞도록 용이하게 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 제1공급부재(133)들 중에서 적어도 하나를 선택하여 교환할 수 있도록 구현됨으로써, 상기 제1공급부재(133)에 대한 교환작업의 용이성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수 비용을 줄일 수 있다. 상기 제1공급부재(133)들은 상기 제1차단부재(120)의 내벽에 타일형태를 이루며 상기 제1차단부재(120)에 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)는 상기 센서가 측정한 알칼리금속의 농도를 이용하여 상기 광흡수층(230)에 함유되는 알칼리금속의 함량을 적정한 범위로 조절할 수 있다. 이 경우, 상기 제1차단부재(120)에 결합된 제1공급부재(133)들의 개수를 조절함으로써, 상기 광흡수층(230)에 함유되는 알칼리금속의 함량이 적정한 범위로 조절될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 알칼리 공급부(130)는 상기 제2차단부재(160)에 결합되는 제2공급부재(134, 도 6에 도시됨)를 포함할 수 있다.
상기 제2공급부재(134)는 상기 제2차단부재(160)를 기준으로 상기 도어(150)의 반대편에 위치되게 상기 제2차단부재(160)에 결합될 수 있다. 상기 제2공급부재(134)는 알칼리금속으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 열처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 퍼니스 챔버(110) 내부가 가열됨에 따라 상기 제2공급부재(134)로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제2공급부재(134)는 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 상기 제2공급부재(134)는 탄산나트륨 라임 유리일 수 있다.
상기 제2공급부재(134)는 상기 제2차단부재(160)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제2공급부재(134)는 볼트 등의 체결수단을 이용하여 상기 제2차단부재(160)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 열처리 공정을 반복적으로 수행함에 따라 상기 제2공급부재(134)가 갖는 알칼리금속의 농도가 상기 기설정된 기준 이하이면, 상기 제2차단부재(160)로부터 상기 제2공급부재(134)를 분리하고 새로운 제2공급부재(134)를 상기 제2차단부재(160)에 결합시킴으로써 상기 제2공급부재(134)가 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 상기 제2공급부재(134)를 교환할 수 있다. 상기 제2차단부재(160)는 복수개의 제2공급부재(134)가 탈부착 가능하게 결합될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은 상술한 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치(100)를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
우선, 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 상기 공정가스를 공급한다. 이러한 공정은 상기 가스공급부(170)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 상기 공정가스를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 상기 가스공급부(170)는 황화수소(H2S) 또는 셀렌화 수소(H2Se)로 형성된 공정가스를 상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 퍼니스챔버(110) 내부에는 상기 기판(200) 또는 상기 기판(200)이 지지된 카세트(300)가 위치되어 있다.
상기 퍼니스 챔버(110) 내부에 상기 공정가스를 공급하는 공정은, 다음과 같은 구성을 더 포함할 수 있다. 우선, 상기 도어(150)가 상기 퍼니스 챔버(110)의 출입구(112)를 개방한다. 다음, 상기 출입구(112)를 통해 상기 기판(200) 또는 상기 카세트(170)를 상기 열처리 공간(111)으로 반입한다. 상기 기판(200) 상에는 상술한 바와 같이 상기 후면전극층(210) 및 상기 전구체층(220)이 형성되어 있다. 다음, 상기 도어(150)가 퍼니스 챔버(110)의 출입구(112)를 폐쇄함으로써 상기 열처리 공간(111)을 밀폐시킨다. 다음, 진공 펌프(미도시)가 상기 열처리 공간(111)으로부터 유체를 흡입함으로써, 상기 열처리 공간(110)을 소정의 진공 분위기로 전환한다. 다음, 상기 가스공급부(160)가 상기 가스 주입구(165)를 통해 상기 열처리 공간(111)에 상기 공정가스를 공급한다.
다음, 상기 기판(200) 상에 상기 광흡수층(230)이 형성되도록 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열하여 상기 열처리 공정을 수행한다. 이러한 공정은 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열함으로써 이루어질 수 있다. 상기 열처리 공정이 수행됨에 따라, 상기 기판(200) 상에는 상기 전구체층(220) 및 상기 공정가스로부터 상기 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 열처리 공정은, 상기 전구체층(220)을 고온에서 H2S가스, H2Se가스, 또는 H2S가스와 H2Se가스가 혼합된 공정가스 분위기에서 열처리하여 구성 원소 간에 화학반응을 촉진시킴으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 전구체층(220)과 상기 공정가스로부터 상기 광흡수층(230)이 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 열처리 공정을 수행하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)가 알칼리금속을 공급하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 열처리 공정이 수행됨에 따라 상기 알칼리 공급부(130)로부터 상기 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 알칼리 공급부(130)가 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급하여 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 알칼리 공급부(130)가 공급한 알칼리금속이 상기 광흡수층(230)에 고르게 스며들게 됨으로써, 상기 기판(174) 상에 알칼리금속이 함유된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은 박막형 태양전지에 대한 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 광흡수층(230)을 형성할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리금속을 공급하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)로부터 나트륨이 배출되도록 상기 알칼리공급부(130)를 가열하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열함에 따라 상기 알칼리공급부(130)가 가열됨으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 알칼리 공급부(130)는 알칼리금속을 포함하여 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리금속을 공급하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)가 갖는 제1코팅층(131)이 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1코팅층(131)을 가열하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열함에 따라 상기 제1코팅층(131)이 가열됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1코팅층(131)이 가열됨에 따라 상기 제1코팅층(131)으로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제1코팅층(131)은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 알칼리금속을 공급하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)가 갖는 제2코팅층(132)이 알칼리금속을 공급하도록 상기 제2코팅층(132)을 가열하는 공정을 포함할 수도 있다. 이러한 공정은, 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스챔버(110) 내부를 가열함에 따라 상기 제2코팅층(132)이 가열됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2코팅층(132)이 가열됨에 따라 상기 제2코팅층(132)으로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제2코팅층(132)은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 상기 제1코팅층(131)을 가열하는 공정과 상기 제2코팅층(132)을 가열하는 공정은 동시에 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제1코팅층(131)의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1코팅층(131)을 재형성하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 제1차단부재(120)의 내벽을 재코팅하여 상기 제1코팅층(131)이 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 재형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1코팅층(131)을 재형성하는 공정은, 스프레이법 등에 의해 상기 제1차단부재(120)의 내벽을 재코팅함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 일정 수준 이상의 품질을 갖는 광흡수층(230)를 형성함으로써, 수요자에 대한 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제1코팅층(131)의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 제1코팅층(131)에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1코팅층(131)의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정은, 상기 열처리 공정이 이루어질 때 상기 열처리 공간(111)에 함유된 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제2코팅층(132)의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제2코팅층(132)을 재형성하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 제2차단부재(160)의 내벽을 재코팅하여 상기 제2코팅층(132)이 일정량 이상의 알칼리금속을 함유하도록 재형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2코팅층(132)을 재형성하는 공정은, 스프레이법 등에 의해 상기 제2차단부재(160)의 내벽을 재코팅함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 일정 수준 이상의 품질을 갖는 광흡수층(230)를 형성함으로써, 수요자에 대한 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제2코팅층(132)의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 제2코팅층(132)에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2코팅층(132)의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정은, 상기 열처리 공정이 이루어질 때 상기 열처리 공간(111)에 함유된 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수도 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 상기 알칼리금속을 공급하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)가 갖는 복수개의 제1공급부재(133)가 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1공급부재(133)들을 가열하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열함에 따라 상기 제1공급부재(133)들이 가열됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1공급부재(133)들이 가열됨에 따라 상기 제1공급부재(133)들로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제1공급부재(133)들은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 상기 알칼리금속을 공급하는 공정은, 상기 알칼리 공급부(130)가 갖는 복수개의 제2공급부재(134)가 알칼리금속을 공급하도록 상기 제2공급부재(134)들을 가열하는 공정을 포함할 수도 있다. 이러한 공정은, 상기 가열기구(140)가 상기 퍼니스 챔버(110) 내부를 가열함에 따라 상기 제2공급부재(134)들이 가열됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2공급부재(134)들이 가열됨에 따라 상기 제2공급부재(134)들로부터 알칼리금속이 배출됨으로써, 상기 제2공급부재(134)들은 상기 열처리 공간(111)에 알칼리금속을 공급할 수 있다. 상기 제1공급부재(133)들을 가열하는 공정과 상기 제2공급부재(134)들을 가열하는 공정은 동시에 수행될 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제1공급부재(133)들 중에서 적어도 하나의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1공급부재(133)들 중에서 적어도 하나를 교환하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하인 제1공급부재(133)를 상기 제1차단부재(120)로부터 분리한 후, 새로운 제1공급부재(133)를 상기 제1차단부재(120)에 결합시킴으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1공급부재(133)들 중에서 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하인 것만을 선택적으로 교환할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 일정 수준 이상의 품질을 갖는 광흡수층(230)를 형성함으로써, 수요자에 대한 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제1공급부재(133)들의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 제1공급부재(133)들에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1공급부재(133)들의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정은, 상기 열처리 공정이 이루어질 때 상기 열처리 공간(111)에 함유된 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수도 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제2공급부재(134)들 중에서 적어도 하나의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제2공급부재(134)들 중에서 적어도 하나를 교환하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하인 제2공급부재(134)를 상기 제2차단부재(160)로부터 분리한 후, 새로운 제2공급부재(134)를 상기 제2차단부재(160)에 결합시킴으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제2공급부재(134)들 중에서 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하인 것만을 선택적으로 교환할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 일정 수준 이상의 품질을 갖는 광흡수층(230)를 형성함으로써, 수요자에 대한 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법은, 상기 제2공급부재(134)들의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 제2공급부재(134)들에 대해 직접적으로 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2공급부재(134)들의 알칼리금속 농도를 획득하는 공정은, 상기 열처리 공정이 이루어질 때 상기 열처리 공간(111)에 함유된 알칼리금속의 농도를 측정함으로써 이루어질 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 따라 박막형 태양전지가 제조되는 과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
우선, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 기판(200) 상에 상기 후면전극층(210)을 형성한다. 이러한 공정은, 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 상기 기판(200) 상에 상기 후면전극층(210)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 후면전극층(210)은 몰리브덴 등과 같은 도전성물질로 형성될 수 있다.
다음, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 후면전극층(210) 상에 상기 전구체층(220)을 형성한다. 이러한 공정은, 스퍼터링법, MOCVD법, 증발법(Evaporation) 등을 이용하여 상기 후면전극층(210) 상에 상기 전구체층(220)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 전구체층(220)을 형성하는 공정은, 상기 후면전극층(210) 상에 다층 구조를 갖는 전구체층(220)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 전구체층(220)은 구리(Cu), 인듐(In), 및 갈륨(Ga)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전구체층(220)은 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄(Se)으로 형성될 수도 있다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 후면전극층(210) 상에 상기 광흡수층(230)을 형성한다. 이러한 공정에 따라, 상기 후면전극층(210) 상에는 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층으로 구성된 광흡수층(230)이 형성될 수 있다. 이러한 공정은 상술한 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법과 같으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 광흡수층(230) 상에 버퍼층(240)을 형성한다. 이러한 공정은, CBD(Chemical Bath Deposition)법, MOCVD법, ALD법 등과 이들을 조합하는 방법 등을 이용하여 상기 광흡수층(230) 상에 상기 버퍼층(240)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(240)은 CdS, InS, ZnS등으로 형성될 수 있다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 버퍼층(240) 상에 전면전극층(250)을 형성한다. 이러한 공정은, 스퍼터링법, MOCVD법 등을 이용하여 상기 버퍼층(240) 상에 상기 전면전극층(250)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 전면전극층(250)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 퍼니스 챔버 111 : 열처리 공간 112 : 출입구 113 : 받침부재
114 : 가스주입구 120 : 제1차단부재 130 : 알칼리 공급부
131 : 제1코팅층 132 : 제2코팅층 133 : 제1공급부재
134 : 제2공급부재 140 : 가열기구 150 : 도어 151 : 밀봉부재
160 : 제2차단부재 170 : 가스공급부 180 : 단열부
200 : 기판 210 : 후면전극층 220 : 전구체층 230 : 광흡수층
240 : 버퍼층 250 : 전면전극층

Claims (24)

  1. 공정가스 분위기에서 기판 상에 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 공정이 이루어지는 퍼니스 챔버;
    상기 퍼니스 챔버의 내부에 위치되게 설치되는 제1차단부재; 및
    상기 제1차단부재 내부에 설치되고, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 열처리 공정시 알칼리금속을 공급하기 위한 알칼리 공급부를 포함하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알칼리 공급부는 나트륨(Na)을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알칼리 공급부는 상기 제1차단부재에 탈부착 가능하게 결합되는 복수개의 제1공급부재를 포함하고,
    상기 제1공급부재는 알칼리금속을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 알칼리 공급부는 상기 제1차단부재에 탈부착 가능하게 결합되는 복수개의 제1공급부재를 포함하고,
    상기 제1공급부재는 탄산나트륨 라임 유리(Soda Lime Glass)인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버가 갖는 출입구를 개폐(開閉)하기 위한 도어, 및 상기 도어의 내벽에 결합된 제2차단부재를 포함하고;
    상기 알칼리 공급부는 상기 제2차단부재를 기준으로 상기 도어의 반대편에 위치되게 상기 제2차단부재에 결합된 제2공급부재를 포함하며;
    상기 제2공급부재는 알칼리금속을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 알칼리 공급부는 상기 제1차단부재 내벽에 코팅된 제1코팅층을 포함하고,
    상기 제1코팅층은 알칼리금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버가 갖는 출입구를 개폐(開閉)하기 위한 도어, 및 상기 도어의 내벽에 결합된 제2차단부재를 포함하고;
    상기 알칼리 공급부는 상기 제2차단부재를 기준으로 상기 도어의 반대편에 위치되게 상기 제2차단부재에 형성된 제2코팅층을 포함하며,
    상기 제2코팅층은 알칼리금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버와 상기 제1차단부재 사이에 위치되게 설치된 가열기구를 포함하고,
    상기 가열기구는 상기 알칼리 공급부로부터 알칼리금속이 배출되도록 상기 퍼니스 챔버 내부를 가열하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버 내부에 황화수소 또는 셀렌화수소로 형성된 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼니스 챔버 외부로 열손실이 발생하는 것을 차단하기 위해 상기 퍼니스 챔버의 외벽에 형성된 단열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 장치.
  11. 퍼니스 챔버 내부에 기판 상에 광흡수층을 형성하기 위한 공정가스를 공급하는 단계; 및
    상기 기판 상에 광흡수층이 형성되도록 상기 퍼니스 챔버 내부를 가열하여 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 열처리 공정을 수행하는 단계는, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 알칼리공급부가 알칼리금속을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부로부터 나트륨(Na)이 배출되도록 상기 알칼리공급부를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부가 갖는 복수개의 제1공급부재가 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1공급부재들을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1공급부재들 중에서 적어도 하나의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1공급부재들 중에서 적어도 하나를 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부가 갖는 제1코팅층이 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1코팅층을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1코팅층의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1코팅층을 재형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 공정가스를 공급하는 단계는, 황화수소 또는 셀렌화수소로 형성된 공정가스를 상기 퍼니스 챔버 내부에 공급하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조용 열처리 방법.
  18. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 전구체층을 형성하는 단계;
    상기 전구체층이 형성된 기판을 공정가스 분위기에서 열처리하여 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광흡수층을 형성하는 단계는, 퍼니스 챔버 내부에 공정가스를 공급하는 단계, 및 상기 퍼니스 챔버 내부를 가열하여 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 열처리 공정을 수행하는 단계는, 상기 광흡수층이 알칼리금속을 함유하도록 상기 퍼니스 챔버 내부에 설치된 알칼리공급부가 알칼리금속을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부로부터 나트륨(Na)이 배출되도록 상기 알칼리공급부를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부가 갖는 복수개의 제1공급부재가 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1공급부재들을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제1공급부재들 중에서 적어도 하나의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1공급부재들 중에서 적어도 하나를 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 알칼리금속을 공급하는 단계는, 상기 알칼리공급부가 갖는 제1코팅층이 알칼리금속을 공급하도록 상기 제1코팅층을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1코팅층의 알칼리금속 농도가 기설정된 기준 이하이면, 상기 제1코팅층을 재형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 공정가스를 공급하는 단계는, 황화수소 또는 셀렌화수소로 형성된 공정가스를 상기 퍼니스 챔버 내부에 공급하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
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