KR20130101121A - 태양전지용 표면처리 도전성 유리와 제조 방법 및 그 응용 - Google Patents

태양전지용 표면처리 도전성 유리와 제조 방법 및 그 응용 Download PDF

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Abstract

태양전지용 표면처리된 도전성 유리와 제조 방법 및 그 응용이 개시된다. 태양전지용 표면처리 도전성 유리에 있어서, 투명 도전막이 유리 기판에 코팅되고, 이 투명 도전막의 상부 표면은 균일하게 분포된 나노/마이크로 크기의 U자 모양의 구체가 부착되어 질감을 형성한다. 제조 방법은, 마그네트론 스퍼터링에 의해서 투명 도전막을 코팅하고, 침지 코팅 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면 위에 마스크로서 나노/마이크로 구체를 흡착시키고 난 후, 마그네트론 스퍼터링에 의해서 나노/마이크로 구체들 사이의 틈에서 투명 도전막의 두께를 증가시키고, 마지막으로 초음파 진동 방식을 이용하여 나노/마이크로 구체를 제거함으로써 U자 모양의 표면 질감을 갖는 대형 저비용의 도전성 유리의 생산을 실현한다. 이상의 방법에 의해 얻어진 도전성 유리는 높은 재현성, 적절한 U자 모양의 표면 질감, 높은 분포 균일 성, 높은 생산 효율성, 낮은 생산 비용을 가지며, 따라서 보급 및 응용에 적합하다.

Description

태양전지용 표면처리 도전성 유리와 제조 방법 및 그 응용 {SURFACE-TEXTURED CONDUCTIVE GLASS FOR SOLAR CELLS, AND PREPARATION METHOD AND APPLICATION THEREOF}
본 발명은 특수 유리 생산 기술 분야에 관한 것이다. 세부적으로 본 발명은 태양전지용 표면처리 도전성 유리와 그 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
도전성 유리는 투명하고 전기 전도성을 모두 갖는 특징을 갖는 투명 도전막이 코팅된 면을 갖는 특수 형식의 유리이다. 도전성 유리는 LCD 및 단열 문/창문에 적용되는 것 이외에, 태양전지의 투명 전극과 상판(superstrate)으로 사용할 수 있기 때문에 태양전지의 필수적인 부분으로서의 역할을 한다. 유리의 광전자적 품질은 직접적으로 태양전지의 성능에 영향을 준다. 따라서 도전성 유리는 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 카드뮴 텔루라이드(Cadmium Telluride), CIGS(구리 인듐 갈륨 태양전지) 박막 태양전지를 제조하기 위한 핵심 소재가 된다. 태양전지를 위한 고품질 저가의 표면처리(surface-textured) 도전성 유리를 생산하는 방법의 문제는, 비용 효율적인 태양광 발전을 위한 저가의 고효율 태양전지를 생산하는 데에 필수적이다.
현재, 태양전지 생산에 사용되는 특수 도전성 유리 및 그 제조 방법의 유형에는 다음과 같은 것들이 있다.
1) ITO(인듐 주석 산화물) 도전성 유리 - 마그네트론 스퍼터링으로 제작
2) AZO(알루미늄 도핑된 산화 아연) 도전성 유리 - 마그네트론 스퍼터링으로 제작
3) FTO(불소 도핑된 주석 산화물) 도전성 유리 - 대기압 화학 기상 증착(APCVD)에 의해 제작
4) BZO(붕소 도핑된 산화 아연) 또는 AZO(알루미늄 도핑된 산화 아연) 도전성 유리 - 저압 화학 기상 증착(LPCVD)으로 제작
빛의 흡수를 강화하기 위해, 투명 도전막은 빛이 조사될 때에 확산 산란(일반적으로 탁도(haze value)로 측정됨)되고 태양전지 내부에서 빛이 전파되는 광학적 경로를 확장할 수 있도록, 나노/마이크로 크기의 소정 정도의 질감(즉, 표면 요철)을 가지고 있어야 한다(도 1 참조).
실험실에서의 도전성 유리 샘플 중에는 다음과 같은 세 가지 유형의 표면 질감이 있다.
1) AZO 도전성 유리 - 마그네트론 스퍼터링 후에 염산 습식 에칭에 의해 제작(도 2 참조)
2) FTO 도전성 유리 - APCVD로 제작(도 3 참조)
3) BZO 또는 AZO 도전성 유리 - LPCVD로 제작(도 4 참조)
한편, 투명 도전막의 표면 특성은, 태양전지의 흡수층의 품질이 그 요철에 의한 부정적 영향으로부터 자유롭도록 해야 한다. 태양전지는 보통, 순차적인 계층 구조로 제작되는바, 투명 도전막은 그 위에서 흡수층이 성장하기 위한 직접적인 기판 역할을 하며, 그 모양은 흡수층의 성장 양태와 품질에 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어 미세결정 실리콘 흡수층의 경우에(도 5), 투명 도전막은 그 다양한 표면 질감 모양에 의해서 다양한 품질을 갖게 된다.
투명 도전막의 표면처리된 모양이 V자 모양(도 5a)인 경우에, 미세결정 실리콘 흡수층의 상부에는 태양전지의 성능에 심각한 영향을 미치는 균열이 생기기 쉽다. 미세결정 실리콘 흡수층의 균열이 보다 적거나(도 5b) 또는 균열이 없는 것은(도 5C) 표면 처리를 U자 모양으로 행할 때 가능하다. 게다가, 카드뮴 텔루라이드 흡수층은, 표면 질감이 전체적으로 얕은 U자 모양 홈으로 형성되어야 하는, 표면처리 형태구조에 있어서 미세결정 실리콘 흡수층보다 더 엄격하게 요구하고 있다.
상기 세 가지 유형의 샘플에 있어서, 마그네트론 스퍼터링 후의 염산 습식 에칭에 의해 제작되는 AZO 도전성 유리와 LPCVD에 의해 제작되는 BZO(또는 AZO) 도전성 유리만이, U자 모양 표면처리 형태구조에 대한 요구를 충족할 수 있다. 그러나 산업상의 대량생산에서의 습식 에칭의 까다로운 제어 문제로 인해, 전자에서는 불균일하고 불안정한 생산 및 낮은 수율의 문제가 발생하고, 후자에서는 플라즈마 에칭 시간이 길어져서, 이에 따라 두 가지 모두에 있어서 산업상 생산 비용이 너무 높아진다. 지금까지, 미세결정 실리콘 및 카드뮴 텔루라이드 박막 태양전지에 있어서의 U자 모양 모양으로 표면처리된 도전성 유리를 생산하기 위한 산업상의 저렴한 방법을 찾기 위하여 세계적으로 여전히 간극이 존재하고 있다. 위에서 언급한 사실로 인해, 미세결정 실리콘 박막 태양전지의 생산 비용이 높아서, 카드뮴 텔루라이드 박막 태양전지의 생산에서만 거의 표면 질감이 없는 평면 FTO 도전성 유리를 사용하고 있을 뿐이다.
기존 기술의 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 나노 크기의 U자 모양 홈이 균일하게 분포되도록 처리된 표면을 갖는, 태양전지용 저비용의 표면처리된 도전성 유리를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명은 또한, 태양전지용의 상기 표면처리된 도전성 유리 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 태양전지용의 표면처리된 도전성 유리의 응용을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이하의 기술적 해결 수단을 통해 달성될 수 있다.
본 발명의 제조 방법은, 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)에 의해서 투명 도전막(ITO, AZO 등)을 코팅하고, 침지 코팅 방식(immersion coating method)을 이용하여 투명 도전막의 표면 위에 마스크로서 나노/마이크로 구체(sphere)(직경 10nm~100μm)를 흡착시키고 난 후, 마그네트론 스퍼터링에 의해서 나노/마이크로 구체들 사이의 틈에서 투명 도전막의 두께를 증가시키고, 마지막으로 초음파 진동 방식 등의 기계적 또는 화학적 수단을 이용하여 나노/마이크로 구체를 제거함으로써 U자 모양의 표면 질감을 갖는 도전성 유리의 저비용 생산을 광범위하게 실현한다.
태양전지를 위한 표면처리 도전성 유리는 다음과 같은 구조와 구성을 가진다. 즉, 투명 도전막이 유리 기판 위에 코팅되는데, 표면의 상면에는 나노/마이크로 크기의 U자 모양 표면 질감으로 표면처리된다.
상기 투명 도전막의 두께는 100~5000nm이다.
상기 투명 도전막으로는 다음과 같은 물질 중 하나를 이용한다 - ITO, AZO 또는 기타 소재(등전점(isoelectric point) > 3).
상기 태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 아래와 같은 절차로 이루어진다(도 6 참조).
(1) 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여 도전성 유리 A를 산출한다.
(2) 단분산된(monodispersed) 나노/마이크로 구체의 현탁액을 준비하고, 그 pH값을 3~7로 조정하고, 도전성 유리 A를 이 현탁액에 2~15분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
ITO와 AZO 등의 투명 도전막은 높은 등전점(일반적으로 6~10)을 갖고, 실리콘 다이옥사이드 또는 폴리스티렌으로 제작된 나노/마이크로 구체는 낮은 등전점(일반적으로 2~4)을 갖고 있기 때문에, 도전성 유리를 나노/마이크로 구체가 함유된 중성(pH = 7) 또는 산성(pH = 3~6)의 현탁액에 침지시키면, 투명 도전막의 표면에는 음전하가 실리고 나노/마이크로 구체의 표면은 양전하를 띠게 되어, 두 소재 사이에 정전기 인력이 발생한다. 소정 시간 후에, 투명 도전막의 표면에는 단층(monolayer)의 나노/마이크로 구체가 거의 전체적으로 덮여진다. 도전성 유리 상의 나노/마이크로 구체의 점유 면적은 나노/마이크로 구체 현탁액의 농도와 pH값 및 침지 코팅 시간에 따라 달라진다.
(3) 나노/마이크로 구체를 마스크로서 사용하여, 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅하여, 도전성 유리 C를 산출한다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 100~5000nm이다.
이렇게 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 두 번째 막을 추가로 코팅하는 이유는, 코팅된 물질이, 마그네트론 스퍼터링 동안에, 나노/마이크로 구체의 아래 쪽의 측면 위치에 도달하여 날카로운 가장자리와 모서리없이 U자 모양의 표면 질감을 형성할 수 있기 때문이다(도 7 참조).
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 80%보다 높으며 표면 저항은 10Ω보다 작다.
절차 (1)과 (3)에서의 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: <1×10-5 Torr, 작동 압력: 1~10 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 100~1000W, 기판 온도: 20~500℃, 증착 속도: 10~100nm/min이다.
절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체의 직경은 10nm ~ 100㎛의 범위 내에 있다.
절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체의 소재는 실리콘 다이옥사이드 또는 폴리스티렌 중 하나이다.
절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체 현탁액의 중량/부피(w/v) 농도는 0.01~1%이다.
절차 (2)에 명시한 현탁액의 용매는 물, 메탄올, 또는 에탄올이다.
절차 (2)에 명시한 현탁액에 도전성 유리를 침지하는 바람직한 시간은 8~10분이다.
위에서 언급한 태양전지용 표면처리 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 나노/마이크로 구체는 나노 크기의 구체 또는 미크론 크기의 구체를 지칭하며, 나노/마이크로는 나노미터 또는 마이크로미터를 의미한다.
본 발명은 기존 기술과 비교하여 다음과 같은 장점과 효과를 갖는다.
산업적 생산의 각도에서 볼 때, 평면 유리 패널의 마그네트론 스퍼터링, 침지 코팅 및 청소 등, 본 방법에 채택된 기술은 모두 현재의 산업 표준의 처리 기술과 일치한다. 높은 생산 효율성, 넓은 유리 응용 분야, 높은 재현성, 및 높은 수율을 갖는 장점이 있다. 또한, 사용한 나노/마이크로 구체는 가격이 저렴하다. 결과적으로, 본 발명은 태양전지용 도전성 유리를 낮은 비용과 높은 품질로 생산하기에 매우 적합하다.
도 1은 비정질 실리콘 박막 태양전지의 단면 구조이다.
도 2는 마그네트론 스퍼터링 후 염산 습식 에칭에 의해 제조된 AZO 도전성 유리의 처리된 표면의 미세구조를 나타낸다.
도 3은 APCVD에 의해 제조된 FTO 도전성 유리의 처리된 표면의 미세구조를 나타낸다.
도 4는 LPCVD에 의해 제조된 BZO 또는 AZO 도전성 유리의 처리된 표면의 미세구조를 나타낸다.
도 5는 다양한 도전성 유리 기판 상의 미세결정 실리콘의 성장 상태를 비교하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 태양전지용 표면처리 도전성 유리를 제조하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 7은 나노/마이크로 구체를 마스크로서 사용하는 마그네트론 스퍼터링에 의해서 막을 코팅할 때의 막 증착 양태를 나타내는 스케치이다.
도 8은 실시예 1에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리이다.
도 9는 실시예 2에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리를 나타낸다.
도 10은 실시예 3에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리를 나타낸다.
도 11은 실시예 4에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리를 나타낸다.
도 12는 실시예 5에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리를 나타낸다.
도 13은 실시예 6에 따라 나노/마이크로 구체로 코팅된 도전성 유리를 나타낸다.
도 14a, b는 실시예 1에서 나노/마이크로 구체를 제거한 후의 도전성 유리 표면 상태의 상부를 나타낸다(a는 10000배 확대도, b는 5000배 확대도).
도 15a, b는 실시예 1에서 나노/마이크로 구체를 제거한 후의 도전성 유리 표면 상태를 30° 기울인 경우의 측면을 나타낸다(a는 10000배 확대도, b는 5000배 확대도).
이하 실시예 및 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 기재한다. 단, 본 발명의 실시예들은 이하 제시한 것들에만 국한되지 않는다.
실시예 1
태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.8×10-5 Torr, 작동 압력: 1 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 1000W, 기판 온도: 20℃, 증착 속도: 100nm/min이다.
(2) 물에 폴리스티렌 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(0.25% w/v)을 준비하고, 그 pH 값을 4로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 2분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 8에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되어 있다.
(3) 나노 구체를 마스크로 사용하여, AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 2000nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노 구체를 제거하여, 태양전지용 표면처리된 도전성 유리를 생성한다. 나노 구체를 제거한 후의 도전성 유리의 표면 형태를 도 14와 도 15에 나타내었다. 처리된 표면 상에 있는 홈들이 완만한 곡률의 명백한 U자 모양을 나타내며, 또한, 이들 홈은 도전성 유리의 표면에 균일하게 분포되어 있다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 82%이며 표면 저항은 3Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
실시예 2
태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.7×10-5 Torr, 작동 압력: 10 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 100W, 기판 온도: 500℃, 증착 속도: 100nm/min이다.
(2) 에탄올에 실리콘 다이옥사이드 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(0.5% w/v)을 준비하고, 그 pH값을 7로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 4분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 9에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되어 있다.
(3) 나노 구체를 마스크로 사용하여, AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 3000nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 83%이며 표면 저항은 4Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
실시예 3
태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) ITO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.9×10-5 Torr, 작동 압력: 4 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 800W, 기판 온도: 100℃, 증착 속도: 80nm/min이다.
(2) 물에 폴리스트렌 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(0.1% w/v)을 준비하고, 그 pH값을 6으로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 6분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 10에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되어 있다.
(3) 나노 구체를 마스크로 사용하여, ITO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 1000nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용의 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 81%이며 표면 저항은 2Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
실시예 4
태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.5×10-5 Torr, 작동 압력: 6 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 200W, 기판 온도: 400℃, 증착 속도: 40nm/min이다.
(2) 물에 폴리스티렌 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(0.75% w/v)을 준비하고, 그 pH값을 3으로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 8분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 11에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되어 있는데, 그 표면 점유 면적은 90%를 초과한다.
(3) 나노/마이크로 구체를 마스크로 사용하여, AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 100nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 84%이며 표면 저항은 5Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
실시예 5
태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.6×10-5 Torr, 작동 압력: 8 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 400W, 기판 온도: 300℃, 증착 속도: 20nm/min이다.
(2) 메탄올에 폴리스트렌 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(1% w/v)을 준비하고, 그 pH값을 3으로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 10분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 12에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되는데, 그 표면 점유 면적은 90%를 초과한다.
(3) 나노/마이크로 구체를 마스크로 사용하여, AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 5000nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 82%이며 표면 저항은 3Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
실시예 6
태양전지용 표면처리 도전성 유리의 제조 방법은 이하의 절차를 포함한다(도 6 참조).
(1) AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 코팅하여, 도전성 유리 A를 산출한다. 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: 0.4×10-5 Torr, 작동 압력: 2 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 플라즈마 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 600W, 기판 온도: 200℃, 증착 속도: 60nm/min이다.
(2) 메탄올에 폴리스티렌 나노 구체(직경 1000nm)가 포함된 현탁액(0.01% w/v)을 준비하고, 그 pH값을 4로 조정한다. 도전성 유리 A를 이 현탁액에 15분간 담근 다음에 꺼내서 물로 씻어 도전성 유리 B를 만든다.
도 13에서와 같이, 도전성 유리 B에는 나노 구체가 단층으로 코팅되어 있다.
(3) 나노/마이크로 구체를 마스크로 사용하여, AZO 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B에 코팅한다(마그네트론 스퍼터링 조건은 절차 (1)과 동일하다). 이에 도전성 유리 C가 생성된다. 새로 코팅한 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 4000nm이다.
(4) 초음파 진동 방식을 이용하여 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 제거하여, 도전성 유리 C의 표면에 U자 모양의 나노/마이크로 크기의 홈으로 이루어지는 표면 질감을 형성하고, 이에 태양전지용 표면처리된 도전성 유리가 생성된다. 도전성 유리의 가시광 스펙트럼의 투과율은 82%이며 표면 저항은 3Ω이다. 이 도전성 유리는 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명에 적합한 것들이지만, 본 발명의 구현 방법이 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 사상과 원리에 부합되는 한 어떠한 교체, 장식, 대체, 조합, 또는 단순화라도 본 발명의 보호범위에 들어간다.

Claims (10)

  1. 유리 기판에 코팅된 투명 도전막의 상부 표면이 나노/마이크로 크기의 U자 모양 홈으로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 도전막의 두께는 100~5000nm인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 도전막은 인듐 주석 산화물 또는 알루미늄 도핑된 산화 아연 중 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리.
  4. 제1항에 설명된 태양전지용 표면처리 도전성 유리를 제조하는 방법으로서,
    (1) 마그네트론 스퍼터링에 의해서 유리 기판 위에 투명 도전막을 코팅하여 도전성 유리 A를 산출,
    (2) 나노/마이크로 구체의 현탁액을 준비하고 그 pH 값을 3~7로 조정; 이 현탁액에 도전성 유리 A를 2~15분간 담그고 나서 꺼내어 물로 씻어서 도전성 유리 B를 산출,
    (3) 나노/마이크로 구체를 마스크로서 사용하여, 투명 도전막을 마그네트론 스퍼터링에 의해서 도전성 유리 B 위에 코팅하여, 도전성 유리 C를 산출; 이때 새로 코팅된 막의 두께는 나노/마이크로 구체의 반경을 초과하지 않아야 하며, 투명 도전막의 총 두께는 100~5000nm임,
    (4) 투명 도전막의 표면에 부착된 나노/마이크로 구체를 초음파 진동 방식에 의해 제거하여, 태양전지용의 표면처리된 도전성 유리를 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 절차 (1)과 (3)에서의 마그네트론 스퍼터링 실시 조건은, 기본 진공 압력: <1×10-5 Torr, 작동 압력: 1~10 mTorr, 작동 가스: Ar + O2, 스퍼터링 소스: 직류 또는 무선주파수 13.56MHz, 전력: 100~1000W, 기판 온도: 20~500℃, 증착 속도: 10~100nm/min인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체의 직경은 10nm ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체의 소재는 실리콘 다이옥사이드 또는 폴리스티렌 중 하나인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    절차 (2)에 명시한 나노/마이크로 구체 현탁액의 중량/부피(w/v) 농도는 0.01~1%이고,
    절차 (2)에 명시한 현탁액의 용매는 물, 메탄올, 또는 에탄올 중 하나인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 절차 (2)에 명시한 현탁액에 도전성 유리를 담그는 시간은 8~10분인 것을 특징으로 하는, 태양전지용 표면처리 도전성 유리 제조 방법.
  10. 태양전지의 투명 전극 또는 상판으로 사용할 수 있는, 제1항에 기재된 태양전지용 표면처리 도전성 유리.
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