KR20130130455A - 유연한 실리콘 와이어 제조 장치 - Google Patents

유연한 실리콘 와이어 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어에 실리콘 박막을 코팅하기 위한 반응실, 상기 반응실에 권선되어 상기 반응실의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 에너지를 공급하는 유도 코일 안테나, 상기 유도 코일 안테나로 무선 주파수 전력을 공급하는 제1 전원 공급원, 상기 유도 코일 안테나와 상기 제1 전원 공급원 사이에 연결되는 임피던스 정합기, 상기 반응실로 실리콘 코팅을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급원, 및 상기 반응실에 연결되어 가스를 배기하는 배기펌프를 포함한다. 본 발명의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어가 반응실의 내부를 연속적으로 진행되며 자기 발열 또는 유도 가열이 이루어지면서 플라즈마 반응에 의해 실리콘 박막이 코팅된다. 그럼으로 고속 생산이 가능하고 고속으로 진행되는 가운데 자기 발열 또는 유도 가열에 의해 베이스 와이어가 가열됨으로 고품질의 실리콘 박막 코팅이 이루어진다.

Description

유연한 실리콘 와이어 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING FLEXIBLE SILICON WIRE}
본 발명은 실리콘 와이어 제조 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마 반응과 더불어 유도 가열이나 자기 발열에 의해 탄소 섬유 또는 메탈 와이어에 실리콘을 코팅하여 유연한 실리콘 와이어를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근 환경오염에 대한 인식이 더욱 중요해지고 있는 가운데 태양광 에너지를 전기적 에너지로 이용하기 위한 필요성이 더욱 대두되고 있다. 태양광 에너지 산업은 태양전지의 광전변환효율과 태양전지를 생산하기 위한 생산비에 의해 영향을 받는다. 이러한 상황에서 실리콘 와이어를 태양전지로 이용하는 기술이 주목되고 있다. 실리콘 와이어는 이차 전지의 음극으로도 활용되고 있는 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있는 유용한 재료이다. 유연한 실리콘 와이어를 생산하기 위한 제조 장치가 갖는 조건은 고속 생산에 의한 생산성 향상과 균일한 실리콘 박막 코팅에 의한 고품질의 실리콘 와이어를 생산 할 수 있어야 한다. 이러한 조건을 최적으로 구현할 수 있는 제조 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 실리콘 와이어를 생상한기 위한 제조 장치는 메탈 와이어 또는 탄소 섬유를 베이스 와이어로 하여 그 위에 실리콘 박막을 코팅할 때 고속 생산에 의한 생산성 향상과 균일한 실리콘 박막 코팅에 의한 고품질의 실리콘 와이어를 생산 할 수 있는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 유연한 실리콘 와이어 제조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어에 실리콘 박막을 코팅하기 위한 반응실; 상기 반응실에 권선되어 상기 반응실의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 에너지를 공급하는 유도 코일 안테나; 상기 유도 코일 안테나로 무선 주파수 전력을 공급하는 제1 전원 공급원; 상기 유도 코일 안테나와 상기 제1 전원 공급원 사이에 연결되는 임피던스 정합기; 상기 반응실로 실리콘 코팅을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급원; 및 상기 반응실에 연결되어 가스를 배기하는 배기펌프를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 베이스 와이어에 접촉되는 제1 접촉 전극; 상기 제1 접촉 전극과 간격을 두고 상기 베이스 와이어에 접촉되며 접지되는 제2 접촉 전극; 및 상기 제1 접촉 전극에 자기발열을 위한 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 베이스 와이어는 탄소 섬유이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전원 공급과 상기 제1 접촉 전극 사이에 구성되는 스위칭 회로와 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응실 내부의 온도를 감지하이 위한 온도 감지 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 감지 센서를 통하여 감지되는 반응실 내부의 온도에 따라 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어한다.
일 실시예에 있어서, 상기 베이스 와이어는 메탈 와이어이다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응실 내부의 온도를 감지하이 위한 온도 감지 센서를 포함하고, 상기 온도 감지 센서를 통하여 감지되는 반응실 내부의 온도에 따라 상기 제1 전원 공급원의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어가 반응실의 내부를 연속적으로 진행되며 자기 발열 또는 유도 가열이 이루어지면서 플라즈마 반응에 의해 실리콘 박막이 코팅된다. 그럼으로 고속 생산이 가능하고 고속으로 진행되는 가운데 자기 발열 또는 유도 가열에 의해 베이스 와이어가 가열됨으로 고품질의 실리콘 박막 코팅이 이루어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 실리콘 와이어 제조 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 실리콘 와이어 제조 장치의 동작 수순을 보여주는 도면이다.
도 4는 실리콘 박막이 코팅된 탄소 섬유의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 복수개의 베이스 와이어를 처리하기 위한 제1 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 변형예이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 실리콘 와이어 제조 장치의 단면도이다.
도 8은 도 6의 실리콘 와이어 제조 장치의 동작 수순을 보여주는 도면이다.
도 9는 실리콘 박막이 코팅된 메탈 와이어의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 복수개의 베이스 와이어를 처리하기 위한 제2 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 변형예이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 사시도이고 도 2는 도 1의 실리콘 와이어 제조 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어(41)에 실리콘 박막을 코팅하기 위한 반응실(10)을 갖는다. 반응실은(10)은 중공의 플라즈마 방전 공간을 제공하는 원통형 구조를 갖는다. 반응실(10)의 전단에는 베이스 와이어(41)가 유입되는 입구(11)와 후단에는 실리콘 코팅된 베이스 와이어(41)가 배출되는 출구(14)가 구비된다. 반응실(10)의 상부에는 가스 입구(12)가 하부에는 가스 출구(13)가 구비된다. 가스 입구(13)는 실리콘 박막 코팅을 위한 공정 가스를 제공하는 가스 공급원(50)에 연결된다. 가스 출구(13)는 배기 펌프(51)에 연결된다. 반응실(10)은 전체적으로 유전체 물질로 구성되거나 또는 금속 물질로 구성될 수 있다. 전체적으로 금속 물질로 구성되는 경우에는 부분적으로 유전체 윈도우가 형성된다.
베이스 와이어(41)는 전단 롤(40)에서 출발하여 유입구(11)를 통해서 반응실(10) 내부로 유입되며 실리콘 박막이 코팅된 후 배출구(14)를 통해서 배출되어 후단 롤(42)에 감겨진다. 베이스 와이어(41)가 전단 롤(40)에서 후단 롤(42)에 이어지는 롤 대 롤 형태로 제공될 수도 있지만 실리콘 박막 코팅 이전 단계의 처리 공정에서 연속해서 전달되어 질 수도 있다. 또한 본 실리콘 박막 코팅 공정 후에 다시 연속해서 후속 공정으로 진행될 수도 있다. 베이스 와이어(41)는 예를 들어, 탄소 섬유 또는 메탈 와이어로 구성된다.
반응실(10)의 외부에는 유도 코일 안테나(20)가 구비된다. 유도 코일 안테나(20)는 반응실(10)에 권선되는 구조로 설치된다. 유도 코일 안테나(20)의 일단은 임피던스 정합기(21)를 통하여 제1 전원 공급원(22)에 연결된다. 유도 코일 안테나(20)의 타단은 접지로 연결된다. 제1 전원 공급원(22)은 무선 주파수 전력을 발생하여 임피던스 정합기(21)를 통해서 유도 코일 안테나(20)로 공급한다. 무선 주파수 전력이 공급되어 유도 코일 안테나(20)가 구동되면 반응실(10)의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 에너지가 공급된다.
반응실(10)의 내측 상부에는 상부 배플(15)이 하부에는 하부 배플(16)이 구성된다. 그럼으로 가스 입구(12)를 통해서 유입되는 공정 가스는 반응실(10) 내측 상부에 구성된 상부 배플(15)을 통해서 분배되어 반응실(10) 내부에 고르게 분배된다. 공정 가스가 반응실(10) 내부로 공급되고 유도 코일 안테나(20)가 구동되면 반응실(10) 내부에서 공정 가스가 활성화되면서 플라즈마가 발생된다. 반응실(10) 내부의 하단에 구비된 하부 배플(16)과 가스 출구(13)를 통해서 고르게 가스 배기가 이루어진다.
공정 가스는 SiH4, SiH 2 Cl2, SiHCl3, SjCL4 등의 가스 중 어느 하나와 H2 가스가 공급될 수 있다. 베이스 와이어(41)에 형성되는 실리콘 박막은 예를 들어 단결정 실리콘 박막, 다결정 실리콘 박막, 정질 또는 비정질 실린콘 박막이다.
베이스 와이어(41)가 탄소 섬유로 구성되는 경우 실리콘 박막을 코팅하는데 있어서 효율을 높이기 위하여 베이스 와이어(41)에 자기 발열을 위한 구성을 추가할 수 있다. 반응실(10)의 유입구(11) 전단에 제1 접촉 전극(32)을 구성하고 배출구(14) 후단에 제2 접촉 전극(33)을 구성한다. 제1 접촉 전극(32)은 제2 전원 공급원(30)에 전기적으로 연결되고, 제2 접촉 전극(33)은 전기적으로 접지된다. 베이스 와이어(41)는 제1 접촉 전극(32)과 제2 접촉 전극(33)에 접촉되며, 제1 접촉 전극(32)과 제2 접촉 전극(33) 사이 구간에 전류 흐름이 발생되어 자기 발열이 이루어진다. 베이스 와이어(41)의 자기 발열 구간은 반응실(10)의 내부에 포함되기 때문에 반응실(10)의 내부에서 공정 가스의 플라즈마 방전에 따른 실리콘 박막 코팅 효율이 향상된다.
반응실(10)의 온도를 감지하기 위하여 반응실(10)의 내부(또는 외부)에 온도 감지 센서(35)가 구비된다. 온도 감지 센서(35)에 의해서 감지된 반응실(10)의 온도는 제어부(34)에 의해서 감지되고 이에 기초하여 제2 전원 공급원(30)의 전력 공급이 제어된다. 전력 공급의 제어를 위하여 제2 전원 공급원(30)과 제1 접촉 전극(32) 사이에 스위칭 회로(31)가 구비된다. 스위칭 회로(31)는 제어부(34)의 제어를 받아서 스위칭 동작한다. 제어부(34)는 반응실(10)의 온도에 따라서 스위칭 회로(31)를 온오프 스위칭 동작시켜서 제1 접촉 전극(32)으로 공급되는 전력을 제어함으로서 베이스 와이어(41)의 자기 발열 정도를 적절히 제어한다. 제어부(34)는 제2 전원 공급원(30)의 전력 공급에 대한 제어뿐만 아니라 필요에 따라 제1 전원 공급원(22)의 전력 공급에 대한 제어도 수행할 수 있다.
도 3은 도 1의 실리콘 와이어 제조 장치의 동작 수순을 보여주는 도면이고 도 4는 실리콘 박막이 코팅된 탄소 섬유의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하여, 제1 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 단계 S10에서 탄소 섬유로 구성된 베이스 와이어(41)가 반응실(10) 내부를 경유하여 진행되면 제2 전원 공급원(30)으로부터 제1 접촉 전극(32)으로 전력 공급이 이루어져 제1 및 제2 접촉 전극(32, 33) 사이의 구간에서 베이스 와이어(41)에 대한 자기 발열이 이루지면서 탄소 섬유에 대한 가열이 일차적으로 진행된다.
이어 단계 S11에서 가스 공급원(50)으로부터 공정 가스가 가스 입구(12)를 통하여 반응실(10)의 내부로 유입된다. 단계 S12에서는 제1 전원 공급원(22)으로부터 임피던스 정합기(21)를 통하여 유도 코일 안테나(20)로 전력 공급이 이루어지면 반응실(10) 내부에 플라즈마 방전이 이루어진다. 그리고 단계 S13에서는 탄소 섬유로 구성된 베이스 와이어(41)에 실리콘 박막 코팅이 이루어진다. 이와 같은 공정이 진행되면서 도 4에 도시된 바와 같이 탄소 섬유로 구성된 베이스 와이어(41)에는 실리콘 박막(43)이 코팅된다.
이상과 같은 제1 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 탄소 섬유로 구성된 베이스 와이어(41)가 반응실(10)의 내부를 연속적으로 진행되며 자기 발열이 이루어지면서 플라즈마 반응에 의해 실리콘 박막이 코팅된다. 그럼으로 고속 생산이 가능하고 고속으로 진행되는 가운데 자기 발열에 의해 베이스 와이어(41)가 가열됨으로 고품질의 실리콘 박막 코팅이 이루어진다.
도 5는 복수개의 베이스 와이어를 처리하기 위한 제1 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 변형예이다.
도 5를 참조하여, 제1 실시예의 변형예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 복수개의 베이스 와이어(41)를 병렬로 처리할 수 있다. 반응실(10a)은 복수개의 베이스 와이어(41)가 병렬로 진행할 수 있는 정도의 볼륨을 갖는다. 그리고 복수개의 베이스 와이어(41)가 개별적으로 유입되고 배출 될 수 있도록 복수개의 유입구(11)와 복수개의 배출구(14)가 구비된다. 제1 및 제2 접촉 전극(32, 33)도 복수개의 베이스 와이어(41)에 공통으로 접촉될 수 있는 정도의 길이를 갖는다. 변형예의 제조 장치는 복수개의 베이스 와이어(41)를 병렬로 처리함으로 생산성을 더욱 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 사시도이고 도 7은 도 6의 실리콘 와이어 제조 장치의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 메탈 와이어를 베이스 와이어(45)로 사용하는 경우 실리콘 박막을 코팅하기 위한 장치로 구성된다. 그럼으로 제2 실시예에 따른 제조 장치는 상술한 제1 실시예에의 제조 장치에서 자기 발열을 위한 구성을 제외한 나머지 구성에 있어서 동일한 구성을 갖는다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하였으며 중복 설명은 생략한다. 제2 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 베이스 와이어(45)를 도전성 메탈 와이어를 사용하기 때문에 유도 코일 안테나(20)에서 제공되는 전자기장 에너지가 베이스 와이어(45)에도 유도되어 유도 가열된다.
도 8은 도 6의 실리콘 와이어 제조 장치의 동작 수순을 보여주는 도면이고, 도 9는 실리콘 박막이 코팅된 메탈 와이어의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하여, 제2 실시예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 단계 S20에서 메탈 와이어로 구성된 베이스 와이어(45)가 반응실(10) 내부를 경유하여 진행되고 제1 전원 공급원(22)으로부터 유도 코일 안테나(20)로 전력 공급이 이루어져 베이스 와이어(41)에 대한 유도 가열이 이루진다.
이어 단계 S21에서 가스 공급원(50)으로부터 공정 가스가 가스 입구(12)를 통하여 반응실(10)의 내부로 유입된다. 단계 S22에서는 반응실(10) 내부에 플라즈마 방전이 이루어진다. 그리고 단계 S23에서는 메탈 와이어로 구성된 베이스 와이어(45)에 실리콘 박막 코팅이 이루어진다. 이와 같은 공정이 진행되면서 도 9에 도시된 바와 같이 메탈 와이어로 구성된 베이스 와이어(45)에는 실리콘 박막(43)이 코팅된다. 상술한 처리 단계는 실리콘 코팅을 위한 공정가스가 먼저 유입되고 제1 전원 공급원(22)에서 유도 코일 안테나(20)로 전력이 공급될 수도 있다.
이상과 같은 제2 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 메탈 와이어로 구성된 베이스 와이어(45)가 반응실(10)의 내부를 연속적으로 진행되며 유도 가열이 이루어지면서 플라즈마 반응에 의해 실리콘 박막이 코팅된다. 그럼으로 고속 생산이 가능하고 고속으로 진행되는 가운데 자기 발열에 의해 베이스 와이어(45)가 가열됨으로 고품질의 실리콘 박막 코팅이 이루어진다.
도 10은 복수개의 베이스 와이어를 처리하기 위한 제2 실시예의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 변형예이다.
도 10을 참조하여, 제2 실시예의 변형예에 따른 유연한 실리콘 와이어 제조 장치는 복수개의 베이스 와이어(45)를 병렬로 처리할 수 있다. 반응실(10a)은 복수개의 베이스 와이어(45)가 병렬로 진행할 수 있는 정도의 볼륨을 갖는다. 그리고 복수개의 베이스 와이어(45)가 개별적으로 유입되고 배출 될 수 있도록 복수개의 유입구(11)와 복수개의 배출구(14)가 구비된다. 변형예의 제조 장치는 복수개의 베이스 와이어(45)를 병렬로 처리함으로 생산성을 더욱 높일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 유연한 실리콘 와이어 제조 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 반응실 11: 베이스 와이어 유입구
12: 가스 입구 13: 가스 출구
14: 베이스 와이어 배출구 15: 상부 배플
16: 하부 배플 20: 유도 코일 안테나
21: 인피던스 정합기 22: 제1 전원 공급원
30: 제2 전원 공급원 31: 스위칭 회로
32: 제1 접촉 전극 33: 제2 접촉 전극
34: 제어부 35: 온도 감지 센서
40: 전단 롤 41, 45: 베이스 와이어
42: 후단 롤 50: 가스 공급원
51: 배기 펌프

Claims (7)

  1. 베이스 와이어에 실리콘 박막을 코팅하기 위한 반응실;
    상기 반응실에 권선되어 상기 반응실의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 에너지를 공급하는 유도 코일 안테나;
    상기 유도 코일 안테나로 무선 주파수 전력을 공급하는 제1 전원 공급원;
    상기 유도 코일 안테나와 상기 제1 전원 공급원 사이에 연결되는 임피던스 정합기;
    상기 반응실로 실리콘 코팅을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급원; 및
    상기 반응실에 연결되어 가스를 배기하는 배기펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 와이어에 접촉되는 제1 접촉 전극;
    상기 제1 접촉 전극과 간격을 두고 상기 베이스 와이어에 접촉되며 접지되는 제2 접촉 전극; 및
    상기 제1 접촉 전극에 자기발열을 위한 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 와이어는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전원 공급과 상기 제1 접촉 전극 사이에 구성되는 스위칭 회로와 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응실 내부의 온도를 감지하이 위한 온도 감지 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 감지 센서를 통하여 감지되는 반응실 내부의 온도에 따라 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 와이어는 메탈 와이어인 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응실 내부의 온도를 감지하이 위한 온도 감지 센서를 포함하고,
    상기 온도 감지 센서를 통하여 감지되는 반응실 내부의 온도에 따라 상기 제1 전원 공급원의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 실리콘 와이어 제조 장치.
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