KR20150078549A - 집적형 박막 태양전지의 제조 장치 - Google Patents

집적형 박막 태양전지의 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150078549A
KR20150078549A KR1020130168007A KR20130168007A KR20150078549A KR 20150078549 A KR20150078549 A KR 20150078549A KR 1020130168007 A KR1020130168007 A KR 1020130168007A KR 20130168007 A KR20130168007 A KR 20130168007A KR 20150078549 A KR20150078549 A KR 20150078549A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
process chamber
conductive layer
substrate
forming process
photoelectric conversion
Prior art date
Application number
KR1020130168007A
Other languages
English (en)
Inventor
임굉수
전진완
홍윤호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020130168007A priority Critical patent/KR20150078549A/ko
Priority to CN201480076639.6A priority patent/CN106165121A/zh
Priority to US15/109,193 priority patent/US20160329446A1/en
Priority to PCT/KR2014/013119 priority patent/WO2015102409A1/ko
Priority to JP2016544080A priority patent/JP2017501587A/ja
Priority to EP14876450.9A priority patent/EP3091584A4/en
Publication of KR20150078549A publication Critical patent/KR20150078549A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 집적형 박막 태양전지의 제조 장치는 진공 속에서 복수의 단위 셀들이 전기적으로 직렬 연결되는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치로서, 기판에 형성된 복수의 트렌치들 각각의 내부의 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 일측면 및 상기 일측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제1 도전층이 형성된 상기 기판상에, 광전변환 물질들을 방출하여 광전변환부를 형성하는 광전변환부 형성 공정챔버; 및 상기 트렌치들 각각의 내부의 또 다른 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 타측면 및 상기 타측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제2 도전층을 형성하는 제2 도전층 형성 공정챔버를 포함하고, 상기 광전변환부 형성 공정챔버 및 상기 제2 도전층 형성 공정챔버는 진공상태에서 상기 각각의 공정을 수행할 수 있다.

Description

집적형 박막 태양전지의 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING INTEGRATED THIN FILM SOLAR CELL}
본 발명은 집적형 박막 태양전지의 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광기전력 소자는 반도체 pn 접합의 광기전력 효과를 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 실질적인 광기전력 소자는 기본적으로 단위 셀들로 이루어지며, 각각의 단위 셀은 전기적으로 서로 직렬연결되어 집적화됨으로써 높은 전압을 외부에 공급할 수 있다.
이러한 광기전력 소자로는, 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘계 광기전력 소자，화합물계 광기전력 소자 및 유기물계 광기전력 소자로 분류될 수 있다. 이 중 실리콘계 광기전력 소자는 반도체의 상(phase)에 따라 단결정 실리콘(single crystalline silicon; sc-Si)，다결정 실리콘(polycrystalline silicon; pc-Si), 비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H) 광기전력 소자로 분류될 수 있다.
또한，광기전력 소자는 반도체의 두께에 따라 벌크(bulk)형 광기전력 소자와 박막(thin film)형 광기전력 소자로 분류되는데，박막형 광기전력 소자는 반도체층의 두께가 수 ? 내지 수십 ? 이하의 광기전력 소자다. 실리콘계 광기전력 소자에 있어서 단결정 및 다결정 실리콘 광기전력 소자는 벌크형에 속하며，비정질 실리콘 광기전력 소자는 박막형에 속한다.
한편，화합물계 광기전력 소자는 III-V족의 GaAs (Gallium Arsenide)와 InP (Indium Phosphide) 등의 벌크형과 II-VI족의 CdTe (Cadmium Telluride) 및 I-III-VI족의 CuInGaSe2 (CIGS; Copper Indium Gallium Diselenide) 등의 박막형으로 분류된다. 또한 유기물계 광기전력 소자는 크게 유기 분자형과 유무기 복합형이 있고 이 밖에 염료 감응형 광기전력 소자가 있으며 이들 모두가 박막형에 속한다.
이와 같이 여러 종류의 광기전력 소자 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 광기전력 소자가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되어오고 있다. 그러나, 최근에는 벌크형 실리콘 광기전력 소자의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있다.
이에 따라 고에너지 변환효율의 광기전력 소자를 간단하고 저렴하게 양산할 수 있는 박막형 광기전력 소자의 제조 방법이 절실히 요구되고 있다. 특히 벌크형 실리콘 태양전지는 제조 코스트에서 기판이 차지하는 비중이 매우 크기 때문에 기판을 박막화하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편으로는 실리콘 기판 자체를 아예 사용하지 않고, 유리 또는 스테인리스 스틸과 같은 값싼 기판 위에 다결정 또는 단결정 실리콘 박막을 형성하여 집적화된 결정질 실리콘 박막 광기전력 소자를 만들고자 하는 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 또한 벌크형 III-V족 태양전지의 경우에도 값싼 기판 위에 박막형 태양전지를 형성하는 연구가 진행되고 있다. 그리고, CIGS 광기전력 소자의 경우에도 폴리이미드나 스테인리스 스틸, 몰리브덴 등의 얇고 유연한(flexible) 기판을 사용하여 집적화된 CIGS 광기전력 소자를 제작함으로써 저가격화를 실현하려고 노력하고 있다. 아울러, 다양한 응용을 위해 유연한 투과형 집적형 박막 광기전력 소자의 제조 방법도 절실히 요구되고 있다.
박막형 광기전력 소자는 높은 전압을 얻기 위하여 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하여 집적화되는데, 이러한 집적화된 광기전력 소자(이하, 집적형 광기전력 소자라 한다.)를 제조하기 위하여는 여러 단계의 제막(製膜) 및 식각 공정을 거쳐야 하고 이러한 각각의 제막 및 식각 공정에 따라 다양한 장치들을 이용하여야 한다.
상용화된 대표적인 집적화 기술은 레이저 패터닝 법이다. 이 방법에 의해 유리 기판을 사용하여 집적형 광기전력 소자를 제작 시에는, 제1 도전층(투명 도전막)과 광기전력부의 패턴을 형성하기 위하여 각각 한번의 레이저 패터닝 공정과, 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하기 위하여 제2 도전층(이면금속)의 또 한번의 레이저 패터닝 공정 등 총 세 번의 레이저 패터닝 공정이 필요하게 된다. 이러한 세 차례의 레이저 패터닝 공정을 통하여 집적형 광기전력 소자로서 작동하는 유효한 면적, 즉 유효면적이 수 % 정도 줄어들게 된다. 유효면적이 수 % 정도 줄어드는 만큼 전체 집적형 광기전력 소자에서 생산할 수 있는 전력이 그 만큼 감소되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 대기 중에서 실시해야 하는 레이저 패터닝 공정으로 인하여 진공 속에서의 연속적인 제막 공정이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 연속적인 진공 제막 공정이 불가능하여 진공과 대기 중을 기판이 수차례 들락거리는 복잡한 공정이 필요하기 때문에, 다중접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 제작하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 대기 중에서 레이저로 식각 공정을 수행하기 때문에 대기 중의 수분이나 먼지 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염으로 집적형 광기전력 소자의 계면 특성이 나빠지고 이로 인하여 집적형 광기전력 소자의 에너지 변환효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 사용되는 레이저 에너지에 의한 박막의 열적 손상 때문에 집적형 광기전력 소자 각층의 막질 악화에 의해 션트(shunt) 저항이 감소하여 집적형 광기전력 소자의 에너지 변환효율이 감소하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 레이저 식각으로 발생되는 분진 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염 및 미세 구멍(pin hole) 등의 발생으로 인하여 소자의 계면 특성과 접합 특성이 나빠지고, 이로 인하여 집적형 광기전력 소자의 에너지 변환효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 레이저 식각으로 발생되는 분진 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염 및 핀홀(pin hole) 등의 발생을 될 수 있는 대로 방지하기 위하여 기판을 반전시켜서 패터닝 해야 하며, 패터닝 후 세정 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 세 차례의 레이저 패터닝 시에 기판상의 정확한 위치에 레이저 빔을 이동시켜야 하기 때문에 정밀한 위치제어 장치가 필요하게 된다.
또한, 이러한 집적형 광기전력 소자 제작 시에는, 여러 대의 고가의 레이저와 반전기 및 세정기 등의 장비가 필요하게 되어 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 클러스터(cluster) 방식, 인라인(in-line) 방식, 또는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 장치를 사용하여 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 및 식각 공정을 반복적으로 또는 연속적으로 수행하거나 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적을 극대화 시켜 생산할 수 있는 전력을 극대화 할 수 있는, 저렴하면서도 높은 효율(고효율)의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 단일접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 다중접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 용이하게 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 레이저 패터닝을 하기 위해 각각의 박막 증착이 끝난 기판이 대기에 노출될 때마다 대기 중의 수분이나 먼지 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염으로 태양전지의 계면 특성이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 진공을 깨지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 레이저 식각 시에 발생하는 광기전력 소자 각층의 열적 손상으로 집적형 광기전력 소자 각층의 막질이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 레이저를 사용하지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 레이저 식각 시에 발생하는 분진 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염 및 핀홀 등의 발생으로 집적형 광기전력 소자의 계면 특성과 접합 특성이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 레이저를 사용하지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 레이저 식각을 하기 위한 기판 반전 및 레이저 식각 후의 세정 등을 하지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 세 차례의 레이저 패터닝 공정 시에 필요한 정밀 위치제어 장치 없이 제조단가가 저렴한 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 레이저 패터닝 공정 시에 필요한 여러 대의 고가의 레이저와 기판 반전기 및 세정기 등의 장치 없이 제조단가가 저렴한 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 집적형 박막 태양전지의 제조 장치는 진공 속에서 복수의 단위 셀들이 전기적으로 직렬 연결되는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치로서, 기판에 형성된 복수의 트렌치들 각각의 내부의 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 일측면 및 상기 일측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제1 도전층이 형성된 상기 기판상에, 광전변환 물질들을 방출하여 광전변환부를 형성하는 광전변환부 형성 공정챔버; 및 상기 트렌치들 각각의 내부의 또 다른 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 타측면 및 상기 타측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제2 도전층을 형성하는 제2 도전층 형성 공정챔버를 포함하고, 상기 광전변환부 형성 공정챔버 및 상기 제2 도전층 형성 공정챔버는 진공상태에서 상기 각각의 공정을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 클러스터 방식, 인라인 방식 또는 롤투롤 스퍼터 방식의 장치를 사용하여 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 및 식각 공정을 반복적으로 또는 연속적으로 수행하거나 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 저가의 고효율 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 단일접합 구조의 집적형 광기전력 소자 및 다중접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저 패터닝을 하기 위해 각각의 박막 증착이 끝난 기판이 대기에 노출될 때마다 대기 중의 수분이나 먼지 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염으로 태양전지의 계면 특성이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 진공을 깨지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저 식각 시에 발생하는 광기전력 소자 각층의 열적 손상으로 집적형 광기전력 소자 각층의 막질이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 레이저를 사용하지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저 식각 시에 발생하는 분진 등에 의한 광기전력 소자 각층 표면의 오염 및 핀홀 등의 발생으로 집적형 광기전력 소자의 계면 특성과 접합 특성이 악화되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 레이저를 사용하지 않고 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저 식각 공정 시에 필요한 여러 대의 고가의 레이저와 정밀 위치제어 장치, 기판 반전기 및 세정기 등의 장치 없이 제조단가가 저렴한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치에 대한 변형 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타낸다.
도 5a 내지 5e는 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치에 의하여 제조되는 집적형 광기전력 소자의 제조 공정을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치의 공정챔버의 일례를 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)를 포함한다.
제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 진공 상태에서 서로 이격된 제1 도전층 상에 서로 이격된 광기전력부가 순차적으로 적층된 기판을 향하여 제2 도전성 물질을 방출하는 방출기, 인접하는 광기전력부들 사이의 영역에서 인접한 제1 도전층과 전기적으로 연결되면서 서로 이격된 제2 도전층을 형성하도록, 상기한 방출기로부터 방출되는 제2 도전성 물질의 향방을 조절하는 증착각 조절기를 포함한다.
이때, 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 서로 이격된 제1 도전층 상에 서로 이격된 광기전력부가 순차적으로 적층된 기판을 진공 상태에서 이송하는 이송부(40)를 구비한 이송챔버(transfer chamber; TC)를 더 포함할 수 있다. 또한 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 이송부(40)로부터 기판을 이송받는 기판 홀더(substrate holder)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치가 클러스터 타입(cluster type)의 제조 장치인 경우, 기판을 이송하기 위한 이송부(40)를 구비한 이송챔버(TC)를 더 포함하며, 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 이송부(40)로부터 기판을 이송받는 기판 홀더를 포함할 수 있다. 또한 로딩 챔버(loading chamber; LP)와 언로딩 챔버(unloading chamber; ULP)를 더 포함할 수 있다.
또한 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치가 인라인 타입(in-line type)의 제조 장치인 경우, 유연 기판(flexible substrate)은 코어(core)에 감겨 있으며 언와인딩 롤러(unwinding roller; UWR)에 코어가 장착되어 와인딩 롤러(winding roller; WR)의 회전에 따라 기판이 공정챔버들을 관통하며 연속적으로 움직여서 와인딩 롤러에 장착된 코어에 감기게 되기 때문에 별도의 이송부(40)를 구비한 이송챔버(TC)와 기판 홀더를 포함하지 않을 수 있다. 대신에 이송부의 기능을 대체할 수 있는 언와인딩 롤러(UWR)와 와인딩 롤러(WR)가 각각 장착된 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 클러스터 타입 제조 장치 또는 인라인 타입 제조 장치 이 외의 제조 장치일 수 있다. 예를 들어, 롤투롤 스펏터(roll-to-roll sputter)와 같은 제조 장치일 수도 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 경사 증착을 이용하여 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하는 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)를 포함한다. 이후에서는 이와 같은 공정챔버(P2)를 다양하게 적용할 수 있는 집적형 광기전력 소자 제조 장치의 변형 예에 대해 설명된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 상기한 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)와 더불어 광기전력부를 형성하는 공정챔버 그룹(P1)과 제1 도전층을 형성하는 공정챔버(P3)를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 상기 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)와 더불어 보조 도전층 형성 공정챔버(PA) 및 에칭용 공정챔버(EP)를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)를 포함할 수 있다. 또한 기판을 이송하기 위한 이송부(40)를 구비한 이송챔버(TC)를 포함할 수 있다. 또한 상기한 각각의 공정챔버들(P3, P1, PA, EP, P2)은 이송부(40)로부터 기판을 이송받는 기판 홀더를 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 언와인딩 롤러(UWR)와 와인딩 롤러(WR)가 각각 장착된 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)를 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 클러스터 타입의 장치이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 클러스터 타입 장치(10)는 이송용 로봇과 같은 이송부(40)를 구비한 이송챔버(TC), 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1) 및 상기한 복수 개의 공정챔버들(PA, EP, P2)을 포함한다. 이송챔버(TC)는 진공 상태를 유지하면서, 기판을 이송시키는 공간을 제공한다,
도 1에 도시된 바와 같이, 상기한 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)과 상기한 복수 개의 공정챔버(PA, EP, P2)는 이송챔버(TC)에 연결되어 있다. 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)에서는 서로 이격된 제1 도전층이 형성된 기판상에 광기전력부를 형성하며, 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)에서는 광기전력부가 형성된 기판상에 보조 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 비스듬히 증착하여 보조 도전층을 형성하고, 에칭용 공정챔버(EP)에서는 보조 도전층을 마스크로 사용하여 광기전력부에 의해 덮혀 있는 트렌치들 내부의 제1 도전층의 일부가 노출되도록 트렌치들 내부에 노출되어 있는 광기전력부를 에칭하며, 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)에서는 상기한 공정을 거친 기판상에 제2 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 비스듬히 증착하여 제2 도전층을 형성하는 과정을 진공속에서 순차적으로 실시함으로써 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다(한국 등록특허: 10-0656738 참조). 여기서, 기판에는 서로 이격되어 트렌치들이 형성되어 있을 수 있으며, 이는 예컨대 도5a에서 도면부호 101 및 102로 표시된다. 또한, 타측이라 함은 도5a 내지 도5e를 참조하여 설명되는 바와 같이, 제1 도전성 물질이 방출되는 일측의 맞은편을 나타낸다.
이송부(40)는 이송챔버(TC) 내부에 설치되어 기판을 하나의 챔버에서 다른 챔버로 이송시킨다. 클러스터 타입의 제조 장치에서 이송부(40)는 이송 로봇을 포함할 수 있다.
또한, 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)은 광기전력부를 형성하며, 하나 이상의 단위 공정챔버(P11, P12, P13, P14)를 포함할 수 있다. 이때 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치가 실리콘 계열의 광기전력부를 제조할 경우, 상기한 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)은 제1 불순물 반도체층(P11), 진성 반도체층(P12, P13) 및 제2 불순물 반도체층(P14)을 형성하는 복수 개의 단위 공정챔버(P11, P12, P13, P14)를 포함할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 이송부(40)에 의해 복수 개의 공정챔버들(P11 내지 P14, PA, EP, P2) 중 2개의 공정챔버들 사이에서 기판이 이송될 때 진공 상태가 유지된다.
제1 도전성 물질, 보조 도전성 물질 및 제2 도전성 물질은 투명한 도전성 물질이나 불투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 투명 도전성 물질은 주로 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로서, 산화아연(zinc oxide; ZnO), 산화주석(tin oxide; SnO2), 산화인듐주석(Indium tin oxide; ITO), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화바나듐(V2O5), 산화티타늄(TiOx) 또는 산화니켈(NiOx) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 불투명한 금속 물질은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 세슘(Cs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같은 제1 도전성 물질, 보조 도전성 물질 및 제2 도전성 물질은 이후의 실시예에도 적용할 수 있다.
또한, 클러스터 타입 장치(10)는 기판을 대기 상태에서 진공 장치 내부로 넣기 위한 로딩 챔버(LP)와 기판을 진공 장치 내부로부터 대기 상태인 외부로 꺼내기 위한 언로딩 챔버(ULP)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서는, 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)가 하나의 로딩/언로딩 (LP/ULP) 챔버로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)가 각각 따로 이송챔버(TC)에 연결될 수 있다. 또한 로딩 챔버(LP) 및 언로딩 챔버(ULP)는 이송부(40)로부터 기판을 이송받는 기판 홀더를 더 포함할 수 있다.
복수 개의 공정챔버(P11 내지 P14, PA, EP, P2, P3) 및 로딩/언로딩 챔버 (LP/ULP)는 이송챔버(TC)의 둘레에 방사형으로 설치되며, 이송챔버(TC)의 내부에는 기판을 하나의 챔버에서 다른 하나의 챔버로 이송하기 위한 이송부(40)가 위치할 수 있다. 복수 개의 이송부(40)가 이송챔버(TC) 내부에 설치될 수 있으며, 이송부(40)는 기판을 직선 또는 상하로 이송시키거나 회전시킬 수 있다.
서로 이격된 제1 도전층이 형성된 기판은 로딩/언로딩 챔버(LP/ULP)를 통하여 장치 내부로 로딩되어 이송부(40) 상에 얹혀져서 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1) 중의 어느 하나의 단위 공정챔버로 이송된다. 이때 사용된 기판은 절연성 기판일 수 있으며 기판에는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성되어 있을 수 있다.
광기전력부는 빛이 입사되어 흡수됨으로써 자유 캐리어들(free carriers)이 생성되는 임의의 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 광기전력부는 실리콘 계열, 화합물 계열, 유기물 계열 및 건식 염료 감응 계열의 물질 중 하나 이상으로 형성될 수 있다. 이 중 실리콘 계열 태양전지는 비정질 실리콘(a-Si:H) , 비정질 실리콘게르마늄(amorphous silicon-germanium; a-SiGe:H), 미세결정 실리콘(microcrystalline silicon; μc-Si:H), 다결정 실리콘(pc-Si) 단일접합(single junction) 태양전지들과, 비정질 실리콘/비정질 실리콘(a-Si:H/a-Si:H), 비정질 실리콘/비정질 실리콘게르마늄(a-Si:H/a-SiGe:H), 비정질 실리콘/미세결정 실리콘(a-Si:H/μc-Si:H), 비정질 실리콘/다결정 실리콘(a-Si:H/pc-Si) 이중접합(double junction) 태양전지들, 비정질실리콘/비정질 실리콘 게르마늄/비정질 실리콘게르마늄(a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H), 비정질 실리콘/ 비정질 실리콘게르마늄/미세결정 실리콘(a-Si:H/a-SiGe:H/μc-Si:H), 비정질 실리콘/미세결정 실리콘/미세결정 실리콘(a-Si:H/μc-Si:H/μc-Si:H) 삼중접합(triple junction) 태양전지들 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 그러나 이들에 한정되지는 않는다.
이하에서는 광기전력부의 물질이 비정질 실리콘을 바탕으로 한 물질인 경우를 예로 하여 설명하기로 한다. 광기전력부의 물질이 비정질 실리콘을 바탕으로 한 물질인 경우, 광기전력부는 제1 불순물 반도체층, 진성 반도체층 및 제2 불순물 반도체층을 포함하는 단일접합 구조로 형성될 수 있다. 또한, 광기전력부는 비정질 실리콘을 바탕으로 한 단일접합 구조를 두 개 이상 포함하는 다중접합 구조로 형성될 수도 있다.
광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)의 제1 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P11)에서는 제1 불순물이 첨가된 제1 불순물 반도체층이 형성된다. 이때, 제1 불순물 반도체층의 증착을 위하여 실란(SiH4)과 수소(H2) 가스 및 제1 불순물 가스가 상기한 단위 공정챔버(P11)에 유입된다. 제1 불순물 가스가 붕소(B)와 같은 Ⅲ족 물질을 공급하기 위한 B2H6 가스라면 p 타입 반도체층이 형성된다. 또한 제1 불순물 가스가 인(P)과 같은 Ⅴ족 물질을 공급하기 위한 PH3 가스라면 n 타입 반도체층이 형성된다.
제1 불순물 반도체층의 두께는 진성 반도체층의 두께에 비하여 얇을 수 있다. 이에 따라 진성 반도체층이 형성되는 시간은 제1 불순물 반도체층이 형성되는 시간에 비하여 길 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 제조 장치는 제조 공정 시간을 줄이기 위하여 진성 반도체층이 형성되는 복수 개의 단위 공정챔버(P12, P13)를 포함할 수 있다.
제1 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P11)에서 제1 불순물 반도체층이 형성된 기판은 진성 반도체층 형성 단위 공정챔버(P12) 내부로 이송되어 제1 불순물 반도체층이 형성된 기판상에 진성 반도체층이 형성되고, 상기한 단위 공정챔버(P11)에서는 제1 불순물 반도체층이 또 다른 기판에 형성될 수 있다. 제1 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P11)에서 제1 불순물 반도체층이 형성된 또 다른 기판은 또 다른 진성 반도체층 형성 단위 공정챔버(P13) 내부로 이송되어 진성 반도체층이 해당 기판상에 형성될 수 있다.
이와 같은 방식으로 제1 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P11)에서 제1 불순물 반도체층이 형성되는 동안 진성 반도체층 형성 단위 공정챔버들(P12, P13)에서 진성 반도체층이 형성되는 공정이 계속하여 이루어질 수 있다. 이에 따라 택 타임(tact time)이 단축되어 일정 시간 안에 광기전력 소자의 생산 수량을 증가시킬 수 있다. 진성 반도체층의 형성을 위하여 단위 공정챔버들(P12, P13)에 실란 및 수소 가스가 유입된다.
진성 반도체층 형성 단위 공정챔버들(P12, P13)에서 진성 반도체층이 형성된 기판은 제2 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P14)로 이송되어 진성 반도체층이 형성된 기판상에 제2 불순물 반도체층이 형성된다. 제2 불순물 반도체층의 형성을 위하여 실란과 수소 가스 이외에 제2 불순물 가스가 유입된다. 제1 불순물 반도체층이 p 타입 반도체층인 경우, 제2 불순물은 Ⅴ족 물질을 공급하기 위한 것일 수 있다. 또한, 제1 불순물 반도체층이 n 타입 반도체층인 경우, 제2 불순물은 Ⅲ족 물질을 공급하기 위한 것일 수 있다.
한편, 본 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는, 광기전력부를 이루는 제1 불순물 반도체층, 진성 반도체층, 제2 불순물 반도체층을 상기한 단위 공정챔버(P11), 단위 공정챔버들(P12, P13), 단위 공정챔버(P14) 각각에서 형성하는 방법을 일례로 하여 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 다음과 같은 다양한 방법이 있다.
즉, 제1 불순물 반도체층, 진성 반도체층, 제2 불순물 반도체층이 하나의 단위 공정챔버(P11)에서 형성될 수 있다. 또한, 제1 불순물 반도체층 및 제2 불순물 반도체층이 하나의 단위 공정챔버(P11)에서 형성되고, 진성 반도체층은 복수의 단위 공정챔버들(P12, P13, P14)에서 형성될 수 있다. 또한, 제1 불순물 반도체층 및 진성 반도체층은 하나의 단위 공정챔버(P11)에서 형성되고, 제2 불순물 반도체층은 다른 하나의 단위 공정챔버(P12)에서 형성될 수 있다. 또한, 제1 불순물 반도체층을 하나의 단위 공정챔버(P11)에서 형성하고, 진성 반도체층 및 제2 불순물 반도체층은 다른 하나의 단위 공정챔버(P12)에서 형성될 수 있다. 이와 같은 광기전력부를 형성하는 방법은 제1 실시예뿐만 아니라 이후에 설명되는 실시예들에도 적용될 수 있다.
서로 이격된 제1 도전층 상에 광기전력부가 형성된 후의 기판은, 이송부(40)에 의하여 진공 상태에서 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)로 이송되어 보조 도전성 물질이 타측에서 기판에 대해 비스듬히 증착되어 광기전력부가 형성된 기판상에 보조 도전층이 형성된다. 보조 도전층은 에칭용 공정챔버(EP)에서의 식각을 위한 마스크로 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 보조 도전성 물질은 투명한 도전성 물질이나 불투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 제1 도전층이 불투명한 금속 물질로 이루어진 경우 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)에서 투명한 도전성 물질로 이루어진 보조 도전층이 광기전력부 상에 형성될 수 있다. 또한 제1 도전층이 투명한 도전성 물질로 이루어진 경우 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)에서 불투명한 금속 물질이나 투명한 도전성 물질로 이루어진 보조 도전층이 광기전력부 상에 형성될 수 있다.
보조 도전층 형성 공정챔버(PA)에서 보조 도전층이 형성된 기판은 이송부(40)에 의하여 진공 상태에서 에칭용 공정챔버(EP)로 이송된다. 에칭용 공정챔버(EP) 내에서는 보조 도전층을 마스크로 하여 트렌치 내부에 노출되어 있는 광기전력부, 즉 제2 불순물 반도체층, 진성 반도체층, 제1 불순물 반도체층이 차례로 에칭되어 서로 이격된 광기전력부들이 형성됨과 동시에 기판의 트렌치 내부에 위치하는 제1 도전층의 일부가 노출된다. 이때 보조 도전층은 광기전력부 물질에 비해 식각율이 낮은 물질을 사용하여 트렌치들 내부의 광기전력부들이 완전히 에칭된 후에도 트렌치들 외부에서는 광기전력부들이 식각이 되지 않게 보조 전극층이 광기전력부들을 덮고 있어야 하기 때문에 이를 감안하여 보조 전극층의 두께를 적당히 조절하여 형성할 필요가 있다. 에칭공정은 유도결합플라즈마 (inductively coupled plasma; ICP)를 이용한 반응성 이온 식각법(reactive ion etching; RIE) 등과 같은 건식 에칭 방법을 이용하여 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
에칭용 공정챔버(EP)에서 상기와 같은 에칭공정을 거친 기판은 이송부(40)에 의하여 진공 상태에서 제2 전극층 형성 공정챔버(P2)로 이송된다. 제2 전극층 형성 공정챔버(P2)에 대한 상세한 설명은 도 6a 및 도 6b를 참조하여 이후에 상세히 설명된다. 제2 전극층 형성 공정챔버(P2)는 보조 도전층이 형성된 기판상에 제2 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 비스듬히 증착하여 제2 도전층을 형성한다. 이때, 제1 단위 셀 영역에 형성된 제1 도전층과, 제1 단위 셀에 인접하는 제2 단위 셀 영역에 형성된 제2 도전층이 트렌치 내부에서 전기적으로 연결된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 집적형 광기전력 소자가 형성된다. 단위 셀들은 빛이 입사되면 각각 기전력을 생성하며 이 단위 셀들이 직렬연결된 고효율의 집적형 광기전력 소자는 고전압을 발생할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 제2 도전성 물질은 투명한 도전성 물질이나 불투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 보조 공정챔버(PA)에서 형성된 보조 도전층이 불투명한 금속 물질로 이루어진 경우, 제2 도전층은 불투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 또한 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)에서 형성된 보조 도전층이 투명한 도전성 물질로 이루어진 경우, 제2 도전층은 불투명한 금속 물질이나 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치에서의 제1 도전성 물질, 보조 도전성 물질 및 제2 도전성 물질의 증착은 전자빔 증발(electron beam evaporation), 열 증발(thermal evaporation), 스펏터(sputter) 또는 스프레이(spray) 등의 증착 물질의 직진성이 있는 증착법을 이용하나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 도전성 물질, 보조 도전성 물질 및 제2 도전성 물질의 증착법은 이후의 실시예들에도 적용 가능하다. 또한 투명 도전성 물질의 증착은 산소(O2) 분위기 중에서 행해질 수 있다.
이하에서는, 제2 도전층이 불투명한 금속 물질로 이루어지는 것을 일 예로 하여 설명하기로 한다. 이와 같은 제2 도전성 물질의 성분은 제1 실시예뿐만 아니라 이후에 설명되는 실시예들에도 적용될 수 있다.
앞서 설명한 대로, 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)에서 제2 도전층이 형성된 기판은 이송부(40)에 얹혀진 후 로딩/언로딩 챔버(LP/ULP)를 통하여 본 집적형 광기전력 소자의 제조 장치로부터 대기 중으로 꺼내어진다.
이상에서 설명된 바와 같이, 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에 서로 이격된 제1 도전층이 형성된 기판상에, 광기전력부 형성, 보조 전극층 형성, 광기전력부 에칭, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 제1 도전층을 형성하는 또 다른 공정챔버(P3)를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 이송부(40)는 로딩 챔버(LP)에 로딩되어 있는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판을 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)로 이송한다. 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)는 이 기판상에 제1 도전성 물질을 일측에서 기판에 대해 비스듬히 증착하여 제1 도전층을 형성한다. 제1 도전성 물질은 투명한 도전성 물질이나 불투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 기판이 투명 절연성 재질이고, 제1 도전층이 투명한 도전성 물질로 이루어지는 경우, 기판을 통과한 빛이 투명한 도전성 물질로 이루어진 제1 도전층에 입사되어 그 입사된 빛이 투과될 수 있다. 또한, 제1 도전층이 불투명한 금속 물질로 이루어지는 경우, 보조 도전층 및 제2 도전층이 투명한 도전성 물질로 이루어져 빛이 제2 도전층으로 입사된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에, 제1 도전층 형성, 광기전력부 형성, 보조 도전층 형성, 광기전력부 에칭, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다.
또한, 도시되어 있지는 않지만, 도 1에 도시된 클러스터 타입의 장치에 동일한 구조의 클러스터 타입의 장치를 두 대 이상 연결하여 집적형 광기전력 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시된 클러스터 타입 장치(10)가 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14) 외에 별도의 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1')의 단위 공정챔버들(P11' 내지 P14')을 포함할 수 있다. 그러나 별도의 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1')을 포함하지 않고 상기한 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)이 별도의 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1')의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 이러한 경우들에 있어서 진공 상태를 유지하면서 단일접합 구조의 광기전력부가 복수 개 적층되는 다중접합 구조의 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 클러스터 방식의 장치에 의하여 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 및 식각 공정을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다. 또한 이러한 소자 제조 방법은 인라인 방식의 제조 장치에도 적용 가능하다.
또한 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)에서 증착 물질의 직진성이 있는, 앞서 설명한 전자빔 증발, 열 증발, 스펏터, 또는 스프레이 등의 박막 증착 방법을 이용하여 광기전력부를 형성할 경우에, 트렌치 내부에 위치하는 제1 도전층의 일부가 노출되게 광기전력부 물질이 기판에 경사 증착되게 할 수 있다. 따라서 보조 전극층을 형성한 후 광기전력부 물질을 에칭할 필요가 없어지기 때문에 상기한 보조 도전층 형성 공정챔버(PA) 및 에칭용 공정챔버(EP)를 생략할 수 있다. 이러한 경우에는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에 제1 도전층, 광기전력부, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 제1 실시예에 따른 클러스터 방식의 장치에 의하여 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다. 또한 이러한 소자 제조 방법은 인라인 방식의 제조 장치에도 적용 가능하다(한국 등록특허: 10-1060239 참조).
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예 및 그 변형 예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 인라인 타입의 제조 장치다. 인라인 타입의 제조 장치가 포함하는 복수의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14)을 포함하는 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1) 및 보조 전극층 형성 공정챔버(PA), 에칭용 공정챔버(EP), 제2 전극층 형성 공정챔버(P2), 제1 전극층 형성 공정챔버(P3), 로딩 챔버(LP), 언로딩 챔버(ULP)들 각각의 기능은 앞서 제1 실시예를 통하여 설명된 기능과 각각 동일하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 집적형 광기전력 소자의 제조 장치가 인라인 타입의 제조 장치인 경우, 트렌치들이 형성된 유연 기판이 감긴 코어가 좌측의 로딩 챔버(LP) 내에 있는 언와인딩 롤러(UWR)(미도시)에 장착된 후, 우측의 언로딩 챔버(ULP) 내에 있는 와인딩 롤러(WR)(미도시)와 같은 구동 수단에 의하여 유연 기판이 당겨져 풀어지면서 제1 도전층 형성 공정챔버(P3), 광기전력부 형성 단위 공정챔버들(P11 내지 P14), 보조 전극층 형성 공정챔버들(PA), 에칭용 공정챔버(EP), 제2 도전층 형성 공정챔버(P2) 등과 같은 복수의 공정챔버들을 차례로 통과하면서 우측의 와인딩 롤러에 장착된 코어에 감긴다. 따라서, 서로 이격된 드렌치들이 형성된 기판상에 경사 증착에 의한 제1 도전층 형성, 광기전력부 형성, 경사 증착에 의한 보조 전극층 형성, 광기전력부 에칭, 경사 증착에 의한 제2 도전층 형성 등과 같은 일련의 공정이 차례로 실시됨으로써, 집적형 광기전력 소자가 진공 속에서 제조된다. 그러므로, 클러스터 타입의 제조 장치와는 달리 별도의 이송부(40)를 구비한 이송챔버와 기판 홀더를 포함하지 않을 수도 있다. 대신에 언와인딩 롤러(UWR)와 와인딩 롤러(WR)가 각각 장착된 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 단위 공정챔버들(P12, P13)은 두 개의 기판들 각각에 동일한 진성 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘)을 동시에 증착하거나, 서로 다른 진성반도체 물질들(예를 들어, 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘)을 동시에 증착할 수 있다. 이와는 달리, 도 2 및 도 3에 도시된 단위 공정챔버들(P12, P13)은 동일한 기판에 같은 진성 반도체 물질을 연속적으로 증착할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 도 2에 도시된 인라인 타입 또는 롤투롤(roll-to-roll) 타입의 집적형 광기전력 소자 제조 장치를 사용하면 유연 기판에 박막의 증착 및 에칭 공정 등을 진공 상태를 유지하면서 연속적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 기존의 방법에 비해 공정수를 대폭적으로 줄일 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며 단일접합 구조의 고효율의 집적형 광기전력 소자를 대량으로 저렴하게 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 변형 예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타내며, 인라인 타입의 제조 장치이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 변형 예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 제1 광기전력부를 형성하는 복수의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14)과 더불어 제1 광기전력부가 형성된 기판상에 제2 광기전력부를 형성하는 복수의 단위 공정챔버들(P11' 내지 P14')을 포함한다. 제2 광기전력부를 형성하는 복수의 단위 공정챔버들(P11' 내지 P14')은 단위 공정챔버(P14)와 보조 도전층을 형성하는 보조 도전층 형성 공정챔버(PA) 사이에 연결될 수 있다.
제1 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예 및 그 변형 예에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치들 역시 제1 도전층을 형성하는 공정챔버(P3)를 각각 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 제조 장치가 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)를 포함하지 않을 경우 서로 이격된 제1 도전층이 형성된 기판이 로딩 챔버(LP)를 통하여 공정챔버 그룹(P1)의 단위 공정챔버(P11)로 이송될 수 있다.
제1 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P11') 및 제2 불순물 반도체층 형성 단위 공정챔버(P14')는 제2 광기전력부의 제1 불순물 반도체층 및 제2 불순물 반도체층을 각각 형성하고 진성 반도체층 형성 단위 공정챔버들(P12', P13')은 진성 반도체층을 형성한다.
보조 도전층 형성 공정챔버(PA)는 제2 광기전력부 상에 보조 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 비스듬히 증착하여 보조 도전층을 형성한다.
앞서 설명된 바와 같이 제2 광기전력부 형성 단위 공정챔버들(P11' 내지 P14')은 제2 광기전력부를 형성한다. 이때 제1 광기전력부 또는 제2 광기전력부 중 빛이 먼저 입사되는 광기전력부는 단파장 영역의 빛을 잘 흡수하기 위하여 비정질 실리콘을 바탕으로 한 물질로 형성될 수 있다. 그리고 빛이 나중에 입사되는 광기전력부는 장파장 영역의 빛을 잘 흡수하기 위하여 미세결정질 실리콘을 바탕으로 한 물질로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 제조 장치에 의하여 제조된 집적형 광기전력 소자가 p-i-n 타입 광기전력 소자인 경우, 제1 광기전력부는 순차적으로 적층된 p 타입 반도체층, 진성 비정질 실리콘 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함할 수 있고, 제2 광기전력부는 p 타입 반도체층, 진성 미세결정질 실리콘 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함할 수 있다.
아울러 본 발명의 실시예에 따른 제조 장치에 의하여 제조된 집적형 광기전력 소자가 n-i-p 타입 광기전력 소자인 경우, 제1 광기전력부는 순차적으로 적층된 n 타입 반도체층, 진성 미세결정질 실리콘 반도체층 및 p 타입 반도체층을 포함할 수 있고, 제2 광기전력부는 n 타입 반도체층, 진성 비정질 실리콘 반도체층 및 p 타입 반도체층을 포함할 수 있다.
광기전력 소자의 특성이나 제조 효율 등을 고려하여 제1 광기전력부 또는 제2 광기전력부의 p 타입 반도체층은 p 타입의 비정질 실리콘을 바탕으로 한 반도체층 또는 p 타입의 미세결정질 실리콘을 바탕으로 한 반도체층일 수 있으며, n 타입의 반도체층은 n 타입의 비정질 실리콘을 바탕으로 한 반도체층 또는 n 타입의 미세결정질 실리콘을 바탕으로 한 반도체층일 수 있다.
도 3에 도시된 인라인 타입 또는 롤투롤 타입의 집적형 광기전력 소자 제조 장치를 사용하면 유연 기판에 박막의 증착 및 에칭 공정 등을 진공 상태를 유지하면서 연속적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 기존의 방법에 비해 공정수를 대폭적으로 줄일 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며 다중접합 구조의 고효율의 집적형 광기전력 소자를 대량으로 저렴하게 제조할 수 있다.
앞서 제1 실시예에서 설명된 바와 같이, 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)에서 증착 물질의 직진성이 있는, 앞서 설명한 전자빔 증발, 열 증발, 스펏터, 또는 스프레이 등의 박막 증착 방법을 이용하여 광기전력부를 형성할 경우에, 트렌치 내부에 위치하는 제1 도전층의 일부가 노출되게 광기전력부 물질이 기판에 경사 증착되게 할 수 있다. 따라서 보조 전극층을 형성한 후 광기전력부 물질을 에칭할 필요가 없어지기 때문에 상기한 보조 도전층 형성 공정챔버(PA) 및 에칭용 공정챔버(EP)를 생략할 수 있다. 이러한 경우에는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에 제1 도전층, 광기전력부, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 인라인 또는 롤투롤 방식에 의하여 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다. 또한 이러한 소자 제조 방법은 제2 실시예인 도 2뿐만아니라 제2 실시예의 변형 예인 도 3에도 적용 가능하다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치를 나타내는 도면이다.
한편, 도 4에 도시된 집적형 광기전력 소자 제조 장치가 포함하는 복수의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14)을 포함하는 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1) 및 보조 전극층 형성 공정챔버(PA), 에칭용 공정챔버(EP), 제2 전극층 형성 공정챔버(P2), 제1 전극층 형성 공정챔버(P3), 로딩/언로딩 챔버(LP/ULP) 각각의 기능은 앞서 제1 실시예를 통하여 설명된 기능과 각각 동일하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 제1 실시예와는 다른 장방형 클러스터 타입의 제조 장치다. 도 1의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 이송챔버(TC) 둘레에 방사형으로 공정챔버들이 설치되고, 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 장방형의 이송챔버(TC)의 장변 양쪽에 공정챔버들이 설치된다.
직사각형의 이송챔버(20)에는, 로딩 및 언로딩 챔버(LP/ULP) 및 복수의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14), 보조 도전층 형성 공정챔버(PA), 에칭용 공정챔버(EP), 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)가 이송챔버(TC)의 일측면과 타측면에 설치된다. 이송용 로봇과 같은 이송부(40)는 이송챔버(TC) 내부에 설치되어 기판(미도시)을 하나의 챔버에서 다른 챔버로 진공을 유지하면서 이송시킨다. 이송부(40)의 하부에는, 이송부(40)가 이동할 수 있도록 레일(30)이 설치되어 있으며, 이송부(40)는 이 레일(30)을 따라 이동하여 단위 공정챔버들(P11 내지 P14), 보조 도전층 형성 공정챔버(PA), 에칭용 공정챔버(EP), 제2 도전층 형성 공정챔버(P2) 내로 기판을 이송시킨다.
이송부(40)의 상부에는, 제1 부재(41) 및 제2 부재(43)가 각각의 결합 수단(44, 45)에 의하여 결합된다. 제1 부재(41)는 이송챔버(TC) 내부 바닥에 설치된 레일(30) 방향으로 직선 왕복 운동이 가능하고, 결합 수단(44, 45)을 축으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향의 회전 운동 및 수직 왕복 운동도 가능하다.
또한, 제1 부재(41)의 상부에는, 제1 부재(41) 상에서 직선 왕복 운동을 할 수 있는 제2 부재(43)가, 결합 및 직선 구동 수단(42)에 의해 결합되어 설치되어 있으며 제2 부재 양단은 미끄러지지 않게 기판을 올려 놓을 수 있는 구조(미도시)로 되어 있다.
로딩 및 언로딩 챔버(LP/ULP) 내에서 제2 부재(43) 상에 얹혀진 기판이 상기한 이송부(40), 제1 부재(41) 및 제2 부재(43)의 구동에 의하여, 복수의 공정챔버(P11 내지 P14, PA, EP, P2) 중 적어도 하나의 공정챔버 내부로 이송될 수 있다.
도 4에서는, 로딩 및 언로딩 챔버(LP/ULP)가 하나의 챔버로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)가 각각 따로 이송챔버에 연결될 수 있다.
또한, 로딩 및 언로딩 챔버(LP/ULP)는 직사각형의 이송챔버의 단변의 일측면에 설치될 수도 있으며, 단변의 양측면에 로딩 챔버(LP)와 언로딩 챔버(ULP)가 각각 따로 설치될 수도 있다.
도 4의 클러스터 타입의 제조 장치에 있어서, 이송챔버(TC)의 장변의 길이를 늘리고 이 장변의 양측면에 제1 도전성 물질, 보조 도전성 물질, 제2 도전성 물질 및 광전변환 물질을 증착하거나 에칭하는 공정챔버의 대수를 늘려서 연결할 경우, 확장된 이송챔버(TC) 내부를 일정 공간으로 분할하여 이 분할된 공간에 각각 한대씩의 이송부(40)를 설치하고 이송부(40)끼리 제2 부재(43)를 통하여 기판을 주고 받을 수 있게 만들면 집적형 광기전력 소자의 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 제 1 실시예 및 제 3 실시예에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는 상기한 제1 도전층 형성 공정챔버(P3), 상기 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1), 보조 도전층 형성 공정챔버(PA), 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)가 각각 분리되어 있는 것처럼 설명하였으나 이들 공정챔버 중 적어도 하나 이상의 공정챔버를 이용하여 상기한 네 개의 공정챔버의 기능을 대체할 수도 있다.
도 5a 내지 5e는 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치에 의하여 제조된 집적형 광기전력 소자의 제조 공정의 일례를 나타낸다.
본 광기전력 소자 제작에 사용되는 기판(100)은 광기전력 소자의 구조에 따라 투명한 재질이거나 불투명한 재질일 수 있다. 기판(100)을 통하여 빛이 입사될 수 있는 소자 구조(superstrate type)인 경우에 기판(100)은 빛의 투과율이 우수한 투명 절연성 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 소다석회 유리나 강화 유리 등으로 만든 유리 기판이나 플라스틱 기판 또는 나노 복합체(nano composit) 기판 중 하나일 수 있다. 나노 복합체는 분산매질(matrix, 연속상) 속에 나노 입자가 분산상으로 분산되어 있는 계이다. 분산매질은 유기 용제, 플라스틱, 금속 또는 세라믹일 수 있으며, 나노 입자는 플라스틱, 금속 또는 세라믹일 수 있다. 분산매질이 유기 용제일 경우 열처리에 의하여 유기 용제가 사라지고 나노 입자만이 남을 수 있다.
기판(100)을 통하여 빛이 입사되지 않고, 입사광에 면한 투명 도전막을 통하여 빛이 입사되는 소자 구조(substrate type)인 경우에 기판(100)은 세라믹이나 금속 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이 경우에도 기판(100)은 유리나 플라스틱, 나노 복합체 재질로 이루어질 수도 있다. 이때 세라믹이나 유리, 플라스틱, 나노 복합체 재질은 열경화성 또는 UV 경화성 재질을 포함할 수 있다.
트렌치들(101, 102)은 유리나 세라믹, 금속, 플라스틱, 나노 복합체 등의 물질을 용융시킨 상태에서 박판 또는 박막으로 만드는 과정에서 이 물질이 굳기 전에, 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 직선 트렌치들이 임프린트(imprint)나 프레스(press), 엠보싱(embossing), 열(thermal) 경화나 자외선(ultra-violet; UV) 경화법으로 기판에 형성될 수 있다. 금속과 같은 도전성 기판인 경우에는 트렌치를 형성한 후에 플라스틱이나 세라믹, 나노 복합체 등의 절연성 물질을 기판 전면에 코팅하거나, 도전성 기판 표면에 상기한 절연성 물질을 코팅한 후에 이 절연성 물질에 상기한 방법으로 트렌치를 형성할 수도 있다. 또한 유리와 같은 절연성 기판에도 상기한 방법으로 트렌치를 형성할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 기판들의 용융 과정없이 핫-엠보싱(hot-embossing) 또는 핫-프레스(hot-press)법을 사용하여 트렌치들(101, 102)이 기판에 형성될 수도 있다. 이 경우에는 유리 또는 금속 기판에 코팅된 플라스틱, 세라믹 또는 나노 복합체 재질의 박막에 트렌치가 형성되므로 유리 또는 금속 기판에 직접 트렌치를 형성하는 경우보다 트렌치가 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 트렌치들(101, 102)은 프레스, 핫-프레스, 엠보싱 또는 핫-엠보싱 방법뿐만 아니라 습식 식각, 건식 식각, 연삭 또는 절삭과 같은 기계적 가공 또는 레이저 스크라이빙과 같은 광학적 가공 중 어느 한 방법을 통하여 형성될 수도 있다.
앞서 설명된 기판의 재질 및 트렌치 형성 방법은 본 발명의 실시예들에 공통적으로 적용될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치의 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판(100)상에 제1 도전성 물질을 일측에서 최대 각도 θ1로 비스듬히 증착(OD1)하여 제1 도전층(110)을 형성한다. 이에 따라 증착 물질의 직진성에 의해 제1 도전성 물질이 기판(100)의 트렌치들(101, 102) 각각의 밑면 일부 및 일측면과, 트렌치들 사이의 기판(100) 영역들 상에 서로 이격된 제1 도전층들(110)이 형성된다. 즉, 기판(100)상에 형성된 트렌치들(101, 102)의 단면 형상과 경사 증착 각도 θ1의 상호 관계에 의해 트렌치들(101, 102)의 일부분에는 제1 도전성 물질이 증착되지 않는다.
도 5a에서는 집적형 광기전력 소자 제조 장치의 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)에서 제1 도전층(110)이 형성되나 서로 이격된 제1 도전층(110)이 이미 형성된 기판(100)이 로딩 챔버(LP)에 로딩되어 이송부(40)에 의해 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)의 어느 하나의 단위 공정챔버 내로 이송될 수도 있다. 이 경우에 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)를 포함하지 않을 수도 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치의 단위 공정챔버들(P11 내지 P14)을 포함하는 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)은 광기전력부(120)를 형성한다. 광기전력부(120)는 제1 도전층(110)이 형성된 기판상에 형성된다. 이때 집적형 광기전력 소자의 제조 장치의 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)이 제1 광기전력부를 형성하는 단위 공정챔버들(P11 내지 P14)과 더불어 제2 광기전력부를 형성하는 단위 공정챔버들(P11' 내지 P14')을 포함할 경우 다중접합의 집적형 광기전력 소자가 제조될 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4에 도시된 집적형 광기전력 소자 제조 장치의 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)는 광기전력부(120)가 형성된 기판상에 보조 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 최대 각도θ2로 비스듬히 증착(OD2)하여 보조 도전층(130)을 형성한다. 여기서, 타측은 제1도전성 물질이 증착되는 일측의 맞은편을 나타낸다. 보조 도전성 물질이 θ2로 비스듬히 증착되므로 증착 물질의 직진성에 의해 트렌치들(101, 102) 내부에 형성된 광기전력부(120)의 일부분에는 보조 도전성 물질이 증착되지 않는다. 보조 도전층(130)은 에칭용 공정챔버(EP)에서의 식각을 위한 마스크로 사용될 수 있다. 도 1 및 도 4의 클러스터 타입 제조 장치에서 보조 도전층(130)이 투명한 도전성 물질로 형성될 경우, 앞서 설명된 바와 같이, 보조 도전층(130)은 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)가 아닌 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)에서 형성될 수도 있다. 즉, 보조 도전층(130)과 제1 도전층(110)이 동일한 재질로 이루어지는 경우 보조 도전층(130)은 제1 도전층(110)이 형성되는 공정챔버(P3)에서 형성될 수 있다. 또한, 보조 도전층(130)과 제1 도전층(110)이 다른 재질로 이루어지는 경우에도 보조 도전층(130)을 형성하기 위한 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)를 제1 도전층(130)을 형성하기 위한 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)와 함께 제1 도전층(110)이 형성되는 공정챔버(P3)에 설치함으로써 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)에서 보조 도전층(130)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 도전성 물질은 일측으로부터 기판에 대해 최대 각도θ1로 비스듬히 증착되나, 보조 도전성 물질은 상기 일측의 맞은 편 타측으로부터 최대 각도θ2로 비스듬히 증착된다. 이와 같은 과정을 통하여 광기전력부(120)의 식각 영역이 설정된다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치의 에칭용 공정챔버(EP)는 보조 도전층(130)을 마스크로 사용하여 트렌치(101, 102) 내부의 광기전력부에 의해 덮혀 있는 제1 도전층(110)의 일부가 노출되도록 광기전력부(120)가 수직 에칭(etching) 된다. 이때, 에칭 방법으로는 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP)를 이용한 반응성 이온 식각법(Reactive Ion Etching; RIE) 등과 같은 건식 에칭 공정을 이용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5e에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치의 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 인접하는 광기전력부들(120) 사이의 영역에서 제1 도전층(110)과 전기적으로 연결되는 제2 도전층(140)을 보조 도전층(130)이 형성된 기판상에 형성한다. 예를 들어, 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 하나의 단위 셀 영역(UC1)에 형성된 제1 도전층(110)과 하나의 단위 셀 영역(UC1)에 이웃하는 다른 하나의 단위 셀 영역(UC2)에 형성된 제2 도전층(130)이 트렌치 내부에서 전기적으로 연결되도록, 광기전력부(120) 상에 제2 도전성 물질을 타측에서 기판에 대해 최대 각도θ3로 비스듬히 증착(OD3)한다. 이에 따라 인접하는 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하는 제2 도전층(140)이 형성된다.
이상에서 설명된 바와 같이 인접하는 광기전력부들(120) 사이의 영역에 트렌치가 있을 수 있으며, 트렌치의 양측에 위치한 광기전력부들(120)은 서로 인접한 단위 셀 영역들(UC1, UC2)일 수 있다. 제2 도전성 물질이 기판에 대해 각도 θ2 보다 더 큰 각도 θ3로 타측에서 비스듬히 증착(OD3)되면 증착 물질의 직진성에 의해, 에칭에 의해 드러난 제1 도전층(110)과 제2 도전층(130)이 전기적으로 연결된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다. 단위 셀들은 빛이 입사되면 각각 기전력을 생성하며 이 단위 셀들이 직렬연결된 집적형 광기전력 소자는 고전압을 발생할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 및 식각 공정을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
또한 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)에서 증착 물질의 직진성이 있는, 앞서 설명한 전자빔 증발, 열 증발, 스펏터, 또는 스프레이 등의 박막 증착 방법을 이용하여 광기전력부를 형성할 경우에, 트렌치 내부에 위치하는 제1 도전층의 일부가 노출되게 광기전력부 물질이 기판에 경사 증착되게 할 수 있다. 이 경우에는 제1 도전층이 형성된 기판상에 광기전력부 물질이 서로 이격되게 형성된다. 따라서 보조 전극층을 형성한 후 광기전력부 물질을 에칭할 필요가 없어지기 때문에 상기한 도 5c 공정 및 상기한 도 5d 공정을 생략할 수 있다. 다시 요약하면, 광기전력부 물질을 경사 증착에 의하여 형성할 경우에는, 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에 제1 도전층, 광기전력부, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치의 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)의 일례를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 상기한 공정챔버(P2)는 증착 물질의 직진성이 있는 전자빔 증발, 열 증발, 스펏터, 또는 스프레이 등의 박막 증착법에 의해 제2 도전성 물질을 경사 증착시킨다. 뿐만 아니라, 앞서 설명한 바와 같이 보조 도전성 물질, 제1 도전성 물질, 광기전력부 물질들을 경사 증착시킬 수도 있다. 아래에서는 제2 도전성 물질을 경사 증착하는 경우에 대해서 설명하기로 한다.
제2 도전층(140)을 형성하는 공정챔버(P2)는 기판 홀더(200), 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)를 포함한다.
기판 홀더(200)는 이송부(40)로부터 기판(100)을 이송받는다. 즉, 기판 홀더(200)는 제2 도전층 형성 공정챔버(P2) 내부 하단에 설치되어 기판(100)을 이송받아 지지한다. 기판(100)은 상기한 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)의 일측면에 설치되는 입구(미도시)를 통하여 이송부(미도시)에 의하여 상기한 공정챔버(P2) 내부로 이송된다. 기판 홀더(200)에 의하여 지지된 기판(100)은 기판 홀더(200)의 하부에 설치된 바퀴(210)에 의하여 레일(230)을 따라 좌우로 이동될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이 인라인 타입의 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 이송부(40)를 구비한 이송챔버(TC)를 포함하지 않을 수도 있으므로 인라인 타입 제조 장치의 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 이송부(40)로부터 기판(100)을 이송받는 기판 홀더(200)와 레일(230)을 포함하지 않을 수도 있다.
방출기(300)는 제2 도전성 물질을 기판(100)을 향하여 방출한다. 방출기(300)는 기판 홀더(200)의 상부에 배치되어 기판(100)에 증착될 제2 도전성 물질을 방출시킨다. 방출기(300)는, 증착될 도전성 물질(310)이 그 내부에 채워져 있다. 열 증발법에 의하여 증착 공정이 이루어질 경우 방출기(300)의 외부에는 방출기(300)를 가열하여 도전성 물질을 증발시키기 위한 가열 수단(미도시)이 더 구비될 수 있다. 또한 전자빔 증발법에 의하여 제2 도전성 물질의 증착 공정이 이루어질 경우 텅스텐과 같은 열전자 원(source)(미도시)으로부터 방출되는 전자빔이 방출기(300) 내부의 증착 물질과 충돌하여 그 물질이 방출기(300)로부터 방출될 수 있다.
증착각 조절기(400)는 보조 도전층(130) 상에 형성되어 인접하는 광기전력부들(120) 사이의 영역에서 제1 도전층(110)과 전기적으로 연결되는 제2 도전층(140)을 형성하도록, 방출되는 제2 도전성 물질의 일부를 가린다. 이를 위하여 도 6a의 증착각 조절기(400)는 방출기(300)를 감싸고 제2 도전성 물질을 기판(100) 방향으로 방출하기 위한 적어도 하나 이상의 개구부(410, 420)를 그 원통면에 가진다. 이때, 제2 도전성 물질은 외부의 도전성 물질 공급부(미도시)로부터 개구부들 중 증착각 조절기(400)의 상부의 개구부(410)를 통하여 방출기(300)로 공급되거나 증착각 조절기(400)의 일측면 또는 양측면에서 지속적으로 공급될 수 있다. 제2 도전성 물질은 기판 홀더(200)와 인접한 개구부(420)를 통하여 원하는 각도로 기판(100) 방향으로 방출된다.
증착각 조절기(400)는 방출기(300)를 감쌀 수 있는 원형 또는 기타 다른 형상의 플레이트로 형성될 수 있다. 또한, 증착각 조절기(400)는 제2 도전성 물질이 기판(100) 방향으로 방출되는 각도를 조절하기 위하여, 외부의 엑튜에이터(미도시)에 연결되어 회전될 수 있다. 이에 따라, 증착각 조절기(400)를 적당한 각도 회전시켜서, 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치가 형성된 기판(100)상에 증착되는 도전성 물질의 증착각(θ,θ')이 조절될 수 있다.
도 6a의 증착각 조절기(400)는 개구부(410, 420)의 위치 변화로 방출되는 제2 도전성 물질의 일부를 가림으로써 양(+)의 증착각(θ,θ') 또는 음(-)의 증착각(-θ, -θ')이 제어되지만, 도 6b의 증착각 조절기(400)는 평면 플레이트를 포함하며, 이의 좌우 이동에 의하여 방출되는 제2 도전성 물질의 일부를 가린다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 증착각 조절기(400)가 좌측으로 이동하면 제2 도전성 물질의 양(+)의 증착각(θ')이 작아지고, 증착각 조절기(400)가 우측으로 이동하면 제2 도전성 물질의 증착각(θ)이 커질 수 있다. 보다 더 우측으로 이동하면 음(-)의 증착각 조절(-θ, -θ')이 가능하다.
도 6a 및 도 6b에는 도시되어 있지는 않지만, 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)는 증착각 조절기(400)의 하부에 배치되는 셔터(shutter)를 더 포함할 수 있다. 방출기(300)나 제2 도전성 물질의 표면에 부착된 산화물이나 오염물이 제2 도전성 물질과 같이 방출되어 기판(100)에 증착되는 것을 방지하기 위하여 셔터는 방출 공정 초기에는 닫혀 있다. 소정 시간이 지난 후에 셔터가 열리면 순수한 도전성 물질이 기판(100)을 향해 방출 되기 시작한다.
또한, 도 6a 및 도 6b의 증착각 조절기(400)는 증착각 조절기(400)를 냉각시키는 냉각 파이프 라인(430)을 포함할 수 있다. 냉각 파이프 라인(430)은 증착각 조절기(400)의 표면에 위치할 수 있다. 증착각 조절기(400)를 냉각시킴으로써 증착각 조절기(400) 표면이나 개구부(420) 가장자리에 부착된 도전성 물질이 흘러내리거나 다시 방출하는 것을 방지하여 원하는 방향으로만 도전성 물질을 방출시킬 수 있게 된다.
그런데, 가장 작은 증착각(θ')으로 형성된 제2 도전층(140)의 두께는, 가장 큰 증착각(θ)으로 방출되어 형성된 제2 도전층(140)의 두께에 비하여 상대적으로 얇을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 레일(230) 위에 얹힌 기판 또는 기판 홀더(200)를 일정한 속도로 좌우로 이동시키면 기판(100) 상에 적절한 두께의 균일한 제2 도전층(140)을 형성할 수 있다.
한편, 도 6a 및 도 6b에서는 기판 홀더(200)가 제2 도전층 형성 공정챔버(P2) 내부 하단에 설치되고, 기판(100) 하부에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 기판 홀더(200)가 상기한 공정챔버(P2)의 상단에 설치되고, 기판(100)의 상부에서 기판(100)을 지지하는 구조일 수도 있다.
광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)에서 증착 물질의 직진성이 있는, 앞서 설명한 바와 같은, 전자빔 증발, 열 증발, 스펏터, 또는 스프레이 등의 박막 증착 방법을 이용하여 광기전력부를 형성할 경우에, 트렌치 내부에 위치하는 제1 도전층의 일부가 노출되게 광기전력부 물질이 기판에 경사 증착되게 할 수 있다. 따라서 보조 전극층을 형성한 후 광기전력부를 에칭할 필요가 없어지기 때문에 이러한 보조 전극층 형성 및 에칭 공정들을 생략할 수가 있고 따라서 상기한 보조 도전층 형성 공정챔버(PA) 및 에칭용 공정챔버(EP)가 필요 없게 된다. 이러한 경우에는 일정한 간격으로 이격되고 서로 평행한 트렌치들이 형성된 기판상에 제1 도전층, 광기전력부, 제2 도전층 형성 공정이 차례로 실시된다. 이에 따라 인접한 단위 셀들이 전기적으로 직렬연결됨으로써 고효율의 집적형 광기전력 소자가 제조된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치에 의하여 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 진공 상태의 복수의 공정챔버에서 제막 공정만을 반복적으로 또는 연속적으로 수행함으로써 유효면적의 극대화로 생산 전력을 극대화한 고효율의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
제2 도전층 형성 공정챔버(P2)의 기판 홀더(200), 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)는 경사 증착이 이루어지는 모든 공정챔버에 포함될 수 있다. 즉, 도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 도전층(110) 및 보조 도전층(130)은 경사 증착에 의하여 형성된다. 이에 따라 제1 도전층(110) 및 보조 도전층(130)을 형성하는 공정챔버(P3) 및 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)는 기판 홀더(200), 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)를 각각 포함할 수 있다. 제1 도전층 형성 공정챔버(P3)의 방출기(300)는 제1 도전성 물질을 방출시키고, 보조 도전층 형성 공정챔버(PA)의 방출기(300)는 보조 도전성 물질을 방출시킬 수 있다. 또한 도시되지는 않았지만, 앞서 설명한 바와 같이 광기전력부도 경사 증착에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)의 단위 공정챔버(P11, P12, P13, P14)들은 기판 홀더(200), 방출기(300) 및 증착각 조절기(400)를 각각 포함할 수 있다. 광기전력부 형성 공정챔버 그룹(P1)의 단위 공정챔버(P11, P12, P13, P14)들의 방출기(300)는 광기전력부 형성 물질을 방출시킬 수 있다. 이에 따라 제1 도전성 물질, 광기전력부 물질, 보조 도전성 물질 또는 제2 도전성 물질이 비스듬히 기판에 증착될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치들은 서로 이격된 제1 도전층(110)과 서로 이격된 광기전력부(120)가 순차적으로 적층된 기판을 진공 상태에서 이송하는 이송부(40)와 더불어 이송부로부터 기판(100)을 이송받는 기판 홀더(200), 제2 도전성 물질을 기판(100)을 향하여 방출하는 방출기(300), 인접하는 광기전력부들(120) 사이의 영역에서 제1 도전층(110)과 전기적으로 연결되는 제2 도전층(140)을 형성하도록 제2 도전성 물질의 향방을 조절하는 증착각 조절기(400)를 포함하는 제2 도전층 형성 공정챔버(P2)를 공통적으로 포함한다.
또한, 도 1 내지 도 4에는 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 롤투롤 장치를 포함한 나노임프린트 (nanoinprint), 핫 엠보싱(hot embossing), 핫 프레스(hot press) 등의 방법에 의해 기판에 트렌치들을 형성하는 공정챔버를 더 포함할 수 있다. 또한 트렌치들을 형성한 후, 트렌치들이 형성된 기판을 건조 또는 냉각하기 위한 건조 또는 냉각용 공정챔버를 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 4에서는 이송챔버 둘레에, 도 2 및 도 3에서는 로딩 챔버(LP)와 제1 도전층을 형성하는 공정챔버(P3) 사이에 각각 장착되고 이때에는 트렌치들이 형성되지 않은 기판과 유연 기판이 로딩 챔버(LP)에 각각 로딩된다.
또한, 도 1, 도 2 및 도 4에는 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치는, 제1 광기전력부를 형성하는 단위 공정챔버들(P11 내지 P14) 외에, 도 3에 도시되어 있는 것처럼, 제2 광기전력부를 형성하는 단위 공정챔버(P11' 내지 P14')들을 더 포함할 수 있다. 제1 광기전력부 상에 제2 광기전력부가 형성될 경우, 제1 광기전력부와 제2 광기전력부 사이에 위치하는 중간층을 형성하기 위한 공정챔버를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 다중접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
중간층은 절연성 또는 도전성 물질로 이루어지며, 투명한 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 중간층은 질화규소, 규소산화물, 탄화규소, 또는 금속산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 중간층는 금속산화물 계열인 산화아연(Zinc Oxide; ZnO), 산화주석(tin oxide; SnO2), 산화인듐주석(indium tin oxide; ITO), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화바나듐(V2O5), 산화티타늄(TiOx) 또는 산화니켈(NiOx), 세슘(Cs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에는 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치는 도전성 물질이나 광기전력부를 형성하기 위한 공정 가스 또는 에칭 가스의 상호 혼입을 방지하기 위하여 게이트 밸브(gate valve) 또는 가스 게이트(gas gate), 칸막이(partition)와 같은 개폐 또는 밀폐, 격리 수단이 각각 설치될 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 도 1 및 도 4에서는 이송챔버와 이와 연결된 각각의 공정챔버들(EP, PA, P2) 사이 또는 단위 공정챔버들(P11 내지 P14) 사이에, 도2 및 도 3에서는 로딩 챔버(LP)로부터 언로딩 챔버에 이르는 이웃한 모든 공정챔버들 사이 사이에 상기한 게이트 밸브나 가스 게이트, 칸막이 등이 각각 장착될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치들의 상기한 공정챔버들(P3, P1, PA, EP, P2) 내에 있어서 기판에 대해 경사 증착에 의해 박막이 각각 형성되는 것처럼 설명하였으나, 기판에 형성된 트렌치의 단면 형상에 따라, 예를 들어 단면 형상이 기울어진 우물의 단면 형상과 같은 경우에는, 각각의 공정챔버 내에서 반드시 경사 증착에 의해 박막이 형성될 필요는 없고 기판에 대해 수직 증착에 의해 박막이 형성되는 경우도 포함될 수 있다(한국 등록특허: 10-1060239 및 한국 등록특허: 10-1112487 참조).
이제까지 경사 증착이란 용어는 서로 이격되고 평행한 트렌치들이 형성된 기판을 수평으로 놓았을 때, 증착될 물질이 기판에 대해 경사진 각도로 입사하여 기판에 증착된다는 의미로 사용하여 왔다. 그러나 이 경사 증착 개념은 상대적인 개념으로서 증착될 물질이 수직으로 입사하고 이에 대해 기판이 경사지게 놓이거나 움직이는 경우를 포함할 수 있다. 또한 기판이 평탄한 경우뿐만 아니라 유연할 때도 적용 가능하다. 예를 들면, 도시하지는 않았지만, 롤투롤 스펏터(roll-to-roll sputter)와 같은 장치에서는 대형 원통(drum)에 유연 기판이 감겨서 움직이고 원통 둘레에 각종 증착 수단이 배치되기 때문에 유연 기판에 대한 증착 물질의 상대적인 입사 각도를 임의로 조절할 수가 있다. 이 경우에는 칸막이 등과 같은 격리 수단을 사용하고 기판에 대해 상대적으로 방출기를 임의 각도로 기울임으로써 경사 증착을 실현할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4 및 이와 관련된 설명에서 본원 발명의 실시예에 따른 제조 장치에 포함된 공정 챔버들은 독립적인 챔버로 도시 및 예시되고 있으나, 각각의 공정 챔버들은 반드시 자신만의 밀폐된 공간을 구비할 필요는 없다. 예컨대, 본원 발명의 실시예에 따른 광기전력 소자의 각 층을 증착 및 에칭시에 서로 다른 공정의 증착 물질과 에칭 물질들이 서로 섞이는 것이 방지될 수 있도록 각 공정 공간이 칸막이 등과 같은 수단을 통해 격리되는 것으로 충분하다. 이때, 본원 발명의 실시예에 따르면 각 공정 공간은 하나의 진공 챔버 내에 위치할 수 있다. 따라서, 본원 명세서에서 공정 챔버는 자신만의 밀폐된 공간을 구비한 것 이외에 격리 수단 등에 의해 격리된 독립적인 공정 공간을 포괄하도록 지칭될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자 제조 장치들에 의하여 실리콘 계열의 광전변환 물질을 포함하는 집적형 광기전력 소자가 제조되는 것에 대하여 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니고, 화합물 계열, 유기물 계열 및 건식 염료 감응 계열의 광전변환 물질을 포함하는 광기전력 소자의 제조에도 적용될 수 있다. 또한, 광기전력부를 구성하는 물질에 따라 또는 용도에 따라 공정챔버의 개수는 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치들은 레이저 패터닝 공정을 사용하지 않고 경사 증착에 의하여 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하여 고전압의 집적형 광기전력 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 제조 장치들에 의하여 집적형 광기전력 소자가 제조될 경우, 레이저 식각 공정 등이 필요 없기 때문에 공정 중에 기판이 대기에 노출될 기회가 없고 따라서 항상 진공이 유지된 상태에서 집적형 광기전력 소자가 제조되므로 각종 이물질에 의한 막질 악화가 방지되어 집적형 광기전력 소자의 성능이 향상될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치들은 레이저 패터닝 공정시 발생할 수 있는 분진에 의한 오염이나 막질의 악화가 원천적으로 방지될 수 있고, 레이저 패터닝 공정에 의하여 발생하는 분진을 감소 또는 제거하기 위한 기판의 반전 및 세정 공정이 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 집적형 광기전력 소자의 제조 장치들은 단위 셀들을 전기적으로 직렬연결하여 단일접합 구조의 소자를 제조할 시 진공 상태를 유지할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 실시예들에 따른 제조 장치들은 다중접합 구조의 집적형 광기전력 소자를 제조할 시에도 진공 상태를 계속하여 유지할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 진공 속에서 복수의 단위 셀들이 전기적으로 직렬 연결되는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치로서,
    기판에 형성된 복수의 트렌치들 각각의 내부의 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 일측면 및 상기 일측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제1 도전층이 형성된 상기 기판상에, 광전변환 물질들을 방출하여 광전변환부를 형성하는 광전변환부 형성 공정챔버; 및
    상기 트렌치들 각각의 내부의 또 다른 일기선으로부터 상기 각각의 트렌치의 바닥면과 상기 바닥면에 이어진 타측면 및 상기 타측면에 이어진 상기 기판의 돌출면 영역상에 제2 도전층을 형성하는 제2 도전층 형성 공정챔버를 포함하고,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버 및 상기 제2 도전층 형성 공정챔버는 진공상태에서 상기 각각의 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버 및 상기 제2 도전층 형성 공정챔버 각각은 상기 광전변환부 형성 물질 및 상기 제2 도전층 형성 물질 각각을 직진성을 갖도록 방출하여 상기 기판 표면에 대해 입사각이 소정 각도 이상으로 입사되게 하는 방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버 및 상기 제2 도전층 형성 공정챔버 각각의 챔버 사이에는 상기 광전변환부 형성 물질 및 상기 제2 도전층 형성 물질이 이웃한 챔버들 간에 서로 혼입되거나 이웃한 챔버에 유입되지 않도록 개폐 수단, 밀폐 수단 및 격리 수단 중 적어도 어느 하나가 존재하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버에서 상기 광전변환부는 상기 각각의 트렌치 내부의 상기 제1 도전층의 일부가 노출되도록 형성되며,
    상기 제2 도전층 형성 공정챔버에서 상기 또 다른 일기선은 상기 제1 도전층이 노출된 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환부상에 마스크층을 형성하는 마스크층 형성 공정챔버; 및
    상기 각각의 트렌치 내부의 상기 제1 도전층의 일부가 노출되도록 상기 마스크층을 마스크로 하여 상기 광전변환부를 에칭하는 광전변환부 에칭 공정챔버를 더 포함하며,
    상기 제2 도전층 형성 공정챔버에서 상기 또 다른 일기선은 상기 제1 도전층이 노출된 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버 및 상기 에칭 공정챔버 각각은 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질 및 상기 에칭 물질 각각을 직진성을 갖도록 방출하여 상기 기판 표면에 대해 입사각이 소정 각도 이상으로 입사되게 하는 방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버 및 상기 에칭 공정챔버 각각의 챔버 사이에는 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질 및 상기 에칭 물질이 이웃한 챔버들 간에 서로 혼입되거나 이웃한 챔버에 유입되지 않도록 개폐 수단, 밀폐 수단 및 격리 수단 중 적어도 어느 하나가 존재하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트렌치들이 형성된 기판에 대하여 제1 도전성 물질을 증착하여 상기 제1 도전층을 형성하는 제1 도전층 형성 공정챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버, 상기 에칭 공정챔버 및 상기 제1 도전층 형성 공정챔버 각각은 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질, 상기 에칭 물질 및 상기 제1 도전층 형성 물질 각각을 직진성을 갖도록 방출하여 상기 기판 표면에 대해 입사각이 소정 각도 이상으로 입사되게 하는 방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버, 상기 에칭 공정챔버 및 상기 제1 도전층 형성 공정챔버 각각의 챔버 사이에는 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질, 상기 에칭 물질 및 상기 제1 도전층 형성 물질이 이웃한 챔버들 간에 서로 혼입되거나 이웃한 챔버에 유입되지 않도록 개폐 수단, 밀폐 수단 및 격리 수단 중 적어도 어느 하나가 존재하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버는 제1 광전변환부를 형성하는 제1 광전변환부 형성 공정챔버와 제2 광전변환부를 형성하는 제2 광전변환부 형성 공정챔버를 포함하며, 상기 제1 광전변환부 및 상기 제2 광전변환부 사이에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버, 상기 에칭 공정챔버, 상기 제1 도전층 형성 공정챔버 및 상기 중간층 형성 공정챔버 각각은 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질, 상기 에칭 물질, 상기 제1 도전층 형성 물질 및 상기 중간층 형성 물질 각각을 직진성을 갖도록 방출하여 상기 기판 표면에 대해 입사각이 소정 각도 이상으로 입사되게 하는 방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광전변환부 형성 공정챔버, 상기 제2 도전층 형성 공정챔버, 상기 마스크층 형성 공정챔버, 상기 에칭 공정챔버, 상기 제1 도전층 형성 공정챔버, 상기 중간층 형성 공정챔버 각각의 챔버 사이에는 상기 광전변환부 형성 물질, 상기 제2 도전층 형성 물질, 상기 마스크층 형성 물질, 상기 에칭 물질, 상기 제1 도전층 형성 물질 및 상기 중간층 형성 물질이 이웃한 챔버들 간에 서로 혼입되거나 이웃한 챔버에 유입되지 않도록 개폐 수단, 밀폐 수단 및 격리 수단 중 적어도 어느 하나가 존재하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 대기 상태에서 진공 상태로 진입시키기 위한 로딩 챔버와 진공 상태에서 대기 상태로 꺼내기 위한 언로딩 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기판을 대기 상태에서 진공 상태로 진입시키기 위한 로딩 챔버와 진공 상태에서 대기 상태로 꺼내기 위한 언로딩 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 로딩 챔버는 코어에 감긴 상기 기판을 풀어주기 위한 언와인딩 롤러를 포함하고 상기 언로딩 챔버는 추가의 코어에 상기 기판을 감아주기 위한 와인딩 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 대기 상태에서 진공 상태로 진입시키기 위한 로딩 챔버, 진공 상태에서 대기 상태로 꺼내기 위한 언로딩 챔버 및 진공 상태에서 상기 기판을 이송하는 이송부를 구비한 이송챔버 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 기판을 대기 상태에서 진공 상태로 진입시키기 위한 로딩 챔버, 진공 상태에서 대기 상태로 꺼내기 위한 언로딩 챔버 및 진공 상태에서 상기 기판을 이송하는 이송부를 구비한 이송챔버 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양전지의 제조 장치.
KR1020130168007A 2013-12-31 2013-12-31 집적형 박막 태양전지의 제조 장치 KR20150078549A (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130168007A KR20150078549A (ko) 2013-12-31 2013-12-31 집적형 박막 태양전지의 제조 장치
CN201480076639.6A CN106165121A (zh) 2013-12-31 2014-12-31 用于制造集成薄膜太阳能电池的设备
US15/109,193 US20160329446A1 (en) 2013-12-31 2014-12-31 Device for manufacturing integrated thin film solar cell
PCT/KR2014/013119 WO2015102409A1 (ko) 2013-12-31 2014-12-31 집적형 박막 태양전지의 제조 장치
JP2016544080A JP2017501587A (ja) 2013-12-31 2014-12-31 集積型薄膜太陽電池の製造装置
EP14876450.9A EP3091584A4 (en) 2013-12-31 2014-12-31 Device for manufacturing integrated thin film solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130168007A KR20150078549A (ko) 2013-12-31 2013-12-31 집적형 박막 태양전지의 제조 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150078549A true KR20150078549A (ko) 2015-07-08

Family

ID=53493681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130168007A KR20150078549A (ko) 2013-12-31 2013-12-31 집적형 박막 태양전지의 제조 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160329446A1 (ko)
EP (1) EP3091584A4 (ko)
JP (1) JP2017501587A (ko)
KR (1) KR20150078549A (ko)
CN (1) CN106165121A (ko)
WO (1) WO2015102409A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340570B (zh) * 2016-10-27 2019-09-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于制作透明导电氧化物薄膜的镀膜设备及镀膜方法
JP2022513848A (ja) * 2018-12-17 2022-02-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 基板上にデバイスを形成する方法
EP3929991A1 (en) 2020-06-23 2021-12-29 H. Glass SA Multilayer electronic device and method for producing the same
CN112735998B (zh) * 2020-12-24 2023-03-24 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光掺杂设备
CN113072137B (zh) * 2021-03-19 2024-01-16 西安建筑科技大学 一种中间层改性钛基氧化铅电极及其制备方法和应用
IT202100022034A1 (it) * 2021-08-18 2023-02-18 3Sun S R L Cella fotovoltaica multi-giunzione e relativo metodo di fabbricazione

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6135573A (ja) * 1984-07-27 1986-02-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光起電力素子の製造法
JPS63282266A (ja) * 1987-05-15 1988-11-18 Hitachi Ltd イオンビ−ムミキシング装置
JP3787410B2 (ja) * 1997-05-13 2006-06-21 キヤノン株式会社 堆積膜製造方法及び光起電力素子の製造方法
US6558509B2 (en) * 1999-11-30 2003-05-06 Applied Materials, Inc. Dual wafer load lock
JP4316767B2 (ja) * 2000-03-22 2009-08-19 株式会社半導体エネルギー研究所 基板処理装置
US6423565B1 (en) * 2000-05-30 2002-07-23 Kurt L. Barth Apparatus and processes for the massproduction of photovotaic modules
JP2003273385A (ja) * 2002-03-19 2003-09-26 National Institute For Materials Science マスク位置あわせ及びフォトリソグラフ工程を必要としない多層薄膜パターンの形成方法
JP4216522B2 (ja) * 2002-04-23 2009-01-28 株式会社アルバック 蒸発源及びこれを用いた薄膜形成装置
TWI252706B (en) * 2002-09-05 2006-04-01 Sanyo Electric Co Manufacturing method of organic electroluminescent display device
JP4156885B2 (ja) * 2002-09-11 2008-09-24 株式会社アルバック 薄膜形成装置
JP4566798B2 (ja) * 2005-03-30 2010-10-20 東京エレクトロン株式会社 基板位置決め装置，基板位置決め方法，プログラム
JP2007025118A (ja) * 2005-07-14 2007-02-01 Seiko Epson Corp 配向膜の製造装置、液晶装置、及び電子機器
JP2007035161A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Tdk Corp 磁気記録媒体の製造装置及び製造方法
JP2007084880A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Fujifilm Corp 蒸着装置及び位相差補償素子
KR100725110B1 (ko) 2005-12-14 2007-06-04 한국과학기술원 투과형 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법.
KR100656738B1 (ko) * 2005-12-14 2006-12-14 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법
JP2008031501A (ja) * 2006-07-26 2008-02-14 Canon Inc 成膜装置および蒸着薄膜の製造方法
EP2118334A1 (en) * 2007-03-02 2009-11-18 Oerlikon Trading AG, Trübbach Vacuum coating apparatus
US8207010B2 (en) * 2007-06-05 2012-06-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing photoelectric conversion device
KR101359401B1 (ko) * 2007-06-21 2014-02-10 주성엔지니어링(주) 고효율 박막 태양전지와 그 제조방법 및 제조장치
CN101765677B (zh) * 2007-08-29 2012-01-25 佳能安内华股份有限公司 通过溅射的成膜方法及其溅射设备
US20100047954A1 (en) * 2007-08-31 2010-02-25 Su Tzay-Fa Jeff Photovoltaic production line
US8465589B1 (en) * 2009-02-05 2013-06-18 Ascent Solar Technologies, Inc. Machine and process for sequential multi-sublayer deposition of copper indium gallium diselenide compound semiconductors
JP2011513990A (ja) * 2008-03-04 2011-04-28 ソレクサント・コーポレイション 太陽電池の製造方法
JP4631940B2 (ja) * 2008-07-10 2011-02-16 セイコーエプソン株式会社 スパッタリング装置、及び液晶装置の製造装置
KR20110106889A (ko) * 2008-12-19 2011-09-29 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 박막 및 웨이퍼 기반의 태양 전지 분야용 미세결정질 실리콘 합금
KR101028971B1 (ko) * 2009-05-26 2011-04-19 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그의 제조 방법
JP4712127B2 (ja) * 2009-06-30 2011-06-29 三洋電機株式会社 太陽電池の製造方法及び製造装置
KR101112487B1 (ko) 2009-08-06 2012-03-09 한국과학기술원 광기전력 장치 및 그 제조 방법
JP5474602B2 (ja) * 2010-02-18 2014-04-16 株式会社カネカ 太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法
US8114702B2 (en) * 2010-06-07 2012-02-14 Boris Gilman Method of manufacturing a monolithic thin-film photovoltaic device with enhanced output voltage
KR101060239B1 (ko) * 2010-08-26 2011-08-29 한국과학기술원 집적형 박막 광기전력 소자 및 그의 제조 방법
US20120028395A1 (en) * 2010-12-23 2012-02-02 Primestar Solar, Inc. Vapor deposition process for continuous deposition and treatment of a thin film layer on a substrate

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015102409A1 (ko) 2015-07-09
JP2017501587A (ja) 2017-01-12
EP3091584A1 (en) 2016-11-09
CN106165121A (zh) 2016-11-23
EP3091584A4 (en) 2017-09-06
US20160329446A1 (en) 2016-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10944017B2 (en) Stacked photoelectric conversion device and method for producing same
KR101028971B1 (ko) 집적형 박막 태양전지 및 그의 제조 방법
KR20150078549A (ko) 집적형 박막 태양전지의 제조 장치
KR101060239B1 (ko) 집적형 박막 광기전력 소자 및 그의 제조 방법
US20100132778A1 (en) Solar cell, method of fabricating the same and apparatus for fabricating the same
US8877544B2 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US20130244373A1 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same
JP2006196771A (ja) カルコパイライト型薄膜太陽電池及びその製造方法
KR101363327B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
EP2261976A1 (en) Semiconductor device module, method of manufacturing a semiconductor device module, semiconductor device module manufacturing device
KR20110079107A (ko) 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법
KR101306529B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101092695B1 (ko) 박막 태양전지용 투명 전극의 텍스처 구조 형성방법 및 투명 전극
US20110284056A1 (en) Solar cell having reduced leakage current and method of manufacturing the same
KR101628957B1 (ko) 패터닝된 그리드전극과 이를 적용한 박막 태양전지 및 이들의 제조방법
KR101332667B1 (ko) 태양전지 및 태양전지의 제조방법
KR101276888B1 (ko) 태양 전지
KR101103929B1 (ko) 태양광 발전장치
KR101032433B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101528455B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101573846B1 (ko) 박막형 태양전지, 및 그의 제조 방법 및 제조 장치
KR101364236B1 (ko) 화합물 반도체를 이용한 박막 태양전지와 그 제조방법
KR20110101349A (ko) 박막형 태양전지 및 그의 제조방법
KR20130023871A (ko) 태양전지 모듈 및 태양전지 모듈의 제조방법
KR20100025962A (ko) 박막 태양전지의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid